超临界水甲烷制氢的分子动力学研究

煤-超临界水气化过程中重要中间产物挥发分的反应机理尚未明晰,采用反应分子动力学方法对重要挥发分组分甲烷(CH_(4))在超临界水氛围的反应机理及制氢机制进行了探究。系统比较了反应模拟时间和燃料分子规模对目标反应体系关键组分数时程和重要反应通道占比的影响,量化分析了反应温度、反应压力、CH_(4)质量分数对超临界水相反应中CH_(4)消耗路径和H_(2)生成反应的影响规律。仿真结果表明,CH_(4)在超临界水中氧化可转化为H_(2)、CO及少量C基中间体,H_(2)O+—H→-OH+H_(2)是贡献H_(2)生成的主导反应,反应过程中—OH自由基和—H原子的相对数量显著影响H_(2)产量。降低反应温度和压力对CH_(4)主要氧化路径影响较小,但H_(2)净产量增加;降低CH_(4)质量分数,H_(2)净产量先增加后减少,存在“最佳质量分数”。研究结果可为优化煤-超临界水气化过程中挥发分组分高效制氢方案提供参考。

煤直接液化航空煤油自着火特性实验及动力学研究

煤直接液化(DCL)航空煤油含有大量的环烷烃,与传统航空煤油成分差异较大,研究DCL煤油的着火特性及反应动力学对于深入认识其燃烧性能及其推广应用具有重要意义。因此,本文使用快速压缩机测量了DCL煤油,RP-3煤油及其混合物在不同当量比和压力下的着火延迟期,对比了DCL与RP-3煤油的燃烧放热及相对反应活性,分析了二者低温反应活性差异的动力学机制。使用实验数据验证了文献中DCL煤油的化学反应动力学模型,并通过构建替代物组分中正戊基环己烷的化学反应机理,提高了模型对DCL煤油着火延迟和高温裂解产物的预测性能。研究结果表明,DCL煤油的着火放热量更高,其着火延迟期在高温下(>1000 K)与RP-3接近,而在低温下(<750 K)则略高于RP-3。DCL煤油中大量的环烷烃成分阻碍了燃料分子低温链分支反应的进行,抑制了其低温反应活性,有利于降低燃料进入主燃区前发生自燃的倾向。

铝/水两相自点火实验和理论研究

针对铝/水冲压发动机水蒸气氛围金属燃料点火燃烧机理不明、基础燃烧实验数据缺乏等问题,基于可视化高压激波管实验平台开展了铝/水两相自点火实验和理论研究,从发光强度及火焰图像、自点火温度和点火延迟3种角度表征了铝粉的温度效应、压力效应和尺度效应,揭示了铝/水和铝/氧点火机理的差异性,构建了铝/水自点火温度预示模型。实验结果表明:铝/水点火模式为小粒径颗粒优先着火,再引燃大粒径铝颗粒着火;临界自点火温度与铝颗粒粒径呈现反向依赖关系;点火延迟时间与温度关系符合Arrhenius关系式,颗粒越大,点火延迟的温度敏感性越高;纳米级铝粉点火延迟呈现较强的压力依赖行为,高压下火焰区域更为集中,铝粉颗粒之间竞争氧化剂更加剧烈;铝粉点火延迟的尺度效应明显,1500K下50.0μm粒径铝粉点火延迟时间约为100nm粒径铝粉的30倍。研究结果表明,铝/水自点火特性优于铝/氧,所构建的铝/水模型对微米颗粒自点火温度的预测值与文献实验值偏差较小。该研究的基础燃烧数据和点火机制理论分析可为铝/水冲压发动机的燃烧组织优化及燃烧室结构设计提供理论依据,为铝/水点火机理和模型的发展提供研究思路。

玉米中赤霉烯酮的快速检测:注射器式膜固相萃取与固相荧光法

利用膜固相萃取结合固相荧光光谱对玉米样品中的赤霉烯酮进行快速检测.利用乙腈/水(体积比为9∶1)对玉米样品中的赤霉烯酮进行提取,随后利用尼龙膜材料(孔径:0.22μm,Φ=13 mm)进行高效固相萃取.随后利用360 nm LED光源及研制的便携式固相荧光检测装置直接对膜材料表面的赤霉烯酮进行快速检测.所研发的快速检测方法检出限为12.5μg/L,对玉米样品进行加标检测的回收率为84.8%~92.2%,相对标准偏差为3.73%~5.47%.本研究对玉米中赤霉烯酮毒素的快速检测提供了新的检测装置和检测方法,具有便携、高效、成本低等诸多优势,能够满足食品领域对玉米样品的现场快速检测需求.

