DreamBlooms/HansPub-15000-to-45000 huggingface dataset:
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user: 3. 结果与讨论 3.1. 复合材料显气孔率和密度的分析 3.1.1. 烧结温度对显气孔率和体积密度影响 实验将G1、G4、G8三个配比的陶瓷分别进行在不同温度下进行烧结，测量复合材料的显气孔率和体积密度，并做出曲线，如图1~3所示。由图可见，当烧结温度小于1500℃，随着烧结温度的提高，3种配比的复合材料的显气孔率和体积密度均急剧变化，烧结温度超过1500℃时，材料的显气孔率和体积密度变化甚小，G4、G8的显气孔率和体积密度几乎不变。可见烧结温度的提高能够促进CaO/Y 2 O 3 坯体烧结，体积密度增大，显气孔率降低，致密度得到提高，当烧结温度高于1500℃后，影响不明显。 Table 1 Chemical compositions of samples， mol 试样 Ca(NO 3 )2·4H 2 O Y 2 O 3 G1 0 100 G2 0.3 99.7 G3 0.6 99.4 G4 1.0 99.0 G5 2.9 97.1 G6 4.8 95.2 G7 6.5 93.5 G8 9.1 90.9 表1. 试样的原料配比，mol% Table 2 Sintering condition of sample 烧结温度，℃ 保温时间，h 1300 - 3 - 1500 1 3 5 1600 1 3 5 表2. 试样烧结条件 图1. 保温3 h G1 CaO/Y 2 O 3 复合材料的显气孔率和体积密度 图2. 保温3 h G4 CaO/Y 2 O 3 复合材料的显气孔率和体积密度 图3. 保温3 h G8CaO/Y 2 O 3 复合材料的显气孔率和体积密度 3.1.2. 添加剂含量对显气孔率的影响 图4~6分别展示了如表1所示的8个不同CaO/Y 2 O 3 配比的原料在不同烧结温度、保温时间的陶瓷的显气孔率。可以看出，添加少量的CaO后，试样烧结后显气孔率明显降低，但之后显气孔率随着CaO的添加量的增加，并没有得到明显得到改善。对比1600℃保温3 h与1500℃保温3 h的试样显气孔率，可以发现添加有氧化钙的试样的显气孔率随着烧结温度的提高，变化明显，在对比1600℃保温3 h与1600℃保温5 h的试样显气孔率，同样可以看到，随着保温时间的增加，试样的显气孔率变化不大。这些现象说明添加少量CaO就可以改善Y 2 O 3 的烧结，有利于提高试样的致密化的性能，同时可以得出添加剂的引入，可以降低烧结温度，可以通过引入添加剂来实现在较低的温度下，完成素坯的烧结。这里试样G3、G4表现出较低的显气孔率，试样致密度很好。 3.2. 复合材料物相组成分析 图7为CaO/Y 2 O 3 复合材料在1600℃烧结保温3 h，X射线衍射图谱，由图可以看出，衍射谱线均为Y 2 O 3 特征衍射峰，未检测到CaO的衍射特征峰，这有可能是由于CaO完全固溶于Y 2 O 3 中，但从CaO/Y 2 O 3 的相图中可知，在1600℃时CaO在Y 2 O 3 中的固溶度很小，虽然CaO的添加量高达9.1 mol%，烧结后的试样中除了Y 2 O 3 ，其它物相的峰值未被发现。这可能是CaO的K值小于Y 2 O 3 的K值的一半所致，使析出的CaO未被检测到；或者是Y 2 O 3 与CaO生成的化合物的量较少而使添加CaO对Y 2 O 3 的物相组成没有明显的影响。上述情况在1000℃烧结，保温3 h，烧结体对应的粉体也表现出同样的情况。 3.3. 复合材料显微结构分析 为考察烧结制度对试样的显微结构的影响，对试样G6进行了光学显微镜检测，如图8所示。 图8(a)是1500℃烧结5 h的照片，图8(b)是1600℃烧结5 h的照片，由图可见，1500℃烧结5 h时，晶粒尺寸为10 μm左右，1600℃烧结5 h时，晶粒尺寸为70 μm左右，可见烧结温度的提高促进试样烧结。 为进一步考察试样的烧结性能及显微结构，对CaO不同添加量的试样进行SEM检测。 图9为分别添加CaO含量为0 mol%、0.3 mol%、1.0 mol%、6.5 mol%和9.1 mol%所制得的CaO/Y 2 O 3 复合材料的扫描电镜照片。氧化钙添加量为0 mol%的氧化钇SEM显示，颗粒分布相对均匀，其晶粒尺寸大概为3 μm~5 μm。另外，试样中分布着气孔，表现出陶瓷材料的共有的特点，气孔分布在晶界，少数气孔分布在晶粒内，这是由于在烧结过程中试样中气孔随着晶界移动，对晶粒生长存在一定的阻碍作用，当晶粒的生长速度大于气孔的移动时，气孔就被包围在晶粒中。 图10(b)为1600℃烧结5 h添加0.3 mol%氧化钙试样的微观结构和形貌，他的晶粒大小不均匀，存在异常长大的晶粒，其晶粒尺寸超过5 μm，有的其尺寸约为2 μm，试样中气孔率明显降低，烧结致密性好，这与试样气孔率曲线相符。通过在晶界处打点进行X射线衍射分析，如图10(b)所示，在试样中未发现氧化钙的特征衍射峰，均为氧化钇的特征衍射谱线，这与前面的物相分析相符，进一步说明氧化钙完全固溶在氧化钇中，没有氧化钙析出。 1600℃烧结5 h添加1 mol%氧化钙试样的微观结构与相同条件下纯氧化钇试样的差别不大，晶粒完整均匀，图中晶粒组织内为氧化钇基体，而氧化钙的组织没有明显的体现。如图10(c)所示。 由添加氧化钙含量为6.5 mol%和9.1 mol%所制得氧化钇/氧化钙复合材料扫描电镜照片可见，晶粒发生了明显的异常长大，气孔存在晶粒内，晶界处相对较少，气孔较添加量为1 mol%更多，晶粒尺寸分布不均匀，这可能是由于氧化钙的加入，由于固溶不均，引起部分晶粒的界面能升高，促使其快速生长，而小的晶粒是由于生长初期，界面能低，生长速度缓慢，生长空间被大的晶粒所占，未能发育长大。在 图4. 1500℃保温3 h试样的显气孔率与CaO含量的关系 图5. 1600℃保温3 h试样的显气孔率与CaO含量的关系 图6. 1600℃保温5 h试样的气孔率与CaO含量的关系 图7. 1600℃保温3 h不同CaO含量的氧化钙/氧化钇试样X射线衍射图谱 图8. 1600℃保温5 h试样的光学显微镜照片((a) 1500℃ × 5 h；(b) 1600℃ × 5 h) 图9. 1600℃保温5 h不同CaO含量试样的扫描电镜照片 对晶界处打点进行X射线衍射分析，如图10(d)和图10(e)所示，可见存在氧化钙的特征衍射峰，未固溶的氧化钙在晶界处析出。 3.4. 复合材料力学性能分析 图11为没有添加CaO的试样，其硬度为7.17 GPa，而添加有CaO的复合材料的硬度值小于Y 2 O 3 烧结体的硬度。可见随着CaO含量的增加会使得试样的硬度呈下降趋势，但试样CaO含量为9.1 mol%时硬度的增大。 结合试样的显微结构可知，随CaO添加量的增加，试样的晶粒尺寸由3 μm~5 μm增大到30 μm，甚至更大，结合硬度与晶粒尺寸关系可见随着晶粒尺寸的增大，试样的硬度下降，这是由于晶粒的异常长的，更多的气孔留在晶粒中，从而降低了试样的硬度值，对与试样CaO含量为9.1 mol%时硬度的增大，是因为该试样的晶粒尺寸有相对上一试样来说，并没有长大。上述结果符合材料的硬度与晶粒大小的关系。
