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2022年, 第32卷, 第12期 刊出日期:2022-12-25
  

  • 全选
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    Materials Science and Engineering
  • 黄亮,李昌民,李成林,惠松骁,于洋,赵明杰,郭士琦,李建军
    中国有色金属学报(英文版). 2022, 32(12): 3835-3859.
    https://doi.org/10.1016/S1003-6326(22)66062-X
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    高强度β钛合金广泛应用于航空领域的大型承重部件。目前,大型零件一般采用模锻成型。不同的初始显微组织和变形工艺参数会显著影响流动行为。为了实现显微组织的精确控制,研究人员进行了大量的研究工作去分析热压缩过程中的组织演变和变形机制。本文重点综述高强度β钛合金在热变形过程中的组织演变,包括单相区的动态再结晶和动态回复,以及两相区中α相的动态演变。此外,总结热加工图中的最佳热加工区域、不稳定区域以及功率耗散效率与变形机制之间的关系。最后,强调利用热加工图优化工艺参数存在的问题和发展方向。
  • 罗思伟,吴悦,陈彪,宋旼,易健宏,郭柏松,王启伟,杨勇,李卫,于振涛
    中国有色金属学报(英文版). 2022, 32(12): 3860-3872.
    https://doi.org/10.1016/S1003-6326(22)66063-1
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    通过热压烧结和热轧制备碳纳米管(CNTs)增强的Al-Cu基复合材料,系统研究Cu含量对Al与CNTs的界面反应、含Cu沉淀物的析出行为及相应复合材料力学性能的影响。研究表明,提高Cu含量不仅能使复合材料制备过程中含Cu析出相的数量和尺寸增加,而且能促进CNTs与Al基体之间的界面反应,加剧CNTs转化为Al4C3。由于含有1% Cu(质量分数)的复合材料保持CNTs的原始结构,因此,它在所有复合材料中具有最高的强度、弹性模量和硬度。此外,增加Cu含量还能改变影响复合材料强度的主要强化机制。
  • 刘如学,李凯,周国伟,唐伟琴,沈耀,唐鼎,李大永
    中国有色金属学报(英文版). 2022, 32(12): 3873-3886.
    https://doi.org/10.1016/S1003-6326(22)66064-3
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    提出一种预测变形铝合金在退火过程中应变诱导晶粒异常长大行为的介观耦合建模方法。基于晶体塑性有限元法(CPFE)计算塑性变形中的位错密度和变形储能分布;以储能和局部界面曲率为晶界迁移驱动力,建立基于连续场法的改进相场(PF)模型,并采用插值法将CPFE计算结果向PF模型进行映射,实现CPFE-PF的耦合模拟。采用理想双晶组织模拟初步校准PF模型,然后将该CPFE-PF耦合模型应用于变形AA3102铝合金退火过程的多晶组织演化模拟,进一步验证模型有效性。结果表明,退火时变形基体中的低储能形核点优先长大;而当变形量在临界塑性应变附近时,由于结晶形核数量的有限性和储能分布的不均匀性,将产生晶粒异常长大现象。
  • 文锋,陈继强,韩双,周子翔,钟世标,张迎晖,李卫荣,管仁国,
    中国有色金属学报(英文版). 2022, 32(12): 3887-3900.
    https://doi.org/10.1016/S1003-6326(22)66065-5
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    通过扫描电子显微镜、透射电子显微镜、光学显微镜、剥落腐蚀溶液浸泡实验和电化学测试研究晶体取向和析出相对Al-Cu-Li单晶腐蚀行为的影响。结果表明,时效态Al-Cu-Li合金不同取向的腐蚀速率按(001) < (101) < (111)的顺序增加,与淬火态合金的腐蚀速率按(111) < (001) < (101)的顺序增加明显不同。T1相的析出恶化了Al-Cu-Li合金的耐蚀性,且不同晶面取向的恶化程度不同。时效态合金的严重局部腐蚀沿着晶体学方向扩展,并以腐蚀带的形式沿{111}Al面扩展。
  • 李乾坤,闫宏,陈荣石,
    中国有色金属学报(英文版). 2022, 32(12): 3901-3913.
