微波辅助水处理研究应用进展

从水处理功能材料制备与改性、催化氧化处理废水、废水消毒及膜分离处理废水等方面综述了微波在水处理中应用及研究现状,重点介绍了微波在膜蒸馏水处理中的研究进展,以期拓展微波在水处理中应用的广度与深度。

PVDF螺旋卷式膜组件制备及真空膜蒸馏性能研究

真空膜蒸馏工艺作为一种具有良好应用前景的膜蒸馏操作方式得到了广泛的研究.当前常用于真空膜蒸馏研究的膜组件包括平板式、管式和中空纤维式.尝试制备了一种用于真空膜蒸馏的螺旋卷式膜组件,通过试验对自制组件的性能进行了研究,证实了卷式膜组件真空膜蒸馏操作的可行性.在真空度为-0.092 MPa,温度为67.7℃的操作条件下,得到了10.43 kg/(m2.h)的通量.通过试验比较了所制备卷式膜的通量与膜材料本底通量的差别,并对所存在的问题进行了分析.

管式气隙膜蒸馏组件结构设计及性能研究

首先以气隙式膜蒸馏为模型,对传质过程的中间气隙层、冷凝管材质及表面积、料液进出口方式等进行研究,提出了一种新型的管式膜蒸馏方式——膜接触式膜蒸馏(M-DCMD);然后配制了1 moL/L的KCl作为模拟料液进行M-DCMD、气隙式(AGMD)、直接接触式(DCMD)膜蒸馏的浓缩循环过程、膜污染以及膜润湿情况的对比研究.研究结果表明,在65℃的操作条件下,消除气隙层使膜通量增加了59.8%;不锈钢冷凝管[导热系数17 W/(m·K)]和铜质冷凝管[导热系数386.4 W/(m·K)]相比PVC冷凝管,膜蒸馏通量分别增加了55%和56%,即膜通量受冷凝管材料的影响显著;冷凝表面积与膜有效工作面积比例从1∶1.77增加至1∶1.24时,膜通量提升了34.3%;在同等条件下脱盐处理时,M-DCMD的抗污染性、抗润湿性等综合性能显著优于AGMD及DCMD.

旋流电解提取铜冶炼污泥模拟浸出液中有价金属研究

配制模拟铜冶炼污泥的硫酸浸出液作为电解原液,考察了旋流电解技术分离提取溶液中Cu,Zn,Ni 3种有价金属的效果。结果表明,旋流电解可以实现3种有价金属的分步电解分离,实验中直接获得了电解铜和电解锌产品。对于Cu,Zn,Ni混合溶液的旋流电解过程,Cu优先在阴极电解,电解铜产品以铜粉为主,另含有少量的铜片;电流密度越大,Cu的沉积速度越快,在电流密度为0.04 A·cm-2时,30 min内Cu的回收率达到54.4%;由于Cu的电阻率较低,因此其在阴极上的沉积可以提高系统的导电性,从而使槽电压下降,降低能耗。对于Zn,Ni混合溶液的旋流电解过程,Zn优先于Ni电解,在阴极得到形貌较好的Zn板;槽电压随运行时间下降较电解铜时更加缓慢,30 min内仅下降9.1%;电解产品上部有Ni沉积,且表面由于氢的析出产生类似月球表面环形山的椭圆坑;旋流电解槽内部的旋流流态加之镍的特殊超电势使得Zn优先于Ni电解。

混合添加剂对PVDF平板疏水膜结构及性能的影响

以不同添加剂采用浸没沉淀相转换法制备基于无纺布支撑的聚偏氟乙烯(PVDF)平板疏水膜,考察了不同添加剂的加入对膜性能与结构的影响;并利用扫描电子显微镜(SEM)、原子力学显微镜(AFM)、红外光谱(FTIR)、接触角测量及膜蒸馏实验等对疏水膜的结构及性能进行表征。结果表明,引入混合型添加剂制备的膜具有较高通量和盐截留率,其疏水性最强,而添加剂对聚合物的晶型影响较小。以35 g/L的NaCl盐溶液为进料液对制备的平板膜进行直接接触式膜蒸馏实验,在热侧进水温度为50℃、冷侧温度为20℃的条件下,所制备的疏水膜通量最高可达12.45 kg/(m2.h),截留率为99.99%。

