脱硫石膏制备α-半水石膏研究进展及应用

随着中国工业的不断发展,产生了大量的脱硫石膏,目前脱硫石膏的综合利用量虽在逐年增加,但其利用率却在降低,探寻脱硫石膏的高值化利用途径迫在眉睫,其中脱硫石膏资源化利用途径之一是将其脱水转化成α-半水石膏。利用脱硫石膏来制备高性能、高附加值的α-半水石膏,不仅能减轻石膏堆积对环境的污染,减少天然石膏的开采,还能带来新的经济效益。基于此,系统地综述了国内外脱硫石膏制备α-半水石膏的研究现状及影响因素,总结了其生产工艺路径及应用,并对推进脱硫石膏的减量化、资源化利用提出了展望,旨在提高固废利用率,促进“碳中和、碳减排”。

面向能源环境领域研究生育人生态构建与实践——以山西大学能源环境学科群教育教学改革为例

基于教育生态理论,立足山西能源大省的产业特色,山西大学发挥综合类大学能源环境领域多学科优势,提出“能力为基、创新为本、服务需求、回归工程”的研究生教育理念,组建由能源动力、环境工程、控制工程等学科构成的学科群,形成学缘结构互补的导师团队,开展教育教学改革。通过整合多方资源,搭建贯通政产学研用的载体,探索出“学生中心、四方联动、平台支撑、四位一体”的研究生育人生态,打造了服务产业升级和区域经济转型的政产学用的县域“襄垣模式”和产学研用的“大地模式”,培育了一批适应产业发展的复合创新型人才,社会影响广泛深远。这一育人生态不仅为资源型经济转型发展提供了人才支持,也为地方高校“政产学研用”共融提供了示范样本。

生物炭CO_(2)吸附剂的制备和改性研究进展

CO_(2)作为主要的温室气体,对全球生态系统造成了巨大影响。生物炭因其原料来源广泛、制备成本低廉等原因,被认为是一种具有成本效益的CO_(2)吸附剂,但原始生物炭的结构特性和表面化学性质较差,所以需要对其理化性质进行调整。本综述从生物炭的理化性质出发,对生物炭的制备及改性方法进行了系统的分析,并在前人研究的基础上,对生物炭吸附CO_(2)的机理进行了总结。着重分析了改性过程中生物炭孔隙结构和表面化学性质等的变化对其CO_(2)吸附性能的影响。此外,还探讨了生物炭作为CO_(2)吸附剂在大规模CO_(2)捕集中可能存在的问题,以及未来研究的主要方向,旨在为改性生物炭CO_(2)吸附剂的制备及应用提供理论依据。

焦化行业碳氢资源利用潜力与低碳路径评价

中国焦炭产量达4.73×10^(8)t,副产焦炉气约2×10^(11)m^(3)。焦炉气富含H_(2)、CH_(4)和CO等碳氢资源,对其有效利用并衔接上下游产业的氢能需求,有望产生显著的产业链减碳效益。本研究构建全国焦化企业的空间地理坐标和产能数据库,针对典型焦化企业开展物质流、碳流分析,系统比较焦炉气不同利用路径的环境影响、碳减排效益及碳氢资源利用率,提出优化的焦炉气利用策略。结果表明,我国焦化企业集中度较低,山西省是独立焦化企业最多的省份,企业规模在2×10^(6)t以下;河北、辽宁、吉林、江苏等地则主要以钢焦联合企业为主,主要为大型焦化企业。焦化行业副产大量焦炉气,可产氢气达1×10^(11)m^(3)。生命周期评价结果表明,焦炉气用于化工转化和还原剂高炉喷吹相比作燃料直接发电均可有效降低碳排放,尤其制氢路径和高炉喷吹路径的全球变暖潜值减少量分别是制甲醇路径的5倍和67倍。此外,在各种焦炉气利用路径中,总环境影响从高到低依次为制甲醇、发电、制LNG、制合成氨、制氢、高炉喷吹。结合各焦炉气利用路径分析与钢、焦企业空间分布,山西省等地独立焦化企业较多,可优先考虑向焦炉气制氢方向转型。而有条件发展钢焦联合发展区域,如河北、辽宁、吉林、江苏等地,向高炉喷吹焦炉气工艺改造转型,更有利于产生行业间协同效益,有效推动减污降碳发展。

