不同馏分油分级分质加工中萃取技术研究进展

解决传统燃料过剩、开发绿色高效低耗的油品加工技术是双碳背景下的必然趋势。发展分子炼油理念下的变革性加工技术,实现从“馏分加工”到“组分加工”,是节能降耗、物尽其用的重要思路,其中组分的高效分离是实践分子炼油理念、实现精细化加工的重中之重。详细介绍了我国各种馏分油的化学组成的分布规律以及现有溶剂萃取技术分离芳烃、烷烃和杂原子化合物等组分的研究现状,讨论了各类油品由于组成差异而导致不同的分离难点,旨在提出未来研究的切入点和有价值的研究方向。

全钒液流电池离子导电膜的选择性

全钒液流电池(VFB)具有功率大、容量大、效率高、安全性能高的特点,近年来在储能应用方面受到广泛关注。离子导电膜作为VFB的关键组件,存在严重的钒离子交叉污染问题,易造成电池容量损失,降低电池使用寿命,因此深入了解VFB离子导电膜的选择性和质子传导对电池性能具有重要意义。本文综述了VFB中阳离子交换膜、阴离子交换膜、两性离子交换膜以及多孔膜等的研究进展,分析了离子导电膜上钒离子的渗透和质子的传输,重点总结了离子导电膜的改性、超薄复合膜设计、膜内微观结构优化及离子基团功能化对提高离子导电膜选择性和电导率的影响,较为全面地阐述了当前VFB离子导电膜选择性和电导率之间的平衡问题,为开发高性能、低成本、长寿命的离子导电膜,促进其商业化发展提供了参考依据,并展望了基于质子传导机制的氢键网络结构、多孔导电膜、低成本的超薄复合膜以及利用分子动力学模拟离子跨膜来提高VFB离子导电膜选择性的研究方向。

二维GO、MXene和MoS_(2)限域离子液体复合膜用于碳捕集

工业化的急速发展导致大气中CO_(2)的浓度急剧增加,给人类的生活带来了严重的威胁.因此,亟需发展碳捕集、利用与封存技术用于降低CO_(2)的排放量.在多种方法中,膜分离技术逐渐成为全球碳捕集技术的主要发展方向.膜材料是膜的核心,随着新型制膜材料的不断涌现,一系列高性能气体分离膜层出不穷.离子液体(ILs)作为一种新型材料,因其在CO_(2)分离过程中具有不易挥发、结构可调、对CO_(2)有优异的亲和力等特点而备受欢迎.然而,由于ILs的高黏度和高成本限制了其在工业领域的应用.将ILs与二维纳米材料相结合,得到的新型复合膜兼具ILs和二维纳米材料的优势,可突破ILs的缺陷,成为未来膜材料的研究趋势之一.本综述以ILs为核心,重点介绍了将IL限域于二维氧化石墨烯(GO)、MXene和MoS_(2)纳米材料的研究进展,讨论了ILs的性质;总结了不同ILs与二维GO、MXene和MoS_(2)材料所构建的气体分离膜在CO_(2)捕获中的应用;讨论了ILs在气体分离领域中的优势和挑战,并提出了未来的研究和发展机会.

热泵精馏耦合吸收处理含盐氨水

针对含盐氨水的回收与处理,利用蒸发除盐、精馏脱氨并耦合吸收制备一定浓度的氨水。采用一系列节能技术对蒸发和精馏进行计算优化,即双效蒸发与塔顶蒸汽直接压缩热泵精馏耦合吸收工艺(SchemeⅠ)、热泵蒸发与塔顶蒸汽直接压缩热泵精馏耦合吸收工艺(SchemeⅡ)和热泵蒸发与塔底闪蒸再压缩热泵精馏耦合吸收工艺(SchemeⅢ)。选用ELECNRTL电解质模型计算物系的热力学数据和相平衡数据,并以年总费用、综合能耗和热力学效率等作为工艺评价指标,对提出的以上3种处理工艺进行模拟与优化。研究结果表明,与SchemeⅠ相比,SchemeⅡ和SchemeⅢ可分别节省年总费用22.18%和31.66%;节约能耗47.56%和57.87%;而热力学效率则分别提高了8.59%和2.28%。显然,SchemeⅢ在年总费用与能耗方面更具优势,SchemeⅡ在热力学效率方面更具优势。