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user: 4. 结论 1) 随着烧结温度的提高，氧化钇素坯的显气孔率降低，试样的致密度也随之增加。 2) 通过添加氧化钙，可以促进氧化钇的烧结，在较低的温度下实现烧结体的致密化，氧化钙添加量 图10. 各扫描电镜照片对应的能谱分析((a) 0 mol%; (b) 0.3 mol%; (c) 1 mol%; (d) 6.5 mol%; (e) 9.1 mol%) 图11. 1600℃保温5 h试样的硬度与CaO含量的关系 为1 mol%即可显著促进烧结，但继续增加氧化钙含量或延长烧结时间不会进一步促进烧结，试样中氧化钙固溶于氧化钇中，添加量超过6.5 mol%时，有氧化钙在晶界处析出。 3) 对于添加少量氧化钙的氧化钙/氧化钇复合材料，1600℃是比较适合的烧结温度。 4) 添加氧化钙能够促进晶粒的异常长大，由于晶粒长大降低了氧化钙/氧化钇材料的硬度。
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user: 摘 要 通过选用不同浓度的NaCl、Na 2 SO 4 、Na 2 CO 3 、NaHCO 3 、CaSO 4 、MgSO 4 、NaOH溶液制备水煤浆，考察了不同制浆浓度下各添加物对水煤浆制浆特性的影响，添加组分对水煤浆pH值、燃烧热的影响。并测试了盐水与煤、碱水与煤的表面接触角。结果表明：盐水和碱水对水煤浆的黏度有较大影响。各盐水制浆的最佳盐水添加条件为1.0 wt% NaCl溶液，3.0 wt% Na 2 CO 3 溶液，0.50 wt% NaHCO 3 溶液，1.0 wt% MgSO 4 溶液。饱和CaSO 4 溶液和1 wt%浓度的NaOH溶液代替清水不利于成浆。Na 2 SO 4 的加入，不利于水煤浆的制备。各种盐水与碱水与煤的接触角都低于清水与煤的接触角。弱碱性条件有利于水煤浆黏度的降低，有利于制浆。浓度低于1 wt%盐水或碱水的加入不影响水煤浆的燃烧特性。 关键词 :盐溶液，碱溶液，pH值，接触角，燃烧热 Copyright © 2017 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 高盐废水指的是含有有机物和至少总溶解固体的质量分数 ≥ 3.5 wt%的废水。这些高盐、高有机废水，若未经处理直接外排，势必会对水体生物、生活饮用水和工农业生产用水产生极大的危害。目前，高盐废水处理方法主要分为物理法、物理化学法、化学法、生物法 [ 1 ] 。水煤浆是国家洁净煤计划发展中的一项重要技术，其作为洁净煤燃料和气化原料，一直受到国家及地方政府部门的重视。据不完全统计，截止到2013年底，全国燃料水煤浆的设计产能已突破5000万t/a，生产和使用量已达3000万t/a；在气化水煤浆领域，含多喷嘴、GE、多元料浆等以水煤浆进料的气化炉投产数量近300台，年耗浆量1亿t以上。目前水煤浆应用范围涵盖了电力、石油、冶金、化工、建材、轻工等多个行业，随着煤制甲醇、煤制油、煤制烯烃等多个大型煤化工项目的开工建设，气头多采用水煤浆加压气化技术，预计未来几年水煤浆气化的用煤量将突破2亿t，我国也将成为世界上水煤浆产能最大、应用行业最广泛、制备技术最为先进的国家 [ 2 ] 。近年来，利用工业废水(如高浓度有机废水、含酚废水、印染废水、造纸黑液等)来制备水煤浆的工艺方法逐渐多了起来，已经成为人们的研究热点。利用工业废水直接制备水煤浆，不仅能够简单可靠地处理废水，降低废水处理成本，实现废水达标排放或零排放，而且能节约大量制浆所需的工业用水，具有良好的环境、经济和社会效益 [ 3 ] 。本文通过实验室模拟盐水、碱水制浆的模式，探讨其组分条件对制浆特性的影响。在此基础上探索废水制浆过程中盐水组分、碱水条件对煤、水、添加剂各组元的影响规律，以判定和优化废水制浆的成本、产量、效益与可行性技术条件。
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user: 2. 盐水制浆实验 2.1. 实验试剂及原料 实验用煤样、添加剂、试剂见表1。原料煤煤质分析结果见表2。 2.2. 实验仪器设备 ZEISS Primotech显微镜、球磨机、振筛机、NB -9075A 电热恒温鼓风干燥箱、NXS -4C 型水煤浆粘 Table 1 Raw materials and reagent 名称 纯度 生产厂家 名称 纯度 生产厂家 原煤 - 银星二矿 Na 2 CO 3 AR 天津市大茂化学试剂厂 添加剂 >90 wt% 宁夏川能化工有限公司 NaHCO 3 AR 天津市大茂化学试剂厂 蒸馏水 - 自制 CaSO 4 AR 天津市瑞金特化学品有限公司 NaCl AR 烟台市双双化工有限公司 MgSO 4 AR 天津市大茂化学试剂厂 Na 2 SO 4 AR 北京化学试剂公司 NaOH ≥96 wt% 天津市光复科技发展有限公司 表1. 实验原料与试剂 Table 2 Coal sample analysi 全水分Mt% 分析水Mad% 灰分Aad% 挥发分Vad% 固定碳FCad% 硫St，d% 发热量Qnet，arMJ/kg 灰熔点，℃ DT ST HT FT 9.6 5.13 12.22 31.74 50.91 0.76 23.79 1090 1100 1110 1110 表2. 煤质分析 度计、JJ-1精密增力电动搅拌器、雷磁PHS-25 PH计、分析天平、电子天平等。 2.3. 实验步骤 1) 制样：取预先自行破碎过的银星二矿煤样适量，测量含水量。然后，称取2 kg煤样按钢球与煤粉6:1的配比装入球磨机 12 升 的大罐内，调节频率为20 HZ，设定时间为1 h，开机进行磨煤。 