BDD电催化耦合电解析处理载人航天器中冷凝废水的研究

为解决在硼掺杂的金刚石电极(BDD)电催化处理冷凝废水中,由于冷凝废水电导率低而导致处理能耗较高的问题,提出了BDD电催化耦合电解析的新方法处理冷凝废水。在BDD反应器内填充吸附有无机盐的混合阴阳离子交换树脂,电催化处理冷凝废水时吸附在树脂上的离子在电场作用下解析下来进入废水中,并进行交替的吸附、解析及定向运动,从而改善废水的导电性,电极两端电压显著降低,停止加电后,离子又能重新交换吸附在树脂上。以Na_(2)SO_(4),Na_(3)PO_(4)以及NaNO_(3)作为电解质时,对总有机碳(TOC)去除没有影响;而以NaCl作为电解质时,TOC去除率随着NaCl添加量的增加而降低。

固态胺材料的CO_2真空解吸动力学研究

目的研究固态胺材料的CO2真空解吸反应动力学。方法研究并比较了不同温度下固态胺材料的CO2真空解吸和氮气吹扫解吸反应。结果不同温度下的CO2真空解吸和氮气吹扫解吸反应均具有一级反应特征,反应速率常数随温度的提高而增大。本征反应活化能为54.29 kJ/mol,表观活化能为60.60 kJ/mol。结论较低的活化能有利于固态胺吸附剂在接近室温条件下解吸CO2。表观活化能略高于本征反应活化能显示系统中外扩散对解吸速率的影响不能完全忽略。

金属氧化物净化CO_2吸收剂研究

目的研究再生式金属氧化物净化CO2的技术,制备用于净化CO2的金属氧化物吸收剂。方法采用不同配方制备金属氧化物吸收剂,并对吸收剂的吸收和再生性能进行实验。结果研制的金属氧化物吸收剂性能较好,单位体积CO2吸收量达0.2g/mL,抗压强度为4kg,堆密度1.53g/mL。结论制备的金属氧化物吸收剂可应用于物化再生式的便携式生保系统。

密闭空间低浓度CO_2固态胺吸附剂长寿命评价

在密闭空间实际工况下,通过两组平行对照试验,考察了长时间吸脱附循环对固态胺材料CO2吸附性能的影响,对材料进行长寿命试验,并验证一年内固态胺材料性能的稳定性。结果表明,两组试验分别经过2128轮和2267轮吸脱附循环后,固态胺材料仍表现出良好的吸脱附稳定性。在长寿命试验条件下,两组吸附剂的CO2的吸附量维持在约28 mg·g-1,有机胺含量未见流失,活性胺含量比初始材料有所提高并不再降低,材料机械强度未受到影响。结果证明,高分子树脂基固态胺材料不仅能在室温条件下高效吸附CO2,且能在温和条件下实现CO2的解吸,在减少能耗的同时还有利于材料使用寿命的延长,适宜作为太空密闭空间中去除低浓度CO2的吸附材料,为航天员的生命保障提供技术支撑。

基于任务需求和ESM分析的受控生态生保系统植物部件品种规划

针对任务周期长、距离远的长期载人深空探测,长期地外生存等任务要求建立受控生态生保系统,通过合适的植物部件利用当地资源进行空间作物生产。利用等效系统质量方法,比较了地球携带食物补给和受控生态生保系统植物部件就地生产两种补给模式的优劣。从受控生态生保系统角度讨论了主食、果蔬和蛋白质-脂肪等食物需求与植物部件设计的关系,对1~2年任务周期的深空探测飞行任务首先应配备小量蔬菜栽培装置。可以利用太阳光时,2年以上即可建立植物部件生产果蔬;15年以上方可生产粮食作物;而只能利用人工光源时,3.4年以上的深空探测任务才适合植物部件供应新鲜果蔬,而主食则需要76年以上。油料作物的空间生产在目前技术条件下不具备应用可行性。

