金属基吸附剂及其复合材料吸附除氟研究进展

化工、冶炼、电池等行业所排放的氟废水引发的氟中毒现象备受关注,分析了沉淀、膜处理、离子交换、吸附等技术的优缺点,吸附法由于操作简单、经济高效被认为是极具前景的水体除氟方法。本文对铝基、铁基、稀土基、金属有机骨架吸附剂及其改性材料在含氟废水中的除氟性能进行了总结和评价,分析了其制备过程、脱氟机制以及外界影响因素。发现材料晶型可以决定吸附过程的吸附能,大的比表面积可以在吸附过程中提供更多的活性位点,良好的孔结构可以降低吸附传质阻力,提高吸附性能;材料表面官能团的强化、不同金属材料的复合协同作用可以提高吸附剂的脱氟效率,可为今后制备新型高效除氟材料提供参考。提出了目前吸附除氟领域亟待解决的问题并对金属基吸附剂在除氟领域的发展作出展望。

镧、锆改性氢氧化铝在硫酸锌电解液中的除氟性能

针对目前工业吸附剂除氟效果差、吸附容量低等问题,通过共沉淀法制备出了一种介孔Al-La-Zr复合吸附材料有效地去除硫酸锌溶液中的氟离子。首先,探究了掺杂金属的种类及比例对除氟率的影响,获得了制备最佳掺杂比例;其次,采用BET、XRD、SEM等手段对吸附剂进行了表征,了解吸附剂的主要物相、比表面积和形貌;再次,研究了吸附剂用量、吸附温度、接触时间和p H对吸附效率及吸附容量的影响,明确了工艺优化条件;最后,对吸附过程进行动力学和热力学分析,并结合吸附前后吸附剂的表征结果进一步揭示介孔Al-La-Zr复合吸附剂的吸附机理。研究结果表明:材料的主要物相为Al(OH)_(3),材料表面具有丰富的孔径结构,这有利于提升材料的比表面积(127.16 m^(2)/g),增加吸附容量;当吸附温度为30℃,p H为4.7,吸附时间为3 h,吸附剂用量为5 g/L时,吸附平衡脱氟效率为78.32%,平衡容量为15.66 mg/g;吸附过程符合拟二阶动力学模型,线性Freundlich可以很好描述吸附等温线,吸附过程为自发放热过程。吸附机理涉及离子交换、静电吸附以及金属对氟的络合作用。

空心管型泡沫铝吸声性能的数值模拟分析

为了提高多孔泡沫铝材料的吸声性能,将泡沫铝加工成空心管型结构。首先,利用声学阻抗管测试系统获取吸声系数;其次,基于JCA声学模型,采用COMSOL软件对空心管型泡沫铝进行仿真模拟以获取吸声系数,将吸声系数仿真结果与试验结果进行对比,验证仿真模型的可靠性;最后,通过声压云图和能量耗散云图对空心管型泡沫铝内部声场进行分析,并进一步通过数值模拟探究空心管参数对吸声性能的影响规律。研究结果表明:该空心管型结构属于共振式吸声结构;当声波的频率和结构中固有频率相同时,声波激励结构振动的振幅最大,导致大量的声能被消耗,从而起到吸声的作用;对于空心管型泡沫铝结构,可以通过增大空心管的半径、增加空心管的数量来提高吸声系数;在1000~6300 Hz的频率范围内,背后添加空腔的空心管型泡沫铝结构的平均吸声系数相较于背后添加空腔的均质型泡沫铝结构的平均吸声系数提高了26%。

锰基低温NH_(3)-SCR催化剂脱除NO_(x)的研究综述

目前工业上使用的氨选择性催化还原(NH_(3)-SCR)脱硝催化剂存在一定的缺陷,如易中毒、稳定性差、反应温度高等,在使用中受到限制。因此,开发低温高效、稳定性好、抗中毒性好的催化剂成为当前的研究热点,锰基催化剂具有较高的催化活性,在脱硝领域有广阔的应用前景,研究者们对此进行了大量研究。本文基于锰基低温氨选择性催化剂去除氮氧化物的最新研究进展,介绍了从催化剂添加助剂、制备方法、载体以及催化剂形貌结构等因素对锰基催化剂NH_(3)-SCR脱硝性能的影响,深入分析了锰基催化剂脱硝的反应机理(包括Eley-Rideal和Langmuir-Hinshelwood机理)以及催化剂中毒机理,并指出研发低温NH_(3)-SCR脱硝效果好、抗中毒性能好的锰基催化剂是未来的主要研究方向。

