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关键词： 太阳能热发电   热化学储能   金属氧化物   热重分析   多孔储能模块  

摘要： 太阳能分布广泛,太阳能光热发电系统能够大规模储热,供电稳定,可以参与电网调峰,有望承担基础负荷,发展潜力巨大。基于金属氧化物氧化还原反应的热化学储能系统的储能温度高（>500℃）、能量密度大（200-900 kJ/kg）,可采用空气作为传热流体和反应物质,应用前景广阔。本文针对以Mn2O3/Mn3O4为基础的热化学储能反应体系,系统开展了掺杂改性、氧化还原反应动力学、多孔储能模块的抗热冲击性能及反应特性等方面的研究工作。针对Mn2O3/Mn3O4体系再氧化速率缓慢、几乎不能再氧化的缺点,利用溶胶凝胶法在Mn2O3中掺杂Fe2O3,改善Mn2O3/Mn3O4体系再氧化性能,分析Fe2O3提升样品再氧化性能的原因,探究反应进程的影响因素,拟合得到样品反应动力学模型。研究结果表明:掺杂Fe2O3后样品孔隙率更高、比表面积增大,还原产物中存在化学稳定性不高的MnFe2O4,这些因素共同促进样品再氧化反应,将再氧化比例由3%提高至98-100%;20%Fe2O3为最佳掺杂比例,80%Mn2O3+20%Fe2O3样品氧化还原反应时间随升降温速率的提高几乎成比例下降,气体氧分压高达70%时也能实现完全的还原再氧化,在多次升降温循环中能保持良好的循环稳定性;80%Mn2O3+20%Fe2O3样品在空气氛围中的还原反应活化能为1876.35-2032.54 kJ/mol,氧化反应活化能为794.22-855.63 kJ/mol,最概然机理函数为一级反应(f（?）(28)1-?)。由于实际储能应用中需要强度较高的成型化材料,以使材料能够经受住较大的温度波动时保持材料完整性,因此利用自主设计的压制模具将80%Mn2O3+20%Fe2O3粉末压制成长方体多孔模块结构,采用电炉加热—冷却法测试掺有Al2O3、ZrO2、SiO2三种外加剂后模块抗热冲击性能。实验结果表明:添加10%及以上SiO2、20%及以上ZrO2可以显著提高80%Mn2O3+20%Fe2O3模块抗热冲击性能,能将80%Mn2O3+20%Fe2O3模块耐热冲击次数由45次提高至250次以上。SiO2的负膨胀系数特性以及在煅烧过程与Mn2O3生成的复合金属氧化物是其可以提高模块抗热冲击性能的重要原因;ZrO2抗裂纹扩展的相变韧化机理现阻碍了大裂纹的扩散,从而使储能模块的强度和韧性得到提高。成型化储能材料除具备较好热冲击性能外,还需具有良好反应特性,因此利用自主设计的电加热储能实验系统探究未掺杂和掺杂10%SiO2后80%Mn2O3+20%Fe2O3模块在不同实验温区中单位氧气释放/吸收量、单位反应放热量、还原反应比例、再氧化比例的变化,探究SiO2对模块反应速率的影响。实验结果表明:未掺杂SiO2时模块传递氧气能力较好,实验最高温度在1000-1100℃时模块反应性能受温度影响不大,模块在700-1060℃下反应性能最佳,此时模块单位氧气释放/吸收量为773/763μmol/g,单位反应放热量达到最高值（167.27 J/g）,再氧化比例高达98.81%,接近完全再氧化;掺杂10%SiO2后模块反应性能受温度影响较大,实验最高温度降低时模块还原反应比例和再氧化比例明显降低,模块在700-1080℃下反应性能最佳,此时模块单位氧气释放/吸收量为747/710μmol/g,单位反应放热量为165.75 J/g,再氧化比例为97.55%;掺杂10%SiO2后80%Mn2O3+20%Fe2O3模块反应时间可由30 min降低至20 min,模块氧化反应快速区向高温区偏移,模块反应放热品位提高。

关键词： 大学生   创新训练   物理化学   教学改革  

摘要： 物理化学课程由于大量的公式推导、抽象的概念及极强的理论性,使学生在学习过程中并不能很好地熟悉并掌握物理化学的基本概念、基本理论和基本方法,达不到综合运用所学知识,观察问题、分析问题和解决实际问题的能力。本文针对南京邮电大学开展的大学生创新训练计划项目(STITP),从基本概念的理解、学习兴趣的培养、实践能力的提升、创新思维的启发等角度进行分析,阐明其在大学生学习物理化学课程中的重要意义。

