新型陶瓷材料简介

2024-05-18

新型陶瓷材料简介(精选14篇)

新型陶瓷材料简介 第1篇

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新型建筑材料免钉胶简介

作者:周意琳 Thomas Stotten Martin Majolo

来源:《建材发展导向》2013年第04期

摘 要:传统的钉子螺丝固定建筑材料的方式已经无法满足新的安装要求。免钉胶做为一种新型建筑材料提供了更好的建筑材料固定方式,具有易施工、可调整、可粘贴多种材料、可填补接缝空隙等优点。

关键词:免钉胶;建筑材料安装

一直以来工匠都习惯使用钉子及螺丝来进行建筑材料的固定及安装,现在出现越来越多不同建筑材料之间固定及安装的需求,有些安装的材料由于表面不平整,两个安装面之间还存在着较大的缝隙,典型的安装比如卫浴挂勾固定在瓷砖墙面、复合面板的安装、金属扶手与木质楼梯、踢脚线与墙体、护角板与柱子等,其中大部分的安装要求表面美观无钉眼。针对这些需求,采用传统的钉子螺丝的锚固方式操作复杂,比如卫浴间挂勾的安装,首先,要在瓷砖墙面上精确标识出打孔位置,再用冲击钻在瓷砖墙面上打孔,塞入套管,最后再用膨胀钉将挂勾固定在墙面上,打孔位置如出现任何偏差都无法调整。另外还有表面美观的问题,特别是复合面板的安装固定,表面钉眼破坏了最终装饰面的完整性。免钉胶做为一种新型的粘贴材料,针对这些需求提供了一个完美的解决方案。

免钉胶又称液体钉或胶钉,是一种粘合力极强的多功能建筑结构强力胶。顾名思义它是代替钉子的一种新型建筑胶粘材料,可用于室内及室外多种建筑材料的安装,施工过程中无需使用电钻、锤子、膨胀钉等工具,具有施工简易、无需打孔、无噪音、无灰尘、可填补接缝空隙、安装过程中可调整位置等优点。

近年来,市场上涌现了许多不同种类的免钉胶产品,新产品扩展了免钉胶的使用范围,但是,对于工匠来说,也带来了新的挑战,不同的产品不仅施工性能不同,同时适合粘贴的建筑材料也不同。本文介绍不同种类免钉胶的主要特性及区别,以便工匠根据不同的安装需求选用合适的免钉胶产品。

免钉胶的种类及主要特性介绍

免钉胶按照使用的粘结材料可分为乳液类免钉胶、溶剂型免钉胶、聚氨酯类免钉胶及硅烷杂化类免钉胶。

附表介绍了不同种类免钉胶各自的性能比较。

新型陶瓷材料简介 第2篇

青岛奥凯新型材料有限公司与中国建筑材料科学研究总院联手合作,以国家“十一五”科技支撑计划课题研究为依托,以“中华人民共和国公安部关于进一步明确民用建筑外保温材料消费监督管理有关要求的通知”公消(2011)65号文件精神为指导,针对普通外墙保温材料阻燃性能差等缺陷,共同研制成功--能够使阻燃性能达到A1级的墙体保温建筑材料:“玻化微珠墙体保温板材、玻化微珠保温干粉砂浆、水泥改性发泡保温板及产品制造所需设备、模具”。青岛奥凯新型材料有限公司是一家集研发、生产、销售、安装为一体的综合型高新技术企业,其中与中国建筑材料科学研究总院共同研制的专利产品:“玻化微珠发泡保温板材”,填补了我国在这一领域的空白。

青岛奥凯新型材料有限公司坐落在美丽的海滨城市青岛市胶州新型材料产业园,交通便捷、物流发达,毗邻港口、高速公路、机场。公司发展宗旨是:以创新求发展,以质量求生存。

一、玻化微珠保温、隔音、耐火板材及生产机组:

1.无机类闭孔玻化微珠墙体保温板材

新型节能环保材料简介 第3篇

1 新型墙体材料

墙体材料在房屋建材中约占70%, 是建筑材料的重要组成部分。新型墙体材料的发展应有利于生态平衡、环境保护和捷运能源, 要充分利用地资源, 综合利用粉煤灰及其他工业废渣生产墙体材料, 加快轻质、高强、利废的新型墙体材料的发展步伐。如利用资源丰富的粉煤灰、煤矸石、矿渣等, 取代粘土生产粉煤灰烧结砖、煤矸石烧结砖、矿渣砖。

就其品种而言, 新型墙体材料主要包括砖、块、板等, 如黏土空心砖、掺废料的黏土砖、非黏土砖、建筑砌块、加气混泥土、轻质板材、复合板材等。其中加气混泥土是及承重和绝热为一体的多功能材料、而用板材做墙体材料是今后墙材发展的趋势, 因此加气混泥土制品作为今后墙体材料的首选, 有着巨大的发展前景。又如蒸压轻质加气混泥土板具有轻质、保温、隔热、防火等优良性能, 应用于新结构体系如钢结构中, 被认为是理想的维护结构材料。

因此, 要适应建筑用地的需要, 将近新型墙体材料的发展与提高建筑性能和改善建筑功能结合起来, 使其具有更强的生命力, 因地制宜的发展各种新型墙体材料, 从而达到节能、保护耕地、利用工业废渣、促建筑技术发展的综合目的。

2 保温隔热材料

墙体特别是外墙的传热在建筑物总体传热中占的比例最大, 我国多采用保温节能墙体。墙体保温式根据保温层位置的不同可分外墙外保温、外内保温和中空夹心复合墙体保温等3种。目前我国的外墙保温技术发展很快, 是节能工作的重点。

近年来, 我国保温隔热材料的产品结构发生有明显的变化:泡沫塑料类保温隔热材料所占比例逐年增长, 已由2001年的21%上升到2005年的37%;矿物纤维类保温隔热材料的年产增长较快, 但其所占比例基本维持不变;硬质类保温隔热材料制品所占比例逐年下降。我国目前常用的外保温技术体系包括胶粉聚苯颗粒外保温、现浇混凝土复合无网聚苯颗粒外保温、现浇混凝土复合有网聚苯颗粒外保温、岩棉聚苯颗粒外保温、外表面喷涂泡沫聚氨酯和保温涂料等。在上述几种保温体系中, 保温涂料综合了涂料以及保温材料的双重特点干燥后形成一定强度及弹性的保温层, 符合外保温材料的要求。

3 节能门窗和节能玻璃

从目前节能门窗的发展来看, 门窗的制作材料从单一的木、钢、铝合金等发展到了复合材料, 如铝合金—木材复合、铝合金—塑料复合、玻璃钢等。目前我国市场上主要的节能门窗有PVC门窗、UPVC门窗铝木复合门窗、铝木复合门窗、铝塑复合门窗、玻璃钢门窗等。就玻璃钢门窗而言, 其型材具有极高的强度和极低的膨胀系数, 具有广阔的发展前景。

