改性介孔Al_2O_3负载的高分散铜基催化剂的结构与催化性能

采用浸渍法制备了LaCeZr或YCeZr改性的γ-Al2O3负载的系列Cu基催化剂,运用XRD、BET、EXAFS、XPS和H2-TPR等技术对催化剂的结构进行了详细表征,探讨了催化剂中Cu物种的存在形式及其还原性能,并与CO的氧化性能相关联。氮气吸附-脱附测试结果表明,催化剂具有很高的比表面积以及较均一的介孔结构。XRD结果表明,未改性的γ-Al2O3负载的Cu基催化剂经800℃高温焙烧后,Cu物种与载体作用强烈,形成了CuAl2O4尖晶石相,而EXAFS结果显示,助剂改性后的γ-Al2O3负载的Cu基催化剂上Cu物种主要以高分散的CuO形式存在,促进了催化剂对CO的低温氧化性能。H2-TPR结果表明,同一系列样品随焙烧温度提高,CuO的还原温度升高,晶格氧的活动度降低,导致活性的下降。LaCeZr改性的γ-Al2O3负载的铜基催化剂于650℃焙烧后显示出了较强的抗硫和抗水性能。     

有机硅自修复材料

有机硅自修复材料在可穿戴装备、智能涂层等领域有广泛应用。本文分别从外援型和本征型两大类介绍了有机硅自修复材料的特点、修复机理和最新研究进展。在外援型有机硅自修复材料中,主要介绍了利用光引发自由基反应、缩合固化、硅氢加成等有机硅特异性反应实现自修复。在本征型有机硅自修复材料中介绍了利用Diels-Alder反应、酰腙键、酯键、Schiff base结构等可逆化学反应,金属-配体配位作用以及氢键、π-π堆叠作用等超分子作用,实现自修复功能的途径及特点;除此之外还介绍了最小化表面自由能、巯基与纳米银之间的键合作用和重构反应等有机硅自修复实例。最后,本文指出了有机硅自修复材料面临的问题并对今后的发展方向进行了展望。     

高超声速激波湍流边界层干扰直接数值模拟研究

高超声速激波与湍流边界层干扰会导致飞行器表面出现局部热流峰值,严重影响飞行器气动性能和飞行安全.针对高马赫数激波干扰问题,以往数值研究多采用雷诺平均方法,而在直接数值模拟方面的相关工作较为少见.开展高超声速激波与湍流边界层干扰的直接数值模拟研究,有助于进一步提升对其复杂流动机理认识和理解,同时也将为现有湍流模型和亚格子应力模型的改进提供理论依据.采用直接数值模拟方法对来流马赫数6.0,34?压缩拐角内激波与湍流边界层的干扰问题进行了研究.基于雷诺应力各向异性张量,分析了高超声速湍流边界层在压缩拐角内的演化特性.通过对湍动能输运方程的逐项分析,系统地研究了可压缩效应对湍动能及其输运的影响机制.采用动态模态分解方法,探讨了干扰流场的非定常运动历程.研究结果表明,随着湍流边界层往下游发展,近壁湍流的雷诺应力状态由两组元轴对称状态逐渐演化为两组元状态,外层区域则由轴对称膨胀趋近于各向同性.干扰流场内存在强内在压缩性效应(声效应),其对湍动能输运的影响主要体现在压力-膨胀项,而对膨胀-耗散项影响较小.高超声速下压缩拐角内的非定常运动仍存在以分离泡膨胀/收缩为特征的低频振荡特性,其物理机制与分离泡剪切层密切相关.     

Ag/NH2-MIL-125(Ti)的构建及可见光还原水中Cr(Ⅵ)

开发高效、稳定的复合光催化材料是当前环境领域的迫切需求。 本文采用溶剂热协同紫外光还原法成功制备了复合光催化材料Ag/NH₂-MIL-125(Ti),并通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱(EDS)、紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)及X射线光电子能谱(XPS)等技术手段对其形貌、结构及光学性质进行分析,考察了Ag/NH₂-MIL-125(Ti)可见光(λ≥420 nm)催化还原Cr(Ⅵ)的性能,并优化了催化剂用量、Cr(Ⅵ)浓度、空穴捕捉剂种类及用量等条件。 结果表明,在最佳条件下,Ag/NH₂-MIL-125(Ti)具有良好的吸附及光催化还原Cr(Ⅵ)性能,其吸附及光催化还原率是NH₂-MIL-125(Ti)的3.11倍,Ag/NH₂-MIL-125(Ti)特殊的“芝麻饼”形貌以及Ag⁰与NH₂-MIL-125(Ti)之间形成的异质结有助于增强复合材料的光催化还原Cr(Ⅵ)的性能。 同时,通过条件实验,提出了光催化还原过程中主要的活性物种以及Cr(Ⅵ) 的还原机理。 本研究将为金属有机骨架(MOFs)复合材料在可见光催化环境修复领域的应用提供理论依据和实验参考。     

