黄铁矿基MFC-CW耦合系统反硝化动力学研究

研究比较了黄铁矿基双阳极MFC-CW在不同碳氮比(0和2.5)及初始硝酸盐浓度(7、14和28 mg/L)条件下上阳极和下阳极的反硝化速率,以及对不同阶段硝酸盐还原反应动力学的模拟,从动力学角度揭示系统自养-异养协同反硝化机理。结果显示:不同碳氮比下系统两阳极硝酸盐还原效果差异不大,而亚硝酸盐累积、硫酸盐生成的差别较大,两阳极处微生物群落组成相似,优势菌属的相对丰度受C/N、阳极位置影响较大;两阳极处的硝酸盐还原动力学均属于一级反应,且C/N=0时反硝化速率常数(0.0087、0.0045和0.0188/h)均小于C/N=2.5(0.0151、0.0071和0.0798/h;以上阳极为例);MFC-CW系统的反硝化动力学更符合Monod-CSTR模型,且在停留时间较长时取得更好的拟合效果,随着停留时间的增加,C/N=0时系统的反硝速率增加,C/N=2.5时系统的反硝化速率在一定范围内波动[0.6662—0.7744 g/(m^(2)·d)]。实验结果可为黄铁矿基MFC-CW的实际工程应用提供理论指导。

PSA解吸气及液氮洗尾气替代天然气使用探索

介绍了PSA解吸气及液氮洗尾气替代天然气使用运行情况。通过对中国石化集团南京化学工业有限公司30万t/a合成氨装置和9万t/a制氢装置燃料气用户的流程及设备进行改造,实现了利用尾气进行气化炉烘炉和作为火炬的正常用燃料气,采用PSA解吸气和液氮洗尾气替代天然气,减少了天然气的耗量,节约了生产成本。

氮掺杂多孔碳材料阳极制备及其在微生物燃料电池上的应用

微生物燃料电池(MFCs)作为一种可以替代传统能源的生物电化学系统引起研究者的极大兴趣,其阳极材料的构造是目前的研究热点.本文从改善阳极材料表面物理化学性质的角度出发,用吐司作为多孔碳前驱体,三聚氰胺为氮源,直接烧制氮掺杂三维碳材料,并与不添加氮源的阳极材料和未改性的商用碳布进行比较.制备的掺氮NB1000阳极具有较大的比表面积(216.664 m^(2)·g^(-1))和优良的电导率.利用Geobacter和Shewanella混合菌落在微生物燃料电池(MFCs)中进行培养和性能评价,NB1000阳极的微生物燃料电池最大面功率密度为3049.714 mW·m^(-2),电流密度为7.4464 A·m^(-2),分别是普通碳布阳极的6.54倍和1.54倍.结果表明,NB1000作阳极的MFCs具有较高的功率密度,主要归因于阳极中引入氮掺杂,促进了产电微生物胞外电子传递过程所需的外膜c型细胞色素OmcA和MtrC的分泌.

内燃机燃烧氨燃料的研究综述

在全球碳减排的大趋势下,发展氨燃烧技术十分必要。综述了国内外对氨氧化化学动力学机理、层流燃烧速度和着火延迟时间的研究成果,并针对氨燃烧时燃烧速度慢和NO_(x)排放量大等问题介绍了掺混燃烧、富氧燃烧和等离子体辅助燃烧3种氨增强燃烧技术,详细阐述了压力和水分对氨燃烧中NO_(x)排放量的影响。重点介绍了氨燃料在内燃机中燃烧的研究现状,指出在内燃机燃料中掺烧氨燃料会造成内燃机功率下降和氮氧化物排放量过高等问题,而提高压缩比、调节氨掺混比例和调整燃料喷射策略等可以有效改善掺氨燃烧内燃机的功率和排放量。

阳极闭口模式下质子交换膜燃料电池氮气渗透

质子交换膜燃料电池(PEMFC)阳极闭口模式潜力巨大,但该模式下运行会引发氮气从阴极向阳极的渗透,导致阳极氢气的摩尔分数降低,PEMFC性能下降,针对这种情况可通过吹扫恢复PEMFC的性能。搭建了阳极闭口模式测试系统,在不同操作条件下进行阳极闭口模式实验,同时建立数学模型研究不同电流密度、化学计量比和温度下,电压和阳极氢气的下降速率以及传输到阳极的氮气积累量,提出实验与仿真结合的方法深入探究闭口模式下气体的传输规律,结果表明:当氢气摩尔分数为0.75时,电压下降到1.4 V,此时性能明显下降,提出相应吹扫策略:氢气摩尔分数在0.8时吹扫最为有效。

