Pd-ZSM-5复合膜的制备及其氢气分离性能

为了能够在大孔氧化铝载体表面得到透氢性能良好的钯膜,利用二次生长法在多孔Al_(2)O_(3)载体上生长出一层连续完整的ZSM-5沸石分子筛修饰层,通过化学镀过程在ZSM-5沸石分子筛修饰的载体上沉积一层钯膜,从而得到Pd-ZSM-5复合膜。利用扫描电子显微镜(SEM)对载体、ZSM-5沸石分子筛修饰后的载体和Pd-ZSM-5复合膜的形貌进行详细分析,并通过X线能量色散光谱(EDX)对Pd-ZSM-5复合膜的表面和截面元素分布进行了研究。而且,为了确定该Pd-ZSM-5复合膜的H_(2)渗透性能,在623~773 K范围内,研究了操作温度、操作时间和测试压力对Pd-ZSM-5复合膜透氢性能的影响。研究结果表明,ZSM-5沸石分子筛修饰层能够有效改进载体的表面粗糙度和降低其表面孔径,有助于Pd膜的沉积。所制备的Pd-ZSM-5复合膜表面完整、致密,Pd膜层厚度约为5μm, ZSM-5沸石修饰层厚度约为3μm。当操作温度为773 K、渗透压力为0.1 MPa时,Pd-ZSM-5复合膜的H_(2)渗透通量和H_(2)/N_(2)渗透选择性分别为0.113 mol/(m·s)和468。而且,该Pd复合膜在773 K下,连续操作300 h后,其H_(2)渗透性能保持相对稳定。

具有界面复合活性层的高效纳滤膜构筑与性能

纳滤膜技术已广泛应用于水处理过程,但在长期运行过程中仍面临渗透通量下降和污染结垢等问题。 本研究在多孔基材上将氨基功能化类沸石咪唑酯骨架-8(AZIF-8)与海藻酸钠(SA)水凝胶网络结合,构筑有机-无机纳米复合活性层高效凝胶网络,制备渗透性强、抗污染性能优异的复合纳滤膜(SAZM)。AZIF-8与SA水凝胶结合可以很好地克服纳米材料的团聚与相容性问题。杂化纳米凝胶网络赋予纳滤膜强的亲水性和抗污染性,为水分子的传输提供便捷路径。研究表明,SAZM对二价盐Na_(2)SO_(4)表现出稳定的截留性能,渗透通量从4.1×10^(-2)L/(m^(2)·h·k Pa)增加到16.3×10^(-2)L/(m^(2)·h·k Pa),提升297.6%。在牛血清白蛋白污染性实验中, SAZM表现出优异的抗污染性能,通量恢复率达95.1%。

PEFT聚酯的制备及PEFT纳滤膜的截留性能

为了解决聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)材料制品使用后降解缓慢和聚2,5-呋喃二甲酸二甲酯(PEF)韧性差的问题,开发一种新型嵌段共聚酯聚2,5-呋喃二甲酸-乙二醇-co-对苯二甲酸酯(PEFT),可通过酯交换-熔融缩聚法合成,且PEFT拥有与PEF相媲美的热力学性能。利用FTIR及NMR等对聚酯结构进行表征,结果表明该方法成功制备了PEFT聚酯。通过TG、DSC和紫外光照表征,结果表明PEFT聚酯热学性能优良,且在紫外光照射下可快速降解。又将PEFT聚酯材料通过非溶剂致相分离法(NIPS)制备了不同铸膜液浓度的PEFT纳滤膜,用于对染料离子及金属盐溶液的截留,而后对其表面粗糙度、水接触角、荷电性、染料和金属盐离子的截留能力等方面进行了测试。结果表明:PEFT纳滤膜对甲基蓝(Mr=799.8)染料、酸性品红(Mr=585.4)染料都具有良好的截留性能,最高截留率可达99%和87.7%,并且纳滤膜经长期循环后仍具有较高的稳定性,但对金属盐(MgSO4)溶液截留性能不佳,截留率最高不超过35%。综合研究发现PEFT纳滤膜在染料截留方面性能突出。

