This study used high-temperature melting experiments, optical microscopy, and scanning electron microscopy to investigate the effects of various Ce contents (0 wt.%similar to 0.0165 wt.%) on the microstructure and TiN precipitation behavior in high-titanium steel during slow cooling solidification. The findings show that the microstructure of the solidified steel in each experiment are equiaxed grains at a cooling rate of 0.17 degrees C/s. TiN mainly precipitates in the Liquid + delta two-phase region in this experimental steel. CeAlO3 and Ce2O2S precipitate before TiN, and their small lattice misfit with TiN (7.55% and 7.90%, respectively) are the primary cause of their propensity to act as the cores of TiN heterogeneous nucleation. The TiN area density in each experimental steel increases from 38.6 no./mm2 -> 61.4 no./mm2 -> 89.3 no./mm2 -> 105.8 no./mm2 when the Ce content in the steel rises from 0 wt.% -> 0.0015 wt.% -> 0.0058 wt.% -> 0.0165 wt.%.
The extinction characteristics of mixed particles, which are composed of various types of particles, appear to be more complex. To statistically analyze photon destinations and investigate the extinction characteristics of mixed particles by tracing all underlying events in detail, a Monte Carlo method-based extinction model has been developed. Meanwhile, an extinction spectrum measurement system was designed. A series of experiments for both single-type particle and mixed-particle systems were performed. Afterwards, global optimization algorithms are introduced to perform simultaneous inversion of sizes of mixed particles and mixing ratio based on the experimental spectrum. The inversion results show that the error for any single parameter is <2%. Performing a simultaneous inversion for particle sizes and mixing ratios leads to an increase in the relative error, but it does not exceed 9%. It indicates that the model could simultaneously invert the mixing ratio and handle particle systems with two different sizes.
采用1,3-二异丙氧基杯[4]冠-6(BPC6)和4-叔丁基-2-(α-甲基苄基)苯酚(t-BAMBP)组成的协萃体系,实现了弱碱条件(30mmol/LNaOH)下铯的选择性萃取分离.当BPC6和t-BAMBP浓度分别为10和200mmol/L时,协萃系数高达89.5.反萃过程仅用10mmol/LHCl或313K热水即可分别达到84.1％和81.3％的反萃率.此外,本工作提出了配位-阳离子交换的耦合协萃机理;获得了萃取反应的热力学参数和平衡常数;探究了温度对反萃过程的影响;确立了一种温和条件下萃取/反萃铯的协萃体系.
为提高回转窑内煤粉燃烧效率,实现回转窑的节能运行,建立了回转窑内煤粉燃烧数学模型.通过控制单一变量和设计多指标正交试验工况,研究了空气过剩系数、煤粉粒径、旋流角度、内外风量比4个因素对回转窑内煤粉燃烧的影响,得到了最优操作参数组合.结果表明,随着空气过剩系数和煤粉粒径增大,火焰长度增大、火焰直径减小,火焰变得细长.随着旋流角度增大,火焰形状变短变粗.随着内外风量比增大,火焰长度先增大后减少、火焰直径先减少后增大.四个因素按影响程度从高到低排序依次为煤粉粒径、内外风量比、空气过剩系数、旋流角度.回转窑内煤粉燃烧的最优操作参数组合为空气过剩系数1.1、煤粉粒径40 µm、旋流角度25°、内外风量比0.9.相较原始工况,优化工况的火焰长度和火焰直径分别增大了 8.9％和 13.9％.
采用大涡模拟研究了凹壁面切向射流作用下近壁面圆球型颗粒对流体流动特性的影响,模拟获得的尾涡结果与实验示踪剂图像吻合较好.研究了颗粒尾流的涡旋结构及其演变过程,考察了雷诺数Re=700～10000时颗粒周围速度、涡量及流线变化.结果表明,随着雷诺数增加,颗粒的影响区域涡量增强,涡量的峰值始终出现在颗粒迎流面,颗粒后侧的回流区显著收缩.Re≥2000时在射流展向颗粒后侧存在两个尾涡,流体的切向速率和涡量均发生周期性波动.对颗粒的升力和阻力进行了监控,Re=2000时旋涡脱落频率对应的斯特劳哈尔数St=0.000854,升力功率谱中峰值对应的St=0.00152;Re=10000时阻力功率谱没有发现峰值,升力功率谱中峰值对应的St=0.00874.
