黄铁矿在CO_(2)气氛下非等温氧化转化及动力学分析

针对煤中常见含铁矿物黄铁矿在富氧燃烧典型气氛下转化特性,通过同步热分析结合烟气分析研究了黄铁矿在CO_(2)气氛下的转化行为.结果发现,黄铁矿在CO_(2)气氛下主要经历5个失重阶段且均为吸热过程,首先是黄铁矿颗粒表面硫脱除的起始热解段(相界面反应,n=1/2),活化能低于其在N_(2)气氛下近30 kJ/mol,为220.27 kJ/mol,随后裂解成磁黄铁矿(三维扩散,n=1/2)活化能与其在N_(2)(177.27 kJ/mol)下接近为178.1 kJ/mol;温度高于690℃,随着升温磁黄铁矿缓慢失硫,CO_(2)逐渐参与磁黄铁矿转化且释放SO_(2)和CO;820~1150℃经历双峰失重峰阶段,820~1020℃,氧化气体产物SO_(2)大量生成且在约1000℃达到体积浓度峰值;最后1020~1150℃,坩埚中残留物大量与CO_(2)持续氧化反应失重形成SO_(2)和CO,坩埚中形成复杂物相体系,铁硫化物和铁氧化物共存(或共融).CO_(2)参与黄铁矿产物转化失重阶段活化能分别为180.94 kJ/mol、229.69 kJ/mol和243.46 kJ/mol,动力学机制均为成核与生长(n=1).

新工科视域下地方高校产教融合协同育人探索与实践——以江汉大学环境工程专业为例

新工科建设引领高等教育变革,探索产教融合协同育人新机制是深化新工科建设的重要改革方向,也是地方高校工科专业深化校企合作的重要途径。江汉大学环境工程专业积极拓展校企合作的深度和广度,面向产业技术发展需求,充分发挥校企双方在人才培养中的“双主体”作用,在人才培养体系重构、“双师双能型”教师队伍建设及产学研协同育人平台建设等方面积极探索与实践,推动了专业教育与产业发展融合、教学过程与工程实践融合、产研过程与产教过程融合,构建新工科视域下“双主体三融合”的产教融合协同育人新机制,有效促进教育链与产业链融合,可为地方高校环境工程及相关专业产教融合的实施路径提供有益参考和借鉴。

中药渣水解炭燃料特性及热解燃烧动力学分析

中药渣因含水率高而处理困难,将中药渣经水热处理后有较好的应用前景。以中药渣为研究对象,采用水热处理获取中药渣水解炭,通过工业分析及元素分析、热重分析及动力学分析研究了水热处理对中药渣水解炭特性的影响。结果表明:随着水热处理温度升高,中药渣水解炭的固定碳及元素C含量、燃料比(水解炭的空气干燥无灰基固定碳与挥发分的质量比)及高位发热量增加,挥发分、元素H及元素O含量明显降低,n_(O)/n_(C)及n_(H)/n_(C)逐渐降低,水解炭性质接近一般动力煤性质。热重分析发现热解过程中,280℃下形成的水解炭在160℃~300℃和300℃~500℃出现较明显的双峰失重峰,其余水热处理温度下形成的水解炭仅在275℃~400℃出现一个极明显失重峰。随着水热处理温度的升高,水解炭热解活化能由69.56 kJ/mol降至40.55 kJ/mol。水解炭燃烧过程主要经历四个阶段,180℃~295℃主要是小分子挥发分热解阶段,其活化能为63.65 kJ/mol~105.02 kJ/mol;295℃~390℃主要是小分子挥发分主要燃烧阶段,其活化能为10.78 kJ/mol~35.76 kJ/mol;390℃~410℃主要是大分子挥发分析出与燃烧阶段,其活化能为117.08 kJ/mol~201.61 kJ/mol;410℃~520℃主要是固定碳与焦炭的燃烧以及少量矿物与无机化合物的热分解阶段,其活化能为22.18 kJ/mol~92.10 kJ/mol。随着水热处理温度升高,水解炭燃烧同一阶段的指前因子与活化能变化趋势一致。水解炭的可燃性指数、着火指数以及综合燃烧指数随着水热处理温度升高、水热时间增加以及固液比的增大而减小,固液比为1 g:15 mL且在220℃下水热1 h获得水解炭的燃烧性能较好,综合燃烧指数为3.55×10^(-10)/(min^(2)·℃^(3)),可为高湿固废水热燃料化的应用提供参考。