超临界CO_(2)萃取烟草中天然烟碱的工艺研究

从烟草中提取烟碱可实现废弃烟草的资源化利用,为此采用单因素实验考察了超临界CO_(2)萃取烟草中烟碱的工艺条件(萃取时间、萃取压力、萃取温度、CO_(2)流量、原料粒径)对烟碱提取率和烟草浸膏萃取率的影响;此外,还以烟碱提取率为指标,萃取时间、萃取压力、萃取温度、CO_(2)流量为考察因素,设计正交试验对萃取工艺进行优化,并采用气相色谱-质谱法分析了所得烟草浸膏的成分。结果表明,萃取温度对烟碱提取率的影响最大,萃取时间和萃取压力的影响较大,CO_(2)流量的影响最小。最佳萃取工艺条件:萃取温度为65℃,萃取压力为22 MPa,CO_(2)流量为25 L/h(以150.0 g烟草原料为基准),萃取时间为80 min,原料粒径为0.60 mm。在最佳工艺条件下,烟碱提取率为97.89%,烟草浸膏萃取率为5.57%,烟草浸膏的挥发物中共检测出14种成分,且浸膏主要成分为烟碱(相对含量为52.22%)、新植二烯(相对含量为10.29%)、维生素E(相对含量为6.67%),此外还含有植物甾醇、亚油酸、枫香脂等。因其烟碱相对含量较高,该浸膏可作为后期烟碱纯化的良好原料。

太阳能真空膜蒸馏和肥料汲取液正渗透处理反渗透浓水的节能性和经济性分析

针对太阳能真空膜蒸馏(Solar vacuum membrane distillation,SVMD)和肥料汲取液正渗透(Fertilizer draw forward osmosis,FDFO)系统处理反渗透(Reverse osmosis,RO)浓水的试验研究较多,而对其能耗和经济性分析的较少.通过对试验规模和工业规模条件下2种系统的膜通量、能耗和成本进行对比分析,结果表明,在试验规模条件下,将RO浓水浓缩4倍,无辅助热源SVMD系统的膜通量为2.46 kg/(m^(2)·h),比能耗为110.6 kWh/m^(3),单位水生产成本为96.6元/m^(3);有辅助热源SVMD系统的膜通量为3.75 kg/(m^(2)·h),比能耗为230.7 kWh/m^(3),单位产水成本为13.4元/m^(3);FDFO系统的膜通量为3.62 kg/(m^(2)·h),比能耗为20.44 kWh/m^(3),单位产水成本为26.8元/m^(3).在工业化规模条件下,设计产水量均为240 m^(3)/d时,SVMD系统比能耗为12.8 kWh/m^(3),单位产水成本为10.8元/m^(3);FDFO系统比能耗为12 kWh/m^(3),单位产水成本为9.38元/m^(3).可见生产规模越大,不同系统的产水成本越小,差别也越小.

基于LNG冷能的膜-深冷分离碳捕集耦合系统工艺模拟与分析

开发经济、高效和节能的碳捕集工艺,是碳捕集、利用与封存技术的重点研究方向之一。针对低浓度(体积分数小于12%)CO_(2)烟气,提出了一种基于液化天然气(LNG)冷能的膜-深冷分离碳捕集耦合系统工艺,弥补了采用单一碳捕集技术的缺陷,并利用了LNG蕴含的冷能,有望实现更低能耗的CO_(2)捕集。利用Aspen Plus软件对该工艺进行了模拟,对影响系统性能的关键参数(液化温度、压缩压力和渗透气CO_(2)浓度等)进行了灵敏度分析,并开展了相关实验研究。结果表明,模拟结果与实验结果具有较好的一致性,利用该工艺可以得到符合工程或商业应用要求的液态CO_(2)产品;工艺CO_(2)捕集率与产品纯度随液化温度和压缩压力呈趋势相反的变化,即随着液化温度的降低或者压缩压力的提高,CO_(2)捕集率增加,但产品纯度降低;在达到工艺指标要求(CO_(2)捕集率大于等于85%、产品纯度大于等于90%)的前提下,工艺最低CO_(2)捕集能耗为2.183 MJ/kg(即捕集1 kg CO_(2)的能耗为2.183 MJ)。本研究为从低浓度CO_(2)烟气中分离回收CO_(2)提供了新思路。

聚酰胺纳滤膜表面羧基密度调控及其抗污染性能

采用均苯三甲酰氯(TMC)、对苯二甲酰氯(IPC)与哌嗪进行界面聚合反应,制备了不同羧基密度的聚酰胺纳滤膜.研究了羧基密度对膜污染的影响,并对纳滤膜的镁-锂分离选择效果进行评估.结果表明,TMC纳滤膜的羧基密度是IPC纳滤膜的3倍,水通量分别为81.9 L/(m^(2)·h·MPa)和56.5 L/(m^(2)·h·MPa).TMC纳滤膜对硫酸镁、氯化钠的截留效果优于IPC纳滤膜,对卤水镁的截留率达82.66%,对锂的截留率为-27.82%,具有较好的镁-锂分离选择效果.膜污染结果显示,TMC纳滤膜的不可逆通量衰减指数是IPC纳滤膜的3倍,抗污染能力与膜面羧基密度成反比.结果证实了膜面羧基官能团在膜污染中的关键作用,为制备具备抗污染性和高镁-锂分离比的纳滤膜提供了新思路.

