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浅谈绿色食品中的添加剂摘要:食品添加剂则是为了改善食品品质和色,香,味,形以及为防腐和加工工艺需要而加入食品中的化学合成或者天然的物质.绿色食品的加工原料是来自经认证的绿色食品产地,在加工过程中食品添加剂必须合理选择,限量添加,防止对绿色食品的二次污染.关键词:食品添加剂 品质 色泽 香气 味感 变质 生产工艺 营养绿色食品是指遵循可持续发展原则,按照特定生产方式生产,经专门机构认定,许可使用绿色食品标志的无污染的安全,优质,营养类食品.而食品添加剂则是为了改善食品品质和色,香,味,形以及为防腐和加工工艺需要而加入食品中的化学合成或者天然的物质.此外,食品营养强化剂也属于食品添加剂的范畴.食品营养强化剂是指为了增强营养成分而加入食品中的天然的或者人工合成的属于天然营养素范围的食品添加剂.绿色食品的加工原料是来自经认证的绿色食品产地,在加工过程中食品添加剂必须合理选择,限量添加,防止对绿色食品的二次污染.生产绿色食品时使用食品添加剂,其目的是:(1) 保持和提高产品的营养价值,并补充或改善在加工过程中损失的风味,色泽;(2) 提高产品的耐储性和稳定性;(3) 改善产品的成品,品质和感官,提高加工速度,方便生产操作.一、改善绿色食品品质的食品添加剂能够改善绿色食品品质的添加剂有七类,分别是乳化剂,增稠剂,水分保持剂,面粉处理剂,稳定和凝固剂,膨松剂,胶母糖基础剂.1、乳化剂是指能使两种或两种以上不相混溶的液体(例如油和水)均匀分散成乳状液(也称乳浊液)的物质.美国FDA的定义是:"能使某乳浊体中的组成相改变表面张力,使成为一种稳定的,黏度很高的物质."(一) 绿色食品生产中乳化剂的种类:(1) 按来源分(2) 按解离型分类(3) 按作用分类(二) 绿色食品中使用的乳化剂有:蔗糖脂肪酸酯,酪蛋白酸钠,单硬脂酸甘油酸,硬脂酰乳酸钠,丙二醇脂肪酸酯,卵磷脂,改性大豆磷脂,松香甘油酯类.2、食品增稠剂是一种改善食品的物理特性,增加食品的粘稠读或形成凝胶,赋予食品黏润,适宜的口感,并且具有提高乳化状和悬浊状稳定性作用的物质.绿色食品中增稠剂的分类:(1) 按来源分(2) 按离子类型分类(3) 按化学结构分类(4) 按凝胶性分类3、水分保持剂过去又称持水剂,品质改良剂,是食品加工过程中用与改善各种食品品质的食品添加剂.它在食品加工中主要有以下作用:(1) 增加肉制品的保水和吸湿作用,提高产品弹性,避免可溶性营养成分丢失增强食品的嫩度;(2) 增强乳制品的脂肪乳化作用,保持制品质地均匀,口感细腻;(3) 增强面包,糕点保水,吸湿,黏结等作用,避免产品表面干燥,组织不易松散掉屑;(4) 对果酱具有增稠作用,改变流变性能,提高口感;(5) 面粉的改良作用,增强面筋的强度和稳定性;4、面粉处理剂是使面粉增白和提高焙烤制品质量的一类食品添加剂.面粉处理剂绝大多数属于化学合成品,是用于绿色食品中应慎重.常用于A级绿色食品面粉处理剂有以下几种:偶氮甲酰胺,L-半胱胺酸盐酸盐,碳酸镁,过氧化钙,活性面筋粉.禁用的面粉处理剂有:过氧化苯甲酰,溴酸钾.5、稳定和凝固剂是使食品结构稳定,或使食品组织结构不变,使蛋白质凝固或防止新鲜果蔬软化的一类食品添加剂.稳定和凝固剂的类型有:凝固剂,果蔬硬化剂,螯合剂,罐头除氧剂,保湿剂,澄清剂.6、膨松剂是糕点,饼干生产中主要添加剂,亦称为膨胀剂或疏松剂.绿色食品使用的膨松剂类别有:碱性膨松剂,酸性蓬松剂,复合蓬松剂,生物蓬松剂.7、胶母糖基础剂是赋予胶母糖起泡,增塑,耐咀嚼等作用的物质.