固废基硫掺杂多孔炭材料制备及其对CO_(2)吸附性能研究进展

含碳固废来源广、产量大,其大量堆存严重制约了环境可持续发展,因此含碳固废资源化利用意义重大。利用含碳固废制备多孔炭材料是其清洁高效利用的重要方式之一。对多孔炭进行硫原子掺杂不仅可使材料表面的亲水性得到改善,还可以改变材料表面的化学异质性,生成有利于CO_(2)捕集的活性位点,强化材料对CO_(2)分子的吸附作用,从而提高其CO_(2)吸附容量。简述了固废基硫掺杂多孔炭材料的制备方法,总结了硫掺杂多孔炭材料用于CO_(2)吸附的最新研究进展,并对硫掺杂多孔炭材料未来发展趋势及其在CO_(2)吸附领域的工业化应用进行了展望。

生物质基碳材料的制备及其在超级电容器中的研究进展

生物质基碳材料具有可再生性和灵活的微观结构可调性,作为高效、廉价的超级电容器电极材料受到越来越多的关注,但原生生物质衍生炭存在有低孔隙率、低比表面积和比电容不足等缺点。电极材料的比表面积、孔隙结构和导电性等都会影响超级电容器的储能性能,故如何制造具有高比电容、快速充放电且兼具一定柔性的电极材料成为了目前的研究重点。综述了超级电容器的类别、储能机理以及生物质基碳材料的制备方法和研究现状,分析了高质量负载电极的关键性能评价参数,并对其电化学性能影响因素进行了系统讨论,未来的发展趋势是将不同种类的储能器械集成复合型能源存储器械,以满足各领域需求。复合型的能源存储器械,大大提高了超级电容器的综合性能,因此研发高效、稳定的电能存储技术对于缓解能源短缺、减少环境污染和推动可持续发展具有重要的意义。

电石渣循环利用碳减排潜力及其生命周期评价研究进展

将电石渣循环利用于建筑材料、环境治理和化工产品等领域,可实现工业废渣利用和二氧化碳减排。在双碳背景下,对电石渣固碳量及其循环利用途径的碳减排潜力分析尤为重要。详细统计了代表产区电石渣粒径分布和化学组成,依据各电石渣中氧化钙含量计算理论固碳量,系统分析电石渣各类循环利用途径的碳减排效果及其在生命周期评价中具体实施步骤,介绍了生命周期评价在电石渣领域的应用案例。计算发现电石渣理论固碳量与氧化钙质量分数呈正相关。新疆和河北地区电石渣中氧化钙质量分数均约90%,山东地区电石渣氧化钙质量分数低,约61%,来自山东和新疆等6个产地电石渣的理论固碳量在0.48~0.72 t/t(以电石渣计)。电石渣循环利用领域,电石渣不论是替代石灰石原料生产水泥、砌砖、氯化钙和碳酸钙等建筑和化工产品,或针对其呈碱性特点用于烟气脱硫和工业废水处理,依各自产业规模差异均能不同程度减少二氧化碳排放,达到碳减排目的。其中,电石渣在建筑材料领域应用成熟,生产规模大,故碳减排总量大,代表企业平均每年减少万吨级二氧化碳排放。用生命周期评价计算电石渣循环利用碳排放量4个案例分析显示,电石渣制取1 t水泥熟料排放CO_(2)669 kg;电石渣在NH_(4)Cl与(NH_(4))_(2)SO4浸取体系中制1 t轻质碳酸钙的CO_(2)排放量相当,分别为308.21和300.7 kg,电石渣制1 t胶结制品碳排放量最低,约151.11 kg。推测由于电石渣生产水泥干燥预处理需消耗大量能源,导致其CO_(2)排放量高;用电石渣制备碳酸钙与胶结制品相比,前者需投加NH_(4)Cl或(NH_(4))_(2)SO_(4)等化学试剂,增加原辅材料带来的间接排放使前者碳排放量更大。电石渣-胶结制品CO_(2)净排放量为-301.47 kg/t(以胶结制品计),电石渣在NH_(4)Cl和(NH_(4))_(2)SO_(4)浸取体系中制1 t轻质碳酸钙的CO_(2)净排放量分别为-157.5和-139.3 kg。可见电石渣循环利用于胶结制品领域的碳减排效果最好。可从电石渣的干燥处理工序和原辅材料添加工序等优化入手,研究电石渣-水泥/碳酸钙领域碳减排,制定有针对性的碳减排方案。