    https://doi.org/10.1016/S1003-6326(22)66066-7
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    研究最后一道次压下量对铸态WE43镁合金在480 ℃直接热轧过程中位错滑移和孪生行为的影响。结果表明,在480 ℃轧制时柱面áa?滑移始终是主要的滑移模式。另外,不同压下量下激活的孪生类型不同。较小的压下量(2%)下激活的主要是 拉伸孪生, 而在较大的压下量 (12% 和20%)下激活的主要是 压缩孪生和 - 二次孪生。Schmid 因子计算表明, 孪晶变体选择遵循Schmid 定律,而 孪晶变体选择不遵循Schmid 定律。即使单道次压下量达到20%也几乎没有发现动态再结晶晶粒,这可能是因为没有达到动态再结晶所需要的变形量。
  • 徐林,王佳豪,巫瑞智,张春波,武华杰,侯乐干,张景怀
    中国有色金属学报(英文版). 2022, 32(12): 3914-3925.
    https://doi.org/10.1016/S1003-6326(22)66067-9
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    采用电泳沉积技术、搅拌摩擦加工和冷轧工艺制备多壁碳纳米管增强Mg-14Li-1Al复合材料(MWCNTs/ Mg-14Li-1Al),研究复合材料的显微组织和力学性能。结果表明,该复合材料的显微硬度可达HV 84.4,比铸态基体合金(HV 44.1)提高了91.38%;其屈服强度和极限抗拉强度分别为259 MPa和313 MPa,分别比铸态基体合金提高了135.45%和115.86%,比强度高达221.98 kN·m/kg。MWCNTs在搅拌摩擦加工和冷轧过程中作为形核颗粒,引起动态再结晶和晶粒细化。此外,MWCNTs的加入可以阻碍位错运动和传递基体载荷,从而提高合金的强度。
  • 李峰,孙翔,宋亮,M.BobbyKANNAN,张芬,崔蓝月,邹玉红,李硕琦,刘成宝,曾荣昌,
    中国有色金属学报(英文版). 2022, 32(12): 3926-3949.
    https://doi.org/10.1016/S1003-6326(22)66068-0
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    研究金属间合物Al-Mn颗粒对AZ31镁合金原位形成的Mg-Al水滑石(Mg-Al-CO32--LDH)蒸气涂层腐蚀行为的影响。该合金用H3PO4、HCl、HNO3或柠檬酸(CA)进行预处理,然后进行水热处理制备Mg-Al-LDH涂层。研究涂层样品的显微组织、组成和耐腐蚀性。结果表明,经CA预处理后,合金表面暴露的Al-Mn相的表面积分数显著增加,促进Mg-Al-LDH蒸气涂层的生长。此外,经CA预处理后的合金上LDH涂层在所有涂层中表面最致密、涂层厚度最大。与裸合金相比,含有涂层样品的腐蚀电流密度降低3个数量级。
  • 李涛,冷中军,王西涛,王世芳,张素卿,杨院生,周吉学
    中国有色金属学报(英文版). 2022, 32(12): 3950-3962.
    https://doi.org/10.1016/S1003-6326(22)66069-2
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    为了赋予镁合金微弧氧化(MAO)涂层以导电特性,对MAO涂层进行化学镀铜处理。通过测试镀层的显微组织、耐蚀性和导电性,研究镀覆温度和络合剂浓度对化学镀铜层性能的影响。结果表明,最优镀覆温度为 60 ℃,最佳络合剂浓度为30 g/L。在此条件下,可获得完整、致密的镀层。分析镀层在镁合金MAO涂层上的形成机制,提出镀覆过程的三阶段模型。镀后试样的表面方阻在经历第三阶段后降低至0.03 W/。通过化学镀铜,MAO样品在未明显降低耐蚀性的同时获得了良好的导电性。
  • 林浩钦,零锦凤,陈伟民,王瑶,吴晓科,张利军
    中国有色金属学报(英文版). 2022, 32(12): 3963-3972.
