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。

量子点碳修饰生物阴极提高BC-MFC系统脱氮及产电性能

为提高生物阴极微生物燃料电池系统脱氮及产电性能,提出采用量子点碳对生物阴极微生物燃料电池系统(BC-MFC)的生物阴极(BC)进行修饰,以增加阴极附着面积提高微生物附着量。以脱氮作为首要目标,产电作为次要目标,设计了4组不同类型生物阴极的BC-MFC系统进行实验。结果表明,利用量子点碳对生物阴极进行修饰,能提高系统的脱氮能力,氨氮和总氮去除率最高可达到80%和77%,相比于对照组均提升约10%;系统微生物群落形成更快,启动时间缩短,且系统内阻最高下降24.19Ω,平均下降约23Ω,功率密度最高提升9.42 mW·m^(-3),平均提升6.76 mW·m^(-3);增加了系统的不稳定因素,采用微生物提前挂膜培养和在阴极区域栽种湿地植物的方法可提高系统稳定性。

市政污泥焚烧过程中温室气体N_(2)O排放特性研究

采用水平管式炉对上海城镇污水处理厂污泥进行燃烧试验。主要开展了燃烧温度、污泥中N含量以及污泥粒径对污泥燃烧过程中N_(2)O的排放特性研究。试验结果表明,温度是影响N_(2)O和NO排放的最重要的因素,随着焚烧温度的升高(750~950℃),燃烧反应更加剧烈,烟气中N_(2)O的排放下降,而NO的排放量上升,高温会促进N_(2)O的自分解和NO的形成;但当温度继续上升到1000℃,N_(2)O的排放量有所升高,NO的排放量有所下降。X射线电子能谱(XPS)分析表明,城镇污水处理厂污泥中蛋白质N和季铵盐N的比例基本维持在70%和30%,基本不随污泥中N含量的变化而变化,不同N含量污泥中燃料N向N_(2)O转化的比例相似。在粒径为1.25 mm时N_(2)O和NO排放较高,而粒径在2.5~4 mm之间N_(2)O和NO排放较低。污泥中燃料N向N_(2)O和NO的转化率之和维持在10%以下。

燃油脱氮技术研究进展

从燃油和油馏分中选择性去除含氮化合物对油品生产工艺和质量具有重要意义。由含氮化合物引起的问题包括胶质形成、酸催化剂抑制和失活、与酸碱对相关的腐蚀和金属络合。本文调研了国内外燃油脱氮的方法,对比了各种方法的优缺点。从油品中去除含氮化合物的方法,主要包括加氢脱氮、吸附脱氮、络(配)合脱氮以及化学氧化法脱氮。有一些脱氮方法是通过从油中分离富氮产物而不从含氮化合物中除去氮基团,这些方法大多数主要适用于从低氮含量的油中脱氮,通常具有<0.1%的脱氮效果。通过调研,总结了潜在的脱氮工艺和催化剂,便于进一步寻找工业上更为有效的燃油深度脱氮技术。

热导法测定固体生物质燃料中碳氢氮含量的称样量试验研究

固体生物质燃料中碳、氢、氮含量的快速准确测定,对于指导固体生物质燃料的生产及控制大气污染具有重要意义,而样品称样量的大小将直接影响热导法的测定时间、测定成本及测定结果准确度。选取15种代表性固体生物质燃料样品,在10~100 mg称样量范围内设置6个梯度,采用元素分析仪进行碳、氢、氮含量的测定,通过数理统计及作图分析对不同称样量范围下的碳、氢、氮测定结果进行精密度及准确度分析,确定适宜的称样量。结果表明,当称样量为50~70 mg时,15个样品的碳、氢、氮含量测定结果与参考值之差均符合要求,且测定结果变化趋势平缓;50、60、70 mg称样量下的碳、氢、氮含量测定结果的精密度及准确度无显著性差异,因而热导法测定碳氢氮含量的称样量50~70 mg最为适宜。

