锂铝层状双金属氢氧化物的制备及其锂脱嵌过程

锂铝层状双金属氢氧化物(Li/Al-LDHs)是一种适用于高镁锂比卤水中提锂的吸附剂,但其存在吸附容量偏低、吸附机理与适用条件不够清晰等问题。本工作以铝粉、氢氧化锂为原料制备Li/Al-LDHs,考察了适用条件下溶液中阴阳离子对吸附过程的影响并进行了不同溶液组成下的提锂性能测试,结合红外光谱测试和X射线光电子能谱等表征明晰了锂脱嵌机理。结果表明,Li/Al-LDHs在卤水中的最大吸附容量为8.350mg/g,阳离子选择性顺序为Li^(+)>Na^(+)>Mg^(2+)>Ca^(2+)>K^(+)。Li/Al-LDHs对Li^(+)的吸附符合Langmuir等温吸附模型和准二级吸附动力学模型,吸附过程主要是基于尺寸筛分效应进行的,Li^(+)进入吸附剂层间的空位后需要等量的阴离子(Cl^(-)、SO_(4)^(2-)等)进行电荷平衡,其吸锂容量随溶液体系总离子浓度的增加而变大,因此更适用于从高含盐量卤水中提锂。研究结果可为后续废旧金属铝制取Li/Al-LDHs用于盐湖卤水提锂提供技术参考。

电控离子选择渗透技术盐湖提锂传质模型

电控离子选择渗透(ESIP)是一种新型离子分离技术,可实现在复杂盐溶液中连续高选择性提取痕量目标离子。本工作研究了外加电场和电活性位点耦合作用下锂离子(Li+)在ESIP膜内的传质行为,引入电活性位点浓度参数对离子在膜相中的电化学势进行修正,提出修正的Donnan模型,结合电解质溶液电中性假设、界面电化学势守恒和法拉第定律,以Nernst–Planck方程为理论基础,建立了一维ESIP锂离子传质模型。重点研究了外加电场、接收液浓度、膜内电活性位点浓度以及膜厚4种参数对Li+在ESIP膜内传质过程的影响,为ESIP分离技术的生产放大提供依据。

二次界面聚合法制备具有高锂镁分离性能的电纳滤膜

通过调控界面聚合水相单体并利用二次界面聚合(SIP)构建荷正电表面,制备了高选择性电渗析分离锂镁的电纳滤膜(ENFMs).采用不同水相单体与均苯三甲酰氯进行单次界面聚合(IP),实现了对分离膜孔径及荷电性能的调控,其中以哌嗪为水相单体时膜的Li^(+)/Mg^(2+)分离性能最优(P_(Mg^(3+)^(Li^(-)))=4.75).随后,利用SIP过程在其表面聚合不同浓度的荷正电水相单体聚乙烯亚胺(PEI,M_(W)=70000),使膜表面由荷负电转为荷正电.随着PEI浓度的增加,膜表面正电荷密度显著增加,PEI质量分数为2.0%时,最优膜的Li^(+)通量为3.26×10^(-8)mol·cm^(-2)·s^(-1),选择性高达15.90,打破了传统的“Trade-off”效应,为后续盐湖卤水中Li^(+)/Mg^(2+)分离的研究和应用奠定了基础.

电纳滤膜制备与表征的开放实验设计

开放实验课程是基于专业老师的研究课题,以学生为中心设计的研究型综合实验课程。课程实施过程主要包括课题选择、文献调研、实验及方案优化、数据处理及分析、报告撰写五部分。以电纳滤膜制备与表征实验为例:学生选定课题并分工后,通过文献调研确定初步实验方案;探究基膜、热处理温度对膜选择分离性能的影响以确定最优制膜条件;表征最优膜的性能并分析分离机理,结合与商品膜性能对比完善数据分析及实验报告。通过开放实验课程,将实现对学生团队合作能力、实践能力和创新能力等的综合培养。

