1 1.南京工业大学 材料科学与工程学院, 材料化学工程国家重点实验室, 南京210009
2 2.中国科学院 上海硅酸盐研究所, 上海200050
3 3.中国科学院 上海高等研究院, 上海201210
随着工业的快速发展, 相关制造领域排放的污水重金属铜离子污染愈发严重。与此同时, 催化领域对铜金属资源的需求却不断增加。本研究利用粉煤灰和改性剂聚乙烯亚胺(PEI)制备了低成本改性水合硅酸钙(PCSH), 用于吸附水溶液中的铜离子(Cu(II)), 并进一步碱处理固定于表面的Cu(II), 形成铜基活性材料用于有机污染物的催化降解。相比于未改性的样品(CSH), PCSH对Cu(II)的饱和吸附容量提高100%, 高达588 mg/g。研究发现, 这主要是因为添加PEI有利于形成较大的比表面积、优良的孔隙结构以及Cu(II)与-NH2之间的强络合。从PCSH获得的铜基催化剂呈现纺锤形多孔形貌, 作为催化剂分别用于活化过氧硫酸氢钾(PMS)氧化降解罗丹明B(RhB)和活化硼氢化钠(NaBH4)还原降解4-硝基苯酚(4-NP), 速率常数达到0.7135 /min (pH (7.0±0.3); [RhB]= 20 mg/L; [PMS]= 0.12 g/L; [催化剂]= 0.8 g/L)和11.47×10-3 /s (pH (11.0±0.3); [4-NP]= 10-4 mol/L; [NaBH4]= 5×10-3 mol/L; [催化剂]= 0.167 g/L), 是CSH催化剂体系的20和19倍。本工作利用固体废弃物粉煤灰实现了水溶液中铜元素的再利用, 为水中污染物的有效处理和利用提供了新启示。
粉煤灰 水合硅酸钙 铜离子吸附 聚乙烯亚胺 过氧硫酸氢钾 fly ash calcium silicate hydrate Cu(II) adsorption polyethyleneimine potassium peroxymonosulfate 秦思成 1,2,3,*吴锦绣 1,2,3齐源昊 1,2,3柳召刚 1,2,3[ ... ]张晓伟 1,2,3
1 内蒙古科技大学材料与冶金学院，包头 014010
2 内蒙古自治区高校稀土现代冶金新技术与应用重点实验室，包头 014010
3 轻稀土资源绿色提取与高效利用教育部重点实验室，包头 014010
以硫酸铵废水为原料，采用水热法制备了无水硫酸钙晶须(CSW)。首先研究了十二烷基苯磺酸钠(SDBS)和不同聚合度的聚乙二醇(PEG)对CSW生长行为的影响。然后用Materials Studio 2020软件对SDBS吸附在CSW表面进行分子动力学模拟，计算得到各晶面吸附能。结果表明，产物均为正交晶系的CSW。未加添加剂制备出的CSW平均长度为65.27 μm，长径比为40，但表面粗糙，分布不均匀。加入4%(质量分数)SDBS制备出的CSW形貌最优，分布均匀，表面光滑且均为针状，平均长度为136 μm，长径比为62。SDBS能促进CSW以螺旋位错的形式沿轴向生长，提高CSW长径比。
硫酸铵废水 水热法 无水硫酸钙晶须 添加剂 分子动力学模拟 吸附能 ammonium sulfate wastewater hydrothermal method anhydrous calcium sulfate whisker additive molecular dynamics simulation adsorption energy
1 宁夏大学土木与水利工程学院,银川 750021
2 旱区现代农业水资源高效利用教育部工程研究中心,银川 750021
3 宁夏土木工程防震减灾工程技术研究中心,银川 750021
4 宁夏节水灌溉与水资源调控工程技术研究中心,银川 750021