一般以高分子胶状物质如天然橡胶,合成橡胶等为主,加上软化剂,填充剂,抗氧化剂和增塑剂等组成.二、改善绿色食品色泽的食品添加剂食品对人们重要的第一感官刺激是色泽,食品的颜色最能刺激人们的视觉,它与食品的香,味,形一样是评价食品感官质量的重要因素.在绿色食品加工中增强,调整,改善色泽的添加剂主要有着色剂,护色剂,漂白剂.1、着色剂是使食品着色和改善食品色泽的物质,通常包括食用合成色素和食用天然色素两大类.AA级和A级绿色食品中允许使用的着色剂有:玉米黄,甜菜红,姜黄和姜黄素,红花黄,虫胶红,越橘红,辣椒红,茶黄色素,红米红,菊花黄浸膏,黑豆红,高粱红,叶绿素铜钠盐,萝卜红,可可壳色素,玫瑰茄红.2、护色剂是非色素性的化学物质,使之按期食品加工,保藏过程中不致分解,破坏,呈现良好色泽的物质.普通食品常用的护色剂有亚硝酸钾,亚硝酸钠,硝酸钠,硝酸钾.常用的护色助剂有L-抗坏血酸及其钠盐,异抗坏血酸及其钠盐,烟酰胺等.但是在绿色食品中禁用亚硝酸钾,亚硝酸钠,硝酸钠,硝酸钾.3、漂白剂是破坏,抑制食品的发色因素,使其褪色或使食品免于褐变的物质.目前允许使用的漂白剂均为化学合成品,AA级绿色食品中都不能使用,A级绿色食品中目前规定除硫磺不能使用外,其他的都可以使用,但要严格控制使用量并关注国家的有关规定.食品工业中常用的漂白方法还有还原漂白法,氧化漂白法和脱色漂白法,同时包括熏烧法,它不但可以漂白,同时可以抑制褐变.三、增强绿色食品香气的食品添加剂食品中的香气主要通过三个途径形成,一是食品原料中天然存在的,即原料在生长过程中形成的;二是由食品原料中的香味前提物质在加工,储藏过程中形成的'三是在食品加工过程中添加的.凡是能够刺激人们嗅觉器官而引起快感的纯天然或人造合成物质统称为香料.能够用于调配食品用香精的香料称为食品用香料.香料分类:(1) 按香料来源分(2) 按香料组成分(3) 按香料类型分:柑橘型,果香型,薄荷型,豆香型,辛香型,奶香型,肉香型,坚果型.(4) 按香料形态分(5) 按香料的使用目的分四、调节绿色食品味感的食品添加剂食品的风味是由食品的成分刺激味觉感受器所引起的重要因素之一,调节绿色食品味感的食品添加剂主要包括甜味剂,酸度调节剂,增味剂等.1、甜味剂是指能赋予食品甜味的一类添加剂.甜味剂分类:(1) 按来源分(2) 按营养价值分(3) 按其化学结构和基本性状分类2、酸度调节伎亦称pH值调节剂,是用以维持或改变食品酸度的物质,既可以作为加工助剂,也可以作为加工食品中的最终成分.酸度调节剂通常分为酸味剂,碱剂和盐类.酸味剂的分类:(1) 根据酸味分:兼有清凉感的酸味剂,带苦味的酸味剂,带有涩味的酸味剂,兼有刺激性臭味的酸味剂,兼有异味鲜味的酸味剂.(2) 根据酸的种类分(3) 根据酸的来源分3、增味剂是补充或增强原有风味的食品添加剂,又称风味增强剂.鲜味是食品原料本身所具有的或经加工加热分解产生的部分氨基酸,核苷酸酰胺,三甲基胺,肽,有机酸等物质对味蕾刺激所产生的感觉.鲜味剂的分类:(1) 按化学基本性状分(2) 按其来源分五、防止绿色食品变质的食品添加剂绿色食品加工的关键问题之一是防腐保鲜.1、防腐剂是用于防止食品在储存,流通过程中,主要是由微生物繁殖引起的变质,提高保存性,延长使用价值而在食品中使用的添加剂,防腐剂大多是能够杀死微生物或抑制其增殖的物质.