电催化膜技术工艺处理含酚废水的研究进展

苯酚、双酚A、4-硝基苯酚等酚类化合物是石化和化工废水中常见的高毒性难降解有机污染物.吸附、化学氧化、生化降解等传统技术方法很难将它们高效完全去除.“双碳”背景下,研发高效的难降解污染物治理新方法有助于推进环境污染治理和实现绿色可持续发展目标.电催化膜技术是将膜过滤与电化学高级氧化相结合的新技术工艺,具有高效、无二次污染等诸多优点,逐渐成为本领域的一个重要发展方向.本文首先简要概述含酚废水的来源、危害及传统处理方法,然后从电催化膜作用机理、膜电极材料、电催化膜工艺处理酚类污染物的主要影响因素、电催化膜与相关技术结合处理含酚废水等方面系统介绍和总结近年来的研究进展,分析了电催化膜工艺的优势和存在的问题,并对其发展趋势和应用前景进行了展望,以期为后续研究和应用技术开发提供参考、启发和借鉴.

黄钾铁矾作为吸附材料的研究进展

黄钾铁矾具有相对较高的比表面积和较强的吸附能力,通常将黄钾铁矾作为吸附材料应用在矿山及其他工业废水处理等领域。研究表明其对Cr、Cd、Hg、Pb、As等有害重(类)金属元素具有很强的吸附和共沉淀作用,主要对黄钾铁矾的形成机制以及其作为吸附材料的研究进展进行综述,以期为更多研究黄钾铁矾的学者提供思路,继而将其吸附性能发挥最大作用,为矿区和工业废水等重金属污染治理提供理论依据。

混凝-共沉淀法处理含铀钍废水的研究

在核燃料元件研制和生产过程中,由于各种先进燃料元件掺杂元素种类不同,废液中除放射性污染物铀化合物外,还含有由燃料掺杂产生的钍(Th)等金属元素化合物。在含铀钍废液共沉淀过程中,钍盐还可以作为混凝剂对铀进行去除和净化。实验结果表明:对于含铀钍废液混凝-共沉淀体系,壳聚糖作为絮凝剂絮凝效果较好,废液中初始铀浓度越高,铀去除率越高,但铀浓度增加至60 mg·L^(-1)时,铀浓度的升高对铀去除率的影响就不再显著;钍铀比在低浓度铀([U]=20~60 mg·L^(-1))废液中对铀去除率影响较为显著,当钍铀比为1∶1时,铀去除率趋于平衡,在较高浓度铀([U]=60~100 mg·L^(-1))废液中没有显著影响。壳聚糖的加入量控制在0.5~1 mg·mgU^(-1)左右;pH值控制在8左右处理效果较好。温度对铀去除率影响较小,温度升高铀去除率略有下降,总体而言铀去除率>92%,钍去除率>96%。

改性分子筛对噻吩吸附效果的考察

噻吩在工业中最难除去,除了进行加氢处理转化成硫化氢后对硫化氢脱除以外,通常采用分子筛进行物理吸附脱除。研究分子筛吸附机理,采用分子筛与金属离子液相交换的方式,制造金属与分子筛之间的相互作用关系,以达到高效的噻吩吸附。实验以分子筛为载体,负载其他金属活性组分,采用静态吸附的方式,验证实验结果,考察不同改性金属对噻吩吸附效果的影响。首先考察不同分子筛载体的吸附效果,选择最优分子筛作为载体。筛选不同金属浸渍的吸附效果,考察金属离子交换效果,选出吸附效果最好的金属离子,以2种金属离子同时交换,以分子筛与金属离子,金属离子之间的相互作用,达到最好的吸附效果。以NaY为载体,Cu-Ce为活性组分对噻吩具有较好的吸附效果。

