活性白土是一种常见的无机吸附材料,由膨润土经过酸改性获得。本文采用硫酸作为改性剂,活化改性膨润土制备高吸附活性的活性白土。通过单因素试验确定了活化温度A、活化时间B、酸用量C、液固比D的取值范围,并采用Box-Behnken 响应曲面法设计优化白土制备工艺参数,以大豆油中β-胡萝卜素的吸附率为响应值,分析4种工艺参数对吸附率的影响规律,并预测了最佳的工艺条件。结果表明,建立的吸附率响应曲面模型可靠,可用于活性白土吸附能力优化。活化时间和酸用量对吸附率的影响最大,在所选液固比范围内,液固比对吸附率影响不明显。预测的最佳吸附能力制备条件为: 活化温度92.5 ℃、活化时间5.5 h、酸用量40%(质量分数)、液固比4∶1。该条件下活性白土对β-胡萝卜素的吸附率为97.71%。

以电子玻璃为密封材料的航天电连接器在航空航天领域中得到了广泛应用。本文以电子玻璃密封航天电连接器的气密性为优化目标, 对电连接器的封接工艺进行优化。以电连接器的漏率为响应目标函数, 运用Box-Behnken试验与响应面分析, 对封接工艺条件进行评价。建立二次多项式回归方程模型, 对回归方程进行方差分析与系统性检验, 并对封接温度、保温时间和氮气流量等工艺参数进行优化。结果表明, 最佳封接工艺条件为升温速率10 ℃/min、封接温度944 ℃、保温时间32 min、氮气流量1 408 L/h、降温速率10 ℃/min, 该条件下航天电连接器的平均漏率为4.07×10-10 Pa·m3·s-1, 与回归模型预测值相符。玻璃与金属封接的机理为玻璃与金属的化学键合与物理啮合, 以及玻璃与金属氧化物的良好润湿。

制备以钢纤维(SF)、塑钢纤维(MPPF)为骨料的高性能道面混杂纤维再生混凝土(HFRAC), 研究改善再生混凝土(RAC)强度及耐磨性能, 采用响应面法(RSM)中Box-Behnken试验设计方法, 以SF体积掺量、MPPF体积掺量和砂率为因素, 以HFRAC抗折强度、抗压强度和磨损量为评价指标, 建立各评价指标的预测模型, 分析各因素对评价指标的影响, 并构建基于NSGA-Ⅱ耦合熵权TOPSIS法的HFRAC配合比优选模型, 确定综合性能最优时的配合比方案。结果表明: 在试验范围内各评价指标的响应面模型拟合效果良好, 预测精度高; 各评价指标不仅受单因素影响, 而且受因素间交互作用影响, SF体积掺量与MPPF体积掺量交互作用对抗折强度、抗压强度影响极显著, 对磨损量影响显著, MPPF体积掺量与砂率交互作用对抗折强度影响显著; 当SF体积掺量为1.39%、MPPF体积掺量为0.97%、砂率为36.10%时, HFRAC综合性能最优。该方法能够实现HFRAC性能的综合改善, 可为HFRAC在道路工程中的推广应用提供一定理论依据和技术支撑。

采用冷却结晶和筛分法研究了响应曲面法设计下pH值、Fe3+浓度、搅拌速率各因素不同水平对平均粒径和变异系数影响程度, 构建了平均粒径2次回归模型和C·V·值2FI回归模型, 深入探究了各影响因素之间交互作用, 研究表明: 各因素对平均粒径和C·V·值影响程度为母液pH>搅拌速率>Fe3+质量浓度; 各因素之间交互作用对晶体平均粒径和C·V·值影响程度为AC >BC >AB; 当母液pH为5.5、搅拌速率为150 r/min、Fe3+质量浓度为0.3 g/L时, 可得到平均粒径为0.985 mm、C·V·为793.719的晶体; 经验证模型值与实验值误差较小, 回归模型具有良好拟合度和可靠性。