关键词： 物理化学   不同专业   教学改革  

摘要： 物理化学是我校化学、化工、应用化学、环境化学、材料化学、药学等多个专业的基础课,也是生物工程专业的选修课。我们遵循教学规律,针对不同专业的特点,对物理化学课程进行教学改革,探讨了适合不同专业的教学内容和教学方法。

关键词： 物理化学   化学实验   高等学校   教材  

ISBN: (纸本)9787122342515

摘要： 本书按绪论、基础性实验、综合设计性实验、研究性实验、常用仪器的使用、常用仪器操作训练项目及附录安排内容。在实验项目选择上，注意基础与提高相结合，由浅入深，循序渐进，达到培养学生独立完成和设计实验的目的，包含30个基础实验、7个综合设计性实验、10个研究性实验，所选实验仪器与高校的实验条件相吻合，通用性强。

关键词： 物理化学课程   三基”教学   应用型本科高校   物理化学教学   胶体与界面化学   地方性  

摘要： 当前,地方性本科高校仍处于向应用型大学发展的转型期,该类学校办学定位调整为"地方性、应用型"。学校办学定位的变化要求学校对专业设置、人才培养目标、课程体系等做相应的调整。其中,课程体系直接关系到人才培养效果与人才培养目标的达成度,课程体系的构建要符合人才培养目标的要求,科学合理的课程体系是人才培养目标实现的保证。课程体系是有若干课程构成,一般包括通识课、专业基础课和专业课。

关键词： 物理化学   制药   药物研发   药物剂型   药物分离和提纯  

摘要： 本文根据物理化学在制药领域的应用情况,如新药的研制、新剂型的设计、药物的分离和纯化等方面,主要介绍了物理化学基础理论知识在制药领域的指导作用,旨在加强物理化学理论内容与制药工程专业知识的融合。此外,还能激发学生学习物理化学的兴趣,从而提高课堂教学质量。

关键词： 物理化学   化学实验  

ISBN: (数字)9787305222702 ISBN: (纸本)9787305222702

摘要： 本书分为基础实验、设计性实验、综合性实验，以及基本实验知识与测试技能，主要包含化学热力学、电化学、化学反应动力学、表面现象与胶体化学、结构化学等五个方面的实验。本次改版优化章节结构，添加二维码数字化资源。