液氮浓缩富集气相色谱脉冲氦离子化检测器测定燃料氢中甲醛

氢燃料电池汽车因其零排放、续航里程高、环境适应性强等优势,一直被视为未来新能源汽车发展的主要方向。氢中甲醛对燃料电池有毒害作用,影响着燃料电池性能和使用寿命。高纯氢气稀释甲醛模拟燃料氢中甲醛检出限测定,以液氮容量为主要影响因素研究液氮浓缩富集测定甲醛检出限为3×10^(-9),RSD为2.7%,结果远超于GB/T 37244—2018中规定的甲醛检出限。满足相关检测规范要求,进一步优化了氢中甲醛测定方法。

红外吸收-热导法测定生物质燃料中碳氢氮含量

采用不同碳、氢、氮含量的生物质和煤标准样品绘制仪器标准曲线,建立红外吸收-热导法测定生物质燃料中碳、氢、氮含量。在样品中加入氧化钙吸收剂,有效消除红外吸收-热导法测定生物质燃料中碳、氢时氟、氯、硫的干扰,同时提高炉试剂的使用寿命,节约仪器维护成本。样品量为0.10 g时,添加0.04 g氧化钙能有效吸收样品中23%的氟、氯、硫。各元素定量限分别为碳0.0067%,氢0.056%,氮0.029%。对生物质燃料样品及生物质分析标准样品测量,各元素测定结果的相对标准偏差小于2.0%(n=5),标准样品测量值在参考值范围内,准确度较好。

秸秆成型燃料炉具设计与试验

以作物秸秆为原料制成的生物质颗粒燃料具有便于储存运输,燃烧热效率高等优点,可以用来替代煤炭作为农村家庭生活炊事与冬季取暖的主要能源。但生物质颗粒燃烧会排放较多的氮氧化物,目前生物质脱氮一般应用于大型工业炉内,农村家用的生物质锅炉基本没有氮氧化物处理装置。根据生物质燃料的燃烧特性,本文首先阐述了所设计秸秆成型燃料专用炉具的结构和关键燃烧技术,对玉米秸秆成型燃料进行燃烧试验研究。采用KM9106型烟气分析仪测量燃烧时烟气中NO、NO2和烟气氧含量。结果表明通过改变二次风的风量比例、进气位置、充气角度,在炉具内形成不同的风压射流,以强化热质传递,确保燃尽效果,有效控制氮氧化物的生成与排放。试验结果表明,当一、二次风量比例为3∶1、扰流形成的风压射流配送二次风时,秸秆成型燃料烧温度最高,燃烧充分,满足高效清洁燃烧要求。

三种挺水植物对CW-MFC耦合系统脱氮及产电性能的影响

为探究不同植物类型对人工湿地微生物燃料电池系统(CW-MFC)耦合系统脱氮和产电性能的影响及机制,分别以芦苇(reed)、千屈菜(Lythrum salicaria)和美人蕉(Canna indica)构建3组CW-MFC小试系统,依次标记为CM-R、CM-L及CM-C。结果显示:(1)CW-MFC耦合系统的输出电压和功率密度呈现CM-L>CMC>CM-R;(2)CM-R耦合系统的NH_(4)^(+)-N和TN去除率[(76.8±9.9)%;(54.2±8.2)%]显著高于CM-L[(61.2±8.0)%;(43.1±6.5)%]高于CM-C[(58.9±9.5)%;(42.0±9.8)%],P<0.01;(3)植物生长速率整体表现为CM-R>CM-C>CM-L,并且千屈菜(CM-L)的叶片中MDA含量最高,代表其受损害程度可能较高;(4)地杆菌属(Geobacter)作为典型的产电菌属,在3个耦合系统中均具有较高丰度(4.45%—7.64%),并且其相对丰度大小与输出电压和功率密度大小变化趋势一致,此外,CM-R中不动杆菌属(Acinetobacter)和黄杆菌属(Flavobacterium)的相对丰度分别为21.10%和14.37%,显著高于其他两个系统(CM-L:0.33%和0.10%;CM-C:0.75%和0.07%),是CM-R中主要的脱氮菌属;(5)结合FAPROTAX预测结果可知,共检测出包括化能异养、好氧化能异养、铁呼吸、硝酸盐还原和氮呼吸等在内的47组功能群组,同时结果还表明CM-R耦合系统的功能群组与其他两个系统差异较大,其中化能异氧和好氧化能异养功能群组在CM-R中占比较高。该结果有助于加强植物对人工湿地微生物燃料电池耦合系统产电和脱氮性能影响的认识。