垃圾填埋场渗滤液催化超临界水气化制氢试验

对垃圾渗滤液进行超临界水气化试验,考察不同催化剂K_2CO_3、Na_2CO_3、NaOH和KOH对H_2产率以及对渗滤液中COD、TOC、TN和NH_3-N去除率的影响。试验结果表明,在450℃、28 MPa、15 min的反应条件下,4种催化剂对H2产率的影响从大到小依次为NaOH、KOH、K_2CO_3和Na_2CO_3,且在NaOH添加量为5 g时,H_2体积分数达到最大值54.45%;在相同的反应条件下,渗滤液中COD、TOC、TN和NH_3-N的去除率均随着催化剂的加入而有明显上升。

高级氧化工艺处理阻燃布生产洗布废水的研究

研究了臭氧氧化法对PROBAN工艺洗布废水中有机磷的处理效果及其影响因素。结果显示,有机磷去除率随初始pH和臭氧投加量的增加而升高;氧化反应速率随臭氧流速的增大而增大;一级动力学模型可较好地对反应过程进行分段描述。Fenton氧化法实验结果表明,其对有机磷的去除率最高仅为63.9%,远小于臭氧氧化法的有机磷去除率94.7%。

大直径通道密集型多孔陶瓷膜处理含油废水研究

针对含油废水对环境造成的污染问题,自主开发的大直径、通道密集型多孔陶瓷膜材料,单支Φ142 mm,孔数达到800~1200个,每立方体积膜面积720 m^2.支撑体和分离层呈单峰分布,平均粒径分别为4.906μm和56.8 nm,支撑体内颗粒结合紧密,分离层表面平整无缺陷;自制陶瓷膜除油设备对濮阳中原油田的含油废水进行了50 d的油水分离试验研究.结果表明,该陶瓷膜运行压力为0.1 MPa时产水量在4.2~5.5 m^3/h范围内波动;0.18 MPa时产水量在7.5 m^3/h上下波动,随着使用时间的增长,产水量略有下降.通过反冲洗和化学清洗可有效恢复和提高设备的产水通量,该陶瓷膜设备能将原水含油量从87.2 mg/L降至2.5 mg/L,除油率97.13%;原水含油量从87.2 mg/L浓缩至7660 mg/L,浓缩倍率87.84倍;设备累计运行时间共493 h,处理水量共3139 m^3,耗电共471 k Wh,吨水电耗0.15元,错流循环排出水累计627 m^3,错流出水占产水总量20%,累计反冲洗浓水排放35 m^3,占产水总量1.11%,整体系统回收率达到98.89%.

功能化纤维对氨气的循环吸附再生性能研究

采用吸附容量、交换容量、断裂强力、扫描电镜、红外光谱表征功能化纤维(RPFC-Ⅰ纤维),并系统考察RPFC-Ⅰ纤维的理化特性及其对氨气的循环吸附再生性能。结果表明,RPFC-Ⅰ纤维对氨气具有良好的循环吸附再生性能且内部分子结构非常稳定。在循环吸附再生21次过程中,RPFC-Ⅰ纤维对氨气的吸附容量为90.2~96.3 mg/g、交换容量为6.75~6.90 mmol/g、断裂强力为0.053~0.063 N,均未发生明显变化。RPFC-Ⅰ纤维具有吸附容量高、耐酸腐蚀性好、净化性能稳定、材料再生条件温和、可循环再生使用等优点,未来市场应用前景广阔。

秸秆乙醇生产废液制备改性木质素磺酸钠的研究

利用秸秆乙醇生产废液资源化制备木质素磺酸钠,分别以正交试验和响应面法试验研究了反应温度、反应时间、反应液pH值和质量比对磺化率的影响,优化得出了最优制备条件以及各因素对磺化试验的影响的先后顺序;在制备得到的木质素磺酸钠的基础上,利用过氧化氢对木质素磺酸钠进行了氧化改性,并用红外光谱对氧化前后木质素磺酸钠进行了分析,初步讨论了氧化反应发生的活性位点;通过木质素磺酸钠及其氧化产物对水泥净浆减水分散作用,研究了氧化前后木质素磺酸钠的实际应用性能.