除结构外, 对门窗节能性能影响最大的是玻璃的性能。目前, 国内外研究并推广使用的节能玻璃主要有中空玻璃、真空玻璃和镀膜玻璃等。

中空玻璃在发达国家已经是新建住宅法定的节能玻璃, 但我国中空玻璃的使用普及率还不到1%, 从国内外的实践来看, 推广使用中空玻璃将是实现门窗节能的一个重要途径。

真空玻璃在在节能方面要优于中空玻璃, 从节能性能比较, 真空玻璃比中空玻璃节电16%~18%。

热反射镀膜玻璃的使用不仅具有节能和装饰效果, 可起到防眩、单面透视和提高舒适度等效果, 还可大量节约能源, 有效降低空调的运营经费。

镀膜低辐射玻璃是近年来发展起来的新型节能玻璃, 采用真空磁控溅射法在玻璃表面镀上多层由金属或其他化合物组成的膜。这种玻璃对380~780mm的可见光具有具有较高的透射率, 同时对红外光尤其是中远红外光具有较高的反射率, 既可以保证室内的能见度, 又能减少冬季室内热量向外发散, 还能控制夏季户外热量过多的进入室内, 提供舒适的居住生活环境, 将是未来节能玻璃的主要应用品种。

4 水泥的发展和粉煤灰的利用

水泥工业在我国建材行业中耗能最大, 因此要大力发展生态水泥。所谓生态水泥就是广泛利用各种废弃物, 包括各种工业废料、废渣及城市垃圾制造的一种生态材料。这种水泥能够降低废弃物处理的负荷, 既解决了废弃物造成的污染, 又把生活垃圾和工业废气无作为原材料, 变成了有用的建设资源, 从而降低了生产成本。生态水泥的主要品种有环保型高性能贝利特水泥、低钙型新型水硬性胶凝材料、碱矿渣水泥等。

粉煤灰是燃煤发电场的废弃物, 由于其具有轻质多孔的特点和潜在的水硬性, 可以作为多种建材的生产原料。开发粉煤灰建材不仅可以解决能源和资源问题, 同时还可以解决这种工业废弃物造成的污染问题。今后在粉煤灰综合利用方面, 需要重点开发研究的前沿技术课题有大掺量粉煤灰制品, 各种免烧结、免蒸养自然养护工艺的粉煤灰砖制品和粉煤灰陶粒等。

5 轻骨料玻化微珠

轻骨料玻化微珠是一种无机玻璃质矿物材料, 是由火山岩粉碎成矿砂, 经过特殊膨化烧法加工而成的, 产品成不规则球状体颗粒, 内部为空腔结构, 表面呈玻璃化封闭状态, 封闭度有一定变化, 理化性能稳定, 具有质轻、隔热防火、耐高低温、抗老化等优良特性。可部分替代粉煤灰漂珠、玻璃漂珠、普通膨胀珍珠岩、聚苯颗粒等诸多传统轻质骨料在不同制品中的应用, 是一种环保型高性能无机轻质绝热材料。

6 建筑垃圾再生

近几年, 我国在建筑垃圾开发利用方面投入了相当大的资金, 不少地区将建筑垃圾作为一种再生资源, 对固体废弃物加以筛分、破碎后制成建筑垃圾砖或垃圾砖取代传统黏土实心砖作为砌体材料, 净化了环境, 节约了能源, 保护了土地资源, 是一种具有经济效益和社会效益的产品, 从而使建筑业走上了一条良性循环的经济模式, 成为建筑业可持续发展的动力。

摘要:新型节能环保材料不同于传统材料, 其主要向绿色化、轻便化、智能化方向发展, 并且能可重复利用, 本文将对几种重要的新型建筑节能环保材料进行简述。

新型保健用品简介与制作(二) 第4篇

厨房用的抹布极容易被油污、食物残渣污染,而且不容易洗涤干净……这种缺点会引起细菌、霉菌及其他病源微生物的滋生、繁殖,也很难将餐具抹擦得很干净。因此,理想的抹布应具备三个条件:一是不粘污,二是容易拧干并且不蓄水分,三是无毒无害。

如下家庭自制的抹布就可达到上述要求;将普通抹布浸入加有粘合剂的硅油中(粘合剂可选用无毒的市售任何可与硅油混合的产品,硅油应选用容易干固的品种,两者比例一般为1:3),然后让其干燥,便可得到有相当硬度和不粘污的抹布。用其洗碗、抹拭餐具很容易抹干净,而其本身也易被洗净,且少有病源微生物栖息、滋生,对厨房清洁卫生很有利。

硬水软化器——家用饮水清洁工具

水,即使是高质量的自来水也含有杂质、微生物、金属盐及其他物质。通常把含金属及其盐分多的水称之为硬水。人饮多了硬水较易生病,如发生高血压、动脉硬化等,也较早出现衰老。

用煮沸的方法可以消除一部分金属及其盐类,使其沉淀而将硬水变软,但并不能使水完全变成软水。下述装置可使饮用水变成无或少杂质、微生物的软水。

取两个易拉罐(饮料罐):一个罐内装入活性炭,上下都铺上棉纱,并在上下安装上进水管与出水管;另一罐内装入阳离子树脂,同样上下以棉纱铺垫,以使内容物不随水流出,亦装上进水口与出水口。再将两罐连接起来,连接在自来水的流出道上,由此流出的水不仅清洁度很好,而且是有益健康的软水。

防潮保健品——多功能硅胶垫

人在湿度大的环境里会感到难受,也容易得病;许多物体受潮,会发霉变质。为了防止潮湿对人体及物件的损害,可使用多功能硅胶垫。其家庭制作方法如下:

从市面上买回一种叫“高效干燥剂”的硅胶颗粒,然后用化纤布或棉织品缝合成50×50厘米大小,厚度为3~5厘米的布袋,将硅胶颗粒装进袋中,便成一扁平的多用途吸潮垫子。

此物自制简便,用途很多:用作座垫可减少椅凳及沙发上的潮气和汗气;用作枕头,可干爽宜人,用作床垫可舒适并防治某些疾病,如风湿疼痛、某些渗出性皮肤病;用作箱底垫,可防止衣物受潮、发霉,用作存放食物的依托垫衬,可防止食物腐败、霉变、变质;此外,用作电视机等高档家用电器的底垫或盖垫,可防止机件受潮损坏……

新型陶瓷材料简介 第5篇

1.水泥

普通水泥的主要成分是硅酸三钙(3CaO・Si02)、硅酸二钙(2CaO・Si02)和铝酸三钙(3CaO・A1203)等。

2.玻璃

玻璃有普通玻璃、石英玻璃、光学玻璃等等。玻璃没有固定的熔、沸点。

3.比较水泥和玻璃的生产方法(见下表)硅酸盐产品

硅酸盐产品

水泥

玻璃

主要设备

水泥回转窑

玻璃窑

原料

石灰石和粘土

纯碱、石灰石、石英(过量)

反应原理

复杂的物理-化学变化

Na2CO3+SiO2 ?Na2SiO3+CO2 ↑

CaCO3+SiO2 ?CaSiO3+CO2↑

主要成份

3CaO・SiO2、2 CaO・SiO2、3CaO・Al2O3

Na2SiO3、CaSiO3、SiO2

反应条件

高温

高温

4.陶瓷

(1)制造陶瓷的主要原料:粘土。

(2)制造陶瓷的一般过程:混合、成型、干燥、烧结、冷却、陶器

(3)陶瓷的种类(根据原料、烧制温度划分):土器、陶器、瓷器、炻器等。硅酸盐的`组成可以用氧化物形式来表示例高岭石:A12(Si205)(OH)4可表示为:A1203・2Si02・2H20

