净水厂广泛采用石英砂或锰砂滤池，但在接触氧化法除锰过程中存在滤料吸附性能差、“锰质活性滤膜”成熟期长等问题。针对这一现象，以沸石为基质材料，高锰酸钾和硫酸锰生成锰氧化物沉积在沸石表面，制备锰氧化膜包覆沸石(MOMCZ)，MOMCZ结合了沸石的吸附性能和锰氧化物的催化氧化特性。采用SEM、EDS、XPS、XRD、BET、Zeta电位等分析表征方法研究MOMCZ的表面形态、化学组成等特性，通过响应曲面模型分析MOMCZ对锰离子的吸附性能。结果表明：MOMCZ表面的锰氧化膜呈现立体复杂的网状结构，Mn元素存在形式及摩尔分数分别为Mn(Ⅲ)5128%，Mn(Ⅳ)48.72%，锰氧化膜主要成分为Na0.55Mn2O4(H2O)1.5；MOMCZ比表面积为38.76 m2/g，孔径分布集中在3～40 nm，等电点pH=2.36；MOMCZ吸附锰离子的四项影响因素关系顺序为：pH值＞负荷＞吸附时间＞吸附温度；通过模型优化发现当负荷为0.8 mg/g、pH=8.5、吸附温度为23.40 ℃、吸附时间为6.58 min时，锰离子去除率达到最大值70.82%；试验模型预测值和实际数据值相对误差均小于2.5%。MOMCZ吸附锰离子响应曲面模型拟合程度高、预测准确，具有较高的可行性和参考价值。

γ-CuI较宽的能带空隙及较高的离子电导率等特点, 使其在光能利用和超快闪烁材料领域有着广泛的应用。γ-CuI 的形貌往往对其结构性质有重要的影响, 精准地调控其形貌有很大的意义。因此, 本文采用微反应法, 通过控制不同NH3·H2O用量、Cu源、管内反应停留时间及合成温度等因素, 结合SEM、XRD和FT-IR等测试手段, 对不同合成条件下制备得到的γ-CuI的晶型与形貌进行了研究。并对传统液相沉淀法和微反应法制备的γ-CuI进行了比较。结果表明, 当NH3·H2O使用量(CNH3·H2O/CN2H4)为0.4、管内停留时间为10 s、反应温度为20 ℃的条件下达到90.5%的最高产率。其中, NH3·H2O的使用量对形貌的影响最大, 当NH3·H2O的使用量为0.4时, 合成了形貌均一的棒状γ-CuI。对比不同的铜源, 除Cu(CH3COO)2·H2O制备得到棒状的γ-CuI, 其余Cu源均主要生成颗粒状γ-CuI。增加管内时间则有助于棒状γ-CuI的形成, 但进一步增长时间会导致样品在管内损失。此外, 过高的反应温度会导致棒状γ-CuI逐渐向颗粒状γ-CuI转化。

本文研究了在常压下钛石膏-H2SO4-H2O体系中石膏相向硬石膏相的转化,探索了反应时间、硫酸浓度和温度对石膏-硬石膏转化的影响。结果表明:提高反应温度、增大硫酸浓度和增加反应时间都有利于石膏向硬石膏转化；当石膏转化为硬石膏后，延长反应时间硬石膏不再发生转变；在温度为70 ℃和80 ℃时，体系中石膏与硬石膏共存，二者的微观形貌差异明显，石膏呈片状，硬石膏呈长方板状；当温度升温至90 ℃以上时，石膏完全转变为硬石膏，其微观形貌为长方板状；常压下，在50~100 ℃内，在钛石膏-H2SO4-H2O体系中发生的石膏-硬石膏的相变是石膏直接脱水形成硬石膏，没有中间产物形成。

