通過對HfO?:Ho3?和HfO?:Ho3?/Yb3?涂層的光譜分析，研究了這些涂層在等離子體電解氧化法制備過程中的上轉換（up-conversion）和下轉換（down-conversion）光致發光現象。這些涂層是采用等離子體電解氧化技術在鉿基底上制備得到的
《Ceramics International》：Spectroscopic insight into up-conversion and down-conversion photoluminescence of HfO
2:Ho3+ and HfO
2:Ho3+/Yb3+ coatings synthesized by plasma electrolytic oxidation on hafnium
編輯推薦：
本研究創新性利用油渣灰（OSA）與煤飛灰（CFA）協同制備高質量玻璃陶瓷，實現重金屬無害化固化和資源化利用。實驗表明，當OSA含量達75%時，玻璃陶瓷密度達2.932g/cm3，維氏硬度最大且吸水率最低，重金屬浸出濃度遠低于國標限值，并通過小麥發芽實驗驗證其生態安全性。
李永濤|劉格英|李嬌|李偉娜|夏晗|周文軍|王東雪|張學健|吳楚涵|魏春迪|M. Priya
吉林建筑大學材料科學與工程學院，長春，130018，中國
摘要
工業廢物的無害處理，如油頁巖灰（OSA）和煤粉灰（CFA），已成為亟待解決的問題。本研究創新性地利用油頁巖灰和煤粉灰協同制備高質量玻璃陶瓷，從而實現了這兩種有害固體廢物的協同解毒處理和資源化利用。結果表明，玻璃陶瓷的晶相主要由CaMgSi2O6和CaAl2Si2O8組成。隨著OSA含量的增加，玻璃陶瓷的密度和硬度逐漸提高，而吸水率和酸堿抗性降低。當OSA含量達到75 wt%且結晶溫度為929°C時，玻璃陶瓷表現出更高的密度、最大的維氏硬度、最低的吸水率和優異的酸堿抗性。固體廢物基玻璃陶瓷中的重金屬通過玻璃相和晶相被固化。玻璃陶瓷中重金屬離子Pb2+、Cr3+、Cu2+、Zn2+和Fe3+的浸出濃度遠低于美國和中國規定的標準閾值，有效實現了重金屬在玻璃陶瓷基質內的固化。對小麥種子發芽的實驗驗證了玻璃陶瓷的環境友好性能。本文展示了一種可持續、便捷且更環保的有害固體廢物無害共處理方法。
引言
固體廢物中大量產生的重金屬對環境可持續性造成了顯著影響[1]、[2]。2023年，中國產生了42.3億噸固體廢物，其中僅有22.6億噸通過資源回收得到了有效利用，表明提高利用率具有巨大潛力[3]。油頁巖行業產生的固體廢物最多，稱為OSA，它是通過焚燒和干餾處理油頁巖產生的燃燒殘渣[4]、[5]。目前，OSA的主要處理方法是露天堆放和未經監管的填埋，這不僅浪費了寶貴的土地，還造成了嚴重的生態破壞。此外，OSA中的重金屬（如Pb、Zn、Cd、Cr和Cu）對環境和人類健康構成了嚴重威脅[7]，因此迫切需要高效利用OSA。將富含重金屬的OSA轉化為可銷售產品具有顯著的經濟和生態效益。OSA的成分包含玻璃陶瓷所需的大部分氧化物，如SiO2、Al2O3、CaO、MgO、Fe2O3。基于油頁巖渣的玻璃陶瓷有助于固化重金屬，并實現廢物的回收和綜合利用，從而減少自然資源消耗，同時帶來經濟效益和生態保護。