大涡模拟燃烧模型对氨气旋流火焰适应性研究

推广无碳燃料是实现“碳达峰、碳中和”的重要举措,氨气具有基础设施完善、安全性高等优势.数值模拟在燃机设计、开发中承担重要作用,燃烧模型对计算对象的适应性非常重要,影响计算精度和效率.本文针对氨气旋流火焰,基于OpenFOAM开展了氨气旋流火焰标准化实验及模拟工作,对比了FGM燃烧模型和DTF燃烧模型在氨气旋流火焰燃烧室流场、火焰结构及污染物预测等方面的性能.通过综合分析,给出了模型选用建议,为氨发动机燃烧室和氨燃烧器仿真计算提供参考.

天然气掺氢管道输运及终端应用

氢能是最有潜力的碳中和清洁能源载体,天然气掺氢在管道输运和终端应用方面具有优势。本文调研了国际上具有代表性的天然气掺氢研究及示范项目,分析了天然气掺氢管道输运和终端应用的可行性和经济性。研究结果表明:低比例的氢气(20%体积比以内)加入天然气管网系统中并不会明显增加相关事故风险及危害,对系统进行轻微改造的情况下最高可以允许50%体积比氢气加入天然气管网系统。通过经济性分析核算了天然气掺氢的成本,给电厂进行天然气掺氢提供参考。鉴于各个国家在天然气成分、管道条件和管道材料上的不同,我国应根据实际的管路、气体具体情况开展对于天然气掺氢的分析研究。

造纸污泥好氧生物分解干化处理研究

随着造纸行业的发展及国家对“三废”的处理要求日趋严格,造纸污泥处置已成为制约造纸行业清洁生产和可持续发展的重要问题。本研究采用好氧生物分解干化工艺,对造纸污泥进行减量化、无害化处理试验。经连续运行,结果表明,菌床温度60~80℃、含水率24%~40%,处理后含水率20%~30%、粒径≤5 mm的污泥呈细小沙土颗粒状。连续运行6个周期,污泥减量率为76.4%,粪大肠杆菌阴性,未检出蛔虫卵。污泥好氧生物分解干化处理过程无需辅热、效果稳定、处理成本低(折合污泥处理费用166.83元/t),污泥减量效果好,处置产物易于资源化利用,满足造纸企业对造纸污泥的处置要求。

甲烷添加对氢气燃爆特性的影响

氢气掺混少量烃类气体有助于降低氢气储运和应用中燃爆风险。本文采用定容燃烧弹研究了甲烷掺混对氢气可燃极限和燃爆特性的影响规律,并对宽广当量比下富氢/甲烷/空气预混气以及纯氢气在空气中的燃烧爆炸特性开展对比研究。结果表明,随着甲烷添加量增加,可燃范围呈指数式降低,仅添加10%甲烷就能够使浓燃极限下降22.9%。但添加10%甲烷后,层流燃烧速度降低,化学计量比下爆炸时间增长20倍,热损失增大,导致最大爆炸压力略有降低,最大压力升高率显著降低。结合火焰发展的纹影图片分析可知,添加甲烷能够减弱可燃气燃爆危险性,不仅受层流燃烧速度降低的影响,还与火焰面裂纹和细胞状结构的减弱有关。

