塑性变形对零价铁降解污染物能力影响及作用机制研究

提高零价铁比表面积、酸洗提高其表面活性及双金属体系强化其还原性能是目前最常用的零价铁性能强化措施，而对于改变材料自身结构对其还原活性的影响目前缺乏研究。本研究系统考察了零价铁塑性变形对其宏观及微观材料结构、短期及长期反应活性、腐蚀电化学、污染物降解效率及产物分布的影响，建立了适用表征零价铁体相反应活性的方法及标准化测试方法。采用机械加工对零价铁进行塑性变形，制备不同变形度零价铁，研究了加工条件如不同加工介质、溶剂环境对零价铁宏观结构、外貌、变形速度和比表面积变化的影响；结果表明，采用塑性变形可实现零价铁渐进式变形，在微米尺度上材料表现出良好可塑性，比表面积可提高数十倍至数百倍；初期变形速率较快，后期变形速度较慢；塑性变形造成零价铁微观构织变化，出现明显晶粒纤维化趋势，且随变形度出现递进式变化——塑性变形度增大，晶粒纤维化愈加明显，同时晶界比例增大，紊乱度亦逐渐增加；研究了塑性变形零价铁腐蚀电化学行为，发现塑性变形后零价铁腐蚀电位发生不同程度负移，腐蚀电流增大，表明塑性变形显著改善其还原性能；通过筛选特征污染物，研究塑性变形对零价铁长期及短期还原性能的影响：发现塑性变形均显著提高材料长短期活性，原因在于塑性变形创造导致更多的体相结构无序及紊乱度，使得颗粒处于亚稳高能状态；通过筛选大量有机物，分析特征污染物降解产物及速率，发现塑性变形使降解产物出现明显差异；通过大量代表性特征污染物选取和测试，研究考察了不同还原机制污染物及其还原产物持续存在对零价铁成分及表面反馈机制及影响；通过特征污染物选取和反应条件优化，建立使用于考察零价铁体相反应活性的方法，可应用于零价铁材料标准化研究及评判。研究首次考察了塑性变形对零价铁还原性能影响，系统研究了塑性变形后，结构及微观组织演化、腐蚀电化学行为及污染物降解效率及历程的变化，揭示了零价铁塑性变形对其降解污染物能力影响，阐明微观组织无序化对还原能力影响及微观作用机制，建立了零价铁持续还原能力表征方法。研究为制备具备持续还原能力零价铁提供理论基础，也为理解带状切屑还原能力演变及使用寿命提供参考。研究采用第一标注发表SCI论文三篇，申请专利四项，授权专利两项，培养一名博士研究生，两名硕士和一名本科生。

固态金属剧烈塑性变形后位错等结构缺陷剧增，体系化学活性增加，导致腐蚀加速；现有零价铁强化还原措施，多通过提高零价铁比表面积、增强表面活性、添加催化剂等,提高污染物降解速率，而对零价铁结构缺陷是否影响其降解污染物尚无报道，也无相应研究方法。本项目拟通过考察塑性变形零价铁在模拟水环境下结构及成分演变、腐蚀电化学行为、污染物降解速率及反应历程，研究塑性变形导致的结构无序化对零价铁降解污染物能力影响，揭示其微观作用机制。研究不同水环境及代表性污染物存在下塑性变形零价铁结构及成分演变；考察不同变形度零价铁腐蚀电化学行为；探索塑性变形对代表性污染物的还原降解效率及历程影响，建立适用于研究零价铁塑性变形对还原能力影响的方法及量化技术。研究为制备具备持续还原能力零价铁提供理论基础，也为零价铁带状切屑还原能力演变及使用寿命提供参考。

