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新型油田固井材料研究
由材料科学与工程学院姚晓教授主持承担的国家“863”计划项目——“油田固井用水泥基多功能复合材料”,在油田固井用水泥基多功能复合材料的制备技术、生产工艺、过程控制方法和应用技术方面取得了突破性的创新成果,所开发的油井水泥晶体膨胀剂(发明专利申请号:200510094587.8)和油井水泥防漏增韧剂(发明专利申请号:200510094588.2),拥有自主知识产权。产品具有晶体双膨胀、增韧、低滤失和防漏等多种功能,可提高油气井的防窜能力和水泥环的抗裂性能,整体技术处于国际领先水平。研究成果打破了国内油田固井材料的传统观念和产品格局,成为油田固井材料的更新换代产品,成功地在大庆、胜利、大港、中原、吉林、长庆、江苏、青海、河南、吐哈、玉门、华北、冀东、塔里木和延长油矿等十多个油田的近600口天然气井、地质勘探井、调整井、水平井、小间隙侧钻井、欠平衡井和开发井等不同类型的油气井中得到推广应用,解决了老油田调整井和国家发改委“十五”重点建设项目(西气东输)青海涩北气田(西气东输气源区)长期存在的固井窜、漏技术难题,固井质量显著提高,有效地减少了油气资源散失,延长了油气井开发寿命,提高了油气资源利用率。为油田创造直接经济效益2000多万元,间接经济效益5亿多元,其经济效益和社会效益显著。
南京工业大学 2021-04-13
新型硼基锂电负极材料
首先设计合成了 Fe2B 间隙化合物,其中包含一维硼链结构和高导电的 Fe 主体网络,该化合物表现出与纯硼截然不同的电化学性质, 1400 次循环后基于 B 计算的容量可达 10700 mA h/g 。高导电的 Fe 基质和高分散的一维硼链结构首先激活了部分 B 的储锂潜能,并且在循环反应过程中 Fe 基质不断将硼链分散成单原子,从而实现了更高效的储能。然而,由于间隙化合物中 B 的质量含量过低,材料整体容量不符合实际需求。研究者随后通过热力学计算发现 B2O3 与锂发生电化学反应的标准吉布斯自由能变仅为 -489 kJ/mol ,即发生该反应的逆反应发生仅需克服 489 kJ/mol ,远小于可逆负极材料 Fe2O3 和 SnO2 。
北京大学 2021-04-11
新型高电压纳米正极材料
实现了锂离子二次电池高电压、高比容量、快速充放电和长寿命的效果。产品拥有成本低、优良的一致性、优异的安全性、可快速充放电、高电压(4.1 V)、高容量等特点,主要应用于电动汽车电池、储能用动力电池等,具有广阔的市场前景。
南京大学 2021-04-14
新型节能装饰软瓷材料
软瓷是一种新型建筑节能装饰材料,具有轻、薄、柔、阻燃、抗老化等特点,能够弯曲自如,任意造型,逼真表现木、皮、石、砖、布、金属等装饰材料的纹理和色泽,且生产工艺绿色环保,特别适用于建筑内、外墙饰面工程,旧城改造,外墙保温体系的饰面层以及弧形墙、拱形柱等异形建筑的饰面工程。技术特点: (1)利用无机粉表面改性技术,表面接枝有机反应基团,提高了与有机物的相容性 (2
南京大学 2021-04-14
新型半导体异质结材料
上海科技大学物质科学与技术学院教授于奕课题组与美国普渡大学研究团队合作,在新型半导体异质结研究中取得重要进展,首次成功制备并表征了二维卤化物钙钛矿横向外延异质结。相关研究成果日前在线发表于《自然》。半导体异质结精准制备是半导体器件的起点,是现代电子学和光电子学的重要基石。卤化物钙钛矿材料作为一类近年来引起广泛关注的新兴半导体,在太阳能电池、发光二极管、激光等领域展示出巨大的应用前景。在构建卤化物钙钛矿半导体异质结的道路上,有两个科学难题一直未得到解决。一方面,该材料易发生离子扩散,难以获得高质量的原子级平整的异质界面;另一方面,卤化物钙钛矿对空气、水分、电子束辐照等因素十分敏感,其微观结构解析特别是原子结构成像困难重重。缺乏原子结构信息的指导,材料的精准构筑与性能设计难以开展。