粉体加工

• 颗粒增强铝基复合材料的制备与界面行为

  唐彬彬;冯思雨;段君元;金培鹏;

  【目的】探讨颗粒增强铝基复合材料（particle-reinforced aluminum matrix composites, PAMCs）性能提升、应用前景等。【研究现状】概述PAMCs复合材料的主要制备方法，主要包括搅拌铸造法、原位合成法、粉末冶金法、喷射成形法、挤压铸造法、直接氧化法、高温水热合成法等；从结合方式、结合强度、界面表征等方面对PAMCs界面进行介绍；从强化机制和增强体因素等方面对界面力学性能进行概括。【结论与展望】复合材料的制备方法对增强体在基体中的分布、界面结合和性能产生显著影响，选择制备方法时应综合考虑所需的材料性能、生产成本及工艺可行性；界面结合对PAMCs的整体性能至关重要，良好的界面结合能提高材料的强度和韧性；强化机制决定材料的特性，通过成分设计、微观结构调控以及制备工艺优化等手段，实现多种强化机制的协同作用，可最大限度地提升材料的性能。未来的研究应致力于开发低成本、绿色环保等新型高效的制备技术，优化PAMCs的微观结构和性能；通过设计界面结构并调控界面反应等，可以进一步提升PAMCs的性能；控制界面反应也是PAMCs关键发展方向之一。

  2024年04期 v.30;No.171 1-14页 [查看摘要][在线阅读][下载 1195K]
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• 花岗岩石粉蒸压加气混凝土的制备及性能

  刘凤利;罗娜;谢煌;王文慧;王亚光;水哲韬;

  【目的】实现以大掺量（质量分数，下同）低品位硅质固废制备蒸压加气混凝土（autoclaved aerated concrete,AAC）。【方法】研究不同掺量花岗岩石粉对AAC料浆发气、抗压强度和干密度等的影响，确定优化掺量配比；通过X射线衍射（X-ray diffractometer,XRD）、傅里叶转换红外光谱（fourier transform infrared spectrometer,FTIR）、场发射扫描电镜（scanning electron microscope,SEM）等表征手段对AAC微观性能进行分析。【结果】花岗岩石粉掺量为60%时，AAC抗压强度为3.02 MPa，干密度为523㎏/m3，性能较优；主要矿物成分为托贝莫来石、水化硅酸钙和残留的石英等；托贝莫来石、水化硅酸钙等水化产物与未反应的石英相互交织形成坚固的网状结构，使AAC致密并具有强度。【结论】花岗岩石粉主要含低活性SiO2，属于低品位硅质固废，以花岗岩石粉60%替代黄河特细砂制备AAC，物理力学性能可满足GB11968—2020中混凝土砌块抗压强度A 3.5、 B 05级的性能要求。

  2024年04期 v.30;No.171 15-25页 [查看摘要][在线阅读][下载 1205K]
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工程技术

• 离散元法在月面建造力学分析中的研究及应用

  周诚;李浩然;夏一峰;周燕;

  【目的】为了深入了解月面建造过程中月壤的力学特性，评估月基装备性能，优化月面建造作业，开展离散元法（discrete element method,DEM）在月壤接触力学领域的应用调查研究，旨在利用离散元法为未来月球基地建设提供理论指导和技术支持。【研究现状】基于地质勘探、资源采集及运输、建造作业等月面原位建造任务场景，分析月壤颗粒的建模与参数标定，介绍月基装备与月壤的接触作用研究现状，概述离散元法在钻-壤作用模拟、铲-壤作用模拟、轮-壤作用模拟及足-壤作用模拟中的应用，探讨基于离散元法的天然月基承载力分析。【结论与展望】提出降低几何模型复杂度、优化粒间接触模型及参数是提高宏观尺度月壤离散元建模精度以应对大规模月面建造场景的有效方法。认为利用离散元法进行铲挖式月壤采集装置及足式月球车设计在未来可以为月面建造提供可靠的技术支持。面向月面建造，离散元法将在水冰资源利用、建筑物月面承载力分析等方面提供科学依据。

  2024年04期 v.30;No.171 26-42页 [查看摘要][在线阅读][下载 1535K]
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• 高掺量粉煤灰对水泥稳定煤矸石基层性能影响

  张博杰;俞莉;张东生;张文博;杨秋宁;

