热处理改性天然闪锌矿的可见光催化性能研究

天然闪锌矿是一种具有良好可见光催化性能的半导体光催化剂,然而其结构缺陷会成为光生电子的捕获阱,导致其光催化反应效率降低。为了进一步提高其可见光催化效率,本文在空气气氛下对天然闪锌矿进行了500～1 200℃的热处理改性实验研究,并利用X射线衍射(XRD)、紫外-可见漫反射吸收光谱(UV-Vis DRS)对热改性后样品的半导体物理化学性质进行了初步的表征分析;然后以甲基橙为目标降解物进行了热处理样品的光催化实验研究。研究结果显示,空气气氛下的热处理随着温度的逐渐升高,闪锌矿物相先转变为氧化硫酸锌,再转变为红锌矿和锌铁尖晶石,到1 100～1 200℃时样品完全转变为红锌矿-锌铁尖晶石二元复合半导体光催化剂,此时样品在可见光下对甲基橙的降解率从原样的54.2%提高到99.7%,1 100～1 200℃改性后样品的可见光催化性能最好。     

赤铁矿高温原位X射线衍射研究

在空气和真空条件下对α-Fe_2O_3粉末进行了从室温到1 000℃的高温原位X射线衍射研究,分别修正了空气和真空条件下赤铁矿在27~1 000℃范围内的晶胞参数,从而得到了晶胞参数随温度变化的关系和赤铁矿在空气和真空条件下的热膨胀系数,并得出了热膨胀系数与温度的关系,即赤铁矿的热膨胀系数不随温度变化。赤铁矿在空气气氛下的热膨胀系数为αa=9.603 16×10~(-6)/℃,αc=6.647 67×10~(-6)/℃,β=2.606 33/℃;真空气氛下的热膨胀系数为αa=9.006 79×10~(-6)/℃,αc=6.891 23×10~(-6)/℃,β=2.511 51/℃。     

天然可见光催化剂闪锌矿半导体电子结构的第一性原理计算

天然半导体矿物闪锌矿在自然界中储量丰富,具有优良的可见光催化性能,它们与日光及微生物的协同催化作用已经并且正缓慢修复着地球表层被污染的环境。天然产出的闪锌矿中存在以类质同象替代Zn的Fe、Cd和Ga等,对其电子结构产生一定的影响,继而影响天然闪锌矿的     

天然闪锌矿矿物学特征与光催化性能

本文采集了我国19个产地的天然闪锌矿进行矿物学和光催化性能研究。样品皆为立方Zn S结构,化学成分变化较大,其中Fe对闪锌矿中Zn的替代范围为0.235%~14.826%(质量分数,下同),Cd对闪锌矿中Zn的替代范围为0.133%~1.576%。闪锌矿中Fe含量由低到高,导致颜色由浅变深直至呈黑色,半导体禁带宽度由大变小,估算获得天然闪锌矿的禁带宽度范围为3.18~2.28 e V,明显低于纯Zn S禁带宽度3.68 e V,光催化响应均在可见光范围。验证光催化实验结果表明含Fe较低、含Cd较高的天然闪锌矿可见光催化还原降解甲基橙的效果较佳,如可见光下1 g/L闪锌矿样品(含铁4.262%,含镉1.576%)对30 mg/L甲基橙催化反应4 h后的脱色降解率达到82.11%。天然闪锌矿中Fe含量影响着禁带宽度和光响应范围,Cd含量影响着光催化性能,为高附加值开发利用贱金属资源天然闪锌矿提供了科学依据。     

闪锌矿中结构铁的X射线衍射定量分析

闪锌矿中的铁包括结构铁和以六配位形式存在的出溶铁,本文提出了应用Ｘ射线衍射测定闪锌矿中结构铁质量分数的新方法。通过对一系列不同结构铁质量分数闪锌矿的主要衍射线强度的理论计算发现,随着闪锌矿中结构铁质量分数的增加,其主要衍射线强度比值Ｉ（００２）／Ｉ（１１１）,Ｉ（１３３）／Ｉ（１１１）,Ｉ（１３３）／Ｉ（１１３）和Ｉ（００２）／Ｉ（１１３）逐渐递减,尤以Ｉ（００２）／Ｉ（１１３）比值递减最为明显,两者几乎呈线性负相关。利用该原理对国内典型铅锌矿床中闪锌矿的结构铁质量分数进行了测定,并与化学分析结果进行对比。     