于奕课题组与合作团队在这两个前沿难题的解决上取得了突破。研究人员在材料制备过程中引入刚性有机配体来抑制离子扩散,成功制备了二维有机—无机杂化卤化物钙钛矿横向异质结;发展了低剂量像差校正电子显微技术,首次揭示了二维横向异质结的界面原子结构,直接证实获得了原子级平整界面。同时,于奕团队找到了一种优化的低剂量成像方法,首次实现了辐照敏感的二维横向异质结原子结构解析。这一突破提供了界面原子结构、缺陷构型以及晶格应变等准确信息,为这类新型半导体异质结的微观结构设计提供了直观的指导。在这些研究发现的基础上,研究团队进一步合作,展示了新型异质结原型器件中的整流效应,验证了这类新型半导体走向应用的前景。相关论文信息:https://doi.org/10.1038/s41586-020-2219-7
上海科技大学 2021-04-11
新型纳米金属合金材料
价格低廉、无毒、环境友好的金属锡(Sn)与铋(Bi)在能源转化和存储等领域有着广泛应用。然而,由于Sn与Bi的晶格失配大(>22%)、易相分离和氧化、以及二者之间相容性低于2 at%,使得纯相Sn1-xBix合金材料的制备及其物化性质的研究成果较少被报道。
南方科技大学 2021-04-14
新型建筑节能软瓷材料及产业化技术
"软瓷采用天然粘土、无机矿物、城建废渣等为主要原料,通过塑化改性赋予粘土极强的可塑性,然后经过成型、熟化等工艺制作而成。 软瓷能够弯曲自如,任意造型,逼真表现木、皮、石、砖、布、金属等装饰材料的纹理和色泽,且生产工艺绿色环保,特别适用于建筑内、外墙饰面工程,旧城改造,外墙保温体系的饰面层以及弧形墙、拱形柱等异形建筑的饰面工程。"
南京大学 2021-04-10
新型双免建筑垃圾复合保温墙体材料生产技术
本技术以建筑垃圾作为骨料,工业废碴作副材料,聚苯乙烯泡沫塑料作为保温材料,加入少量外加剂,经搅拌、成型和自然养护生产一种新型建筑垃圾复合保温墙体材料。
西安交通大学 2021-04-11
酸催化生产生物质炭技术简介
人类在发展过程中目前面临能源危机和环境污染双重压力。在能源消费方面,目前世界能源消耗91%的是一次性矿物燃料能源,但矿物燃料是有限的,不可能成为人类的永久性能源。因此寻找可替代化石能源的新能源是人类可持续发展的必由之路。 据估计,全世界每年由光合作用而固定的碳达2×1011 吨,含能量达3×1018 千焦,可开发的能源约相当于全世界每年耗能量的10 倍;生成的可利用干生物质约为1700 亿吨,而目前将其作为能源来利用的仅为13 亿吨,约占其总产量的0.76%,生物质资源开发利用潜力巨大。据测算,我国拥有的生物质能资源为50 亿吨左右,是我国目前总能耗的4 倍左右[5]。生物质资源虽然丰富,但由于保存和转化的技术落后导致生物质资源浪费严重,如秸秆等农业废弃物在田间焚烧,林业产品加工产生的木屑、锯末等被直接丢弃,食品加工的壳、皮等被当作垃圾填埋,这不仅污染了环境,还造成了生物质资源的巨大浪费 利用生物质制备炭材料,在能源领域利用可以直接作为燃料使用,可以避免生物质原料本身能量密度低、体积庞大难于运输等弊端,同时相对于燃煤可以减少硫排放,从而减少对环境的污染,但目前制造成本高,只有在特定的场合才使用,目前生物质炭在能源方面主要作为高端的燃料电池正极材料。另一方面生物质炭本身的多孔性致使它具有巨大的比表面积、发达的孔隙结构以及较好的化学稳定性和机械强度,在环保领域对重金属良好的吸附性能,因此对重金属废水处理及土壤恢复与改良具有巨大的应用潜力[8-14]。 由于传统工艺制造活性炭成本高,因此限制了其应用范围。如何最大限度降低制造成本是科研工作必须努力的方向。 生物质炭的制备方法主要分为:热分解法,微波炭化法,水热炭化法。热分解炭化法是目前制备生物质炭的主要方法,热分解制备生物质炭是在隔绝空气条件下生物质的高温裂解成炭,一般需要炭化与活化两个过程且二者可分步或同步进行。首先炭化过程是在300 –1000 0C下使生物质中分子链中C-O、C-C键断裂成炭,随着温度的升高, 生物质炭的产量降低, 含碳量逐渐增加。