活性炭负载TiO_(2)吸附与光催化降解甲醛研究进展

甲醛污染日益严重,有效降解甲醛是亟需解决的现实问题。以生物质材料、不同变质程度的煤、石油焦等为原料制得的活性炭具有比表面积大、吸附效率高等优点,在吸附、分离甲醛污染物方面具有显著优势。综述了活性炭吸附机理及改性机理、TiO_(2)光催化反应原理、提高光催化活性的途径、TiO_(2)负载等,分析比较了活性炭和TiO_(2)/AC对甲醛的吸附降解性能,并对活性炭改性、TiO_(2)/AC吸附-光催化的未来方向进行了展望。活性炭以物理吸附为主,在一定压力、温度条件下会发生脱附,造成二次污染。通过酸化改性可改变活性炭的孔径分布和表面酸性官能团含量,将物理吸附转变为物理-化学联合吸附,可有效提高甲醛分子在活性炭表面的吸附。除了活性炭吸附甲醛外,TiO_(2)无毒无害、安全绿色、光催化效率较高,是公认的较理想光催化降解甲醛等污染物的材料,根据TiO_(2)光催化原理,通过—OH和—O_(2)^(-)两种氧化能力极强的活性物种,甲醛等污染物能被催化降解为CO_(2)、H_(2)O或其他无机小分子。然而,TiO_(2)量子效率低、可见光吸收范围窄、重复利用率低等问题限制其大规模工业应用。金属离子掺杂进TiO_(2)后形成电子、空穴的浅捕获势阱,非金属阴离子取代TiO_(2)氧位后,改变结构的畸变程度,一定程度上减少了电子-空穴对的复合。通过复合敏化可将禁带宽度不同的半导体组合形成一个异质结,拓宽复合催化剂的光谱响应范围。将TiO_(2)负载在活性炭上制得TiO_(2)/AC吸附催化协同材料,有利于解决催化剂难以回收利用的问题,通过活性炭对甲醛的吸附与浓缩,为光催化提供良好的反应环境,提高降解速率。通过控制活化与炭化过程,开发出具有特异吸附能力的活性炭;随着对TiO_(2)机理的深入探究,制备去除效率高、吸附容量大、能耗低、具有选择性的TiO_(2)/AC材料,提升吸附催化协同材料的制备水平,有利于实现高效清洁降解甲醛的技术目标。

考虑碳烟还原NO反应的煤粉燃烧仿真模型

为准确预测煤粉燃烧中NO_x生成与还原,在数值仿真模型中,将碳烟引入煤粉的热解过程,考虑碳烟对NO的还原作用,此外在燃料型NO_x模型中将HCN氧化速率设置为De Soete推荐值的13倍.采用国际火焰燃烧协会IFRF的试验结果对模型进行验证,结果表明,改进后的数值计算模型能够显著提高对燃烧器出口附近x=0.15平面处NO体积分数变化的预测精度,而其他数值计算模型在该平面处的NO体积分数计算结果普遍偏低.

新型低氮旋流燃烧器NO_x排放特性

为应对燃煤工业锅炉日益严苛的排放标准,提出了一种新型低NOx旋流燃烧器,将煤粉预燃与燃烧器空气分级、炉膛空气分级进行耦合,通过改变燃烧系统的配风布置对煤粉预燃燃烧状态进行调整,研究了一次风率、内外二次风率、外二次风入射方式、循环风率和燃尽风率对NOx排放特性的影响。结果表明:在试验工况下当一次风率从15.4%提高到28.7%,预燃室内氧气浓度增大,一次风携带的氧气可直接将煤粉热解释放挥发分中含氮化合物HCN、NH3等中的N氧化为NO,NOx生成量由284.4 mg/m^3逐渐增至326.7 mg/m^3。当内外二次风率比由0.46增大到1.4,NOx排放浓度先下降后上升;由于内二次风量影响预燃室内过量空气系数和湍动强度,外二次风量影响炉膛内部主燃区煤粉发生燃烧反应的湍动混合强度,在二次空气配比变化的综合作用下,内外二次风率比为1.0时,NOx排放值最低为211.2 mg/m^3。随着外二次风内部入射风量与端面入射风量比值由0增大到4.56,NOx生成浓度先下降后上升;由预燃室端面入射的外二次空气射流边界较长,主燃区相对较大,燃烧整体较为均衡,而从预燃室内部入射的外二次风促进了预燃室出口气粉混合物在炉膛内与助燃空气的混合;当外二次风内部、端面射流风率比为0.25时,煤粉在预燃室出口区域的湍动强度提高,在局部还原性气氛下,NOx生成浓度有最低值230.9 mg/m^3。当循环风率从0增大到30.6%时,内外二次风中氧气浓度降低,预燃室和炉膛主燃区还原性气氛增强,挥发分中含氮化合物HCN、NH3等中的N迁移形成N2的概率增加,NOx排放量由250.7 mg/m^3逐渐降低到221.1 mg/m^3。随着燃尽风率由0提高到29%,NOx排放值先减小后增大;燃尽风率提高时二次风率随之降低,内外二次风湍动扩散能力减弱,主燃区还原性气氛增强;燃尽风率进一步提高使得主燃区氧量不足,燃尽区氧化性氛围较强,大量焦炭和含氮化合物在燃尽区发生氧化反应,导致NOx生成量增加;当燃尽风率为19.6%时,NOx生成值最低为253.5 mg/m^3。整体上,当一次风率为17%~19%,内外二次风率比为0.8~1.0,外二次风由预燃室端面入射,循环风率为15%~20%,燃尽风率为19%~22%时,NOx排放值为212~231 mg/m^3,相比试验工况下最大NOx排放量下降29%~35%。

