硒是动植物及人体生长必需的十五种微量元素之一, 具有清除体内自由基、 抗氧化、 增强免疫力等功能, 但其安全剂量的范围却很窄。 利用扫描电子显微镜（SEM）和X射线衍射仪（XRD）对湿法球磨制备的硫铁矿形貌进行了表征。 SEM观测发现加乙醇助磨后的硫铁矿为粒径大小较均匀的球形颗粒团聚体, 粒径范围在17～200 nm之间, 平均粒径138 nm。 XRD衍射图谱中的特征峰与FeS2衍射图谱中各峰位置基本一致, 因此判定硫铁矿中主要化学组分为FeS2, 且图谱中基本没有杂峰, 表明制备过程中并未混入杂质, 样品纯度较高。 实验结果表明, 该法制备的硫铁矿具有颗粒粒径小、 比表面积大、 反应活性高等优点。 研究中利用X射线光电子能谱仪（XPS）对硫铁矿去除水体中SeO2-3的机理进行了研究。 研究结果表明, （1）在较为广泛的实验pH范围（pH 2.2～11.5）, 硫铁矿均能有效去除水体中SeO2-3, 去除效率（除pH值7.8以外）均达到90%以上; （2）硫铁矿与SeO2-3发生反应后, 其主要组成元素的XPS特征峰结合能有所减小, 表明硫铁矿表面发生了一定化学变化; （3）酸碱环境下硫铁矿去除SeO2-3的机理不完全相同, 酸性环境下, 硫铁矿对SeO2-3的去除是单纯的氧化还原过程, 即硫铁矿中被酸活化的S2-2将SeO2-3还原为单质Se(0), 并且酸性越强, SeO2-3去除效果越好; 碱性环境下, SeO2-3的去除过程中氧化还原与络合反应并存, 硫铁矿表面有络合态Fe(OH)SeO3和单质Se(0)两种存在形态, 且碱性越强, 络合态Fe(OH)SeO3含量越高。 以上研究结果为硫铁矿去除固定水体和土壤中以SeO2-3为代表的可变价金属阴离子提供重要理论依据和应用基础。

高温硫化硅橡胶具有优良的电气性能、 机械性能、 憎水性而广泛应用于特高压输电线路, 但亦会受外界环境的影响而老化, 其抗紫外老化性能受到关注。 课题组模拟户外紫外辐射环境, 设计搭建了可调式紫外辐射加速老化试验箱, 对A、 B两个厂家的高温硫化硅橡胶样品进行了紫外辐射(0, 500和1 000 h)加速老化实验, 重点对辐射前后的试样进行X射线光电子能谱全谱扫描和窄区谱分析、 确定元素化学位移及相对含量, 分析紫外辐射对高温硫化硅橡胶表面化学态的影响, 进而判断紫外辐射加速高温硫化硅橡胶老化机制。 结果表明: 高温硫化硅橡胶主要元素为O1S, C1S, Si2p, 其中O1S主要以O—Si—O(532.4 eV)的形式存在, 紫外辐射后, 拟合分峰观察到534 eV的—OH的小峰, 积分面积随辐照时间延长而增加; C1S为C—H, C—C(284.8 eV)或C—O(286.3 eV), 随着辐射时间的延长, C—H和C—C结合能峰积分面积减小, C—O结合能峰的积分面积略微增加; Si2p为Si—C(102.39 eV), 紫外辐射后新增SiOx(x=3～4)结合能峰(103.6 eV)且积分面积随辐射时间延长而增加。 分析认为紫外辐射加速老化的机理是紫外线切断硅橡胶中键能较低的部分Si—C, C—C和C—H键, 裂解后的自由基可相互结合发生交联反应形成SiOx(x=3～4); 辐射产生高活性的臭氧氧化自由基生成—COOH。 XPS技术能够探究高温硫化硅橡胶的表面化学态从而促进其老化机理的研究。