功能化多孔碳的制备及其对芳烃的吸附

液体石蜡油是重要的化工原料,但其芳香烃杂质会严重影响下游产品质量.以木质素磺酸钠为基体,ZnCl_(2)为活化剂,用后接枝法引入巯基官能团,再在管式炉中通入氮气进行高温碳化,制备了多孔碳材料(PSC)并研究了其对典型芳香族杂质的吸附.结果表明:不同处理条件(微波、超声波、蓝光)下,对液体石蜡中萘的吸附都产生显著影响,其中比表面积从1177.57 m^(2)‧g^(-1)至1775.42 m^(2)‧g^(-1)不等,最大吸附量达702.28 mg‧g^(-1).同时,虽引入巯基的多孔碳材料(PSC-SH)与未引入巯基的多孔碳材料(PSC)的比表面积和孔容差距不大,但PSC-SH对萘的吸附量是PSC的2.07倍,是因巯基的引入使得样品的活性位点增加,增加了对萘的吸附量.

MVR蒸发器及蒸汽压缩机应用比较

MVR蒸发器所选用的蒸汽压缩机有离心蒸汽压缩机、罗茨蒸汽压缩机及单级螺杆蒸汽压缩机,前两种是近十几年来普遍采用的压缩机,最后一种是近几年才开始在MVR蒸发器中应用,其最大的特点是在蒸发器工作过程中温升较高,MVR蒸发器是将二次蒸汽通过蒸汽压缩机全部压缩作为加热热源,去蒸发器壳程加热蒸发料液,MVR蒸发器要连续进料连续出料,必须将物料加热至沸点或沸点以上的温度。实际应用中,由于物料进入蒸发器前预热温度较低,有的没有达到沸点或沸点以上的温度,导致不能及时启动压缩机,甚至由于二次蒸汽量不足,压缩机工作过程中出现喘振的事例比较多见;有些蒸发器比较小,使用单位又没有蒸汽热源,大多都是制造厂家提供蒸汽发生器,有的蒸汽发生器产气量过小,致使预热温度迟迟达不到要求温度,也就不能按时启动蒸汽压缩机,这样的事例也比较多见。料液进入蒸发器前的预热效果直接关系到MVR蒸发器能否正常工作,即便预热效果良好,在生产过程中由于沸点升高、热损耗及压缩机本身的需要,也必须补充一定量的额外蒸汽,否则蒸发很难正常进行。要达到理想的蒸发状态,在诸多影响因素中,蒸汽压缩机喷淋水有多少气化参与了加热,也很重要。本文就MVR蒸发器及三种压缩的应用进行阐述,为同类应用提供参考。

碱处理改性ZSM-5分子筛孔结构对VOCs吸附性能的影响

采用氢氧化钠和四丙基氢氧化铵混合碱溶液处理制备一系列改性ZSM-5分子筛,通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、N_(2)吸附、水接触角测定等手段对改性样品进行了分析表征,采用固定床吸附器对比评价5A、NaY和不同碱改性ZSM-5分子筛吸附剂对正己烷和乙酸乙酯的动态吸附性能。结果表明:氢氧化钠和四丙基氢氧化铵摩尔浓度均为0.2 mol/L的碱改性ZSM-5-G-3样品的比表面积及总孔体积分别为425 m^(2)/g和0.585 cm^(3)/g,比改性前高硅ZSM-5-G-1样品分别提高了17.7%和174.6%,介孔比表面积增加8.6倍,达到317 m^(2)/g,介孔体积增加12.3倍,达到0.531 cm^(3)/g;随着碱溶液浓度的增加,改性分子筛材料水接触角减小;25℃时,正己烷和乙酸乙酯在ZSM-5-G-3吸附剂床层上的穿透吸附量分别为76.99和101.08 mg/g,比改性前ZSM-5-G-1吸附剂床层分别提高了40.3%和17.4%。改性ZSM-5-G-3样品对挥发性有机化合物(VOCs)吸附性能的显著提高主要归因于碱改性提供了更多的吸附位和介孔结构。