  【目的】为提高粉煤灰和煤矸石的利用率、减少天然碎石的开采，研究高掺量粉煤灰对水泥稳定煤矸石基层性能的增强机制，为高掺量粉煤灰在水泥稳定煤矸石基层中的应用提供理论依据。【方法】用煤矸石全部替代天然碎石作为骨料、并掺入适量粉煤灰替代骨料，制备水泥稳定煤矸石基层混合料；通过无侧限抗压试验、劈裂试验、抗压回弹模量试验、水稳定性试验、冻融试验研究混合料的力学性能和耐久性能；研究不同粉煤灰掺量（质量分数）下混合料的强度形成机制。【结果】粉煤灰质量分数为4%、 8%时，水泥与粉煤灰发生火山灰效应，生成新的水化产物填充胶凝材料内部孔隙，提高了混合料的力学性能；粉煤灰质量分数为12%时，混合料的抗压回弹模量最大，荷载作用下混合料的变形量最小；粉煤灰掺量为16%时，粉煤灰在混合料中的微集料效应充分发挥，28 d龄期无侧限抗压强度和劈裂强度有明显提升，但抗压回弹模量减小。【结论】在不同粉煤灰掺量下，随着粉煤灰掺量的增加，混合料的无侧限抗压强度、劈裂强度逐渐增大，抗压回弹模量先增大后减小；粉煤灰掺入后，混合料的水稳定性能和抗冻性能略有降低。

  2024年04期 v.30;No.171 43-50页 [查看摘要][在线阅读][下载 1103K]
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• 海泡石纤维表面包覆二氧化硅增强油井水泥的力学性能

  胡陈;张春梅;苏晓悦;梅开元;李锟;程小伟;

  【目的】降低天然海泡石纤维的吸水性，提高海泡石纤维水泥浆的流动性能，改善水泥石的力学性能。【方法】通过酸-水热法对天然海泡石纤维进行除杂提纯，并采用正硅酸乙酯（tetraethyl orthosilicate, TEOS）水解在海泡石纤维表面包覆二氧化硅降低海泡石纤维的吸水性，探究海泡石纤维对油井水泥的浆体性能、力学性能影响；运用X射线衍射分析、热分析和扫描电子显微镜分析等方法表征水泥石的物相组成、水化程度及微观形貌。【结果】改性水泥的海泡石纤维最优质量分数为5%，固化7 d的水泥石抗压、抗拉强度较未改性的分别提高了10.98%、 10.58%；海泡石纤维质量分数为5%的改性水泥石的峰值应力为35.76 MPa，峰值应变为3.97×10-2。海泡石纤维表面包覆SiO2后，在较低质量分数下（5%）就能够促进水泥水化。【结论】改性海泡石纤维水泥浆的流动性优于未改性的；在纤维掺量和养护时间相同的情况下，改性海泡石纤维水泥石的抗压强度和抗拉强度均高于未改性的；改性海泡石纤维对水泥石的增韧强化能力高于未改性海泡石纤维。

  2024年04期 v.30;No.171 51-61页 [查看摘要][在线阅读][下载 1275K]
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• 合成钙矾石-水化硅酸钙复合晶种的水泥早强效应

  李佳全;佟钰;冷雨虹;王刚;赵明宇;房延凤;

  【目的】解析钙矾石-水化硅酸钙晶种的协同效应，改善普通硅酸盐水泥的早期力学强度。【方法】以溶液法合成的超细钙矾石和纳米水化硅酸钙为复合晶种，在微观结构表征基础上，探究钙矾石和水化硅酸钙的掺量以及水灰比对水泥净浆试块1、 3 d抗压强度的影响与作用机制。【结果】溶液法合成的超细钙矾石和纳米水化硅酸钙的纯度高，结晶完整，在水中可长时间保持稳定悬浮状态，适合作为复合晶种使用。当纳米水化硅酸钙质量分数固定为5%情况下，随着超细钙矾石掺量的增大，水泥净浆试块的早期抗压强度先升高后降低，在钙矾石掺量（质量分数，下同）为0.6%时，试块的1 d抗压强度提高125%；当钙矾石掺量为0.4%时，水泥净浆试块的3 d抗压强度提高57%。在超细钙矾石掺量一定情况下，水泥净浆试块早期强度随水化硅酸钙掺量的提高而明显增长，但掺量高于5%会导致泌水现象的发生。【结论】超细钙矾石与纳米水化硅酸钙作为复合晶种具有明显的协同效应，可有效提高普通硅酸盐水泥的早期力学强度，早强效果明显优于单独使用的钙矾石或水化硅酸钙晶种。

  2024年04期 v.30;No.171 62-68页 [查看摘要][在线阅读][下载 1118K]
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• 基于响应面法的粉煤灰-电石渣基地聚物的砂浆配比优化

  王劲松;陈瑾;但理;欧阳高尚;杜可杰;岳喜祥;