活化的目的是利用气体或化学物质改变炭化料的内部结构, 扩大孔体积, 增加活性炭的吸附性能。物理活化采用如水蒸气、空气、CO2进行活化;化学活化则采用化学物质如NaOH,ZnCl2,KOH, K2CO3等在600~11000C下活化,得到活性生物质炭产品。热分解法的缺点在于反应时间长,反应耗能大,传热效率低和反应原料加热不均匀等。微波炭化法则是通过被加热体内部偶极分子的高频往复运动,使分子间相互碰撞产生大量摩擦热量,继而使物料内外部同时快速均匀升温从而达到裂解及炭化的目的。微波加热具有操作简单、升温速率快、反应效率高、可选择性均匀加热等优点。生物质通过微波炭化处理其活性炭得率较高(一般达到40%左右)且表面积大。但微波炭化的不足在于物料的反应温度不能精确控制,过量的微波辐射将对人体健康有损害且工业化放大过程比较困难。水热炭化法是在一定温度(一般200 ℃)和压强(下将水热反应釜内的生物质( 碳水化合物、有机分子和废弃生物质等) 、催化剂和水进行加热,实现对生物质炭化的过程。水热炭化一般制得的生物质表面积小一般500m2/g以下,同时反应时间长,因此生产成本较高。 总之制备生物质炭材料具有丰富的原料来源,同时在能源及环境方面具有广阔的应用前景,尤其在重金属污染治理及土壤恢复及改良前景更为广阔。但目前生物质转化为炭流程长,分解温度高,造成生产成本高而致使生物质的利用率低。如何更高效、成本更低廉实现生物质的炭转化,无论对于人类能源结构优化及环境保护均有十分重要的现实意义。 本项目提出了一种酸催化裂解炭化生物质原料的方法,采用酸催化直接将生物质分解及炭化,并在低温下(2000C左右)加速炭化及活化(6000C以下) 过程,吸收炭化及活化过程蒸发的酸及液态有机物,酸进行循环利用,实现生物质炭材料绿色制备。由此可以制备出生物质炭材料比表面在1000m2/g以上,得率达到50%以上,从而降低生物质炭的制造成本,拓宽其应用范围。二.技术路线酸催化生产技术路线见下图,生物质粉碎后,采用一定酸浸湿润,干燥后进行炭化及活化,控制在4000C下炭化完全冷却,炭化活化过程进行酸回收并返回使用,炭化完全后冷却,加粘结剂压块便得到生物质炭。  图1 酸催化制备生物质炭工艺流程三.技术开发内容及指标技术开发内容生物质原料的筛选及酸种类的筛选温度、时间工艺参数的优化;粘结剂的选择与添加工艺确定日处理1吨中试放大设备选择与设计;技术指标生物质炭得率大于50%;生物质炭的碳含量高于80%;生物质炭燃烧后的灰分小于5%;生物质炭材料比表面在1000m2/g以上。四.经济效益初步分析生物质炭售价按3000元/吨计算,原材料及处理成本约1500元/吨;按年生产1万吨计算,年效益为=(3000-1500)x10000=1500万元。 本项目作为生物质炭新工艺相对于传统工艺,大幅度提高了生物质炭的转化效率及降低了生产成本,因此经济效益非常显著,如果作为活性炭使用效益更加显著。同时具有很好的推广前景。
清华大学 2021-04-13
新型铼功能材料在清洁能源生产中的应用技术
采用萃取及氧化/萃取工艺装置处理某石化公司催化裂化汽油,使其硫含量达欧 V 排放标准,同时提高燃油收率;优化功能材料的合成方法,降低成本,便于工业化应用;合成新的功能化的离子液体,提高萃取选择性,达到深度脱硫标准;将离子液体萃取与氧化技术耦合,研究氧化/萃取脱硫技术难点,如选择合适的氧化剂、制备高效的催化剂等;优化离子液体的回收再利用,减少废液的产生,进一步探索离子液体循环利用的新方法;完善工业化应用所必须的各种基础数据。克服传统加氢脱硫体系存在的温度高、压力大、副产品多等弊端,实现常温常压油品深度脱硫,催化剂循环利用。克服传统加氢脱硫体系存在的温度高、压力大、副产品多等弊端,实现常温常压油品深度脱硫等技术手段。
辽宁大学 2021-04-11
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