电石渣湿法脱硫中结晶产物的影响因素研究

电石渣湿法脱硫中结晶产物的品质直接影响后续脱硫石膏的资源化利用。基于此,系统研究了pH、氧化时间和电石渣粒径对电石渣湿法脱硫中结晶产物含水率、亚硫酸盐含量、矿相组成和微观形貌的影响。结果表明,较高pH会限制亚硫酸钙与溶解氧的接触,当p H在4.00~4.50时亚硫酸钙的氧化效果较好;初始阶段氧化速率受时间影响显著,6 h后氧化速率趋于平稳;电石渣粒径过大会导致比表面积减小,降低亚硫酸钙与溶解氧的接触面积,粒径过小则在生成亚硫酸钙时容易发生静电团聚现象,导致粒径增大、氧化率降低。因此,当电石渣粒径为75.00~93.75μm、pH为4.0、氧化时间为6 h时,结晶产物(二水合硫酸钙)的结晶效果最好。

燃煤电厂脱硫废水零排放预处理工艺研究进展

中国90%以上燃煤电厂使用石灰石-石膏湿法脱硫工艺进行烟气脱硫,需从脱硫系统定期外排部分废水以保证脱硫效果。作为燃煤电厂末端废水,脱硫废水具有水量大、水质差、成分复杂等特点,直接排放对环境具有极大危害;脱硫废水零排放工艺在实现水资源最大化利用、副产物分级回收的同时,还可以达到水中杂质和硬度离子的最佳去除效果,因此对脱硫废水进行零排放处理十分必要;预处理工艺作为脱硫废水零排放工艺的基础,其处理效果的好坏对后续工艺具有较大影响。在清洁生产和污染减排的背景下,从脱硫废水零排放预处理工艺理论展开叙述,对比国内外零排放工艺,并对山西某燃煤电厂进行调研后发现已有预处理工艺普遍存在药剂投加量大、处理成本高等问题,故需寻找一种经济可行的预处理原材料,替代现行双碱法工艺中的氧化钙或者优化其加入量,实现燃煤电厂脱硫废水低成本资源化利用。

混合电石渣球团宽温域同步脱硫脱硝性能研究

通过成型-破碎方法将固废电石渣、污泥和生物质造粒,研究了混合电石渣球团在不同可燃质添加比例/不同温度下的同步脱硫脱硝性能及燃烧动力学.结果表明:混合电石渣球团燃烧动力学均符合三维扩散模型;相比纯电石渣,550~850℃宽温域下所有混合电石渣球团脱硫性能均显著提高且具备了较高脱硝能力,最大脱硫效率均可达到90%~100%,最大脱硝效率可达70%以上.球团中生物质的加入明显提高了固硫产物层扩散控制阶段的扩散系数.球团中污泥和生物质添加量越大,同步脱硫脱硝效率越高,脱硝持续时间越长,且两类球团的耐磨强度均存在最佳添加量,该研究具有较好的工业应用前景.