防腐剂种类:(1) 按微生物的主要作用性质分(2) 按组成分(3) 按防腐剂的特性分2、现在已经开发了许多天然防腐剂,它具有抗菌性强,安全无毒,水溶性好,热稳定性好,作用范围广特点,主要有:溶菌酶,壳聚糖,纳他霉素,双乙酸钠,乳酸链球菌素,聚赖氨酸,鱼精蛋白.3、绿色食品抗氧化剂指添加于绿色食品后,能阻止或延迟绿色食品氧化,提高绿色食品的稳定性和延长储藏期的食品抗氧化剂.抗氧化剂的分类:(1) 按溶解性质分(2) 按来源分(3) 按作用机理分有:自由基吸收剂,金属离子整合剂,氧清除剂,单线态氧淬灭剂,甲基硅酮和甾醇抗氧化剂,过氧化物分解剂,紫外线吸收剂,多功能抗氧化剂及酶抗氧化剂等.六、改进绿色食品生产工艺的食品添加剂这类食品添加剂通常具有一些独特的功能,在加工过程中可以起到催化,消泡,助滤,蜕皮,被膜,抗结,吸附等作用,能够优化生产工艺,提高生产效率,改善产品质量. 此类添加剂主要有:酶制剂, 被膜剂,消泡剂,抗结剂.七、强化绿色食品营养的食品添加剂强调绿色食品营养的添加剂称为营养强化剂.食品营养强化剂是为了增强营养成分而加入食品中天然的或人工合成的属于天然营养素范围的食品添加剂.这类食品添加剂按性质可以分为氨基酸,维生素和无机盐等三类.功能性营养强化剂是改善我国人民营养与健康,同时发展质量绿色食品的需求.例如:功能性糖醇,活性肽与活性蛋白质,菌类多糖,特种必需脂肪酸,微量活性元素等.绿色食品添加剂的展望:食品添加剂市场有广阔的发展前景.我国拥有丰富的植物资源,目前国内的天然抗氧化剂如茶多酚、天然甜味剂如甘草提取物、天然抗菌剂大蒜素、天然色素和天然香料等天然抽取物受到国际市场的青睐。今后应利用这一优势,加大高新提取技术的应用,提升我国食品添加剂的档次。尽管目前我国食品添加剂生产能力及产量增长较快,但还有一些产品尚处于供不应求的局面。今后应根据国内食品消费结构重点发展一些高效、常用和新型的品种,例如乳化剂中的分子蒸馏单甘酯、蔗糖酯系列产品;营养强化剂中的多种小吨位的维生素及大豆提取物如大豆异黄酮等;甜味剂中的低聚糖、果葡糖浆等;防腐抗氧剂中的丙酸盐及酯类、食品级双乙酸钠、异维生素C钠、儿茶酚等;增稠剂中的改性淀粉。随着人民生活水平的不断提高,食品工业快速发展,食品添加剂的种类和用量日益增多,使用范围不断扩大,食品添加剂工业已经成为一个独立的行业,并且成为现代食品工业的一个重要组成部分,有着巨大的市场空间和广阔的发展前景.
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论高电化学性能聚苯胺纳米纤维/石墨烯复合材料的合成
石墨烯是一种二维单原子层碳原子SP2杂化形成的新型碳材料,因其非凡的导电性和导热性、极好的机械强度、较大的比表面积等特性,引起了国内外研究者极大的关注.石墨烯已经被探索应用在电子和能源储存器件、传感器、透明导电电极、超分子组装以及纳米复合物[8]等领域中.而rGO因易聚集或堆叠而导致电容量较低(101 F/g)[9],这限制了其在超级电容器电极材料领域的应用.
另一方面,PANI作为典型的导电高分子之一,由于合成容易,环境稳定性好和导电性能可调等特性备受关注.具有纳米结构的导电材料,由于纳米效应不但能提高材料固有性能,并开创新的应用领域.PANI纳米结构的合成取得了许多的成果.PANI作为超级电容器电极材料因具有高的赝电容,其电容量甚至可高达3 407 F/g[10];然而,当经过多次充放电时PANI链因多次膨胀和收缩而降解导致其电容损失较大.碳材料具有高的导电性能和稳定的电化学性能,为了提高碳材料的电化学电容和PANI电化学性能的稳定性,人们把纳米结构的PANI与碳材料复合以期获得电容较高且稳定的超级电容器电极材料[11].