海水中萘的水质基准推导及渤海湾潜在生态风险评价

渤海湾沿岸分布着人口稠密且经济发达的城市,同时也是我国重要的海上油气开采基地,保护生态环境健康对于环渤海经济圈的可持续发展具有重要意义.以萘为代表的多环芳烃是一类在海水环境中广泛存在的持久性有机污染物,由于海上突发事故和陆源排放使其生态风险备受关注.目前,国内海水水质基准的研究较为滞后,对海水中萘的生态风险问题研究较少,尚未建立萘的海水水质基准.本研究收集了已发表的萘对海水水生生物的生态毒性数据,并对渤海环境中广泛存在的5门8科的海水水生生物进行了急性毒性试验.结合数据库甄选的文献数据和毒理试验获得的试验数据,基于物种敏感度分布(SSD)模型推导了海水中萘的短期水质基准(SWQC),并根据最终急慢性比外推的方法推导了海水中萘的长期水质基准(LWQC).采用推导的水质基准和文献中渤海湾海水表层水体中萘的实测数据,应用商值法对渤海湾及其邻近海域进行了萘的潜在生态风险评价.结果表明,基于Gumbel分布的SSD模型对数据的拟合效果最佳;利用该模型推导得到萘的短期海水水质基准为0.3014mg/L,长期海水水质基准为0.0886mg/L;正常环境条件下,渤海湾及其邻近海域水体中萘的短期生态风险和长期生态风险都处于较低水平,但不能排除突发事故中萘对水体产生的潜在生态风险.本研究作为海水水质基准推导的一个具体例子,可为渤海湾的污染防治和水生生物保护提供有价值的信息,并为其他区域海水水质基准的制定提供参考.

新型太阳能海水淡化材料制备及其性能表征

设计一个操作简单的光热材料制备及在新型太阳能海水淡化中应用的创新性化学综合实验。通过一步浸泡涂覆的方法,制备出具有优异光热性能的材料,将其应用到新型技术——太阳能界面海水淡化中,可实现淡化水的收集和海水的浓缩。并通过实验表征材料微观形貌结构,探究太阳能利用效率,分析不同水样品的电导率。结合基础理论知识,引入前沿科学研究课题,实验方案设计既简单又具探究性,有利于培养学生的创新意识、创新思维和创新能力。

“化学海洋学”课程思政教学设计

推进课程思政建设是坚持落实立德树人根本任务的必由之路。目前理工科专业课教学多注重专业能力培养,在学生的德育培养方面,课堂思政功能明显不强。以“化学海洋学”课程为例,挖掘、整合、精选思想政治案例,引入紧扣思想政治主题的热点议题,引导学生结合专业知识解读思想政治议题,使思想政治教育与化学海洋学专业知识在育人上形成协同效应,突出价值塑造与能力培养,让学生在润物无声的专业知识学习中树立正确的价值观,最终达成思想政治育人的成效。

渤海湾锌海水水质基准推导及潜在生态风险评价

渤海湾地处我国经济最发达的地区之一,由于流域污染负荷排放超过环境承载力,水生态系统和功能受到不同程度的破坏.海水水质基准是制定海洋水质标准与科学保护海洋环境的基础,但目前我国海水水质基准的研究较为匮乏.本研究采用物种敏感度分布曲线法,利用甄选获得的文献数据和毒理试验获得的试验数据,推导了渤海湾重金属锌的海水水质基准.其中短期水质基准为112.40μg∙L^(−1),长期水质基准为16.15μg∙L^(−1).同时,在2020年夏季和秋季分别对渤海湾及其临近海域的水体锌污染状况进行了监测,基于熵值法对渤海湾及其临近海域进行了锌的潜在生态风险评价.评价结果表明,2020年渤海湾及其临近海域水体中锌的短期潜在生态风险较低,但存在长期风险.高风险区域主要分布在近岸海域,并且夏季高于秋季.

纳米粒子/氧化石墨烯改性复合膜制备及其分离性能研究

采用真空抽滤-压力喷涂的方法,以聚酰胺纳滤膜为基膜,制备了氧化石墨烯和二氧化钛纳米粒子质量比为1∶1、2∶1、3∶1和4∶1的复合膜GOT1、GOT2、GOT3和GOT4以及氧化石墨烯和二氧化硅纳米粒子质量比为1∶1、2∶1、3∶1和4∶1的复合膜GOS1、GOS2、GOS3和GOS4。通过SEM、EDS、XPS和GIWAXS方法对GOT复合膜和GOS复合膜进行了分析表征,结果表明,氧化石墨烯和纳米粒子均匀负载在聚酰胺纳滤膜表面。研究了复合膜的性能,并推测了复合膜的净水机理。其中GOT复合膜在0.75 MPa下水通量可达50 L·m^(-2)·h^(-1),相较于原始基膜提高了25%,显示出了最佳的水通量性能,并且在保持较高通量的同时,对盐溶液和重金属离子的截留率仍能维持在90%左右。真空抽滤-压力喷涂的方法为氧化石墨烯复合膜的制备提供一种新的工艺思路,为废水处理提供了一种更高净化效率的复合膜。

