平板降膜溶液除湿再生过程实验研究及模型验证

在平板降膜溶液除湿/再生实验平台上,以LiCl水溶液作为除湿溶液,实验研究了空气、溶液的入口参数对空气出口参数的影响,并根据实验数据得到了耦合传热传质系数的关联式,为NTU-Le模型提供了重要的数据支持,同时将实验数据与NTU-Le传热传质模型计算所得的数据进行比较,来验证NTU-Le传热传质模型在平板降膜溶液除湿/再生过程中的适用性和准确度。结果显示:实验数据和模型计算值之间的偏差均在10%以内,表示NTU-Le模型适用于平板降膜溶液除湿/再生过程。

超积累植物东南景天热解过程中Cd的迁移转化规律及炭产物安全利用研究

在管式炉对Cd超积累植物东南景天(Sedum alfredii)进行热解,研究热解过程中Cd的迁移和形态转化,并在最佳温度条件下探究制备的东南景天生物炭对Cd的吸附作用。结果表明,随着温度上升,生物炭产率下降,挥发分增加;温度能影响Cd在气、液、固三相中的分布,温度升高能明显促进重金属由固相向气相迁移;生物炭中Cd形态受温度影响,随温度升高,对环境影响较大的水溶态和酸溶态Cd含量呈现出降低趋势,在700℃以上时,大部分Cd是以稳定的可氧化态、可还原态以及残渣态形式存在;800℃热解得到的东南景天生物炭对Cd具有一定的吸附效果,最高吸附量达到28.7mg/g。通过合理控制热解温度能够实现炭产物的稳定化,并可安全利用到重金属污染水体或者农田污染治理中。

PAHs污染土壤热脱附过程关键影响因素及脱附动力学研究

土壤多环芳烃(PAHs)污染已严重威胁生态环境安全和人类生命健康。通过异位热脱附试验探究了PAHs初始浓度、土壤含水率和土壤粒径对脱附效率的影响,并采用一级、二级动力学和指数衰减模型对PAHs热脱附过程进行拟合,以探究土壤中PAHs热脱附的去除机制。结果表明,在同等条件下,随着PAHs初始浓度的增加,脱附效率随之升高,且在热脱附20~40 min时提高初始浓度可明显提高PAHs的去除率。土壤含水率对于PAHs不同组分的作用具有一定的差异性,当土壤含水率为16%,萘(Nap)、菲(Phe)和蒽(Ant)达到最佳去除率,而荧蒽(Fla)和芘(Pyr)最大去除率对应的土壤含水率为13%。在相同脱附条件下,土壤粒径越小,土壤中PAHs的去除率越高。研究发现指数衰减模型对PAHs各组分的脱附过程具有更好的拟合效果。土壤中PAHs热脱附主要分为两个阶段:(1)PAHs受到土壤中水的蒸发作用从土壤颗粒表面快速蒸发;(2)PAHs的蒸发速率受到土壤孔隙内部扩散的限制,以非常缓慢的速度从土壤中脱除。

增压O_2/CO_2气氛下煤燃烧特性实验研究

增压O2/CO2燃烧是一种可高效分离回收CO2的新兴燃烧技术,其燃烧机理与常压空气、常压O2/CO2燃烧存在较大差异。在加压热重分析仪上研究了增压条件下总压、氧浓度、气氛及粒径等反应参数对美国烟煤和淮北无烟煤燃烧特性的影响,确定了煤的着火温度,并对其进行燃烧动力学分析。结果表明,增压O2/CO2气氛下,随着压力或氧浓度的增加,DTG曲线向低温区移动,煤样整体燃烧速率加快。压力提升、氧浓度增加及煤粉细化均可改善O2/CO2气氛下煤样的着火特性。常压O2/CO2气氛下煤粉燃烧基本属于一级反应;增压O2/CO2气氛下,低温区属于0.5级反应,而高温区属于1.5级反应。

水蒸气法制备污泥质活性炭的实验研究

以污泥和木屑为原料,采用管式炉水蒸气活化法,对流化床热解炉制得的热解炭进行制备活性炭的研究,分析了活化因素对活化效果的影响、亚甲基蓝在活性炭上的吸附平衡和动力学、污泥活性炭浸出液中重金属的含量及其孔结构等性能.实验结果表明:随着活化温度的升高、活化时间的延长和水蒸气流量的增加,活性炭的得率不断降低,亚甲基蓝的吸附值先升高后降低;污泥中添加20%木屑时制得的活性炭的吸附性能是纯污泥质活性炭的一倍多;Langmuir吸附等温线模型、准二级反应模型能够比较准确地描述亚甲基蓝在污泥活性炭上的吸附相平衡及吸附过程,平衡时活性炭对亚甲基蓝单层最大吸附量为71.43mg/g;污泥质活性炭的孔结构以过渡孔为主;浸出液中只有少量的重金属.