为了实现对燃煤烟气中零价汞的同步氧化及其氧化产物的稳定化，并充分地发挥现有静电除尘器(ESP)的除汞功能，本项目提出采用ESP弱电离场与卤硫化物氧化协同作用的新方法对烟气中的零价汞进行氧化去除研究。分别考察不同卤硫化物在气相反应、表面反应中对零价汞的氧化去除效果和不同因素对零价汞氧化去除的影响，研究卤硫化物对零价汞的氧化去除机制及动力学模型；对卤硫化物在ESP弱电离场中的电离激发效应及ESP弱电离场-氧化协同除汞作用进行研究，揭示卤硫化物在ESP弱电离场中的激发过程及其激发活性产物对零价汞的氧化去除机制；研究不同气体组分对卤硫化物电离激发及氧化除汞的影响；调整电场结构和参数，优化实验条件，评估模拟ESP弱电离场-卤硫化物氧化体系在实际烟气除汞中的效果。通过上述研究，为充分地利用现有静电除尘器实现对燃煤烟气汞排放的控制提供理论依据和科学指导。

本项目旨在研究高精度雷管取代普通毫秒雷管实行毫秒级精确延时起爆，及其对控制爆破震动、改善爆破质量及提高生产效率等方面所带来的影响。采用理论研究、模型试验、数值模拟和工程实践研究相结合的手段，对精确延时条件下控制爆破作用进行了分析，主要的研究结论如下： （1）基于地震波传播过程中能量的变化，自由面的形成，弹性波能量理论出发给出了毫秒延时间隔时间设定计算公式；讨论了毫秒延时间隔对岩石破碎的影响，合理设定毫秒延时间隔时间利于应力波能量的充分利用，同时改善岩石破碎效果；解释了毫秒延时间隔时间对爆破振动频率的影响，通过合理设计毫秒延时间隔时间可以有效地改变爆破振动频谱特性；建立了精确延时条件下逐孔起爆的爆破振动峰值预测模型，通过预测模型可以给出爆破振动峰值增加和减小的区域，根据不同毫秒延时间隔时间预测模型，合理设定毫秒延时间隔有利于降低爆破振动。 （2）通过模型试验结果分析表明：精确延时对于降低爆破振动和改善岩石破碎效果方面具有特有优势。同时合理设计孔间延时间隔，可以实现降低爆破振动，在试验中所采用的爆破参数情况下，其合理孔间延时间隔为12ms。排间短毫秒延时利于岩石的破碎，若排间毫秒延时间隔时间过大对岩石破碎效果具有一定影响。 （3）数值模拟结果表明：合理设置毫秒延时时间间隔有利于降低爆破振动和改善岩石破碎，在数值模拟中采用的爆破参数情况下，孔间延时间隔12ms时利于降低爆破振动，这和模型试验所得的结论相一致；排间毫秒延时间隔为15ms时，孔间的应力最大，利于岩石破碎。 （4）通过现场工程实践表明：合理的毫秒延时间隔时间设定可以使爆破产生的地震频带能量的分布范围改善，频率丰富性进一步增强有利于降低爆破振动影响；同时精确延时起爆方式改变有利于改善爆堆形态，提高生产效率。 本项目的研究按照任务书要求进行，完成了项目研究的预定目标，并在多个方面取得了创新性成果。 2100433B

水解过程中木质素对纤维素酶的非生产性吸附导致酶用量和水解成本增加，是制约木质纤维原料糖平台技术产业化的瓶颈之一，但其作用机制尚不清楚。充分认识酶在木质素表面的吸附及其对酶水解的影响机制，对减少酶用量、促进水解效率、提高酶回收率，具有重要理论意义和应用价值。本项目拟从不同原料和预处理原料中分离得到不同结构的木质素样品，在测定其分子结构特性的基础上，制备纯木质素及含木质素纤维原料的QCM生物传感器，利用石英晶体微天平系统表征木质素对纤维素酶的吸附解吸行为，及其对酶水解的影响，建立动力学方程，同时比较含有不同结构木质素的纤维原料的酶水解糖转化效率。研究结果将提出木质素对纤维素酶吸附的作用机制，解译木质素分子结构与纤维素酶吸附及酶水解作用效果的构效关系，并为选择合适的预处理方式以减少木质素对纤维素酶的无效吸附提供依据。