    https://doi.org/10.1016/S1003-6326(22)66070-9
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    结合纳米压痕和扩散偶方法对Ti-Ta-Fe合金富Ti端的力学性能和扩散性能开展高通量研究。通过在1273 K固溶退火25 h制备5组三元Ti-Ta-Fe扩散偶。借助纳米压痕和电子探针等技术确定Ti-Ta-Fe体系体心立方相随成分变化的力学性能。利用实用高效数值回归方法从三元扩散偶的成分梯度中获取1273 K温度下的互扩散系数。基于以上实验结果构建一套Ti-Ta-Fe合金随成分变化的力学和扩散性能数据库。该数据库可用于钛合金热加工过程中的加工变形性能分析。结果表明,控制Fe含量可提高钛合金的硬度和降低杨氏模量。
  • 高 强,张来启,乔 祎,林均品
    中国有色金属学报(英文版). 2022, 32(12): 3973-3984.
    https://doi.org/10.1016/S1003-6326(22)66071-0
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    采用放电等离子烧结技术,以纯钛为中间层,对高铌 β-γ TiAl合金(HNBG)进行扩散连接,对接头的显微组织演变、生长动力学和力学性能进行研究。接头包括三个扩散区,分别是I区形成β/B2相,II区形成α2相,III区形成β-Ti相和α-Ti相。β/B2相的厚度、α2相的平均晶粒尺寸和β-Ti相的含量随着连接温度或时间的增加而增加。β/B2相和α2相的生长活化能分别为582和253 kJ/mol。在1000 ℃,10 min,10 MPa下接头达到最大剪切强度308 MPa。断裂主要发生在扩散区I和HNBG合金之间以及扩散区I和扩散区II之间的界面上。HNBG合金接头的断裂机制为沿着相界的脆性断裂。
  • 程昱琳,冯 恬,吕佳慧,胡攀峰,程英亮
    中国有色金属学报(英文版). 2022, 32(12): 3985-3997.
    https://doi.org/10.1016/S1003-6326(22)66072-2
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    采用等离子电解氧化(PEO)技术对黄铜进行表面处理,研究其在铝酸盐电解液中分别加入NaH2PO4 (S1)和Na2SiO3 (S2)添加剂对涂层形成和耐腐蚀性能的影响。在S1电解液中进行PEO处理的初始阶段,黄铜表面形成AlPO4和Al2O3的混合涂层,导致快速产生等离子体火花放电现象并形成由Al2O3、CuO、Cu2O和ZnO组成的黑色涂层。然而,在S2电解液中,等离子体火花放电行为延迟产生。由于产生较多的Cu2O,S2涂层显示为深红棕色。Mott-Schottky 测试表明,S1涂层为p型半导体;S2涂层具有n型和p型半导体可调性。动电位极化和电化学阻抗谱(EIS)测试表明,PEO处理能显著提高黄铜的耐腐蚀性,腐蚀防护效率可达91.50%,S1涂层电荷转移电阻最大可达59.95 kΩ·cm2
  • 赵晖,孙旭,郝龙,王俭秋,杨景梅
    中国有色金属学报(英文版). 2022, 32(12): 3998-4013.
    https://doi.org/10.1016/S1003-6326(22)66073-4
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    对150 ℃高温时效条件下纯锡焊料表面氧化膜形貌、组成、厚度及耐蚀性的演化行为进行研究。结果表明,高温时效加速焊料表面原有自然氧化膜层中的Sn(OH)4向SnO2转变,同时加速新鲜Sn基体的氧化,从而使纯Sn焊料表面氧化膜厚度和粗糙度随时效时间的延长逐渐增加。然而,表面氧化膜层的耐蚀性随时效时间的延长呈先增强而后减弱的趋势。此外,还对纯Sn焊料表面氧化膜层的成膜机制及膜层演化机制进行讨论。
  • 龚闪闪,陈 明,黄勋鹏,张 帆
    中国有色金属学报(英文版). 2022, 32(12): 4014-4029.