过硫酸铵/PDA-PEI层层自组装法制备选择性阳离子交换膜

针对多巴胺聚合速率较慢的问题,以过硫酸铵为氧化剂,诱导多巴胺快速聚合.以此为基础,采用多巴胺与聚乙烯亚胺层层自组装法制备具有单双价阳离子选择分离功能的离子交换膜.考察了过硫酸铵氧化多巴胺聚合过程影响,以及不同改性层数对阳离子交换膜性能的影响.结果显示,过硫酸铵的加入可较大地加快氧化过程,且对膜选择性无影响;改性层数为5层时,复合膜对Mg^(2+)与Na+具有较高的选择性[p(Na+/Mg^(2+))=6.92].5层改性膜面电阻为3.36Ω·cm^(2).说明改性膜具有较好的实用价值.

CNT-GO掺杂LiMn_(2)O_(4)膜电极的制备及其提锂性能

针对传统LiMn_(2)O_(4)(LMO)膜电极导电性差及提锂效率低等问题,引入一维碳纳米管(CNT)和二维氧化石墨烯(GO),制备新型CNT-GO-LiMn_(2)O_(4)膜电极(CNT-GO-LMO),CNT与GO通过π-π键相互作用,实现了与LMO活性材料“互联互通”三维致密导电网络结构的构建,使CNT-GO-LMO膜电极具有优异的导电能力和提锂性能。采用扫描电子显微镜、拉曼光谱、X射线衍射等手段对膜电极进行表征,并考察了膜电极在高Mg/Li溶液中的提锂性能,结果表明,CNT与GO的引入有效提高了CNT-GO-LMO的镁锂分离系数和电流效率;与LMO、CNT-LMO膜电极相比,CNT-GO-LMO膜电极展现出更优的提锂性能:平均提锂容量为36.04 mg·g^(-1),提锂速率为1.085 mg·(g·min)^(-1),电流效率为94.73%。

抗生素生产中含盐废水的资源化利用技术研究

抗生素生产过程中会产生大量以氯化钠和氯化钾为主的含盐废水,若直接排放,不仅会对环境产生污染或影响,还会造成资源的浪费。本研究以抗生素生产中含盐废水为处理对象,面向资源化利用,设计采用“机械式蒸汽再压缩技术(Mechanical vapor recompression,MVR)+冷却结晶”工艺,分离获取其中的氯化钠和氯化钾,重点考察不同温度下的分离效果及经济能耗。研究表明,在母液循环操作模式下,常压蒸发温度为90℃、蒸水量为(85.00±0.50)%、结晶温度为25℃时,氯化钠收率可达85.00%以上,氯化钠和氯化钾纯度可达国家标准中工业级产品要求。

选择性电渗析镁锂分离过程模拟优化

选择性电渗析(selective electrodialysis,S-ED)技术是目前实现高镁锂比卤水锂资源提取的有效手段。通过建立一种二维传质稳态模型,以离子通量分布为研究对象,探究体系离子强度、外加电压和通道流速对镁锂分离的影响。结果表明:体系离子强度和通道流速的增大与外加电压的减小均对镁锂分离具有促进作用。在体系离子强度为1378 mol/m^(3),外加电压值为0.8 V,通道流速为5.7 cm/s的条件下,锂镁分离系数为2.31。研究结果可为推广S-ED过程数值模拟提供理论指导和数据参考。

尖晶石型锂离子筛研究进展

介绍了作为锂离子筛前体的尖晶石型锂锰氧化物的结构与合成方法,指出固相配位反应法和水热合成法极具发展前景。详细论述了锂离子筛的制备、存在的问题、应用及相关研究,指出复合机理的相对合理性。最后提出开发粒(膜)状锂离子筛、进行规模化提锂工艺研究的必要性和重要意义。