泡沫金属及其复合结构吸声性能优化

为了改善单层泡沫金属低频的吸声效果并拓宽其吸声频带,本工作将不同结构参数泡沫铝和泡沫镍的单层试样按其吸声峰值所对应频率段进行组合,并交换其前后顺序进行吸声性能研究。利用响应曲面分析法得到吸声性能最优的复合结构的构建参数,并通过实验进行验证。结果表明,将泡沫铝与泡沫镍进行复合并添加背后空腔,组成双层多孔-共振式复合结构。泡沫铝在前的复合结构表现出共振型吸声体的特性,而泡沫镍在前的复合结构表现出多孔材料吸声的特性。复合结构在全频率范围内的吸声效果良好,且单层结构彼此耦合时出现多个吸收峰,其中心频率向低频区移动。泡沫镍在前的复合结构中高频吸声效果优于泡沫铝在前的复合结构。响应曲面分析的结果表明,当泡沫镍厚度取20 mm靠近声源放置、泡沫铝厚度取15 mm靠近刚性壁放置、两者之间添加34 mm的空腔、泡沫铝和刚性壁之间添加28 mm的空腔时,组合具有良好的吸声性能,可以准确获得平均吸声系数达0.920的最优复合结构。实验采用传递函数法测量该构建参数下复合结构的吸声系数,得出测量值为0.916,与响应曲面法得到的预测值基本一致。

多孔吸声材料的吸声性能预测及吸声模型研究进展

多孔材料作为吸声材料可降低噪音污染对人们生活、工作、学习的危害,如何设计吸声性能更加优异的多孔吸声材料成为研究者们日益关注的问题。而仿真模拟技术可以在理论上得到性能最优的多孔吸声材料的结构参数,有效地为设计性能优异的多孔吸声材料提供理论依据和减少不必要的实验过程。由于仿真模拟技术存在多样化,选择合适的仿真模拟技术预测多孔吸声材料吸声系数极其重要。近年来,各种仿真模拟技术被广泛应用于多孔吸声材料吸声系数的预测,但尚无各种仿真模拟技术预测效果优劣性的系统比较。本文主要探讨了四种非线性神经网络预测多孔吸声材料吸声系数的方法。就预测过程及结果来说,径向基函数神经网络所需的样本数量更少,预测精度也较高。优化算法在理论上可以解决其他神经网络所需样本数量大的问题,具体的做法是在建立神经网络模型之前,利用优化算法对少量的样本集进行处理得到最佳的训练样本和测试样本,然后代入神经网络模型中进行模拟预测。另外,探讨了三种经典理论模型经验公式计算多孔吸声材料吸声系数的方法,其中Johnson-Champoux-Allard模型误差较小。虽然Johnson-Champoux-Allard模型是一种五参数模型经验公式,但影响多孔吸声材料吸声系数的影响因素众多,不止五种。量纲分析是建立数学模型的重要方法之一,通过量纲化可以将复杂的数学物理问题转化为精确的数学模型公式。因此,可以通过量纲分析的方法建立所有影响因素与多孔吸声材料吸声系数之间的关系式,从而使通过模型公式计算得到的吸声系数误差更小。本文还探讨了二维和三维等效模型模拟仿真多孔吸声材料各项性能的方法。相比于二维模型,三维模型虽然建模过程复杂,但能够更加直观准确地对材料的各项性能进行模拟仿真,并且材料的三维建模数据可为后续的生产制备提供依据。本文简要介绍了吸声材料的分类及其原理,分别对三种方法中的九种仿真模拟技术进行了介绍,并总结了每种方法中性能最优的技术,以期为模拟仿真技术在多孔吸声材料吸声系数的预测提供参考。