利用金刚石线切割硅废料制备硅纳米材料及其制氢性能研究

来源 :昆明理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:heheaixixi
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
在“双碳”的大背景下,光伏和风电成为优先发展的目标,然而在晶硅太阳能电池片的生产过程中有近40%的太阳能级硅锭(99.9999%)以金刚石线切割硅废料(DSSW)的形式损失掉,造成巨大的资源浪费和环境压力。从硅的性质考虑,硅为可见光响应的半导体,其导带位置比H2/H2O的电位更负,适于光解水制氢。另一方面硅的氢容量比Mg、Al等活泼金属都要高,也是一种有潜力的水解制氢材料。基于此,本文对DSSW的化学水解制氢性能和其纳米化后所得硅纳米材料的光解水制氢性能进行了研究。以此为光伏产业废弃物提供一条潜在的资源化利用途径,也为硅材料制氢提供一定的理论参考。具体的研究内容及结果如下:(1)分析表征了DSSW的特性。DSSW由高结晶度的片状亚微米级硅颗粒组成,具有较高的纯度。主要杂质元素为O和C,除此之外还有微量的Fe、Al和Ni。杂质最初赋存在硅颗粒的表面,而后随着硅颗粒表面的氧化被包裹在氧化层之内。由此确定采用混酸酸浸和高温处理的方法去除杂质。(2)研究了DSSW在碱性溶液中的水解制氢性能。DSSW的准二维结构使其在碱性溶液中具有较高的水解制氢速率。获得的较适宜的DSSW水解制氢条件为:水解温度为298 K,Si/KOH摩尔比为2:3~1:2,搅拌速率为250 rpm,液固比为750 m L g-1,醇水体积比为1:9。动力学研究表明,DSSW在碱性溶液中的水解过程分为快速反应的初始阶段和慢速反应的后期阶段。初期阶段符合化学反应控制模型,界面化学反应为控速步骤。反应后期阶段,OH-1向硅表面的扩散成为控速步骤。DSSW水解制氢的整个过程则符合Avrami-Erofeev模型,计算表观活化能为45.79 k J mol-1。(3)以DSSW为原料,采用精控金属辅助化学刻蚀法(FCMACE)制备复合硅纳米材料(Ag/PSi-Si NSs)。通过严格控制传统MACE法过程中金属盐溶液和氧化剂的进样速率,Ag NO3用量降低了20倍以上,而且有利于形成多孔形貌并提高Ag/PSi-Si NSs的产率,得到最高比表面积达428.21 m~2 g-1的Ag/PSi-Si NSs。获得较适宜的Ag/PSi-Si NSs刻蚀条件为Ag NO3浓度0.6 m M或1 m M,Ag NO3进样速率为2μmol min-1或8μmol min-1,H2O2/Si摩尔比为0.5,刻蚀温度为298 K,刻蚀时间为60 min或140 min。(4)研究了Ag/PSi-Si NSs的光解水制氢性能及机理。光学性能表征表明Ag/PSi-Si NSs中硅颗粒上的多孔结构成功触发量子限域效应,使Si的带隙从1.12 e V增宽至1.31 e V,从而实现了自主光解水制氢,最大首小时制氢速率为367.5μmol g-1。采用Materials Studio(MS)对Ag/PSi-Si NSs与银纳米颗粒(Ag NPs)的不同负载方式进行了建模及结构性质计算。证明Ag NPs的存在有利于电子从硅侧向金属侧的转移,从而促进光生电子和空穴的分离,明确了不同负载位置的Ag NPs对Ag/PSi-Si NSs光催化性能的影响程度。(5)以DSSW为原料,利用热等离子体法制备硅量子点(Si QDs)。Si QDs平均粒径在10 nm以下,因触发量子限域效应而具有光解水制氢性能。当等离子体功率为16 k W,原料粒径为200目,进样速率为800 mg min-1时,托盘中所得Si QDs在5 h内的制氢量为262.83μmol g-1,最大制氢速率为52.57μmol g-1h-1。综上,DSSW经精控金属辅助化学刻蚀和热等离子体炉纳米化后所得的硅纳米材料具有较好的光催化性能,有望为DSSW在氢能制备领域的高值化利用提供新思路;而DSSW水解反应较高的制氢速率也可为以DSSW为原料的便携式能源系统的开发提供理论和技术参考。
其他文献