商业生物质成型燃料燃烧颗粒物排放特性分析

为探究商业成型燃料燃烧颗粒物排放特性,采用立式固定床反应器进行砂光粉、棉秆、竹屑的燃烧试验,分析燃烧颗粒物粒径分布规律和主要元素组成,并探讨各元素含量对颗粒物排放的影响。结果表明:PM 10的排放量从高到低依次为棉秆、砂光粉和竹屑,排放量分别为27.76,20.83和9.65 mg/m^(3)。3种成型燃料产生的颗粒物均以亚微米颗粒物PM 1为主,PM 1在PM 10中占比均超过90%。其中,PM 1主要以碱金属氯化物和硫化物为主,PM 1-10主要以Ca、Mg硅酸盐为主。相关性分析表明生物质灰含量与PM 1排放量正相关,而Mg+Ca的质量分数、(Mg+Ca)与Si物质的量之比与PM 1-10排放量正相关。

烘焙中药渣的热解与燃烧特性及其动力学分析

中药废渣经过烘焙后是一种具有应用潜力的固体燃料。采用热重分析仪对烘焙中药渣的热解及燃烧特性进行了研究,利用Kissinger-Akahira-Sunose (KAS)法及Coats-Redfern法对热解及燃烧的动力学进行求解,评估了烘焙中药渣的燃烧特性。研究发现烘焙中药渣的热分解分为2个阶段,第一阶段的活化能为76.1~94.0 kJ/mol,第二阶段的活化能为26.8~38.8 kJ/mol。烘焙中药渣的燃烧分为3段反应过程,第一阶段主要是挥发分的析出及燃烧,活化能为80.5~97.3 kJ/mol;第二阶段属于挥发分及部分焦炭的燃烧,活化能为18.3~28.5 kJ/mol;第三阶段的主要反应为残余焦炭的燃烧,活化能为41.8~50.6 kJ/mol。不同烘焙条件下制得的中药渣都较易着火燃烧,着火温度在280.3~294.8℃。经O2烘焙的中药渣前期可燃性以及综合燃烧特性最好,最易燃尽,表明燃烧烟气烘焙中药渣是可行的。

纤维素低温炭化特性

为了解纤维素在低温下焦炭的生成及演变过程，在固定床上开展了慢速热解实验，采用元素分析以及二维相关红外光谱技术对焦炭特性进行了分析。研究发现，纤维素慢速热解的分解主要集中于250～360℃。250～300℃时纤维素的炭化以脱水为主，且在炭化初期，分子间氢键断裂生成自由羟基，并使纤维素的大分子结构松散。而随着温度的升高，分子内氢键断裂以及羟基脱水，使得焦炭中生成大量的羰基、烯烃双键以及环醚结构。300℃时吡喃环开环及糖苷键断裂后，含双键及羰基的脂肪烃进一步发生分子重排、缩聚及芳环化而生成苯环、芳基烷基醚等结构。300～460℃的炭化以脱氧反应为主，此时焦炭中脂肪烃的含量逐渐降低，而芳香环含量增加。＞460℃时的炭化以脱氢反应为主，此时焦炭中存在缩合程度较高的芳烃结构。

“环境工程项目管理”课程思政设计与实践——以江汉大学环境工程专业为例

以环境工程项目管理的策划、计划、执行及监控、总结及持续改进四个必经阶段为主线,与辩证唯物主义思维、政治认同、传统文化和技术、法治观念和职业伦理道德五个思政元素类型相结合,进行课程思政元素的挖掘和融入,厘清课程主体内容与课程思政的辩证关系。以江汉大学环境工程专业四个学年中的“环境工程项目管理”教学为研究对象,通过理论联系实际提升学生的项目管理能力,拓宽学生专业知识面,实现培养学生正确的价值观、理想信念和家国情怀的课程思政目标。

水蒸气气氛下生物质热解制取富氢气体试验研究

以水蒸气为流化气在鼓泡流化床中进行木屑的热解特性研究,考察一些主要参数[如热解温度、生物质颗粒粒径、水蒸气/生物质(S/B)]对产气率和目标气体(H2,CO)产率的影响。试验结果表明,提高热解温度和降低生物质颗粒粒径有利于气体的产生;在热解过程中加入水蒸气,能提高气体产率,但是水蒸气的引入量有一个最佳值。本试验中产气率和H2,CO的产率都随着S/B的增加先上升后降低,适宜的S/B为2～2.5。