锂资源的开发利用现状与发展分析

基于锂资源的开发,主要从提取技术角度介绍了从锂矿石、盐湖卤水和海水及其它资源中提取锂的方法,如沉淀法、溶剂萃取法、离子交换与吸附法等,并简要讨论了各方法的研究现状及存在的问题;概述了锂及其化合物作为"工业味精"、"明天的宇航合金"、"21世纪能源金属"等方面的利用现状;最后对提锂技术及锂的应用发展前景进行了展望。

锂吸附剂的合成及其吸附性能

考察了盐酸、硝酸和硫酸3种酸洗液,尤其是盐酸浓度及酸洗时间对锂吸附剂前体LiMn2O4的酸洗脱锂效果,对所得锂吸附剂的吸附性能进行了初步研究。结果表明,用0.50 mol/L盐酸对前体酸洗15 m in左右可得较佳的锂吸附剂,其外部形貌为近似立方体,颗粒大小为200—500 nm,存在微量结晶缺陷;锂吸附剂于pH值为7的稀锂溶液的吸附容量为18.56 mg/g,循环利用2次后基本稳定在18.12 mg/g左右,吸附符合Langmu ir等温吸附模型。

炭材料在水污染修复领域的应用研究

针对炭材料在水污染修复领域发挥的重要作用,对以活性炭(粉状、粒状及纤维状)和膨胀石墨为主的炭材料吸附技术、微生物与炭材料复合构成的生物炭材料吸附降解技术以及二者与其它技术(如臭氧氧化、膜过滤及光催化等)耦合用于水处理的应用研究现状进行了概述,指出新型炭材料(如活性炭纤维和膨胀石墨)吸附技术、生物炭材料吸附降解技术及相关耦合技术极具应用前景,并对今后的研究提出了建议。

天然斜发沸石的改性及其对海水中K^+吸附交换容量的研究

为提高天然斜发沸石对海水中K+的吸附交换容量,对天然沸石进行了电炉、微波和超声波加热物理改性以及微波化学改性研究。重点考察了不同微波功率和处理时间时盐改性以及不同微波化学改性条件下所得沸石对海水中K+的吸附交换容量,同时对不同改性沸石的晶体结构进行了XRD表征。结果表明,天然斜发沸石经微波盐改性后对海水中K+的吸附交换容量有所提高,并随微波处理功率的增加和时间的延长而增大;经微波化学改性后吸附交换容量显著提高,可达0.71mmol/g;各种改性方式未对沸石的结构构成破坏,所得改性沸石的晶体结构基本相似。

甲基叔丁基醚降解菌株的分离鉴定及其降解特性

从长期受石油产品污染的土壤中分离驯化出一株能降解甲基叔丁基醚（MTBE）的菌株NERC0401，该菌株能以MTBE为唯一碳源和能源生长。经过16SrDNA序列分析，并结合其形态特征和生理生化特征，初步鉴定该菌株为产酸克雷伯菌（Klebsiella axytoca）。进一步研究表明，该菌株利用MTBE生长的较佳条件为：温度25～32℃，接种量20％最佳，pH为7．0～8．0。菌株对MTBE的降解反应过程符合一级动力学特征，初始质量浓度为93．4838mg／L的降解动力学方程为laS=0．0403t＋4．5373，半衰期为3．90d。

基于离子交换机理的尖晶石型LiMn2O4脱/嵌锂模拟

基于离子交换机理,以ICSD(The Inorganic Crystal Structure Database)中LiMn_2O_4的结构数据为基础,利用Materials Studio软件包中Visualizer模块和CASTEP模块构建并优化了尖晶石型LiMn_2O_4和HMn_2O_4以及λ-MnO_2的晶体结构,并通过对比涉及各自晶体结构的系统能值、晶胞参数、键长及键角等的变化,初步验证了离子筛提锂过程是自发吸热过程;分别通过对LiMn2O4和HMn2O4添加H和Li,模拟考察了脱锂和嵌锂(即酸洗和吸附)过程中的活性原子位及H和Li的迁移轨迹,得出8a位置Li和H的离子性较强,脱锂为H置换四面体8a位置Li,并与邻近位置O形成键长约为0.098 9nm的O-H键;嵌锂为Li取代8a-16c-8a孔道中8a位置H的动力学过程。研究结果对锰基离子筛提锂的后续工作具有一定的指导意义。