为了研究再生砂超高性能混凝土(UHPC)的抗硫酸盐侵蚀性能,对掺再生砂和超细粉煤灰的超高性能混凝土进行了硫酸盐干湿循环侵蚀试验,测试了硫酸盐溶液侵蚀前后试件的抗压强度、相对动弹性模量、质量变化。通过离子滴定测定了不同侵蚀深度下硫酸根离子的分布,分析了再生砂和超细粉煤灰对硫酸根离子传输的影响。结果表明: 经过90次硫酸盐干湿循环后,UHPC的耐侵蚀系数随着超细粉煤灰掺量的增加呈先增大后减小的趋势; 超细粉煤灰掺量为20%(质量分数,下同)时,侵蚀全过程中UHPC的耐侵蚀系数、相对动弹性模量最大,硫酸根离子含量较低; 再生砂掺量为50%时,UHPC在干湿循环45次之前的相对动弹性模量最大,相同深度下的硫酸根离子含量最低; 复掺20%超细粉煤灰和50%再生砂的UHPC抗硫酸盐侵蚀性能最优。
超高性能混凝土 再生砂 超细粉煤灰 硫酸盐侵蚀 硫酸根离子含量 ultra-high performance concrete recycled sand ultra-fine fly ash sulfate corrosion sulfate ion content
1 防灾减灾湖北省重点实验室, 宜昌 443002
2 三峡大学土木与建筑学院, 宜昌 443002
3 三峡旅游职业技术学院, 宜昌 443000
本文以磷石膏为原料蒸压制备半水硫酸钙晶须, 采用数字显微镜、X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)等微观测试方法对Mg2+作用下的半水硫酸钙晶须微观形貌、组成及晶面发育情况等进行试验研究, 运用分子动力学技术模拟计算Mg2+在半水硫酸钙晶体晶面的相互作用能和径向分布函数, 两者结合探讨Mg2+对半水硫酸钙晶体不同晶面结晶习性的影响。结果表明, Mg2+和半水硫酸钙晶体不同晶面的相互作用能从小到大顺序为: ΔE(200)<ΔE(002)<ΔE(400)<ΔE(020)<ΔE(204), 即Mg2+主要吸附在半水硫酸钙晶体的(200)、(002)、(400)晶面上。Mg2+与SO2-4间的作用距离小于Ca2+与SO2-4间的作用距离, Mg与S之间产生了明显的电子效应, 且电子效应随硫酸镁掺量的增加而增强, XRD衍射峰位置随硫酸镁掺量的增多向右偏移变得更加明显, 说明有少量的Mg2+嵌入半水硫酸钙晶格。在硫酸镁掺量0.15%(质量分数, 下同)时, 优先促进晶体c轴方向的生长, 使半水硫酸钙晶须呈细长针状, 平均长度为47.29 μm, 平均长径比为36.07; 在硫酸镁掺量为0.30%时, 抑制晶体沿c轴和径向的生长, 使半水硫酸钙晶须呈细短针状, 平均长度为39.72 μm, 平均长径比为28.91。
半水硫酸钙晶须 磷石膏 结晶习性 分子动力学模拟 calcium sulfate hemihydrate whisker phosphogypsum Mg2+ Mg2+ crystallization habit molecular dynamics simulation
吴锦绣 1,2,3,*秦思成 1,2,3牛小超 1,2,3齐源昊 1,2,3[ ... ]张晓伟 1,2,3
1 内蒙古科技大学材料与冶金学院, 包头 014010
2 内蒙古自治区高校稀土现代冶金新技术与应用重点实验室, 包头 014010
3 轻稀土资源绿色提取与高效利用教育部重点实验室, 包头 014010
本文以稀土石膏为原材料研究了制备方法对硫酸钙晶须(CSW)形貌和结构的影响, 并以二水硫酸钙(分析纯)为原材料, CeCl3·7H2O为铈源, 探究稀土铈的加入对CSW的结构和形貌的影响。利用SEM、XRD、XPS和FL等表征手段对CSW的结构、形貌和组成及其荧光性能等进行表征和分析。研究结果表明: 采用微波法可以制备高长径比的CSW, 其平均长度为263 μm, 平均长径比为39.50。Ce3+以原子置换的形式进入CSW, 对晶须的晶体结构不产生影响, 但改善了CSW的形貌。添加2%(质量分数)的Ce3+能够促进晶须向一维生长, 使得CSW的长径比显著增加, 而过量的Ce3+会促使晶须横向生长。研究证明稀土石膏中含有微量的稀土元素Ce, 同时发现由稀土石膏制备的CSW具有发射蓝光的特性, 这对开发利用稀土石膏具有重要的理论指导意义。
