粉体工程在环保中的应用
环境问题是当今全人类共同关注的问题，它涉及到国民经济的各个部门。从广义上讲，其研究领域及其广泛，不仅与人类及动植物的生存、生态有关，而且与经济发展有着密不可分的关系；从狭义上讲，环境工程作为一门工程学科，其研究内容主要体现在“三废”的治理上，即“废气、废水、废渣”。粉体技术(也叫粉体工程、颗粒工程等)则是一门新兴的综合性交叉边缘学科，因其综合性、交叉性的特点，便与环境工程有着密切的关系。粉体工程的研究领域涉及化工、冶金、建材、医药、食品、航空航天等许多部门和学科．自20世纪80年代以来，在我国已经得到了长足的发展，一些新技术、新工艺、新设备不断涌现，从而
也带动了其它技术的发展。
目前，粉体技术在环境工程中的应用包括气固分离、固液分离、颗粒制备与处理等诸多方面，涉及到的具体课题则包括含尘气体的净化、气态污染物的净化、污泥污水的处理、各种工业废渣的处理等。现在我们环境工程系借助粉体技术开展的环保课题有：各种除尘器的研制、废旧橡胶轮胎的处理、废旧印刷线路板的处理、各种粉尘颗粒的发生、纳米材料、气体的净化和污水的处理等方面。新的粉体技术应用于环境工程中必将带来巨大的经济效益和社会效益，例如垃圾(包括工业废渣和生活垃圾等等)的
处理问题，在粉体技术的研究中。对材料的粉碎、分级、造粒等都已经有了较为成熟的技术和工艺，将这些技术和工艺应用于环境方面，不仅变废为宝、为二次资源的综合利用打下了良好的基础，将会给企业带来巨大的经济效益，而且又起到美化环境、净化大气的良好作用，由此而产生了巨大的社会效益。现在比较热门的纳米技术参与到环境保护中米可以导致产品微型化，从而使所需资源减少，达到资源利用的持续化，以实现资源消耗率的“零增长”；同时用纳米技术还可制成非常好的催化剂，其催化效率极高，用于汽车尾气催化净化可使汽油燃烧时不再产生一氧化碳和氮氧化物，使尾气排放无害化。新型的纳米级净水剂具有很强的吸附能力，可将污水中的悬浮物和铁锈、异昧等污染物除去，达到污水处理纯净化。利用纳米技术开发的润滑剂，既能在物体表面形成半永久性的固态膜，产生极好的润滑作用得以大大降低机器设备运转时的噪声，又能延长机器的使用寿命，达到噪声控制的有效化。
其几种常见的应用如下：
一、纳米粉体
高性能的纳米粉体材料具有其多种奇特和优良的功能特性，在国外最先应用于军事领域，随后逐渐向民用领域发展，在军事、能源、化学化工、敏感材料、光电、环保食品和生物医药等国民经济的各个领域有着十分广阔的应用前景，在人们的日用生活制
品领域可涉及衣、食、住、行的各个方面，可显著地改善人们的生活环境、身体健康和生活质量。
纳米粉体的制备主要有物理法和化学法.制备所用的材料一般都是纳米复合材料。常见的也是应用较广泛的就是聚合物基有机——无机纳米复合材料.聚合物基有机一无机纳米复合材料具有优异的阻隔性能，特别是插层法制备的PCH纳米复合材料表现出良好的尺寸稳定性和气体阻阳性。随着层间插入法在热塑性塑料中不断取得成功，将粘土分散于环氧中制成涂料，在韧性、对水的阻隔性上都会有所改善，粘土的片状结构还有可能使涂层的光学性能发生变化，从而得到新型涂料。Schmidt以γ—缩水甘油醚基硅烷(KH一560)为原料，采用溶胶一凝胶法制备的涂层有很好的柔韧性和耐磨性，可用作透明聚合物的抗磨涂层。将含TiO2的涂层表面暴露在紫外线中，在几十个纳米的范围内，涂层表面会产生出交叉分布的亲水和亲油区域，可用作玻璃和其它表面上的防雾涂层和防污徐层。
同时纳米粉体在水污染和空气污染上也有广泛应用，这是一种新型的资源。纳米材料是当今新材料研究领域中最富有活力、对未来经济和社会发展有着十分重要影响的研究对象，也是纳米科技中最为活跃、最先得到应用的重要组成部分。纳米材料制品作为一种高科技产品，其优良的性能在国民经济的各个领域都有
广泛的应用，具有广阔的应用前景。正像美国科学家估计的“这种人们肉眼看不见的极微小的物质很可能给予各个领域带来一
场革命”。随着技术和社会的不断进步，代表2 1世纪先进科技的纳米技术和产业必将健康发展，具有无比广阔的前景。
二、食品加工的超微粉碎
超微粉碎，是指利用机械或流体动力的方法克服固体内部凝聚力使之破碎，从而将3毫米以上的物料颗粒粉碎至10-25微米的操作技术。是20世纪70年代以后，为适应现代高新技术的发展而产生的一种物料加工高新技术。超微细粉末是超微粉碎的最终产品，具有一般颗粒所没有的特殊理化性质，如良好的溶解性、分散性、吸附性、化学反应活性等。因此超微细粉末已广泛应用于食品、化工、医药、化妆品农药、染料、涂料、电子及航空航天等许多领域上。
超微粉碎的原理：通过对物料的冲击、碰撞、剪切、研磨等手段，施于冲击力、剪切力或几种力的复合作用，达到超细粉碎的目的。其工艺过程有一次粉碎和二次粉碎。一次粉碎就是在一台设备上同时完成粉碎、筛选、分离、再粉碎的过程。二次粉碎是先对物料进行粗粉碎，然后再采用超细粉碎机完成超细粉碎加工，其工艺流程大致为：原料→筛选→清选→干燥→粗粉碎→超细粉碎→风选分级→超细粉体产品。
超微粉碎的特点：速度快可低温粉碎粒径细且分布均匀节省原料，提高利用率，减少污染，可见粉体工程在食品加工方面的环境保护。
三、无机粉体
无机粉体填充改性塑料
