摘要：这是一篇陶瓷及复合材料领域的论文。蒙脱石有机凝胶是一种触变性凝胶,一般采用湿法工艺生产,需经喷雾干燥获得凝胶产品,但因喷雾干燥效率较低,能耗较高,干燥成本占生产成本的主要部分,进行降低脱水过程能耗的研究意义重大。论文提出了一种新型的低能耗预脱水工艺,预先在脱水池内充填比表面积大、吸水性能好的非金属矿物材料,然后将蒙脱石有机凝胶注入其中,充分搅拌,达到预脱水目的,再经喷雾干燥,得到高质量的有机凝胶产品。对预脱水流程设计专用工艺,并通过热量计算比较了经过预脱水过程及未经预脱水过程喷雾干燥的能量消耗。结果表明,经过预脱水工艺后比现有工艺节能约58%。

摘要：提出了一种基于弱光栅传感器特性的监测方法,用于长期监测运营期盾构地铁隧道中存在的不均匀沉降和管片水平错动位移。将缆状弱光栅传感器经过预拉伸后,呈菱形固定在盾构隧道的壁面,通过监测弱光栅传感器的形变量,可以判别隧道结构变形的不同模式并计算出隧道变形量,满足工程所需的实时性和精度要求。依据相似比原则,设计制造了1∶5的隧道位移模型,模拟隧道管片的局部伸缩、沉降、水平位移,将光栅传感器固定在壁面上,开展了弱光栅监测灵敏度试验、不同菱形布设角度下弱光栅监测结果对比试验和竖直沉降与水平位移试验,对比监测结果与实际位移量。研究结果表明:(1)在相同沉降情况下,弱光栅菱形布设时的光栅应变量要大于直线型布设时光栅的应变量,菱形布设方法对沉降量的变化敏感度优于传统直线型布设;(2)10°~20°为弱光栅菱形布设较优的倾斜角度区间,监测结果误差较低;(3)以光缆布设倾角为15°的试验数据为基础,建立了弱光栅波长变化与管片位移的反演方程。

摘要：为改善目前高校实验室安全管理方面的不足,设计一套能够实现“人员位置精确感知、身体机能动态掌握、应急救援定向分发”的实验室人员安全管理系统。该系统从实际需求入手,综合利用BLE技术、4G通信技术、云平台技术和JAVA软件编程等技术方法,在人员即时定位与身体机能信息采集的基础上,完成信息传输、实验室准入管理、事故应急救援等功能模块的系统开发。研究表明,该系统的应用能从技术角度改善实验室人员安全管控难题,降低实验室安全风险,从整体上提高实验室安全管理水平。

摘要：光催化CO_(2)高效、环保地转化为高附加值化工产品(CH_(4),CO,CH_(3)OH等),能够有效降低环境污染并且促进资源利用.商用P25(TiO_(2))因其具有无毒、化学稳定性和强氧化还原电位而被广泛研究.然而,TiO_(2)的带隙高达3.0 e V,只有在紫外光激发下才能产生光生载流子,这极大地限制了其在光催化领域的应用.单原子催化剂(SACs)具有金属原子利用率高、选择性高和活性高等优点,可用于精细化工合成、氧还原和污染物降解等催化领域.由于单个原子具有极高的表面自由能,因此如何稳定地保持原子分散,避免原子团聚成为SACs制备和反应过程中的一大挑战.本文通过简单的负压封装后热解方法实现了Fe在TiO_(2)表面的原子级分散负载,所制备的Fe SA/TiO_(2)催化剂展现出高效的光催化CO_(2)还原性能,并且利用多种表征手段及理论计算研究了TiO_(2)表面Fe位点促进CO_(2)高效转化的反应机制.扫描透射电子显微镜高角环形暗场像(HADDF-STEM)表明Fe以单原子形式分散在TiO_(2)表面.利用X射线吸收光谱研究了10Fe SA/TiO_(2)的配位情况和价态,结果表明,Fe的平均价态在Fe^(2+)和Fe^(3+)之间,10Fe SA/TiO_(2)中存在Fe-O键而不是Fe-Fe键.光电化学性能测试结果表明,Fe单原子的引入有利于光生载流子的分离,提高了可见光的利用率.光催化CO_(2)还原实验结果表明,最优的10Fe SA/TiO_(2)催化剂展示了最好的光催化CO_(2)转化为CO(48.2μmol·g^(-1)·h^(-1))和CH4(113.4μmol·g^(-1)·h^(-1))性能,而TiO_(2)体系仅产生少量CO(2.7μmol·g^(-1)·h^(-1)).13C同位素标记结果表明,产物中的C来自CO_(2)的催化转化.通过密度泛函理论计算对Fe单原子引入增强的CO_(2)还原性能机理进行探究,结果表明,CO_(2)在Fe位点的吸附能显著高于TiO_(2)中的Ti位点,Fe SA/TiO_(2)的d带中心向费米能级的偏移进一步证实了Fe位点的引入促进了催化剂对C1小分子的吸附.CO_(2)吸附在催化剂表面的差分电荷密度分布表明,Fe SA/TiO_(2)上的电子沿Ti-O-Fe-C路径快速转移.吉布斯自由能的计算结果表明,Fe SA/TiO_(2)表面形成*COOH所需能量(0.89 eV)明显低于TiO_(2)(1.51 e V),且CO^(*)在Fe位点转化为CHO*和进一步加氢生成CH_(4)在热力学上都是有利的.采用原位红外对CO_(2)在催化剂表面反应的中间产物进行检测,结果发现*CO,*COOH,CHO*等中间产物的存在,基于上述研究提出了FeSA/TiO_(2)光催化还原CO_(2)可能的反应路径.综上,本文为设计CO_(2)转化为高附加值产物的单原子催化剂提供了有效策略.

