钒系催化剂表面氧的脱附能与助催化剂的添加效果

提出了一种测定催化剂上氧脱附能的新方法,TPD平衡法。应用此法和TPD/MS实验技术同时测定了一些钒系催化剂的表面活性氧的活性和供氧数目。阐明了MoO_3,Cr_2O_3,P_2O_5,As_2O_3,Sb_2O_3及SnO_2等常用助剂对钒系催化剂表面氧脱附能和脱附量的影响。验证了催化剂集团结构适应理论所总结的有关在氧化反应中催化剂的氧化活性和选择性的经验规律。

中空球状Fe3O4颗粒的合成及对刚果红溶液吸附－脱附能力的研究

通过简单的水热过程合成具有优良磁学性能的中空Fe3O4单晶颗粒。空心球状颗粒外部直径约500 nm,内径约200 nm,是由粒径为50 nm的颗粒团聚而成。随着反应时间的增加,相邻的Fe3O4纳米晶沿着(311)晶面取向团聚,经过奥斯瓦尔德熟化过程最终形成中空的球状颗粒。实验合成的Fe3O4粒子表现出特殊的磁学性能,具有相对较低的饱和磁化强度和较高的矫顽力。通过对刚果红溶液的吸附-脱附实验证明,中空结构Fe3O4颗粒对刚果红溶液有更高的吸附和脱附能力,在废水处理过程中,采用Fe3O4作为吸附剂,可以更高效的去除溶解的有机污染物,同时可以回收再利用,提高废水净化率,也进一步扩展了磁性材料的应用领域。

原位热脱附能效评价方法构建及应用研究

随着工业化和城市化的推进,土壤环境安全已成为我国面临的一个严峻问题。原位热脱附是实现场地快速、高效修复的技术之一,然而能耗高、成本大等缺点成为该技术广泛应用的“瓶颈”。目前国内外尚无统一的定量方法用于评价原位热脱附的能耗。在国外能耗分析的基础上,基于原位热脱附的工作原理和能耗计算模型,结合我国有机污染场地特征,构建了两种能耗评价方法,即污染物能效评价和污染土水体积能效评价。以华北某原位热脱附修复及其耦合化学氧化技术处理的工程项目为例开展能效评价,探讨两种能效评价方法的适用性。基于原位热脱附技术作用(含耦合化学氧化技术)能量受体的能耗分析结果表明,原位热脱附技术作用于土水加热的能耗占总能耗的61.80%~74.43%,而作用于污染物的能耗仅占2.11%~17.57%。考虑到热脱附技术能量受体的能耗分析结果和污染物量计算的不确定性,认为对于原位热脱附技术采用体积能效评价方法更有意义。污染土水体积能效评价结果表明,耦合区能效为7.91×10^(-6)m^(3)·kJ^(-1),而热脱附对照区能效为1.06×10^(-6)m^(3)·kJ^(-1),耦合化学氧化技术后的原位热脱附技术能效提升约6.5倍。

搅拌子吸附-热脱附-气相色谱-质谱法分析北京大气中33种多氯联苯

用包覆聚二甲基硅氧烷(PDMS)吸附层的搅拌子作被动大气采样器,建立了搅拌子吸附-热脱附-气相色谱-质谱法(SBSE-TD-GC-MS)分析大气中多氯联苯(PCBs)的方法。优化后的热脱附温度为280℃,热脱附时间为6 min,聚焦冷阱的温度为-40℃,33种PCB单体的热脱附残留比例低于7%。验证了方法的线性、精密度和重复性。标准曲线5个点线性关系良好,33种PCB单体的相关系数r>0.998。方法精密度验证的相对标准偏差(RSD)为0.79%~20.2%(n=8),日内重复性实验的RSD为0.43%~29.8%(n=10),日间重复性实验的RSD为3.20%~29.6%(n=20),方法检出限(LOD)为0.01~2.51 pg,回收率为98%±18%。将建立的方法用于北京大气中PCBs的分析。检出8种PCB单体,质量为2.94~129 pg。在32 d的采样周期内PCB-52、PCB-123、PCB-155一直处于线性吸附阶段,而PCB-1和PCB-3经过了线性吸附阶段、曲线吸附阶段和平衡阶段。研究结果表明,SBSE-TD-GC-MS可以用于大气中PCBs的样品采集和快速分析。