作为新型碳材料的石墨烯和PANI的复合引起了极大的关注[12].但是用Hummers法合成的GO直接与PANI复合构建PANI/GO复合电极因导电率低而必须还原GO,化学还原剂的加入虽然还原了部分GO而提高了导电性能,但也在一定程度上钝化了PANI [13],另外排除还原剂又对环境造成一定程度的污染.因而开拓一条简单且环境友好的制备PANI/rGO复合材料作为超级电容器的电极路线仍然是一个难题.
基于以上分析,首先使PANI和GO相互分散和组装,借助水热反应这一绿色环境友好的还原方法制备PANI/rGO复合材料,以期获得高性能的超级电容器电极材料.
1实验部分
原材料
苯胺(AR, 国药集团),经减压蒸馏后使用;氧化石墨烯(自制);过硫酸铵(APS, AR, 湖南汇虹试剂);草酸(OX, AR, 天津市永大化学试剂);十六烷基三甲基溴化铵(CTAB, AR, 天津市光复精细化工研究所).
的制备
PANIF的制备按我们先前提出的方法 [14],制备过程如下:把250 mL去离子水加入三口烧瓶后,依次加入 g CTAB, g 草酸以及 mL苯胺,在12 ℃水浴上搅拌8 h;随后,往上述溶液中一次性加入20 mL含苯胺等量的过硫酸铵水溶液,同样条件下使反应保持7 h.所制备的样品用大量去离子水洗涤至滤液为中性,随后30 ℃真空干燥24 h. 的制备
采用Hummers法制备GO,具体过程如下:向干燥的2 000 mL三口烧瓶(冰水浴)中加入10 g天然鳞片石墨(325目),加入5 g硝酸钠固体,搅拌下加入220 mL浓硫酸,10 min后边搅拌边加入30 g高锰酸钾,在冰水浴下搅拌120 min,再将三口烧瓶移至35 ℃水浴中搅拌180 min,然后向瓶中滴加460 mL去离子水,同时将水浴温度升至95 ℃,保持95 ℃搅拌60 min,再向瓶中快速滴加720 mL去离子水,10 min后加入80 mL双氧水,过10 min后趁热抽滤.将抽干的滤饼转移到烧杯中,加大约800 mL热水及200 mL浓盐酸,趁热抽滤,随后用大量去离子水洗涤直至中性.所得产品边搅拌边超声12 h后5 000 r/min下离心10 min,得氧化石墨烯溶液.
复合材料制备
按照一定比例将含一定量的PANIF液与一定量的 mg/mL 的GO溶液混合,使混合液总体积为30 mL, GO在混合液中的最终浓度为 mg/ mL,磁力搅拌10 min后,将混合液转移到含50 mL聚四氟乙烯内衬的反应釜中进行水热反应,在180 ℃保温3 h;待反应釜自然冷却至室温后取出,用去离子水洗涤产物直至洗液无色后,于60 ℃真空干燥24 h,待用.按照上述步骤制备的PANIF与GO的质量比分别为5,10以及15,相应命名为PAGO5,PAGO10和PAGO15,对应的PANIF质量为75 mg,150 mg和225 mg.
仪器与表征
用日本日立公司S4800场发射扫描电镜(SEM)分析样品的形貌;样品经与KBr混合压片后,用Nicolet 5700傅立叶红外光谱仪进行红外分析;用德国Siemens公司Xray衍射仪进行XRD分析;电化学性能测试使用上海辰华CHI660c电化学工作站.
电极制备和电化学性能测试:将活性物质(PANIF或PANIF/rGO)、乙炔黑以及PTFE按照质量比85∶10∶5混合形成乳液,将其均匀地涂在不锈钢集流体上,在10 MPa压力下压片,之后烘干得工作电极.在电化学性能测试过程中,使用饱和甘汞电极(SCE)作为参比电极,铂片(Pt)作为对电极,在三电极测试体系中使用1 M H2SO4作为电解液进行电化学测试,电势窗为~.