3D-EEMs和PARAFAC解析土壤渗滤处理污水厂二级出水研究

利用三维荧光光谱（3D-EEMs）和平行因子分析（PARAFAC）的方法研究了土壤渗滤处理污水厂二级出水中氮、磷及溶解性有机物（DOM）的垂直分布特征。试验在一个中试规模的土壤渗滤系统中进行,反应器自上而下每隔30 cm设置一个采样口,采集的样品通过PARAFAC识别出系统不同点位的DOM具有4个荧光组分,包括2个类腐殖质物质（C1,C2）、2个类蛋白物质（C3,C4）。对荧光组分浓度得分F_max分析得出,C4代表的类色氨酸比其他3类物质更易于降解,即类色氨酸最易降解,其次为类富里酸、类胡敏酸类物质、类蛋白物质。四种组分的F_max变化幅度都以在0~30 cm处最大,表明此处生化反应最为剧烈,DOM的迁移转化速率最大。运用PARAFAC、主成分分析（PCA）和聚类分析（CA）等手段,可以揭示土壤渗滤系统中DOM的来源和不同深度的变化规律。土壤渗滤系统在4 L·d-1的低负荷条件下处理污水处理厂二级出水,对TN和NO3-N的去除是不利的,后续可以耦合反硝化滤池等工艺强化反硝化脱氮,进一步提高氮素的去除率。土壤对磷的吸附尚未达到饱和的状态,保持了较高的TP去除效率。     

单光束多组分温室气体的腔衰荡光谱同步检测

腔衰荡光谱技术(CRDS)作为一种具有高灵敏度高光谱分辨率的检测方法已被广泛用于痕量气体检测。而目前基于CRDS痕量气体检测多针对单一气体进行测量或通过多个激光器产生的多光束进行多种组分气体浓度测量。利用DFB激光器波长可调谐特性,通过强弱吸收峰结合,使用单光束实现了多种温室气体的腔衰荡光谱技术同步检测。由于大气中水汽和二氧化碳浓度较高,为实现同一衰荡系统对三种温室气体的同步测量,在平衡吸收损耗的基础上,选取1 653~1 654 nm内甲烷的强吸收峰与水汽、二氧化碳的弱吸收峰进行测量。通过光谱叠加反演矩阵,分别得到甲烷、水汽、二氧化碳的浓度。在计算测量灵敏度过程中发现,通过去除衰荡过程初期的部分数据点(过滤区间),会对噪声等效吸收系数产生影响。多数情况下,在测量灵敏度计算方面,列文伯格-马夸尔特算法(L-M)会优于离散傅里叶变换法(DFT);但当衰荡曲线的单指数性下降时,上述结论不一定成立。搭建了一个低精细度(F≈6×103)衰荡腔对上述结论进行了实验验证。相较于用于测量温室气体浓度的高精细度衰荡腔(F≈1×105),低精细度衰荡腔的衰荡速率较快,衰荡曲线的单指数性明显低于高精细度衰荡腔。实验表明,在过滤区间长度较短时,采用DFT算法计算得到的噪声等效吸收系数会小于L-M算法得到的结果。当过滤区间长度增加时,L-M算法得到的结果优于DFT算法。在受过滤区间长度影响方面,DFT算法的波动性要明显小于L-M算法。根据Allan方差分析,在512次采样平均(约8 s)下的最小噪声等效吸收系数进行计算,该CRDS装置测量灵敏度为2.4×10-10 cm-1。在25 ℃标准大气压下,对应甲烷、水汽、二氧化碳的测量灵敏度分别为0.64 ppbv,3.5 ppmv和4.0 ppmv。基于该CRDS装置,通过单光束多波长测量方法,利用光谱叠加反演矩阵,测得大气中甲烷、水汽、二氧化碳浓度分别为2.018,3 654和526 ppmv;而采用经典CRDS单波长测量得到的甲烷、水汽、二氧化碳浓度分别为2.037,3 898和630 ppmv。通过与温控调节波长,逐点扫描得到的光谱吸收曲线进行对比,采用多波长测量得到气体浓度进行复合拟合的光谱曲线残差小于单波长测量得到气体浓度进行简单拟合的光谱曲线残差。     