基于全生命周期的污油泥热脱附处理技术评价

基于全生命周期评价(LCA)软件eFootprint和国内典型污油泥热脱附处理实际,从绿色和可持续性两个方面对污油泥热脱附技术进行评价。结果表明:污油泥热脱附处理过程中,主要评价指标按所产生的环境影响由大到小排列依次为可吸入无机物(RI)、富营养化潜值(EP)、竞争-土地使用(CLU)、臭氧层消耗潜值(ODP)和水资源消耗(WU);回收油和天然气是初级能源消耗(PED)、非生物质资源消耗潜值(ADP)、WU、全球增温潜势(GWP)、ODP等11项评价指标的主要贡献因素,蒸汽是影响RI的最主要因素;污油泥热脱附处理产生的回收油能够抵消热脱附处理过程的部分能源和资源消耗,从而减小PED、ADP、GWP等评价指标的数值;为了进一步提升污油泥热脱附处理技术的绿色和可持续性,建议提高能源效率,减少蒸汽消耗,回收蒸汽余热,优化尾气净化系统和器具清洗系统,减少废水排放和水分挥发。

双流路顶空热脱附-气相色谱质谱联用测定水中土臭素和二甲基异莰醇

建立双流路顶空热脱附-气相色谱质谱联用测定水中土臭素和2-甲基异莰醇的方法。采用双流路顶空提取针将顶空气体进行连续吹扫至冷阱吸附,快速升温解吸,载气反向将待测组分送入气相色谱质谱联用仪分析。对恒温时间、温度等实验条件进行了优化,内标法定量,土臭素和2-甲基异莰醇在2.0~100ng·L^(-1)线性回归相关系数≥0.999,方法最低检出浓度为0.74ng·L^(-1)和1.50ng·L^(-1),5ng·L^(-1)、20ng·L^(-1)和100ng·L^(-1)三个浓度加标回收率在90.3~105%,精密度在1.76~6.91%。方法简便、灵敏、重现性好,可用于环境水和生活饮用水中土臭素和2-甲基异莰醇检测。

热脱附对多环芳烃和重金属复合污染土壤的影响

热脱附技术被广泛用于污染场地修复,但其对多环芳烃(PAHs)与重金属复合污染土壤的综合影响仍不清楚。选用PAHs和重金属复合污染模拟土壤,探究热脱附温度(220~400℃)和停留时间(5~60 min)对土壤中PAHs的影响,分析空气与氮气气氛下热脱附温度(310、340和370℃)对土壤中重金属Cu、Pb、As和Cd形态分布的影响。结果表明:随热脱附温度和停留时间的增加,土壤中PAHs去除率显著增加;低环PAHs占比逐渐减少,而高环PAHs占比逐渐增加。在2种气氛热脱附后,Cu、Pb和As弱酸提取态占比略有增加,而Cd弱酸提取态占比显著降低;可还原态和可氧化态的转化趋势具有差异性。随着热脱附温度的升高,Cu、Pb、As和Cd 4种重金属的残渣态占比均逐渐增加,说明热脱附有利于4种重金属的固定。相较于空气,氮气条件下4种重金属可氧化态和残渣态占比均增加;Cu和Pb可还原态占比显著降低,而As可还原态占比有所降低,Cd可还原态占比变化不大。氮气更有利于Cu、Pb和Cd的稳定;相反,空气更有利于As的稳定。

改性磁珠吸附剂脱汞及脱附再生动力学研究

为了有效控制燃煤烟气中的汞排放和有效解决燃煤飞灰的资源化利用问题,制备出一种新型的氯化铜改性磁珠脱汞吸附剂(Cu-MF)。在固定床吸附系统中,系统研究了反应温度(100℃~180℃)、烟气流量(0.8 L/min~1.5 L/min)、吸附剂用量(0.2 g~1.0 g)、SO_(2)体积分数(800×10^(-6)~1200×10^(-6))和NO体积分数(100×10^(-6)~300×10^(-6))对改性磁珠吸附剂汞吸附性能的影响。分别采用准一级和准二级动力学模型分析了改性磁珠吸附剂的汞吸附机制和控制过程,通过程序升温脱附(temperature programmed desorption,TPD)的方法探讨了改性磁珠吸附剂的汞脱附再生过程。结果表明:改性磁珠吸附剂在120℃~150℃区间内具有较高的汞脱除能力,吸附剂用量的增加有利于汞的脱除,而烟气流量和烟气组分(SO_(2),NO)对改性磁珠吸附剂汞吸附性能的影响较小。在不同反应温度和不同烟气流量下,改性磁珠吸附剂的脱汞过程可以通过准一级和准二级动力学模型描述。当吸附剂用量大于0.5 g时,改性磁珠吸附剂的吸附行为受物理吸附及化学吸附行为双重因素控制,可以分别用准一级和准二级动力学模型来描述改性磁珠吸附剂在SO_(2)和NO存在时的汞吸附过程。改性磁珠吸附剂的汞脱附行为更符合准一级动力学模型。