2) 筛分：先对预先破碎过的煤颗粒进行筛分，将8~14目、14~40目、40~120目的较粗颗粒筛分出来；然后，对第一步磨出的煤粉进行细颗粒的筛分，进而将120~200目及200目以上的煤样筛分出来。 3) 煤的级配与配置试剂：依据8~14目为2%、14~40目为3%、40~120目为45%、120~200目为10%、200目以上为40%的级配比例进行配煤。依据质量分数对各种盐的不同浓度进行配制。先测定添加剂的固含量，根据固含量计算所需的添加剂水剂量(每100 g煤粉中对应0.2 g的添加剂干剂量)。 4) 配制水煤浆：按级配比例称取100 g煤粉，再称取相应量的添加剂水剂与清水或盐水，然后，将三者混合，并用玻璃棒预先搅拌适度后，进而采用电动搅拌器搅拌并计时5 min (在此过程中辅以玻璃棒搅拌)，5 min后便可进行相关测试与分析评价。 5) 参数测试：黏度采用NXS -4C 型水煤浆粘度计进行测试(测2~3组平行样)；浓度通过质量差法进行测试(一般测两组平行样)；流动性采用目测法(A为连续流动，B为间断流动，C为不流动)；稳定性通过测24 h后的析水率来分析；pH值则直接采用雷磁PHS-25 PH计进行测定。 2.4. 人工模拟单种盐水制浆 图1(a)为NaCl盐水浓度与成浆黏度的关系曲线，从图中可以看出，在制浆理论浓度恒定时，当氯化钠溶液浓度增大时，浆体黏度先增大后减小，且在氯化钠溶液浓度为1.0 wt%时黏度较低。之后又呈增大趋势，在2.0 wt%处达最高值，随后又降低，在3.5 wt%时达最低点。从原料成本考虑，1.0 wt%是较佳的添加点。图1(b)为Na 2 SO 4 盐水浓度与成浆黏度的关系曲线，从图中可以看出，随着硫酸钠溶液浓度的增大，浆体黏度整体呈线性增加趋势。说明Na 2 SO 4 盐水的加入不利用制浆，在实际的制浆过程中，高盐废水 [ 4 ] 、煤中的矿物质 [ 5 ] 、木质素磺酸盐类添加剂 [ 6 ] 中都有Na 2 SO 4 组分，因此，在制浆时，要对原料中的Na 2 SO 4 进行检定，在成本允许的条件下，应尽量降低Na 2 SO 4 组分对制浆结果的干扰。图1(c)为Na 2 CO 3 溶液浓度与成浆黏度的关系曲线，从图中可以看出，随着碳酸钠溶液浓度的增大，浆体黏度先增大后减 图1. 盐水浓度与浆体黏度的关系 小而后再增大；加入碳酸钠组分后，浆体的黏度都较清水浆黏度有不同程度增加。图1(d)为NaHCO 3 溶液浓度与成浆黏度的关系曲线，从图中可以看出，加入NaHCO 3 组分后，在0.5 wt%和2.0 wt%处黏度低于清水浆黏度，其他浓度点都呈增加趋势。 加入饱和CaSO 4 溶液，在64 wt%与65 wt%理论制浆浓度下，饱和硫酸钙溶液的制浆黏度都高于清水的制浆黏度，其增幅分别为26.8%和10.4%。加入MgSO 4 溶液，在65 wt%理论制浆浓度下，当硫酸镁溶液浓度增大时，浆体黏度先增大后减小，硫酸镁溶液浓度为1 wt%时达到最低点，此处的黏度小于清水制浆的黏度，降幅为2.5%，之后又呈增大趋势，在硫酸镁溶液浓度为1.1 wt%时的增幅为达最大，为6.5%。加入1 wt%的NaOH溶液，在63 wt%，64 wt%，65 wt%，66 wt%理论浓度下，1 wt%的NaOH溶液的制浆黏度都高于清水的制浆黏度，且随着理论浓度的增大，浆体黏度高出的幅度也呈整体增大趋势，其增幅分别为34.4%，37.8%，38.8%，37.1% (见图2)。 综合以上实验，盐水和碱水对水煤浆的黏度有一定影响。1.0 wt% NaCl溶液、0.5 wt% NaHCO 3 溶液、3.0 wt% Na 2 CO 3 溶液，1.0 wt% MgSO 4 溶液有助于浆体黏度的下降。Na 2 SO 4 溶液、饱和CaSO 4 溶液和1 wt%浓度的NaOH溶液代替清水会增加浆体的黏度。 2.5. 人工模拟复配盐水制浆 图3(a)为n(NaCl):n(Na 2 SO 4 ) = 1:1比例下，64 wt%和65 wt%理论制浆浓度下的制浆黏度与复配盐水的关系图。从图中可以看出，在64 wt%理论制浆浓度下，制浆黏度随盐水浓度的增大波动较大，在盐水浓度为5 g/L时达到最低点，此时的黏度值小于清水的制浆黏度，经测试计算，降幅为7.3 wt%，同时，在盐水浓度为10 g/L时的增幅为9.0 wt%；当理论浓度为65 wt%时，制浆黏度随盐水浓度的增大波动较大，在盐水浓度为7 g/L时达到最低点，此时的黏度值小于清水的制浆黏度，降幅为13.0 wt%。 图2. 盐水与清水对浆体黏度的影响 图3. 复配盐水与浆体黏度的关系 图3(b)为理论制浆浓度65 wt%条件下，n(NaCl):n(Na 2 SO 4 ) = 1:1、1:2、1:3时，复配盐浓度与水煤浆黏度的关系图。从图中可以看出，各复配比例下，制浆黏度随盐水浓度的变化趋势基本相同。随着硫酸钠溶液配比的增加，制浆黏度呈整体增大趋势。Na 2 SO 4 的加入，不利于水煤浆的制备。
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user: 3. 煤与盐水的接触角测试分析 对各优选条件下的盐水溶液，测试其与煤样的接触角。结果表明：各种盐水与碱水与煤的接触角都低于清水与煤的接触角(见图4)。如图5(b)所示，在n(NaCl)/n(Na 2 SO 4 ) = 1:1条件下，随着复配盐浓度的增加，复配盐水与煤的接触角逐渐下降。 图4. 盐水与煤的接触角测试图 图5. 盐水的接触角变化趋势图
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user: 4. 水的pH值对配置水煤浆的影响 水煤浆的酸碱性，不仅对水煤浆生产、储存运输等设备有腐蚀作用，而且对水煤浆稳定性也有一定的影响，因而水煤浆的pH值即水煤浆的酸碱度的测定，对水煤浆生产、储运以及水煤浆燃烧和使用过程中设备的防腐蚀性研究工作有重要指导作用 [ 7 ] 。水煤浆是粗分散体系，当水煤浆浓度很低时，颗粒按斯托克公式做自由沉降；随浓度增加，颗粒间的相互作用使沉降变得复杂 [ 8 ] 。研究认为，在煤种、粒度、水煤浆浓度及添加剂等条件基本相同的情况下，水煤浆体系的pH值对其静态稳定性有较大影响。通过添加适当的碱性物质，使其减缓由含氧活性基团逐渐水化、离解或小分子溶出对水煤浆体系暂时平衡状态所造成的破坏，使所制水煤浆静态稳定性有所提高。煤表面的润湿性随水溶液的pH值及添加剂的浓度变化而变化。溶液pH的变化将影响煤表面羧基、酚羟基的电离行为，从而影响煤表面的ζ电势 [ 9 ] 。以下是各种盐溶液在制浆的不同阶段中的pH对比情况表，见表3。 