4人180天集成试验环控生保系统设计及运行概况

目的面向星球基地生命保障系统的工程应用需求,探索物化再生生保与生物再生生保技术的整合方法,考察多乘员、中长期受控生态生保系统运行规律。方法设计并建成具备环境控制、物质循环以及应急生保功能的大型密闭生态循环系统试验平台,并通过拟人试验(40 d)与载人试验(180 d)的流程设计,量化考核物质循环从物化再生逐渐过渡到生物再生并维持平衡的协同匹配规律。结果 220 d的全封闭试验期间,密闭系统内环境参数控制在安全水平,基本实现人和植物生存环境的独立有效控制;载人试验期间物质流循环总体平稳,实现大气和水的100%再生,食物闭合度达到55%,同时可资源化固废回用率达到87.7%。结论验证了受控生态生保系统全流程构建模式,积累了建设和运行经验,为后续工程化应用研究提供了借鉴和参考。

CO_2吸收材料的研究进展

全球变暖已成为当前困扰人类生存和发展的重大障碍,因此,CO2吸收材料的研究成为了当前科学研究的热点。本文介绍了CO2捕获和富集的几种方法,主要包括溶剂吸收法、吸附法,并按照基质的不同将吸附法分为金属氧化物类、纤维类、活性炭类、分子筛类、碳纳米管类、聚合物类。同时介绍了其研究进展,并简述了各自的优缺点。指出氨基修饰的碳纳米管是一种很有潜力的CO2吸收材料。

基于四极杆-线形离子阱串联质谱技术测量血清25OHD

本研究基于自主研制的QLIT-6610MD四极杆-线形离子阱液相色谱-质谱联用仪,建立了准确测量血清25OHD的同位素稀释质谱法。血清样品用甲醇沉淀蛋白,正己烷液-液萃取,上清液用氮气吹干,初始流动相复溶,QLIT-6610MD测定。采用基质匹配标准曲线定量,25OHD 2和25OHD 3分别在0.78~50μg/L和1.56~100μg/L范围内的线性决定系数R^(2)>0.9999,检出限和定量限为0.06、0.12μg/L和0.02、0.06μg/L,质控品精密度优于4.06%,血清样本添加回收率为99.25%~108.38%,变异系数≤5.10%。用QLIT-6610MD、AB 4500MD和YS EXACT 9900MD 3台液相色谱-质谱联用仪测定50例临床血清,采用Pearson系数和Bland-Altman法分析,3组数据的相关系数R≥0.9980、P<0.01。这表明3台仪器所测结果一致,QLIT-6610MD可以达到三重四极杆质谱仪定量测定血清25OHD的水平,能够满足临床诊断需求,将为临床质谱分析提供一种新型仪器,助力国产质谱仪发展。

4人180天受控生态生保系统集成试验概述

4人180天受控生态生保系统集成试验是针对深空探测后续长期载人航天任务需求开展的关键技术预先性研究。该试验以未来月球或火星航天员基地受控生态生保系统的研制及其工程化为任务背景,在中国航天员科研训练中心长期实验室研究和初步系统集成试验研究的基础上开展的由4人乘组参与的集成要素多、封闭时间长、物质闭合度高的受控生态生保系统集成技术试验。试验系统引入受控生态概念,以生物再生为主要技术特征,有机融合物化再生技术和基础性环境控制技术,构建成适合多乘员长时间驻留的第三代载人航天环境控制与生命保障的试验系统。本文概述了试验平台基本情况、志愿者乘组情况、试验项目设置、试验条件控制、试验基本结果等内容,并初步讨论了受控生态生保系统集成试验的科学目标与未来发展前景。

BDD电催化氧化处理模拟空间站冷凝废水的实验研究

目的为验证以硼掺杂的金刚石电极(BDD)作为阳极电催化氧化处理空间站中产生的冷凝废水的技术适用性。方法比较了分别以BDD,PbO2和RuO2作为阳极去除模拟冷凝水中TOC的性能,并单独考察BDD作为阳极时的槽电压和通O2等条件对TOC去除的影响。结果 BDD阳极的电催化氧化性能要远好于另外两种电极;增加槽电压有利于提高TOC去除率,但同时也导致了废热、析氢析氧副反应的增加,实际应用中要考虑两者的平衡点进行槽电压的选择;O2的通入加快了传质,提高了醇类向酸的转化,但降低了矿化效率;能耗需求分析显示该工艺技术能够达到节省能耗及保证水质的要求。结论初步的实验结果显示采用BDD电催化氧化处理冷凝废水是技术可行的。

