有機介質環(huán)境機械化學球磨作用下金屬粉末結構演變與反應行為.pdf

1、機械球磨不僅廣泛應用于粉體材料制備，成為片狀金屬粉體制備的標準工藝，而且近年擴展應用至環(huán)境保護領域，被視為最具商業(yè)化應用前景的POPs無害化處理技術。與國外相比，我國片狀金屬粉體制備工藝差距明顯，尤其是片狀銅粉、鎳粉及鋅粉都未能實現(xiàn)產業(yè)化，包括POPs在內的含氯有機廢物無害化處理研究更是空白，鑒于此，本文開展以下三個方面的研究：（1）片狀金屬粉體機械球磨制備工藝研究；（2）金屬粉體片狀化過程微觀結構演變及形變機制；（3）含氯有機廢物/鋅

2、粉機械球磨化學脫氯工藝及行為機理研究。 通過研究，取得以下主要成果： （1）通過球磨條件參數(shù)對粉體片狀化程度的影響研究，發(fā)現(xiàn)介質環(huán)境是影響金屬粉體片狀化的重要因素，有機介質球磨更有利于粉末片狀化，在此基礎上，確定了機械球磨制備片狀鎳粉、銅粉、鋅粉的最佳工藝參數(shù)，并制備得到徑厚比大、片狀形貌好，片層表面干凈平整，具有良好的金屬光澤的片狀粉末產品；片狀鋅粉產品相關技術性能指標達到國際同類先進產品水平。 （2）采用XR

3、D、SEM、TEM等檢測手段，分析了球磨過程中銅/鎳/鋅粉微觀結構演變，發(fā)現(xiàn)隨著球磨時間延長，鎳粉、銅粉的晶粒尺寸階梯減小，而微觀應變、位錯密度、晶格常數(shù)、晶胞體積皆隨片狀化進程階梯增長，且微觀應變、位錯密度表現(xiàn)為各向異性。比較而言，銅粉的微觀應變、位錯密度均小于鎳粉。片狀化的銅、鎳粉微觀結構最顯著特征是存在擇優(yōu)取向且晶粒呈現(xiàn)片層/條狀；片狀鎳、銅粉的擇優(yōu)取向為<200>，且<200>取向越明顯，鎳/銅粉片狀化程度與形貌越好。

4、（3）在微觀結構上，銅粉片狀化體現(xiàn)為等軸晶粒在徑向方向被拉長形成片層晶粒及片層晶沿徑向發(fā)生碎裂形成條形晶。該過程具體形變機制為在多向載荷周期作用下，晶粒內部產生大量位錯，并發(fā)生聚集重排，從而導致晶粒細化與形成擇優(yōu)取向。其晶粒細化主要通過兩條途徑實現(xiàn)：一是主體區(qū)域遵循晶粒內部位錯細分機制，微米/亞微晶粒在應力作用下形成位錯胞墻，從而使晶粒逐步細分直至形成納米晶；二是局部區(qū)域晶粒在高應變量/應變速率作用下，碰撞瞬間形成的位錯保持或再結晶形成

5、納米晶。 （4）首先開發(fā)了含氯有機廢物/鋅粉機械球磨化學脫氯新工藝，確定了最佳工藝條件，實現(xiàn)PVC、PVDC、HCB的脫氯率100％，為含鹵有機廢物脫鹵開辟了一條安全高效的新途徑。 （5）采用XRD、IR、Raman、NMR等檢測方法對PVC、PVDC、HCB/鋅粉機械化學脫氯產物及其結構進行了表征，確定了其機械化學反應路徑。含氯有機廢物/鋅粉機械球磨化學脫氯遵循自由基反應機理，機械球磨過程中，鋅粉在機械力作用下形成自由

6、基，自由基進攻有機氯化物中的氯，使氯原子從有機氯化物上脫離與金屬鋅粉反應，形成Zn（OH）Cl、Zn2OCl2化合物。HCB苯環(huán)相互發(fā)生平面聚合，形成石墨結構，在空間以金剛石形式聚合，最終形成無定形碳，小部分多氯苯則發(fā)生氧化開環(huán)生成脂肪酸。 （6）PVC/PVDC經脫氯、交聯(lián)、脫氯化氫及氧化等路徑發(fā)生降解，轉變成類金剛石型碳、少量線型碳碎片及聚乙炔等產物；線性碳碎片通過氯化氫脫除反應路徑形成。若進一步優(yōu)化機械球磨反應條件，如采用