二、新型无机非金属材料

1.无机非金属材料的分类

(1)传统无机非金属材料:水泥、玻璃、陶瓷等硅酸盐材料。

(2)新型无机非金属材料:半导体材料、超硬耐高温材料、发光材料等。

2.新型无机非金属材料的特性

(1)耐高温、强度高

(2)具有电学特性

(3)具有光学特性

(4)具有生物功能

3.高温结构陶瓷

(1)高温结构陶瓷的优点:能经受高温、不怕氧化、耐酸碱腐蚀、硬度大、耐磨损、密度小等。

(2)高温结构陶瓷的种类:

①氧化铝陶瓷:又称人造刚玉,具有熔点很高、硬度高的优点。可用于作坩埚、高温炉管、球磨机、高压钠灯的灯管等。

②氮化硅陶瓷:具有硬度极高、耐磨损、抗腐蚀和抗氧化能力等优点。可用于制造轴承、汽轮机叶片、机械密封环、永久性模具、发动机部件等。

③碳化硼陶瓷:具有熔点高、硬度大的优点。广泛应用于工农业生产、原子能工业、宇航工业等。

4.光导纤维(光纤)

(1)光导纤维的特点:传导光的能力非常强,抗干扰性能好,不发生电辐射等。

新型建材公司简介 第6篇

主营产品

公司主要从事商品混凝土、新型墙体材料的研发、生产和销售。主要产品包括:

1、商品混凝土

混凝土是基础建筑材料,广泛运用于各种建筑物和构筑物。商品混凝土与现场搅拌的混凝土相对而言,是指由水泥、骨料(主要指砂、石)、水以及根据需要掺入的外加剂、矿物掺合料等成分按一定比例,在搅拌站经计量、拌制后出售,并采用运输车在规定时间内(通常在3小时以内)运至使用地点的混凝土拌合物。

2、加气砖和灰砂砖

加气砖

加气砖

灰砂砖,即蒸压灰砂砖,是以砂、石粉和石灰为主要原料,掺入颜料海南瑞泽和外加剂,经坯料制备、压制成型、经高压蒸气养护而成的一种新型墙体材料,适用于多层混合结构建筑的承重墙体。

新型建材公司简介 第7篇

产品范围涵盖聚碳酸酯(PC)耐力板,阳光板,PC浪板,PC深加工产品,PC板材成型制品等,能够充分满足客户的各种订制需求。

台力龙拥有多条国内先进的生产线,产品均采用德国拜耳BAYER、沙伯基础创新塑料SABIC(原美国GE)等世界著名品牌进口原材料所生产。为确保产品质量,公司已通过ISO9001:质量管理体系认证,产品通过国家防火建筑材料质量监督检验中心、国家化学建筑材料测试中心等国家权威机构检验合格。

台力龙现有生产能力7000吨/年,产值1.6亿,计划在未来两年内使产能达到1.4万吨,产值3.2亿。我们始终坚持“用最好的原料,最先进的生产线,最专业的员工,为客户提供最好的产品,最好的服务”。

台力龙目前是沙伯创新基础塑料(原GE塑料)LEXAN品牌耐力板北方区最大的代理商,代理的产品品种包括:通用型耐力板,防火V0级耐力板,防火V2级耐力板,单面硬化耐力板,双面硬化耐力板,光学级耐力板等,基本涵盖了沙伯创新塑料的所以产品类别。

新型及高性能纤维材料简介 第8篇

时至今日, 可乐丽的纤维材料已有如下三类:

·Kuralon• 维尼纶 (PVA纤维) ;

·Kuralon K-Ⅱ• 新型的PVA纤维;

·Vectran•高强度多芳基化合纤维。

1PVA纤维简介

PVA纤维的结构如下图所示:

该材料符合FDA, 燃烧后不产生有毒气体。

K-Ⅱ是在Kuralon的基础上, 通过深加工处理得到的PVA纤维, Kuralon与Kuralon K-Ⅱ的区别如下图所示:

通过对Kuralon的处理, K-Ⅱ能够得到更高韧性的纤维材料。Kuralon的主要用途有:混凝土增强、碱性电池隔膜、塑料增强、绳子或鱼网等。K-Ⅱ水溶型的主要与羊毛、棉花等共用, 用于纺织面料的生产。高韧性的K-Ⅱ主要用于建筑及塑料改性。

2Vectran纤维简介

Vectran是1种高弹性、高强度、低吸水且高耐磨的多芳基纤维材料。早在20世纪80年代, Vectran就被研究用作轮胎帘布的应用, 但直到20世纪90年代才实现工业化生产。目前可乐丽可提供Vectran长纤维、短纤维、无纺布等各种形式的材料。

Vectran纤维可被用于渔业、航空等行业, 用来制造光缆线、网绳索、塑料增强材料、降落伞线、快艇外壳、各种体育设备、保护手套、地板保护材料和航空器械等。在1997年进行的美国航天局火星探测中, 采用Vectran纤维制成气囊, 使探测器在着陆时减轻了精密仪器所受的撞击。次年, 日本的宇宙飞艇也采用了Vectran面料。之后, 防刺轮胎中也使用了Vectran纤维, 从而使自行车更加轻巧和灵便。

3展望

新型保健用品简介与制作(三) 第9篇

电冰箱因其有低温、保鲜作用而进入千家万户。实际上对食物保鲜并非只有低温手段,用充二氧化碳等办法也可保鲜,而且其保鲜期长,效果好,对食物无任何不利影响。目前,已有人生产出二氧化碳保鲜箱,在食品加工中可作大批量食品的保鲜之用。

家庭可用如下简便方法自制二氧化碳保鲜箱:

取无破损的大玻璃瓶一个。酌情将需要保鲜的食物放置其中,但不宜装得太满,以让瓶子剩有三分之一以上空间为宜。然后,取一小棉球蘸上酒精或高浓度的白酒,用火点燃并置入装有食品的瓶子中,再用可以防止空气进入瓶子的瓶盖或橡皮塞子封塞严,必要时在可能漏气的地方用蜡封住。这样,瓶中的氧气会因酒精棉球的燃烧很快耗尽,棉球会随之迅速熄灭,此时瓶中没有氧气,有很多二氧化碳。于是,凡靠氧气生存、繁殖的生物全会停止生长或死亡,食物也可因此免于变质。如用此法保存水果,水果不会再熟,其鲜甜风味不会改变。

幽香枕——新型床上保健用品

此种枕头,在市面上有类似产品,但它们没有长久的宜人香气,而且安神、轻“头火”、舒适感均不如自制的幽香枕。

家庭制作幽香枕的方法较简便,首先将以下药材制成枕头内胆:加防腐剂的野菊花500克;合欢叶500克,剪切成丝状,并去梗;淫羊藿200克,亦剪成丝,去梗;滑石粉300克(先将香精吸附其中);石膏粉200克,共混装于枕头内胆中,另在其中加入硅胶颗粒150克,用不漏粉末的致密布料缝成枕头内胆,外套以各种花色品种的枕套即成。