二冲程点燃式航空煤油发动机燃油消耗率及氮氧化物排放特性分析

针对某二冲程火花点火式活塞发动机燃烧航空煤油时燃油消耗率及氮氧化物排放特性的研究,采用GT-Power软件进行了数值模拟分析。首先建立了该发动机的整机模型,并利用发动机转速为6000r/min时的全负荷工况的缸内压力的数值模拟结果以及在3500r/min到6500r/min转速范围内的扭矩及功率等数值模拟结果分别跟试验数据进行对比分析,验证了GT-Power数值模拟计算模型的正确性。然后采用该模型对该发动机工作过程中的压缩比、空燃比、点火提前角、进气压力、进气温度等参数的变化对燃油消耗率以及氮氧化物生成量的影响进行了模拟计算。结果表明:在6000r/min工况下,压缩比增大使燃油消耗率降低,进气压力和进气温度增大均使得燃油消耗率升高,空燃比和点火提前角增大均使燃油消耗率呈现出先减小后增大的特点,燃油消耗率在空燃比为15.5和点火提前角为25°CA时出现了极值点;压缩比、进气压力、进气温度和点火提前角增大均使氮氧化物生成量增多,空燃比增大使得氮氧化物生成量出现了先增多后减少的现象,在空燃比为15.5时氮氧化物生成量达到峰值。

含碳掺氨燃料的研究进展

随着经济和社会的发展,国家对能源的需求量越来越大,这与化石能源短缺、环境污染、温室效应等问题相矛盾,因此寻找高效清洁的替代燃料势在必行。氨的体积能量密度较高、成本低且完全燃烧时产物的污染性小,具有成为新时代绿色能源的潜力。但它的燃烧性能较差,通常需要掺混煤、CH_(4)和合成气等燃料来改善。本文主要介绍了含碳掺氨的煤掺氨和甲烷掺氨混合燃料在基础燃烧特性和燃烧应用优化方面的研究进展。总结了不同燃烧策略及燃烧器设计中掺混氨燃料的燃烧特性和排放规律,为未来工业化应用研究提供一定的参考。但在实际应用氨燃料过程中仍存在不少挑战,未来可进一步对优化分级燃烧的策略、改善相关燃烧设备的结构、调整含氨燃料的喷射方式等方面进行研究,以实现高效低污染氨燃料的应用目标。

FeS_(2)强化微生物燃料电池阳极反硝化脱氮与产电特性

针对不同碳氮比(C/N)的含氮废水,将FeS_(2)引入微生物燃料电池(MFC)阳极构建FeS_(2)强化的微生物燃料电池(PyrMFC)体系,以不加FeS_(2)的空白对照组(C-MFC)为对照,探究其对体系脱氮与产电的影响;采用高通量测序、X射线光电子能谱和扫描电子显微镜探究该体系中微生物丰度、硫和铁元素变化规律,解析FeS_(2)强化体系低C/N下的脱氮机理。结果表明:1)Pyr-MFC的反硝化脱氮效率和产电功率密度均高于C-MFC,硝态氮去除率提高近15.7%,最高电压提高量可达0.274 V。2)C/N分别为4、3、2和1时Pyr-MFC对NO3-N的去除率为100%、97.8%、58.4%和49.7%,均高于C-MFC,表明FeS_(2)有效降低体系对碳源的依赖。3)微生物群落检测结果表明,FeS_(2)将产电微生物(Thauera、Thiobacillus和Geobacter)的物种丰度提高9.43%。4)物质转移分析结果表明,S-为反硝化过程提供电子,Fe^(2+)作为电子穿梭体强化了电子传递,提高了体系的产电性能。

氮掺杂PtCo/C合金催化剂的研究

通过调节氮原子在商业化PtCo/C中的含量来调整催化剂的活性和稳定性,最终使催化剂的质量比活性(MA)提升为改性前的2倍,半波电势由0.90 V增加到0.93 V,并且在0.6~1.0 V之间进行5000次循环之后,半波电势下降幅度由原来的66 mV降低到26 mV,表现出优异的氧还原反应活性和出色的循环稳定性.活性的提升主要归因于氮与铂的结合降低了对含氧中间体的吸附结合能,提高了氧还原反应(ORR)过程中羟基的脱附速率.耐久性的提高表明Pt—N键的存在使催化剂不容易在循环过程中溶解,有助于合金催化剂在碳载体上的稳定.

硫氮比对MFC生物脱氮脱硫和产电的影响

文章以硫化钠(Na 2S)溶液为阳极模拟废水,以硝酸钾(KNO 3)溶液为阴极模拟废水,在阴、阳极室分别接种活性污泥菌群,构建双室微生物燃料电池(microbial fuel cell,MFC),考察不同硫元素与氮元素的质量比(简称“硫氮比”)对生物脱氮除硫与产电性能的影响。实验结果表明:当硫氮比为5∶5时,系统中脱氮、除硫与产电性能最佳,阴极室的硝酸盐出口液质量浓度从100.00 mg/L降至8.68 mg/L,转化率为91.32%,运行周期为90 h,平均转化速率为24.35 mg/(L·d);硫化物的转化率为98.84%,脱氮脱硫的效率最高,同时MFC的电流密度和功率密度均达到最大值,分别为16875 mA/m^(3)、1560.56 mW/m^(3)。16S rRNA测序结果表明,MFC阳极富集的优势菌属为Chlorobaculum、Desulfobacterium和Longilinea等,而阴极反硝化优势菌属为Acidovorax、Thermomonas和Nitrospira等,且硫氮比影响优势菌属的菌群丰度。

