X射线衍射测定焦炭微晶有序度的研究

由于焦炭是由微晶碳和无定型碳组成的炭材料,其微晶结构的排列有序度决定着焦炭的物理化学性质,因此焦炭微晶结构的排列有序度的正确计算有助于焦炭性质的研究。针对焦炭X射线衍射(XRD)图谱中衍射峰峰型产生不对称、宽化和峰位角偏移的情况,通过实验研究改进焦炭微晶有序度的计算方法。通过对不同热处理温度焦炭的XRD分析计算其微晶结构参数,修正了基于(002)晶面间距计算焦炭有序度公式中d max的数值,即将d max改为3.894以避免结果出现负值。提出1种基于(002)衍射峰半高宽计算的焦炭微晶有序度的方法,该方法较基于(002)晶面的相邻网状平面间距(d 002)计算的焦炭微晶有序度(P d002)的方法更为合理,且按照此方法分析的焦炭微晶有序度与其反应活性相关,能够表征焦炭的反应性指数。     

焦煤镜质组热解过程中胶质体的结构演化特性研究

摘 要:研究炼焦煤热解成焦过程中胶质体阶段的结构对于认识成焦机理和指导配煤炼焦具有重要作用。采用基氏流动度测定仪对炼焦煤中镜质组进行热解实验以探究热解过程中胶质体的结构演化,并对特征温度点(T_p、T_m、T_k)产物进行X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)、~(13)C NMR结构表征。结果表明:随着热解温度的增加,微晶结构参数中的堆垛高度(L_c)、芳香度(f_a)增加,石墨片层间距(d_(002))、碳微晶尺寸(L_a)减小;Raman结构参数中的碳结构石墨化程度(A_G/A_(all))增加,而热解产物中碳结构的缺陷结构和无序结构逐渐减小;核磁中芳香族碳含量逐渐增加,脂肪族含量减小。镜质组热解过程中胶质体流动度的变化分为胶质体发展过程与胶质体固化过程2个阶段,且2个阶段热解产物的结构演化速度存在明显差异,产物的结构参数在胶质体的发展过程中均演化较慢,而在胶质体的固化阶段演化较快。     

煤低温氧化过程中微晶结构变化规律研究

煤自燃与其微晶结构有关,利用X射线衍射分析法,研究了褐煤、气煤、气肥煤和无烟煤4个原煤样和不同低温氧化温度下褐煤和气肥煤的微晶结构变化规律。研究结果表明,煤的微晶结构特征与其低温氧化之间有其内在的本质联系,煤矿物含量和微晶结构的差别,造成了它们低温氧化能力和自燃倾向性的差别;微晶结构随变质程度的加深造成自燃倾向性和低温氧化能力逐渐降低;层间距随氧化温度的增加而逐渐减小,芳香层片的平均直径随氧化温度的增加而逐渐增加,芳香层片的堆砌高度随氧化的加深而逐渐增大。     

衬底温度对直流磁控溅射沉积AlN薄膜组织结构的影响

采用直流反应磁控溅射法在不同衬底温度(20～490 ℃)下沉积了AlN薄膜, 用XRD分析了薄膜的择优取向, 用高分辨场发射扫描电镜来表征了薄膜的表面型貌。实验结果表明, 当衬底处在20 ℃冷却的样品台沉积AlN时其上没有晶态的薄膜生成; 衬底处于等离子体自加热时, 薄膜具有混合的取向; 随着温度的升高, 薄膜的(002)晶面择优取向度逐渐增大, 薄膜的结晶度越来越高, 同时更加致密化。当温度到达 400 ℃时, (002)晶面取向度达到最大。温度达到490 ℃时, 薄膜再度出现了明显的(100), (101)晶面的衍射峰。     

艾维尔沟煤中镜质组配煤在成焦过程中的结构演化

为了深入了解煤中活惰组分的相互作用机理以及完善配煤炼焦理论,富集艾维尔沟煤中镜质组(活性组分)等比例配入标准无烟煤(惰性组分)并热解至不同温度(600℃~1000℃)后骤冷(液氮)制成焦样,利用X射线衍射(XRD)和拉曼光谱表征以研究焦样的结构演化规律。结果表明:艾维尔沟煤镜质组与标准无烟煤等比例混配形成的焦样随着成焦温度的升高,焦的微晶尺寸和芳香度逐渐增大,堆垛高度先降低后升高,芳香片层堆积个数先降低又升高,焦的结构无序先增加后减小,石墨化程度则先下降后增加,碳微晶结构参数均在900℃发生转折,说明艾维尔沟肥煤热解固化成焦时继续缩聚反应至900℃后才开始石墨化进程并由焦转变为焦炭。     

