榍石基人造岩石固化模拟四价铀的研究

以分析纯CaCO3、TiO2、SiO2和CeO2为原料,铈作为铀的模拟元素,采用高温固相反应,合成了包容铈的榍石基人造岩石固化体。通过XRD、SEM、EDX等手段对固化体物相组成及微区成分进行了分析,参照国家标准放射性废物固化体长期浸出试验(GB 7023—86)及美国PCT(Product Consistency Test)法对固化体进行了抗浸出性能试验。结果表明,在1 300℃下保温2 h可以制备出以榍石为主要晶相的人造岩石固化体,在不引入任何电价补偿离子时,Ce4+在榍石晶体内Ca2+位置的固溶度小于0.05个结构单位。榍石对Ce具有良好的固溶效果,当固化体中Ce的荷载量高达13.47%时,MCC-1静态浸出法测得Ce的90 d浸出率和累积浸出分数低至0.15×10-8cm/d和0.90×10-6cm,PCT粉末浸泡法测得Ce的7 d归一化浸出率仅为3.11×10-7g/(m2.d)。这一结果为榍石基人造岩石应用于固化放射性核素铀提供了理论依据。     

钙钛矿人造岩石固化模拟铀的浸出性能研究

通过高温固相反应,以铈作为铀的模拟元素,在1 300℃下保温2h合成了钙钛矿基人造岩石固化体。采用XRD对固化体进行物相分析,同时采用MCC-1静态浸泡法及美国PCT粉末浸泡法对不同铈核素包容量的固化体进行浸出性能研究。结果表明,Ce在钙钛矿人造岩石固化体中的包容量低于质量分数18.94%,约为0.15～0.2个结构单位。Ce元素的掺入起到了促进烧结和稳定钙钛矿晶格的作用,当固化体中Ce的荷载量高达35.04%时,Ca元素的90d浸出浓度已超出检测限而未测得,累积浸出分数低至1.87×10-5 cm;Ce元素的90d浸出率和累积浸出分数低至0.27×10-8cm.d-1和6.55×10-7 cm,比玻璃固化体浸出率低了2～3个数量级,说明钙钛矿固化体具有良好的化学稳定性,且当铈核素掺量接近钙钛矿最大包容量时固化体结构最稳定,抗浸出性能最好。     

负载型LaCoO_3的催化性能与EPR研究

用柠檬酸法制备了Ce0.6Zr0.4O2(简称CZ)和Ce0.6Zr0.35Y0.05O2(简称CZY)固溶体,分别在Ce0.6Zr0.4O2和Ce0.6Zr0.35Y0.05O2固溶体上负载不同质量的LaCoO3。用热重法测试了催化剂对碳烟的催化活性。采用程序升温还原法(H2-TPR)、比表面(BET)、X-射线衍射仪(XRD)和电子顺磁共振仪(EPR)对催化剂进行了测试。结果表明:随着钙钛矿组分La、Co在铈锆固溶体或铈锆钇固溶体表面负载量的增加,催化剂催化燃烧碳烟的起燃温度下降,催化活性增强;TPR结果显示,CZ或CZY为载体的催化剂体系,随着表面La、Co组分含量的增加,可还原氧总量也相应增加,催化活性也对应增加,表明催化剂对碳烟的催化活性与催化剂表面的氧化还原性密切相关;EPR结果也显示由于钇的掺杂增加了铈锆固溶体表面缺陷,提高了O-离子的浓度,有利于催化活性提高。     