比电容计算依据充放电曲线,按式(1)[15]计算:
Cs=iΔtΔVm.(1)
式中:i代表电流,A;Δt代表放电时间,s;ΔV代表电势窗,V;m代表活性物质质量,g.
2结果与讨论
形貌表征
图1为PANIF和PAGO10形貌的SEM图.低倍的SEM(图1(a))显示所制备PANIF为大面积的纳米纤维网络;高倍的图1(b)清晰地显现该3D纳米纤维网络结构含许多交联点.PANIF和PAGO10混合液经过水热反应后,从低倍的SEM(图1(c))可以看出,PAGO10复合物具有交联孔状结构;提高观察倍数(图1(d)和图1(e))后可以发现样品中rGO 与PANIF共存;而高倍的图1(d)清晰地显示出了rGO与PANIF紧密结合,且合成的褶皱rGO因层数较少而能观察到其遮盖的PANIF.从图1可知:成功合成了大面积的PANIF以及互相均匀分散的PANIF/rGO复合材料.
分析
图2为PANIF,GO以及PAGO10 3种样品的FTIR图.图2中a曲线在1 581 cm-1,1 500 cm-1,1 305 cm-1,1 144 cm-1,829 cm-1等波数处展现的尖锐峰为PANI的特征峰,它们分别对应醌式结构中C=C双键伸缩振动、苯环中C=C双键伸缩振动、C-N伸缩振动峰、共轭芳环C=N伸缩振动、对位二取代苯的C-H面外弯曲振动.图2中b曲线为GO的红外谱图,在3 390 cm-1, 1 700 cm-1的峰分别对应-COOH中的O-H,C=O键振动,1 550~1 050 cm-1范围内的吸收峰代表COH/ COC中的C-O振动[16],可以看出,GO中存在大量的含氧官能团.图2中c曲线为PAGO10复合物红外吸收谱图,与GO,PANIF谱图比较, 可以发现PAGO10中的GO特征峰不太明显而PANI的特征峰全部出现,这个结果归结于GO含量少以及GO经水热反应后形成了rGO,另外也表明水热反应对PANI品质无大的影响.
电化学性能分析
图4为样品的CV曲线,其中图4(a)为不同样品在1 mV/s扫描速率下的CV图,可以看出,4个样品均出现明显的氧化还原峰,这归因于PANI掺杂/脱掺杂转变,表明PANIF以及复合物显示出优良的法拉第赝电容特性.图4(b)为PAGO10在不同扫描速率下的CV曲线,由图可知PAGO10电极的比电容随着扫描速率减小而稳步增加,在扫描速率为1 mV/s时,PAGO10电极的比电容为 F/g.
图5为PANI,PAGO5,PAGO10和PAGO15的充放电曲线以及交流阻抗图.图5(a)为电流密度为1 A/g时样品的放电曲线图,由图可知:4种样品均有明显的氧化还原平台,这与前述CV分析中的结果相吻合.根据充放电曲线,借助式(1),计算了4种样品在不同电流密度下的比电容,结果如图5(b)所示,很明显,相同电流密度下PAGO10比电容最大,当电流密度为1 A/g时,其比电容为517 F/g,这个结果表明PAGO10的电化学性能明显优于PANI/石墨烯微球和3D PANI/石墨烯有序纳米材料(电流密度为 A/g时,比电容分别为 261和495 F/g)[18-19], 而PANIF比电容最小,仅为378 F/g;且在10 A/g电流密度下PAGO10的比电容仍保持在356 F/g 左右,这表明PAGO10电极具有优异的倍率性能.该复合材料比电容以及倍率性能得到极大提高源于rGO与PANIF两组分间的协同效应.在充放电过程中连接在PANIF间的rGO为电子转移提供了高导电路径;同时,紧密连接在rGO上的PANIF有效阻止水热还原过程中石墨烯的团聚,增加了电极/电解质接触面积,从而提高了PANIF的利用率而使得容量增加. 为了更清晰地了解所制备材料的电子转移特点以及离子扩散路径,对样品进行了交流阻抗测试,图5(c)为4个样品的Nyquist图.从图5(c)可知:在高频区、低频区均分别具有阻抗弧半圆、频响直线.在高频区,电荷转移电阻Rct大小顺序为RPAGO5
值说明rGO的加入提高了电极材料的导电性.在低频区,直线形状反映了样品电化学过程均受扩散控制,并且PAGO5所展现的直线斜率最大,说明其电容行为最接近理想电容,即频响特性最好,这也是源于rGO的加入提高了材料导电性以及复合物的独特微观结构.