红肉火龙果粉的发泡微波冷冻干燥制备与质量评价

制备浆果粉末产品是延长其货架期的有效手段。为降低干燥过程能耗和保留产品营养成分,该研究以平均含水率(87.03±1.26)%的新鲜红肉火龙果果浆为原料,采用冷冻干燥和喷雾干燥两种方法制备了火龙果粉末。以残余湿含量、色泽和典型生物活性成分甜菜红素、芦丁和总酚保留率为指标对产品质量进行了评价。用质量比为3%(w/w)的分离乳清蛋白和2.5%(w/w)的果胶为添加剂制备了未发泡和发泡2种样品,进行了传统和微波冷冻干燥试验。结果表明,使用石英底盘,在30˚C、20 Pa下,发泡样品比未发泡样品冷冻干燥时间缩短了39.06%;施加1 W微波功率时,未发泡和发泡样品微波冷冻干燥时间比无微波时分别缩短了18.75%和12.82%。用碳化硅底盘替代石英底盘,在30˚C、20 Pa和1 W下,发泡样品微波冷冻干燥时间比未发泡和发泡样品传统无微波冷冻干燥分别缩短了65.62%和43.59%。分别以5.5%(w/w)的分离乳清蛋白和15.6%(w/w)的麦芽糊精为添加剂,进行了喷雾干燥试验。工艺参数为进风温度150˚C、出风温度85˚C、进料速度28 mL/min。冷冻干燥产品的甜菜红素、芦丁和总酚保留率分别在72%、84%和75%以上,而喷雾干燥产品的保留率显著降低。该研究采用的冷冻干燥方法能够大幅缩短干燥时间、提高产品质量,为浆果类粉末产品的制备提供工业解决方案。

船舶尾气净化技术研究进展

为减轻对大气和海洋环境的不利影响并满足环保法规,船舶行业积极探索和采用了各种船舶尾气净化技术。综述了该领域中脱硫、脱硝和减碳技术的研究进展和应用情况,包括干法脱硫、湿法脱硫、选择性非催化还原(SNCR)、选择性催化还原(SCR)、脱硫脱硝一体化等技术,以及碳捕集、利用与封存(CCUS)等减碳技术。总结了不同技术的原理、用途、特点、实施障碍和前景,以期为船舶尾气净化提供参考。

一种适于脉动条件的气液分离器的设计与研究

文中针对在流量脉动条件下,无罩、圆柱状、“柱+锥”状稳涡罩对气液分离器的分离性能及流场特性产生的影响,进行了数值模拟和试验研究,提出了旋流场脉动衰减程度评价指标———脉动衰减率(ηp),其值大小与脉动衰减性能成反比。研究结果显示:在流量脉动条件下,“柱+锥”状稳涡罩对于提高旋流场稳定性的能力最为显著,脉动衰减率为0.01028,分离效率最高可达95.15%;同时,运用高速摄像技术对两相流场中气核运动及变化形态进行可视化观测,掌握了基于流量脉动条件下,旋流场内气核的运移规律,并将其划分为4个阶段(断续阶段、汇聚阶段、融合阶段、最终阶段),发现“柱+锥”状稳涡罩旋流器的气核向中心轴线聚集趋势显著,形成具有向上运动形态的空气柱,对旋流场内脉动流有明显的抑制作用。

Pd-ZSM-5复合膜的制备及其氢气分离性能

为了能够在大孔氧化铝载体表面得到透氢性能良好的钯膜,利用二次生长法在多孔Al_(2)O_(3)载体上生长出一层连续完整的ZSM-5沸石分子筛修饰层,通过化学镀过程在ZSM-5沸石分子筛修饰的载体上沉积一层钯膜,从而得到Pd-ZSM-5复合膜。利用扫描电子显微镜(SEM)对载体、ZSM-5沸石分子筛修饰后的载体和Pd-ZSM-5复合膜的形貌进行详细分析,并通过X线能量色散光谱(EDX)对Pd-ZSM-5复合膜的表面和截面元素分布进行了研究。而且,为了确定该Pd-ZSM-5复合膜的H_(2)渗透性能,在623~773 K范围内,研究了操作温度、操作时间和测试压力对Pd-ZSM-5复合膜透氢性能的影响。研究结果表明,ZSM-5沸石分子筛修饰层能够有效改进载体的表面粗糙度和降低其表面孔径,有助于Pd膜的沉积。所制备的Pd-ZSM-5复合膜表面完整、致密,Pd膜层厚度约为5μm, ZSM-5沸石修饰层厚度约为3μm。当操作温度为773 K、渗透压力为0.1 MPa时,Pd-ZSM-5复合膜的H_(2)渗透通量和H_(2)/N_(2)渗透选择性分别为0.113 mol/(m·s)和468。而且,该Pd复合膜在773 K下,连续操作300 h后,其H_(2)渗透性能保持相对稳定。

典型陶瓷膜在水处理中应用与研究进展

针对陶瓷膜技术在水处理中的应用,介绍了陶瓷膜发展历程和研究现状。综述了典型陶瓷膜在饮用水、海水淡化、生活污水和工业废水等方面的应用,以及近年来陶瓷膜分离与臭氧、光催化、微生物耦合技术及其应用于水处理领域的国内外研究进展。对陶瓷膜在水处理领域中的发展前景进行了展望。