矿化剂对莫来石质偏转磁芯承烧座性能的影响

以电熔莫来石颗粒、莫来石细粉以及生粘土为主要原料,α-A l2O3微粉和矿化剂Mg-CO3、CaCO3、BaCO3为添加剂,经配料、混练、成型后,在1 460℃保温3 h条件下烧成,合成出莫来石质偏转磁芯承烧座,并检测试样吸水率、显气孔率、体积密度及烧后线变化率,同时进行显微结构分析。研究了单独添加MgCO3、CaCO3、BaCO3以及三种矿化剂两两复合对莫来石质偏转磁芯承烧座性能的影响,结果表明：使用MgCO3、CaCO3、BaCO3三种矿化剂均能起到矿化作用,改善制品的烧结性能,从单种加入来看,以添加3%BaCO3的矿化效果最好,其体积密度2.20 g/cm3为最高、显气孔率28.7%为最低,明显提高了试样的烧结性能。复合加入以添加3%BaCO3和3%CaCO3的7#试样效果更为明显,其显气孔率最低,体积密度最大,烧结程度最好,这有利于提高承烧座的抗热震性和使用寿命.     

变价铈离子对(Li,Ce)改性的铋层状化合物结构和性能的影响

为了明确变价铈离子对铋层状化合物结构和电学性能的影响机理,采用传统固相工艺制备了不同价态铈离子为原料的(Li,Ce)改性的Sr0.6-x(LiCe)x/2(BiNa)0.2Bi2Nb2O9(SBNBN)陶瓷.实验结果表明:不同价态的铈离子由于实际取代位置的不同,会引起材料不同的晶格畸变;不同价态铈离子对SBNBN陶瓷介电性能的影响也不同,Ce3+离子降低了材料的居里温度和高温介电损耗,Ce4+离子则提高了材料的居里温度和高温介电损耗;不同价态铈离子取代均能有效提高(Li,Ce)改性的SBNBN陶瓷的压电性能,Ce3+和Ce4+离子改性的SBNBN陶瓷压电系数的最大值分别达到了28pC·N-1和32pC·N-1.     

SHS制备模拟放射性石墨固化体抗浸出性能研究

为获得放热反应3C+4Al+3TiO2=2Al2O3+3TiC+Q处理含90Sr2+、An3+、An4+放射性石墨的SHS处理效果,以Sr2+的稳定同位素作为90Sr2+的模拟替代物质,Nd3+和Ce4+作为An3+和An4+的模拟替代物质,利用自行设计的SHS反应装置在空气气氛中开展添加SrO 1%~8%,Nd2O31%,CeO21%~3%的固化体制备工作;N2气氛中添加SrO 1%~8%,Nd2O31%,CeO21%~2%的固化体制备,并将制备所得固化体置于40℃和70℃的合成海水中进行了浸出实验。借助粉末X射线衍射仪对所制备样品的衍射信息进行收集,利用等离子体质谱仪对固化体的浸出数据进行分析。在对固化体固溶度范围内的物相变化情况进行详细研究基础上,对固化体的抗浸出性能进行了研究,研究发现无论是在空气或N2条件下,固化体中Sr2+、Nd3+、Ce4+在合成海水中,随着浸泡时间的延长,浸出浓度逐渐上升,70℃下的浸出浓度高于40℃下的浸出浓度,且N2条件下所制备固化体浸出浓度低于空气条件下所制备固化体的浸出浓度。     

铈/粉煤灰复合吸附剂的制备及其对Cd(Ⅱ)的吸附

以固体废物粉煤灰(FA)为原料,通过掺杂稀土铈元素结合碱熔融法改性制备了铈/FA复合吸附剂(Ce/MFA),并用XRD,SEM及EDS进行了表征.以吸附水溶液中Cd2+为反应模型,研究了各种制备条件对复合材料吸附性能的影响.结果表明:1)当所取FA、无水Na2CO3和Ce(SO4)2·4H2O的质量比为1∶2∶0.045,焙烧温度为800℃,焙烧时间为2h时,制得的Ce/MFA吸附剂对于水体中的Cd2+具有最佳去除效果;2)当Ce/MFA的投加量为10g/L,吸附时间和吸附温度分别为2.5h和25℃时,对起始质量浓度为800mg/L模拟废水中Cd2+的去除率可达99.67%,比FA增大了37倍,实现了对废水中高含量Cd2+的有效去除;3)通过表征发现FA掺杂铈元素-碱熔融后会使其结构发生明显变化,活性增大,吸附性能显著增强.作为一种性价比高的吸附剂,Ce/MFA用于废水中Cd2+的去除极具开发应用价值.     