陶瓷膜在饮用水处理中的应用现状

水是人类生存所必需的资源。近年来,我国的饮用水水质标准不断提高。为了满足更高的标准,自来水厂开始使用膜过滤技术取代传统过滤技术。作为一种先进的水处理技术,膜过滤技术已经在各个领域得到广泛应用。与有机膜相比,陶瓷膜具有化学性能稳定、耐酸碱、热稳定性好、机械强度高、回收率高、使用寿命长等优点,在饮用水领域有更广阔的应用前景。本文旨在阐述陶瓷膜的结构特点和过滤机理,并探讨陶瓷膜在饮用水处理中的研究进展。通过对陶瓷膜饮用水处理工艺进行分析,发现原水经过混凝、吸附、臭氧氧化预处理后,陶瓷膜的过滤性能有明显的提升。文章还分析了陶瓷膜的抗污染性能,并强调了其在维护成本方面的优势。最后,对优化陶瓷膜成本、多元陶瓷膜集成工艺和陶瓷膜大规模运行成本估算等未来研究方向进行了展望。

预混合和预沉积MIEX-超滤处理含藻水的膜污染控制

为了降低超滤处理含藻水的膜污染,探究了预混合和预沉积磁性离子交换树脂(MIEX)超滤处理含藻水的膜污染控制。对实验过程中的总阻力、可逆阻力及不可逆阻力进行分析,并使用扫描电子显微镜、三维荧光光谱、不可逆污染组分及超滤过滤模型对膜污染机理进行探究。结果表明:在相同投加量下,预沉积MIEX比预混合MIEX膜污染的控制更好,最大预沉积量为235.2 mL/m^(2)时,膜污染控制最好,此时预沉积MIEX的总阻力、可逆阻力和不可逆阻力分别比预混合MIEX的相应值低52.7%、65.7%和50.1%;蛋白质均是造成2种投加方式不可逆阻力的主要原因;随着预混合投加量的增加,滤饼层厚度从4.82 m降低至4.07 m,滤饼层内藻细胞及胞外有机物(EOM)含量降低;在预沉积MIEX中,随着沉积量的增加,沉积层形态发生变化,当沉积量最大时,沉积层拦截较多藻细胞和EOM,形成明显的藻类滤饼层。

PEI/SA/Cu三元体系改性荷正电纳滤膜及其脱盐性能

通过将海藻酸钠(SA)与聚乙烯亚胺(PEI)共混作为二次界面聚合反应的水相溶液,SA与PEI强相互作用使SA嵌入到聚酰胺层中,从而提高膜的致密性.随后通过Cu^(2+)与SA结合提高膜表面荷正电性,提高膜对多价阳离子的截留性能.对比研究了SA和Cu^(2+)浓度对复合膜物化性质、表面形貌及分离性能的影响.结果表明,荷正电纳滤膜的最佳制备条件为:SA质量分数为0.01%,Cu^(2+)浓度为25 mmol/L,所对应的PS/Cu-3复合膜亲水性提高.与Control-PEI膜相比,其通量提高了257%,为(40.0±0.8)L/(m^(2)·h),对MgCl2的截留率从92.0%提升至97.1%,且具有良好的耐压性和稳定性.

聚酰亚胺复合膜的制备及其在沼气提纯中的应用

为解决沼气分离过程中单级膜过程产物CO_(2)纯度低及CH4的损失率较高等问题,通过界面聚合法制备了具有超高分离性能的具有聚酰亚胺分离层的复合膜,研究了操作温度、进料侧压力及切割比等因素对分离效果的影响。结果表明:该膜适用的温度及压力范围较广,不同操作条件下的膜均表现出了优异的分离性能,产出的CO_(2)纯度高,CH4的损失率低。低温、低压、低切割比有利于渗透侧高纯CO_(2)的输出;高温、高压、低切割比则有利于渗余侧CH4的回收。使用该膜模拟沼气分离,在切割比为0.1下操作,当进气压力为0.2 MPa、温度为25℃时,通过单级膜过程,渗透侧可得到99%的CO_(2),渗余侧CH4回收率可高达99%。在很宽的操作范围内,本文制备的复合膜在沼气中CO_(2)组分分离时,CH4损失率可控制在1%范围内,是理想的CO_(2)/CH4分离膜。