无机粉体填充改性塑料在我国已有20多年的历史。最初主要以降低成本为目的。随着无机粉材料品种的增加，由n-r_技术的进步，粉体粒径的超细化新的活化处理剂不断出现，表面活化处理技术和填充改性理论的发展，无机粉体填充改性塑料正由原来单纯追求降低成本，已发展成开发新的功能性材料的重要手段。如无机阻燃材料、阻隔红外线功能材料、补强增韧材料和纳米复合材料等。我国的无机粉体填充改性塑料，无论在产量、品种，还是在生产技术和科学理论等方面，目前在国际上均处领先地位。据有关资料报道，(1)2003年我国用于填充改性塑料仅碳酸钙(含重钙与轻钙)一项多达260万吨，占碳酸钙总产量的40％以上，如按当年塑料总产量1600万吨计算，塑料制品中平均填充碳酸钙量为16．25％，由此可见：无机粉体填充改性塑料在我国塑料工业中所占的重要地位。无机粉体填充改性塑料大范围的推广应用，推动了相关理论的发展，如刚性粒子增韧理论、微观界面设计与调控理论等都是我国科技工作者首先提出来的，(2—3)新理论的出现又进一步推动了无机粉体填充改性塑料的进步
和发展。近年来，问世的碳酸钙补强增韧母粒就是一个典型例子。
(4)用该母粒填充改性PP或PE，填充量为25—30wt％时，缺口冲击强度较纯树脂可提高25。40％，断裂伸长率较纯树脂可提高1～2倍。近几年来，由于我国塑料工业飞跃发展，由此而带来的白色污染也日趋严重，各级政府和有关部门先后颁发过多项关于预防和治理白色污染的法令和法规。为了防治白色污染已研制开发出多种可降解塑料，如：淀粉基生物降解塑料，淀粉基光、生物降解塑料等。这些降解塑料的问世，为解决我国的白色污染问题发挥了一定作用，但在实际推广应用过程中，逐渐发现它们还存在一些问题，如：加工工艺复杂、成本高、使用性能差、市场推广困难和企业效益低等。在这种情况下，业内许多有识之士开始认识到无机粉体填充改性塑料在减量化、资源化和无害化等方面已成为解决我国白色污染重要途径。在中国塑料加工工业协会改性塑料专业委员会2003年年会上，由湖南科汛环保塑料有限公司、福建师范大学化学与材料学院、中国环境科学院固体废弃物研究所会同60多个与会单位和个人共同向业内外和全社会发出倡议“高举环境友好塑料材料的旗帜，加快无机粉体改性塑料环境友好材料研究和产业化步伐”。
从环境保护考虑将无机粉体改性塑料作为环境友好材料，希望无机粉体填充量越多越好。但无机粉体填充量过多会使材料的功能性、力学性能和使用性能明显下降，如何解决好这一矛盾问
题既关系到这种环境友好材料更关系到无机粉体填充改性塑料今后能否持续健康发展的大问题。众所周知，生产无机粉体填充改性塑料，除少数粉状树脂如PVC是将无机粉体直接与树脂混合使用外，绝大多数是通过填充母粒的方式。也就是说先将无机粉体在各种助剂的作用下与少量载体树脂先制成填充母粒，再根据制品性能要求，将母粒与基体树脂按一定比例混合后加工成各种塑料制品。所以决定制品的功能性和环保性能关键在于填充母粒的性能。
a、无机粉体的选择
可用于塑料填充改性的无机粉体种类很多，常见的有：重质碳酸钙、轻质碳酸钙、滑石粉、高岭土、硅灰石粉、云母粉、氢氧化铝和氢氧化镁粉等，品种不同，功能也不同。其中氢氧化铝和氢氧化镁粉具有阻燃消烟功能；滑石粉可提高塑料的刚性和耐热性，与碳酸钙配合使用将产生良好的协同效果，应用于农膜中可增加光的散射作用和透光率，并对7。2 5Urn波长的红外光有阻隔作用；高岭土填充到PVC电缆料中可明显提高电缆护套的绝缘性能，用于农膜中具有良好的阻割红外线功能，而且优于滑石粉，但透光率不如滑石粉好；硅灰石粉具有较大长径比，最大可大20：1，作为增强剂可用于替代部分玻璃纤维，与含卤有机阻燃剂配合使用，具有协同作用，可以提高制品的阻燃效果；云母粉呈片状晶形。径厚比大，除具有补强作用外，还可提高塑料的刚性、耐热性和尺寸稳定性，云母粉的透光率比其它任何无机粉
体都好，并有阻隔红外线功能，被广泛用于大棚膜中。如果从减量化、资源化、有利于环保和降低成本考虑，在众多无机粉体中当属于重质碳酸钙，其白度高、资源丰富、易加工、价格低；其次是轻质碳酸钙。这两种碳酸钙在填充改性塑料中用量最大，所涉及的塑料制品也最多。作为填充改性塑料用无机粉体在质量要求上除纯度外，很重要的一项技术指标是粒径和粒径分布。粒径大小，工业习惯用目数表示。目数是指1平方英寸的筛网中所含有的筛网数。目数与微米(Um)之间的关系是：筛孔直=15400Um ／目数。从理论上来说无机粉体的粒径越小，填充到树脂中制得材料的力学性越好，但实际情况并非如此。粉体的粒径越小，比表面积越大，粒子的内聚能越高，越容易团聚，填充到塑料中不易分散，相反会使材料的力学性能下降。表1列出不同粒经的重质碳酸钙，相同的造粒工艺，在同一种牌号HDPE中填加25wt％碳酸钙测得材料的力学性能。
b、粉体表面活化处理剂与处理技术
无机粉体粒子为极性，而树脂为非极性，二者难以相容。要想使无机粒子均匀地分布到树脂中，并能与树脂的分子链产生较强的亲合力，必须对无机粒子表面进行活化处理。目前所用活化剂有表面活性剂，如硬脂酸：偶联剂，如硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、酸式亚磷酸酯偶联剂、稀土偶联剂和铝／钛复合偶联剂等；高分子处理剂如聚烯烃马来酸酐接枝共聚物
等。其中用的最多的是铝酸酯偶联剂和铝／钛复合偶联剂。其用量一般为无机粉体质量的1．2％一2％，无机粉体的粒径越小，比表面越大，偶联剂的用量也就越多。表面处理一般采用干法，即在高搅机内用偶联剂对无机粉体进行表面包覆处理。由于偶联剂都属于酯类化合物，遇水易水解而失效，所以在表面包覆之前，无机粉体一定要干燥，具体作法是在未加入偶联剂之前，先将无机粉体在高搅机内，高速搅拌数分钟，温度升高可达80℃．90。C，此时无机粉体中小量的水份大部分可以除去。为了使小量的偶联剂能将每一个无机粒子充分包覆。可以通过加热将偶联剂溶于15号白油中成粘稠状液体后，再加入高搅机内。这种表面处理效果比单纯用偶联剂好。白油在后续造粒过程中可以起到润滑剂的作用。无机粉体表面活化处理技术近年来又有新的进展，应用效果比较好的有两种。一种是采用新型活化剂，该活化剂有别于传统的表面活性剂或偶联剂，也不同于高分子处理剂。新型活化剂的分子量介于二者之间，分子中含有高活性反应基团，活化剂是以化学键的方式牢固地包覆在无机粉粒子表面，活化剂分子的剩余部分为非极性长的饱和碳链，以较大的接触面积与树脂的分子链之间形成强的范德华亲合力，从而使无机粉体填充量较大的情况下，复合材料仍具有较好的力学性能。另一种新的表面活化处理技术，是采用双包膜方法，即将用偶联剂处理后的无机粉体，再用一种能与偶联剂发生化学反应的活化剂进行二次包膜处理。该技术的特点是：在使无机粉体与树脂之间形成较强结合力的同