典型煤灰成分细颗粒物在过饱和水汽环境中的长大特性

实验采用专门针对液滴的滴谱仪作为测量工具,以典型煤灰成分细颗粒物石英、氧化铁、莫来石、硫酸钙为研究对象,在热水与冷空气接触形成的低过饱和度下进行了蒸汽异相凝结长大实验研究。考察了颗粒润湿性、粒径以及热水温度对颗粒长大效果的影响。结果表明,润湿性好的颗粒长大效果好,初始粒径越小的颗粒长大倍数越大;热水温度对颗粒长大影响非常明显,热水温度越高,颗粒越容易发生异相凝结,颗粒最终直径越大。

中国散裂中子源样品变温环境设备技术

中国散裂中子源(CSNS)中子散射样品变温环境设备是中子源上应用最广泛的样品环境设备,为了拓宽CSNS的应用领域和测量样品类型,一期工程建设中设计制造了3大类样品变温环境设备,包括低温区的低温恒温器、中温区的水浴恒温设备和高温区的中子散射高温炉,其温区范围分别覆盖了0.3—300 K、243—473 K、473—2073 K。主要介绍上述3类样品变温环境设备的工作原理、系统设计以及工程进展,实现并完成了CSNS样品变温环境设备的系统性搭建和性能测试。

压缩空气溶液深度除湿干燥方法及实验验证

提出一种基于溶液除湿技术对压缩空气进行深度除湿干燥的方法。搭建压缩空气溶液除湿系统性能测试实验台,以空气出口含湿量和除湿量作为除湿性能的评价指标,对LiCl-H2O溶液用于压缩空气的逆流除湿过程进行实验研究。探讨压缩空气、溶液进口参数对空气出口含湿量以及除湿量的影响,结果表明:压力0.5 MPa下,空气出口含湿量能够达到0.9g·kg-1,且一定压力下系统除湿量随着空气流速、溶液质量流量、溶液质量分数的增加而增大,验证了压缩空气溶液深度除湿干燥方法在相关领域应用的可行性。

高硫石油焦热解过程及硫形态的变化特性

在管式炉实验装置上进行不同温度高硫石油焦N_2气氛热解实验,并利用X射线光电子能谱分析(XPS)技术进行表征,深入分析高硫石油焦热解过程中硫形态变化特性,同时采用热重-红外联用(TG-FTIR)技术深入分析热解过程。热重分析结果表明,高硫石油焦热解经历了干燥脱水阶段,长链脂肪烃、稠环芳香烃等组分分解阶段,在430℃和635℃失重速率达到最大形成失重峰。红外分析结果表明,高硫石油焦热解释放气体主要包括CO_2、CH_4、H_2O、SO_2、芳烃化合物和脂肪族化合物等,并且在不同温度区间释放气体组成有着巨大的差异。XPS分析结果表明,高硫石油焦表面硫含量及存在形态与热解温度紧密关联,随着热解温度的不断升高,高硫石油焦表面硫含量在700℃达到最大值,不同硫形态之间发生相互转化。

一种小型热释电能量转换装置的特性分析

设计了一种小型热释电能量转换装置,基于热释电效应对该装置进行了理论分析,推导出了该装置的输出电流与电压的表达式。通过理论分析与实验的方法对简谐热激励下该装置的能量转换特性进行了研究,结果表明:当对装置进行调频处理时,热释电单元表面的温度将发生周期性的变化,并且在其正负极之间产生周期性变化的电压;调频频率、热源功率、装置散热情况及热释电陶瓷表面吸热率对该装置的输出电压会产生一定的影响;该装置产生的电能能量密度可达7.4mJ/cm3,可满足某些特殊场合的能量需求。

PZT与TeBi半导体材料热电转换特性的对比分析

选取PZT热释电陶瓷和TeBi半导体作为实验材料,对二者的热电转换特性进行了对比研究。采用恒热流和调频热流两种加热方式对热释电陶瓷和半导体发电片进行加热,使其进行热电直接转换。实验结果表明,PZT热释电陶瓷在调频热流作用下热电转换效果较好,其最优转换频率在0.1Hz左右,热释电陶瓷所发出的电能为交流电,且表现出大电压、小电流的特点;TeBi半导体在恒热流作用下热电转换效果较好,其所发出的电能为直流电,表现出小电压、大电流的特点。