CO2是温室气体之一,其在大气中快速大量积累直接导致了全球变暖和生态破坏等环境问题.从可再生碳资源利用的角度来讲,CO2是广泛存在、价廉易得的C1资源.以环氧乙烷(EO)和CO2为原料生产碳酸乙烯酯(EC)的工艺,具有高"原子经济"和"绿色化学"的优势,为C1资源的化学利用提供可行的工业方案.卤素离子型催化剂是该环加成反应的传统催化剂,但在反应过程中,催化剂中卤离子流失,生成副产物卤代醇分子,从而影响主产物碳酸乙烯酯的收率、增加了分离难度和对设备的要求.因此,开发理想的催化体系,将副产物卤代醇抑制并转化、促使其正向消耗十分必要.本工作设计开发了系列弱碱性离子液体,以溴乙醇(BE)为研究对象,在环加成反应条件(温度130℃、CO2压力3 MPa、反应时间3 h)下,添加弱碱性离子液体,实现了溴乙醇的原位转化.考察了不同的反应条件和不同碱性离子液体对溴乙醇转化的影响,包括离子液体种类、反应温度、压力环境、反应时间等因素,揭示了溴乙醇转化的反应规律,其中[Bu4P][HCO3]的效果最好;采用气体氛围和溶剂微环境调控不同反应路径,使BE的转化率可达20％～50％,添加EC后含溴共价键副产物减少,更有利于溴离子的生成.将卤素共价键转化为卤素离子,使环加成反应体系恢复了部分催化活性.该方法简单易行,能够实现CO2环加成的副反应路径的原位调控,完善CO2资源化利用体系,促进卤素离子的循环,具有重要的科学意义和应用价值.
中和沉淀工艺常用于去除红土镍矿酸浸液中的铁、铝、铬等杂质,这一过程中常伴随镍、镁等金属离子的损失.本工作研究了红土镍矿硫酸浸出液中和除铁过程中Ni2+和Mg2+的损失,提出了有价金属离子的损失机制.研究表明,固定模拟浸出液Ni2+和Mg2+浓度条件,随模拟浸出液中Fe3+浓度增大,中和沉淀过程中Ni2+和Mg2+的损失率分别在9.13％～23.23％和9.79％～15.68％左右;固定模拟浸出液Fe3+浓度条件,随着模拟浸出液中Ni2+和Mg2+浓度的提高,二者的损失率逐渐降低.根据溶液化学计算与实验证实,中和沉淀过程中SO42-与Fe(OH)3胶体形成一元和二元配合物,其中一元配合物中SO42-的孤对电子与Ni2+或Mg2+成键而发生吸附,从而导致溶液中Ni2+和Mg2+与SO42-被Fe(OH)3胶体共吸附而损失.在中和沉淀过程中分别加入十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、聚乙二醇(PEG)和十二烷基苯磺酸钠(SDBS)等表面活性剂后均能有效限制SO42-与Ni2+或Mg2+的结合,强化Fe3+的选择性沉淀.当三种表面活性剂的浓度均为2x10-5mol/L时,Ni2+在中和沉铁过程的保留率可达95％左右,Mg2+可达100％.
采用实验研究和数值模拟相结合的方法,研究机械式粉体搅拌机内超细粉体搅拌过程的搅拌功率、扭矩的变化规律.对平均粒径为10.56 μm的轻质碳酸钙粉体进行搅拌实验,研究了机械式粉体搅拌机内的操作参数,包括搅拌转速、桨叶位置、料面高度的变化对超细粉体搅拌功率和扭矩的影响,拟合得出了功率计算的表达式.利用相似原理放大粉体细颗粒,对放大的粗颗粒进行虚拟实验,获得接触参数;对粗颗粒搅拌过程进行DEM数值模拟,将模拟搅拌功率和扭矩的结果与实验结果进行比较.结果表明,机械式粉体搅拌机内超细粉体搅拌功率消耗与搅拌桨转速、桨叶位置、料面高度等参数密切相关.同时,扭矩值与功率值与搅拌桨转速、料面高度呈正相关,与桨叶位置呈负相关.模拟的扭矩值和功率值与实验的扭矩值和功率值比值与颗粒放大因子基本吻合,验证了相似原理应用于研究桨叶位置和料面高度对搅拌功率特性的影响的准确性.