添加TiO2和Cr2O3对镍渣微晶玻璃析晶的影响

利用X射线衍射、扫描电镜（SEM）和能谱分析研究添加TiO₂和Cr₂O₃对镍渣微晶玻璃析晶的影响。结果表明,添加复合晶核剂TiO₂＋Cr₂O₃的镍渣微晶玻璃热处理后产生分相析晶,产生富钙相和富硅相。添加复合晶核剂TiO₂＋Cr₂O₃的镍渣微晶玻璃经过热处理后首先析出的晶相是尖晶石型晶体Mg₂TiO₄,并且有Ca(Mg,Al,Ti)(Si,Al)₂O₆普通辉石的晶体衍射峰出现。TiO₂在镍渣微晶玻璃的晶化过程中不是直接形成晶核,而是促进了尖晶石型Mg₂TiO₄晶核的形成,从而有利于晶体生长。     

添加剂对氢氧化镍电位性能的影响

通过对添加Co 、Co +Zn、Co +Cd 及不含添加剂的氢氧化镍样品进行粉末微电极循环伏安测试, 研究了氢氧化镍的电位性能, 并对这些样品进行物理形态结构测试, 探索了添加剂对氢氧化镍物理形态结构及电位性能的影响。结果表明:在制备氢氧化镍时加入添加剂, 氢氧化镍的颗粒小, BET 比表面大, 组成颗粒微晶小, 微晶间孔隙丰富, XRD 图谱中(001)晶面和(101)晶面衍射峰的半高宽(FWHM)值和d₀₀₁ 值较大, 结合水含量增多, 这些结构上的变化有利于氢氧化镍充放电过程中质子扩散, 从而改善其电位性能;单纯添加Co 对改善氢氧化镍的充电电位性能效果较好, 而同时加Co 、Zn 或Co 、Cd 可显著改善氢氧化镍的充放电电位性能。     

热再生对活性焦烟气脱硫的影响

在固定床反应器上,进行模拟烟气条件下的烟气脱硫以及惰性气氛下的热再生实验,研究活性焦的再生工艺和活性焦表面物化性质的变化及其对再生后活性焦脱硫性能的影响.实验结果表明,在再生过程中,起始阶段至40 min,饱和活性焦再生速率很快,而后再生速率变慢,至120 min时再生趋于完全;随着再生次数的增加,活性焦对SO₂的吸附量先增大后减小;活性焦的BET表面积、微孔表面积和微孔体积随再生次数先增大后减小,与活性焦的吸附量成正比;活性焦的表面酸碱性随再生次数增加无明显变化,对活性焦的吸附量无影响;实验活性焦样品可作为SO₂的吸附剂循环使用.     

基体偏压对高功率脉冲磁控溅射AlCrN涂层结构及其性能的影响

为了获得性能更加优异的刀具涂层,采用高功率脉冲磁控溅射技术(HiPIMS)在Ar/N_2混合气氛下制备了AlCrN涂层,研究了不同基体偏压对于涂层的结构和力学性能的影响.XRD图谱表明:AlCrN涂层中存在立方CrN(200),CrN(220)和六方AlN(110)的衍射峰,其中CrN(220)的衍射峰在偏压大于等于-60 V时才会出现,六方AlN(110)的衍射峰在偏压大于等于-100 V时才会出现;Al元素加入会使所有CrN的衍射峰都向更低的角度偏移.随着基体偏压的升高,涂层表面的大颗粒数量和尺寸都呈现逐渐减小趋势.AlCrN涂层的硬度及弹性模量随着偏压的上升先增加后减小,在偏压为-150 V时均达最大值32.5±2.0 GPa和490±111.0 GPa.随着基体偏压增加,涂层的临界载荷先上升后减小,在偏压为-100 V时有最大值约40 N.     

NaOH改性天然石墨及其电化学性能研究

以NaOH为氧化剂，对天然石墨进行氧化改性研究，考察改性温度、NaOH浓度和改性时间对天然石墨微观结构和电化学性能的影响。结果表明，通过扫描电镜（SEM）、X射线衍射（XRD）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）表征发现，NaOH氧化改性后晶面衍射角变大，衍射峰向右发生偏移，晶面间距减小，石墨化度略微增大，且表面的C=O、COO-、 C-O-C官能团含量升高。天然石墨在5 mol/L、50℃的NaOH溶液中氧化改性12 h后，放电比容量由335.2 mAh/g增加到469.5 mAh/g，经30次充放电后的放电比容量为386.3 mAh/g，容量保持率为82.3%。     