氧化还原反应的发生,导致PANIF具有十分高的赝电容,但由于在大电流充放电过程中高分子链重复膨胀和收缩,导致其循环稳定性差而限制了其实际应用.为此,对ANIF和PAGO10进行循环稳定性分析.图6显示,PAGO10在5 A/g电流密度下经过1 000次充放电后,电容保持率为77%,而不含rGO的PANIF电极在2 A/g电流密度下充放电1 000次电容保持率仅为,这个结果表明PANIF循环稳定性较差;另外,rGO的加入形成的PANIF/rGO紧密的连接,降低了PANI链在充放电过程中的膨胀与收缩,使得链段不容易脱落或者断裂,从而PAGO10具有出色的循环稳定性.
3结论
采用自组装的方法,经水热反应,制备了PANIF/rGO复合电极材料.研究发现,rGO与PANIF紧密连接;而且,当PANIF与GO质量比为10∶1时,复合材料展现了最佳的电化学性能,当电流密度为1和10 A/g时,其比电容分别为517, 356 F/g.从上可知:合成的PAGO10具有高的比电容、较好的倍率性能和稳定性能,从而有望作为超级电容器电极材料在实践中应用.
浅谈水泥窑用新型环保耐火材料的研制及应用
1 概述
随着新型干法水泥生产技术在我国的迅速普及,我国水泥工业得到飞速发展,2012年,水泥总产量达亿吨,占世界总产量55%左右。在20世纪六、七十年代,镁铬质耐火材料因具有良好的挂窑皮和抗水泥熟料的化学侵蚀性能,而被广泛应用于新型干法水泥窑的烧成带[1],并取得了良好的使用效果,但由于镁铬砖在使用过程中砖内的Cr2O3组分与窑气、窑料中的碱、硫等相结合,形成有毒的Cr6+化合物[2]。再加上原燃料中所带入的硫,碱与硫共存时形成另一种水溶性Cr6+有毒性致癌物质:R2(Cr,S)O4。水泥窑在正常运转中,其窑衬中镁铬砖内的一部分Cr6+化合物随着窑气和粉尘外逸,飘落在厂区及周边环境中,造成厂区大气的污染; 另一部分则残留在拆下的废砖中,废弃的残砖一遇到水就会造成地下水的污染;更直接的危害是在水泥窑折砖和检修作业时,窑气和碎砖粉尘中的Cr+6会给现场人员造成毒害,据有关专家论证,Cr6+腐蚀皮肤,使人易患上大骨病,进而致癌。因此,镁铬质耐火材料作为水泥窑内衬会对环境和人类造成长期污染和公害。
发达工业国家在水源、环境和卫生方面有着一系列配套的规范,其中德国对水泥厂预防“铬公害”的规定最普遍,执行也是最严格的,具体内容如表1所示:
我国于1988年4月颁布国家标准GB3838-88,对地面水中Cr6+含量进行明确规定,如表2所示:
这就使得水泥企业在使用镁铬砖做水泥窑内衬投入的环保费用加大,特别是用过镁铬残砖处理费用非常昂贵,因此,水泥窑用耐火材料无铬化是必然的发展趋势。
2 水泥窑烧成带新型环保耐火材料的研制
研制思路
目前,用于水泥回转窑烧成带的无铬环保耐火材料主要有镁白云石砖和镁铝尖晶石砖。镁白云石砖对水泥熟料具有良好的化学相容性和优良的挂窑皮性,但是抗热震性差,抗水化性差;镁铝尖晶石砖具有良好的抗热震性和抗侵蚀性,但是挂窑皮性差[3,4]。镁砖中引入铁铝尖晶石制成的第二代新型环保耐火材料―新型环保耐火材料,结构韧性好,抗碱盐及水泥熟料侵蚀能力强,具有良好的挂窑皮性能,在烧成带能有效延长使用寿命,是目前适合我国国情的新一代水泥窑烧成带用无铬耐火材料。但该产品的关键是铁铝尖晶石原料的合成、加入量、加入方式及有关工艺条件对制品性能的影响。