真空膜蒸馏和膜吸收及其集成工艺处理高氨氮废水

采用PP中空纤维膜组件,对VMD(真空膜蒸馏)和MA(膜吸收)脱氨过程进行了研究。考察了料液p H值(9.0~11.0)、料液进口温度(20~50℃)对脱氨效率的影响。研究结果表明,VMD和MA脱除率分别达85%和99%以上。料液p H和料液进口温度对VMD脱氨效果的影响较大,提高料液p H和进口温度可以明显提高VMD的脱氨效率;料液p H对MA的脱氨效率影响较为显著。对2种膜工艺进行了技术集成,利用该集成工艺可达到99.96%以上的氨去除率,出水可达标排放,并且可以有效防止硫酸铵的二次污染。

微波辅助疏水膜的清洗

针对膜蒸馏过程中膜表面常见的CaSO4垢和腐殖酸混合垢,对微波强化疏水膜清洗的效果进行了研究。结果表明,对于膜表面的CaSO4垢,微波辅助清洗效率高于常规清洗,且在清洗液的温度和流速较低时,微波的强化清洗效果更为明显;对于膜表面的腐殖酸混合垢,微波辅助清洗后的初始通量恢复率为88.4%,比常规清洗高出10.8%,同时可以相对缓解疏水膜的亲水化。

基于规则破碎的废旧锂离子动力电池分选回收工艺研究

据预测,到2020年,我国锂离子动力电池的累计报废量将达到32.2万吨,废旧锂离子动力电池中含有高价值金属和有毒有害物质,对其进行回收再利用,不仅能够实现资源循环利用,还能减轻其对环境的污染,目前的处理方法以物理分选和冶金处理联合回收工艺为主。本文以市场应用前景广的废旧三元材料锂离子动力电池为研究对象,针对目前物理分选工艺中存在的破碎方式简单、物理分选方式单一、回收产品纯度和回收率低的问题,提出了以规则破碎为基础,筛分、重力分选、涡电流分选与热处理法相结合的分选工艺,实现了极芯中负极材料、隔膜、铜箔、铝箔和正极材料的有效回收。经浸泡、搅拌和筛分回收负极材料,重力分选回收隔膜,负极材料和隔膜的回收率分别为99.43%和99.84%;经涡电流分选后,正极片的回收率达到88.19%;正极片经热处理后正极材料的脱落率达到96.60%。感应耦合等离子体发射光谱仪(ICP)和X射线衍射(XRD)分析结果表明,规则破碎条件下,回收正极材料中只含有镍、钴、锰、锂,杂质元素,铜、铝的含量几乎为0,为下一步正极材料的冶金处理提供了良好的基础。

废旧锂离子动力电池回收的研究现状

近年来,随着电动汽车和大规模储能市场的快速发展,作为目前占据最多市场份额的锂离子动力电池的产量也随之快速增长,产生的废旧锂离子动力电池的数量必将呈现出井喷式的上涨。废旧锂离子动力电池中含有大量的钴、锂、镍、锰、铜、铝等紧缺有色金属元素和六氟磷酸锂、聚偏氟乙烯等有毒有害物质,对其进行资源化回收和无害化处理具有重大意义。通过对近年来废旧锂离子动力电池回收处理技术进行总结,归纳出了废旧锂离子动力电池的主要处理过程一般包括预处理、二次处理以及深度处理3个步骤。其中,二次处理和深度处理步骤作为整个处理过程的核心环节,对整个电池的回收效果影响最大。此外,对3个处理步骤采用的方法及优缺点进行了详细介绍和比较。最后通过对目前主要的湿法和火法工艺进行比较,结合两者的优缺点,提出了湿法与火法联合处理废旧锂离子动力电池工艺,并展望了未来废旧锂离子动力电池回收技术的发展方向。

La掺杂TiO2的制备及光催化处理石化二级出水的研究

采用溶胶一凝胶法制备了稀土La掺杂TiO2纳米粉末，利用x射线衍射（XRD），紫外-可见漫反射光谱（UV—VisDRS）、透射电镜（TEM）和荧光光谱（PL）等分析方法对所制备样品进行表征；以亚甲基蓝和石化二级出水作为降解对象，研究了La掺杂TiO2样品的光催化性能。表征结果显示，本实验所制备的TiO2样品均为锐钛矿晶型；稀土La掺杂可以使样品的晶粒尺寸由25nm减小为15nm；同时可改善样品的团聚现象；并可促进样品对可见光的吸收；此外还具有降低电子一空穴的复合，提高TiO，量子效率的作用。光催化降解亚甲基蓝实验结果显示，当La掺杂含量为0．50％时，样品的光催化性能最佳；优选0．50％La—TiO2对石化二级出水进行光催化降解反应，结果显示光催化反应180min时，二级出水中的化学需氧量（COD）和UV254的降解率分别可达55％和70％以上；且经过3次回用后降解率未明显下降，说明本实验所制备的实验样品具有良好稳定的光催化性能，这为光催化深度降解石化二级出水工业应用提供了可能。