天然闪锌矿可见光催化降解CCl_4实验研究

研究了天然闪锌矿可见光催化还原降解四氯化碳(CCl4)的能力,并系统探讨了光源、闪锌矿用量、电子供体和溶解氧对N,N-二甲基甲酰胺有机体系中CCl4降解效果的影响,获得了该光催化反应体系的最佳实验条件。在可见光下,闪锌矿用量为1g/L,电子供体为甲酸0.5mol/L,溶解氧含量为空气平衡时,经8h光照反应,CCl4降解率达91.48%。通过GC-MS对降解产物进行分析,提出了天然闪锌矿在改有机体系中可见光催化还原降解CCl4的机理。     

天然闪锌矿光催化协同Acidithiobacillus ferrooxidans生长及抑制自身分解作用实验研究

对天然闪锌矿光催化协同下的Acidithiobacillus ferrooxidans生长,以及此过程中天然闪锌矿的光催化作用对其自身分解的影响进行了研究。结果表明,天然闪锌矿的光催化作用能够将光能以电子的形式转移给A.ferrooxidans并且促进了其生长,这一过程以Fe2＋/Fe3＋这一氧化还原对作为媒介;有光照组的A.ferrooxidans细胞浓度达到了8×108 cell/mL,而无光照和体系无电流的2组对照组A.ferrooxidans细胞浓度分别为6×108 cell/mL和4.95×108 cell/mL。通过电感耦合等离子体发射光谱仪测定3组不同条件实验体系中Zn2＋的溶出量可以发现,在光照条件下Zn2＋的溶出量只有3.5×10-6,而无光照条件下Zn2＋溶出量达到了5×10-6。天然闪锌矿光催化作用一方面可以促进A.ferrooxidans的生长,另一方面也能够抑制其自身的分解和金属离子向水体中的释放。研究结果为酸性矿山废水地区抑制硫化物矿物溶蚀提供了新的思路。     

天然闪锌矿可见光催化还原甲基橙的实验研究

本文研究了可见光下天然闪锌矿的光催化还原能力,通过可见光下天然闪锌矿对甲基橙的光催化降解实验讨论了天然闪锌矿晶格中的杂质缺陷、导带能级位置、光生空穴捕获剂和溶液pH值对可见光催化降解效率的影响。结果表明,在抗坏血酸做空穴捕获剂的条件下,经2 h的可见光催化实验,甲基橙能被天然闪锌矿完全还原降解。天然闪锌矿晶格中丰富的杂质缺陷在禁带中形成杂质能级,可将闪锌矿对光的响应拓展到可见光的波长范围。与天然金红石相比,闪锌矿对甲基橙的较强光催化还原降解效果与其导带电子更负的氧化还原电势有关。此外,空穴捕获剂和pH值的选择都是影响催化效果的关键因素。天然闪锌矿在可见光催化降解污染物领域颇有应用前景。     

铝蒙脱石粘土高温X射线衍射研究

本文介绍了铝蒙脱石牯土的高温 X 射线衍射实验。阐明铝蒙脱石粘土在高温状态下的变化情况,及其非晶质化时的温度,为工业应用提供了科学根据。     

天然含铁闪锌矿的可见光催化还原活性研究

通过电子探针(EMPA)、X射线光电子能谱(XPS)、漫反射谱(DRS)、光致发光谱(PL)、透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)和霍尔效应(Hall-effect)等测试手段对天然闪锌矿样品的半导体物理化学性能进行了表征分析。分析结果认为,天然闪锌矿良好的可见光响应性能主要源自其晶格内丰富的类质同像替代离子。此外,样品中的变价元素Fe能够参与价带光生空穴的捕获,提高导带光生电子的利用率,从而提高其光催化活性。样品中丰富的缺陷也有利于光催化活性的提高,大量的解理面和裂开面能够提供较完整的晶面增加反应活性点位,空位缺陷和晶格膨胀畸变等可以提高光生电子空穴对的分离效率。与其特殊的物理化学性质相符,天然闪锌矿光催化还原降解甲基橙的实验证明了其较高的可见光催化还原活性。本研究结果也预示着天然半导体矿物闪锌矿作为一种新的低成本、高效率的可见光催化材料将在环境污染治理领域具有一定的应用前景。     

高温高压法合成金刚石微区原位碳同位素及阴极发光特征

当前大量的研究集中在天然产出的金刚石上,而人工合成金刚石的研究往往容易被忽视.对人工合成金刚石进行详细的研究,结合已有天然金刚石的认知有利于揭示天然金刚石形成过程,有利于天然金刚石的鉴定.本研究综合利用显微镜、纳米离子探针、拉曼光谱、阴极发光等分析技术,对人工合成金刚石的晶体结构、包裹体、微区碳同位素、以及阴极发光图像等特征进行了详细的研究.研究揭示其阴极发光图像与天然宝石级金刚石有明显的区别,二次离子探针数据进一步表明其阴极发光图像的明暗差异与金刚石中微量元素氮的含量高低有关.     