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。

双金属Co/Fe-N-C催化剂合成及氧还原性能研究

质子交换膜燃料电池(PEMFC)因其铂基催化剂昂贵和资源稀缺,未能得到大规模应用,过渡金属氮掺杂碳(M-N-C,M=Fe,Ni,Mn,Co)单原子催化剂被认为是有潜力的氧还原反应(ORR)催化剂,其中Fe-N-C催化剂在酸性介质下具有较高的氧还原催化活性,成本低,受到广泛关注,被认为是最具有前途替代铂基催化剂的燃料电池催化剂,然而,大多数报道的Fe-N-C催化剂在燃料电池中的性能仍不如铂基催化剂,并且在酸性介质下稳定性差,而不能被广泛应用,在此,我们报道了一种以ZIF-67为前驱体,在具有稳定高石墨化NC载体上构建Fe-N_(x)和Co-N_(x)双活性位点,得到的Co/Fe-N-C双原子催化剂实现了0.96V(vs.RHE)的起始电位(E_(oneset))和0.79 V(vs.RHE)的半波电位(E_(1/2)),对比Fe-N-C和Co-N-C催化剂有着更显著的稳定性和更优异的ORR活性,为提高Fe-N-C催化活性和耐久性提供一条新思路。

LDH改性电极强化CW-MFC耦合系统深度处理污水研究

构建了人工湿地-微生物燃料电池(CW-MFC)耦合系统,探究了层状双氢氧化物(LDH)材料改性电极对CW-MFC系统运行性能及其微生物群落结构的影响。结果表明,LDH材料的结构及其中的Fe、Ni元素显著影响电极生物膜中的微生物群落结构及与脱碳除氮相关的功能微生物数量,聚苯胺(PANI)的添加增强了LDH的电导率,这些因素共同作用改善了系统的污染物去除性能和产电性能。其中,阴阳极均用FeNi-LDH/PANI改性的反应器的性能最好,其COD、NO_(3)^(-)-N和NH_(4)^(+)-N的去除率分别为95.68%、96.72%和95.32%,出水水质可达到地表水Ⅱ类标准;该系统稳定运行期间的平均输出电压为108.96 mV,最大功率密度可达到1.99 W/m^(3)。

燃气锅炉精益化控制燃烧参数研究

燃气锅炉的燃烧过程中,过量空气系数α过高或过低都会对设备及效率造成一定的影响,如何平衡各项指标是燃烧调整的关键所在。文章以太平能源站燃气锅炉某一时间段出现的特定负荷下的缺氧燃烧问题为例,分析了现象及本质原因,并针对性地开展燃烧参数调整工作,对比分析了调整前后的参数指标,达到了优化排放、节省成本的目的,为后续的持续优化改进提供了参考。

O_2/CO_2气氛下无烟煤及烟煤燃烧NO释放特性对比试验研究

研究了一种烟煤和一种无烟煤在氧气体积浓度21%～100%的O2/CO2气氛下的水平管式炉中1073K时的NO生成特性。结果表明O2/CO2气氛下的NO的生成量小于空气条件下的一半。在焦炭表面生成的CO是减少NO生成的主要原因。O2/CO2下燃料N向NO的转化率随氧气的浓度增加上升,并在较高氧气浓度时持平。NO的析出过程受煤种的影响。烟煤在挥发分析出阶段有一定的NO伴随大量CO析出而生成,而无烟煤则没有。无烟煤的NO转化率比烟煤高。

燃煤特性影响燃料N转化率试验研究

煤燃烧过程中生成大量NOx,其中以燃料型为主。由于反映燃煤特性的物理、化学特性指标很多,很难通过单一指标变化对燃煤N转化率直接进行试验分析。为此,该文采用灰色系统理论的关联分析方法,基于大型沉降炉试验,分析了反映燃料N转化率变化的物理、化学特性指标与燃料N转化率之间的关联程度,建立了燃煤特性与燃料N转化率之间的关系系数FCI。试验结果证实燃料系数FCI能够正确反映出煤燃烧过程中NOx排放变化规律,且同种燃烧状态下,燃煤燃料系数值与其燃料N转化率呈线性变化关系。经电厂煤种适应性试验进一步说明了基于燃料系数分析,采用合理的燃烧调整手段,可促进锅炉变煤种的高效、低污染燃烧。