纳米碳氢燃料燃烧及NOx排放特性研究

纳米碳氢燃料是由煤、水和少量添加剂经纳米化处理工艺制成的一种颗粒粒度为纳米级、具有较高表面活性的液态煤基特种燃料。本研究通过单液滴燃烧装置、雾化燃烧实验对纳米碳氢燃料和常规水煤浆的燃烧特性进行了研究,考察了着火温度、雾化燃烧特性的区别。结果表明:纳米碳氢燃料1000℃和800℃着火点分别降低了47.6℃和74.4℃,着火延迟时间较常规水煤浆缩短。纳米碳氢燃料燃烧过程的沿程O_(2)浓度比常规水煤浆的要低3%~-6%,燃尽率比常规水煤浆高20%左右。炉内沿程NOx浓度先逐渐增长,达到峰值后再稍有降低;纳米碳氢燃料归一化NOx排放比常规水煤浆更低。

生物质燃料锅炉低氮燃烧技术研究进展

生物质能具有碳零排放、可再生等特点。我国NO_(x)排放标准日趋严格,开展生物质锅炉氮氧化物排放控制技术研究至关重要。对燃料再燃、空气分级燃烧以及烟气再循环等低氮燃烧技术的原理及其国内外研究现状进行论述,分析生物质锅炉低氮燃烧技术存在的问题。通过总结分析,提出生物质锅炉低氮燃烧技术的研究应根据锅炉实际运行工况,重点对配风量、烟气再循环量等参数进行精准调控。

镁燃料电池处理海水富营养化的可行性研究

针对我国近海水域内富营养化程度加深的现状,围绕水体富营养化的核心问题,即高浓度的N和P元素去除,本工作以燃料电池反应机理与置换反应原理为依据,提出发电过程结合脱除N和P并合成MgNH_(4)PO_(4)的思路,设计了反应路线。以含N和P水体作为镁燃料电池电解质,通过镁燃料电池的离子反应将水体内正铵离子、磷酸根离子与镁离子结合生产MgNH_(4)PO_(4)产品。同时探究本实验MgNH_(4)PO_(4)的生成机理,并通过数据分析初步判断其处理海水富营养化有较好的效果且镁燃料电池工作时输出稳定,具有一定的可行性。

氮掺杂介孔碳负载钴催化剂的制备及其脱除富氢气体CO性能研究

为有效脱除富氢气体中的CO,制备了氮掺杂的有序介孔碳及其负载纳米钴颗粒的催化剂,采用N2吸附-脱附、X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)、拉曼光谱、X射线光电子能谱(X-ray photoelectron spectroscopy,XPS)、热重-质谱联用(thermogravimetry-mass spectrometry,TGMS)等手段进行表征,研究了氮掺杂对有序介孔碳负载钴基催化剂的自还原行为和CO甲烷化反应性能的影响规律。结果表明,在介孔碳骨架中引入的氮原子主要作为氧化钴的成核位点,与氧化物载体产生较强的相互作用,大大提高了钴物种的分散度,从而形成颗粒尺寸均匀的小纳米钴颗粒,显著促进了其自还原反应,进而提高了催化剂的还原度。催化剂评价结果表明,与未掺杂氮的介孔碳载体相比,氮掺杂介孔碳载体使催化剂的CO脱除效率明显提升。

煤粉富氧分级燃烧NO_(x)排放特性的实验研究

开发煤粉高效清洁燃烧技术是实现“双碳”目标的有效途径之一。该文利用两段式高温滴管炉,研究煤粉高温富氧分级燃烧条件下NO_(x)排放的规律。结果表明:二次风量过大或过小均不利于抑制NO的生成,并且二次风氧气浓度和二次风量对NO_(x)的排放规律存在交互影响;NO_(x)排放浓度最低对应的最佳二次风氧气浓度随二次风量氧气系数的增加而减小。当二次风量氧气系数为0.4~0.5且二次风氧气浓度为30%~70%时,存在多组工况NO_(x)排放浓度满足超低排放要求,并且此时飞灰含碳量均低于8%。高温富氧分级燃烧能实现煤粉高效燃烧的同时直接实现NO_(x)的超低排放。

微生物燃料电池脱氮产电研究进展

简单阐释了MFC脱氮产电机理和过程,主要介绍了MFC耦合常见水处理工艺在脱氮产电方面的研究进展,并着重探讨耦合系统的脱氮产电效果。希望在提高MFC系统脱氮效率的同时可以提高输出功率,促进MFC在实际污水处理中的应用,真正实现污水资源化。