    https://doi.org/10.1016/S1003-6326(22)66074-6
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    研究RE2Zr2O7-RETaO4体系中富稀土RE50TaxZr50-xO175+0.5x氧化物在1300 ℃下抗钙镁铝硅酸盐(CMAS)腐蚀特征,并讨论RE3+和Ta5+离子对CMAS熔体腐蚀化学反应和反应结晶的影响。结果表明,伴随着热化学反应,磷灰石、烧绿石、再沉淀的萤石和过剩的Yb(Y)TaO4相是主要的反应产物。磷灰石相和烧绿石相的形成能力与稀土离子半径成正比。Ta5+含量的增加能减少形成磷灰石相的稀土原子的有效数目。此外,RE50TaxZr50-xO175+0.5x热障涂层氧化物的抗CMAS腐蚀能力由磷灰石相和烧绿石相共同决定。紧密混合的磷灰石和烧绿石相在腐蚀反应的前端产生致密的反应层,该结构能够抑制CMAS的继续渗透。萤石和RETaO4的两相组织能够有效地阻碍CMAS的腐蚀。
  • 张全才,万 红,龚瑾瑜
    中国有色金属学报(英文版). 2022, 32(12): 4030-4040.
    https://doi.org/10.1016/S1003-6326(22)66075-8
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    以金属盐为活性剂,采用化学气相渗透法在石墨基体表面原位制备TiC、ZrC和TaC改性层。以TiC改性层为例,通过热力学计算与实验,分析原料(Ti/K2TiF6)的热分解过程,确定TiC的形成机理,并对TiC改性层的分布进行调制。结果表明,活性剂K2TiF6比NH4Cl具有更高的分解温度,有利于提高气体渗入过程中原料的使用率。增加Ti粉含量能提高反应气体的浓度,有助于TiC改性层的形成。当Ti与K2TiF6的摩尔比为3:1时,TiC表面层厚度和渗入深度为分别为5.42和136.24 μm。升高反应温度能提高原位反应速率,有助于TiC表面层厚度的增加;当实验温度升高至1600 ℃时,TiC表面层厚度增加至20.27 μm。
  • 何汉兵,刘真,彭超群,刘军,王小锋,曾婧
    中国有色金属学报(英文版). 2022, 32(12): 4041-4049.
    https://doi.org/10.1016/S1003-6326(22)66076-X
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    采用两步水热合成法将垂直的二硫化钼(MoS2)纳米片可控地负载于石墨烯表面形成纳米花。二硫化钼纳米片和石墨烯形成紧密结合的垂直交互网络结构,使电极具有高的机械完整性和循环稳定性。所得MoS2/石墨烯纳米花阳极在1000 mA/g电流密度下稳定循环700次后,仍具有901.8 mA·h/g的超高比容量,且从第二次循环开始,相应的容量保持率为98.9%。
  • 段然,李业军,王舒,仝永刚,Horst-GünterRUBAHN,张固非,齐卫宏
    中国有色金属学报(英文版). 2022, 32(12): 4050-4061.
    https://doi.org/10.1016/S1003-6326(22)66077-1
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    通过共沉积法和电化学激活法在泡沫镍网上生长制备镍/铁羟基氢氧化物纳米片。研究发现,不同磷酸盐前驱体(Na3PO4、Na2HPO4和NaH2PO4)对最终催化剂的形貌及析氧反应活性有不同的影响。使用Na2HPO4制备的镍/铁羟基氢氧氯化物纳米片在1 mol/L KOH溶液中电流密度达到50 mA/cm2时所需过电位为205 mV,Tafel斜率低至30 mV/dec,并可以在后续稳定性测试中保持稳定20 h。
  • Mining, Minerals Processing and Metallurgical Engineering
  • 王振兴,余云军,叶田田,费讲驰,宋心语,彭建伟,周耀渝,吴鸿华
    中国有色金属学报(英文版). 2022, 32(12): 4062-4075.