可分散油悬浮剂作为一种环境友好农药剂型, 近年来得到快速发展。 但由于稳定机理研究相对薄弱以及精准、 量化、 微观的表征手段相对缺乏, 使得可分散油悬浮剂产品在生产和贮存的过程中容易出现析油分层、 絮凝、 膏化、 结块等现象。 X射线光电子能谱作为一种重要的表面分析技术, 具有灵敏度高、 制样简单、 样品破坏性小等特点, 常用于固体表面元素定性定量分析及原子价态分析, 适用于分散剂吸附性能及稳定机理研究。 本研究采用X射线光电子能谱、 傅里叶变换红外光谱和扫描电子显微镜相结合的方式, 在油性介质中, 从微观角度研究含多胺基锚固基团油相分散剂在丙炔噁草酮颗粒表面的吸附性能, 为该分散剂在农药可分散油悬浮剂中的应用提供理论依据。 研究结果表明: 丙炔噁草酮吸附多胺基锚固基团油相分散剂后, 丙炔噁草酮界面的Cl, N和O电子峰强度减弱, C电子峰强度增强, 说明该分散剂在丙炔噁草酮表面形成了良好的吸附。 以Cl元素为特征元素计算出该分散剂在丙炔噁草酮表面的吸附层厚度为6.746 nm。 分散剂吸附后, 红外光谱图中没有出现新的吸收峰, 分散剂与丙炔噁草酮之间的吸附是以范德华力为主要结合作用力的物理吸附。 吸附前后样品微观形貌研究表明, 未吸附分散剂的丙炔噁草酮原药颗粒表面较为粗糙, 有晶面的层状结构, 吸附分散剂后, 原药颗粒表面变得较为光滑, 晶面层状结构消失, 说明分散剂在丙炔噁草酮表面形成了包覆, 并通过非极性溶剂化链提供空间位阻, 提高丙炔噁草酮可分散油悬浮剂体系的物理稳定性。

预处理是木质纤维材料高效转化为燃料乙醇的关键步骤之一。 通过预处理可以实现木质素及半纤维素等屏障性组分的大量移除, 增加纤维素酶对纤维素的生产性吸附, 从而有效提高后续的酶水解得率。 泡桐（Paulownia）年产量大、 生长周期短、 加工废料多, 是制备生物能源和其他化学品极具潜力的原料。 为实现泡桐木质生物质原料到生物乙醇的高效转化, 促进泡桐原料的高效酶水解, 故而对原料进行预处理以打破其原有的生物抗性, 降解并脱除酶水解屏障性组分, 暴露并保留更多纤维素组分。 本研究以泡桐作为实验材料, 使用乙酸协同亚硫酸钠对原料进行化学预处理, 分析不同处理方法对原料化学组分及结构特性的影响。 组分分析显示： 预处理后, 样品葡聚糖相对含量均有不同程度增加, 其中碱性亚硫酸钠协同处理泡桐增加最为明显。 数据显示, 碱性亚硫酸钠协同处理具有很好的脱木素作用, 同时可以降解溶出部分木聚糖组分, 因此其葡聚糖相对含量显著增加至67.48%（未处理泡桐的葡聚糖相对含量为46.81%）。 此外, 分别采用FTIR, XRD及XPS等表征方法对所有泡桐样品的理化结构进行分析, 以探究不同预处理对样品结构产生的影响。 FTIR分析表明： 碱性亚硫酸钠协同处理后木质素特征吸收明显减弱, 纤维素特征吸收增强, 表明木质素有一定脱除, 纤维素相对含量有所增加。 XRD分析显示： 预处理后泡桐纤维表面受到破坏, 木质素及半纤维素等无定型物质被部分脱除, 纤维素结晶度均有不同程度增加。 其中, 碱性亚硫酸钠协同处理后纤维素结晶度显著增加至58.98%（未处理材的纤维素结晶度约为40.23%）, 002峰位向右侧偏移, 衍射峰衍射强度明显增强, 峰形变高且尖锐程度增大； XPS分析表明： 碱性亚硫酸钠协同处理后, 样品表面碳水化合物含量增加, 表面木质素含量减少。 所有表征分析均显示碱性亚硫酸钠协同处理对泡桐结构破坏性最大, 木质素降解脱除程度最高, 纤维素保留程度最好, 这有助于增加纤维素酶对纤维素的可及性, 有效提高后续的纤维素酶水解效率, 进而促进泡桐原料到燃料乙醇的高效转化。 结构表征分析结果与化学组分规律保持一致。