木聚糖与果胶热解液化特性研究

为了解不同类型多聚糖的快速热解机理，采用固定床研究反应温度（250～950℃）对木聚糖与果胶热解特性及其产物分布的影响。研究表明，果胶比木聚糖更易于分解，其分解温度低于250℃；两者解聚之后的单糖并不稳定，容易进一步裂解成小分子碎片。在低温条件下，木聚糖热解时生成的酸类化合物种类较多，其中乙酸和丙酸含量较高；果胶热解时生成的乙酸和糠醛明显高于木聚糖。果胶热解生成的CO2高于木聚糖，而后者的CO产率高于前者；在450℃以下时，CO主要来自于单糖裂解时的初级反应，与酸、酮等小分子同时生成；随着反应温度的升高，CO主要来自于丙酸、酮类小分子的脱羰基过程。

生物质制氢技术研究进展

对生物质的裂解和气化制氢技术进行了归纳总结,单纯使用生物质裂解或气化制取氢气效果并不理想,使用催化剂裂解气化能够明显提高产气率和产氢率,为以后大规模生物质制氢提供了理论依据。最后简单介绍了本课题组的生物质一体化制氢技术。

生物质一体化制氢中催化剂的选择与失活再生研究

对生物质流化床快速热裂解-固定床催化重整一体化制氢中有效催化剂的选择及其性能变化进行了研究。选取空白试验、白云石、镍基催化剂进行对比实验。结果表明:高温有利于氢气产率和气相产品气碳元素选择性的提高,镍基催化剂的催化效果明显强于白云石,后者对一氧化碳有较好的选择性。对镍基催化剂的连续催化及循环失活再生研究表明,每次再生后的催化剂其活性都有一定程度的下降,对甲烷的催化效果降低比较明显。XRD及SEM研究表明实验中催化剂失活的主要原因是镍金属晶粒在载体表面的烧结。

生物质低温气化及催化重整制氢

对生物质低温气化及催化重整制氢进行了研究。在流化床反应器中考察了较低的气化温度下气相停留时间(12～22s)对气、液、固三相及氢气产率的影响;同时在固定床反应器中对流化床反应器中较长停留时间下的气态产物进行了催化重整,考察了温度和催化剂粒径对氢气产率的影响。实验结果表明,在气化温度600℃下,气体、固体和氢气产率随气相停留时间的延长而增大,液体产率则相反;经过流化床反应器内较长停留时间的焦油只有在催化重整温度高于800℃时才有大幅的裂解;催化剂宜在接近原始尺寸的条件下使用;在气化温度600℃、气相停留时间16s、催化重整温度900℃、GHSV=1716h^(-1)、催化剂粒径大于5mm时,可获得1447.32 mL/g的氢气产率、47.50 mL/g的CO产率和7.20 mL/g的甲烷产率。

生物质制氢研究进展

在人类面临严重的能源危机与环境污染的背景下,生物质制氢是一项富有前景的制氢技术,已引起了世界各国研究者的普遍关注.主要介绍了目前国内外生物质制氢的研究现状和发展中存在的问题,为我国生物质能的发展和使用提供参考.

面向环境工程战略性新兴产业人才培养的省重点实验室协同创新机制研究

文章基于环境工程战略性新兴产业人才培养(工业烟尘污染控制方向),建立了面向战略性新兴产业人才培养的重点实验室管理运行机制。依托省级重点实验室学术队伍、科研项目及仪器设备等方面综合优势,构建学生科研与工程实践体系,强化教学与科研结合,上述举措完善了学校本科生实践创新教育模式,提升了本科教学质量,增强学生了在就业和深造中的竞争力。

草(木)本中药材废渣热解特性差异的初步研究

我国中药企业每年产生大量中药材废渣,其中大部分均作为废弃物丢掉,既造成资源损失和浪费,又污染环境.中药材废渣热化学利用是中药材废渣资源化利用的有效途径.本文以中药有效成分提取过程中产生的中药材废渣为研究对象,利用热重分析法(TGA)研究草本(柴胡)与木本(川木通)中药材废渣在不同粒径和不同升温速率下的热解特性差异及动力学规律.研究发现:柴胡药渣与川木通药渣表现出明显不同的热解特性,并从其内在金属元素的量变迁对其各自的热解特性给出了相应解释说明.最后,基于热重实验给出了柴胡与川木通药渣的热解动力学参数.