介质阻挡放电系统中带晕蜂窝六边形发光斑图

为了丰富介质阻挡放电系统中斑图的多样性,利用双水电极介质阻挡放电装置,在空气和氩气按一定比例混合的气体中（氩气含量χ=25%）,发现了带晕蜂窝六边形斑图。通过观察用普通相机拍摄的斑图照片,可以发现斑图是由中心点、晕和蜂窝框架构成,且中心点位于晕的中心,中心点和晕嵌套在蜂窝框架的中心。采用带有3个通道的高速照相机对斑图进行分脉冲瞬态拍摄,结果显示带晕蜂窝六边形斑图的3套子结构在外加电压的半周期内,总是按照晕-蜂窝框架-中心点这样的顺序放电。运用光电倍增管对这3套子结构进行研究,发现晕的放电在时间和空间上具有局部选择性。利用发射光谱法,根据氮分子第二正带系（C³Π_u→B³Π_g）谱线计算了中心点、晕和蜂窝框架的分子振动温度,结果显示:中心点的分子振动温度为2 632 K,晕的分子振动温度为2 679 K,蜂窝框架的分子振动温度为2 720 K。本文利用壁电荷理论解释带晕蜂窝六边形斑图的形成机制和时空结构。     

Particle-in-cell simulation for the effect of magnetic cusp on discharge characteristics in a cylindrical Hall thruster

The cylindrical Hall thruster has the good prospect of serving as a miniaturized electric propulsion device.A 2 D-3 V particle-in-cell plus Monte Carlo(PIC-MCC) method is used to study the effect of the magnetic cusp on discharge characteristics of a cylindrical Hall thruster.The simulation results show that the main ionization region and the main potential drop of the thruster are located at the upstream of the discharge channel.When the magnetic cusp moves toward the anode side,the main ionization region is compressed and weakened,moving upstream correspondingly.The ionization near the cusp is enhanced,and the interaction between the plasma and the wall increases.The simulation results suggest that the magnetic cusp should be located near the channel exit.     

Rayleigh-Taylor不稳定性弱非线性阶段界面效应对谐波的影响

为了更好地理解不同空间坐标系下流体界面对Rayleigh-Taylor（RT）不稳定性弱非线性阶段谐波的影响,文章采用3阶小扰动展开法,解析研究了球坐标空间经典RT不稳定性弱非线性阶段谐波的演化规律,并和柱坐标空间以及直角坐标空间相应结果进行了对比研究.当球坐标系和直角坐标系中RT不稳定性界面扰动波长相同,球坐标系中初始扰动半径为无穷大时（即球坐标下RT不稳定性初始扰动半径相对于扰动波长为无穷大时）,球坐标下RT不稳定性前4次谐波的结果和直角坐标系下的相应结果相同.研究表明:由初始界面曲率引起的Bell-Plesset（BP）效应和空间效应（直角坐标空间、柱坐标空间和球坐标空间）对谐波发展有较大的影响.即在不同正交曲线坐标系下,不同曲率的流体界面效应对RT不稳定性谐波发展有较大的影响.对于柱坐标空间和球坐标空间,2阶对0次谐波的反馈加强了界面向内收缩.研究还表明:界面效应增加了2次谐波的负反馈,然而,对于基模和3次谐波却有不同的影响.      

HL-2A装置高βN双输运垒实验的集成分析

HL-2A托卡马克装置在中性束加热条件下获得了稳定的归一化环向比压(β_N)大于2.5的等离子体,并且实现了瞬态β_N=3.05、归一化密度(n_e,1/n_e,G)～0.6、储能(W_E)～46 kJ和高约束因子(H₉₈)～1.65的高约束性能.本文使用集成模拟平台OMFIT对βN=2.83和βN=3.05时刻的等离子体进行了集成模拟,计算得到的W_E,n_e,1/n_e,G,H₉₈和β_N等与实验参数基本一致,并通过计算发现两种情况下自举电流份额(f_BS)分别约达到45%和46%.此外,还进一步分析了HL-2A装置形成离子温度内部输运垒(ITB)的原因:快离子和E×B剪切流使得芯部湍流输运被抑制,改善了约束,从而形成了离子温度ITB.离子温度的ITB与H模边缘输运垒相互协同形成了高β_N的等离子体.