从表3可以看出，0.65 wt%和0.8 wt%的NaCl溶液制浆的pH略小于清水制浆的pH。0.65 wt%和0.8 wt%的Na 2 CO 3 溶液制浆的pH大于清水制浆的pH。0.65 wt%和0.8 wt%的NaHCO 3 溶液制浆的pH大于清水制浆的pH。饱和CaSO 4 溶液制浆的pH略小于清水制浆的pH。0.5 wt%和1.0 wt%的MgSO 4 溶液制浆的pH略小于清水制浆的pH。用1 wt% NaOH溶液制浆的pH远大于清水制浆的pH，其原因在于，水中NaOH的存在使得煤表面的含氧官能团被部分改变或增加。然而，随着煤表面含氧官能团的增加，煤表面的亲水性也随之增强，从而导致配制的浆体表观粘度的增大，对成浆性不利 [ 10 ] 。 从表3中可以看出，NaOH溶液的酸碱度呈强碱性，Na 2 CO 3 溶液的pH值次之，其他溶液都表现为一定程度的弱碱性。从成浆性来看，用NaOH溶液配制的水煤浆的表观黏度较高；用NaCl溶液、Na 2 CO 3 溶液、NaHCO 3 溶液、MgSO 4 溶液及三种复配盐水溶液所配制水煤浆的表观粘度都低于清水浆。说明弱碱性条件有利于水煤浆黏度的降低，有利于制浆。 从表4可以看出，不同复配比例的盐水水煤浆，pH值基本没有变化，浆体整体接近中性，可以初步判断，复配组分中的各个组分与煤结构中的各个基团没有发生剧烈反应。
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user: 5. 盐水水煤浆的燃烧热测试分析 水煤浆作为新型的“煤代油”环保燃料，其发热量是计算水煤浆燃烧热平衡、燃烧设备设计、燃烧工艺条件设定以及热效率计算等的基础数据，因而水煤浆的发热量是评定其质量的一项重要指标 [ 11 ] 。燃烧热测试采用氧弹式量热仪测量。测试结果如表5所示。 Table 3 pH of salt water CW 理论浓度 盐溶液 盐水浓度(wt%) 清水pH 盐水pH 添加剂pH (煤 + 清水) pH 清水浆pH 盐水浆pH 初始 24 h后 63 wt% NaCl 0.65 7.92 7.96 7.32 7.01 6.97 7.00 6.96 63 wt% NaCl 0.80 7.92 8.11 7.32 7.01 6.97 7.00 6.86 64 wt% Na 2 CO 3 0.65 7.92 11.07 7.32 7.02 6.96 7.04 7.76 64 wt% Na 2 CO 3 0.80 7.92 11.12 7.32 7.02 6.96 7.04 8.15 65 wt% NaHCO 3 0.65 7.92 8.55 7.32 7.02 6.96 7.08 7.42 65 wt% NaHCO 3 0.80 7.92 8.47 7.32 7.02 6.96 7.08 7.49 64 wt% CaSO 4 饱和溶液 7.92 - 7.32 7.02 6.96 7.05 6.90 65 wt % CaSO 4 饱和溶液 7.92 - 7.32 7.02 6.96 7.07 6.89 65 wt% MgSO 4 0.50 7.92 - 7.32 7.02 6.96 7.13 6.92 65 wt% MgSO 4 1.00 7.92 - 7.32 7.02 6.96 7.13 6.87 63 wt% NaOH 1.00 7.92 13.27 7.32 7.01 6.97 7.03 10.02 64 wt% NaOH 1.00 7.92 13.27 7.32 7.02 6.96 7.08 9.76 表3. 盐水水煤浆pH测试结果 Table 4 pH of complex salt water CW 理论浓度 盐溶液 盐水浓度(wt%) 清水pH 盐水pH 添加剂pH (煤 + 清水) pH 清水浆pH 盐水浆pH 初始 24 h后 64 wt% n(NaCl):n(Na 2 SO 4 ) = 1:1 0.70 7.92 9.43 7.32 7.02 6.96 7.09 6.95 65 wt% n(NaCl):n(Na 2 SO 4 ) = 1:1 0.70 7.92 9.43 7.32 7.02 6.96 7.09 6.96 65 wt% n(NaCl):n(Na 2 SO 4 ) = 1:2 0.60 7.92 9.52 7.32 7.02 6.96 7.09 6.95 65 wt% n(NaCl):n(Na 2 SO 4 ) = 1:3 1.00 7.92 9.58 7.32 7.02 6.96 7.09 6.94 表4. 复配盐水浆pH值测试结果 Table 5 Combustion heat of salt water CW 溶液 空白 NaCl Na 2 SO 4 Na 2 CO 3 NaHCO 3 CaSO 4 MgSO 4 NaOH 浓度 0 0.65 0.8 0.5 1.0 0.65 0.65 饱和 1.0 1.0 发热量(KJ/g) 28.1 28.5 27.8 28.3 28.3 28.2 28.8 26.0 28.2 28.2 表5. 盐水水煤浆燃烧热测试结果 Table 6 Combustion heat of complex salt water CW 溶液 空白 NaCl与Na 2 SO 4 复配 1:1 1:2 1:3 浓度 0 0.7 0.6 1.0 发热量(KJ/g) 28.1 28.2 28.3 25.9 表6. 复配盐水水煤浆燃烧热测试结果 从表5可以看出，与清水制浆相比，除了用饱和CaSO 4 溶液制备的水煤浆的燃烧热明显偏低外，其余各盐水所制备的水煤浆的燃烧热并无明显差异性。 从表6可以看出，与清水制浆相比，在复配比n(NaCl)/n(Na 2 SO 4 )为1:3的条件下，该浓度所制备的水煤浆的燃烧热明显偏低。用饱和CaSO 4 溶液制备的水煤浆的燃烧热明显偏低的原因是：从反应过程的热力学条件 上述反应都为吸热反应，样品燃烧时以上反应会吸收一部分燃烧时所产生的热量。因此，便会导致燃烧热偏低。
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user: 6. 结论 盐水和碱水一定程度上对水煤浆的制备有改性作用，盐分的存在可以适当的降低水煤浆的表观粘度以及改善其稳定性。煤化工生产过程中产生的高盐废水可以部分替代或全部替代工艺用水使用。合理的控制盐水浓度和碱水浓度是解决高盐废水制浆的关键所在。废水处理过程中的能耗问题是导致处理成本较高的一个重要因素，高昂的运行费用制约了其广泛推广应用。因此，开展利用高盐废水配制水煤浆的技术研究，对于节能、环保的处理污水具有重要的意义。