异极矿热相变过程的高温原位拉曼光谱

利用高温拉曼光谱技术,对异极矿进行了原位拉曼光谱的测试和研究。结果表明,异极矿加热至800 K时,与结晶水(H₂O)中O-H伸缩振动对应的3 470 cm^-1特征拉曼谱峰消失,但标志硅酸盐骨架[Si₂O^₇] (Q1)结构的特征谱峰926 cm^-1未受影响,表明结晶水的丢失并不影响异极矿的整体结构。当加热至1 050 K,反映结构水O-H伸缩振动的特征峰3 580 cm^-1消失,与Q1结构单元Si-Onb对称伸缩振动相对应的特征峰926 cm^-1强度逐渐减小,并出现与Q0相对应的852.4 cm^-1特征峰。这表明加热到1 050 K时,异极矿开始出现相变。当升温达1 100 K以上,结构水(OH)的特征谱峰(3 580 cm^-1)消失,与Si-Onb对称伸缩振动对应的特征拉曼谱峰变为855 cm^-1,这标志着异极矿原有的Q1结构已完全转变为硅锌矿的Q0结构 ([SiO₄]结构),也就是说异极矿已完成向硅锌矿的转变。     

高地应力硬脆性围岩破坏影响因素分析

地应力对硬脆性岩体稳定性具有极为重要作用,已有研究主要集中于脆性破坏方式及其是否发生的预测上,而对地应力、洞形等因素与脆性破坏深度间关系的研究较为少见。基于硬脆性岩体脆性破坏准则,利用Examine2D软件,分析不同地应力环境及洞形时围岩脆性破坏深度d_f变化情况。结果表明:最小主应力量值较低时,破坏深度d_f与主应力比k近似为直线关系,较高时则为非线性增长;随着k值增加,屈服范围逐渐偏离最小主应力方向45°夹角发展;洞室断面长宽相近时,主应力方向较主应力量值对d_f的影响小,相同应力量值不同主应力方向,破坏位置不同,深度变化较小。洞形不同应力集中系数不同,选择长短轴长度之比与应力比k相接近的椭圆形谐洞,可有效降低破坏深度。     

高温高压下电解质溶液热力学性质的研究进展

高温高压下电解质溶液热力学性质的研究不仅对探讨地球内部流体的作用具有重要意义，而且在很多实际工业过程中也都有广泛应用。本综述了近10年来高温高压下电解质溶液热力学参数的实验测量和理论计算的进展，实验设备还有待进一步的改进和完善，以获得更高温度和压力下的数据，理论计算不仅有待于实验的发展，也与溶液的结构理论密切相关。     

高填涵洞受力现场测试及有限元计算

过现场测试结果 ,并结合有限元计算 ,研究作用与高填涵洞的受力与变形。为实际工程提供合理有效的指导和建议     

角闪石高温高压实验研究进展及其地球物理意义

高温高压实验作为地球科学研究的重要方向之一,通过模拟地球深部的温度和压力条件,了解地球深部物质的物理化学性质、地球内部结构和动力学演化。角闪石属于双链硅酸盐矿物,为地幔岩石圈的重要组成,广泛分布在海洋地壳、俯冲板块、变质岩和火成岩中。作为俯冲带的重要含水矿物,角闪石的广泛分布和高温高压下的脱水对于理解俯冲带水含量以及水迁移具有重要作用,同时在俯冲带的地震活动、高电导率异常、地震波速异常和岩浆活动中扮演重要角色。在过去的近百年时间里,国内外学者对角闪石高温高压物理化学性质进行了大量的研究。角闪石具有非常复杂的元素组成和结构特征,由此也导致了不同角闪石物理化学性质存在显著不同,包括脱水与脱羟基反应中元素迁移的差异、角闪石形成与分解过程中碱性元素(K+Na)和H2O含量对热稳定的影响、不同空间群结构下的高压结构相变、原位条件下不同结晶方向的电导率异常、不同结晶学优选方位(CPO)下的波速异常等。已有的研究对于角闪石的物理化学性质以及其在俯冲带中发挥的作用有了比较清楚的认识,但仍然有许多问题需要进一步研究,如角闪石的高压脱水动力学、热物性和变形机制等。