固体生物质燃烧中氮氧化物产生机理综述

在生物质燃料燃烧过程中燃料氮会转化为氮氧化物(NOx)释放,造成环境污染。为揭示NOx的转化机理,本文对相关文献的研究结果进行了汇总。文献表明:固体生物质中燃料氮的主要成分是蛋白质,构成蛋白质的不同氨基酸分布呈现较高的一致性;燃料氮在燃烧过程中首先进行热解,其产物分布在挥发分、焦油和焦炭中,挥发分氮、焦油氮进一步裂解生成NOx前驱物等气相氮物质,焦炭氮、气相氮燃烧生成NOx;NOx的生成与生物质种类、热力因素(温度、升温速率)、反应气氛、和其他条件(添加物)等因素有关。目前,研究只发现了一些实验规律,并未掌握燃料氮向NOx转化的详细机理,采用模型化合物结合计算化学的方法成为研究燃料氮转化机理的新趋势。

生物质热解过程中氮转化规律的试验研究

采用TG-FTIR联用技术在氩气氛围下研究稻草、麦秆、杨木3种生物质热解过程中4种主要的含氮组分NH3、HCN、HNCO及NO的释放特性,并考察焦炭-N的产率。结果表明:在所选取的3种生物质热解过程中,4种含氮组分的释放趋势均与TG-DTG曲线一致,热解后期(温度高于500℃)释放较少;不同生物质热解,4种含氮组分的释放规律有较大差异,且相对产量分布不同。3种生物质NH3和HCN的相对产量明显高于HNCO和NO,NH3最高,HCN次之,两者之和占70%以上。随着生物质中H/N质量比的增大,NH3的相对产量增加,HCN的相对产量先增加后减少,HCN/NH3物质的量之比逐渐减小。杨木热解过程中气相氮释放较少,燃料氮81.50%存在于焦炭中,而稻草和麦秆中大部分燃料氮随挥发分析出,焦炭氮产率分别为29.97%和33.45%。

柴油机燃用生物柴油的氮氧化物排放特性

研究了某直喷式柴油机分别燃用5种不同生物柴油掺混比例的混合燃料时NOx排放以及NO、NO2、N2O等氮氧化物主要组分的排放特性。结果表明,NOx排放曲线形态较为接近,低负荷时差异较小,随负荷增加,其排放差异增大;NO排放随着负荷上升而增加;NO2排放在低负荷和高负荷均较低,中间负荷最高;N2O在低负荷时有一定生成量,中高负荷N2O排放几乎为零;随生物柴油掺混比例的提高,NOx和NO排放增加幅度增大,NO2排放有所降低。

吸附剂表面性质对柴油碱性氮化物吸附脱除的影响

对硅胶、改性硅胶、活性白土和γ-Al_2O_3四种吸附剂进行柴油吸附脱除碱性氮化物试验以及BET分析和吡啶吸附红外分析。结果表明,室温下硅胶在拐点前的碱性氮化物吸附等温式为:a=0.15w^(0.44);改性硅胶的碱性氮化物吸附等温式为:a=0.10w^(0.27);γ-Al_2O_3的碱性氮化物吸附等温式为:a=0.21w^(0.40);活性白土的碱性氮化物吸附等温式为:a=0.61w^(0.35)。研究发现,吸附剂比表面积不是吸附脱除柴油碱性氮化物的主要影响因素,孔径小于3.5 nm时会阻碍碱性氮化物在吸附剂表面的扩散,降低吸附剂吸附容量。碱性氮化物在吸附剂表面的吸附作用以化学吸附为主,随着吸附剂表面酸中心增加,吸附剂对碱性氮化物的吸附容量增加。