摘要：为确保济南隧道穿黄段盾构法隧道施工期及运营期安全,提出了大直径水下盾构隧道综合监测系统。综合利用光纤传感技术、LabVIEW虚拟仪器技术、数据库技术,建立了集方案录入、管片变形监测信息实时获取及数据无线传输功能于一体的信息采集与处理系统。设计了下穿黄河薄弱段的管片变形监测方案并进行了传感器的选型安装。利用LabVIEW多源信息监测平台和WEB端监测平台分别进行了系统现场调试和远程监控,对现场的监测信息进行分析处理与预警,全天候保障施工安全,并且通过历史数据储存查询功能可进一步预测隧道的长期稳定性,实现了对大直径水下盾构隧道管片的实时监测。实际应用表明,监测系统能够良好的反映管片变形情况,保证盾构隧道的安全推进。

摘要：TiO_2光催化剂具有无毒、物理化学性质稳定及光催化活性较高等优点,因而在能源及环境净化等领域备受关注.但是,TiO_2纳米颗粒作为催化剂仍存在以下不足:(1)TiO_2带隙较宽,只能吸收利用太阳光能的紫外光部分,而照射到地球表面的太阳光大部分为可见光;(2)光生载流子(电子/空穴)的复合使得光催化活性不高;(3)纳米催化剂的回收利用困难;(4)单独使用TiO_2,成本较高;(5)针对低浓度有机污染,常见TiO_2催化剂比表面积较小,吸附富集能力较差,导致光催化降解效率较低.TiO_2自身这些缺陷大大限制了其进一步的实际应用.针对上述这些问题,我们在本研究中设计了一种简便易行的溶胶凝胶法,在较低的温度(70℃)下合成了非金属C-Cl共掺杂的TiO_2/凹凸棒(TiO_2/ATT)复合催化剂.XRD及HRTEM分析证明,通过调节反应溶液的pH可以分别合成含锐钛矿/金红石、锐钛矿/金红石/板钛矿的两相和三相的混合相TiO_2,且锐钛矿/金红石比例可以通过改变pH而进行调节.XPS分析证明,C和C1同时成功掺进TiO_2/ATT复合催化剂.UV-Vis漫反射结果显示,非金属C和C1的掺杂使得所合成复合催化剂的光吸收性能明显拓展到可见光区,因而可以充分利用可见光能进行有机污染物催化降解,而ATT作为TiO_2的载体,减少了TiO_2使用量,改善了TiO_2的表面特性和孔结构,且有利于光催化剂的回收利用.以酸性红G为目标有机污染物,在可见光照射下对复合催化剂的可见光催化活性进行了测试.结果表明,当合成反应体系的pH值为3.0时,所获得的锐钛矿/金红石/板钛矿三相TiO_2/ATT复合催化剂具有良好的可见光吸收特性,其可见光催化活性远远高于市售P25型TiO_2,对难降解的酸性红溶液G具有优异的脱色效果和良好的TOC去除性能.循环光催化实验和FTIR表征结果表明,在5次循环利用后,TiO_2/ATT复合催化剂仍表现出很高的催化活性,表明其稳定性优异.荧光分析和自由基捕获实验表明,光催化降解反应中的主要活性物种是羟基自由基、空穴和超氧自由基.TiO_2/ATT复合催化剂高效稳定的可见光催化性能主要归因于:(1)非金属C和Cl的共掺杂改善了其可见光吸收性能;(2)催化剂中的TiO_2由金红石、锐钛矿和板钛矿混合相组成,有利于抑制光生载流子的复合;(3)多孔结构的ATT作为载体提高了TiO_2的比表面积,增加了反应活性位,同时改善了孔结构,从而有利于模拟有机污染物(酸性红G)分子的吸附和降解,有利于反应产物扩散,从而提高了催化剂的可见光催化效率.