以处理后的脱硫石膏为原料, 在H2SO4-H2O体系中以Cu(NO3)2为晶形控制剂采用水热法制备脱硫石膏晶须, 探讨了Cu(NO3)2对脱硫石膏晶须生长的影响机理。结果表明: Cu(NO3)2对脱硫石膏有明显促溶作用, 其中Cu2+可减小溶液中各离子的活度系数, 使溶液中的Ca2+浓度增大。NO-3通过静电作用在Ca2+周围聚集并对SO2-4产生屏蔽作用, 导致脱硫石膏继续溶解并使Ca2+和SO2-4的浓度处于相对稳定状态, 有利于半水脱硫石膏晶体的形核与生长。此外, Cu2+还可在晶须的生长过程中选择性吸附在晶须表面, 生成CuSO4, 促进了脱硫石膏的结晶生长, 最终在Cu(NO3)2用量为2.0%(质量分数)时制备的脱硫石膏晶须长径比约为73。

为将Ca(H2PO4)2制备KH2PO4过程中的石膏资源化利用, 以H3PO4与CaCO3反应制备Ca(H2PO4)2溶液, 并与K2SO4溶液反应, 进行Ca(H2PO4)2-H3PO4-K2SO4体系中石膏晶型和形貌调控研究。结果表明: 通过改变反应时间、反应温度、SO2-4过量系数和CaO含量等参数可对Ca(H2PO4)2-H3PO4-K2SO4体系中石膏晶型和形貌进行调控, 制得短柱状α-CaSO4·0.5H2O。体系在温度高于95 ℃和CaO含量为3.0%~5.0%(质量分数, 下同)时形成α-CaSO4·0.5H2O, 在CaO含量为5.5%主要形成CaSO4·2H2O; 反应时间长于20 min和SO2-4过量系数大于1.4将形成K2SO4(CaSO4)5·H2O, 导致石膏晶体表面缺陷增加。本实验条件下, 适宜反应条件为: 反应时间10 min、反应温度95 ℃、SO2-4过量系数1.2和CaO含量5.0%, 此条件下可制得长度42~70 μm、直径13~24 μm的短柱状α-CaSO4·0.5H2O, 其抗折和抗压强度分别可达5.61 MPa和33.74 MPa, 滤液中钾收率和脱钙率分别可达94.23%和83.80%。

大气中大量存在的复合粒子会对激光传输效率产生很大影响。由于空气中水蒸气含量较高, 以C作为凝结核外层包裹以水的核壳结构微粒对光传输具有明显的散射效应。本文应用Mie散射理论对C@H2O核壳结构微粒的散射特性进行了理论分析和数值计算, 首先给出了不同入射波长、核粒子半径以及水膜厚度条件下散射强度分布变化曲线; 其次给出了不同入射波长、核粒子半径以及水膜厚度条件下偏振变化情况; 最后讨论了光学截面与粒子半径之间的关系。结果表明各参数对前向散射强度影响较大, 入射波长越大散射强度越弱, C核半径增大粒子的前向散射增强, 水膜厚度增大粒子的前向散射增强, 而后向散射无明显影响; 入射波长较大时, 粒子在多个角度出现线偏振光, 入射波长增大、碳核半径变大、水膜厚度增大, 偏振度峰值都会增多; 随着入射波长的增大, 散射截面最大峰值位置向着半径增大的方向移动, 并伴随一定的振荡现象, 散射和消光截面在碳核半径为0.1 μm左右达到最大值。

以氧化钐和H3PO4 为原材料, 在无模板剂的情况下, 用水热法通过调控pH、时间和温度制备了SmPO4·0.5H2O一维纳米材料, 并提出其可能形成机理。用X射线粉末衍射(XRD)、透射电镜(TEM, HRTEM和SAED)、红外光谱(IR)和能谱(EDS)对产物的物相结构、微观形貌和组成进行了表征。用紫外-可见吸收光谱研究了产物的光学性质。研究结果表明, 实验所制备的产物全部是六方晶系结构, 形貌都为一维纳米线。反应体系的pH值、温度和时间的改变对纳米线的长径比有影响, 但对其相结构基本都没有影响。分析得到最佳水热制备条件为pH=5、温度和时间分别为130 ℃和8 h, 产物的结晶性、分散性和均匀性都达到最好。光学性质研究表明, 该类产物在300~350 nm的紫外区域有吸收宽峰, 是属于基质O2-→P5+、Sm3+的电荷迁移。在350~450 nm处的可见光区域内也有一组吸收峰, 是属于Sm3+的4f内层电子间的f-f跃迁吸收。依据该类吸收峰, 得到禁带宽度在4.67~5.50 eV之间。pH值和温度对产物光学性能均有影响。