基于PTFE中空纤维膜的多元重金属溶液膜蒸馏探索研究

以聚四氟乙烯(PTFE)中空纤维疏水膜作为分离膜,分别采用直接接触膜蒸馏(DCMD)和真空膜蒸馏(VMD)对多元重金属溶液进行浓缩处理,通过考察膜蒸馏通量、产水电导率的变化及膜污染情况,探讨重金属离子对膜蒸馏性能的影响,考察VMD内进外抽和外进内抽两种操作方式的差异,并借助扫描电镜(SEM)分析产生差异的机制。结果表明,铜锌镍3种金属元素并未对膜蒸馏通量稳定性及产水水质产生显著影响;研究还发现采用VMD内进外抽操作方式更容易导致膜表面晶体沉积和重金属离子渗漏,经能谱仪检测分析管内表面沉积物为硫酸铜晶体,外进内抽方式则性能良好;电镜分析表明,膜丝内外表面微观结构的差别是造成内进外抽和外进内抽膜蒸馏性能差异的主要原因。本研究结果表明,采用合适的操作方式,膜蒸馏处理多元重金属溶液是可行的。

电动修复治理环境中的铬污染研究进展

随着我国含铬化学产物的迅速发展,其产量和消费已跻身世界第一。铬不但对植物的生长有影响,而且还严重威胁人类的健康。因此,在各种重金属污染治理的研究中,铬污染治理一直是研究焦点之一。在化学修复技术、植物修复技术、微生物修复技术、电动修复技术等铬污染治理技术中,电动修复技术是一种新型原位修复技术,尤其适用于处理低渗透的土壤和污泥;它具有投资少、效率高、无二次污染等优点。本文阐述了电动修复除铬的技术原理,结合近年来国内外关于电动修复技术应用于铬污染土壤和污泥治理的研究文献,对电动修复技术的影响因素及强化措施进行了分析和综述,并提出了当前研究存在的问题和建议,最后展望了电动修复应用于治理铬污染的发展趋势。

膜蒸馏-结晶处理高浓度硫酸锌溶液的研究

电镀等行业进行锌消费会产生高浓度锌废液,此类废液具有酸度高、腐蚀性强等特点,传统处理方法处理成本高且对设备耐腐蚀要求极高。本研究利用管式膜蒸馏-结晶技术处理高浓度ZnSO_4溶液,首先比较了不同流速、温度、pH条件下稀（0.2%,质量分数）、浓（20%,质量分数）ZnSO_4溶液膜蒸馏性能的差异,然后在优化条件下进行了浓ZnSO_4溶液膜蒸馏-结晶探索研究。研究结果表明,与稀溶液相比,浓ZnSO_4溶液的膜蒸馏通量略低,这主要是溶液蒸汽压下降以及浓差极化共同作用的结果。在高酸度条件下,浓ZnSO_4溶液膜蒸馏产水水质更容易恶化。此外,高浓度并未对ZnSO_4溶液的膜蒸馏性能产生显著的特殊影响。膜蒸馏-结晶操作过程中,膜通量由初始的2.81降至1.86kg·m-2·h-1,降幅为37%,产水电导率始终维持在10μS·cm-1以下,重金属盐截留率达到99.99%以上。冷却结晶得到的产品晶体形状规则,ZnSO_4溶液一次膜蒸馏-结晶理论回收率48.10%,实际回收率46.28%。采用合适的操作方式,膜蒸馏-结晶耦合工艺处理高浓度ZnSO_4溶液直接得到晶体产品可行。