南美白对虾养殖海水陶瓷膜超滤和絮凝超滤研究

以渤海黄骅地区南美白对虾养殖用海水为研究对象,通过陶瓷膜超滤和絮凝超滤处理研究,摸索出陶瓷膜超滤养殖用海水工艺条件.①对于普通汪子砂滤海水(TOC=18.55~20.05 mg/L),保持膜通量134 L·m^-2·h^-1时超滤,20 min恒流运行,跨膜压差0.04~0.062 MPa;当膜通量保持223 L·m^-2·h^-1,跨膜压差0.10~0.12 MPa,12 s反洗可以恢复膜通量.经陶瓷膜超滤后TOC去除率47.16%,UV254去除率1.10%,弧菌去除率100%.②对于有机物丰富汪子砂滤海水(TOC=55.0~59.16 mg/L),超滤处理时,保持膜通量31 L·m^-2·h^-1,10 min恒流运行,跨膜压差从0.14 MPa迅速升至0.20~0.21 MPa.经陶瓷膜超滤后TOC去除率74.49%,UV254去除率32.80%,弧菌去除率100%.③有机物丰富汪子砂滤海水,通过PAC絮凝预处理,PAC添加量45 mg/L,搅拌絮凝时间20 min.保持膜通量105 L·m^-2·h^-1,20 min恒流量运行、12 s反洗,跨膜压差0.05~0.056 MPa;保持膜通量200 L·m^-2·h^-1,跨膜压差0.11~0.13 MPa.絮凝预处理有效减缓膜污染和提高了膜通量.

草编漂染污水处理工程实例

针对草编漂染产生含有双氧水、高含量有机物和草编废渣的废水的特点,采用"物化混凝预处理+缺氧水解酸化+A/O+深度处理"的主体工艺,介绍了各处理单元的工艺参数及运行效果。实际运行结果表明,COD、NH3-N、TP、SS和色度的去除率分别达到98.55%、96.67%、98.75%、99.58%和93.75%,出水水质满足GB 18918-2002的一级A要求,处理费用4.51元/t,工艺稳定、节能、高效、减排,处理成本低。

正庚烷氧化基态OH基浓度时程吸收光谱诊断

为了提供宽温度范围下正庚烷模型的微观验证数据,利用激波管反射激波方法结合紫外吸收光谱诊断技术,以OH基的A-X(0,0)跃迁R 1(5)谱线中306.6868 nm为中心诊断波长,测量了温度1197~1690 K、压力150 kPa、当量比1.0、燃料初始体积分数0.1%下,正庚烷/氧气/氩气混合气氧化过程中OH基浓度时程。结果表明,激波管真空度和漏气率是影响OH基浓度峰值的主导因素,结果分析中必须给予考虑以确保实验结果的准确性。实验观测到了正庚烷氧化过程OH基浓度时程演变的3种形态,发现入射激波引起的非理想物理边界层效应对OH基浓度时程测量影响显著。与已有的5个代表性正庚烷模型预测值比较发现,当前工况下模型可准确预测各温度下OH基浓度时程演变趋势,但各模型在同时预测宏观点火延迟和微观OH基浓度方面仍有缺陷,温度越低,各模型对点火延迟期的预测偏差越大。反应CH_(3)+HO_(2)=CH_(3)O+OH对正庚烷模型点火延迟预测性能影响较大,对该反应动力学参数的深入研究有助于完善正庚烷机理。

基于响应面法的粘质沙雷氏菌BRC-CXG2发酵培养基优化

为了将粘质沙雷氏菌(Serratia marcescens)应用在松墨天牛(Monochamus alternatus)防治上,对粘质沙雷氏菌的培养基配方进行了优化。通过单因素试验筛选粘质沙雷氏菌发酵培养基的碳源、氮源和无机盐,利用Plackett-Burman试验设计确定3个主要影响因素,通过最陡爬坡试验,结合Box-Behnken Design试验设计及响应面分析法优化培养基组成成分,获得培养基最佳配方与发酵条件:葡萄糖23.27 g·L^(-1)、蚕蛹粉22.37 g·L^(-1)、酵母粉10 g·L^(-1)、硫酸镁2 g·L^(-1)、磷酸氢二钠3 g·L^(-1),氯化钠2 g·L^(-1);在28℃、150 r·min^(-1)条件下发酵36 h,装液量体积分数为50 mL/250 mL,接种量4.73%,pH 7.1~7.3。最后,根据最优培养条件验证发现优化后培养基中生长的菌落数为6.0×10^(9)cfu·mL^(-1),是初始培养基的9.42倍,与模型预测值相符。研究结果为粘质沙雷氏菌的发酵生产提供了理论基础,为松材线虫病(pine wilt disease)的防治提供了新的途径。