此品有长久的香气散发,并不受潮,不发霉,功效为:清头火,安眠,怡神,有幽香舒适感,对松弛紧张情绪,除烦解闷等亦有明显功效。

用幽香枕时,每隔一段时间用强烈的日光晒一天,以保持其干爽。如迷迭香精无货,可改用其他香料,如栀子花香、麦兰花香、玫瑰花香、檀木香等香型的天然或人工调配的香料。高挡产品可用四大动物香(灵猫香、麝香、海狸香、龙涎香)科学调配,并用载体吸香保香技术使成品香气宜人。一般香气不宜太浓,以淡淡幽香为好。

新型家用卫生香——多功能卫生香

卫生香市售产品的功能较少,用以下力法制成的卫生香则有多方面的保健意义。

配方:樟木屑10%,野艾5%,野菊花3%,石菖蒲(药店有售)2%,木炭粉末10%,除虫菊醋0.5%,木香1%,降香1%,食醋加至10%(以上均为重量比)。

具体制法是:将以上各成分粉碎,再以食醋调配成糊状,再搓成条,即成新型卫生香。

本品的作用有:芳香开窍,提神益智,振奋精神,去臭,驱虫,净化空气……

如果在制造过程中搓条困难,有断条现象,可在配方中酌情加粘土(研极细)、米汤少许,搓成直径为0.2~5毫米的圆条,晒干或阴干即成。

驱虫网——防止吸血昆虫用品

将有网眼的纱布及其他网状物或薄布(只要其网眼直径在1.5厘米以内的网状物皆可使用),浸在如下任何一组药液中片刻即取出,此网状物即是“驱虫风”:

1.来苏尔30份,松节油10份,植物油5份,水55份;

2.乙酰纤维索2%,丙酮20%,邻苯二甲酸二甲醋78%;

3.焦油10份,5%苛性钾溶液90份。

当网状物浸过这些药物之后,即使网眼直径大至1.5厘米也可以驱除昆虫,如蚊、蚤、虱等多种吸血性昆虫在接近其网时就会逃离,只要做成上述驱虫网,无论在家庭、工作场所、野外还是车船之上,用来作面纱、身体遮盖品、门或窗帘,均可避免吸血性昆虫的伤害和骚扰。此品在二次大战中,战士放哨、野营、露宿时用以保健,被证明效果可靠。如今可用于家庭生活,旅游、夜间纳凉、野外作业等。

新型农村社区建设情况简介 第10篇

近两年来,商水县坚持科学规划、统筹兼顾、群众自愿、量力而行的原则,积极稳妥地开展新型农村社区建设。目前,全县正在建设的新型农村社区6个(黄寨刘井、小集、郑埠口、练集朱集、汤庄西赵桥、平店刘营),1100多套住房主体工程基本完工;准备启动建设的6个(集聚区家庙、城关乡大井、老城、平店东邓店、张庄李寨、邓城宋庙);正在做前期工作的4个(谭庄、巴村、固墙、魏集许寨);累计投入资金2亿多元。

规划先行。将全县587行政村(居委会)规划为90个中心社区、126个基层社区,科学编制每一个新型农村社区的详细规划。健全机制。出台加快建设新型农村社区的指导意见,把新型农村社区建设列入全县重点项目,纳入目标管理,定期督促检查。宣传引导。组织基层干部和群众代表外出参观学习,坚持“五要”工作法,通过典型引路、算账对比、民主决策,提高群众的主体意识、责任意识和共建意识。分类指导。根据产业发展、经济基础、区域位置,因地制宜,分类实施;指导黄寨镇刘井、郑埠口、小集采取区域开发型模式,练集镇朱集采取生态休闲观光型模式,汤庄乡西赵桥采取驻村帮扶型模式等开展建设。政策支持。对自建规模达到200户的新型农村社区,三年内启动的,每个借

支100万元启动资金,完成任务的不再偿还;老村拆迁腾出的土地,每亩奖补2万元;出让集体土地使用权形成的土地出让金净收益部分,全部返还用于社区公共基础设施建设;对在社区建房、购房的村民,给予适当的物质补贴或折款补贴;对经济条件较差的,协调提供贴息贷款;入住社区的村民可以免费参加劳动就业培训,优先安排就业岗位等。

目前,黄寨镇刘井和谐社区一期200户已陆续入住,二期工程正在建设;郑埠口社区16栋农民公寓9栋主体已经完工;小集社区入驻150户,二期已启动建设。练集镇朱集阳光社区一期270套年底前完成。汤庄乡西赵桥社区已完成78户主体工程。产业集聚区家庙和城关乡大井等6个社区,已经完成规划设计,即将开工建设。

新型生物脱氮工艺的简介 第11篇

摘要:水体中的氮素污染越来越严重。传统生物脱氮工艺在废水脱氮过程中发挥着重要的 作用,但也暴露出成本高、脱氮效率低等缺点。随着生物脱氮新技术如亚硝酸型硝化反硝化技术、厌氧氨氧化技术的发展,生物脱氮新工艺也越来越多的受到研究者的关注。本文主要介绍了亚硝化脱氮工艺(SHARON)、厌氧氨氧化工艺(ANMAMOX)、亚硝化-厌氧氨氧化组合工艺(SHARON-ANAMMOX)、全程自养脱氮工艺(CANON)、限制自养硝化反硝化工艺(OLAND)。分别阐述了各工艺的原理、影响因素、运行特性、应用状况等。最后,简单叙述了各工艺的区别和联系,对各种工艺的操作参数进行了比较和概括。关键词:SHARON;ANMAMOX;SHARON-ANAMMOX;CANON;OLAND

1.引言

传统的生物脱氮理论包括硝化和反硝化两个过程,分别由自养型硝化菌和异氧型反硝化菌完成。传统生物脱氮工艺需要消耗大量的溶解氧、碳源,造成较高的运行成本。随着近代生物学和生物技术的发展,以及污水生物脱氮工程实践中出现的新的问题和现象,国内外学者提出了一些脱氮理论的新认识,并逐渐形成了生物脱氮新的理论。基于这些生物脱氮新理论,废水生物脱氮新技术也有了较快的发展。在亚硝酸型硝化反硝化技术和厌氧氨氧化技术发展的基础上,出现了一些新的生物脱氮工艺。这些生物脱氮工艺包SHARON、ANMAMOX、SHARON-ANAMMOX、OLAND、CANON等。

2.Sharon工艺

SHARON(single reactor for high ammonia removal over nitrite)即亚硝化脱氮工艺,是 荷兰Delft 技术大学1997 年提出并开发的一种新型生物脱氮技术[1]。其基本原理是在同一个反应器内,在有氧的条件下,自养型亚硝酸菌将NH4+转化为NO2﹣,然后在缺氧的条件下,异氧型反硝化菌以有机物为电子供体,以NO2﹣为电子受体,将NO2﹣转化为N2。其理论基础是亚硝酸型硝化反硝化技术,生化反应式可用下式(1)表示:

NH4+ + 0.75O2 + HCO3﹣→ 0.5 NH4+ + 0.5NO2﹣+ CO2 + 1.5H2O(1)