生物炭材料吸附VOCs研究进展

挥发性有机化合物(VOCs)因其对生态环境和人类健康的严重危害而受到广泛关注。VOCs处理技术主要有焚烧法、冷凝法、吸附法和催化氧化法等,其中,吸附法以成本低、效果稳定、吸附剂可再生等优点被认为是一种高效、经济的处理手段。生物炭是一种绿色环保、廉价易得的炭质吸附材料,近年研究较多。介绍了生物炭基本吸附特性,对比不同制备和改性方法的优劣,重点分析了比表面积、孔隙特性和官能团等因素对生物炭吸附VOCs的影响,讨论了生物炭吸附VOCs的机理。生物炭原料来源广泛,原料种类、含量和成分差异都会影响生物炭的结构性质,从而影响其吸附能力。生物炭具有丰富的官能团和复杂的孔隙结构,一般采用常规热解方法在适当温度下制备的生物炭产率较高,结构性能较好。现阶段对生物炭改性效果显著的方法包括物理改性和化学改性,且生物炭改性后具备很高的VOCs吸附性能。通常生物炭比表面积越大,吸附性能越好;孔径越大,对大分子VOCs吸附更有利,但孔径远大于VOCs分子直径时,分子间吸附减弱;孔径越小,对小分子VOCs吸附更有利,但孔径过小也会增加VOCs的扩散阻力。较大的比表面积、适当的孔径以及针对被吸附VOCs气体极性进行改性使得生物炭具有较好的吸附性能。生物炭吸附VOCs的机理主要包括炭化区的吸附和非炭化有机物的分配,炭化温度小于300℃时分配作用为主要作用。比表面积越大,孔隙结构越发达,越有利于物理吸附;化学吸附一般通过生成化学键(如氢键、π—π键)产生作用。多组分VOCs会发生竞争吸附,且吸附亲和力较强的气体会取代吸附亲和力弱的气体。生物炭在相关领域的研究主要集中在实验室阶段,原料运输以及二次污染等问题使得生物炭吸附在工业上还未有成熟应用。提出未来生物炭吸附VOCs重点研究方向在于开发靶向改性生物炭、新型环保型生物炭复合材料、降低生物炭材料生产成本以及在分子水平上进行模拟研究。

利用氧化还原反应储能的储能介质研究进展

受天气和环境变化的影响,太阳能热发电系统存在间歇性供应的问题,热化学储能的提出为该问题的解决提供了办法。本文对金属氧化物及钙钛矿作为储能介质的热化学反应特性以及反应物结构对反应产生的影响等方面的研究现状进行了阐述。结果显示,金属氧化物及钙钛矿的氧化还原循环反应储能,具有反应温度与太阳能热发电相适应且能量密度大、储能稳定、能量损失小等一系列优势,应用前景广泛。与此同时,基于该项技术还不成熟,在实际应用转化的过程中存在技术经济问题,指出未来主要的研究方向是反应物氧化还原反应循环性能研究、储/放热过程的模拟、储能系统的设计及实施一定规模的试验等。

PERFORMANCE IMPROVEMENT OF CENTRIFUGAL FAN BY MEANS OF NUMERICAL SIMULATION

Numerical simulation is used to investigate the flow field in a model centrifugal fan for steam power stations in order to improve the performance. During testing the model fan, it is found that the efficiency is only 62.5% with inlet box, without it the efficiency is 83%. In addition, the strong vibration of test rig is observed with inlet box. It would be highly desirable if the aerodynamics of the fan could be studied. Therefore, numerical simulation is carried out to investigate the internal flow characteristics of a model fan with inlet box. The results from CFD analysis show that the whole region of the inlet box is occupied by a spiral vortex rotating inversely as the rotor＇s direction, which significantly affect the most flow＇region inside the fan. For this reason, a dummy plate is arranged in the inlet box to impede the generation of the spiral vortex, the results from CFD after the reform demonstrate that the modification is quiet effective, the former large spiral vertex has been destroyed effectively, the large one is superseded in favor of two small vortexes. However, two small vortexes have little effect on the inner flow of the rotor and the following parts. Finally, the efficiency of the model fan is improved by the test and the strong vibration of the test rig disappears. This type of modification has been used in steam power stations, the fan efficiency raises to 84% successfully.