以焦炉上升管内壁结焦炭层为研究对象, 采用扫描电子显微镜(SEM)和X射线光电子能谱仪(XPS)研究各结焦炭层的微观形貌、 元素组成及键合状态, 分析结焦炭层织构形成及演化规律。 SEM研究表明, 焦炉上升管内壁各结焦炭层形貌呈现较大的差异性, 1#结焦炭层呈现0.1～1.0 μm颗粒化炭颗粒松散堆叠的多孔结构, 2#和3#结焦炭层呈现粒径为 1.0～3.0 μm 的炭颗粒堆积形貌且致密性有所提高, 4#结焦炭层呈现大量花纹状致密结构。 以上现象可说明结焦炭层的形成过程为: 首先由荒煤气中多环芳烃形成0.1～1.0 μm的颗粒状初级炭层, 颗粒状初级炭层在荒煤气粉尘中金属元素(如Fe)的催化作用下相互反应, 形成更为致密的1.0～3.0 μm的中级炭层结构, 中级炭层在高温条件下进一步形成致密的终级炭层结构。 XPS分析表明, 1#—4#结焦炭层含C量分别为91.78%, 91.95%, 92.74%和94.01%, 含O量分别为5.58%, 5.42%, 4.39%和2.86%, C/O比分别为16.45, 16.96, 21.12和32.87, 说明在炭层结构变化的同时, 炭层中含氧基团在高温及粉尘中金属元素(如Fe)作用下发生脱除反应, 使得炭层中宏观C/O比逐渐升高。 在此基础上, 通过对C元素键合状态分峰发现, 1#—4#结焦炭层中C—C/C—H结构含量分别为80.42%, 78.00%, 75.50%和81.29%, C—O/C—N结构含量分别为10.22%, 11.93%, 13.54%和9.35%, CO/CN结构含量分别为9.36%, 10.07%, 10.96%和9.36%。 O元素键合状态分峰发现, 1#—4#结焦炭层中O结构含量分别为20.40%, 22.21%, 19.93%, 18.36%, —O—结构含量分别为24.60%, 27.80%, 31.35%, 37.82%, O2/H2O结构含量分别为55.00%, 49.99%, 48.72%和43.82%。 以上现象说明结焦炭层上发生如下化学变化: 初级炭层中多孔结构会吸附荒煤气中的氧气(O2)和水分子(H2O)在高温条件下对炭层进行氧化。 脱除反应和氧化反应使得炭层中O元素在微观键合状态发生明显改变, 最终使得炭层中O2/H2O和O结构含量降低, —O—结构含量升高。 以上研究揭示了荒煤气上升管结焦炭层织构形成及演化机制, 为解决焦炉荒煤气上升管内壁结焦问题, 提高换热器效能, 降低焦化企业能耗提供了实验基础和理论依据。

我国中低品位胶磷矿量大、 分布广, 磷矿中杂质种类及含量对于磷石膏结晶及磷酸品质均有较大影响。 以湖北某地区的典型低品位胶磷矿为原料, 采用X射线光电子能谱仪、 扫描电镜、 能谱等方法, 分析了磷矿及反应后磷石膏中的主要杂质种类及含量变化, 并以此推测湿法磷酸过程中杂质的主要变化。 结果表明磷矿中的主要成分是氟磷灰石和石英, 杂质组分占比最高的分别是硅、 铝、 氟、 镁, 其中硅主要以石英和硅酸钙存在, 氟主要存在于氟磷酸钙中, 铝是以不同形式的铝硅酸盐存在的, 而镁则是以MgF2和部分硅酸盐存在。 通过酸解反应, 钙与硫酸根生成磷石膏, 硅元素主要存在于固相石膏中, 而铝、 氟、 镁则大部分进入到液相磷酸中, 其中存在于固相中的硅则基本以石英形式存在, 硅酸钙溶解于酸液中, 铝主要以铝硅磷的化合物存在, 氟则以氟硅化物形式存在, 大部分的MgF2溶解进入液相, 磷石膏中镁主要以镁硅酸盐形式存在。 通过磷矿中杂质存在形式及反应过程的变化研究, 可以更好的明晰酸解过程中的体系变化, 从而为磷石膏结晶过程的考察和控制提供理论基础。