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user: 摘 要 为解决电子海图中三维船舶航线高精度绘制问题，给出了一种基于椭球极投影的绘制方法。首先，通过建立椭球极投影，将椭球面上的点与平面上的点作一一对应。其次，将港口和船舶位置信息投影到平面上，利用Hermite插值技术，构造一条平面插值曲线。然后将该平面曲线通过椭球极逆投影，得到一条地球面曲线。最后，基于船舶航向等信息，提出了三维航线长度优化及多组航线交点求解的算法，实现了三维航线自动生成及相关计算。数值实验表明本文方法较已有方法更具真实感，精度更高。 关键词 :椭球极投影，航线绘制，电子海图，三维航线
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user: 1. 引言 电子海图是航海的重要工具之一。航线的制定、航迹的运算及数据分析都离不开海图。然而目前二维电子海图系统和其他二维地图一样，其本质都是基于抽象符号的系统，不能直观还原自然界的真实面貌且易形成抽象多义化，给使用者的辨识和符号意义还原带来困难，三维电子海图系统的研发已成为电子海图系统一个重要的研究方向 [ 1 ] 。而三维船舶航线的真实感绘制是三维电子海图系统的重要组成部分。 现有海图投影多使用墨卡托投影，在大洋航行及其他大比例尺港湾图中还采用日晷投影或高斯-克吕格投影等 [ 2 ] 。但这些海图投影方法都是将三维航线信息绘制在平面海图上，得到的是二维航线 [ 3 ] [ 4 ] 。现有的三维航线绘制方法，只是简单地将船舶的经纬度位置用直线或低次曲线进行空间样条插值 [ 5 ] 。这种绘制方法会造成航线与地球表面不贴近的情况，如图1(a)所示。 图1. 三维航线绘制。(a) 已有方法；(b) 本文方法 为解决这种逆投影失真的现象，本文引入了椭球极投影。先将地球面上船舶航行的三维位置点全部映射到二维平面上，再用样条曲线将这些平面点插值，得到一条平面曲线。最后利用椭球极逆投影将该平面曲线投影到地球面上，得到一条与地球面完全贴合且插值原来三维船舶位置点的空间曲线。并在三维椭球面上建立有关航线长度计算及交点求解的算法，最终实现给定若干港口数据，自动生成三维航线及其长度、交点等信息。 图1为分别采用现有海图投影方式及本文提出的椭球极投影在选取相同视角时截取任意两段的效果图对比。显然采用本文中椭球极投影后的点及线段与地球面更贴近。
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user: 2. 椭球极投影 2.1. 纸型 地球形状接近于旋转椭球体，本文采用1980年国际大地测量和地球物理联合会决定采用的椭球体参数 [ 5 ] 。记地球的赤道半径a = 6378137米，极半径c = 6356752米，则地球面方程为 。 (1) 以地球南极为原点，x轴指向格林尼治子午面与地球赤道的交点，z轴指向地球北极，y轴垂直于平面xOz建立三维直角坐标系。如图2所示，北极点N坐标为 。任取椭球面上除N点之外的一点 ，则直线NP与平面 ： 相交于点 。 直线 的标准方程为 ， 则平面上点 的坐标可用椭球面上点 的坐标来表示， 。 (2) 直线 的参数方程为 ， (3) 图2. 椭球极投影 将(3)代入到(1)，则点 可用点 的坐标表示， 。(4) 记(2)为椭球极投影公式，(4)为椭球极逆投影公式。
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user: 3. 航线绘制 3.1. 三维投影至二维 先将船舶位置的经纬度数据进行坐标转换，得到一组三维坐标 。再利用椭球极投影公式(2)，将该组地球面上的三维坐标投影到平面上，得到一组二维坐标 。最后利用初始航向的导矢信息，进行三次样条插值，得到一条平面曲线 。 3.2. 二维投影至三维 将所得到的平面曲线 代入到椭球极逆投影公式(4)，得到椭球面曲线
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user: 4. 航线长度的计算 在已知港口经纬度信息及到达各港口的初始航向及末尾航向时下，在椭球极投影的基础上通过构造三次Bézier曲线得到三维坐标系下的各段航线的参数方程，结合曲线积分公式建立求解航线最短的规划模型。 其中，目标函数为 ，即各段航线长度之和。 为决策变量，是两港口间的航向信息。 为港口 坐标。通过对参量(航向信息)进行优化，求解出航线长度的最小值。 本文中的航线计算是在已选定推荐航线的前提下进行的，即已考虑航线的可行性与可操作性。实际舰船航行中，在舰船航行密度大、海区条件复杂的区域采用推荐航行更能保障安全，也更便于交通管理。当舰船走出航行复杂区后为考虑经济性，采用自动生成的优化航线。本文就使用这种推荐航线与自动生成航线相结合的使用方法，一般来说推荐航线在首尾端。但在实际情况中，航线的转向次数、转向角度都存在一定的惩罚性。故在模型的进一步优化中，可考虑增加约束条件，并采用层次分析法对限制条件进行权重分析。通过进一步处理增加自动生成航线的可操作性，使其更具现实意义。
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user: 5. 多组航线交点的求解 由于投影不影响曲线的相交关系，为简化问题，从平面上两线段的相交判断出发。先找出投影平面上的相交点再逆投影回椭球面，经过经纬度信息转换即可得到相交航线的位置信息。 为解决已知多组航线数据寻找交叉地点的问题，建立多组航线交点求解算法，这里的相交不一定是同一时空下的相交，仅代表计划航线图的可能相交点。要判断是否存在交点，首先对计划航线的 轴坐标范围进行判断，首先排除若干组数据没有交集的部分。接着需要将可能区域的计划航线与周围每条线路进行相交判断。若存在交点则标出具体位置；若不存在则进行下一判断。具体如图3与图4所示。 假设计划航线1的待判断线段为 的两端点坐标为 、 ，航线2的待判断线段 的端点坐标分别为 、 ，即两条直线的方程可表述为： 线段 与 相交的充分必要条件是： 、 两点分别位于线段 两侧(或与线段重合)。将 、 分别带入 的直线方程，可得到 则可证明 、 两点分别位于线段 的两侧，即两线段是相交关系。 时，即 、 两点分别位于线段 的同侧，即两线段不相交。对所有的可能线段进行这样的判断。直到所有可能点均判断完毕。 考虑到在具体航行过程中，船体自身长度也会对交点求解有所影响，所以可将误差精度 设置在一定范围内，即当： 时我们就认为两航线段是相交的。