该工艺的关键是如何将氨氧化控制在亚硝酸阶段,并持久维持较高浓度的亚硝酸盐积累[2]。由于硝化过程中的两类细菌亚硝酸菌和硝酸菌的生长特性不同,对环境的要求也不同,这为将硝化控制在亚硝化阶段提供了条件[3]。SHARON 工艺使用单个无需污泥停留的完全混合反应器(CSTR)来实现,在较短的 HRT 和30~35℃的条件下,利用高温下硝酸菌的活性比亚硝酸的活性低,同时利用硝酸菌的

水力停留时间大于亚硝酸菌的水力停留时间,使水力停留时间介于两者之间,从而淘汰硝酸菌[4]。

经过小试、中试,第一个生产规模的运用SHARON工艺的Dokhaven污水处理场于1998年初在荷兰鹿特丹建成并投入运行。该SHARON的进水氨氮质量浓度为1g/L,进水氨氮的总量为1200kg/d,氨氮的去除率为85%。

SHARON 工艺与传统的的脱氮工艺相比,具有能够节省25%的氧气,节省40%的碳源、污泥产量少、反应器容积减少、反应时间短等优点。同时,它也存在一些问题,如反应时较高的温度不适合城市污水的处理,仅比较适合处理污泥硝化上清液和垃圾渗滤液等高氨高温废水,适合C/N 较低的废水,亚硝化产物NO2﹣是致癌、致畸、致突变物质,对受纳水体和人体健康有害。

3.Anammox工艺

ANAMMOX(anaerobic ammonium oxidation)即厌氧氨氧化工艺,是由荷兰DeLft 大学 1990 年提出的一种新型脱氮工艺。厌氧的条件下,微生物以NH4+为电子供体,NO2﹣为电子受体,把NH4+、NO2﹣转化为N2 的过程。其生化反应式可用下式(2)表示:

NH4+ + NO2﹣→ N2 + 2H2O(2)

Graaf[5]等通过同位素15N 示踪研究,提出了厌氧氨氧化可能的代谢途径,见下图1。他 认为ANAMMOX是通过生物氧化的途径实现的,过程中最可能的电子受体是羟(NH2OH),而羟胺本身是由亚硝酸盐产生的。

图1 Graaf 提出的ANAMMOX 工艺的可能途径[5] 厌氧氨氧化过程中起作用的微生物是Anammox菌。Anammox菌是专性厌氧化学无机 自养细菌,生长十分缓慢,在实验室的条件下世代期为2~3 周,厌氧氨氧化过程的生物产量很低,相应污泥产量也很低。

ANAMMOX工艺的影响因素主要集中在系统环境对Anammox菌的抑制。主要的影响 因素包括反应器的生物量、基质浓度、pH 值、温度、水力停留时间和固体停留时间等。

ANAMMOX工艺具有不少突出的优点:相对传统的脱氮过程,耗氧下降62.5%;不需外加碳源,节约成本;不需调节pH 值降低运行费用。但该工艺还存在以下几个方面的问题:工艺还没有实现实用化和长期稳定运行;Anammox细菌生长缓慢,启动时间长,为保持反应器内足够多的生物量,需要有效的截留污泥等[6]。

荷兰的研究者们于2002 年通过数学模型模拟设计出世界上第一个生产性规模的 ANMAMOX 反应器,该反应器建在荷兰鹿特丹Dokhaven污水处理厂内,主要用于污泥消 化液的脱氮处理。

4.SHARON-ANAMMOX工艺

SHARON-ANAMMOX工艺即为SHARON和ANAMMOX的组合工艺。SHARON作为硝化反应器,在此反应器内,含NH4+的污水中约50%的NH4+氧化成NO2﹣;ANAMMOX作为反化反应器,含NH4+和NO2﹣的SHARON 反应器的出水作为此反应器的进水,在此反应器内,厌氧条件下NH4+和NO2﹣被转化为N2 和H2O。生化反应式如下式(3):

NH4+ + 0.75O2 + HCO3﹣→ 0.5N2 + CO2 + 2.5H2O(3)

典型的SHARON-ANAMMOX工艺流程如下图2 所示。

图2 SHARON-ANAMMOX 组合工艺流程[7] SHARON-ANAMMOX工艺的中,反应的主要控制条件为温度、碱度和水力停留时间; 同时,Anammox反应器中不得有溶解氧的存在[8]。

SHARON-ANAMMOX工艺中发挥作用的细菌主要为氨氧化菌和Anammox 菌,两者均 为自养型细菌,因此该工艺无需外加碳源;同时还可以节约氧气约50%,污泥产量低,可 以节约90%以上的运行成本,具有很好的应用前景。

SHARON-ANAMMOX工艺主要适用于处理污泥上清液和高氨氮、低碳源工业废水。对污泥上清液而言,应用此工艺时并不需要调节pH 值,因为污泥上清液中含有HCO3﹣,当有一半的NH4+被转化后,污水中的碱度也几乎被耗光,从而导致反应器中pH 值下降,从而抑制硝化反应的进行,使SHARON反应器的出水中NH4+/NO2﹣保持在1.0 左右,为 ANAMMOX工艺中反应的发生创造条件[9]。

清华大学蒙爱红[10]利用CSTR反应器对亚硝化工艺处理高浓度氨氮自配废水进行了试 验研究,利用EGSB 反应器进行了厌氧氨氧化工艺的试验研究。在亚硝化—厌氧氨氧化串联运行后,亚硝化反应器的氨氮平均去除率为79%,厌氧氨氧化反应器中氨氮的去除率为 1%~45%,NO2﹣的平均去除率为60%~99.9%。

世界上第一个生产性SHARON-ANAMMOX工艺已于2002 年6 月在荷兰鹿特丹 Dokhaven污水处理厂正式运行,主要用于处理污泥消化上清液。

5.CANON工艺

新型生物脱氮工艺——CANON工艺(completely autotrophic ammonium removal over nitrite)即全程自养脱氮工艺,该工艺是指在单个反应器或生物膜内,通过控制溶解氧实现亚硝化和厌氧氨氧化,从而达到脱氮的目的。CANON工艺是基于亚硝化和厌氧氨氧化技术而发展的。

在限氧条件下,NH4+首先被好氧亚硝化菌氧化成NO2﹣,然后,厌氧氨氧化菌将NH4+和NO2﹣以及痕量的NO3﹣转化为N2。总化学反应式可用下式(4)表示:

NH4+ + 0.85O2 → 0.435N2 + 0.13NO3﹣+ 0.14H+ +1.3H2O(4)

CANON工艺反应器中的微生物主要是亚硝化细菌和厌氧氨氧化菌以及少量的硝化细 菌和常规异氧菌。有研究表明,CANON工艺中反应的发生依赖于好氧氨氧化菌Anammox 菌两种自养微生物菌群在限氧条件下稳定的相互作用关系CANON 工艺对于含高氨氮、低有机碳的污水来说,是一个既经济又高效的选择。

CANON工艺中所涉及的微生物均为自养菌,无需外加碳源。另外,CANON工艺在单一的反应器中运行,且仅需微量曝气,从而减少占地面积和能耗。与传统的脱氮工艺相比,该工艺可减少63%的供氧量、100%的碳源。