关键词： 偏高岭土地聚合物   硫酸盐   SiO2/Al2O3   Na2O/Al2O3  

摘要： 地聚合物材料因其优良的力学性能和制备过程中较低二氧化碳排放量,在建筑工程中的应用越来越广泛。然而,这类材料在恶劣环境下的工作能力还有待研究确认。本试验研究了不同配合比(SiO2/Al2O3=4/4.5,Na2O/Al2O3=0.8/1)的偏高岭土地聚合物(MKG)砂浆和净浆试件在不同浓度(5%-wt,10%-wt)硫酸盐溶液(Na2SO4,MgSo4)浸泡下的的物理化学性能变化,以及MKG试件与硫酸盐之间存在的反应。MKG砂浆试件的浸泡试验,通过观测试件在硫酸盐侵蚀下的表观、质量和尺寸、强度、微观结构和化学成分变化,确定MKG砂浆试件在5%-wt硫酸盐溶液的浸泡下具有良好的表观、质量和体积稳定性。浸泡过程中,持续的地聚合反应将不断优化试件的强度和微观结构,同时试件内部不会由于硫酸盐浸泡作用产生大量其他晶体。特别的是,MKG砂浆试件在硫酸镁中浸泡30天时,在MKG砂浆试件表面将生成白色的“白霜”,经过化学分析认为,这层白霜是Mg(OH)2、MgSO4、MgCo3晶体和M-S-H凝胶、M-S-Al-H凝胶的混合物,在浸泡后期,这层白霜由于Mg(OH)2和水玻璃之间的反应而消失,最终生成M-S-H凝胶。针对MKG净浆试件的浸泡试验,通过观测硫酸盐溶液的pH值和离子浓度变化,以及试件的抗压强度、微观结构和化学组成变化。确认MKG净浆试件与硫酸盐溶液之间存在物质的交换,试件内部的碱性物质(OH-)和Na+将逐渐渗出到溶液中,引起硫酸盐溶液pH值升高和Na+浓度的增加。硫酸镁溶液中的Mg2+将从溶液中逐渐渗透入试件内部,与Na+交换生成M-S-Al-H凝胶。将硫酸盐溶液的浓度提高到10%-wt,硫酸钠将在试件表面形成结晶,溶蚀硫酸镁也将在试件表面形成块状结晶。在硫酸钠中浸泡时,MKG净浆试件的强度将由于硫酸钠的结晶而产生波动,微观结构也变得疏松。在硫酸镁浸泡下,MKG净浆试件的强度始终保持增长。浸泡过程中,试件内部的O-H键和H-O-H键的振动将由于阳离子的迁移而变强,同时试件内部的T-Si-O键的红外吸收峰将由于试件持续的地聚合反应而变强。SiO2/Al2O3比和Na2O/Al2O3比对MKG砂浆试件和净浆试件的影响是不同的。对于砂浆试件,增强SiO2/Al2O3比将增强硫酸镁与MKG试件之间的反应,同时浸泡在硫酸镁中的试件强度将出现波动。但提高Na2O/Al2O3比将增强MKG砂浆试件在硫酸盐环境下的物理化学性能。对于MKG净浆试件,碱激发剂的SiO2/Na2O(Ms)比对试件抗硫酸盐侵蚀能力的影响更大,当Ms从1.5增加到2.0时,MKG净浆试件在硫酸盐浸泡下有更优良的力学性能。综合本研究的结果,认为MKG试件在硫酸盐浸泡下具有良好的物理及化学稳定性。碱激发剂中碱的含量(Na2O)对MKG试件的抗硫酸盐侵蚀性能有一定影响,同时骨料的存在对MKG试件的抗硫酸盐侵蚀能力也有一定影响。未来需要综合考虑配合比,配置拥有高强及高耐硫酸盐侵蚀能力的偏高岭土地聚合物试件。

关键词： Bioengineering   Biomedical engineering   Materials science  

摘要： Tissue engineered collagen-based scaffolds have been widely explored for their ability to provide a three-dimensional, variable-stiffness extracellular matrix mimic capable of directing local cellular morphology, differentiation, and gene expression. Of the numerous approaches to fabricate collagen scaffolds, the method that most closely emulates the density and architecture of native tissue is the liquid crystal manipulation method. Despite significant advances in the last 25 years, the development of collagen scaffolds from liquid crystal phase solutions still faces two major hurdles: 1) an inability to control orientation of fibril arrays over clinically-relevant distances; 2) an inability to recapitulate the native-state morphology of collagen fibrils in connective tissues. The goal of this dissertation was to overcome the limitations of collagen self-assembly in the crowded state through the tuning of relevant physicochemical assembly parameters. To this end, we outline the design, optimization, and implementation of a liquid crystal manipulation method to fabricate collagen scaffolds with long-range crimp-like organizational order. To induce native-state fibril morphological characteristics, the assembly process was modified to include the application of ultrasound to densifying collagen solutions. This led to the development of novel collagen materials that exhibit native-like fibril diameters, characteristic D-periodic banding structures, and robust anisotropic mechanical properties representative of some dense connective tissues. In the next investigation, we demonstrated that material stability, including mechanical properties, solubility, and thermal resistance, could be tuned by varying the duration of applied ultrasound. Lastly, we investigated the effect of mechanical loading in the early stages of biomineralization on mineral and mechanical outcomes in an ex vivo tendon model. Our traditional understanding of supramolecular systems relies on understan