人血清白蛋白(Human Serum Albumin,HSA)是人血清中含量最丰富的蛋白,约占血清总蛋白含量的40％～60％.商品化的白蛋白亲和介质(Cibacron Blue F3GA)的配基毒性大、易脱落、载量低,纯化白蛋白回收率较低.本研究制备了一种新型静电耦合亲和介质(DASA-Sepharose,3,5-Diaminobenzoic Acid n-Octyl Succinic Anhydride-Sepharose),并通过一步层析从人血清中高效纯化白蛋白.DASA-Sepharose介质采用3,5-二氨基苯甲酸间隔臂将正辛基琥珀酸酐亲和配体偶联于琼脂糖微球.DASA-Sepharose间隔臂上的羧基通过静电作用吸附白蛋白,进而与正辛基琥珀酸酐亲和配基协同作用实现静电耦合亲和吸附,在保持亲和吸附高特异性的同时大大提高了吸附载量.采用牛血清白蛋白(Bovine Serum Albumin,BSA)为模型蛋白考察了 NaCl浓度和溶液pH对介质静态吸附载量(Qm)的影响,NaCl浓度为0.025～0.06mol/L时Qm几乎不受影响,而NaCl浓度在0.1 mol/L及以上时Qm显著下降,在pH=5.00的20mmol/LPBS缓冲体系中,Qm为75.43 mg/mL介质.相比商品化的白蛋白亲和介质CibacronBlueF3GA的Qm(20mg/mL介质)提高了约2.7倍.DASA-Sepharose介质能通过一步层析法以较高的收率(94.34％)和纯度(98.20％)从人血清中直接提取白蛋白.圆二色光谱和华法林钠法测定纯化白蛋白的二级结构和小分子药物结合活性,与标准人血清白蛋白基本一致.采用DASA-Sepharose介质可以实现人血清白蛋白的高效分离,本工作为人血清白蛋白的分离纯化提供了新方法.
为实现高铁铝土矿铝铁元素的高效利用,采用"低温磁化焙烧-拜耳溶出-赤泥磁选"的方式处理高铁铝土矿,考察了焙烧温度、H2浓度及通入时间对高铁铝土矿溶出及磁选性能的影响.结果表明,焙烧过程中一水硬铝石脱水转变为过渡态Al2O3,矿物发生热破裂现象,比表面积增大,氧化铝溶出活性增加,在焙烧条件为焙烧温度530℃、H2浓度20vol％、H2通入时间5 min时,氧化铝相对溶出率可达97.65％.磁化焙烧过程中,针铁矿转变为赤铁矿,再由赤铁矿转变为磁铁矿,通过溶出解除了铝铁元素之间的嵌布关系,对焙烧矿的赤泥进行磁选,其铁精矿品位达62.05wt％,铁回收率为86.36％.
铜渣贫化是铜冶金工业可持续发展的重要方法.随着优质铜精矿的不断消耗,低品位、高杂质的铜精矿逐渐被利用.高铝铜精矿作为一种典型的低品质铜精矿,其熔炼后的铜渣中Al2O3含量有所上升.随着铜渣成分的变化,控制铜渣特性对在贫化过程中回收铜以及降低铜损失至关重要.本工作以ISASMELT铜渣为原料,采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM-EDS)、红外光谱(FTIR)等分析技术,阐明了火法贫化过程中不同Al2O3含量对铜渣的物相及结构的影响,以及物相转变及结构改变对铜损失的影响.还研究了不同CaO添加量对高铝铜渣的物相转变、结构和铜损失的影响.结果表明,随着Al2O3含量的增加,熔渣中会形成高熔点的铁铝尖晶石,且铝硅酸盐结构也趋于复杂,使熔渣黏度增大,渣中铜含量增加.在高铝铜渣中加入CaO,会形成高熔点的钙铁辉石、钙镁橄榄石,黏度增大.但是随着CaO添加量的增加,熔渣结构趋于简化,黏度降低.在CaO添加量为2wt％时,渣中铜含量最低,为0.78wt％.少量CaO的加入能够降低高铝铜渣的渣中铜含量.
在"双碳"目标背景下,寻求面向工业数据的精确监控,并实现精馏过程节能操作十分重要.本工作针对精馏过程塔顶、塔釜存在热耦合的情况,提出了统计过程控制(Statistical Process Control,SPC)和工程过程控制(Engineering Process Control,EPC)相结合的精馏过程监控策略,并以苯塔精馏的解耦控制为案例,探讨系统引入阶跃、斜坡扰动时,联合EPC与SPC对该过程控制/操作变量的均值漂移工况进行分析.仿真结果显示,针对塔顶回流阀坏导致回流量斜坡上升的情况,发现EPC在较长时间内能维持塔顶、塔釜温度稳定,但是SPC识别出塔顶、塔釜能耗均可能上升的情况.因此,精馏过程在传统EPC控制下,增加SPC可有效预报出精馏控制冷、热能耗均同时、同向漂移的情况,为提前判断并避免非必要能耗提供监测及诊断依据.