电石渣对煤泥热解过程中硫释放特性及动力学的影响

热解是煤泥资源化利用的重要途径,硫的控制是煤泥热解利用的重要环节。为探究电石渣对煤泥热解中硫释放特性的影响,采用非等温热重分析法,利用Setaram Setsys同步热分析仪在N2气氛下研究了煤泥原样及电石渣添加量(电石渣在电石渣煤泥混合物中的质量分数)分别为10%,20%,30%,40%,50%的电石渣煤泥混合物在0℃~1000℃的热解特性,并利用Coats-Redfern积分法对热解过程进行了动力学分析,获得了反应级数、活化能和指前因子等动力学参数。同时采用等温热分析法,利用管式炉固定床反应器,对煤泥原样及电石渣添加量分别为10%,30%,50%电石渣煤泥混合物在550℃,650℃,750℃和850℃下恒温热解的硫释放规律进行研究,并利用Labinao硫释放反应动力学模型分析,获得了样品热解过程硫的释放动力学特征。结果表明:随着电石渣添加量的增加,电石渣煤泥混合物最大质量变化速率明显提高,从0.57%/min显著升高至2.49%/min,电石渣促进煤泥热解挥发分的释放;随着温度升高,硫的释放逐渐升高,样品中无机硫逐渐从FeS2分解为Fe1-xS,添加的电石渣与Fe1-xS反应生成CaS,电石渣的加入使得硫向固相产物转化,但当温度在850℃且电石渣添加量为50%时,硫不利于向固相转化;电石渣添加量为10%的电石渣煤泥混合物反应所需活化能最低,且提高了硫释放所需活化能,硫向固相转化,实验结果与动力学推断一致。

火电机组蒸汽工质侧快速变负荷方法研究进展

由于可再生能源迅速发展对火电机组深度调峰提出更高要求,机组变负荷调节性能成为影响火电厂经济效益的重要因素之一。基于快速变负荷方法发展历程,系统综述了目前较成熟且已广泛应用于现场的各种蒸汽工质侧快速变负荷方法,包括凝结水节流技术、给水旁路调节技术、供热抽汽调节技术、回热抽汽调节技术、背压调节技术、先行能量平衡策略(AEB)技术等,详细介绍了各方法原理,总结发展现状,对比分析适用范围、变负荷性能及其在应用中的优缺点。发现目前凝结水节流技术和供热抽汽调节技术研究应用相对较多,且对于机组变负荷初期响应负荷变化指令及提高变负荷能力有显著作用;煤粉炉的变负荷速率相比循环流化床锅炉研究更成熟且变负荷速率普遍较高。最后对火电机组未来快速变负荷速率提升发展趋势进行展望,提出在继续发展现有快速变负荷方法的基础上,设计应用融合各种调节方法与传统协调控制的新型协调控制策略,对储能技术与火电机组耦合的应用以及寻找在现有机组基础上调峰范围更广、经济性更强的手段都将进一步提高火电机组的爬坡速度,降低最小稳定出力,增加电厂调峰调频能力。

钠盐活化赤泥-煤矸石酸浸液制备聚合氯化铝

以钠盐活化赤泥-煤矸石酸浸所得滤液为原料,通过对其蒸发除钠、碱化聚合等步骤制得聚合氯化铝絮凝剂(PAC)。首先研究了酸浸液中杂质离子浓度对PAC品质的影响,并通过蒸发结晶方式选择性去除杂质离子;随后探究了聚合工艺条件(温度、时间、碱化剂添加速度)对PAC盐基度和Al_(2)O_(3)含量(质量分数)的影响。结果表明,当酸浸液中Na^(+)浓度小于0.5 mol/L时,制得PAC产品的盐基度和Al_(2)O_(3)含量符合GB/T 22627—2022《水处理剂聚氯化铝》的要求;基于NaCl、AlCl_(3)、CaCl_(2)、FeCl_(3)的溶解度差异,可通过蒸发结晶方式选择性除钠,将酸浸液中Na^(+)浓度控制在0.5 mol/L以下;蒸发结晶母液再经适宜的聚合条件(聚合温度为80℃、聚合时间为120 min和碱化剂添加速度为8.0 m L/min),可制得符合GB/T 22627—2022品质要求的PAC产品;采用实际酸浸液制得的PAC用于生活污水处理的效果优于市售絮凝剂,对COD、浊度、UV_(254)的去除效率分别可达85.62%、76.36%和70.31%。