壳聚糖/纳米微晶纤维素复合膜的制备及性能研究

通过硫酸水解降解法由棉纤制备了纳米微晶纤维素,并将纳米微晶纤维素与壳聚糖共混,制备了壳聚糖/纳米微晶纤维素复合膜.通过红外光谱、XRD、偏光显微及TEM的分析结果表明:所制得的纳米微晶纤维素具有与壳聚糖基本一致的化学组成和结晶结构,纳米微晶纤维素为长数百纳米、直径数十纳米的针状纤维,分散均匀.CS/NCC复合膜的FTIR及XRD分析结果表明,CS与NCC间存在着较强的相互作用,使CS的晶面间距减小、结晶程度增大,NCC的非晶弥散峰消失;通过POL观察发现,NCC在CS结晶过程中起到异相成核作用,使CS球晶尺寸减小,数量增加;拉伸性能测试表明,NCC的加入可显著提高CS/NCC复合膜的拉伸强度,当NCC质量分数为25%时,拉伸强度为41 MPa,比CS膜提高了86%.     

MoSi2粉末球磨过程中的机械力化学变化

运用X-射线衍射、电子显微镜,研究MoSi2粉末在ZJM10T型搅拌机球磨过程中的机械力化学变化。结果表明,机械球磨过程中,MoSi2粉末的衍射峰强度随球磨时间的增加不断减弱、衍射峰逐渐宽化。机械力化学效应因子——显微应变和有效温度系数则随球磨时间延长即晶粒尺寸减小而增加。晶粒尺寸与有效温度系数和显微应变呈负相关,显微应变随有效温度系数增加而增大。     

氟化镍添加剂对铝电解用炭间糊性能的影响

通过添加不同含量的氟化镍(NiF₂)对改质沥青-煤焦油复合粘结剂进行改性, 并采用改性复合粘结剂与电煅无烟煤、沥青焦、熟碎制备铝电解用炭间糊, 研究NiF₂添加量对炭间糊常规性能、膨胀/收缩过程、质量损失过程以及微观结构的影响。结果表明, 随着NiF₂添加量增加, 炭间糊的致密程度和导电性能逐渐提高, 耐压强度和膨胀/收缩率均呈先增大后减小的变化趋势, 挥发分在8.86%~9.53%范围内波动;体积膨胀显著增加, 焦化温度提前, 残炭值提高;NiF₂添加剂的反应产物以复杂混合物形式分布于粘结焦层片结构。当NiF₂添加量为4%时, 炭间糊的综合性能达到最佳。     

CeO2掺杂对CMAS微晶玻璃结构和性能的影响

固体废物资源化利用是促进社会可持续发展和环境保护的有效方式,以铁尾矿与粉煤灰为主要原料,采用常规与微波处理制备Ca O-MgO-Al₂O₃-SiO₂(CMAS)体系微晶玻璃,研究了不同CeO₂添加量对微晶玻璃的结晶动力学参数、结晶行为和性能的影响。结果表明:CeO₂含量的增加使玻璃的稳定性与聚合度增强,结晶温度逐渐提高,但CeO₂含量为4%时,常规处理样品出现了CeO₂析晶。通过拉曼光谱分析发现,微波处理使玻璃中[CeO₄]含量增加,促使[CeO₄]与金属阳离子耦合,抑制离子扩散。力学性能测试表明,当CeO₂的掺杂量为2%时,微晶玻璃强度与韧性均提高。然而,随CeO₂含量的增加微晶玻璃的力学性能降低。     

耦合煤焦收缩的焦炉炭化室传热过程数值分析

为进一步提高焦炉的生产操作,需要更精准的理论模型与数据,针对焦炉炭化室内煤/焦床层的焦化传热过程,考虑煤结焦过程中的收缩情况,建立相应的耦合数理模型,并开展了数值求解。考虑焦饼收缩的模拟提高了计算精度,所得煤/焦饼温度变化、结焦时间17.97 h,收缩量3.15 mm与实测值吻合较好。进一步分析了操作参数和设计结构参数的影响。结果表明,随着煤水分含量降低、燃烧室温度升高和炭化室宽度减小,结焦时间缩短,有利于单炭化室生产效率的提高。随着煤水分含量的降低、燃烧室温度降低和炭化室宽度增加,焦饼收缩量增加,有利于推焦作业。焦饼的收缩量更大程度受到煤焦收缩系数的第2收缩峰的影响。     

成型压力对半焦制铸造型焦微观气孔结构影响

研究成型压力对铸造型焦微观气孔结构的影响.试验结果表明,各成型压力下所得铸造型焦孔径分布图峰区呈现规律变化,成型压力为50 t到80 t时,各孔径阶段进汞量分布图由多峰渐变为双峰为主,90 t时,各孔径阶段进汞量分布趋于单峰为主,90 t到120 t时,各孔径阶段进汞量分布图又渐变多峰状图形;孔径为17.73μm处阶段进汞量均为其孔径分布图中的峰值,且成型压力增加,峰值减小;铸造型焦的气孔率、孔容、平均孔径的变化趋势亦具有规律性,成型压力从50 t到90 t时,气孔率、孔容、平均孔径都线形下降,成型压力为90 t时达最小,90 t后开始反弹;成型压力对型焦比表面积的影响关系比较复杂,比表面积不仅与型焦的孔容有关,也与气孔的孔径有关,受两方面交互作用.     