时，由于所用的二次包膜活化剂的结构特征，可以在无机粒子表面形成一层弹性膜，当复合材料受到外力冲击时，由于弹性膜的缓冲作用，可使应力得以分散。所以采用该技术处理无机粉体所制得的复合材料具有显著的补强增韧功能。表3列出用不同表面活化处理方法而完全相同的加工工艺，制得的1250目重质碳酸钙填充母粒，填充相同牌号的P P，碳酸钙填充量为40 wt％的情况下，复合材料的力学性能。
无机粉体填充改性塑料在我国塑料工业的发展中发挥了十分重要的作用，尤其对石油资源贫乏的我国来说，今后将会发挥更大作用。正由于如此，业内人士和社会各阶层也就更要正确对待和评价无机粉体填充改性塑料。无机粉体毕竟不是高分子材料，与树脂相比是资源丰富的廉价原料，对填充改性塑料不能以纯塑料的标准去要求它，尽管在某些性能方面它可能比纯塑料好，但必须以牺牲其它性能为代价。降低成本，节约石油资源有利于环境保护是无机粉体填充改性塑料的最大优势，但它的综合性能肯定不如纯塑料好，只有正确认识这一点，才能使无机粉体填充改性塑料沿着正确方向健康快速发展。
2、无机粉体环保纸
一种常见的就是无机粉体环保纸无机粉体环保合成纸是以丰富的矿产资源碳酸钙为主要原料，高分子塑料和其他助剂为基
材，经混合、塑炼、成膜、涂布等工艺加工成型，生产出一种可逆性循环利用的新型纸种。该新型纸种跳出了传统造纸用木质纤维为主要原料生产纸材的制造方法，是传统造纸的一种思维变革、技术变革和产业变革。新型纸种与传统造纸对比，其不消耗木材资源，有利于生态保护；无废气、废水、废渣排放；产品耐折、耐撕、防水、防霉、防虫蛀、易于印刷，具有卓越的综合性能；产品主要原料为石灰石加工后的重质碳酸钙或者轻质碳酸钙，我国是石灰岩矿储量大国，原料资源丰富。
无机粉体环保纸比普通包装塑料抗拉强度大，且无毒、可降解、成本低、开发成环保纸袋产品，可全面替代现有塑料包装袋，并可以从根本上解决塑料包装袋白色污染的问题。目前，世界上生产包装塑料袋的产量1亿吨，我国消耗量约600万吨。无机粉体环保合成纸以其低廉的价格低于传统纸张15-30%，对现有办公文化纸将形成强有力的竞争优势，部分替代现有办公文化用纸。目前，我国办公文化用纸量已突破440万吨。产品印刷用纸部分替代现有办公用纸市场前景看好。
四、二氧化钛光催化
随着工业社会的发展和人口的增加，人类本己有限的水资源受到日益严重的污染，水污染成为当今社会的严重问题。而近年来逐渐发展起来的光催化氧化技术为治理水源的有机物污染提
供了一条新的途径。纳米Ti02是目前应用最为广泛的一种光催
化剂，具有着以下优点：对光的吸收率较高；化学稳定性良好；氧化还原能力强，有较高的光催化活性；对很多有机污染物有较强的吸附作用；造价低廉，无毒无害。
二氧化钛，俗称钛白，具有无毒、最佳的不透明性、最佳白度和光亮度，被认为是目前世界上性能最好的一种白色颜料，广泛应用于涂料、塑料、造纸、印刷油墨、化纤、橡胶、化妆品等工业。纳米二氧化钛是目前应用最为广泛的一种纳米材料，其具有的透明性、紫外线吸收性以及熔点低、磁性强、热导性能等特征，使其在化妆品、塑料、涂料、精细陶瓷及催化剂等众多领域都有重要的应用。光催化氧化的机理主要是自由基反应，而体系产生的活性中间体H202则是形成自由基的重要引发剂。在紫外光结合氧化剂对有机污染物进行氧化降解的过程中，在多数情况下主要是利用了羟基自由基的产生及其一系列的反应。在超微细二氧化钛、水和空气的体系中，把分散在溶液中的每一颗二氧化钛半导体微粒近似地看成是一个小型的短路的光电化学电池，当用能量大于能带隙的光，尤其是紫外线的光照射时，二氧化钛超微粒子吸收光而自行分解出自由移动的带负电的电子(e ．)和带正电的空穴(h+)，形成电子一空穴对，吸附溶解在二氧化钛表面的氧俘获电子形成·02，而空穴则将吸附在二氧化钛表面的O H OH 2和 氧化成·OH 。新生成的这两种自由基具有很强的化学活性，特别是原子氧能与多数有机物发生氧化反应，因而能有
效分解水中多种有机物质，使水中的有机污染物彻底氧化降解为O H CO 22和：同时还可以氧化细菌内的有机物，从而杀死细菌；还能氧化有毒的无机物，使之在短时期内失去毒性。
研究发现，纳米二氧化钛光催化剂催化活性的高低取决于纳米粒子的粒径和晶型。纳米二氧化钛主要有3种晶型：板钛矿、金红石和锐钛矿三种晶型。研究表明，板钛矿型二氧化钛无光催化活性，金红石型二氧化钛仅有微弱的光催化活性，锐钛矿型二氧化钛的光催化活性最耐71。然而，粉末状纳米二氧化钛催化剂在使用过程中存在着易失活、易凝聚和难回收等弱点，人们尝试将二氧化钛粉末固定在某一载体上，制备了负载型的二氧化钛光催化剂。目前，光催化剂载体主要有两大类：无机载体和有机载体。无机载体主要是以含硅物质为基质，具有极好的耐热性能和化学稳定性，在烧结过程中基质与催化剂颗粒间会产生较强的粘结力。在有机材料上固载二氧化钛存在着一定的困难，因为大多数有机质本身不耐光催化剂的强氧化反应。
至今，已发现有3000多种难降解的有机化合物可以在紫外线的照射下被二氧化钛降解。特别是当水中有机污染物用其他方法很难降解时，这种技术有着明显的优势。