Sliekers等人[11]2002 年研究了CANON 工艺在SBR反应器中的应用情况,同时研究了该过程中的微生物特性。在限氧条件下,并未发现亚硝酸氧化菌,只有在O2 不受限制时或 进水NH4+浓度较低时,反应器中才出现亚硝酸氧化菌。郝晓地[12]等人利用数学模拟技术对 CANON工艺的各个未知因素和影响因子进行理论分析,发现溶解氧和膜的氨表面负荷(ASL)是CANON工艺中两个重要的影响因子。Sliekers等人[13]在2003 年研究了CANON 在气提反应器中的应用情况,结果表明,气提反应器适用于CANON工艺。反应器中存在少量的活性很低的亚硝酸氧化菌,可能是由于反应器中O2 浓度过高所导致的。孟了等[14]利用SBR反应器处理垃圾渗滤液,实现了CANON工艺。当DO控制在1mg/L 左右,处理废液流量为600m3/d,进水氨氮<800mg/L 的条件下,氨氮的去除率>95%,总氮的去除率>90%。这些研究都为CANON 工艺的工程应用提供了有力的中试基础,对于如何在实际工程中控制其操作参数还有待进一步的深入研究。

6.OLAND工艺

OLAND(oxygen limited autotrophic nitrification denification,限制自养硝化反硝化工艺)工艺是限氧亚硝化与厌氧氨氧化偶联的一种新颖的生物脱氮反应系统[15]。其原理是首先在DO约为0.1~0.3mg/L的限氧条件下,好氧氨氧化菌将50%的NH4+转化为NO2﹣,使亚硝化阶段的出水比例稳定在NH4+/ NO2﹣=1:(1.2±0.2),从而为厌氧氨氧化阶段提供理想的进水,达到高效脱氮的目的。该工艺的反应式可用下式(5)表示:

NH4+ + 0.75O2 → 0.5N2 + H+ + 1.5H2O(5)

OLAND工艺和CANON工艺最大的差别在于前者在两个反应器中进行,而后者则在单 一反应器中完成。OLAND 工艺与传统脱氮工艺相比,可以节省供氧62.5%,节省碳源100%。该工艺的关键在于控制反应器中的溶解氧,这也是该工艺存在的主要问题,在混合菌群连续运行的条件下难以对氧和污泥的pH 值进行良好的控制[15]。

OLAND 工艺中,溶解氧是限氧亚硝化阶段的主要影响因素,而生物量和基质浓度、pH值和温度则影响厌氧氨氧化过程。

董远湘等[16]采用以多孔球悬浮填料为载体的限氧亚硝化生物膜处理高氨氮、低碳源的 废水,通过对DO 控制在0.5~1.0mg/L,实现硝化阶段出水中的氨氮与亚硝态氮的比例达到 最适值1:(1.2±0.2),从而为后阶段的厌氧氨氧化系统提供理想的进水;同时发现,在生物膜中进行氨氧化作用的主要为亚硝化杆菌(Nitrosomonas sp.)、亚硝化(Nitrosospira sp.)。张丹等[17]采用OLAND 工艺处理高氨氮、低COD 的废水,应用内浸式多聚醚砜中膜,实现了污泥的完全截留,通过控制DO 在0.1~0.3mg/L 之间,实现了硝化阶段出水中的氨氮与亚硝态氮的比例达到最适值1:(1.2±0.2)

7.结语

新的生物脱氮工艺相对于传统脱氮工艺来说,具有明显的优势,如:降低供氧能耗、无需外加碳源、减少反应器容积、节省运行费用等。新工艺中反应的发生过程往往需要特定的条件,如较高的温度,一定的pH 值,低碳源、高氨氮的进水等,这通常不适于处理常规的生活污水,而对特殊的废水如污泥消化上清液和垃圾渗滤液等来说,则具有良好的处理效果。目前,这些新工艺的发展才刚刚起步,对于其影响因素、过程控制、微生物特性等还不甚清楚。这些都需要进一步研究。参考文献: [1] 万金宝,王建永.基于短程硝化反硝化的SHARON 工艺原理及技术要点[J].工业水处理,2008,28(4):13-15 [2] 袁林江,彭党聪,王志盈.短程硝化反硝化生物脱氮[J].中国给水排水,2000,16(2):29-31 [3] 林涛,操家顺,钱艳.新型的脱氮工艺——SHARON 工艺[J].环境污染与防治,2003,25(3):164-166 [4] 李振强,陈建中.废水脱氮新技术研究进展[J].广州环境科学,2005,20(3):16-19 [5] Van de Graaf A A,Bruijn P,Robertson L A,et al.Autotrophic growth of anaerobic ammonium-oxidationmicroorganism in a fluidized bed reactor[J].Microbiology.,1997,143:2415-2421

[6] 康海笑,陈建中,周明罗,等.废水厌氧氨氧化工艺(ANAMMOX)[J].广州环境科学,2004,19(3):14-16 [7] Than Khin,Ajit P Annachhatre.Noval microbial nitrogen removal process[J].Biotechnology Advance,2004,22(7):519-532 [8] 汪慧贞,吴俊奇,高志明.半硝化-厌氧氨氧化脱氮新工艺[J].环境工程,2001,19(5):7-9 [9] 叶建锋.废水生物脱氮处理新技术[M].北京:化学工业出版社,2006,132-133 [10] 蒙爱红,左剑恶.亚硝化-厌氧氨氧化工艺的试验研究[J].给水排水,2003,29(3):98 [11] A.Olav Sliekers,N Derwort,J L Campos,et al.Completely autotrophic nitrogen removal overnitrite in one single reactor [J].Water Res。,2004,36:2475~2482

[12] Xiaodi Hao,et al.Sensitivity analysis of a biofilm model describing a one-stage completely autotrophicnitrogen removal(CANON)process[J].Biotechnol Bioeng,2002,73(3):266-277 [13] A.Olav Sliekers,K A Third,W Abma,et al.CANON and Anammox in a gas-lift reactor[J].FEMSMicrobiology Letters,218(2003):339-344

石界河新型社区建设情况简介 第12篇

石界河镇新型农村社区是县级试点社区,该社区规划总面积约15公顷,社区内设置有幼儿园、卫生室、超市、宾馆、垃圾处理厂、污水处理厂等配套设施。于2012年8月动工建设,建成后可搬迁入住500人左右,社区居民主要以香菇、猕猴桃等农产品购销市场作为产业依托。

在社区建设中,我们主要做到了三个结合:一是新型社区建设与招商引资项目相结合。我们与河南鹏钰集团公司联手建设鹏钰冷链物流暨石界河新型社区,既缓解了县镇两级财政压力、加快社区架设步伐,又有利于解决居住群众的就业问题;二是社区建设与高山移民、地质灾害治理项目相结合。我们一方面积极向上争取项目资金扶持,另一方面对群众广泛宣传惠民政策,确保群众搬得出、住得下、能致富;三是社区建设与险危房改造项目相结合。结合险危房改造项目,对自愿拆除险房恢复耕地,乐于向社区搬迁的住户,除享受危房改造补贴外,镇政府再给予一定的资金帮扶。