纸厂废弃塑料焚烧过程中HCl的排放特性

在小型管式炉中进行了纸厂含氯废弃塑料焚烧过程中HCl析出特性实验,研究了温度、粒径、停留时间对HCl析出的影响;同时借助热重-傅里叶红外光谱联用技术(TG-FTIR)研究了HCl在焚烧过程中的析出规律.结果发现,燃烧过程中Cl→HCl的转化率随温度、粒径和停留时间的增大而显著增加;TG-FTIR结果表明,HCl在200℃左右开始析出,300℃左右达到最大值,400℃后析出峰逐渐消失.XRD结果可知,残余氯以无机氯盐的形式存在灰样中.

基于镍基载氧体的串行流化床煤化学链燃烧实验

以NiO/Al2O3为载氧体,在1 kWth串行流化床反应器上进行了煤化学链燃烧实验,通过四个参数:碳转换效率ηC,coal、煤气化产物的转换效率、碳捕集效率ηC,cap及煤燃烧效率ηcombust对煤燃烧过程进行表征,考察了燃料反应器温度tFR、过量空气系数α、隔离器水煤比SLS/C、燃料反应器水煤比SFR/C和热负荷等参数的影响。结果表明,tFR和SLS/C的增大有利于煤气化产物的转换;tFR、α和SLS/C的增大有助于ηC,coal的提高,随着SFR/C由0.8增加到1.8,ηC,coal呈先增加再减小的趋势,并在SFR/C=1.2达到最大值;ηcombust和ηC,coal变化趋势保持一致,主要受飞灰含碳量中残碳损失的影响;tFR提高有助于提高ηC,cap,而α和SLS/C的增大使得ηC,cap降低。

蜈蚣草燃烧过程中As迁移转化规律

蜈蚣草是砷(As)的高富集植物,为研究蜈蚣草燃烧过程中As的迁移规律及形态演变,在管式炉中对蜈蚣草进行了燃烧实验,实验发现:蜈蚣草中As挥发率随温度的升高先增加后减小,在500℃达到最高。500℃之前挥发率升高是由于低温区无机As的挥发;温度高于500℃时挥发率下降,是由于As的快速氧化使挥发的As3+减少以及灰中元素对As的固定作用。蜈蚣草燃烧后底灰中的水溶As主要是As^(5+),其含量随着温度的升高先降低再增加,800℃到达峰值,占原样品As含量的81%。在400~500℃之间,水溶As^(5+)含量下降主要是由于As的挥发率增加;在500~700℃之间,As的固定主要为灰的物理吸附;当温度到800℃,As的固定主要为化学吸附。水溶As^(5+)的比例在900℃时有所下降,可能是因为温度过高使生物质灰烧结,As^(5+)无法充分溶解,使测量到的As^(5+)含量减少。综合考虑As的回收再利用工艺,推荐800℃为蜈蚣草的最佳燃烧温度。

内循环流化床大颗粒运动特性实验

内循环流化床能够有效组织颗粒在床内的运动,具有广泛的工业用途。采用荧光大颗粒示踪,运用图像处理法,在二维流化床实验台上,研究了流化风速、静止床层高度等参数对床内大颗粒的速度分布概率以及循环时间的影响。结果表明:提高流化风速和静止床层高度,循环口两侧差压增大,颗粒内循环流率增大,循环时间变短。颗粒横向和纵向速度分布概率的特征显著不同。在低速床中,颗粒纵向速度超过50%分布在负值区域,表现出明显的向下运动的特征。

生物质混煤燃烧过程中钾的迁移转化规律

通过将稻秆和褐煤混燃,研究了燃烧温度以及生物质掺混比例对于混燃过程中K的释放、灰样中K的赋存形式以及矿物质变化的影响。研究表明,燃烧温度对于混合燃料中K的释放影响显著。在600-750℃时,随着温度升高,水溶性K和醋酸铵溶性K大量释放到气相,使得K的释放速率较快;而当温度在750-850℃时,水溶性K和醋酸铵溶性K开始大量地转化为其他形式的K而被固定在灰样中,使得K的释放速率变得缓慢;当温度高于850℃时,随着温度升高,盐酸溶性K的分解导致K释放速率重新增大。通过XRD分析发现,灰样中水溶性K主要以KCl的形式存在,K 2SO 4的生成同时受到原料中K的含量和S/Cl比值两个因素的共同影响,原料中K的含量越高,且S/Cl比值越大,越会促进K 2SO 4的生成。同时也发现生物质和煤混燃时存在协同作用,煤中Al、Si等元素会和生物质中的K反应生成碱性硅铝酸盐,从而导致更多K留在灰烬中。