关键词： 富铁镍渣   熔融氧化   物理化学机制   Fe组元迁移行为   熔化特征   磁选  

摘要： 富铁镍渣中TFe含量高达40%,且主要以结构稳定的铁橄榄石（Fe2SiO4）存在,因此有效提取Fe资源是实现镍渣综合利用的关键所在。本文针对铁橄榄石相中Fe组元和Si组元难以分离的问题开展研究,深入分析了熔融富铁镍渣中Fe组元氧化的物理化学机制及其迁移行为,通过Fe组元的结构重构和富集磁选实现对Fe组元的回收,突破了镍渣综合利用的瓶颈问题。（1）热力学计算表明:富铁FeO-SiO2-MgO-CaO四元体系中Fe2SiO4在稳定存在的温度可高达1873K,但它可以直接与O2反应生成Fe3O4,通过引入CaO可极大提升其氧化的反应趋势;Fe3O4进一步氧化生成Fe2O3的趋势会随着温度的升高而减弱,在温度高于1623K后该反应不能发生,因此在此温度以上Fe3O4是最稳定的铁氧化物。FeO-SiO2-MgO-CaO四元系相图显示当w（CaO）在0-30%范围增大时,含铁相主要以Fe3O4和MgFe2O4组成的尖晶石相存在,其相区先增大后减小,硅酸盐相的组成也发生明显变化,且低温区会偏向w（SiO2）增大、w（MgO）降低的区域。这说明CaO的加入可以起到破坏Fe2SiO4稳定结构的作用,使其中的Fe组元转变为Fe3O4,有利于解决Fe2SiO4中Fe-Si的分离问题。（2）熔化特性研究表明:FeO/SiO2、MgO/SiO2和w（CaO）对FeO-SiO2-MgO-CaO系合成渣的软化温度（Ts）、半球温度（Th）和流淌温度（T_f）有不同程度的影响。当FeO/SiO2和MgO/SiO2不变时,Ts、Th和T_f都随w（CaO）的增大呈先显著降低后小幅升高的趋势。当体系中不含CaO时,Ts随FeO/SiO2的增大而显著降低,但是几乎不受MgO/SiO2影响,而Th和T_f随FeO/SiO2的增大先升高后降低、随MgO/SiO2的增大而降低;当w（CaO）为6%时,Ts随FeO/SiO2的增大而先升高后降低,但是同样不受MgO/SiO2影响,而Th和T_f随FeO/SiO2的增大显著升高、随MgO/SiO2的增大而显著降低;当w（CaO）为12%或者更高时,FeO/SiO2和MgO/SiO2的变化对熔化特征温度的影响较小。通过对改性富铁镍渣熔化特性的研究,确定其熔融温度应不低于1646K。这些研究不仅明晰了硅酸盐组成对镍渣熔化特性的影响规律,也补充了FeO-SiO2-MgO-CaO体系的热力学数据,为镍渣熔融氧化过程的温度选择提供了依据。（3）物相演化研究表明:渣中Fe2SiO4氧化过程中Fe组元由Fe2SiO4迁移至Fe3O4中,同时有少量Mg2+固溶进Fe3O4晶格中形成的MgFe2O4,Fe3O4和MgFe2O4中富集了93.1%的Fe,因而成为氧化镍渣中主要的含铁相;除少量SiO44-以Mg2SiO4和CaMgSiO4形式存在外,大部分SiO44-则通过聚合反应和包晶反应生成氧化镍渣中主要的硅酸盐相Ca（Mg,Fe）Si2O6。这与FactSage 7.1的计算结果相一致。通过研究将富铁镍渣中Fe2SiO4的氧化条件确定为:空气流速300mL/min、碱度0.90、氧化温度1658K、氧化时间80min,可使氧化渣中w(Fe2+)降至7%左右。通过富铁镍渣熔融氧化的物相演化研究,明确了其中Fe组元的迁移行为和硅酸盐相的物相演化过程,解决了富铁镍渣中的Fe-Si分离问题。（4）氧化动力学研究表明:富铁镍渣中Fe2SiO4的等温氧化为一级反应,其表观活化能为315.16kJ/mol。通过热重法确定了富铁镍渣中Fe2SiO4熔融氧化的速率变化规律,并基于气液反应的双膜理论,探索了Fe2SiO4熔融氧化的机理。Fe2SiO4熔融氧化过程可分为外扩散期、化学反应期、化学反应与内扩散混合控速期、内扩散期,随着氧化反应的进行,对应的控速环节由开始的O2向熔体的扩散控速逐渐转变为氧化反应控速,进而变为氧化反应与Fe2+的内扩散共同控速,最后变为Fe2+的内扩散控速。（5）显微结构和磁选工艺研究表明:氧化镍渣的显微结构主要受氧化时间和氧化温度的影响,较长的氧化时间有利于Fe3O4长大为饱满的粒状颗粒,而较高的氧化温度会使Fe3O4生长为散碎的骸骨状颗粒。粒状磁铁矿相嵌布在由普通辉石和橄榄石组成的硅酸盐基体中,经过三次破碎-磁选后,实现了Fe组元的有效回收,得到全铁品位54.08%、铁回收率75.99%、产率50.67%的磁铁矿。