稀土铈 稀土石膏 硫酸钙晶须 微波法 长径比 荧光性能 rare earth cerium rare earth gypsum dehydrate calcium sulfate whisker microwave method length to diameter ratio fluorescence property
1 广西大学工程防灾与结构安全教育部重点实验室, 南宁 530004
2 广西大学广西防灾减灾与工程安全重点实验室,南宁 530004
3 广西大学资源环境与材料学院, 南宁 530004
为了揭示Cl?傆b、SO42?傆b作用下混凝土中钢筋腐蚀机理的差异, 并为氯盐和硫酸盐侵蚀下混凝土的抗腐蚀调控提供理论基础, 研究了Cl?傆b、SO42?傆b侵蚀下混凝土孔溶液中钢筋的电化学行为差异, 并利用基于第一性原理的密度泛函理论研究了腐蚀性物质(Cl?傆b、SO42?傆b)和致钝物质(CaOH+、OH?傆b)在Fe(100)表面的竞争吸附。结果表明: 相较于含Cl?傆b的混凝土孔溶液, 钢筋在含SO42?傆b的混凝土孔溶液中的腐蚀电位和极化电阻均更低, 更易发生腐蚀; SO42?傆b对OH?傆b与铁表面反应的抑制作用略强于Cl?傆b; SO42?傆b既可促使CaOH+中Ca-OH键伸长, 又可阻碍CaOH+中OH基团与表面Fe原子间的作用, 其对CaOH+与铁表面反应的抑制作用明显强于Cl?傆b。
氯离子 硫酸根离子 混凝土 钢筋 腐蚀机理 第一性原理 chloride ion sulphate ion concrete steel reinforcement corrosion mechanism first-principle
随着国家对污水系统规划的重视, 混凝土在污水管道中得到了广泛应用。混凝土在污水管道服役期间会受到物理、化学以及生物的协同作用而劣化。在诸多侵蚀介质中, 硫酸对混凝土的性能影响最为突出。为了进一步加深对此研究领域的理解, 本文主要从污水管道中的硫酸来源、混凝土的硫酸腐蚀机理、影响硫酸腐蚀的因素及抗硫酸腐蚀对策等研究进展进行介绍, 寻找有效的污水管道混凝土防腐对策。
污水管道 硫酸 腐蚀机理 防腐对策 耐久性 sewage conduit sulfuric acid corrosion mechanism anti corrosion measure durability
1 苏州科技大学土木工程学院，江苏 苏州 215011
2 苏州科技大学江苏省结构工程重点实验室，江苏 苏州 215011
3 东南大学材料科学与工程学院，南京 211189
4 兰州理工大学土木工程学院，兰州 730050
5 郑州大学水利科学与工程学院，郑州 450001
研究了混凝土模拟孔溶液中钢筋在氯离子、硫酸根离子、氯离子-硫酸根离子共存、模拟海水等环境下钢筋腐蚀行为与演变规律，并分析了钢筋在氯盐、硫酸盐作用下腐蚀产物。结果表明：硫酸根离子的存在使得钢筋极化电阻进一步降低，而腐蚀电流密度升高；钢筋腐蚀电位与极化电阻演变呈现一定幂函数关系；钢筋在氯离子、硫酸盐侵蚀作用下腐蚀产物种类无明显差别，主要为纤铁矿、针铁矿、水铁矿、赤铁矿和方铁矿等。
氯离子 硫酸根离子 钢筋 腐蚀 耐久性 chlorideion sulfate ions steel reinforcement corrosion durability
1 西北大学文化遗产学院, 陕西 西安 710069
3 西南民族大学旅游与历史文化学院, 四川 成都 610041
4 四川省文物考古研究院, 四川 成都 610041