稻壳成型颗粒化学链气化过程中机械强度演化特性

生物质成型颗粒相对较小的比表面积和较大的颗粒尺寸使其在化学链气化过程中的破碎行为直接影响挥发分脱出速率和碳转化率。为研究稻壳成型颗粒在化学链气化过程中的机械强度演化,建立能够控制气化时间的鼓泡流化床反应器,分别在不同气化温度、流化风量等条件下收集到15~180 s气化后的稻壳焦炭样品,对其表面形貌及机械强度进行了表征。结果表明:稻壳焦炭样品表面形貌呈现由孔隙到不规则裂痕的演化趋势,剧烈传热传质下,稻壳成型颗粒内外因挥发分快速释放形成巨大压力差,载氧体由裂痕向颗粒内部渗透,显著促进了颗粒结构的破坏;此外,减小成型颗粒质量,热量传递和挥发分脱出速率得到改善,但体表面积的减小限制了成型颗粒与床料的碰撞和磨损,机械强度相应提高。

化学链干重整联合制氢热力学分析及实验

提出了一种化学链甲烷干重整联合制氢工艺。该工艺由还原反应器、干重整反应器、蒸汽反应器和空气反应器组成,在实现制氢的同时获得可变H2/CO比的合成气。借助ASPEN plus软件和小型流化床实验台,在等温条件下,温度900℃,采用Fe2O3/Al2O3载氧体,对该工艺进行热力学分析和实验验证。结果显示,当铁氧化物被还原至FeO/Fe时,干重整反应器内甲烷转化率可以达到98%,CO产率可以达到94%。干重整反应器中同时发生甲烷干重整和部分氧化反应,载氧体内部晶格氧可以有效降低积炭并提高合成气H2/CO比。积炭发生于晶格氧消耗殆尽时。积炭进入蒸汽反应器,发生气化反应,降低氢气纯度。

振动辅助纳米颗粒聚团流化实验研究

在内径40mm的流化床实验台上,研究SiO2、Al2O3和TiO23种纳米颗粒在振动辅助流化时不同振幅、频率下的流化特性,比较振动对不同黏性纳米颗粒流化的改善程度及原因。结果表明,在无振动条件下,SiO2纳米颗粒达到稳定状态时表现为散式流态化;Al2O3和TiO2纳米颗粒在流化床底部形成较大的聚团,导致明显的流化分层现象。在振动条件下,SiO2纳米颗粒的临界流化速度降低,床层膨胀高度随着振幅和频率的增加而降低;而对于Al2O3和TiO2颗粒,随着振幅和频率的增加,临界流化速度降低,床层膨胀高度增加,流化床底部的聚团尺寸减小,但当频率和振幅较低时,振动对其流化行为无明显改善。振动强化了纳米颗粒聚团的碰撞,具有促进聚团破碎和密实化的双重作用。针对不同黏性的纳米颗粒,若要达到最优的流化质量,需要探索不同的振动参数。

机械化学方法在环境污染控制领域的应用研究进展

机械化学方法发展迅速,应用广泛,是环境污染治理领域的重要技术之一,其在持久性有机污染物(POPs)降解方面展现出良好的前景。与其他处理方法相比,机械化学方法反应彻底、溶剂需求量少、反应条件简单、处理成本低且几乎不产生二次污染等优势吸引了越来越多研究人员的关注。本文介绍了机械化学的起源以及机械化学作用于物料过程的等离子模型以及表面化学断键产生自由电子、晶体缺陷促进反应等作用机制,综述了机械化学方法在环境污染控制领域如污染物降解与处置以及废弃物回收等方面的成果,重点从主添加剂类别、氯代持久性有机污染物和其他持久性有机污染物方面阐述了机械化学方法在POPs治理方面的研究现状,总结了POPs在机械化学作用过程的反应机理,指出了目前研究工作的不足,为推广机械化学处理POPs及其污染土壤指明了研究方向。