大分子直链烷烃O_(2)QOOH异构化反应速率规则优化与验证

为了探究大分子直链烷烃模型低温反应类速率规则的有效性,对现有模型及O_(2)QOOH异构化重要反应类进行了速率规则优化和实验验证。本文以正癸烷为研究对象,利用激波管反射激波方法测量了不同温度(650~1550 K)、不同压力(0.1 MPa、0.5 MPa、2.0 MPa)、两种当量比(0.5和1.0)条件下的点火延迟期;结合统计学方法推导出该反应类的理论计算值,并对其构建了新速率规则。实验结果表明,0.1 MPa工况下,由于反应竞争加剧,目标燃料两个当量比的点火延迟期存在交叉点;0.5 MPa和2.0 MPa下,正癸烷点火延迟时间均出现负温度系数(NTC)行为。对比发现,劳伦斯利弗莫尔国家实验室(LLNL)模型和蔡黎明(CAI)模型预测偏差主要集中在NTC区域,LLNL模型预测值与实验值最大偏差达11059μs。速率分析表明,在O_(2)QOOH异构化反应类1,4-H、1,5-H以及1,7-H氢原子迁移过程中,LLNL模型使用的速率系数与速率规则限值最大差异达3.5个数量级,说明直接类比RO_(2)异构化方法获得目标异构化反应速率存在较大偏差。耦合更新速率规则后,LLNL优化模型在660~1050 K温度区间内对点火延迟期预测变快;CAI优化模型在800 K温度以下的预测略微加快,高压下模型预测值与实验值吻合较好。该研究发展的速率规则可为大分子直链烷烃低温O_(2)QOOH异构化过程的动力学描述提供新的参考。

甲烷掺氢自点火非平衡态热力学[火用]损分析

为明晰天然气掺氢发动机非平衡燃烧过程主要[火用]损源,本文利用自点火压力时程对文献中5个代表性CH_(4)/H_(2)燃烧动力学模型性能进行再评估,基于非平衡态热力学理论初步建立了基元反应[火用]损评估方法,结合详细动力学模型分析了不同约束条件下(温度、当量比、掺氢比)CH_(4)/H_(2)混合气自点火过程中基元反应[火用]损贡献及其变化规律。结果表明,反应初始温度升高,化学反应[火用]损减少,不完全燃烧损失增加。H_(2)掺混虽未显著降低CH_(4)燃烧最低[火用]损值,但有效扩展了CH_(4)低[火用]损燃烧区。对比了不同温度、不同掺氢比下[火用]损速率和总[火用]损的时程演化,分析了H_(2)和H自由基产率及其主导基元反应[火用]损贡献,揭示了初始温度和掺氢对燃烧[火用]损影响的动力学机制。进一步对比不同反应路径关键物种吉布斯自由能,从热力学角度解释了CH_(4)高/低温氧化路径[火用]损差异。研究结果在基元反应水平上揭示了H_(2)介入对CH_(4)燃烧[火用]损的影响机制,可为探索减少天然气掺氢发动机[火用]损的控制方法提供理论依据。

丁烯/丁醇异构体低温氧化Waddington反应机制理论研究

Waddington机理是烯烃和醇类异构体低温氧化机理建模的重要组成部分.针对丁烯/丁醇异构体,系统研究了低温氧化过程的Waddington动力学机制.基于量子化学原理,对该反应机制下的反应速率常数和物种热力学性质进行计算.基于过渡态理论,结合RRKM/ME方法,获得目标体系温度-/压力依赖的速率系数.在统计热力学的基础上,计算了所有关键物种温度相关的内能、生成焓、熵和热容等热力学量.与文献结果比较发现,异丁烯(R4和R5体系)的动力学与热力学参数均与文献值吻合较好.该理论计算结果可直接用于丁烯和丁醇异构体低温氧化动力学模型构建.