美国空间废物处理技术研究概况

固体和半固体废物处理是长期载人空间活动必须技术之一,它不但使废物安全、稳定地储存,同时也有利于空间利用率的提高、水分回收和资源回收。本文介绍了美国在空间固体和半固体废物处理技术的研究进展,重点论述了各种处理技术所涉及的原理,分析和比较了各种方法的优点和不足,在此基础上提出了我国开展此项研究的建议,对于我国开展有关研究具有参考价值。

基于固态胺的CO_2和湿度综合控制装置性能试验研究

目的研制一套以固态胺作为吸附剂的CO_2和湿度吸附去除装置,实现载人登月飞行器中CO_2和湿度的综合控制。方法通过监测舱内CO_2浓度变化、反应装置吸附、解吸前后重量变化、反应装置进出口温度变化,考察不同试验条件下装置吸附、解吸CO_2和水的性能,以及影响装置吸附性能的因素。结果该装置能够同时去除舱内的CO_2和水蒸气,温度对装置的吸附性能有显著影响,降低入口气流以及反应装置内部的温度有利于CO_2的吸附,水的存在影响固态胺材料对CO_2的吸附。结论后续装置优化改进的方向为吸附时及时将热量导出,解吸时提高热能利用率,节省能耗。

密闭空间温湿度条件对LiOH吸收效率的影响

针对航天器故障状态下,密闭空间温湿度可能会出现较大变化的问题,提出探索温湿度变化与LiOH吸收效率的关系。通过模拟产品使用工况,采取小样试验的方法,探索不同温湿度条件的模拟气体对LiOH吸收效率的影响。结果表明,相同温度条件下,相对湿度在70%以下,不会形成游离水和大块水合结晶;水蒸汽在临近饱和状态,尤其是相对湿度95%以上,材料表面会形成局部冷凝水溶液和大块水合结晶,阻碍反应进行,使LiOH吸收效率显著降低。相同湿度条件下,温度对反应器有效工作时间影响不大,对吸收剂LiOH的吸收效率影响不明显。

厌氧活性污泥处理模拟尿液废水驯化实验研究

目的针对载人航天任务过程中尿液废水的特点,研发无害化、资源化的微生物处理方法,探索厌氧微生物处理尿液废水的基本规律。方法设计并构建序批式厌氧微生物处理试验系统,进行厌氧微生物处理尿液废水驯化实验,考察有机氮和有机碳(organic carbon,TOC)的转化过程。结果 86 d的驯化运行试验表明,厌氧系统中尿素水解能力、TOC降解能力分别在8天和14天内达到最高水平;稳定运行期有机氮的氨化过程在4 h之内完成,转化率达到95%以上;而TOC的降解过程则一直持续到9 h,出水TOC小于20 mg/L,去除率超过90%。结论构建厌氧系统能快速完成对1/10浓度模拟尿液废水的驯化处理,所得结果可为尿液废水微生物处理系统厌氧单元的设计提供依据。

模拟月壤对蓝细菌生长特性的影响

阐明地球生物在月球环境中的适应性是未来月球探索和基地构建所面临的重要课题,为此以蓝细菌为实验材料,对其在模拟月壤cas-1中的生长状态进行了研究,从生长速率、细胞形态、细胞色素含量等方面表征了月壤对蓝细菌适应性的影响。实验结果表明,四种实验蓝细菌的生长能够适应模拟月壤的影响,其生长速率在模拟月壤处理中保持与常规培养基相似的生长曲线;模拟月壤颗粒上附着生长的菌体形态与对照相比无明显变化;模拟月壤处理后的菌体内色素含量与对照条件下培养的结果无显著差异。该结果对于未来开发月壤资源和构建月球基地受控生态生保系统具有重要意义。

好氧微生物处理模拟尿液废水驯化实验研究

目的针对再生式生命保障系统中尿液废水处理与回用的需求,初步建立用于尿液废水处理的好氧微生物工艺系统。方法设计并构建序批式好氧微生物处理试验系统,进行驯化实验,考察有机碳(TOC)和有机氮的转化过程。结果 86 d的驯化运行试验表明,系统中TOC降解、有机氮的氨化以及硝化等性能均在23 d内达到最佳水平,且系统对短期供氧故障具有良好的自我恢复能力;稳定运行期TOC的降解过程在3 h之内完成,出水TOC稳定低于10 mg/L,有机氮的氨化过程以及硝化过程持续进行至9 h;系统平均TOC去除率97.3%,平均有机氮氨化率96.5%,平均硝化率59.8%。结论构建好氧系统能较好地完成对1∶10浓度模拟尿液废水的驯化处理,所得结果可为尿液废水微生物处理系统好氧单元的设计提供依据。