    https://doi.org/10.1016/S1003-6326(22)66078-3
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    关于金属/类金属污染事件长期影响的信息有限。本文分析中国西南方可达矿区的元素分布特征和定量化,该矿区是世界上人口较多的矿区之一,能够对元素污染进行人类健康和生态风险评估。污染程度结果表明,大湖塘附近的土壤和沉积物污染程度较高。儿童在地表水和土壤中的健康风险分别是成年人的2.5倍和7.1倍。此外,铊和砷分别是地表水和土壤的主要健康风险贡献者,而砷在土壤和沉积物中构成的生态风险最高。这些结果表明,有毒金属/类金属对居民健康和环境具有潜在影响。因此,未来需要对该环境挑战给予更多的科学关注和适当的 管理。
  • 卢宇熙,王 帅,曹占芳,马 鑫,钟 宏
    中国有色金属学报(英文版). 2022, 32(12): 4076-4087.
    https://doi.org/10.1016/S1003-6326(22)66079-5
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    研究不同取代基的肟类化合物(R1R2C=NOH,其中R1/R2为烷基)的结构与其相应浮选性能之间的关系。密度泛函理论(DFT)计算结果表明,在R1位置引入苯基可以提高捕收剂分子的酸性,而引入庚基可以有效地提高其疏水性,有利于强化范德华相互作用。同时,在R2位置引入的氨基可以提供阳离子位点,并与矿物的负电荷表面相互作用,而引入的羟基可以提供与金属离子形成稳定螯合物的额外作用位点。根据构效关系进行结构优化,筛选得到3种高效捕收剂。这3种捕收剂都具有优异的浮选分离性能,证明本文作者对肟类化合物进行结构改性的有效性。
  • 徐艳玲,黄凯华,李洪强,黄伟,刘诚,杨思原,
    中国有色金属学报(英文版). 2022, 32(12): 4088-4098.
    https://doi.org/10.1016/S1003-6326(22)66080-1
    摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏
    采用捕收剂苯乙烯膦酸酯(SPE)提高钛铁矿浮选效率,揭示相关作用机理并建立吸附模型。单矿物浮选试验结果表明,SPE在钛铁矿浮选中表现出比传统苯乙烯膦酸(SPA)更强的捕收能力。Zeta电位测定结果显示,SPE和SPA都能使钛铁矿的Zeta电位负向移动,而SPE的作用效果比SPA更加明显,表明SPE在钛铁矿表面的吸附更强。X射线光电子能谱分析证实了SPA和SPE在钛铁矿的Fe/Ti位点上的化学吸附作用。前沿轨道理论分析结果表明,SPE的化学活性比SPA的高。局部态密度分析结果表明,两种捕收剂的PO—H基团可与钛铁矿的Ti/Fe原子相互作用,从而在钛铁矿表面生成一个稳定的四元环。捕收剂与(104)钛铁矿表面的结合模型显示,SPE的吸附能量高于SPA的。综上所述,SPE对钛铁矿浮选的捕收能力和作用效果均优于SPA的,具有在工业上替代SPA的潜力。
  • 孟晓宇,赵红波,张伊升,王帅,顾帼华,邱冠周
    中国有色金属学报(英文版). 2022, 32(12): 4099-4112.
    https://doi.org/10.1016/S1003-6326(22)66081-3
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    通过实验和密度泛函理论(DFT)模拟计算研究铜离子存在下铁闪锌矿的溶解机制。浸出实验结果表明,铜离子在高温条件下(高于55 ℃)加速铁闪锌矿的溶解,但在低温条件下(低于45 ℃)抑制其溶解。导致该现象的原因可能是铜离子与铁闪锌矿间的反应机制随反应温度的升高从表面吸附反应转变为体相取代反应。体相取代反应使铁闪锌矿晶格中更多的锌原子被释放,并且取代反应产物,增强铁闪锌矿表面的电化学反应活性;然而,低温条件下铜离子的吸附会使铁闪锌矿表面钝化,从而阻碍电化学反应的进行。DFT模拟计算表明,高温条件下取代反应的反应能比表面吸附反应能更负,进一步验证了所提出的反应机制。
  • 王松松,王亲猛,郭学益,田庆华,曲胜利,王智,黄明星,
    中国有色金属学报(英文版). 2022, 32(12): 4113-4128.