试验与研究
铁铝尖晶石的合成。铁铝尖晶石是一种自然界少有的矿物,化学分子式为FeAl2O4,其中含和。铁铝尖晶石为立方体结构,二价阳离子占据四面体位置,三价阳离子填充在由氧离子构成的面心立方中。其理论密度为,莫氏硬度为。要形成铁铝尖晶石,必须保证氧化亚铁(FeO或FeOn)是处于其稳定存在的条件下。只有在FeO能稳定存在的区域内,才能保证与Al2O3形成的化合物是FeO? Al2O3尖晶石,而在FeO稳定存在的区域以外的条件下,铁的氧化物与Al2O3作用得到的产物很难说是FeO?Al2O3尖晶石,而可能是含有大量或主要是Fe2O3-Al2O3的固溶体[5]。FeOn- Al2O3的系相图如图1所示:
为了得到高质量的合成铁铝尖晶石,我们特聘请了欧洲知名耐材专家进行专业技术指导,经过大量试验,掌握了烧结合成铁铝尖晶石的关键技术,为生产达到国际水平的新型环保耐火材料打下了良好的基础。在生产中把FeO与Al2O3按一定比例混合均匀后压制成荒坯,在保证“FeO”稳定存在的气氛下,经高温烧成,制得FeO? Al2O3尖晶石含量为97%以上的烧结铁铝尖晶石。产品衍射如图2所示:
原料与制品的性能 ①原料的选择。根据我们的生产经验,结合水泥窑烧成带对耐火材料的要求,我们选用优质镁砂、合成尖晶石为原料,并加入特殊添加剂来强化制品的性能,研制生产出第二代无铬镁尖晶石砖―新型环保耐火材料。所用原料理化指标如表3所示。②制品的性能。将原料破碎成所需的粒度,采用四级配料,经强力混碾、高压成型、高温烧成。产品的显微结构见图3,产品理化指标与国外同类产品对比情况如表4所示。
铁铝尖晶石对制品性能的影响 ①铁铝尖晶石加入量对制品耐压强度的影响。从图4可以看出:随着铁铝尖晶石增加制品的耐压强度呈现出先升后降的趋势,这是由于铁铝尖晶石与镁砂互溶的结果,铁铝尖晶石的加入量在10%时,制品的强度达到最大值。②铁铝尖晶石加入形式对制品抗热震性能的影响。从实验结果表5可以看出:以颗粒形式加入铁铝尖晶石制品的抗热震性比以细粉形式加入铁铝尖晶石制品相对较好。
产品的性能
结构韧性好、热震稳定性优良。新型环保耐火材料在烧成及使用过程中Fe2+离子扩散进入周边的氧化镁基质中,同时部分Mg2+离子扩散进入铁铝尖晶石颗粒,与铁铝尖晶石分解残留的氧化铝反应生成镁铝尖晶石,这一活化效应使制品在烧成或使用过程中,内部形成大量的微裂纹,重要的是铁铝尖晶石的分解过程、Fe2+离子和Mg2+离子的相互扩散在高温下持续进行,使得MgO-FeAl2O4耐
火材料在整个高温使用过程中,可以形成大量的微裂纹,这些微裂纹的存在有利于缓冲热应力、提高制品的结构柔韧性和热震稳定性。
强度高。从制品显微结构可以看出:制品内部铁铝尖晶石与高纯镁砂互溶,结构非常均匀致密,晶粒发育良好,颗粒与基质间通过晶间尖晶石相连接,结合良好,明显的提高了砖的密度和高温强度。
具有良好的粘挂窑皮性能。在使用过程中,制品中的Fe2O3与Al2O3都易与水泥熟料中的CaO反应生成C2F、C4AF等低熔点矿物,该矿物具有一定的粘度,可牢固粘附在新型环保耐火材料的热面,形成稳定的窑皮。我们把新型环保耐火材料和直接结合镁铬砖分别制成40mm×40mm×60mm样块,用90%水泥生料+5%煤粉+5%K2SO4,压制成Φ30×10mm圆饼,把圆饼放在两个样块中间,放入电炉内加热,温度升到1500℃,保温3小时,冷却后测其抗折强度,二者基本相同。由此可见,新型环保耐火材料粘挂窑皮性能优良。