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user: 6. 数值实验 以两组各15个港口的经纬度信息为例，根据本文投影方式计算出其在三维坐标系及二维坐标系下的坐标。第一组和第二组数据所绘制航线分别如图5和图6所示。两条航线的交点如图7所示。数据1航线长度为 ，数据2航线长度为 。还可以通过输出的分段航线长度矩阵得到任意两港口之间航线长度。交点的三维坐标是 。转换后的经纬度信息为 ，即北纬26度3分，东经35度22分。图8给出第一组数据的真实感高精度绘制。
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user: 7. 总结和展望 本文建立了椭球极投影，将地球面上的点与平面上的点一一对应。将地球面上的航海位置信息投影到平面上，得到一条相应的插值曲线。然后利用逆投影，将该平面曲线投影到地球面上。这条空间曲线 图3. 两线段关系a 图4. 两线段关系b 图5. 数据1所绘制航线 图6. 数据2所绘制航线 图7. 数据1与数据2的三维航线交点求解 图8. 数据1的真实感绘制 插值原来的航海位置信息。建立优化算法，控制港口间的航向参数，得到最佳航向及最短航线段的最优解。此外，提出一种多组航线求交算法，达到三维空间上航线的自动求交。最后算例表明本文方法的高效性。 本文利用椭球极投影从空间到平面，再回到空间的构造方法来绘制航线。未来工作可以直接从球面曲线插值的角度 [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] ，开发椭球面曲线的形状分析和插值算法。
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user: 摘 要 本文意在探究一种简易高效的应用于颅骨修复钛网表面的生物化学改性方法。首先通过浸泡法在钛网表面沉积聚多巴胺薄膜层(PDA)，其次利用PDA的超强粘附性和二次修饰功能，进一步接枝酪蛋白磷酸肽(CPP)，制备具有优良亲水性及优良生物矿化能力的复合涂层。利用XPS、AFM、接触角分析仪进行涂层表征；浸泡模拟体液(SBF)，利用FESEM及EDS分析体外仿生矿化效果。结果显示，“两步浸泡法”成功将PDA与CPP依次修饰于颅骨修复钛网，无毒性元素引入；与未修饰表面相比，具有PDA/CPP生物活性涂层的表面亲水性得到显著提高，并且能够在1天之内诱导沉积均匀稳定的类骨羟基磷灰石(HA)。 关键词 :颅骨修复钛网，聚多巴胺，酪蛋白磷酸肽，亲水性，体外仿生矿化
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user: 1. 引言 颅骨是脑组织重要的支撑和防护部位，外力破坏、脑疾病手术以及先天性颅骨缺损是导致颅骨缺损的主要原因 [ 1 ] 。目前，颅骨修复材料有钛网、硅橡胶板、骨水泥、高分子纤维增强材料等。其中，数字化成形三维钛网具有比重轻、机械强度高、生物相容性和耐腐蚀性优良的特点，同时又具有手术时间短，使用钛钉数量少，外观满意度高，术后并发症少等优点，是目前颅骨修补手术的首选材料 [ 2 ] 。 然而，惰性的天然钛表面无法与骨组织产生强有力的化学骨结合，颅骨修复钛网需要进行表面改性以缩短颅骨愈合周期，加快早期骨整合，获得更高的结合强度 [ 3 ] [ 4 ] 。喷砂、蚀刻等物理方法，容易导致薄层曲面植入体变形；等离子喷涂、电化学沉积等化学方法工艺复杂，同时极易引入有毒杂质，二者对颅骨修复钛网皆不具有适用性。生物化学方法适用性广、操作简单、绿色环保，对结构复杂的植入体具有优越性。 受海洋贻贝蛋白粘附机理的启发，Lee等 [ 5 ] 研究发现，含有儿茶酚官能团和赖氨酸端氨基官能团的多巴胺(dopamine)，在碱性条件下，通过简单地浸泡即可在玻璃、金属、陶瓷、有机物等几乎任何材料表面，迅速形成具有超强黏附性的聚多巴胺(Polydopamine， PDA)薄膜。PDA薄膜能够有效提高材料表面耐腐蚀性、生物相容性并能促进钙离子的沉积 [ 6 ] ，同时，其氧化自聚合过程中形成的醌式结构与生物大分子的伯氨基发生席夫碱反应，或者通过苯环上的碳与具有亲核特性的生物大分子发生迈克尔加成反应，可将生物大分子固定在材料的表面，进行功能性二次修饰 [ 7 ] [ 8 ] 。近年来，利用PDA将RGD肽、肝素、酶、骨形态发生白(BMP-2) [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ] 固定于植入体材料表面的生物化学改性研究逐年增加 [ 12 ] 。 酪蛋白磷酸肽(Casein phosphopeptides， CPP)是以牛乳酪蛋白为原料，通过水解、分离、纯化而成的天然活性多肽，能够有效促进人体对钙的吸收和利用，被称为“矿质载体”，是目前唯一一种促进钙吸收的活性肽 [ 13 ] 。CPP由丝氨酸、谷氨酸和磷酸基构成，磷酸基能够与钙离子结合成可溶性复合物，提高局部钙含量，促进羟基磷灰石的沉积，增强成骨细胞的黏附与增殖 [ 14 ] 。此外，CPP还可减弱破骨细胞的作用，使得成骨细胞在骨代谢中起主导作用，阻止矿物质的流失和抑制骨的再吸收 [ 15 ] [ 16 ] 。 本文在颅骨修复钛网表面沉积PDA薄膜，并以PDA为平台，进一步接枝CPP，形成PDA/CPP生物活性涂层，意在探究一种简易、环保、促进早期骨整合、适用于钛基复杂结构植入体的生物化学表面处理方法。
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user: 2. 实验 2.1. 材料及试剂 人字形颅骨修复钛网(TA2)够自深圳三和兴五金公司；盐酸、三羟甲基氨基甲烷(Tris)购买自南京化学试剂有限公司；盐酸多巴胺、2-(N-吗啡啉)乙磺酸(MES)、N-羟基酰亚胺(NHS)、1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐(EDS)购买自阿拉丁试剂有限公司；酪蛋白磷酸肽购买自河南喜莱客化工产品有限公司。 2.2. 颅骨修复钛网表面PDA薄膜的沉积以及CPP的固定 将颅骨修复钛网切割成3 cm × 3 cm的正方形薄片，厚0.5 mm，用砂纸逐层打磨，用去离子水、丙酮、无水乙醇、去离子水依次超声清洗15 min并吹干，获得清洁表面，记为Ti。将多巴胺溶于Tris-HCl缓冲溶液，配制pH = 8.5，浓度为2 mg/ml的多巴胺溶液。