Bi_(2)Fe_(4)O_(9)纳米片制备及其压电催化性能实验设计

压电催化是由压电晶体的应力诱导电效应驱动的催化过程。为进一步提高压电材料的压电催化性能,对制备铁酸铋压电材料Bi_(2)Fe_(4)O_(9)的传统水热法进行了优化改进,并探索了其压电催化降解性能及相关机理。利用XRD、SEM、XPS等表征手段分析了Bi_(2)Fe_(4)O_(9)样品的形貌尺寸和元素分布,利用FPM、压电瞬间电流等测试了其压电性能,以罗丹明B模拟废水考察了基于Bi_(2)Fe_(4)O_(9)压电催化的高级氧化体系。结果表明,通过改进水热法制备的Bi_(2)Fe_(4)O_(9)样品是具有光滑表面、单分散性、平均尺寸为910 nm×82 nm的薄片状形态纳米片结构。XRD及XPS结果表明,Bi_(2)Fe_(4)O_(9)样品纯度高,且Bi、Fe、O元素均匀分布。PFM及压电电流测试发现,Bi_(2)Fe_(4)O_(9)纳米片具有很好的压电催化性能。超声波空化诱导Bi_(2)Fe_(4)O_(9)纳米片压电催化S_(2)O_(8)^(2-)体系(US/Bi_(2)Fe_(4)O_(9)/S_(2)O_(8)^(2-))的罗丹明B(RhB)去除率达97.8%,表明超声活化压电和压电催化多场耦合系统具有显著的协同促进作用。

单效蒸馏海水淡化装置热力性能实验研究

板式低温蒸馏海水淡化技术是远洋船舶的重要淡水制备方法,文章根据板式低温蒸馏的热力学原理,设计并制造了一台蒸馏海水淡化装置,并以产水率为优化目的进行了相关实验研究。结果表明:热源水入口温度和流量是影响系统产水率的重要参数,产水率随热源水入口温度(60~74℃)和流量(2 000~3 900 kg/h)的增大基本呈线性增大的趋势;进料水流量存在最优值(150 kg/h左右),低于最优值时,产水率随进料水流量增大而增大,超过最优值后,进料水流量并不能显著提高产水率,甚至导致产水率下降,相关实验数据对海水淡化装置的优化设计提供了数据支持。

船用海水淡化装置的产水水质特性及经济性分析

船用海水淡化装置是远洋船泊的必备设备之一,对产水水质特性及经济性进行研究具有重要的意义。本文设计搭建了一套板式蒸馏造水机性能测试平台,对系统产水pH和电导率随真空度变化规律以及进料水盐度和真空度对产水溶解性固体总量(TDS)的影响进行了研究,同时建立淡水成本数学模型探讨真空度和进料水流量引起的淡水产量变化对造水成本的影响,并进一步分析了油价、水价和渔船航行距离对淡水成本的敏感性问题。结果表明:真空度一定的情况下,进料水盐度升高,系统产水的TDS增大;真空度变化对系统产水pH影响不大,而对系统产水电导率、TDS和淡化水成本影响较大,且随着真空度的升高呈减小趋势。进料水流量为150L/h时,系统产水率最优造水成本最低,造水成本差价对油价的敏感性最高并且造水成本始终低于渔船运输淡水成本。

海水淡化双级真空引射器的射流和混合特性研究

引射器是实现热法海水淡化系统高效节能的重要装置,该文通过三维数值模拟方法研究了双级引射器内部流动和传输特性,分析了引射和工作流体的混合与扩散过程,探讨了降低能耗的方法。研究结果表明,喷射器内速度最大值均在轴线处,流体在喷嘴与混合室内流线均匀,而在吸入室内产生一个或多个涡流。不同引射流体速度下,其混动迹线为不对称分布,随着引射流体速度的增大,引射流体入口处负压先增加后减小,漩涡量减少且漩涡变小。因此,为改善引射器运行效率,可适当提高引射流体速度。随着偏离喷嘴中心距离的增大,湍动耗散率明显增大,而湍动能略微增大,漩涡消散加快。