  【目的】为改善粉煤灰-电石渣基地聚物砂浆室温养护下的力学性能，实现工业固废粉煤灰和电石渣的资源再利用。【方法】利用单因素试验确定电石渣的最优掺量，初步确定粉煤灰-电石渣基地聚物砂浆的最优取值范围，然后以NaOH溶液浓度、液固比、水玻璃与NaOH溶液质量比为自变量因素，以砂浆28 d的抗压强度和抗折强度为响应值，进行响应面法实验，对粉煤灰-电石渣基地聚物砂浆配合比进行优化，并进行微观机制解释。【结果】响应面法能较为准确地优化粉煤灰-电石渣基地聚物砂浆配合比，当粉煤灰和电石渣的质量比为7∶3、 NaOH溶液浓度为10 mol/L、液固比（质量比）为0.62、水玻璃与NaOH溶液质量比为2.3时，粉煤灰-电石渣基地聚物砂浆综合性能最优。【结论】在最优配比时，粉煤灰-电石渣基地聚物砂浆的水化产物以水合硅酸钙凝胶、水化硅铝酸钙凝胶为主，并随着固化时间的延长，粉煤灰-电石渣基地聚物体系的微观结构中凝胶含量增加，表现出更高的致密性以及更好的宏观力学性能，粉煤灰-电石渣基地聚物砂浆的综合力学性能及施工性能得以提高。

  2024年04期 v.30;No.171 69-80页 [查看摘要][在线阅读][下载 1336K]
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颗粒测试与表征

• 基于静态和动态休止角的超细碳酸钙离散元参数标定

  蔡文源;王利强;徐立敏;

  【目的】获得超细碳酸钙准确的仿真模型参数，实现超细碳酸钙的可靠仿真研究。【方法】将超细碳酸钙精简为软质球形粒子，使用颗粒接触缩放原理与量纲分析进行颗粒缩放，采用Hertz-Mindlin with JKR接触模型，结合物理实验和离散元软件EDEM仿真实验对超细碳酸钙的静态和动态休止角进行接触参数标定。首先利用单因素实验排除对静态和动态休止角影响不显著的参数。采用Box-Behnken实验搭建静态和动态的休止角和显著性参数之间的回归模型。将实际测定的静态和动态休止角作为响应值，进而对静态和动态休止角回归模型求解获得最佳的仿真参数组合，并对得到的仿真参数进行物理实验验证。【结果】得到显著性参数的最佳组合为：超细碳酸钙-超细碳酸钙静摩擦系数和滚动摩擦系数为0.36、 0.31，超细碳酸钙-不锈钢静摩擦系数和滚动摩擦系数为0.38、 0.22，离散元仿真实验所得到的静态动态休止角分别为42.5°和61.3°，与实测值的误差分别为0.96%和1.32%，无明显差异。【结论】参数标定后的接触参数能够应用于超细碳酸钙离散元仿真。

  2024年04期 v.30;No.171 81-93页 [查看摘要][在线阅读][下载 1185K]
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• 微球形材料在三相流化时磨损指数的测试方法

  张哲;肖玮婷;贺宇飞;闫子涵;李殿卿;赵晓东;

  【目的】现有微球形材料磨损指数的测试方法均在气固两相中进行，建立一种在三相流化条件下评价微球形材料耐磨性的方法，以更准确测定微球形材料在气液固三相流化时的磨损指数。【方法】在传统气固两相耐磨性测试基础上，在体系中引入去离子水作为液相，提出并建立一种在气液固三相体系中的微球形材料耐磨性测试方法；系统研究了样品预筛分、气体流量、样品量、加水量和测试时间等对耐磨性测定结果的影响，探索微球形材料在气液固三相中的磨损时变规律。【结果】气体流量对耐磨性测试结果影响最为显著，提高气体流量会使测得的磨损指数增大，且直径小于20μm的细颗粒会干扰耐磨性测试结果的准确性，应在测试前筛除。使用3批样品开展耐磨性重复测试，相对标准偏差均小于5%。采用Gwyn模型对测试数据进行拟合，实测值与模型的吻合程度良好。【结论】建立的耐磨性测试方法具有较优的准确性和重复性，能够更真实地预测微球形材料在气液固三相流化床中的耐磨性优劣。

  2024年04期 v.30;No.171 94-103页 [查看摘要][在线阅读][下载 1158K]
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• 颗粒图像的颜色校准与表征

  黄作杰;周骛;徐喜庆;裴昌蓉;蔡天意;蔡小舒;