【目的】研究A型产气荚膜梭菌(Clostridium perfringens)感染对黄羽肉鸡肠道氧化应激和炎症反应的影响及初步机制,为产气荚膜梭菌致病机制的研究和防控药物的开发提供理论依据。【方法】将100羽1日龄健康黄羽肉鸡随机分为4组,即对照组和高、中、低剂量感染组,每组5个重复,每个重复5羽。试验全期,各组肉鸡饲喂基础饲粮,于14~16日龄,对照组肉鸡灌服PBS,高、中、低剂量感染组肉鸡分别
期刊
本试验旨在探究罗汉果总黄酮对慢性睡眠剥夺(CSD)小鼠抗氧化作用及炎症反应的影响。将42只4周龄无特定病原体(SPF)级雄性ICR小鼠按体质量随机分为7组,每组6只,组间体质量差异不显著(P>0.05)。空白对照组不进行慢性睡眠剥夺,其他6组使用改良多水平台睡眠剥夺法进行为期30 d的慢性睡眠剥夺,以构建CSD模型。造模成功后灌胃4周,其中低、中、高浓度罗汉果总黄酮组(分别简称低、中、高酮组)分别
期刊
目的 探讨不同血滤方式治疗术后重症急性胰腺炎的疗效及对外周血炎性因子的影响。方法 本研究对南阳市中心医院2020年6月至2022年6月收治的82例重症急性胰腺炎患者临床资料展开回顾性分析,其中在术后行连续性静脉-静脉血液滤过的41例患者为连续组,在术后行脉冲式高容量血液滤过的41例患者为脉冲组,比较两组血流动力学指标、恢复情况、疗效、临床指标及炎性反应指标。结果 滤过完毕后,脉冲组平均动脉压(MA
期刊
近年来,在互联网平台角逐下,打造用户价值和新闻价值高匹配的深度访谈节目,对媒体而言是不小的挑战。本文从新媒体访谈类节目运营角度,分析了节目制作链中运营思维和运营技巧的运用,为探索新媒体访谈类节目的发展提供参考。
期刊
目的 探讨黄杞苷对脂多糖(LPS)诱导的小鼠RAW264.7巨噬细胞增殖、炎症反应及氧化应激的干预效果及分子机制。方法 RAW264.7细胞随机分为对照组、LPS组和不同浓度黄杞苷干预组,于不同培养时间用四甲基偶氮唑蓝(MTT)法检测细胞的增殖;ELISA检测上清液中肿瘤坏死因子-α(TNF-α)、白细胞介素-6(IL-6)和白细胞介素-1β(IL-1β)浓度;试剂盒检测细胞活性氧(ROS)、超氧
期刊
发掘城市文化资源,强化文化传承创新,把城市建设成为历史底蕴厚重、时代特色鲜明的人文魅力空间,是对城市化进程提出的明确要求“芝罘仙境”是烟台市打造的重点文旅项目,烟台日报传媒集团对这一项目全程策划、融媒体传播,使街区得到深入传播与推广,成为历史文化项目传播的一个参考案例。
期刊
目的:研究黄连乌梅提取物对脂多糖(Lipopolysaccharide,LPS)诱导的小鼠炎症和肠道菌群的影响及作用机制。方法:将50 只雄性C57BL/6小鼠根据体质量随机分为正常对照组、模型对照组及黄连乌梅提取物17、8.5 g生药/kg组和醋酸泼尼松50 mg/kg组,各组动物灌胃给药14 d后腹腔注射LPS 5 mg/kg建立炎症小鼠模型,6 h后采集样本。记录小鼠肾脏湿/干比;采用HE染
期刊
花青素是一类广泛存在于植物中的天然色素,色泽绚丽多彩,并具有多种优良的生理功能。本科普实验采取居家和实验室两种方法提取花青素,使之与不同pH的水溶液和碘伏发生作用,设计出“四季更迭”“一带一路”“花青素写字”等多种展示方案及“Freestyle”创意绘画活动。在展示过程中介绍花青素的化学结构、从红到蓝再到黄的颜色变化和抗氧化性原理,传递化学之美与化学之趣,呈现思政元素,潜移默化。本科普实验原创可爱
期刊
黄酮类化合物的抗肿瘤作用已成为研究热点。迄今已发现8000种黄酮类化合物具有抗癌作用。现综述主要黄酮类化合物的抗肿瘤药理学的相关研究,并阐述其在肺癌、乳腺癌、胃癌、结直肠癌等肿瘤中表现出的调节炎症反应和氧化应激损伤的潜在抗肿瘤机制,为其研究、开发及临床应用提供理论依据。
期刊
在媒介融合的背景下,各种新兴媒体百家争鸣,传统访谈节目的魅力逐渐降低。随着网络媒体的多样性创新,访谈节目呈现出形式单薄、内容枯燥的特点。因此,国内访谈节目需要打破传统的制作理念,整合其他媒体的优势进行转型。本文基于媒介融合背景,对访谈节目面临的困境进行分析,并尝试探索访谈节目在新环境下的创新策略,以期实现新突破。
期刊