盐湖化工方向水盐体系相图课程教学内容的改进

水盐体系相图课程主要聚焦于卤水相图原理及其在相分离过程中的应用,是盐湖化工方向本科生和研究生的基础课程之一,也是面向盐湖产业基地人才培养的支撑课程。近年来,水盐体系相图逐渐显现出多元化应用的特征,学科交叉的持续深入也对水盐体系相图教材和教学内容提出了新要求。据此,文章梳理了水盐体系相图教材的发展历程和教学内容设置情况,阐述了讲授相图研究前沿内容和非传统相图应用案例的必要性,并提出应紧跟实际应用需求的变化,拓展讲解相图的科研热点和应用技术。

粉煤灰负载光催化材料的研究进展

粉煤灰是煤炭燃烧最主要的固体废弃物,大量的堆积对人类身体健康及环境均造成了严重的威胁。基于粉煤灰的多孔结构和吸附性能,将其与纳米光催化材料复合可以达到分散和稳定光催化剂的效果,显著提高光催化活性,同时实现吸附与光催化的协同作用。本文主要围绕半导体光催化材料易团聚的问题,对近几年来国内外粉煤灰负载光催化材料的制备方法及应用进行了简要概述。首先,分析了粉煤灰的性质及改性方法,重点介绍了溶胶-凝胶法、水热法、液相沉淀法三种制备粉煤灰光催化复合材料的方法,并对比分析三种方法的优缺点,从水中污染物的降解,NO_(x)、VOCs气体污染物的降解以及自清洁性能,CO_(2)还原性能等几方面的应用,分析了材料的性能和粉煤灰复合光催化剂的积极影响,表明粉煤灰主要作为吸附剂与载体参与其中。但是粉煤灰作为载体,其活性位点少,改性技术不够成熟,且研究还处于实验阶段,未能进行工程化生产,因此还需要不断完善粉煤灰改性技术,同时进一步研究附加粉煤灰负载光催化材料的功能性建筑材料,提高其实用性。

高炉喷吹重整焦炉气工艺分析及减碳潜力研究

钢铁行业碳排放占我国碳排放总量的14%~18%,是工业领域排放量最高的部门。高炉-转炉工艺钢铁产量占我国钢铁总产量的89%,工艺流程长,吨钢碳排放达2 t。基于高炉-转炉工艺的碳减排是钢铁行业实现脱碳目标的关键。基于能质平衡模型,分析焦炉气及重整焦炉气用于高炉喷吹对高炉直接还原度、理论焦比值等工艺参数的影响,系统评估该工艺有望产生的高炉二氧化碳减排效益。结果表明,提高富氢气喷吹量和温度可有效降低焦比;而相同喷吹量条件下提高氢纯度,由于热补偿原因,焦比会有所上升。当焦炉气被重整为97.9%的富氢气体时,可实现高炉减碳34.62%,相比直接喷吹焦炉气,减碳潜力提升17.76%。碳减排主要得益于焦比降低和喷吹气碳质元素减少。高炉气发电也是减碳的关键环节,当喷吹气氢纯度由59.0%提升至97.9%时,该环节碳减排量由9.04%提升至10.85%。通过将焦炉气重整有望突破高炉喷吹富氢气体减碳潜力上限,具有潜在推广价值。