  【目的】减少图像法测量系统中颗粒成像的颜色失真，并对颗粒进行颜色表征。【方法】采用色卡对颗粒成像系统进行标定，使用色彩校正算法建立实际拍摄的色卡的颜色值与D65光源下的色卡理论颜色值之间的映射关系，以此对颗粒图像进行色彩校正，对比分析基于多项式回归的6种色彩校正算法，对基于校正前、后色卡的平均色差和算法的曝光适应性进行算法测试，并在白色LED灯光与偏黄的卤素灯光照射下分别验证色彩校正效果。【结果】三阶多项式色彩校正算法的回归精度最高，在白色LED光源照射下，校正前、后色卡的24个色块的平均色差由38.67下降到3.82，但测试发现，三阶多项式色彩校正算法不具备曝光适应性；三阶根多项式色彩校正算法在回归精度上接近三阶多项式色彩校正算法且具有良好的曝光适应性。【结论】基于色卡标定和色彩校正算法可以在一定程度下减少系统的颗粒成像的色偏，在6种校正算法中三阶根多项式色彩校正算法能够提高回归精度和曝光适应性；针对颗粒系，可结合颗粒的平均色品坐标和颗粒数量进行表征，针对单个颗粒，可以使用颜色矩和主要颜色进行表征。

  2024年04期 v.30;No.171 104-114页 [查看摘要][在线阅读][下载 1218K]
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• 三七总皂苷提取物物理指纹图谱构建及预测方法

  张晓阳;侯一哲;黎翩;李正;李文龙;

  【目的】为了丰富中药质量一致性评价手段，促进新原料的风险评估，提升中药原料的质量控制水平。【方法】以三七总皂苷提取物为研究对象，借鉴中药化学指纹图谱的概念，构建其物理指纹图谱，通过数据驱动的方法对不同批次原料之间的差异进行深入分析并探索关键物理属性参数之间的关系；根据主成分分析和层次聚类分析的结果划分样品类别，在此基础上建立分类模型并筛选出造成样品物理属性质量差异的重要变量；采用近红外光谱技术对不同原料的质量进行快速识别并建立重要物理属性参数的快速预测方法。【结果】首先清晰地阐明关键物理属性参数之间的关系，筛选出对样本分类贡献较大的物理属性参数；建立能够快速有效鉴别原料差异的分类模型；采用近红外光谱技术对不同原料的质量进行快速识别并建立重要物理属性参数的快速预测方法。【结论】所建方法可以对不同批次三七总皂苷提取物的物理属性质量进行准确分析，能够最大化地从物理属性参数数据中提取有效信息，从而提升药品生产过程中原料的质量控制水平。

  2024年04期 v.30;No.171 115-127页 [查看摘要][在线阅读][下载 1343K]
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颗粒制备

• MOFs衍生的Fe-N-C纳米酶用于对苯二酚的比色检测

  张元杰;李金凯;刘宗明;

  【目的】建立一种方便的检测对苯二酚（hydroquinone,HQ）的方法。【方法】采用化学掺杂法合成Fe-ZIF-8前驱体，对前驱体热解处理，得到Fe-N-C纳米酶粉末；通过活性对比、自由基捕获和动力学实验，系统探究Fe-N-C的类酶活性；依据HQ具有还原性强、可将3,3′，5, 5′-四甲基联苯胺（TMB）显色体系还原为无色状态的特性，构建比色法检测HQ的传感平台。【结果】Fe-N-C表现出优异的过氧化物酶样活性，可以快速将显色底物TMB催化氧化为蓝色；Fe-Nx是FeN-C主要的活性位点，羟基自由基（·OH）、超氧自由基（O_2~(·-)）和单线态氧（1O_2）是起主要作用的活性氧；Fe-N-C纳米酶对TMB的亲和力优于天然辣根过氧化物酶，该方法检测HQ的线性范围为0～33μmol/L，检测限为0.356μmol/L，同时具有良好的抗干扰能力。【结论】构建一种用于环境分析的金属有机骨架化合物（metal organic framework,MOFs）衍生物纳米酶，可实现HQ的简单和灵敏检测。

  2024年04期 v.30;No.171 128-138页 [查看摘要][在线阅读][下载 1361K]
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• 基于回收聚合氯化铝钛混凝污泥的氮掺杂二氧化钛的制备及可见光催化性能

  田昌;李曼曼;闫良国;赵艳侠;