1、处理受染料工业污染的源水：受染料业污染的水中含有苯环、胺基、偶氮基等致癌物质，常规方法处理水溶性染料的降解效率通常很低。研究发现，用2i O T ／Sich 体素能够很迅速地降解R ．6G 染料，而且可以破坏染料分子中的芳香基团，达到完全
降解的目的。另有报道称，对于电镀、制革和印染行业废水中的常见污染组分Cr(VI)，采用P25 Ti02作为光催化剂，在苯酚、葡萄糖等有机物存在的情况下，能有效地促进其光催化还原，达到C “VD 完全被去除的效果。为便于工业应用，把表面涂覆有纳米二氧化钛膜的玻璃填料充于玻璃反应器内，通过潜水泵使微污染水在反应器内循环进行光催化氧化处理。由于纳米二氧化钛具有巨大的比表面积，与水中有机物接触更为充分，可将它们最大限度地吸附在其表面，迅速将有机物分解为O H CO 22和，处理效果优于生物处理和悬浮光催化氧化处理，COD 除去率和脱色率均较高。催化剂再生后能连续使用对二氧化钛对三苯基甲烷等染料的光催化降解研究发现除二氧化钛的晶型外，pH 值、催化剂浓度及有无氧化剂的存在等因素对降解速率都有一定的影响的研究表明，有二氧化钛涂层的碳粉对亚甲兰在紫外光下有较高的光催化降解活性，而表面有碳涂层的二氧化钛则是很好的重油吸附剂，碳涂层吸附的重油在紫外光作用下被二氧化钛光催化降解，碳涂层本身也有催化降解作用，而且它能够使二氧化钛在高温下保持高活性的锐钛矿晶型H81。方世杰、徐明霞和黄卫友等制备了10I 吼左右的二氧化钛颗粒并把它制备为玻璃衬底薄膜进行紫外光光催化降解甲基橙的研究，发现催化剂用量、甲基橙初始量、pH 值、光强度等对甲基橙脱色率都有影响。
2、处理受农药污染的源水：目前对有机磷农药污染水处理
多用生化法，处理后废水中有机磷质量浓度仍较高。采用纳米二氧化钛、二氧化硅负载复合光催化剂，利用其高效吸附性及催化活性，能使有机磷农药在其表面迅速富集，随光照时间的延长，有机磷农药的光解率逐渐升高，实验发现，光照80miIl后，可使敌百虫完全降解，若加入微量Fe还可以大大提高COD的去除率及无机磷的回收率；还可将含氯有机物DDT中的氯完全脱除；实验结果表明纳米二氧化钛能将水中的a．(甲硫基)亚乙基氨甲基氨基甲酸酯、呋喃丹。b．甲基乙氧基)苯基氨基甲酸酯三种氨基甲酸酯类化合物在一小时内均能被完全降解为无毒的N吖、NO’和其它无机离子；浙江林学院的罗锡平等人亦发现采用溶3
胶．凝胶．浸渍法制备的纳米改性竹炭新材料，对有毒、难生物降解的二氯苯酚溶液在碱性条件下降解率可达到96．4％，在中性条件下虽然降解率仅为61．7％，但再生率为96．3％，表现出良好的再生性能。l研究了在紫外光作用下二氧化钛对水溶液中草类成分的降解情况，发现二氧化钛的存在对降解的起始速率及转化的完全性影响较大，还发现在高pH值下能够在3小时内彻底降解。何建波和张鑫发现二氧化钛的晶相比例取决于热处理温度，当锐钛型与金红石比例为7：3时，紫外光光催化率最耐261。徐悦华和古国榜等研究了纳米二氧化钛紫外光光催化降解有机
磷农药甲胺磷，通过实验测定说明纳米二氧化钛光催化降解甲胺磷是可行的(在紫外光下)，实际应用的有机磷农药也可以用光催化降解。
3、处理含氯代有机物的源水：日本东京大学野口真用纳米二氧化钛光催化剂与臭氧联合进行水的净化处理。在模拟水处理实验中，以质量浓度为16m∥L的三氯酚的水溶液，分别采用纳米二氧化钛光催化剂与臭氧联合，单独用光催化剂纳米二氧化钛和单独用三种方法对其进行处理。纳米二氧化钛光催化剂与臭氧联合处理2h后，三氯酚的残留质量浓度已为零，效果相当明显。用内表面涂覆纳米二氧化钛光催化剂的陶瓷圆管处理质量浓度
为5．5m∥L苯酚和三氯乙烯水溶液的实验表明，苯酚在1．5h 后完全分解，三氯乙烯也在2h内完全分解。
4、处理含表面活性剂的源水：生活污水中含有表面活性剂，易产生异味和泡沫。
非离子型和阳离子型表面活性剂会产生有毒或者不溶解的中间体。采用纳米二氧化钛光催化分解表面活性剂已取得较好效果。虽然表面活性剂中的链烷烃部分采用光催化降解反应还较难完
CO，但由于苯环被破坏，其毒性大为降低，生成长全氧化成2
链烷烃副产物对环境的危害明显减小。
5、处理受污染的地下水源：工农业排放废水渗入地下水中的有机物含量增加，这些有机物易与水处理过程中的氯反应生成致癌性的三卤化物(THM)。据报道，二氧化钛膜能脱除水中97％
的有机卤素化合物，总有机碳(TOC)含量可降低90％以上，并能减少盐分、硬度、重金属和其他污染物，降低颜色深度，脱除大量的可溶性有机物质，减少形成THM 的前体物。
6、处理含油污染的源水：对于不溶于且漂浮于水面上的油类污染物的处理，也是近年来人们很关注的一个课题。含油废水中所含的脂肪烃、多环芳烃、有机酸类、酚类等有机物很难降解，使用纳米二氧化钛利用其光催化解功能，可迅速降解这些有机物。但由于二氧化钛的密度远大于水，二氧化钛颗粒将沉于水底，起不到光催化剂的作用。为使二氧化钛漂在水面，需要将二氧化钛负载在一种载体上，这种载体的密度要远小于水，与二氧化钛附着良好，且不能被二氧化钛光催化氧化。常用的载体有空心玻璃、陶瓷、活性炭等以空心玻璃球为载体，用浸涂一热处理法制备了漂浮在水面的二氧化钛，并以辛烷为石油中烷烃的代表，研究了水面油污染物的光催化分解，光照1h ，降解率达到90％以上。他们还研究了二氧化钛在空心陶瓷微球上的固定化，实验表明辛烷的降解率在90％以上。万里平等利用改性膨润土负载．2i O T .A&O 制备的复合催化剂，能较好地利用自然光实现对油田不同作业废水的预处理，对于处理川中矿区角53井钻井废水和南阳油田探23井压裂废水，在最佳条件下，其COD 去除率分别可分别达到70．3％和57．o ％。则使用浸泡、热处理的方法在空心玻璃球表面负载二氧化钛薄膜，制成可飘浮在水面的二氧
