对14家世界知名大型肥料企业的869组大量元素肥料产品信息数据分析表明,国外重视镁在大量元素肥料产品中的添加,含镁大量元素肥料产品占比为54.7%。在养分含量方面,国外大量元素肥料中镁养分平均含量为2.4% MgO,且在不同肥料类型、不同适宜作物肥料产品之间,镁养分含量没有明显差异;在养分形态方面,在复混肥、水溶肥和叶面肥中,镁形态以硫酸镁为主,在掺混肥料中,镁形态以硫酸镁+氧化镁共存形式为主;在养分配比方面,氮镁比、钾镁比主要在5~8之间,占比分别为35.8%和29.3%,磷镁比主要在2~5之间,占比为53.9%。分析结果可为我国含镁肥料研发提供参考。
利用化学及电化学方法将非贵金属催化剂石墨烯(rGO)和纳米MnO2依次负载到三维多孔不锈钢纤维毡(Stainless steel fiber felt,SSFF)集电体上制备微生物燃料电池(Microbial fuel cell,MFC)空气阴极。在增大空气阴极活化面积的同时有效减小接触阻抗。通过物理和电化学方式测试表征其形貌、氧还原特性。在MFC中的运行结果表明,负载5 mL还原性氧化石墨烯再浸渍生长MnO2的不锈钢纤维毡(rGO@MnO2-SSFF)空气阴极的最大功率密度(524.34 mW/m2)是不锈钢纤维毡阴极(58.21 mW/m2)的9倍。经过复合催化剂rGO@MnO2修饰之后的不锈钢纤维毡空气阴极可以应用于MFC并大幅改良SSFF空气阴极的氧还原催化性能。
针对废水中金属离子Cu2+和Fe3+对同步硝化反硝化(SND)污水处理过程污染物去除及温室气体氧化亚氮(N2O)释放特征的影响进行了研究,并分析了其影响机理。结果表明,适宜浓度下Cu2+和Fe3+均能够强化SND过程脱氮效率;然而,长期Fe3+的投加抑制了反应器中聚磷菌的生长和活性,从而使系统中总磷去除率下降2.3%~11.7%;Cu2+的投加强化了亚硝酸盐还原酶和N2O还原酶(N2OR)的活性,从而降低了N2O的累积和释放;而Fe3+的投加刺激了SND反应器中N2O的产生,Fe3+强化了一氧化氮还原酶(NOR)的活性,使得NOR/N2OR活性比值上升,导致N2O的积累;同时Fe3+的投加降低了SND过程厌氧阶段聚羟基脂肪酸酯的合成,导致系统中聚糖菌在与聚磷菌的竞争中占据优势,并促进了N2O的产生;高浓度的Cu2+和Fe3+抑制了系统中微生物活性,从而导致脱氮除磷效率下降及N2O积累。
针对非均质CO2气驱油藏存在的气窜问题,研制出一种以聚丙烯酰胺为基液、M型无机交联剂(Cr3+无机类)和K型有机交联剂(酚醛树脂有机类)复合使用的SDC-1型防CO2气窜体系。在温度为115℃、矿化度2×104 mg/L的实验条件下,该体系具有良好的防止CO2气窜效果。结果表明,有机-无机复合交联体系较传统单一交联剂体系具有更高的强度及热稳定性。该体系的弹性模量G'主要受M型无机交联剂加剂量影响,其微观结构具有无机交联凝胶体系的强树状结构及有机交联体系的球状结构,兼具2种体系优点。在3种不同渗透率人造岩心中,SDC-1型防CO2气窜体系可以有效降低CO2气窜,封堵率均在95%以上,突破压力梯度最高达12.3 MPa/m。
以氯化镍、氯化钴为原料,采用水热法和后续煅烧处理过程制备纳米片组装的3D类花状NiCo2O4。利用XRD、SEM等手段对合成的样品进行物相组成、形貌结构表征,并利用电化学工作站对其进行循环伏安、恒直流充放电和交流阻抗等性能测试。结果表明,制备出的3D花状结构NiCo2O4由多个纳米片组装而成,各单一纳米片的厚度为40~70 nm,并且纳米片上分布着微孔,可以增大电极与电解液的接触面积。NiCo2O4电极材料在电流密度1 A/g的条件下的比电容为508 F/g;在电流密度8 A/g的条件下经过3 000次循环后,其比电容保持率为98.5%,表明花状结构表现出高比电容以及良好的循环稳定性。