采用多针电晕放电与Ag/TiO2纳米催化剂的原位耦合构建等离子体催化系统,对系统的放电特性进行诊断,并对催化剂进行表征研究;研究等离子体催化系统对空气中低浓度甲苯的脱除性能,并监测系统脱除甲苯过程中产生的有害副产物臭氧;探讨等离子体催化系统脱除低浓度甲苯及控制副产物臭氧生成的内在机制.研究结果表明,当放电电压高于7.0 kV时,等离子体可弥散于整个放电间隙内,Ag/TiO2纳米催化剂的涂覆未影响放电的正常进行,利于反应气体、等离子体及催化剂间的相互作用;Ag/TiO2纳米催化剂的Ag粒子粒径约为6.5nm,可以创造大量高活性Ag-TiO2界面位点,并能吸收利用等离子体辐射的紫外-可见光;当放电电压为7.5 kV时,单纯多针电晕放电所得甲苯转化率与CO,选择性分别为21％与7％,等离子体催化系统则使二者分别提升至83％与61％,并将过程中副产物臭氧的浓度由5.12 mg/m3降至0.02 mg/m3以下;多针电晕放电协同Ag/TiO2纳米催化剂系统所展现的优异性能可归因于光、电及界面催化间产生的高效协同作用对反应活性物种转化路径的调控和对甲苯脱除反应路径的拓展.本研究工作可为等离子体催化技术在室内空气净化领域的应用与发展提供重要参考.
由于医疗废物对人体和环境的危害性,即使是少量医疗废物也需要及时快速无害化处理,这对那些偏远而分散设置的众多中小型医疗机构十分重要.但是,目前还缺乏有效的小型医疗废物清洁高效处理成套技术,难以实现对其快速无害化和减量化处理的需求.本工作针对现有小型医疗废物焚烧处理面临的燃烧与烟气净化方面的问题,基于解耦燃烧原理设计了一种适宜分散性医疗废物高度集成清洁处理的焚烧炉和系统,并进行实验测试.结果表明,解耦焚烧炉可充分实现医疗废物的高效燃烧、抑制氮氧化物(NOx)和二噁英(PCDD/Fs)的生成;两级湿法小型烟气净化装置可使烟气急速降温以避免二噁英的生成,同时可高效脱除酸性物质和粉尘(PM).典型混配医疗废物经系统处理后,烟气污染物NOx,SO2,PM,CO和PCDD/Fs等的排放浓度按O2浓度11 vol％的折算值分别低于123,1.8,38,53 mg/m3和0.31 ng I-TEQ/m3.新开发的小型医疗废物焚烧处理系统采用燃烧与净化一体化集成设计,结构紧凑,净化效率高,可满足分散医疗机构的日常医疗废物的就地快速洁净处理需要.
原料混匀效果是影响球团质量和生产效率的重要因素,强力混合机作为核心混匀设备,合适的运行参数可使混合的物料达到最佳混匀效果.工业上一般以检测球团的基础性能指标来替代物料的混匀效果,造成检测流程长、误差大,并且无法直观获得物料运动轨迹和分散效果.本研究采用SOLIDWORKS软件建立了强力混合机模型,利用EDEM离散元软件模拟了物料在反应器中的运动行为,研究了混合机转子、筒底、筒壁的旋转方式以及物料的填充率等因素对混匀效果的影响.结果表明,提升转子转速能够显著改善混匀效果,但是转速达±48 r/min时提升转速对混匀效果的改善不明显;加入筒底的旋转能够突破双转子旋转时的速度阈值,并且筒底在较低转速+30 r/min时即可大幅度提升混匀效果;相反地,加入筒壁的旋转会产生堆积效应,抑制了颗粒的分散,从而降低了混匀效果:填充率过高不利于转子叶片位置以上的物料分散,其中填充率为60％时混匀效果最佳.综合考虑了企业球团生产和混合设备运行性能要求,给出了合理的运行参数:转子转速±30 r/min、筒底转速+30 r/min、筒壁转速0 r/min和填充率60％.
自1983年以来,作为脂质体家族的一员,多囊脂质体(MVLs)在生物材料和医学领域逐渐引起人们的关注.多囊脂质体由于其蜂窝状的内部结构,克服了传统脂质体在亲水性药物包埋率和稳定性方面的缺点.由于MVLs内水相体积大,药物包埋率高,具有很好的缓释效果.目前文献报道的多囊脂质体的尺寸大多在10 μm以上,主要在镇痛药包埋方面取得了良好的进展.本工作综述了近年来MVLs的制备方法、表征设备、释药机制,归纳了临床研究现状、商品化产品和应用研究进展,同时还提出了MVLs在小尺寸、多样化生物医学应用和放大策略方面的挑战及未来前景.