  【目的】为了研究聚合氯化铝钛（polyaluminum titanium chloride,PATC）的混凝产生的混凝污泥的性质及其资源化利用，分析回收所得可见光催化材料的光催化性能及循环稳定性。【方法】采用尿素为外加氮源，通过加热缩合和煅烧的方式，从PATC混凝污泥中回收制备掺杂氮的二氧化钛纳米球（titanium dioxide nanospheres, TCN）材料；研究TCN的理化性质、光催化性能和循环稳定性。【结果】TCN中N的掺杂使3号二氧化钛纳米球（titanium dioxide nanospheres-3,TCN-3）的禁带宽度变窄（禁带宽度为3.06 eV）; TCN系列材料的可见光光催化降解性能优于常规石墨相氮化碳（graphitic carbon nitride,g-C_3N_4）、 Al掺杂的TiO2纳米材料，能去除水溶液中90%以上的环丙沙星，且具有良好的循环能力。【结论】从PATC混凝污泥中回收得到的具有吸附或光催化能力的复合材料，可为污泥的减量化与资源化利用提供思路。

  2024年04期 v.30;No.171 139-150页 [查看摘要][在线阅读][下载 1394K]
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• 金属有机框架复合材料对放射性碘的吸附机制研究进展

  杨毅;张文瑞;陈凯伟;陈怡婷;戴晓军;龚春慧;王鹏;

  【目的】以金属有机框架（metal-organic framework, MOF）复合材料作为吸附剂高效吸附核电站运行、核燃料后处理、核医学过程以及核事故等所泄漏的放射性碘，研究MOF复合材料对放射性碘的吸附机制，消除环境中的放射性碘污染。【研究现状】综述了近年来MOF复合材料吸附放射性碘的基于化学反应、强化MOF空间结构和电子转移的吸附机制。MOF中掺杂银、铜和铋金属或金属氧化物生成的MOF复合材料具有较大的接触面积和较多的活性位点，铋掺杂MOF复合材料对气态I2的吸附性能最优。在MOF复合材料中掺杂多孔材料能增大孔隙体积；高温热解MOF复合材料使得活性位点均匀分布并提高利用率；在MOF复合材料中嵌合纳米复合膜或离子液体能够与吸附物充分接触，回收性和重复利用性好；改变MOF的金属节点或共轭同类MOF衍生出的MOF复合材料，可增强对放射性碘的物理吸附性能。MOF复合材料可以经过碳化作用增强与放射性碘的电荷转移作用，I2能以络合物的形式吸附在MOF复合材料的活性位点上。【结论与展望】虽然对MOF复合材料对放射性碘的吸附机制的研究取得重要进展，但仍然面临着吸附容量小、吸附速率慢、回收利用性差及活性位点利用率低等问题。提出应进一步研究铋掺杂MOF复合材料，探究在高温条件下对放射性碘的吸附机制，采取适当措施减少金属掺杂MOF复合材料对环境的二次污染。

  2024年04期 v.30;No.171 151-160页 [查看摘要][在线阅读][下载 1144K]
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• 纤维基电催化材料的结构设计及应用

  杨建平;张方舟;陈俊;

  【目的】一维纤维材料因为具有大比表面积、高电导率、连续的电子传输路径和优异的结构稳定性，是一种理想的电极材料。纤维材料可以作为载体来耦合金属催化剂，也可以直接用作催化活性物质；通过对纤维和催化剂形貌、结构、以及复合方式的调控，可以满足不同催化反应的需求。【研究现状】纤维基电催化材料主要包括用作催化活性的支撑性纤维和含有本征活性位点的电催化纤维；当纤维作为催化活性物质时，主要有无机纤维、杂原子掺杂碳纤维和单原子锚定纤维等结构；当纤维作为催化剂载体时，金属催化剂通过嵌入或负载等方式与纤维载体复合，进而调控纤维基电催化剂的催化性能；不同的纤维基电催化剂可以满足多种催化反应的需求。【展望】为了探索真实反应条件下活性物质的结构演变，原位实时表征技术和构建自支撑电极将是纤维基电催化剂的未来发展方向。

  2024年04期 v.30;No.171 161-170页 [查看摘要][在线阅读][下载 1220K]
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• 中国粉体技术

  <正>[期刊简介]《中国粉体技术》是中科院中国科学引文数据库CSCD收录期刊,科技期刊世界影响力指数WJCI报告收录期刊,中信所中国科技核心期刊CSTPCD来源期刊,武汉大学中国核心学术期刊RCCSE来源期刊,美国化学文摘CA来源期刊,日本科学技术振兴机构数据库JST收录期刊。中国高校科技期刊研究会“中国高校优秀科技期刊”“示范案例库建设期刊”,Caj-CD中国学术期刊(光盘版)》规范获奖期刊,中国建筑材料联合会“建材行业先进媒体”,山东高校学报优秀期刊。

  2024年04期 v.30;No.171 171页 [查看摘要][在线阅读][下载 555K]
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