化钛光催化剂，经1h光照能降解辛烷90％以上。
由此可见二氧化钛粉体在环抱中的应用相当广泛且起着重
要的作用。
结语：由以上应用可见处理环境问题将在许多方面应用到粉体技术，粉体技术的发展将为环境问题的治理找到更多有效的方法，粉体技术的发展和环境治理技术的发展相辅相成。我们相信：不断完善、充实的粉体技术应用到环境工程学科中来，必将推动环境工程的发展；反过来又为粉体技术的发展应用奠定坚实的基础，也必将拓宽粉体技术的应用领域。同时被称之为2l世纪前沿科学的纳米技术将对环境保护产生深远的影响，有着广泛的应用前景，甚至会改变人们的传统环保观念，利用纳米技术解决污染问题将成为未来环境保护发展的必然趋势。
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粉体工程与设备思考题 第一章概述 1、什么是粉体？ 粉体是由无数相对较小的颗粒状物质构成的一个集合体。 2、粉体颗粒的种类有哪些？它们有哪些不同点？ 分为原级颗粒、聚集体颗粒、凝聚体颗粒、絮凝体颗粒 原级颗粒：第一次以固体存在的颗粒，又称一次颗粒或基本颗粒。从宏观角度看，它是构成粉体的最小单元。粉体物料的许多性能与原级颗粒的分散状态有关，它的单独存在的颗粒大小和形状有关。能够真正的反应出粉体物料的固有特性。 聚集体颗粒：由许多原级颗粒靠着某种化学力以及其表面相连而堆积起来的。又称为二级颗粒。聚集体颗粒的表面积小于构成它的原级颗粒的表面积的总和。主要再粉体物料的加工和制造中形成。 凝聚体颗粒：在聚集体颗粒之后形成，又称为三次颗粒。它是原级颗粒或聚集体颗粒或者两者的混合物。各颗粒之间以棱和角结合，所以其表面与各个组成颗粒的表面大体相等。比聚集体颗粒大得多。也是在物料的加工和制造处理过程中产生的。原级颗粒或聚集体的粒径越小，单位表面的表面力越大，越易于凝聚。 絮凝体颗粒：在固液分散体系中，由于颗粒间的各种物理力，迫使颗粒松散地结合在一起，所形成的的粒子群。很容易被微弱的剪切力所解絮。在表面活性剂作用下自行分解。 颗粒结合的比较：絮凝体＜凝聚体＜聚集体＜原级颗粒 3、颗粒的团聚根据其作用机理可分为几种状态？ 分为三种状态：凝聚体（以面相接的原级粒子）、聚集体（以点、角相接的原级粒子团或小颗粒在大颗粒上的附着）、絮凝体 4、在空气中颗粒团聚的主要原因是什么？什么作用力起主要作用？ 主要原因为颗粒间作用力和空气的湿度。 德华力、静电力、液桥力。在空气中颗粒团聚主要是液桥力造成的。而在非常干燥的条件下则是由德华力引起的。空气相对湿度超过65％，主要以液桥力为主。 第二章粉体粒度分析及测量 1、单颗粒的粒径度量主要有哪几种？各自的物理意义什么？ 三轴径：颗粒的外接长方体的长l、宽b、高h的某种意义的平均值 当量径：颗粒与球或投影圆有某种等量关系的球或投影圆的直径 定向径：在显微镜下按一定方向测得的颗粒投影轮廓的长度称为定向径。 2、何谓三轴径、当量径？ 见1 3、粉体分布方程的主要形式有哪几种？各自使用的围是什么？ （1）.正态分布，某些气溶胶和沉淀法制备的粉体，起个数分布近似符合这种分布。（2）.对数正态分布，大多数粉体，尤其是粉碎法制备的粉体较为符合对数正态分布器频度曲线是不对称的，曲线峰值偏向小粒径一侧。 （3）.Rosin-Rammler分布，对于粉体产品或粉尘，特别在硅酸盐工业中，如煤粉、水泥粉碎产品较好的符合该分布。 4、何谓粒度分布、累积分布、频率分布？
【摘 要】：综述了目前常用的制备镁铝尖晶石粉体的各种方法的工艺过程、特点及其产物的性能特征。经分析指出纯度和粒度是粉体最重要的两个性能指标；降低合成温度、简化工艺过程是今后制备技术发展的趋势。金属醇盐可能成为获得高纯度产物最有应用前景的前驱物；水热处理、溶剂蒸发、超临界干燥等物理手段是解决粒度最有效的途径。 【关键词】：耐火材料，镁铝尖晶石，粉体，制备方法 引 言 镁铝尖晶石(Magnesium Aluminium Spinel，以下简称MAS)材料是一种熔点高、热膨胀系数小、热导率低、抗热震性好、抗碱侵蚀能力强的材料[1]，主要应用于钢包内衬、平炉炉顶、水泥回转窑烧成带衬砖。MAS单晶体是一种高熔点、高硬度的晶体材料。在10GHz以上的微波段上，MAS单晶的声衰减比蓝宝石或石英低得多，可作为介质制作微波声体波器件[2]。MAS还具有优良的电绝缘性，且与Si的匹配性能好，其线膨胀系数与Si相近，因而其外延Si形成膜的形变小，是一种重要的集成电路衬底材料[3]。 近年来，制备MAS粉体的方法受到人们的广泛关注，并在原有制备工艺基础上，涌现出许多新的制备技术。本文拟总结近年来国内外对获取高性能MAS体制备方法，以期找到解决粉体的纯度、粒度、化学均匀性等问题的途径，从而在获取高性能粉体，发挥其优越性能。 1 固相法 1.1传统固相法 固相法是固体与固体之间发生化学反应生成新的固体物质的反应过程，其中反应温度高于600℃称为高温 固相反应。Lepkova D[4]等研究了MgO和Al 2O 3 的固 相反应中，添加剂对尖晶石形成温度和转化率的影响。 将α-Al 2O 3 和Mg(HCO 3 ) 2 分解后的MgO及添加剂均 匀混合后，在一定的温度下反应制备尖晶石粉，添加剂 为B 2O 3 和TiO 2 ，或B 2 O 3 和氟化物(LiF，CaF 2 ，ZnF 2 ， BaF 2 )的混合物。尖晶石合成转化率在85%～95％之间， 加入B 2 O 3 和TiO 2 复合添加剂时，尖晶石粉的生成量最大。 