Sustainability of silicon feedstock for a low-carbon society

We need to ensure the sustainable management of advanced materials, such as purified silicon, that contribute to a low-carbon society. Because a drastic increase in the demand for photovoltaic (PV) systems is tightening the supply of silicon for PV cells, the sustainability of silicon feedstock needs to be explored. For this purpose, a material flow analysis of silicon in Japan from 1996 to 2006 is presented in this paper. Our analysis finds that rapid growth in demand for polycrystalline silicon (pc-silicon) and single crystalline silicon (sc-silicon) has changed the structure of the purified silicon supply. The strong demand for purified silicon for solar cells is responsible for this change. While off-grade silicon obtained as a by-product of electronic-grade silicon (EG-Si) covered the demand for solar sells before 2000, pc-silicon is currently produced independently for solar cells via an energy-intensive process. Analysis of the resource effective-use index (REI), which indicates how effectively purified silicon is used, shows progress in the effective use of pc- and sc-silicon. REI analysis indicates that the effective use of pc-silicon is reaching a maximum, while the effective use of sc-silicon is advancing, with a corresponding increase in price. To ensure a sustainable supply of silicon feedstock, this paper proposes four solutions: (1) production of solar-grade pc-silicon by a less costly and less energy-consuming method; (2) reduction in the amount of crystalline silicon per watt in solar cells; (3) acceleration of the development and deployment of other solar cell types; and (4) reuse and recycling of solar cells in the future.     

外源硅对不同pH水田土壤吸附铅的影响

通过等温吸附实验,研究了加硅对2种不同pH水田土壤吸附铅特性的影响。实验中用硝酸中和硅酸钠的碱性,各处理间钠离子和硝酸根离子的差异以硝酸钠补齐,消除了因硅酸盐的加入改变体系pH及伴随离子对土壤吸附铅可能产生的影响。结果表明,在本实验条件下,Langmuir方程、Freundlich方程和Temkin方程都能较好地描述不同硅浓度条件下两种土壤对铅的吸附特征,但以Freundlich模型为最优;加硅促进了酸性土壤对铅的吸附,抑制了碱性土壤对铅的吸附。     

施用钢渣对水稻土硅素肥力的影响

施用钢渣种植水稻的盆栽试验结果表明,与对照相比,施用钢渣使土壤pH升高,土壤水溶态硅和无定形硅的含量下降,活性硅及有效硅含量上升,水稻植株含硅量增加.除水溶态硅外,上述影响均随钢渣用量增加或粒度变细而增强.     

底泥中重金属毒性的室内孔隙水分析技术

根据孔隙水中重金属的浓度可以判定底泥中重金属的毒性但获得真正的底泥孔隙水十分困难。本文提供了一套简便易行的室内原状孔隙水取样技术,将碳化硅砂芯埋入底泥,添加表层水并静置９０ｄ,通过渗滤获得孔隙水,测定孔隙水中重的浓度,所得结果与微生态系统暴露试验中生物指示的重金属的毒性大小相吻合,与生物积累重金属的浓度显著正相关。     

硅胶管吸附气相色谱法测定气体中的乙酸、丙酸

建立了用GC-FID同时测定空气中乙酸、丙酸的方法.乙酸、丙酸经硅胶管吸附后,用丙酮溶剂解吸,气相色谱分析.优化条件下,在20 ～2 000 mg/L范围内有良好的线性关系.方法检出限分别达到了1.0 mg/m3和0.5 mg/m3,相对标准偏差2.2％和1.9％,回收率在94％以上.     

叶面施硅对水稻籽实重金属积累的抑制效应

采用盆栽方法,以硅酸钠和正硅酸乙酯为硅源分别配制纳米硅制剂,以水稻(Oryza sativa L.)品种"优优128"为供试植物,在Cd(5mg·kg-1、10mg·kg-1、50mg·kg-1三个水平)、Pb(200mg·kg-1)、Cu(250mg·kg-1)、Zn(300mg·kg-1)复合污染土壤进行种植,在水稻生长期内(苗期、分蘖期、抽穗期)进行叶面喷施纳米硅,研究纳米硅对水稻籽实生长状况及吸收重金属元素的影响,并对两种不同硅源的纳米硅的使用效果进行了比较。结果表明,随Cd污染质量分数增加,水稻百粒质量及单株穗质量均显著降低(P<0.01);Cd、Pb、Zn在籽实中质量分数均增高,而Cu在籽实中质量分数降低。金属元素在籽实中的吸收系数顺序为Cd>Zn>Cu>Pb,表明Cd极易向籽实中迁移。随土壤Cd质量分数增加,水稻籽实中各金属元素的积累量都有所降低。重金属复合污染条件下,叶面施用两种硅制剂均可以缓解水稻的毒害效应,且和施无机硅相比,施有机硅对水稻重金属毒害的缓解效果更显著。表现为叶面施用硅后,水稻百粒质量及单株穗质量均显著提高(P<0.05);且籽实中Cd、Pb、Cu、Zn的吸收量在喷施硅制剂后均显著降低(P<0.05);籽实中重金属元素的吸收系数和积累量均表现出降低的趋势。尤其是随着Cd处理质量分数的增高,施硅对重金属在籽实中积累的抑制效应越显著。这表明叶面施硅在重金属污染的水稻田污染防治中具有应用价值。文章所用的纳米硅制剂,制备简单,对于大面积推广硅肥极为有利。     