两种新型塔板的简介 第13篇

其中, 填料塔和板式塔作为两种主要的精馏操作设备, 长期受到大家的青睐。尤其是板式塔因具有设备造价低廉, 操作范围广, 对各种物系适应性强, 易于清理和检修等优点而占有一定的优势。当然板式塔也有自身难以克服的缺点, 比如, 其通量较小、压降较大、效率也较低[1]。所以, 为了更好地适应科学技术的发展以及工业生产的需要, 设计新型的、高效的、经济的板式塔已迫在眉睫、势在必行。

一、新型塔板介绍

塔板作为板式塔的核心部件自然就成为了研究的重点与热点。近年来国内外相继研发出若干新型塔板, 实现了大通量、低压降等优势逆转。

例如, Koch-Glitsch公司的MaxFractray、Super fractray、Bi Frac tray、Nye tray和Ultrafrac tray[2];Norton公司的Triton tray、Provalve tray;德国Stahl公司的高弹性浮阀塔板Varioflex-Valve Tray[3];UOP公司的ECMDtray、VG-MD tray和MU tray (多升液管萃取筛塔板) [4];英国诺丁汉大学开发的Flow control tray;Shell公司的Shell's Con Sep tray[5];当然我国的诸多研究者也不甘落后陆续研究发明了若干新型塔板, 下面重点对两种新型塔板予以介绍。

1.3D圆阀塔板

自从20世纪50年代前后美国Glitsch公司前后开发出V—1、V—4、V—0与十字架形浮阀塔板后, 圆形浮阀塔板备受重视, 并得到广泛应用。60年代在国内迅速推广, 形成了固定系列标准, 且已有了较成熟的使用经验。但是, 通过大量实际应用后, 浮阀塔板的缺点也逐渐暴露出来, 日渐明显。主要体现在如下几方面: (1) 塔板上的液面梯度较大; (2) 塔板上液体返混较大; (3) 塔板上存在液体滞止区; (4) 浮阀易卡死、易磨损、易脱落, 不仅影响塔板性能, 而且增加检修工作量。

针对这些不足与劣势, 西安石油大学首次提出分层次多方位鼓泡的立体传质模型, 开发出3D39浮阀。这种浮阀主要具有如下几点特征。

(1) 3D圆阀塔板周边设有气体导流片, 这种结构能使气体分流、分层次、多方位进入液体, 以增加气液相的接触。

(2) 3D圆阀阀盖上开有3个向下冲压形成的导向孔, 如此设计既减小了液面梯度和传质死区又能消除阀顶的传质盲区, 大大增加了传质效果。

(3) 导流片和导向孔的设计可显著提高气液接触面积, 同时实现气体在液层中分层次、多方位地鼓泡。

(4) 通过3D圆阀的部分导向作用可以改善液体分布情况, 使其接近理想的流动分布, 从而为大大提高塔板效率提供了可能性[6]。

2.泡罩立体筛板

泡罩立体筛板是近年来由西安石油大学、西安思瑞迪公司和西北大学联合开发的一种新型的塔板。这种塔板集合了垂直筛板和泡罩塔盘的双重传质作用, 而且可以明显减少塔盘的泄漏量。目前通过实践中的试验和工业化应用, 表明泡罩立体筛板除了可以较好地用于精馏、吸收、解吸和分馏外, 还对于气液比极大的工况 (如工业尾气吸收) 或板效率较小的工况 (如脱硫脱碳过程) 实际分离效果较为显著。

在结构上, 泡罩立体筛板不同于垂直筛板的特点在于其升气管和泡罩是斜面的。如此结构特点就导致气体在升气管内通道变窄, 继而流速增大, 加剧其雾化效果, 能更好地将气体分散于与其接触的液相中, 从而增加了分散气体的范围。通过使用泡罩立体筛板, 具体的气液两相接触过程可以描述为如下几步。

(1) 自下而上的气相通过板孔进入喷射罩, 而液体自罩体底隙进入喷射罩, 气液两相在罩体底隙区域垂直接触

(2) 在喷射罩内, 在动量作用下气体将液体提升、拉膜, 使之破碎。

(3) 罩内上升的气液混合物碰撞到分离板后有部分气液相向下折返, 与罩内高速上升的气液混合物激烈碰撞。

(4) 气液混合物通过喷射板上开有的喷射孔向两侧斜上方喷射出罩体。

(5) 喷出罩体的气液混合物与邻罩喷出的气液混合物在泡罩间激烈对喷、碰撞。

(6) 气液混合物再通过外面的泡罩二次鼓泡传质后, 气体上升至上层塔板, 而液体则回落到塔板上, 通过降液管流向下层塔板。

由上述气液两相接触过程可知, 该泡罩立体筛板在设计上的独具匠心使其打破了传统塔板以板上液层为主要传质区域的平面型模式, 大大增加了气液两相的传质区域, 所以塔板的空间利用率也显著提高了。同时, 由于气体缩孔引流的作用, 使得塔板液面梯度对操作工况的不利影响也大为降低。

综上所述, 泡罩立体筛板具有负荷能力大 (气速可达普通塔板的1~1.倍) 、传质效率高 (传质效率高出普通浮阀塔板10%~20%) 、压降小、操作弹性良好、防堵塞能力好、操作简便可靠等明显优势。

二、结束语

板式塔作为工业生产中最重要的传质设备之一, 在各种实际分离过程中应用广泛, 意义重大。因而设计出传质效率高、压降低、通量大的各类新型塔板, 对于改善分离效果、提高产品质量降低装置能耗具有重要的意义。本文介绍的3D圆形浮阀和泡罩立体筛板两种塔板, 经过实践检验, 结构新颖, 充分利用塔板空间进行传质, 具有通量大、效率高、抗堵性能强、消泡性能好等优点, 完全可以满足工业应用上操作弹性的要求, 必然具有广阔的应用前景。

综上所述, 泡罩立体筛板具有负荷能力大 (气速可达普通塔板的1~1.5倍) 、传质效率高 (传质效率高出普通浮阀塔板10%~20%) 、压降小、操作弹性良好、防堵塞能力好、操作简便可靠等明显优势。

摘要:本文对3D圆阀塔板和泡罩立体筛板两种新型塔板进行了简介。这两种塔板结构设计新颖独特, 能够充分利用塔板有限空间进行充分传质, 使其具有通量大、效率高、抗堵性能强、消泡性能好等塔板必备优点, 完全可以满足工业应用要求, 应用前景广阔。

关键词:板式塔,3D圆阀塔板,泡罩立体筛板

参考文献

[1]杜佩衡, 董艳河, 黄敬, 王荣良, 等.国外塔板技术的最新发展[J].过滤与分离, 2003 (02) .

[2]Billet R.Varioflex valve tray, a high performance mass transfer device[A].Ichem E Symp Series No 128[C].London:The Chameleon Press, 1992.

[3]曹纬.国外板式塔最新进展与新分离技术开发[J].石油化工设备, 1997 (04) :39—41.

[4]Andrew W.Siloley.Should you switch to high capacity trays[J].Chemical Engineering Progress, 1999, 95 (01) :23—35.

[5]禇雅志, 秦丽萍, 王胜利.甲醇精馏工艺及其塔器优化设计[J].化工进展, 2008, 27 (10) .