旋流电解技术脱除污酸中铜砷的研究

污酸是有色金属冶炼中普遍存在的废酸,具有污染物种类多成分复杂、酸度高且最难处理的特点。污酸也是冶炼厂酸性重金属离子废水主要来源,其传统处理工艺产生大量危险废渣且处理成本高。旋流电解技术以可适用范围广且高选择性等特点日益受到重视。本论文利用旋流电解技术处理污酸溶液,研究了初始铜离子浓度对铜砷脱除效果的影响,并同并联循环连续电积脱砷法和控制阴极电势电积法做了比较。结果表明,在初始铜离子浓度为3 g·L^(-1)时,旋流电解6 h时砷脱除率最好(71.42%)。初始铜离子浓度3 g·L^(-1)以内时,砷脱除率随初始铜离子浓度升高而升高;初始铜离子浓度超过3 g·L^(-1)时,初始铜离子浓度升高对砷脱除不利。旋流电解技术可在高电流密度500 A·m^(-2)下进行脱砷,高于并联循环连续电积法的320 A·m^(-2)和控制阴极电势电积法200 A·m^(-2);其渣中铜砷比可达0.65∶1.00,远低于并联循环连续电积法的(1.8~2.8)∶1.0和控制阴极电势电积法的6.6∶1.0,减少了砷渣中铜的含量。

冶炼污酸管式气隙膜蒸馏过程研究

冶炼厂污酸的处理及回用技术一直是冶金工业中关注的热点之一。以河南某冶炼厂的污酸废液为研究对象,采用管式膜蒸馏系统对污酸废液进行连续性浓缩。系统地研究了污酸的体积浓缩倍数对膜通量、产水电导率,以及浓缩液和产水的H^+,SO4^2-,As浓度的影响;对比研究了污酸和纯硫酸膜蒸馏过程性能差异;并对污酸膜蒸馏浓缩及浓缩液冷却结晶过程的产物进行了分析。研究结果表明:污酸中的硫酸浓度及金属杂质离子含量主要影响浓缩过程的膜通量和膜润湿性;污酸原液(H2SO4浓度为1.02 mol·L^-1/9.8%(质量分数))浓缩到原体积的1/3时,系统产水通量显著降低,产水电导率显著升高;膜蒸馏浓缩过程的H2SO4回收率为91.89%,疏水膜对As的截留率为99.91%;浓缩液冷却结晶过程的脱砷率为54.33%。最终,污酸浓缩到了初始体积的1/4以上,浓缩液(H2SO4浓度为4.16 mol·L^-1/40.7%)中的硫酸浓度升高了4倍左右,污酸中的砷及其他金属离子主要以砷的氧化物、硫酸盐、硅酸盐以及硫酸钙等形式结晶出来。

废旧锂离子电池正极材料LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2中有价金属的浸出及其动力学研究

采用废旧锂离子电池正极材料LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2为原料,以H2SO4为浸出剂,H2O2为还原剂酸浸回收有价金属Li,Ni,Co,Mn;分别考察H2SO4浓度、H2O2浓度、固液比、浸出温度和浸出时间对浸出过程的影响,结果表明:在H2SO4浓度2.5 mol·L-1、H2O23.0%(原子分数)、固液比50 g·L-1、温度45℃、反应60 min的最佳条件下,Li,Ni,Co,Mn的浸出率均超过98.5%。通过X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜和能量色散X射线谱(SEM-EDS)对不同浸出阶段的材料进行表征,可以得出废LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2在浸出过程中形貌和结构逐渐被破坏,在浸出终点衍射特征峰基本消失,表明废LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2被浸出完全,浸出渣只剩乙炔黑和黏结剂聚偏氟乙烯(PVDF)。采用未反应核收缩模型和Avrami方程模型对浸出动力学数据进行拟合,其中Avrami方程模型显示最佳相关性拟合,动力学分析显示,在30~75℃下Li,Ni,Co,Mn 4种金属离子的活化能分别为78.39,81.63,83.07,82.66 kJ·mol-1,表明浸出过程的速率控制步骤是表面化学反应。

工业废酸中硫酸的萃取分离与回收研究现状

工业废酸污染是当前世界面临的主要环境问题之一。工业废酸中含有丰富的硫酸及有价金属,若采用合理方法对其进行综合处理与回收,不仅可以缓解环境压力,还能实现二次资源回收与综合利用,具有显著的环境与社会效益。综述了溶剂萃取法从含硫酸工业废酸中分离回收硫酸的国内外研究现状,详细介绍了氨类、醇类、中性有机磷类等萃取剂的物化特性及其对硫酸的萃取性能,阐述了硫酸萃取过程中各类萃取体系的工艺参数及优缺点;从萃合物的组成和微观结构角度入手,论述了氨类萃取剂和中性有机磷类萃取剂萃取硫酸的反应机制,分析了萃合物分子之间的聚合方式与反应模型;指明了当前溶剂萃取法分离回收硫酸工艺面临的问题和可能的解决途径,展望了未来硫酸萃取工艺的发展方向,为工业废酸中硫酸和有价金属的回收与综合利用技术开发及其理论研究提供支持。