叶蜡石镁热还原法制备片状多孔纳米硅的研究

以层状黏土矿物叶蜡石为前驱体,通过熔盐辅助镁热还原方法制备具有片状多孔的纳米硅材料,采用X射线衍射（XRD）、低温N2吸附、扫描电镜（SEM）等方法研究了不同金属镁添加量、还原温度对制备多孔纳米硅的影响。结果表明,随着金属镁添加量和还原温度的增加,叶蜡石和石英X射线衍射特征峰逐渐减弱,当叶蜡石与金属镁质量比增加到1∶1.0,还原温度为750℃时,叶蜡石和石英结构完全被破坏,Si O2被完全还原成纳米硅;熔盐辅助镁热还原叶蜡石制备的纳米Si具有片状多孔结构,随着还原温度的增加,片状纳米硅比表面积和总孔容逐步减小,平均孔径逐渐增大。     

温和条件下制备掺Ti4+磷酸铁的研究

为提高LiFePO₄的电性能，将LiFePO₄掺杂工序前置至磷酸铁的合成阶段，在磷酸铁的制备过程中添加Ti⁴⁺制备掺Ti4+磷酸铁。结果显示：Ti⁴⁺可以取代Fe³⁺进入磷酸铁晶格中；Ti⁴⁺掺入量的增加将会影响磷酸铁晶体的晶面间距，使得（002）晶面间距显著增大，且当Ti⁴⁺掺杂量为0.5%时，对磷酸铁晶面间距影响最大；晶面间距增大，有利于锂离子的脱嵌，磷酸铁锂的电性能增强；掺Ti⁴⁺的磷酸铁较未掺杂时，在600 ℃时出现了明显的晶型转变的吸热峰；掺Ti⁴⁺的磷酸铁的比表面积较未掺杂磷酸铁的比表面积显著提高，这说明掺Ti⁴⁺磷酸铁的化学活性提高，有利于提高磷酸铁锂的电性能；采用掺Ti⁴⁺磷酸铁为原料制备的磷酸铁锂，当钛含量为0.5%时，放电容量最高，即电容为0.2 C时，放电容量为160 mAh/g。     

不同煤级煤分级萃取后的XRD结构特征及其演化机理

基于溶剂萃取的方法,采用苯、CS2、丙酮以及THF等4种溶剂对褐煤、焦煤、低级无烟煤、中级无烟煤等进行分级超声萃取,并借助于X-射线衍射法,对原煤及其萃取物的微晶结构参数进行了测试。研究发现:①随着煤级的变化,溶剂的分级萃取率呈现相同的变化趋势,焦煤的萃取率最大,其次是褐煤,无烟煤萃取率最小;②4个煤样中,THF溶剂的可溶组分最多,其他3个溶剂的萃取率对比关系因煤级不同而略有差异,原因在于萃取率受到煤的显微组分和小分子化合物组成影响;③与原煤相比,萃余物的芳香层间距d002减小,而堆砌度Lc、延展度La均略增大,计算得到的芳香层片堆砌层数增多;④溶剂萃取条件下,煤的不同微晶结构参数的变化机理不同,表现为La主要与溶胀度有关,Lc受溶胀度和小分子相的溶出量有关,d002则是溶胀作用,小分子相溶出量以及溶剂分子的填充情况共同作用的结果;萃取后,芳香层片堆砌层数N的增加是由于Lc和d002变化后的计算效应引起的,而非事实上的增多。     

复合尾矿废渣微晶玻璃析晶性能的研究

以钢渣、铜尾矿、粉煤灰及砂岩为主要原料, 添加少量Fe₂O₃和Cr₂O₃作为复合晶核剂, 以CaO-Al₂O₃-SiO₂三元系、透辉石为主晶相, 采用非均匀成核制得复合尾矿微晶玻璃建筑装饰材料。利用差热分析方法(DTA)制定了复合尾矿废渣微晶玻璃的热处理制度, 采用XRD和SEM方法研究了复合尾矿废渣微晶玻璃的析晶性能。结果表明, 晶化温度在710和720 ℃时, 微晶玻璃处于分相状态, 没有晶体析出; 而晶化温度在800 ℃时, 玻璃相已成为絮状晶粒结构, 析出适量透辉石晶体。