几种工矿废渣改善土壤供硅能力的效果

施用硅肥可以改善土壤硅素肥力状况,提高水稻产量,改善稻米品质,增强水稻抗性,利用工矿废渣生产硅肥还能产生良好的生态环境效益。本研究采用室内模拟与盆栽试验的方法,研究了高炉渣、粉煤灰和金刚石矿渣作硅肥施用对水稻土供硅能力的影响。结果表明,在北方酸性水稻土上施用废渣使土壤硅素释累积放量显著增加,明显改善土壤的供硅能力,促进水稻对硅素养分的吸收,上述效果随废渣用量增加而更为明显,且高炉渣的效果要明显好于粉煤灰和金刚石矿渣。另外,五种废渣的不同施用量与植株含硅量增加率之间均满足对数正相关关系,对数项系数a与127d的硅素累积释放量之间存在极显著的线性正相关关系,说明土壤硅素累积释放量可以评价施用过废渣的土壤的供硅能力,能够反映废渣作硅肥的适宜性。     

电石遇潮湿空气易燃危险性的评估方法及预防措施研究

针对电石遇潮湿空气释放乙炔的危险特性,以潮湿空气与电石粉尘及电石粉尘堆垛表面接触的方式,替代传统的遇湿易燃危险性测试方法,拟合得到了乙炔气体释放速率随潮湿空气相对湿度变化的方程式,提出了将乙炔气体浓度控制在低于发生火灾爆炸危险区域的潮湿空气相对湿度和稀释乙炔气体浓度的氮气保护进气流量(Q)计算公式。结果表明:电石遇潮湿空气释放乙炔气体的浓度受温度和相对湿度的影响,根据不同温度条件下潮湿空气中水汽的分压(Ps)和乙炔气体的密度(ρ乙炔),可计算得到一定气相空间内电石遇潮湿空气释放乙炔气体的浓度;潮湿空气的相对湿度可以有效表征乙炔气体的释放量,用于评估在一定气相空间内电石遇潮湿空气释放乙炔气体发生火灾爆炸的可能性。     

二氧化硅-聚苯胺-氧化石墨烯复合纳米材料改性水性涂层的制备及防腐蚀性能研究

目的将SiO2-PANI-GO三维复合物添加到水性醇酸涂层中,并对改性涂层防腐蚀性能进行研究。方法将纤维状的PANI和球状SiO2与片状的GO进行复合,通过扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、X射线衍射(XRD)对复合物进行材料表征。将纳米复合物作为填料按照1%的质量比添加到水性涂层中,利用电化学阻抗(EIS)研究涂层改性后的防腐蚀性能。结果SEM图像表明,SiO2-PANI-GO复合物为表面复合了纤维状PANI和球状SiO2的片层状GO。FT-IR及XRD证明了SiO2-PANI-GO复合物的成功制备。EIS结果表明,添加了SiO2-PANI-GO三维复合物改性后,水性醇酸涂层的阻抗提高了2个数量级,其中以SiO2与PANI-GO比例为1:4时效果最好。结论水性醇酸涂层中添加SiO2-PANI-GO/WAV三维复合物,可以增加腐蚀介质侵蚀基底的路径,有效提高涂层的防腐性能。     

电源模式对ADC12高硅铝合金微弧氧化膜层组织与性能的影响

目的探究三种电源模式对ADC12高硅铝合金微弧氧化膜层性能的影响,从中选择对其微弧氧化膜层性能较优的电源模式。方法在三种不同电源模式(交流电源、单极性脉冲电源和双极性脉冲电源)的条件下,应用微弧氧化(MAO)技术在ADC12高硅铝合金表面制备了陶瓷膜层,并采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、显微硬度计、摩擦磨损试验机等手段表征ADC12铝合金微弧氧化膜层的显微组织与性能。结果三种电源模式下微弧氧化膜层中都存在α-Al_2O_3、γ-Al_2O_3和Al9Si等物相;双脉冲模式下制备的微弧氧化膜层的致密性最好,厚度为15μm,硬度达到719 HV,摩擦系数为1.2左右,膜层与基体开始脱落的载荷为25.8 N。交流模式下制备的微弧氧化膜层膜厚较低,厚度为9μm,硬度达到698 HV,摩擦系数为1.35左右,膜层与基体开始脱落的载荷为19.5 N。单极性模式下制备的微弧氧化膜层厚度为17μm,但硬度为706 HV,摩擦系数为1.35左右,膜层与基体开始脱落的载荷为13.09 N。结论通过三种电源模式的比较,ADC12高硅铝合金在双极性脉冲电源模式下制得膜层的综合性能较好。