    https://doi.org/10.1016/S1003-6326(22)66082-5
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    研究铜冶炼过程Sb的反应机理,分析Sb在4种典型铜冶炼工艺中多相分配差异。建立富氧底吹铜冶炼工艺的多相平衡模型,研究原料中Cu、S和Sb含量对Sb多相分配比的影响。同时, 应用该模型研究铜锍品位、富氧浓度、熔炼温度和氧矿比(标准状态下氧气流量与精矿加料速率之比)等工艺参数对Sb分配行为的影响。结果 表明,计算数据与实际生产结果和文献数据吻合良好。提高精矿中Cu含量、降低S和Sb含量,提高铜锍品位、富氧浓度和氧矿比,同时适当降低冶炼温度,有利于Sb向炉渣中定向富集。模拟结果可为复杂资源清洁高效处理及伴生元素综合回收提供理论指导。
  • 韩雯雯,杨洪英,佟琳琳,
    中国有色金属学报(英文版). 2022, 32(12): 4129-4138.
    https://doi.org/10.1016/S1003-6326(22)66083-7
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    黄金氰渣中含有大量高毒性氰化物,为保护环境必须对其进行脱氰处理。首先对氰渣的工艺矿物学进 行研究,然后使用三种化学氧化法进行脱氰处理。研究发现,该氰渣中主要含有元素Si,S和Fe。黄铁矿是渣中主要的金属矿物,其产生的铁络合氰化物给脱氰过程造成困难。氰渣中矿物粒度超细,单体解离度高。在H2O2氧化过程中,自分解和副反应导致H2O2大量消耗。在Na2S2O5-空气氧化过程中,由于Na2S2O5与O2发生反应,因此整个脱氰过程耗时较长。Na2SO3氧化法是一种无充气装置的脱氰新方法。当pH为9.0,Na2SO3添加量为 2.0 g/L,反应90 min后尾渣中氰化物含量降至国家标准水平。
  • 王庆伟,颜学磊,马梅娟,李本盛,李宗润,李青竹,
    中国有色金属学报(英文版). 2022, 32(12): 4139-4155.
    https://doi.org/10.1016/S1003-6326(22)66084-9
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    亚砷酸盐(As(III))和砷酸盐(As(V))是天然水中砷的主要存在形态,其中As(III)由于其高毒性和高迁移率,对人类和环境的危害远大于As(V)。因此,将As(III)预氧化为As(V)被认为是降低砷毒性、提高砷去除率的有效手段。由于铁基功能材料具有较高的催化活性和砷亲和力,在非均相类芬顿体系中可以快速将As(III)氧化为As(V),然后通过吸附和表面共沉淀将As(V)从水中去除。本文综述零价铁和铁(羟基)氧化物等不同铁基功能材料对砷去除的影响,以进一步阐明非均相芬顿法中As(III)的催化氧化及去除机理。最后,本文还展望了应用于As(III)氧化的铁基功能材料目前面临的主要挑战和机遇。
  • 杜明翰,杨虹,付翁,胡燕玲,陶欢,范家喜,刘营,陈宇凡,迪莉娜尔,刘晓箐
    中国有色金属学报(英文版). 2022, 32(12): 4156-4170.
    https://doi.org/10.1016/S1003-6326(22)66085-0
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    采用溶剂热法和溶胶–凝胶法制备磁性介孔As(III)吸附剂Fe3O4@SiO2@Ce-ZrO2。该核壳结构材料具有高比表面积(168.2 m2/g)和快速磁分离性能(5.37 A·m2/kg)。与Fe3O4@SiO2@ZrO2相比,Ce掺杂样品的As(III)平衡吸附量提高12%-23%(pH 3-11),这主要归因于双金属M—O—As配合物的形成。共存的 和 会削弱As(III)的吸附,Ca2+对除As(III)有积极作用,而Cl-和 的影响很小。在初始As(III)浓度5 mg/L、313 K和pH中性条件下,As(III)最大吸附容量可达24.52 mg/g。准二级模型对As(III)吸附动力学数据的拟合效果良好。此外,吸附剂再生性好。研究结果表明,Fe3O4@SiO2@Ce-ZrO2适于含As(III)废水的深度处理,具有良好的应用前景。