传统固相法无疑是最简单、最方便的合成尖晶石的工艺， 存在的显著缺点是合成温度高。而添加剂又会影响产物 的纯度，无法满足高技术领域的要求。 1.2凝胶固相法 凝胶固相法是将初始原料同有机单体、交联剂、引 发剂等混合形成凝胶，干燥后经焙烧制备粉体。粉体具 有颗粒细小均匀、纯度高、分散性好等优点。仝建峰[5] 等以Mg(OH) 2 ·4MgCO 3 ·6H 2 O和Al 2 O 3 按n(Mg)∶ n(Al)=1∶2进行混合，有机单体丙烯酰胺(C 3 H 5 NO)为 凝胶，N,N′-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂，过硫酸铵 (NH 2 ) 2 SO 6 水溶液为引发剂，4-甲基乙二胺(C 6 H 16 N 2 ) 为催化剂，选用JA-281试剂为分散剂，用NH 3 ·H 2 O 调节pH值。将干凝胶在1250℃左右保温3h，便可得到 平均粒径为0.5μｍ的球形MgAl 2 O 4 微粉。王修慧[6]等 先以异丙醇水溶液将高纯MgO粉体分散成浆体，再将异 丙醇铝水解得到凝胶，然后按n(Mg)∶n(Al)=1∶2配 料球磨混合24h，干燥后进行焙烧，800℃即开始出现尖 晶石相，1200℃时形成了完善的MAS相结构，最终得 到纯度高达99.99%MAS粉体。之所以能够降低合成温 度，是原因反应物之一的AlOOH凝胶替代Al 2 O 3 ，活性 高，粒度细，混合过程中可达到高度的均匀性；在加热 至500℃～600℃范围内会生成高活性Al 2 O 3 。此法解决 了产物的纯度问题，可以应用于提拉法生长尖晶石单晶 材料；但其缺点是粒度偏粗大，不适于透明多晶体的制备。 2 沉淀法 2.1 均匀沉淀法 均匀沉淀法是利用某一化学反应，将溶液中的构 晶离子从溶液中缓慢、均匀地释放出来，与溶液中的 Mg2+和Al3+生成沉淀，然后再经干燥、焙烧制得粉 体。Hokazono S[7]等采用2种溶液体系来制备MAS粉 体：一是Al(NO 3 ) 3 、Mg(NO 3 ) 2 、尿素水溶液体系；二 是Al 2 (SO 4 ) 3 、MgSO 4 、尿素水溶液体系。按n(Mg)∶ n(Al)=1∶2进行配料；其中，C 尿素 =1.8mol·L-1， C Al 3+=0.1mol·L-1，C Mg 2+= 0.08mol·L-1，分别用 HNO 3 、H 2 SO 4 调至pH值为2，在90℃水浴分别加热 22.5h和38h，生成的沉淀经离心分离后于100℃干燥 24h，在800℃～1000℃焙烧，得到比表面积为25～ 66m2·g-1的MAS粉体。硝酸盐体系制备的前驱物含 镁铝尖晶石粉体的制备方法 王修慧1,2，王程民2，司 伟2，李 刚2，曹冬鸽2，翟玉春1 (1东北大学材料与冶金学院， 沈阳 110006； 2大连交通大学材料科学与工程学院， 大连 116028) 收稿日期:2008-1-24 基金项目:国家自然科学基金资助项目，编号:50104003 作者简介:王修慧（1964-），男，博士研究生，副教授； 从事金属醇盐、高纯氧化物粉体制备研究。 E-mail:dl_wangxh@https://www.doczj.com/doc/459609488.html, 文章编号：1001-9642（2008）07-0003-04
北方民族大学课程设计报告 院（部、中心）材料科学与工程学院 姓名王芳学号 专业材料科学与工程班级 082 同组人员王选、高稳成、闫晓展、代新、马海龙 课程名称粉体工程与设备 年产3000吨碳化硅微粉的生产线的项目名称 可行性研究报告 起止时间 2010-11-21至2009-12-3
成绩 指导教师王正粟祁利民 北方民族大学教务处制 录目 一、项目的目的和意义··············································二、工艺参数的计算··············································三、设备的选择依据··············································四、成本核算··············································五、效益分析··············································六、环境保护及措施··············································七、小节··············································八、参考文献··············································
一、目的及意义 碳化硅（SiC）是用石英砂、石油焦(或煤焦)、木屑为原料通过 电阻炉高温冶炼而成。 首先，其硬度介于刚玉和金刚石之间，机械强度高于刚玉，同时分解温度（2400℃）高、优良的化学稳定性，较强的韧性、良好的抗热震性、显著的电学性能和高导热性能等诸多优良特性，因而被广泛用磨具磨料、耐火材料、耐蚀材料、结构陶瓷等产品的生产原料，也可用作电热原器件、半导体器件等产品生产的原料。 其次，碳化硅微粉堆积密度高，耐磨能力强，硬度高，切削能力强，粒度分布集中并且均匀；具有耐高温,强度大,热膨胀系数小，导热性能良好,抗冲击,作高温间接加热材料.有四大应用领域：功能
专业编制可行性研究报告了解更多详情..咨询公司网址https://www.doczj.com/doc/459609488.html, 粉体工程与设备论 文 论文题目：1000吨/年铝基复合材料的可行性研究报告