石墨易切削钢因具有低成本、环保及优良可切削性等优点,近年来引起了国内外冶金和材料学者的广泛关注.本工作采用金相显微镜、扫描电镜和能谱分析仪等方法,系统研究了两种碳含量(0.20wt％和0.52wt％)对1.9wt％Si-1.1wt％Al高硅高铝钢热轧-淬火-回火过程组织变化及回火后石墨粒子析出行为的影响.结果表明,0.20wt％C的实验钢热轧→920℃淬火→回火后的组织演变为铁素体+珠光体→铁素体+"小岛"状贝氏体→铁素体+石墨粒子+少量渗碳体,而0.52wt％C的实验钢热轧→920℃淬火→回火后的组织演变为铁素体+珠光体→马氏体→铁素体+石墨粒子+少量渗碳体.在相同回火温度下,相比0.20wt％C的实验钢,0.52wt％C的实验钢中石墨粒子的数量更多、尺寸更大且更多以晶界形核方式析出.当回火温度从680℃提高至710℃,0.20wt％C的实验钢晶界上析出的石墨粒子密度从2337个/mm2降至1710个/mm2,其平均尺寸从1.50 μm增大至2.27 μm;0.52wt％C的实验钢晶界上析出的石墨粒子密度从5244个/mm2降至1938个/mm2,其平均尺寸从2.36 μm增大至3.45 μm.钢中碳含量从0.20wt％增加至0.52wt％,可有效促进实验钢回火过程石墨粒子的形核和长大.相比710℃回火,680℃回火后的实验钢中石墨粒子数量更多且分布更为均匀,更有利于其整体切削性能的提高.
针对干法超低温(＜120℃)烟气同时脱硫脱硝技术难题,本工作将强氧化剂与高比表面积消石灰耦合制备钙基复合吸收剂,实现了超低温(＜120℃)烟气干法高效同时脱除硫氧化物(SOx)和氮氧化物(NOx).不同氧化剂种类和负载量的钙基复合吸收剂烟气脱硫脱硝性能评价结果表明,强氧化剂的加入不仅提升了消石灰脱硫性能,还能与消石灰协同实现同时脱硝;氧化剂种类、添加量对烟气同时脱硫脱硝影响显著,而且烟气具有适当的水分含量和氧含量有利于提升脱硫脱硝效率.根据钙基复合吸收剂烟气净化反应前后的晶相结构、热分解、微观形貌、比表面积等表征结果可发现,SO2和NO首先被强氧化剂氧化,然后与消石灰反应生成相应的硫酸盐和硝酸盐,提高了脱硫和脱硝效率.本研究有望为烟气超低排放升级改造或小型工业锅炉烟气净化提供一种新的净化材料与工艺.
自吸射流搅拌槽作为新型搅拌装置在非均相强化混合过程中具有潜在的工程应用前景.以水为连续相,油为分散相,运用数值模拟和实验研究了自吸射流搅拌槽内液-液非均相混合过程及强化非均相混合过程的影响因素.结果表明,搅拌转速及分散相相含率对液-液非均相自吸射流轴线上无量纲速度影响较小.自吸射流管倾角β对搅拌槽内流场和分散相分布的影响显著,β＜0°时,不利于油水非均相在搅拌槽内径向混合;β=0°时,搅拌槽内无自吸和射流现象,不利于轴向混合;β＞0°时,搅拌桨上部产生自吸流,下部产生射流,高油相相含率流体被自吸射流管吸入,向下以射流方式进入低油相相含率流体,有效提高了搅拌槽底部湍流动能,强化了油水非均相混合过程.
铜因其优异的物理化学性能而在工业中得到广泛应用.目前,随着硫化铜资源的枯竭,氧化铜资源的开发利用逐渐成为研究的重点.氧化铜矿作为铜金属的最主要来源之一,其有效回收的关键是活化过程.然而由于易选铜矿物的逐渐减少,且现存氧化铜矿资源呈现出氧化率高、矿物组成复杂、易泥化等特点,致使选别过程较为困难.经典的硫化-黄药浮选法无法满足目前复杂氧化铜矿资源的选别要求.此外,活化剂作用于矿物表面的机理以及对活化产物晶体结构的解释不明确,在一定程度上制约了氧化铜矿分离理论和方法的发展.近年来,针对复杂难选的氧化铜资源,多种新型活化剂或者组合活化剂已见诸报端,在一定程度上解决了复杂氧化铜矿难选的问题.本工作通过梳理近年来氧化铜矿活化剂发展脉络,重点综述了新型活化剂以及新型活化方法的应用及活化机理,旨在丰富氧化铜矿高效浮选理论体系,为生产实践提供参考.