摘要：全球工业化进程的加快使人们饱受环境污染问题的困扰.半导体光催化技术作为一种高效、绿色、有潜力的新技术,在环境净化方面有着广阔的应用前景.Bi2O4是近年来新开发出的一种铋基光催化剂,在环境净化方面已有一些研究.但是,单体光催化剂通常存在光响应范围窄、光生载流子复合率高等问题,这些不足限制了Bi2O4的进一步应用.因此,需要通过适当的改性来拓宽其光响应范围和提高其载流子的分离效率,从而提高其光催化活性.构建Z型异质结被认为是提高光催化剂光生载流子分离效率并进一步提高光催化活性的有效方法.MoO3是一种宽禁带的n型半导体,具有独特的能带结构、光学特性和表面效应,是一种非常有前景的半导体光催化剂.虽然MoO3材料的光生载流子复合率高,带隙(2.7-3.2 eV)大,不利于其参与光催化反应,但MoO3与其他合适的半导体配位形成复合材料后能够有效提高其光生载流子的分离效率,从而提高其光催化活性.本研究采用简单的水热法制备了一种新型Z型MoO3/Bi2O4复合光催化剂,SEM和TEM分析结果表明,MoO3和Bi2O4紧密结合在一起.X射线光电子能谱分析表明,MoO3和Bi2O4之间存在很强的界面相互作用,这有助于电荷转移和光生载流子的分离.光致发光光谱、电阻抗和光电流测试也证明了MoO3/Bi2O4复合光催化剂的光生载流子分离效率更高,形成了更强的光电流.通过在可见光下降解RhB溶液评价了所合成光催化剂的光催化性能.15%MoO3/Bi2O4(15-MB)复合光催化剂表现出了最佳的可见光催化活性,在40 min内对10 mg/L RhB溶液的降解率达到了99.6%,其降解速率是Bi2O4的2倍.此外,15-MB复合光催化剂在经过五次循环降解RhB溶液后仍保持良好的光催化活性和稳定性,表明MoO3/Bi2O4复合光催化剂具有较强的应用潜力.通过自由基捕获实验确定了光催化反应中主要的活性自由基为 O2-和h+.通过莫特-肖特基测试和带隙计算得到MoO3和Bi2O4的价带和导带位置.最后,根据实验和分析结果提出了Z型MoO3/Bi2O4复合光催化剂在可见光下降解RhB溶液的机理.本研究为设计铋基Z型异质结光催化剂用于高效去除环境污染物提供了一种有前景的策略.

摘要：通过室内水力压裂物理模拟试验系统,对大尺寸原煤进行了水力压裂模拟试验,根据水力裂缝的空间展布形态分析了煤岩储层水力裂缝的延伸规律,揭示了网状裂缝的形成机制。结果表明:水力裂缝易在弱层理处分叉和转向,发育的层理和裂缝系统等结构面为压裂形成裂缝网络提供了前提条件。泵压曲线呈现出的频繁波动是煤岩内产生网状裂缝的一个显著特征。水力裂缝的起裂与延伸有4种基本模式,裂缝网络的形成多为这4种基本模式的组合。地应力差异系数和泵注排量对煤层水力裂缝形态有较大影响。较小的地应力差异系数更利于网状裂缝的形成;较高的压裂液排量易形成相对简单的裂缝形态,导致压裂改造效果较差。该试验方法和试验结果可为现场水力压裂参数设计和优化提供参考和依据。

摘要：为研究铜渣尾矿作为填料对沥青混合料性能的影响,分析了铜渣尾矿的物理化学性质,通过马歇尔稳定度试验确定沥青混合料的最佳配合比,开展车辙试验、劈裂试验、冻融劈裂试验、浸水马歇尔试验来评价沥青混合料的路用性能,对铜渣尾矿沥青路面进行检测,并通过微观形貌分析铜渣尾矿与沥青的黏附特征。结果表明:AC-25C、AC-20C、AC-16C、AC-13C沥青混合料中铜渣尾矿掺量分别为4%、3%、3%、2%(质量分数),其对应沥青用量为3.8%、4.2%、4.5%、4.6%(质量分数)时,沥青混合料性能最佳。与石灰石沥青混合料相比,铜渣尾矿沥青混合料的高温稳定性、抗裂性、水稳定性得到明显的提升。铜渣尾矿沥青路面性能良好,其渗水系数为62 mL/min,摩擦系数为90,压实度为96.4%,均符合规范标准,铜渣尾矿与沥青形成的沥青胶浆具有良好的黏结性能。

摘要：矿石从溜槽进入溜井后会对井壁产生冲击,确定井壁冲击部位并选择合适的保护方法对于延长溜井的使用寿命有着重要作用。基于冲蚀磨损理论建立矿石冲击下井壁破损的计算模型,结合Hertz接触理论确定体积损失的计算方法。根据溜槽溜井结构,建立矿石的运动模型。以华新钻沟石灰岩矿山为例,分析溜井壁的破损特性。研究结果表明:矿石与井壁发生3次碰撞后落入矿仓,溜井上部围岩的破坏范围小,破损程度大,溜井下部围岩的破坏范围大,破损程度小。从安全和经济性出发,提出分类防护措施。研究结果与实际情况符合较好,所提方法适用于形态平直的井壁,有助于新建溜井的防护设计。