原油泄漏及盐渍化土壤的原油污染问题日益严重,高浓度原油及高盐条件下微生物活性受到抑制,生物修复技术难以广泛应用。由辽河油田原油污染土壤中分离得到1株高效原油降解菌TG-1,经鉴定为红球菌属(Rhodococcus);菌株在无机盐培养基中对6%质量分数的原油7 d降解率高达95.6%,对直链烷烃、姥鲛烷及植烷的降解率均在90%以上;在1%~6%(10~60 g/L)盐浓度下,原油降解率均在65%以上;对盐质量分数为3%及5%的原油污染土壤15 d原油降解率分别为79.3%及60.7%。结果表明,菌株TG-1表现出较好的耐盐性及高效原油降解效率,具有修复原油污染盐渍化土壤的应用潜力。
针对目前丙烷非氧化脱氢中铬系催化剂活性位点存在的问题,通过调控不同铬基前驱体负载在MCM-41上来建立活性位点与催化性能之间的构效关系。利用XPS、H2-TPR、XRD、UV、H2-TPR等表征手段对催化剂的价态、活性物种的存在形式等进行表征。结果表明,制备的3种铬基催化剂都有单体的Cr (Ⅵ)、聚合的Cr (Ⅵ)以及块状的Cr2O3。Cr/MCM-41(H8CrN2O4)产生更多Cr (Ⅵ);催化剂所形成的单体的Cr (Ⅵ)促进活性的提升;与之相反,聚合的Cr (Ⅵ)和块状的Cr2O3阻碍催化剂的性能。单体的Cr (Ⅵ)在遇到丙烷迅速被还原成配位不饱和的Cr3+、Cr2+,进一步说明单体的Cr (Ⅵ)是铬系催化剂应用于丙烷非氧化脱氢的活性位点的前体。
为实现2-甲基四氢呋喃(2-MeTHF)循环利用,采用一系列吸附剂(3A、4A和5A分子筛)对2-MeTHF脱水进行研究。考察了分子筛种类、投入量对脱水效果的影响;研究了该过程的热力学和动力学;并通过固定床吸附实验测得其穿透曲线。结果表明,水分去除率随吸附剂投料量的增加而升高,且3A和5A分子筛的性能较好,其投料量均为500 g/L时,水分去除率达到99.8%和99.7%。脱附实验表明,2种分子筛的吸水量远高于2-MeTHF,因此这2种分子筛在2-MeTHF的脱水中有很高的应用价值。用Yoon-nelson模型和Thomas模型对5A和3A在固定床上的吸附数据进行拟合,得到的所有R2均大于0.999,表明2种模型均可描述2种分子筛在固定床上对水的吸附行为。
通过恒电流电解LiCl-KCl-KSCN-Na2MoO4-CoCl2熔盐体系,制备出不同掺杂量花瓣状的Co/MoS2。利用XRD、SEM、HRTEM和XPS等手段对Co/MoS2进行表征,结果表明Co成功并均匀地掺杂入MoS2晶体结构中。析氢性能测试结果表明,Co的掺杂量为14%时催化性能最好,在电流密度为10 mA/cm2时,Co/MoS2-2的过电位为229.2 mV,塔菲尔斜率为0.195,双层电容大小为19.6 mF/cm2,同时拥有最小的电荷传输等效电阻(RCT)3.6 Ω。熔盐电解法制备的Co/MoS2催化剂实现了碱性环境中析氢(HER)催化活性及稳定性的同步提升,为催化剂的制备提供了新方法和新思路。
以天然废弃物柚子皮为原料,采用共沉淀法制备出磁性生物炭材料,考察了其处理模拟含油废水的性能,同时利用SEM、FT-IR和XRD等对其结构进行了表征。结果表明,所制备的磁性生物炭材料为柚子皮生物炭与Fe3O4的复合物,在这种复合物中Fe3O4得到均匀分布。该磁性材料为三维网状多孔结构,具有较大的比表面积与较好的磁性,易于分离和再生,有较好的除油性能与重复利用性能。在室温、反应时间为30 min、含油废水质量浓度为260 mg/L、磁性生物炭材料质量浓度为3 g/L时,材料的除油率可达83.9%,材料对废水中油的去除是生物炭和Fe3O4协同作用的结果。
以热裂解市政污泥获得的活性炭(ASS)为载体、钛酸四丁酯为钛源、Bi (NO3)3·5H2O为铋源,采用溶胶-凝胶法制备Bi2O3-TiO2/ASS光催化剂,并测试其对医疗废水中的头孢成分在可见光下的光催化降解活性。结果表明,ASS的最佳制备条件为:污泥预处理的活化剂氯化锌的浓度为2 mol/L、热解温度为600℃、热解时间为40 min;Bi2O3、TiO2、ASS质量比为1:1:2制备的Bi2O3-TiO2/ASS三元催化剂具有较高光催化活性,可见光照射180 min对头孢氨苄的降解率可达70%,优于单体Bi2O3和TiO2,表现出优越的可见光光催化性能。