La0.1Ce0.6Zr0.3O2储氧纳米固溶体微粒的制备

以Ce(NO)3·6H2O、La(NO)3·6H2O和Zr(NO)4·3H2O为原料,NH3·H2O做pH指示剂,采用溶胶-凝胶法合成了La0.1Ce0.6Zr0.3O2纳米固溶体储氧材料;运用X射线衍射(XRD)、差热分析(DTA)、比表面积吸附(BET)和透射电镜(TEM)等方法考察了样品的物相结构、比表面积以及不同温度的煅烧对样品性能的影响.试验表明,以无机凝胶为前躯体,经500℃煅烧2 h后形成了稳定的La0.1Ce0.6Zr0.3O2纳米固溶体储氧材料,其比表面积Sw=147.2 m2/g,平均粒径d=12 nm;在耐高温老化试验中,样品经1 100℃煅烧2 h后仍然保持单相,Sw=26.2 m2/g,平均粒径d=36 nm,显示出良好的耐高温老化性能.通过自制的汽车尾气净化催化剂及耐高温老化评价装置,考察了溶胶-凝胶法合成La0.1Ce0.6Zr0.3O2纳米固溶体储氧材料作为三元催化剂的催化净化效果;选用不同产地、不同组成的铈锆固溶体材料,在相同条件下附载贵金属(Pt、Pd)制备三元催化剂做汽车尾气催化剂.结果表明,La0.1Ce0.6Zr0.3O2纳米固溶体制备的三元催化剂的催化性能更好,具有较低的起燃温度和对NOx有更高的催化净化效率,即样品未老化前起燃温度为170℃,对NOx的净化效率达到了92.0%;样品经1 050℃老化2 h后,起燃温度为240℃,NOx的净化效率达到78.1%.     

SHS制备模拟放射性石墨固化体物相及抗浸出性能研究

为获得放热反应3C＋4Al＋3TiO2=2Al2O3＋3TiC＋Q固化含90Sr^2＋,An^3＋和An^4＋放射性石墨的自蔓延高温合成（SHS）的处理效果,以Sr2＋的稳定同位素作为90Sr2＋的模拟替代物质,Nd3＋和Ce4＋作为An3＋和An4＋的模拟替代物质,利用自行设计的SHS反应装置在空气气氛中开展添加SrO 1%-8%（质量分数,下同）,Nd2O31%,CeO21%-3%的固化体制备工作;在N2气氛中添加SrO 1%-8%,Nd2O31%,CeO21%-2%进行固化体制备。在40℃和70℃的合成海水中对固化体的长期浸出性能进行研究。用X射线衍射仪（XRD）收集样品的衍射信息,用等离子体质谱仪（ICP-Mass）分析固化体的浸出数据。在对固化体固溶度范围内的物相变化情况进行详细研究基础上对固化体的抗浸出性能进行了研究。研究发现无论是在空气或N2条件下,固化体中Sr^2＋,Nd^3＋和Ce^4＋在合成海水中随着浸泡时间的延长浸出浓度逐渐上升,70℃下的浸出浓度高于40℃下的浸出浓度,且N2条件下所制备固化体浸出浓度低于空气条件下所制备固化体的浸出浓度。     

Ca0.9Ce0.1Ti0.8Al0.2SiO5在水热作用下的化学稳定性

通过固相法合成掺铈榍石固溶体(Ca0.9 Ce0.1Ti0.8Al0.2SiO5),采用PCT粉末浸泡试验法,借助X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、电感耦合等离子体发射光谱(ICP-OES)等分析测试手段,研究掺铈榍石固溶体在热液作用下的稳定性.实验结果表明,掺铈榍石固化体在不同条件下(温度150～ 200℃,0.476～1.554 MPa,pH值5～9),都具有良好的稳定性.随着浸泡时间的增加,各元素的归一化浸出率逐渐降低并保持在较低水平.