25 摘要 铝基复合材料由于具有密度小、熔化温度低、高导热性且成本低等特性，已经得到世界范围内的广泛研究并日趋工业化。同时铝基复合材料具有不吸潮、不老化、气密性好、耐有机液体和溶剂侵蚀等一系列优点。在航空航天、汽车、电子、光学等工业领域 关键字：铝基复合材料 目录 引言 (3) 第1章项目总论 (3) 1.1项目名称 (3) 1.2项目背景 (4) 1.3 项目建设意义 (4) 1.4 项目拟建地区和地点 (4) 1.5 投资估算和资金筹措 (4) 第2章铝基复合材料及制品市场调查 (4) 2.1国内市场调查 (4) 2.2国外市场调查 (5) 第3章产品技术方案 (5) 3.1 产品介绍…………………………………………………………………5. 3.2 生产工艺流程 (6) 3.3 主要工艺设备选择………………………………………………………7. 3.4 主要原材料及辅助材料 (8) 3.5 燃料及动力供应 (8) 第四章成本核算 4.1主要价格的数据 (8) 4.2 员工岗位的设定 (9) 4.3生产成本的估算 (9)
专业编制可行性研究报告了解更多详情..咨询公司网址https://www.doczj.com/doc/459609488.html, 4.4 年度销售收入的估算 (10) 4.5损益估算 (10) 第五章效益分析 (11) 第六章销售渠道 (12) 第七章环境保护 (19) 第八章未来发展 (25) 致谢 (25) 参考文献 (25)
粉末冶金粉体常见的制备方法及综述Powder metallurgy powder and preparation method of common 摘要：粉末冶金方法起源于公元前三千多年。制造铁的第一个方法实质上采用的就是粉末冶金方法。粉末冶金制品的应用范围十分广泛，从普通机械制造到精密仪器；从五金工具到大型机械；从电子工业到电机制造；从民用工业到军事工业；从一般技术到尖端高技术，均能见到粉末冶金工艺的身影。目前，我国粉末冶金行业整体技术水平低下、工艺装备落后，与国外先进技术水平相比存在较大差距。本文介绍了粉末冶金粉体的制备方法，包括物理方法和化学方法，物理法包括机械粉碎法，化学法包括气相沉积法、雾化法和电解法，气相沉积法、雾化法和电解法目前在工业上已经得到了广泛的应用。 关键词：粉末冶金；粉体；气相沉积法，雾化法，电解法Abstract: the method of powder metallurgy originated in three thousand years . Manufacture of iron for the first method is essentially by powder metallurgy method. Powder metallurgy products, a wide range of applications, from the ordinary machinery manufacturing of precision instrument; from the hardware to the large machinery; from electronics to motor manufacturing; from the civilian industry to the military industry; from the general technology to sophisticated high technology, can see the figure of powder metallurgy
目录 粉体自动加料系统的结构设计 (2) 摘要 (2) 0 引言 (2) 1 总体方案设计 (2) 2 料斗组件的设计 (3) 2.1 料斗体的设计 (4) （1） (4) （2） (4) 2.2 活化锥 (4) 2.3 料斗振动形式的选择 (4) 2.4 辅助装置的设计 (5) 3 螺旋填充器的设计 (5) 3.1 螺旋输送器结构尺寸的设计 (5) 3.2 动力的设计[10] (6) 4 结论 (6) 参考文献 (7)
粉体自动加料系统的结构设计 xxxxx xxxxxxxx6xxxxxxx 摘要 本文针对粉体在包装过程中出现的偏析和架桥等问题，根据其物理特性和加料工况要求，通过理论分析，计算和结构设计，在现有的设备中进行改进，设计出一种满足使用要求的加料系统。这种系统主要包括料仓及料斗组件和螺旋输送器，振动料斗的使用使偏析和架桥问题得到解决；螺旋输送器提高了加料精度。 关键词：粉体，加料，偏析，架桥 中图分类号TH16 文献标识码A 文章编号1674-6708（2010）25-0112-02 0 引言 工程上将在常态下尺寸比较小，以粉体形式存在的固态颗粒统称为粉体物料，简称粉体。粉体由于颗粒很小、形状很不规则、堆密度和紧实密度差异比较大，造成其内摩擦系数较大、锥角和吸附力较小，使加料过程变得相对困难[1]。偏析和架桥是粉体处理过程中通常都会遇到的两个问题，是由于粉体流动不畅造成的。粉体粒度分布不均匀致使流动时出现偏析，从而导致粒度大的粒子分散于边缘并浮于表层。自由卸料时，小粒子顺利排出而大粒子之间由于相互支撑，形成球表面一一架桥。粉体阻塞料斗排出口，导致物料无法正常排出，使粉体的运输和包装产生很大的困难[2]。本设计以聚丙烯酰胺为例。聚丙烯酰胺简称PAM，广泛用于水处理及电力、采矿、选煤、石棉制品、石油化工、造纸、纺织、制糖、医药、环保等领域。 1 总体方案设计