乙烷-丙烷混合裂解不同维度的数值模拟

随着乙烯原料向着轻质化发展,乙烷、丙烷成为重要的裂解原料,乙烷-丙烷混合裂解自由基反应机理的研究对乙烯原料优化具有重要意义。利用FLUENT模拟软件对乙烷-丙烷混合裂解自由基反应机理进行一维和二维模拟,根据一维、二维模型轴向和径向的流速、温度、原料及产物浓度分布,分析其混合裂解规律。径向的传递过程会降低裂解温度,所需供热量减少,同时径向自由基的返混促进了管中心原料的裂解,因此二维模型中乙烯和甲烷的浓度高于一维模型。乙烷-丙烷混合裂解的链引发阶段只有丙烷参与,乙烷参与了链传递过程,反应体系内自由基需要一定量的积累后才生成乙烯和丙烯。

膜法分离N_(2)/SF_(6)气体研究进展

六氟化硫(SF_(6))气体广泛应用于高压输配电系统、半导体和等离子蚀刻工艺等领域。与受到广泛关注的最常见温室气体二氧化碳相比,SF_(6)具有更高的全球增温潜能值和更长的大气寿命。传统的从N_(2)/SF_(6)混合气体中捕获和回收SF_(6)方法(如蒸馏和液化)成本高昂,而膜法分离N_(2)/SF_(6)混合气体得到SF_(6)具有较低能耗而被广泛研究。本文简要介绍膜法分离N_(2)/SF_(6)混合气体技术的现状,以及此类分离工艺所面临的技术挑战。

基于反应精馏技术的乳酸乙酯工艺流程模拟与优化

提出了一种基于反应精馏技术制备乳酸乙酯的工艺流程.通过原料乙醇过量进料及乙醇脱水预处理的方法促进反应向右进行,提高乳酸乙酯产品的纯度;根据不同的乙醇-水共沸体系分离方法,建立了3种不同的乳酸乙酯工艺流程,即反应精馏-变压精馏(RD-PSD)流程、反应精馏-萃取精馏(RD-EX)流程和反应精馏-渗透汽化(RD-PV)流程;随后采用粒子群优化算法对各工艺流程进行多参数优化,以最小年总成本(TACmin)为优化目标,优化工艺流程参数,并对各流程进行经济和环境评价.结果表明:相较于RD-PSD流程和RD-EX流程,RD-PV流程有效降低了工艺投资,是一种极具潜力的节能低碳的乳酸乙酯工艺流程,较前两者其TAC分别降低了67.89%和29.33%,全局能量消耗(GEC)分别降低了70.17%和27.85%,CO_(2)排放量(ECO_(2))分别降低了68.36%和25.00%.

基于改性逆向热致相分离法聚砜微孔膜的制备与性能

针对逆向热致相分离法(RTIPS)制备聚砜(PSF)微孔膜成膜体系稳定性较差的问题,首先对亲水性的端羟基型超支化聚酯(HBPE)进行封端,然后以PSF为膜材料,通过添加亲水剂封端HBPE构建四元低临界共溶温度(LCST)成膜体系PSF/HBPE/N,N-二甲基乙酰胺/聚乙二醇400,采用改性逆向热致相分离法(m-RTIPS)一步制备了亲水性PSF微孔膜。对封端HBPE进行了结构分析和分子量测试,分析了HBPE的封端率对四元成膜体系浊点和黏度的影响,研究了HBPE的封端率对PSF微孔膜的形貌、渗透性、亲水性、抗污染性和力学性能的影响。结果表明,成功对HBPE进行了封端,封端后HBPE的分子量增加;成膜体系的浊点和黏度随HBPE封端率的升高而增大,但黏度上升的幅度较小;3种添加不同封端率HBPE的PSF微孔膜的纯水通量、截留率、亲水性和力学性能都优于纯PSF微孔膜;随HBPE封端率的增加,膜的纯水通量下降,但截留率差别很小。当HBPE封端率为30%时,PSF膜纯水通量恢复率达88%,抗污染性最佳。添加不同封端率HBPE都可制得表面多孔的膜,当HBPE封端率为50%时,PSF膜具有全双连续结构的形貌,其拉伸强度、拉伸弹性模量和断裂伸长率分别为4.86,143.92 MPa和22.68%,综合力学性能优异。