吸附材料结构与CO_2吸附性能的构效关系研究

目的探究分子筛、活性炭、Cu-BTC及Ni/DOBDC金属有机骨架(MOFs)材料4种吸附剂的结构-性能关系。方法测试4种材料在-196℃时对N2吸脱附性能以此分析材料结构特性。通过联用PCTProE&E和Calvet Calorimeter(PCT和C80)设备研究了上述材料对CO2等温吸附量与等量吸附热的特性,并建立2种MOFs的微观吸附模型。结果温度为35℃时,相对于13X型分子筛和活性炭,MOFs材料对CO2的吸附能力最强,其中Ni/DOBDC金属有机骨架材料吸附高达10.9 mol/kg。两类MOFs的吸附热差异比较大,分子筛与活性炭的吸附热介于两者之间。四种材料的比表面积与孔容呈线性增加趋势;压力为1000 kPa时,CO2吸附量同比表面和孔径的比率呈二次曲线关系。结论构效关系的研究为新型吸附剂材料设计提供理论依据。

微量有害气体对固态胺再生CO_2反应器性能影响模拟试验研究

目的研究载人密闭舱内空气中微量有害气体对固态胺再生CO_2反应器性能的影响。方法选取舱内6种典型微量有害气体,进行固态胺反应装置的吸附—解吸循环模拟试验,测试反应装置对二氧化碳吸附量的变化,以及对微量有害气体的吸附情况。并对循环试验后的固态胺材料进行红外光谱测试。结果经过30轮循环试验,结果表明固态胺反应器对6种微量有害气体有少量的吸附作用,但这对固态胺反应器吸附二氧化碳的性能基本没有影响,CO_2吸附量保持稳定。红外光谱测试结果也表明固态胺材料的官能团基本没有变化。结论座舱内微量有害气体对固态胺再生CO_2反应器的性能影响较小,正常情况下可以忽略。

低浓度CO_2吸附过程中水对固态胺吸附性能的影响研究

目的研究水对固态胺材料吸附低浓度CO2性能的影响。方法通过比较无水和水存在时固态胺材料吸附0.4%（v/v）CO2的性能,考察水对固态胺材料的吸附性能的影响。结果当吸附气中水含量3.71~12.84 mg/L时,固态胺材料的CO2平衡吸附量从50.53 mg/g提高到69.83 mg/g,水含量在12.84~22.37 mg/L时,固态胺材料的CO2平衡吸附量从69.83 mg/g下降至~48 mg/g。吸附气水含量为8.5 mg/L时,水参与下固态胺材料的CO2吸附速率更大。结论实验所用固态胺材料的CO2平衡吸附量受到水的影响,适量水存在能提高固态胺材料的CO2平衡吸附量,但水含量达到一定程度后,固态胺材料的CO2平衡吸附量有下降趋势。在20℃吸附温度下,一定量的水含量（8.5 mg/L）不但能提高固态胺材料对CO2的吸附速率且并不影响固态胺材料的CO2脱附性能。

分子模拟研究活性炭表面官能团对丙酮吸附的影响

目的从分子层面解释不同含量和种类的表面官能团对丙酮在活性炭中吸附的影响,从而了解不同浓度丙酮吸附应选择活性炭的种类。方法利用蒙特卡洛法模拟氧含量为3 wt%,5 wt%,10 wt%,20wt%,加入官能团分别为羟基、羧基、羰基的活性炭,在303 K下对丙酮的吸附。结果在1.0 nm孔中,当丙酮浓度为10 ppmv时,除加入羧基使氧含量为20 wt%外,加入各种含量和种类的官能团对丙酮的吸附都是有利的。当丙酮浓度为1000 ppmv时,除加入羰基使氧含量为10 wt%外,加入官能团对丙酮的吸附都是不利的。结论当丙酮浓度低于10 ppmv时,选用1.0 nm氧含量为5 wt%官能团为羟基的活性炭吸附效果最好。对于浓度大于1000 ppmv的丙酮,选用孔径为1.5 nm氧含量为10 wt%官能团为羧基的活性炭吸附效果最好。