产品的应用
新型环保耐火材料自2012年研制成功投放市场以来,通过河北鹿泉曲寨水泥公司、宁夏瀛海天琛水泥公司、内蒙古哈达图水泥公司、陕西尧柏水泥集团、北方水泥集团、河南锦荣水泥公司、新疆天基水泥公司、安阳湖波水泥公司等二十多家大型水泥企业2500t/d、5000t/d、6500t/d水泥窑烧成带应用,寿命周期均达到12个月以上,受到用户认可。
3 结论
基本的无非物理性质、化学性质、生物学性质。物理性质包括颜色、溶沸点、水和其他常见溶剂中溶解度等化学性质主要是稳定性(加热是否分解、在空气中是否易潮解或被氧化等)、氧化还原性、酸碱性等生理学性质主要就是毒性,以及中毒的处理方式就化学性质而言,亚硝酸钠为弱酸强碱盐,溶于水水解成碱性,与强酸反应得到不稳定亚硝酸,然后分解放出一氧化氮、二氧化氮等。从氧化还原性质而言,亚硝酸钠在中性或碱性环境下几乎没有氧化性,但在酸性环境下氧化性较强,能氧化碘离子等还原剂。亚硝酸钠具有一定还原性,能被强氧化剂如高锰酸钾氧化成硝酸钠。亚硝酸钠的标准检验方法是棕色环实验:取样品溶液,放入硫酸亚铁固体,溶解摇匀后后,沿试管壁缓缓注入较浓的醋酸,在醋酸与试管内溶液的接触面上,如果出现了棕色环,则说明溶液中存在亚硝酸根离子。钠离子用焰色反应确定。
亚硝酸钠(NaNO2),俗称亚硝酸盐,是亚硝酸根离子与钠离子化和生成的无机盐。亚硝酸钠易潮解,易溶于水和液氨,其水溶液呈碱性,其pH约为9,微溶于乙醇、甲醇、乙醚等有机溶剂。亚硝酸钠有咸味,又是被用来制造假食盐。亚硝酸钠暴露于空气中会与氧气反应生成硝酸钠。若加热到320℃以上则分解,生成氧气、氧化氮和氧化钠。接触有机物易燃烧爆炸。本品与肉制品中肌红蛋白、血红蛋白生成鲜艳、亮红色的亚硝基肌红蛋白或亚硝基血红蛋白而护色时,尚可产生腌肉的特殊风味。亚硝酸钠是工业用盐,它是一种白色不透明晶体,形状很像食盐。亚硝酸盐对人体有 亚硝酸钠害,可使血液中的低铁血红蛋白氧化成高铁血红蛋白,失去运输氧的能力而引起组织缺氧性损害。亚硝酸盐不仅是致癌物质,而且摄入即可引起食物中毒,3g可致死。而亚硝酸盐是食品添加剂的一种,起着色、防腐作用,广泛用于熟肉类、灌肠类和罐头等动物性食品。鉴于亚硝酸盐对肉类腌制具有多种有益的功能,现在世界各国仍允许用它来腌制肉类,但用量严加限制。物理性质白色至淡黄色粒状结晶或粉末,无味,易潮解,有毒,微溶于醇及乙醚,水溶液呈碱性,PH值约为9。相对密度(水=1g/cm3):;熔点:271℃;沸点320℃(分解)。[1]化学性质属强氧化剂又有还原性,在空气中会逐渐氧化,表面则变为硝酸钠,也能被氧化剂所氧化;遇弱酸分解放出棕色二氧化氮气体;与有机物、还原剂接触能引起爆炸或燃烧,并放出有毒的刺激性的氧化氮气体;遇强氧化剂也能被氧化,特别是铵盐,如与硝酸铵、过硫酸铵等在常温下,即能互相作用产生高热,引起可燃物燃烧。1.亚硝酸根的检验(必须先检验):所需试剂:对氨基苯磺酸α-萘胺方法:将试样溶液与试剂溶液混合(在中性或醋酸介质中),若溶液变红,则证明存在亚硝酸根。
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