采用浸渍法制备不同负载量的碱土金属(MgCl2、CaBr2、MgBr2)改性MCM-41复合材料,并在固定床上进行氨气吸附实验。利用XRD、BET、SEM、TEM对吸附剂进行表征,并研究其在高温下对氨气吸附的性能。结果表明,氨气吸附容量随着温度的升高而减小,随着金属盐负载量的增大先增加后减少。对于MgCl2和MgBr2复合材料,负载量为40%时吸附容量达到最大;CaBr2负载量为30%时达到最高,但其在300℃时吸附容量呈上升趋势。镁盐比钙盐吸附氨气的能力强,溴化物比氯化物的吸附容量大,MgBr2配位数比其他盐大。200℃下负载量为40%的MgBr2/MCM-41吸附量最高。
以亚乙基桥联的反式二氯二茚锆(rac-(CH2)2Cp2ZrCl2)为催化剂,在改性甲基铝氧烷(MMAO)的活化下催化乙烯的均聚以及乙烯与正二十碳烯的共聚合反应。考察了反应温度、反应时间、MMAO用量、乙烯压力、二十碳烯浓度对聚合行为的影响。在乙烯均聚中,保持乙烯压力为0.1 MPa,当反应温度为50℃、反应时间为15 min、MMAO用量为催化剂的2 000倍时,催化剂活性最高,可达3.12×107 gPE/(molZr·h),聚乙烯分子质量为112 kDa,分子质量分布为1.7。rac-(CH2)2Cp2ZrCl2所制备的聚乙烯熔点为133~135℃,为高密度聚乙烯。在乙烯与二十碳烯共聚中,rac-(CH2)2Cp2ZrCl2的催化活性低于乙烯均聚中的催化活性,随着二十碳烯浓度增加,所制备聚合物的支化度提高,熔点下降,结晶度下降,力学强度降低,断裂伸长率提高。
通过一步热解铁基金属有机骨架材料(Fe-MOF)、铈基金属有机骨架材料(Ce-MOF)和三聚氰胺的混合物制备了一系列具有不同Fe/Ce质量比的Fe-Ce/g-C3N4。该材料在降解高浓度有机污染物时表现出优异的芬顿催化活性和稳定性。实验结果表明,Fe/Ce质量比对芬顿催化活性具有重要的影响,当Fe/Ce质量比为3:1时催化剂表现出最优的活性,可在50 min内将亚甲基蓝(200 mg/L)全部移除。在反应体系中引入可见光,可进一步将反应时间缩短至40 min。该催化剂优异的芬顿反应性能归因于原位生成的g-C3N4作为载体有利于稳定和分散Fe和Ce离子;Fe和Ce之间的协同作用促进了Fe2+的再生,从而高效产生羟基自由基氧化降解有机物。
以水合硝酸铟、N,N-二甲基甲酰胺、对苯二甲酸及衍生物为原料,柠檬酸钠溶液为调节剂,采用溶剂热法合成MIL-68(In)、NH2-MIL-68(In)和MIL-68(In)-SC 3种金属-有机骨架材料,通过XRD、BET、SEM、TEM、FI-IR等测试技术对其进行表征;研究了3种材料对染料废水中亚甲基蓝(MB)的吸附性能,考察了吸附时间和溶液pH对吸附过程的影响。结果表明,柠檬酸钠可提高合成材料的比表面积和孔容;加柠檬酸钠调节的MIL-68(In)-SC对MB的吸附性能高于MIL-68(In)、NH2-MIL-68(In);合成材料对MB的吸附动力学符合准二级动力学方程;吸附过程符合Langmuir的单分子层吸附;经无水乙醇解析,合成材料重复利用再生性能良好,对染料废水中MB的脱除具有良好的应用前景。
针对分析大批量的区域地质调查和多金属勘查任务,分别建立了过氧化钠碱熔-ICP-MS、高压密闭消解-ICP-MS和粉末压片-WD-XRF 3种分析方法测定土壤、水系沉积物和岩石样品中15种稀土元素。3种方法的检出限分别为0.011~0.173、0.001 2~0.009 7、0.06~5.42 μg/g,高压密闭消解-ICP-MS法的检出限明显优于碱熔ICP-MS法和粉末压片WD-XRF法;3种方法测定的国家标准物质稀土元素的相对误差(RE%)分别为-6.5~6.6、-11.2~3.6、-9.7~12.7,精密度(RSD%)分别为2.4~8.8、2.8~8.2、2.4~9.4,均满足DZ/T 0258—2014《多目标区域地球化学调查规范(1:250 000)》的要求。实验表明,粉末压片-WD-XRF法受到检出限高的限制,不能应用于测定稀土含量极低的地质样品,高压密闭酸溶-ICP-MS法测定矿物结构复杂的岩石样品时,个别测定结果严重低于标准值。验证了碱熔ICP-MS法在实际工作中的可行性,测定值最接近真实值,最适合进行分析大批量的区域地质调查和多金属勘查任务。