探路新型储能材料 第14篇

作为项目负责人承担有:国家自然科学基金委面上项目、上海市科委基础研究重点项目和浦江人才计划以及上海市教委东方学者专项等课题研究;参与了科技部“973”项目、国家“863”项目、国家自然科学基金、教育部创新基金以及美国商务部、能源部与自然科学基金委等多项科研项目。

迄今以第一/通讯作者在ACS Nano, Adv. Energy Mater., Adv. Funct. Mater., Chem. Mater., Sci. Rep.等期刊发表研究论文近20篇,合作发表论文30多篇,申请发明专利10多项,受邀参加国内外会议并做报告20多次。

专家简介:

郑时有的人生经历可谓丰富多彩:就读过四川大学、浙江大学、复旦大学;任职于中科院上海硅酸盐研究所、美国国家标准与技术研究所(NIST)、美国马里兰大学A. James Clark工学院,也下海创过业。身经百战,见多识广奠定了他今天深厚的理论基础和丰富的产业化经验。直到2013年底,郑时有作为海外优秀人才被引进回国,加入上海理工大学,似乎才稳定下来。但无论选择哪条路,他始终都没离开“新型储能材料的研发与工业化生产”这个圈子。

为储氢材料注入新思想

人类社会的可持续发展面临着化石能源日益枯竭和环境污染不断加剧的双重压力,氢能作为可再生新能源的重要成员,可为解决能源和环境问题提供解决方案。氢能在宇航研究中具有广阔的应用前景,如火箭发动机、氢内燃机等。在民用工业领域,燃料电池技术近年来发展迅速,前景诱人,尤其燃料电池汽车,被认为是未来新能源汽车发展的方向之一。燃料电池是一种将存在于燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置,与其它电池(如铅酸蓄电池、镉镍蓄电池、锂离子蓄电池等)相比,燃料电池具有功率密度高、工作温度低、启动性能好、运动部件少、安全可靠、污染少和噪音低等诸多优点。其最常见的燃料为氢,氧化剂主要为氧气,反应后的产物只有水。氧气可以直接从空气中获得,而氢气可通过电解水和光解水获取,以及从汽油、甲醇、乙醇等燃料中提取得到。但氢是一种易燃易爆气体,因此,安全、高效、低成本的氢储存技术是关键。

传统储氢方法有两种,一是利用高压钢瓶(氢气瓶)储存,但钢瓶容积小,而且还有爆炸的危险;二是储存液态氢,但液体储存箱非常庞大,同时需要极好的绝热装置进行隔热。近年来,一种新型简便的储氢方法应运而生,即利用储氢合金(金属氢化物)来储存氢气,这是一类能可逆地吸收和释放氢气的材料。美国能源部(DOE)将固态储氢系统的目标定为:质量密度为6.5%,体积密度为62kgH2/m3。瞄准该目标,国内外展开了大量的研究。

郑时有在全面综述国内外储氢材料研究进展的基础上,最终确定以轻质的配位氢化物NaAlH4和镁基储氢材料作为研究对象,进而开展相关研究。一方面,他在NaAlH4中添加不同的催化剂,通过材料分析手段和测试方法对材料进行表征,就不同的催化体系下NaAlH4的相结构、脱/加氢性能及脱氢反应的激活能进行了详细的研究,同时还运用同步辐射X射线衍射技术对含钛化合物催化的NaAlH4的脱/加氢过程进行原位观察,分析阐述了NaAlH4储氢容量发生衰减的原因;另一方面,他率先提出一种空间约束制备纳米NaAlH4储氢材料的新方法,对空间限域体系中的NaAlH4的相结构和储氢性能进行了系统的研究;他还基于MgH2、Mg2NiH4与NaAlH4在化学键性质上具有相似性,探索了含钛催化剂对镁基储氢材料的相结构和储氢性能的影响,并利用X射线吸收精细结构谱学技术对Ti原子K吸收边的吸收光谱进行分析。

“空间约束体系的构建不仅为制备纳米氢化物发展了一种新方法,而且为其他功能材料性能的改善提供了一种有效的技术途径”,郑时有说道。据悉,研究成果在Chem. Mater.上一经发表,就受到了国内外研究者的广泛关注,先后被Nature、Chem. Rev.、Adv. Mater.、Nano Lett.、Phys. Rev. Lett.、ACS Nano、Energy Environ. Sci.和JACS等高影响刊物多次引用,目前被引用达100多次。

在技术方面,郑时有运用并发展TEM、SEM、XRD、FTIR、Raman和原位电化学等联合手段对储能材料体系进行高精度的综合分析,相关研究成果分别发表于J. Phys. Chem. C、ACS Appl. Mater. & Interfaces和Dalton Trans等。这种先进的材料表征技术同样可拓展到对其他功能材料体系的分析和研究。

更新换代锂—硫电池

如果说储氢材料可解决氢能利用中氢气存储和输运的安全问题,那“锂—硫电池”则有望解决传统锂离子电池受能量密度限制而无法满足社会发展的需求。锂—硫电池是一种新型的高能二次电池体系,以碱金属锂作为负极、单质硫或硫基复合材料作为正极。它的优势在于,正极硫的理论容量是传统锂离子电池的7倍多,且具有价格低廉、产量丰富、环境友好和安全性能好等优点,能很好地满足未来动力电池的需要。

然而在实际应用中,锂—硫电池存在着不少问题,比如硫的电导率低、放电过程中多硫化物溶解、充电过程中硫电极体积膨胀等,这些问题导致硫正极循环寿命短、容量衰减快以及能量效率低,从而限制了电池的实际应用。

针对锂—硫电池存在的关键技术问题,郑时有利用纳米碳材料在结构和性能上的优势,在微观尺度上构筑出新颖的碳硫复合电极材料,发展出一种高温真空法制备与传统锂离子电池电解液兼容的高稳定锂—硫电池正极材料。研究成果在Nature旗下新期刊Scientific Reports和Adv. Energy Mater.上发表,审稿人评价道,“这为发展高比能量和低成本的新一代锂离子电池提供了方向,具有极大的应用前景”,且被选为封底文章特别报道。另外,他还首次提出利用金属纳米颗粒辅助稳定硫来制备“三维混合导电网络”结构碳基复合硫电极材料的策略,以提高正极活性物质硫的含量。郑时有介绍,这种新颖的结构设计为稳定硫和提高新型高容量二次电池硫正极材料的电化学性能提供了一种新的思路。

众所周知,“锂”的化学性质很活泼,遇到水会产生氢气,爆炸起火。为解决高能锂—硫电池中因使用金属锂作为负极可能导致的安全问题,郑时有就此提出:先做好硫电极,再在硫的电极上进行原位锂化反应,从而产生硫化锂电极。这样负极就可以避免使用“不安全”的锂,而改用石墨、氧化锡、硅等性能稳定或高能量的材料,“这种新型的锂—硫电池正极材料制备方法可以满足现有锂离子电池生产的需求,并且有望在高能锂—硫电池产业化上得到应用”。部分研究成果于2013年12月发表在ACS Nano上,引起国内外研究者的极大关注。同时,已与国际知名电池企业公司开展相关技术合作,正往产业化方向推进。

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