酸洗处理对典型高硫煤性质的影响研究

研究了煤化学处理中的酸洗处理对煤性质的影响。典型煤(铜川高硫煤)在几种酸溶液中浸洗后,对得到的煤样进行有机质和无机质特性分析、热化学及动力学分析,发现硝酸易与煤中有机大分子发生硝化反应,导致煤中有机大分子分解成有机小分子。气质联用分析显示硝酸较其他酸更易断裂煤中不稳定大分子结构,可能是硝酸与煤中含硫及铁类矿物反应形成酸溶性物质而降低其含量。大部分酸液对钠、钙及镁等的脱除效果较为明显,而氢氟酸对硅、铝、钾等脱除效果明显。氢氟酸液洗煤的活化能较原煤高,硝酸及硝酸盐酸混液酸洗的煤样反应活化能明显下降,即这两种酸液洗后的煤样更易热解燃烧。

伯胺类捕收剂的初级生物降解性能

通过改进的振荡培养法对典型伯胺类捕收剂十二胺(DA)和十八胺(OA)的初级生物降解性能进行分析评价。通过可见光谱扫描得出DA和OA浓度测定的最大吸收波长均为412 nm,由此得出其浓度测定标准曲线,并通过采用加热、加酸和再溶解的方法对OA进行测定,振荡培养法测出DA和OA的初级生物降解度分别为99.0%和97.9%。研究结果表明:在振荡培养的条件下,DA和OA均为易生物降解捕收剂,DA的初级生物降解性能优于OA,并且该条件下生物降解得到强化,使得OA生物降解性能得到有效提高,为处理含伯胺类浮选药剂的矿山废水提供理论参考。

伯胺类捕收剂初级生物降解的动力学

通过振荡培养法对典型伯胺类捕收剂十二胺(DA)和十八胺(OA)的初级生物降解的动力学进行分析研究,并建立DA和OA的生物初级降解模型。研究表明:DA和OA的生物初级降解符合一级动力学模型,其速率常数分别为-0.182 8/h和-0.135 4/h,反映这两种捕收剂残留与时间的关系,可以为处理含伯胺类浮选药剂的矿山废水提供理论参考。

“变质”黄铁矿热转化特性实验研究

黄铁矿样品经过长时间存储,可能面临着"变质",这种变质的样品可能有些新的热解特性。本文中的黄铁矿样品仍以黄铁矿晶体为主,但样品的傅里叶红外测试显示样品颗粒中含有无定型铁硫酸盐,即黄铁矿标本样品在长时间的存储过程中被环境中存在的氧氧化。进一步的热重-红外联用实验分析发现在黄铁矿晶体大量裂解之前,存在两段连续的SO_2释放段,这可能是样品颗粒表面形成的铁硫酸盐分解而致。同时研究了环境中气氛、颗粒粒径、升温速率及反应中气流速率对黄铁矿样品热解的影响,CO_2气氛会影响黄铁矿热解行为,可能主要是黄铁矿在较高温下会与CO_2反应形成铁氧化物;随着颗粒粒径的增加,样品在更高温度下进行热解反应;升温速率增加,黄铁矿热解向高温区移动;反应中气流速率增加有利于气态产物的释放而使热解速率急剧增加。

基于木质素部分脱除及其含量对生物质热解特性的影响

该研究采用固定床热解炉,研究不同木质素含量花生壳、核桃壳样品的裂解行为,利用元素分析、工业分析、气相色谱-质谱联用以及气相色谱法对原料和热解产物进行分析,探究木质素与综纤维素在原始交联结构下的交互作用及其对热解产物分布特性影响。研究结果发现,300℃热解条件下,随着木质素含量的增加,样品中固体产率增加,液体产率和气体产率下降。500、700℃热解条件下,固体产率相比300℃有大幅度的下降,且随样品中木质素含量的增加,固体产率无明显变化,液体产率稍微增加,气体产率下降。500℃时,H2产率很低,随样品中木质素含量的增加,CO2含量减少,CH4含量增加,CO含量有稍微的上升。而700℃时,综纤维素的脱氢、缩合、成环会生成大量的H2。同时,木质素能够促进综纤维素分解生成大量左旋葡聚糖,并抑制其分解;而综纤维素抑制木质素单体愈创木基的脱甲氧基反应,促进苯丙烷基的脱烷基反应,形成更多的酚类化合物。该研究对于生物质组分间交互和产物形成特性研究具有积极意义。