将清洗之后的样品在该溶液中浸泡24 h，取出后用去离子水超声清洗5 min并吹干，记为Ti/PDA。将MES、EDS、NHS依次加入到去离子水中，浓度分别为0.1 mol/L、20 mmol/L、50 mmol/L，向该溶液中添加CPP，配制10 g/L的CPP溶液。将Ti/PDA试样在CPP溶液中浸泡16 h，取出后用磷酸缓冲溶液(PBS， PH = 7.4)冲洗并吹干，记为Ti/PDA/CPP。 2.3. 表面仿生矿化实验 将Ti、Ti/PDA、Ti/PDA/CPP三组样品浸泡在模拟体液(1:1， pH = 7.4)中，放置于温度为37.5℃的恒温箱中，1天(1 d)取出样品进行表面分析测试。 2.4. 表征与测试 使用接触角测量仪(JC2000D7M)测量样品表面与蒸馏水的静态接触角；使用X射线光电子能谱仪(XPS，PHI QuanteraⅡ，日本)对样品表面元素进行分析；使用原子力显微镜(AFM，CSPM5500，本原纳米仪器有限公司)分析样品表面结构及粗糙度；使用能谱仪(EDS)以及场发射扫描电镜(FESEM，LEO-1550，德国)分析改性前后表面仿生矿化效果。
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user: 3. 结果与讨论 3.1. XPS成分分析 图1，图2分别是Ti、Ti/PDA以及Ti/PDA/CPP三组试样表面的XPS全谱图以及O1s高分辨谱图。由图1可知，Ti表面除Ti2p (458.8 eV)峰外，还存在O1s (530.5 eV)峰、C1s (285 eV)峰以及强度很小的N1s (400 eV)峰，这归属于空气中吸附于样品表面的污染物；Ti/PDA试样表面，Ti2p峰强度急剧下降，N1s峰强度增加，这是由于多巴胺富含氨基官能团，表明Ti表面完全被PDA覆盖；Ti/PDA/CPP试样表面，N1s峰强度继续增加，同时在结合能为189 eV以及131 eV处分别出现的P1s和P2p特征峰，这是由于丝氨酸、谷氨酸富含氮元素，而磷酸基富含磷元素，表明CPP成功接枝在Ti表面。 由图2可知，在Ti表面，由于二氧化钛钝化层的存在，结合能为530.6 eV的Ti-O特征峰所占比例最大，而归属于表面有机污染物的C-O (532.7 eV)和C=O (321.7 eV)显然所占比例较小。Ti/PDA表面Ti-O特征峰比例显著减小，而C-O和C=O特征峰所占比例显著增大，进一步说明含有醌基以及其他多巴胺衍 图1. 不同试样表面XPS全谱图(A) Ti，(B) Ti/PDA，(C) Ti/PDA/CPP 生物的PDA薄膜层的存在。Ti/PDA/CPP样品表面Ti-O特征峰强度继续减弱，C-O和C=O的特征峰强度继续增强，尤其是C=O特征峰，这与上文所述CPP的接枝使得表面酰胺键的数量增加一致，因而也进一步说明了样品表面被CPP生物活性涂层所覆盖。 3.2. AFM形貌表征 随机选取试样表面1 um × 1 um区域进行AFM分析，利用扫面探针显微镜系统对样品断面的粗糙度变化进行分析，如图3所示。Ti表面由于砂纸的打磨，存在细小尖锐的突起，；沉积PDA薄膜之后，尖锐区域减少，绝大部分区域棱角不明显，形貌虽然有起伏但趋于柔和平整；浸泡CPP溶液后突起完全被涂层覆盖，在基底表面沿划痕形成上下起伏的形貌。从轮廓线可知，由于样品基底皆因打磨存到平行的划痕，因而三种表面的轮廓线都存在稳定的上下起伏，峰顶和峰谷交错。未改性的Ti表层断面呈现不规则的锯齿状，峰尖锐，不平整，最小二乘中线约为72 nm；Ti/PDA样品表层断面虽然红线数值并没有明显变化，但是杂乱的锯齿状峰减少，轮廓变得圆润，说明表面确实被PDA薄膜层所覆盖，PDA贴合于基底表面；Ti/PDA/CPP表面断层轮廓线起伏大，但是十分平缓圆润，红线数字出现明显变大(约240 nm)，可见表面粗糙度增加，表面被与Ti/PDA表面相比更加厚重的涂层所所覆盖。 图2. 不同试样表面O1s高分辨XPS图谱 (A) Ti，(B) Ti/PDA，(C) Ti/PDA/CPP 3.3. 亲水性分析 亲水性是医用材料生物相容性的一个重要指标。在水接触角实验中，每一种样品选取三个，每一个样品表面分别随机选取三点进行水接触角测试，对得到的同种表面的9个数据去掉最大值及最小值取平均数，最为该种表面的水接触角。图4是光滑纯钛表面改性前后水接触角测试分析图。如图所示，Ti表面接触角有90.3˚，修饰了PDA薄膜层之后，接触角降至53.8˚，亲水性明显增强，这是由于PDA中富含亲水的酚羟基(-OH)和氨基(-NH 2 )基团。Ti/PDA/CPP样品的接触角相比于Ti/PDA表面又显著减小，原因在于CPP涂层中同样含有亲水性的氨基(-NH 2 )、羟基(-OH)、羧基(-COOH)等基团，与PDA相比亲水基团的种类更多，因而PDA/CPP复合涂层亲水效果更加显著。 3.4. 体外仿生矿化性能分析 3.4.1. 沉积物表征 浸泡SBF溶液1 d后，部分试样表面沉积了的1 um左右、白色、均匀的疏松球状颗粒，如图5(A)所示，与羟基磷灰石的形态一致 [ 17 ] 。对此白色沉积物进行EDS分析，如图5(B)所示，表面沉积物中主 图3. 试样表面AFM分析图(A) Ti，(B) Ti/PDA，(C) Ti/PDA/CPP 图4. 不同表面水接触角测试示意图(A) Ti，(B) Ti/PDA，(C) Ti/PDA/CPP 要元素为P、Ca、O，Ti元素来自于Ti基底，极少量的Na、Mg、Si来自于模拟体液及实验过程中引入的杂质，钙磷原子百分比之比(Ca/P)为1.66，与羟基磷灰石原子比1.67想接近，进一步证明表面沉积羟基磷灰石(HA)。 3.4.2. 矿化表面FESEM分析 材料表面能够诱导羟基磷灰石的沉积，是材料具有诱导骨生长能力的重要标志。图6分别是3组不 图5. 浸泡SBF后试样表面沉积物高倍FESEM图以及EDS谱图 图6. 体外仿生矿化1 d后各样品表面FESEM图(A) Ti，(B) Ti/PDA，(C) Ti/PDA/CPP 同处理方式的颅骨修复钛网浸泡1 d后，表面羟基磷灰石沉积状况的FESEM图。未处理的钛网表面无任何变化；Ti/PDA表面也无明显变化，虽然PDA薄膜表面裸露的羟基基团能够螯合Ca 2+ ，为HA提供形核位点，促使HA的沉积 [ 18 ] ，但是SBF中Ca 2+ 浓度低，因而促进效果不明显；Ti/PDA/CPP浸泡SBF溶液1 d后表面完全被大小均匀的球状HA覆盖，局部区域球形颗粒逐层堆积，向上蔓延生长，形成三维多孔的HA支架，并且无任何开裂痕迹。这是由于表面CPP中的磷酸丝氨酸能够与Ca 2+ 形成可溶性复合物，增加试样周围游离Ca 2+ 的浓度；均匀分布于表面的磷酸丝氨酸起模板剂作用，为HA提供密集的形核位点；同时，PDA中的酚羟基对Ca 2+ 同样具有螯合作用，当SBF溶液渗透到PDA层，PDA中残余的酚羟基也能够固定Ca 2+ ，促进HA形核。HA与基底表面PDA/CPP复合涂层之间的共价结合同时也增加了界面结合强度。形核速度快，晶核数量多，并且覆盖样品表面的HA颗粒继续长大的同时又将为新一层的HA提供形核位点，因而形成HA颗粒逐层堆叠的形貌。球状HA颗粒尺寸小，较为独立，内应力小，因而HA层稳定，不容易破裂。