玻璃陶瓷是一類非有機、非金屬的多組分材料，以其優異的性能而聞名[8]、[9]，在建筑、化學工程和航空航天等領域得到了廣泛應用[10]。欒等人利用OSA與氧化鈣結合制備了玻璃陶瓷，表現出顯著的化學穩定性和較高的抗壓強度[7]。張等人僅使用油頁巖灰作為原料制備了高質量玻璃陶瓷，樣品的相組成為透輝石和斜長石。重金屬被固定在玻璃陶瓷的基質中，浸出量可以忽略不計[4]。劉等人通過將OSA加入含有高濃度銅和鉛的工業廢物中，成功開發出了具有較高商業價值的環保玻璃陶瓷材料[11]。
煤粉灰（CFA）是熱電廠煤炭燃燒產生的固體廢物，在中國每年產生量超過4.5×1011千克[12]，其大量積累帶來了嚴重的環境風險[13]。值得注意的是，CFA含有大量的SiO2、Al2O3、MgO和CaO——這些氧化物是玻璃陶瓷合成所必需的——以及作為成核劑的Cr2O3。鐘等人使用CFA和鎂渣作為主要原料制備了建筑裝飾用玻璃陶瓷材料[14]；同樣，尚等人[15]也使用CFA和鐵鎳渣合成了玻璃陶瓷，研究表明CFA含量的變化顯著影響了微觀結構、物理機械性能和酸堿腐蝕抗性。盡管取得了這些進展，但在理解工業副產物衍生玻璃陶瓷中重金屬的固定機制方面仍存在關鍵空白。雖然使用油頁巖渣與其他工業固體廢物共同制備玻璃陶瓷具有廣闊的應用前景，但尚未有關于使用OSA和CFA共同制備玻璃陶瓷的報道。
本研究采用了一種新方法，通過熔融過程結合OSA和CFA來開發新的OSA/CFA母玻璃和玻璃陶瓷。本文詳細分析了OSA/CFA玻璃陶瓷的晶相、成分、物理和機械性能，并研究了材料對堿和酸的耐腐蝕性。此外，還詳細討論了OSA與CFA比例變化對母玻璃和玻璃陶瓷性能及形態的影響。同時，研究了重金屬在玻璃陶瓷基質中的穩定機制，并通過有毒元素的浸出試驗和小麥幼苗的生長實驗驗證了其生態兼容性。這種全面的分析為將這些玻璃基材料作為綠色建筑和工業應用中的可持續替代品提供了科學依據。
材料
OSA和CFA分別來自王清龍騰能源開發有限公司和吉林電力有限公司。這些材料的化學成分詳見表1。OSA主要由SiO2、Al2O3、CaO和Fe2O3組成，P2O5、TiO2和K2O的含量較低；而CFA則含有大量的Al2O3、SiO2和Fe2O3，總含量為90.32 wt%。收集的OSA和CFA首先使用破碎機（SYM500×500）進行破碎。
PG樣品的XRD分析
PG樣品的XRD圖譜顯示，在2θ為中心的位置檢測到六個寬散射峰，中心位置約為27°，表明OSA和CFA中的所有化合物均已轉化為非晶態。這種非晶化現象是由于起始材料中的每種成分接近其熔點時，內部顆粒之間發生強烈熱振動所致。
結論
本文通過協同利用油頁巖殘渣和煤粉灰合成了高質量玻璃陶瓷。六種類型的玻璃在不同OSA/CFA質量比下的熱處理反應各不相同�；瘜W成分的差異導致了PG和GC樣品結構和性能的差異。六種基于OSA的玻璃陶瓷的密度、吸水率和維氏硬度分別介于2.768至2.932 g/cm3和0.012至0.052%之間。
CRediT作者貢獻聲明
李嬌：可視化處理。劉格英：撰寫初稿、研究、數據管理。夏晗：數據管理。李偉娜：監督、正式分析。王東雪：研究、正式分析。周文軍：資源獲取。吳楚涵：軟件、方法學、研究。張學�。�軟件、項目管理、資金獲取、概念構思。魏春迪：撰寫、審稿與編輯、驗證、軟件。李永濤：撰寫、審稿與編輯、項目管理、資金籌集。
利益沖突聲明
本文題為“將油頁巖灰和煤粉灰協同回收為高質量玻璃陶瓷，用于建筑和工業應用”的文章為我們的原創工作，尚未在其他地方發表或提交。所有作者均已審閱手稿并同意提交。本文不存在任何利益沖突。
致謝
本研究的資金支持來自：吉林省科學技術廳（資助編號：20260601025RC）。