四川省邛崃市地处成都平原, 是成都地区发现的摩崖造像规模最大, 分布最集中的地区。 由于潮湿、 半露天的保存环境, 造像遭到严重破坏, 缺少相关的科学分析研究。 本文选用邛崃地区内花置寺摩崖造像、 临邛镇磐陀寺摩崖造像和大同乡石笋山摩崖造像三处共12件彩绘颜料样品, 通过超景深显微观察、 X射线荧光分析、 X射线衍射和显微激光拉曼光谱综合分析, 获取彩绘颜料信息。 结果表明红色颜料为赤铁矿[Fe2O3]和铅丹[Pb3O4]; 绿色颜料为砷酸铜[Cu(AsO3)(OH)·2H2O]和过硫酸三铜钠钾[KNaCu3O(SO4)3]; 白色颜料为石膏[CaSO4]; 黄色颜料为黄赭石[Fe2O3]; 黑色颜料为铅丹[Pb3O4]的变化产物, 蓝色颜料为青金石[Na6Ca2Al6Si6O24(SO4)2]。 值得注意的是绿色颜料的分析结果, 其中检出的砷酸铜类物质在近年中国西南地区彩绘分析中较常见, 结合文献调研判断其为近现代人工合成颜料巴黎绿的变化产物, 进而推测此处有近现代重绘可能。 另外, 首次检出过硫酸三铜钠钾成分的绿色颜料, 丰富了古代彩绘颜料的分析实例, 判断可能是某种绿色含铜矿物的变化结果。 四川地区环境湿润, 一些不稳定的矿物颜料容易发生化学变化, 有的产生变色, 有的颜色变化不明显, 但成分已产生新的物质。 通过分析邛崃石窟彩绘颜料, 获取四川地区摩崖造像所使用颜料的相关信息, 为颜料复原提供科学依据, 同时也有利于文物工作者展开针对性保护工作, 为四川地区彩绘石窟的研究和保护提供参考。
邛崃石窟 彩绘颜料 绿色颜料 砷酸铜 过硫酸三铜钠钾 Qionglai Caves Color paint Green pigment Arsenic acid copper Euchlorine 光谱学与光谱分析
2022, 42(10): 3198
1 贵州大学化学与化工学院，贵阳 550025
2 贵州省工业废弃物高效利用工程研究中心，贵阳 550025
本文模拟了半水法湿法磷酸生产过程中α型半水硫酸钙(α-HH)的结晶过程。在30%P2O5，反应温度95 ℃，过饱和度S=1.64~2.10条件下，通过浊度仪监测溶液中浊度变化，测定了不同F-及SiF2-6浓度下α-HH结晶诱导时间，采用经典成核理论公式计算了α-HH的临界晶核半径及成核速率，并通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)表征分析了F-及SiF2-6对α-HH结晶过程的影响。结果表明：随着F-、SiF2-6浓度的升高，α-HH晶体的结晶诱导时间延长，表面能和临界晶核半径都增大，然而成核速率减小。当过饱和度S=1.64时，加入0.06 mol·L-1 F-，α-HH结晶诱导时间延长了465 s，成核速率减小到0.403×1029 晶核数·cm-3·s-1，然而，加入0.06 mol·L-1 SiF2-6，α-HH结晶诱导时间延长了710 s，成核速率减小到0.339×1029晶核数·cm-3·s-1。SiF2-6对α-HH晶体抑制成核作用大于F-。F-、SiF2-6阻碍了α-HH晶体沿C轴方向生长，使得晶体长径比减小，晶体形貌向短柱状变化。F-、SiF2-6影响了α-HH晶体(200)、(310)、(400)晶面衍射峰强度和结晶度。控制半水法湿法磷酸中F-及SiF2-6浓度水平，可以得到短柱状的α-HH晶体，有利于过滤洗涤。
α型半水硫酸钙 结晶诱导时间 临界晶核半径 成核速率 湿法磷酸 表面能 type-α hemihydrate calcium sulfate crystallization induction time critical nucleation radius nucleation rate wet-process phosphoric acid surface energy