PCNF絮凝剂处理高藻水缓解超滤膜污染特性分析

本文以自制纳米Fe_(3)O_(4)为凝聚核心,羧甲基纤维素钠(CMC-Na)为粘合剂,搭配聚合硫酸铁(PFS)制备了新型复合絮凝剂(PCNF)。研究结果表明,纳米Fe_(3)O_(4)和PFS的质量比是决定新型絮凝剂PCNF絮凝效果的关键因素,当纳米Fe_(3)O_(4)和PFS的质量比为1:3时,Zeta电位为-1.5 mV,吸附电中和作用下对藻类物质去除效果较好。表面带有负电荷且具有松散结构的絮体,在超滤膜表面形成易于冲洗的滤饼层,且与超滤膜表面形成较强的静电斥力,超滤过程中比通量下降至0.69,相对污染总值0.33且不可逆污染占比仅仅34.65%,均优于传统絮凝剂PACl。通过微界面机制分析认为,新型PCNF絮凝剂与藻类物质形成的絮体结构,对缓解高藻水体引起的超滤膜污染有重要作用。

SiO_(2)@GO杂化膜的制备及其渗透汽化脱盐性能研究

以渗透汽化膜法脱盐为研究背景,针对目前氧化石墨烯膜(GOM)易溶胀、稳定性差和渗透通量衰减等缺点,采用疏水、亲水、原位合成方法制备了3种纳米二氧化硅(SiO_(2))对GOM进行插层修饰,进而制备SiO_(2)@氧化石墨烯(SiO_(2)@GO)膜。通过傅里叶红外变换光谱仪(FT-IR)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、接触角测量仪等方法表征其化学组分、形貌、晶体结构和亲水性。渗透汽化脱盐实验表明,疏水性SiO_(2)@GO杂化膜脱盐性能优于亲水性SiO_(2)@GO和原位制备SiO_(2)@GO膜,且当SiO_(2)与GO质量比为0.2时,疏水性SiO_(2)@GO杂化膜水通量可达103.4kg/(m^(2)·h),盐截留率为99.8%(70℃,3.5%NaCl溶液),在连续12h测试中分离性能保持稳定,表明疏水性SiO_(2)@GO杂化膜在渗透汽化脱盐领域有着广阔的应用前景。

多款含氟材料制备高性能中空纤维超滤膜

含氟高聚物材料因其良好的物理化学特性成为制备超滤膜的常用材料之一,实验过程采用4款聚偏氟乙烯材料通过非溶剂相转化法制备了高性能中空纤维超滤膜。通过对比分析发现不同聚偏氟乙烯材料获得的膜性能差异较大,进口品牌1和国产品牌2制备的膜性能更优。另外也发现铸膜液中聚偏氟乙烯含量的增加有利于提高断裂强度,但纯水通量有所下降。凝胶浴中非溶剂含量越高,膜丝断裂强度和纯水通量越高;而过高的凝胶浴温度则会降低通量水平。

化工工艺过程中超滤技术的应用研究

作为当前化工工艺中的重要模式之一,超滤技术在化工工艺中起到了至关重要的作用,可有效满足工艺操作的诸多要求。并且超滤技术很好地践行了我国当前所大力宏扬的可持续发展理念,践行节能环保政策,降低能源消耗,对于化工工艺及相关行业的发展均有着较大的现实意义。

微波加热强化闪蒸工艺的科学基础及发展趋势

利用微波加热具有选择性、快速性、整体性等优点,对基于能量源补充热量实现蒸发浓缩、分离纯化的料液处理过程而言,利用微波加热实现过程强化具有现实意义。本文综述了液体闪蒸过程的蒸发特性与传热传质特性、微波加热液体蒸发的研究现状,提出了微波加热强化闪蒸工艺,首先指出闪蒸工艺过程中料液面临难以直接加热提供热量而提高蒸发速率的难题,原因是传统热量传递方法无法在真空条件下向闪蒸过程中的料液传递热量。进而分析了微波加热蒸发工艺的研究现状,总结出微波加热蒸发过程中的影响因素,简述了微波加热蒸发工艺的应用。最后,提出可将微波加热与闪蒸工艺相耦合的微波加热强化闪蒸工艺,简述了设备设计、应用开发方面的相关进展。总结了微波加热强化闪蒸面临的相关难题并提出建议,期望对微波加热强化蒸发工艺应用和设备设计的发展提供参考。