基于氧气回收的超临界水氧化工艺优化

针对超临界水氧化系统中氧气过量造成的运行费用过高问题,该文研究了一种基于高压水吸收原理的氧气回收方法。基于PSRK模型,通过Aspen Plus方法建立了基于氧气回收的超临界水氧化系统模拟流程,分析了超临界水氧化系统中高压气液分离器内压力和温度等参数对O_2和CO_2分离效果的影响。结果显示,随着高压气液分离器内压力的升高,气相中O_2的纯度增加,但O_2进入气相的比例下降。当温度升高时,O_2进入气相的比例缓慢上升,但气相中O_2的纯度下降。当高压气液分离器内压力为8 MPa、温度为27℃时,O_2进入气相的比例为89.29%,气相中O_2的纯度可达83.33%。对系统的物料能耗成本分析结果显示,当过氧量系数为2时,基于氧气回收的超临界水氧化系统物料能耗成本为2.811元/kg COD(化学需氧量),同比下降21.01%,且随着过氧量系数的增加,系统的物料能耗成本同比下降趋势变大。

无机盐颗粒在超临界水膜反应器内的流动特性研究

文中采用基于欧拉-拉格朗日方程的拉格朗日离散相模型,对无机盐颗粒在超临界水膜反应器内的气固两相流特性进行数值模拟。分析了无机盐颗粒直径、入口流量、颗粒密度等对超临界水膜反应器内的颗粒运动规律、分布特性的影响。并且分析了颗粒直径和颗粒密度对无机盐颗粒接近多孔璧的参数的影响。结果表明曳力对颗粒在反应器内流动非常重要;相对于颗粒密度,颗粒直径的变化会引起颗粒流动状态更明显的变化;并且颗粒在多孔璧附近的参数受流场两侧靠近多孔璧的湍流扩散影响较大。研究结果有利于优化超临界水膜反应器。

农村生活污水利用中水力负荷对污染物分布和草地净化效率的影响

[目的]探究草地消纳利用农村生活污水过程中污染物分布规律,为农村生活污水资源化利用的风险防控提供科学参考。[方法]考察草地消纳利用农村生活污水过程中水力负荷对土壤溶液和土壤污染物分布的影响,分析不同深度土壤溶液和土壤污染物变化规律,并进一步通过Pearson相关系数探讨水力负荷与土壤溶液和土壤污染物之间的关联性及影响程度。[结果](1)随着水力负荷由0.005 m^(3)/(m^(2)·d)逐渐增加至0.05 m^(3)/(m^(2)·d),草地中出现NH_(4)^(+)-N和NO_(3)^(-)-N富集现象,而且NO_(3)^(-)-N反硝化性能不佳是制约草地脱氮速率的限速步骤。(2)水力负荷与土壤NH_(4)^(+)-N含量之间具有良好的正相关性,相关性系数高达0.94。[结论]草地消纳利用农村生活污水过程中应合理分配水力负荷,做好环境风险管控。

基于氮气保护膜的超临界水氧化系统模拟与经济性分析

利用空分装置将空气制成氮气和氧气,以氮气作为保护膜替换水膜反应器中的水膜,可同时解决超临界水氧化系统中氧化剂和蒸发水的消耗。建立基于氮气膜反应器的超临界水氧化(SCWO)系统模拟流程,研究主要运行参数对氮气膜反应器混合段、反应段以及冷凝段流体温度的影响,确定优化的运行参数。在此基础上,对基于氮气膜反应器与水膜反应器的SCWO系统经济性进行对比。研究表明:在系统启动阶段,氮气膜反应器混合段流体温度随着上支路氮气流量以及温度的升高而升高,其中上支路氮气温度对混合段流体温度影响较大;提高混合段流体温度有助于加快有机废液去除速率;冷凝段流体温度随着下支路氮气流量的增加而降低。基于氮气膜反应器的SCWO系统处理成本为195. 87元/t,低于基于水膜反应器的SCWO系统处理成本(222. 78元/t),具有良好的工业应用前景。