将可调谐半导体激光吸收光谱技术应用于高温气体浓度在线检测, 谱线参数的准确性非常重要。 为利用红外波段进行燃烧生成H2O的浓度在线测量, 需要实验校准H2O的谱线参数, 尤其是Ar加宽系数, 该系数对燃烧反应速率测量和机理验证至关重要。 采用半导体激光器作为光源, 结合实验室搭建的谱线参数测量系统, 采集了1.39 μm波段附近H2O的4条吸收谱线信号, 获得了谱线线强、 自加宽系数和N2加宽系数, 与HITRAN数据库和文献结果进行了对比, 均吻合较好。 首次系统地获得了该波段谱线的Ar加宽系数。 在谱线参数确定基础上, 获得了在反射激波高温条件下H2/O2/Ar燃烧生成H2O的浓度随时间的演变曲线, 验证了相应燃烧动力学机理。 结果为利用该波段进行含氢燃料燃烧过程H2O浓度测量及相关高温燃烧动力学研究提供了可靠的实验依据。

流体包裹体盐度及类型是分析地质流体作用的重要地球化学参数。 NaCl-H2O体系是地质体中最常见的流体体系之一, 其盐度通常由显微测温法获得, 而盐水合物的低温拉曼光谱不仅可以用来计算流体包裹体盐度, 还可以区分盐水类型。 理论上讲, 低温冷冻条件下的流体包裹体并非均匀体系, 单一测点的拉曼光谱具有较强的局限性, 由其计算的盐度并不能代表整个流体包裹体的盐度。 为了更好地了解低温条件下流体包裹体的相变特征及其拉曼光谱对盐度的响应, 本文通过配置五种不同浓度的NaCl溶液, 研究了其在低温下的结晶过程及拉曼光谱特征。 结果显示, 在反复冷冻与升温过程中, 冰晶首先形成, 而水石盐的形成依赖于盐溶液的浓缩, 多形成于冰晶间的缝隙中。 水石盐的四个拉曼特征峰中, p1［(3 402±1) cm-1］和p2［(3 419±1) cm-1］相对强度稳定, p3［(3 432±2) cm-1］和p4［(3 535±4) cm-1］相对强度随盐度增加发生大幅度变化, 从而导致相同盐度样品不同测点的拉曼特征比值随盐度增加而愈发离散。 因此, 传统的流体包裹体单一测点低温拉曼测盐误差较大, 数据分析显示多点测试统计平均值才能更好的反映流体的真实盐度。 相对于强度和半高宽, 总峰面积与盐度相关性最好, 是计算盐度的首选参数。 该研究阐述了低温拉曼测盐的实验操作和数据处理方法, 并阐明了其在流体包裹体分析中的应用条件。 尽管操作过程较复杂, 但其抗干扰强, 应用盐度范围广, 计算结果可靠, 是重要的测盐方法。

本文采用可调谐二极管激光吸收光谱法 (TDLAS)的波长调制技术, 实现气体温度的测量。考虑到 H2O在大气中、工业生产中普遍存在, 我们选用了 H2O作为测量气体温度的载体, 利用 H2O在 1 397 nm附近谱线对, 通过分析二次谐波信号的峰-峰比值与不同温度的关系, 获得温度测量值, 并通过数值拟合, 分析了在 400～1 100℃温度范围内系统测量的温度误差 (<0.113%)。结合现场结构, 该设备能够用于工业生成过程中的温度监测, 设备性能远优于目前使用的仪器, 能够为燃烧锅炉等生产设备提供准确的温度监控数据。