循环流化床粉煤灰组成与含量对其水化胶凝性能的影响

循环流化床粉煤灰(CFBFA)的组成显著影响其水化胶凝性能,明晰组成和含量对其水化胶凝性能的影响规律有助于进一步阐明CFBFA水化胶凝机制。本文通过力学性能测试、X射线衍射分析、扫描电子显微镜-能谱分析方法,研究了CFBFA的组成与含量对其水化胶凝力学性能、物相组成、微观形貌和元素分布的影响。结果表明:不同组成CFBFA胶砂试块的水化胶凝性能具有差异性,主要与CFBFA中所含铝、硅、钙、硫等含量有关,当铝、硅质量分数超过75%时,CFBFA胶砂试块28 d抗压强度约为38 MPa,铝、硅含量高,有利于胶凝体系形成含水化硅酸钙的致密块体;当钙、硫质量分数超过28%时,CFBFA胶砂试块28 d抗压强度降至14.5 MPa左右,钙、硫含量较高会导致胶凝体系出现不利于强度发展的棒状钙矾石;随着水泥添加质量分数从50%增加到90%,CFBFA胶砂试块28 d抗压强度增加了27.2 MPa, CFBFA胶砂试块的力学性能与水泥添加量呈正相关,这是因为水泥不仅自身可发生水化反应并生成自硬性水化产物,而且能促进CFBFA中铝、硅组分的水化反应。该研究可为CFBFA在建筑材料领域的应用提供参考。

多种晶型纳米碳酸钙制备及生长机理的研究进展

纳米碳酸钙作为一种通用材料,具有广泛的应用前景和市场需求,近年来备受关注。然而,由于纳米碳酸钙晶型的多样性,导致其在不同领域具备不同的应用潜力。因此,对不同晶型纳米碳酸钙的制备方法、生长影响因素及形成机制进行了深入研究,并且有目标地制备特定晶型产品已成为当前研究的焦点。首先概述了纳米碳酸钙结构,并总结了两种常见制备方法的优缺点和机理;其次重点阐述了晶型控制剂和制备工艺对纳米碳酸钙晶型调控方面的研究进展,并介绍了两种反应器能够增强溶液间微观混合效果,从而大幅提高整体反应效率;最后综述了纳米碳酸钙结晶过程同时受晶体成核和晶体生长共同控制。通过研究这两个结晶过程可以更好地理解内在机理,最终实现晶型和形貌的精确调控。

生物炭应用于湿地水生态修复的研究进展

湿地构建中基质填料对其综合且持久发挥效能具有关键作用。生物炭可以通过吸附、分配等作用固定水中污染物,填充于湿地基质中能发挥其减污降碳协同增效的巨大潜力。该文开展了生物炭基湿地水质净化效能、污染物迁移转化过程与机制等研究,揭示了生物炭种类和物化特性对水生植物生长、微生物群落繁衍和固碳减排等方面的作用机理,为生物炭的施用和湿地建设提出新的研究方向,对提升水生态的可持续性具有重要意义。

煤矸石中氧化铝溶出的实验研究

煤矸石是主要的煤系固废,其中氧化铝的含量占到25%左右,又是一种可以利用的资源。本实验以山西潞安煤矿的煤矸石为原料,采用正交试验的方法,研究了盐酸作为酸浸介质浸取煤矸石中氧化铝。主要影响因素为煅烧温度、酸量、固液比及酸浸时间,最佳工艺条件为:煅烧温度为650℃,酸量为225mL(按照煤矸石中氧化铝和盐酸反应的摩尔比为1∶6计)、固液比为1∶3、酸浸时间为3 h,单因素重复试验结果和正交实验的结果相符,在最佳条件下,氧化铝的溶出实验验证结果表明,三氧化二铝溶出率为71.49%。本研究对实现煤矸石的资源化综合利用具有重要的意义。