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user: 4. 结论 先后浸泡碱性多巴胺溶液及酪蛋白磷酸肽溶液，能够有效地在颅骨修复钛网表面修饰PDA/CPP生物活性涂层，并且无毒性元素引入；该涂层可使钛网表面水接触角从90.3˚降低至30.5˚，显著提高颅骨修复钛网表面的亲水性；体外仿生矿化实验表明，在SBF中，PDA/CPP涂层能够在1天之内迅速诱导HA沉积，均匀的球状HA堆叠生长，形成有利于骨组织生长的三维多孔支架状，促进早期骨整合；同时，该涂层能够增强HA与基底的结合力，显著减少开裂与脱落，增强界面稳定性。这种生物化学改性方法成本低，操作简便，绿色环保，同时由于多巴胺在各种材料上的成膜性能，PDA/CPP生物化学改性方法有望在其他植入材料表面应用，具有重要的探索价值。
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user: 摘 要 以钢帘线酸洗废液为原料，研究中和法对酸洗废液中重金属离子的去除情况。选用NaOH、Ca(OH) 2 、CaO三种药剂，通过研究滤液产量、污泥产量、滤液中重金属残余量，考察中和法对废酸重金属去除效果。结果表明：中和法对酸洗废液中残留重金属锌、镍、铅、铬等去除效果较好。其中氢氧化钙处理效果最佳，最佳投药量为23%。此时铁、锌、镍、铅、铬的去除率分别为99%、99%、78%、93%、97%。 关键词 :酸洗废液，中和法，重金属，钢帘线 Copyright © 2017 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 钢结构、铁塔、钢帘线等产品生产过程中需要用盐酸或者硫酸对钢材金属表面进行酸洗除锈处理，由此产生大量的危险废物—酸洗废液 [ 1 ] 。 目前，关于酸洗废液的研究主要以综合利用为主，如王文生 [ 2 ] 等以轧钢酸洗废液为原料，制备廉价铁磁流体，邱慧琴等 [ 3 ] 通过在盐酸酸洗废液中添加少量的铝酸钙粉，得到聚合氯化铁铝(PFAC)，曾小君 [ 4 ] 等把过量的废铁屑加入到钢铁酸洗废液中，采用氯酸钠氧化法，制取聚合氯化铁溶液。在这些酸洗废液综合利用的研究中，均没有考虑酸洗废液中重金属的问题。对于重金属含量较高的酸洗废液不适于直接利用，必须采取措施去除重金属后再利用，或处置。中和法是酸洗废液处置的主要手段，但关于酸洗废液中和处置过程中，加碱药剂的选择、重金属离子净化效率等问题的研究较少。 本文以钢帘线酸洗废液为研究对象，根据重金属离子净化效率、处理成本等因素优化加碱种类、控制参数，以期为酸洗废液中和处置法的实际应用提供参考。
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user: 2. 试验部分 2.1. 废酸指标 试验用酸洗废液取自青岛某钢帘线厂酸洗废液，各指标含量见表1。 2.2. 实验主要仪器和试剂 1) 试验用主要仪器见表2。 2) 试验主要用试剂见表3。 2.3. 污泥比阻测定原理与方法 主要仪器：污泥比阻测定装置，装置简易图参见图1。 Table 1 Quality indicators of waste aci 测定指标 FeCl 2 HCl 波美度 密度 铁含量 锌含量 镍含量 铅含量 铬含量 单位 % % ˚Bé g/ml mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L 含量 26.9 2.4 34.0 1.31 352，000 550 27.1 9.75 53.6 表1. 废酸指标 Table 2 The main instruments used in the experiment 实验仪器名称 型号 数量 生产厂家 污泥比阻测定装置 - 1 武汉恒晋环保科技有限公司 数字电子分析天平 AUY220 1 河南郑州南北仪器公司 原子分光光度计 TAS-990 1 北京普析通用仪器有限责任公司 烘箱 DHG-9140A 1 上海一恒科技有限公司 酸度计 PHS-3C 1 上海仪电科学仪器有限公司 表2. 试验用主要仪器 Table 3 The main chemical reagents used in the experimen 试剂名称 规格 化学式/成分 生产厂家 氢氧化钠 优级纯 NaOH 上海埃彼化学试剂有限公司 氧化钙 分析纯 CaO 天津市巴斯夫化工有限公司 氢氧化钙 分析纯 Ca(OH) 2 上海埃彼化学试剂有限公司 盐酸 分析纯 HCl 烟台三和化学试剂有限公司 硝酸 优级纯 HNO 3 常熟市支塘精细化工有限公司 高氯酸 优级纯 HClO 4 上海谱振生物科技有限公司 过氧化氢 30% H 2 O 2 上海埃彼化学试剂有限公司 氯化铵 分析纯 NH 4 Cl 3 天津市北方天医化学试剂厂 表3. 试验所用的主要化学试剂 图1. 测定污泥比阻的装置简图 污泥比阻计算公式为： (2-1) 式中： α—污泥比阻(s 2 /g)； p—过滤压力(g/cm 2 )； F—过滤面积(g/cm 2 )； μ—滤液粘度(g/(cm∙s))。 需要在实验条件下求出b及C。 b的求法。可在定压下(真空度保持不变)通过测定一系列的t~V数据，用图解法求斜率(见图2)。 C值的求法： (2-2) 式中： C i ——100 g污泥中的干污泥量； C f ——100 g滤饼中的干污泥量。 2.4. 实验原理 中和法的基本原理是通过添加化学沉淀剂，使水中离子状态的重金属离子转变为难溶的重金属化合物。通过过滤将泥水分离，将重金属化合物转移到污泥沉淀中。操作简便，处理水量大，去除范围广、效率高。 2.5. 实验方案 1) 采用干投法，将三种药剂分别以固体形态投加到酸洗废液中，根据最终滤液pH确定投加量的梯度。pH范围确定为6.50~9.50。 2) 针对干投法产生的污泥首先测定污泥比阻。过滤得滤液测pH，经过预处理后测滤液中重金属含量。