磷石膏(PG)是磷酸湿法工艺中产生的固体废渣, 大量堆存造成环境污染。PG经球磨和煅烧处理得到的无水磷石膏(APG)再经表面疏水改性后可用作高分子材料的填料, 在材料中起到增韧、增强作用, 提高材料的综合力学性能, 成为PG资源化利用的一种有效途径。以APG为主要原料, 以活化指数为响应值, 通过单因素试验和响应面法对APG疏水改性工艺条件进行优化。结果表明, 响应曲面建立的数学模型拟合度较高, NaOH浓度、KH570添加量和反应时间3个因素对活化指数均有显著影响, 其中KH570添加量是影响改性效果的主要因素。APG最优疏水改性条件为: NaOH浓度2.6 mol/L, KH570添加量3.10 g, 反应时间149 min。最优条件下改性APG的活化指数为0.968 9, 接触角为84.51°。

赤泥中含有一定量的钠离子, 这对赤泥应用性能影响很大。本研究通过制备吸附剂来分离钠离子, 应用Design-Expert软件响应面法中的Box-Behnken程序, 对吸附剂的制备工艺条件进行优化研究。通过单因素试验, 以钠离子去除率为评价指标, 确定了煅烧温度、煅烧时间和Al掺量三因素的适宜范围。在此基础上, 利用Box-Behnken中心组合试验, 以钠离子去除率为响应值进行响应面分析, 对制备工艺条件进行优化。结果表明, 最佳制备条件为煅烧温度400 ℃, 煅烧时间5 h, Al掺量40%。在此条件下, 钠离子去除率为95.30%, 这为赤泥中钠离子的分离提供了一种方法。

使用更直接的方法(效应面优化模型)预测了Y4GeO8∶Bi3+,Eu3+样品的最强红光发射。预测最佳样品掺杂的Bi3+离子和Eu3+离子浓度分别为31.03%和67.36%(摩尔分数)。制备最佳样品后对其光致发光性能进行了测试和表征。荧光粉Y4GeO8∶31.03%Bi3+,67.36%Eu3+具有最强的红光发射, 并且强度的实验值和理论值之间的差值很小。优化样品的色坐标为(0.645 7,0.349 0), 计算出的色纯度为98%, 内量子效率高达72.5%。本文提供了一种直接寻找发光最强的荧光粉最佳掺杂浓度的方法, 可用于探索各种类型的共掺杂荧光粉。

本文以氟硅酸铵和碳酸氢铵为原料制备白炭黑和氟化铵(NH4F)。根据单因素实验并结合Box-Behnken响应面法建立二次回归模型进行方差分析和验证, 考察了液固比、配料比、反应温度、反应时间四个因素对白炭黑收率和NH4F浓度的影响, 通过响应面法优化得到较优工艺条件: 液固比8, 配料比5.49, 反应温度76.5 ℃, 反应时间49.08 min。在该工艺条件下进行验证实验得到白炭黑收率为96.90%, NH4F浓度为2.02 mol/L, 预测值与实验值无显著差异, 验证了二次回归模型的可靠性。对产品白炭黑进行XRD、IR、TG-DSC、SEM、BET表征, 及粒度分析和性能测试, 对于产品NH4F, 采用氟离子选择性电极法测定其浓度, 并对其性能进行检测。证实了白炭黑产品粒度为微米级, 且是一种比表面积达316.83 m2/g的介孔材料, 其中SiO2的质量分数高达97.77%, 外观、加热减量、灼烧减量、pH值、重金属含量和吸油值均达到行业标准。NH4F产品中氟化铵含量、游离酸含量和氟硅酸盐含量均达到国家标准。

选用6 mm厚低碳贝氏体钢板进行激光-MAG复合焊接(MAG焊，熔化极活性气体保护电弧焊)，以激光功率、焊接速度、送丝速度为试验参数，以焊缝成形系数(ψ)、激光区面积比(R)为响应指标，建立响应面分析数学模型。送丝速度对ψ和R的影响显著，激光功率与焊接速度的交互作用对ψ的影响显著，送丝速度与焊接速度的交互作用对R的影响显著。对焊缝成形进行评定，筛选出最优工艺参数：激光功率4120～4300 W，焊接速度15.3～16.3 mm/s，送丝速度12.3～13.6 m/min。经试验验证，ψ和R的模型准确度分别为95.0%和92.3%。