新工科储能专业《储能与综合能源系统》的课程建设与实践

“双碳”目标背景下建设新型能源体系是保障我国能源安全的重要内容。在我国能源结构转型迫在眉睫的当下,储能科学与工程新工科专业建设应运而生。作为储能专业本科阶段的核心课程,《储能与综合能源系统》有着学科交叉、知识集成、方法融合、技术贯通等本质特征,对储能专业人才培养发挥着重要的支撑作用。本文以该门课程为例,基于华北电力大学储能专业学科建设思路和已面向两届学生开展的教学实践经验,重点阐述了该门课程的建设背景、核心特征、框架内容、特色亮点及实践经验,凝练了以“内嵌式、交互式、探究式、数字化、情景化、迭代化”为代表的课程特征,分析了课程建设目标及其达成度,为储能科学与工程专业核心课建设提供借鉴参考。

温敏水凝胶的改性及其在正渗透工艺中的应用

温敏水凝胶是一种能够响应外界温度变化的聚合物材料。由于温敏水凝胶具一定的渗透压与易于脱水特性,因此可作为汲取剂应用于正渗透(FO)工艺中。但传统温敏水凝胶的溶胀能力较弱,导致FO工艺的水通量较低。因此需要对温敏水凝胶进行改性,从而获得更高的溶胀性能和渗透压,使温敏水凝胶在FO工艺中具有更广阔的应用前景。介绍了几种通过无机、有机改性的温敏水凝胶,以及其在FO中的应用情况。研究表明:通过添加具有亲水性物质(如无机物污泥灰、氧化石墨烯等,有机物如丙烯酸钠、聚乙二醇等)可有效提高水凝胶的溶胀性能,从而在FO工艺中获得更多的水通量;此外,添加碳颗粒、γ-Fe_(2) O_(3) 等材料可以提高水资源回收率,降低回收能耗。因此,改性后的温敏水凝胶在FO工艺中具有更广阔的应用前景。

适用欧拉-拉格朗日方法模拟气液泡状流的气泡破碎模型

欧拉-拉格朗日方法已被广泛应用于模拟鼓泡塔等气-液反应器内的流型、气泡尺寸(或气含率)及其分布。文献中该方法主要基于临界Weber数观点来描述气泡破碎行为,且破碎后的子气泡尺寸由随机数确定。但现有实验和理论研究表明,临界Weber数约束不能体现气体密度等物性参数和泡内气体重分布对气泡破碎行为的影响。针对这些不足,提出了适用欧拉-拉格朗日框架且考虑泡内气体重分布贡献的气泡破碎机理模型,并利用开源软件OpenFOAM开发了基于新破碎模型的求解器。新模型预测结果能较好地吻合实验测量的时均轴向液速、气泡尺寸及其分布等实验数据。特别地,考虑泡内气体重分布现象的破碎机理模型成功预测了实验观测的气泡尺寸双峰分布特征。

C掺杂g-C_(3)N_(4)/PVDF纳米纤维膜的制备及其可见光降解性能研究

本文通过高温煅烧乙酰胺和尿素混合物,成功制备了在可见光下具有优异光催化降解性能的C掺杂g-C_(3)N_(4)材料,然后将C掺杂g-C_(3)N_(4)和PVDF共混,通过静电纺丝制备了具有优异光催化性能的C掺杂g-C_(3)N_(4)/PVDF复合纳米纤维膜。结果表明,当乙酰胺与尿素的质量比为5%时,所制备的C掺杂g-C_(3)N_(4)粉末的光催化性能较好,乙酰胺的掺杂改性既改变了g-C_(3)N_(4)形貌结构,又改善g-C_(3)N_(4)的禁带宽度,从而进一步有效提高了C掺杂g-C_(3)N_(4)材料的光催化活性;当粉末掺杂比为12%时,所制备的PVDF纳米纤维复合膜光催化降解罗丹明B的效率达89.12%;复合纤维膜经过4个循环的光催化降解实验后,对罗丹明B的光催化降解效率保持在80%以上,解决了传统光催化剂难以回收和催化剂易被包覆而失效的问题。