粉体材料的制备方法有几种？各有什么优缺点？（20分） 答：粉末的制备方法: 气相合成、湿化学合成、机械粉碎. 1. 物理方法 (1)真空冷凝法 用真空蒸发、加热、高频感应等方法使原料气化或形成等离子体，然后骤冷。其特点纯度高、结晶组织好、粒度可控，但技术设备要求高。 (2)物理粉碎法 通过机械粉碎、电火花爆炸等方法得到纳米粒子。其特点操作简单、成本低，但产品纯度低，颗粒分布不均匀。 (3)机械球磨法 采用球磨方法，控制适当的条件得到纯元素纳米粒子、合金纳米粒子或复合材料的纳米粒子。其特点操作简单、成本低，但产品纯度低，颗粒分布不均匀。 2. 化学方法 (1)气相沉积法 利用金属化合物蒸气的化学反应合成纳米材料。其特点产品纯度高，粒度分布窄。 (2)沉淀法 把沉淀剂加入到盐溶液中反应后，将沉淀热处理得到纳米材料。其特点简单易行，但纯度低，颗粒半径大，适合制备氧化物。 (3)水热合成法 高温高压下在水溶液或蒸汽等流体中合成，再经分离和热处理得纳米粒子。其特点纯度高，分散性好、粒度易控制。 (4)溶胶凝胶法 金属化合物经溶液、溶胶、凝胶而固化，再经低温热处理而生成纳米粒子。其特点反应物种多，产物颗粒均一，过程易控制，适于氧化物和Ⅱ～Ⅵ族化合物的制备。 (5)微乳液法 两种互不相溶的溶剂在表面活性剂的作用下形成乳液，在微泡中经成核、聚结、团聚、热处理后得纳米粒子。其特点粒子的单分散和界面性好，Ⅱ～Ⅵ族半导体纳米粒子多用此法制备 2. 为什么要对粉体材料的表面进行改性？什么是物理吸附？什么是化学吸附？试举例说明。（20分） 答: 材料表面改性的目的 力学性能：表面硬化、防氧化、耐磨等 电学性能：表面导电、透明电极 光学性能：表面波导、镀膜玻璃 生物性能：生物活性、抗菌性 化学性能：催化性 装饰性能：塑料表面金属化 材料表面改性的意义 通过较为简单的方法使一个部件部件或产品产品具有更为综合的性能第一节材料表面结构的变化 粉体表面改性是指用物理、化学、机械等方法对粉体材料表面进行处理，根据应用的需要有目的改变粉体材料表面的物理化学性质，如表面组成、结构和官能团、
粉体工程习题 一.选择题(以下各小题均有４或3个备选答案,请圈出唯一正确的答案) 1．R ＲB 粒度分布方程中的n 是 。 A 、功指数 B 、旋涡指数 C 、均匀性指数 D 、时间指数 2．粒度分析中常采用RR 坐标来绘制粒度分布曲线。该坐标的横坐标为颗粒尺寸,它是以 来分度的。 A 、算术坐标 B 、单对数坐标 Ｃ、重对数坐标 D 、粒度倒数的重对数坐标 ３.粉磨产品的颗粒分布有一定的规律性,可用RRB 公式表示R=１00exp[-(P D /e D ）n ]其中 e D 为： 。 A ．均匀系数 Ｂ.特征粒径 C.平均粒径 4．硅酸盐工厂常用的200目孔筛是指在 上有200个筛孔。 Ａ、一厘料长度 B 、一平方厘料面积 Ｃ、一英寸长度 Ｄ、一平方英寸面积 5.某一粉体的粒度分布符合正态分布、利用正态概率纸绘其正态曲线，标准偏差σ= 。 A 、Ｄ50 B 、D ８４。1 —D 5０ C 、Ｄ84。1— D １5。9 7.破碎机常用粉碎比指标中有平均粉碎比i m 和公称粉碎比i ｎ两种,二者之间的关系 为 。 Ａ、ｉm >i n B 、i ｍ=i ｎ Ｃ、i m ff B、FF=ff c、FF
粉体工程在环保中的应用 环境问题是当今全人类共同关注的问题，它涉及到国民经济的各个部门。从广义上讲，其研究领域及其广泛，不仅与人类及动植物的生存、生态有关，而且与经济发展有着密不可分的关系；从狭义上讲，环境工程作为一门工程学科，其研究内容主要体现在“三废”的治理上，即“废气、废水、废渣”。粉体技术(也叫粉体工程、颗粒工程等)则是一门新兴的综合性交叉边缘学科，因其综合性、交叉性的特点，便与环境工程有着密切的关系。粉体工程的研究领域涉及化工、冶金、建材、医药、食品、航空航天等许多部门和学科．自20世纪80年代以来，在我国已经得到了长足的发展，一些新技术、新工艺、新设备不断涌现，从而 也带动了其它技术的发展。 目前，粉体技术在环境工程中的应用包括气固分离、固液分离、颗粒制备与处理等诸多方面，涉及到的具体课题则包括含尘气体的净化、气态污染物的净化、污泥污水的处理、各种工业废渣的处理等。现在我们环境工程系借助粉体技术开展的环保课题有：各种除尘器的研制、废旧橡胶轮胎的处理、废旧印刷线路板的处理、各种粉尘颗粒的发生、纳米材料、气体的净化和污水的处理等方面。新的粉体技术应用于环境工程中必将带来巨大的经济效益和社会效益，例如垃圾(包括工业废渣和生活垃圾等等)的
处理问题，在粉体技术的研究中。对材料的粉碎、分级、造粒等都已经有了较为成熟的技术和工艺，将这些技术和工艺应用于环境方面，不仅变废为宝、为二次资源的综合利用打下了良好的基础，将会给企业带来巨大的经济效益，而且又起到美化环境、净化大气的良好作用，由此而产生了巨大的社会效益。现在比较热门的纳米技术参与到环境保护中米可以导致产品微型化，从而使所需资源减少，达到资源利用的持续化，以实现资源消耗率的“零增长”；同时用纳米技术还可制成非常好的催化剂，其催化效率极高，用于汽车尾气催化净化可使汽油燃烧时不再产生一氧化碳和氮氧化物，使尾气排放无害化。新型的纳米级净水剂具有很强的吸附能力，可将污水中的悬浮物和铁锈、异昧等污染物除去，达到污水处理纯净化。利用纳米技术开发的润滑剂，既能在物体表面形成半永久性的固态膜，产生极好的润滑作用得以大大降低机器设备运转时的噪声，又能延长机器的使用寿命，达到噪声控制的有效化。 其几种常见的应用如下： 一、纳米粉体 高性能的纳米粉体材料具有其多种奇特和优良的功能特性，在国外最先应用于军事领域，随后逐渐向民用领域发展，在军事、能源、化学化工、敏感材料、光电、环保食品和生物医药等国民经济的各个领域有着十分广阔的应用前景，在人们的日用生活制