煤中原生活性位点的水−气掩蔽效应及脱附后煤体的常温氧化

煤的常温氧化为煤炭自燃提供初始热量来源,探究煤中可与氧气常温条件下发生氧化反应的原生活性物质是煤自燃理论研究的难题。此前进行的受热分解实验发现,热解煤中含有能在惰性气体中稳定存在并与氧气发生常温氧化的活性位点,因此推测煤中同样可能存在惰性介质下被迫封存的原生活性位点。为进行煤中原生活性位点的探寻,运用真空干燥技术,使原煤中能够在高负压的低温环境下完成水分的蒸发和气体的脱除。同时借助循环氧化在线监测技术,设计实施不同因素(煤种、脱附温度、氧化温度、粒径)条件下脱附后煤样的常温氧化实验,并结合相应的低温氮吸附、XPS、ESR实验分析反应机理。循环条件下的常温氧化实验表明,真空脱附后的煤体在常温氧化过程中会形成大量的CO和CO_(2)等气体氧化产物,且气体在通入氧气后很快出现并不断积累,证明煤在常温下即可发生氧化反应。原生煤体脱附后的常温氧化实验说明原始煤体中存在大量受水−气掩蔽影响的活性位点,而负压脱附水分和气体后会导致活性位点的大量暴露并形成有利于氧气输运和反应的通道,从而迅速发生氧化反应。因此实验找到了导致原生煤体自发氧化的活性结构,实验将活性位点的常温氧化观点从受热分解的特殊状态扩展到一般状态。由气体产物生成规律对比可知,不易被孔隙吸附的CO会在原生活性位点与氧气接触瞬间迅速产生,据此得到CO相较于CO_(2)而言更适合作为活性位点浓度的直观气体评价指标。煤体原生活性位点的常温氧化有助于煤炭自燃机理的揭示,为高瓦斯矿井瓦斯抽采自燃及低阶煤井下CO超限问题提供解决思路。

响应面分析法优化减压热脱附技术处理油基钻屑

采用减压热脱附技术处理油基钻屑,考察了热脱附温度、热脱附时间和系统真空压力对脱油率的影响,在此基础上,采用响应面分析法建立了各因素与脱油率之间关系的数学模型,优化了工艺参数。实验结果表明,在热脱附温度350~450℃、系统真空压力-0.07~-0.09 MPa、热脱附时间60~90 min的条件下,脱油率可达98%以上。各因素对脱油率的影响依次为热脱附温度>系统真空压力>热脱附时间;在热脱附温度420℃、系统真空压力-0.08 MPa、热脱附时间80 min的最佳工艺条件下,平均脱油率为98.67%,与模型计算值(100%)仅相差1.33%,剩余固体的平均含油率为0.37%。回收油的组分与0号柴油基本一致,可用于配制钻井液。剩余固体中未发现重金属元素和放射性元素,能够满足《页岩气勘探开发油基岩屑处理方法及控制指标》(GB/T 41518—2022)中“可用于油气田建设基础材料”的要求。

脱附速率对车辆炭罐脱附性能的影响试验研究

这项研究对比分析了混合动力汽车和汽油车在中国国六蒸发排放试验中高温行驶阶段的炭罐脱附数据,发现混合动力汽车可以通过提升中高速行驶阶段炭罐脱附速率来弥补脱附时长不足。因此在炭罐测试系统上开展5、15、25、35、45L/min五种不同脱附速率的脱附试验,进一步量化脱附速率对炭罐脱附性能的影响。实验结果表明炭罐脱附效率随炭罐负载的减少而降低,随脱附速率的提高而增大。基于国六试验标准分析,五种速率中35L/min最符合试验炭罐的脱附要求。

TiO_(2)-Bi_(2)WO_(6) Zn(CH_(3)COO)_(2)-ACF复合材料吸附-脱附耦合光催化降解烷烃能效探究

采用水热和浸渍溶胶-凝胶法制备了TiO_(2)-Bi_(2)WO_(6) Zn(CH_(3)COO)_(2)-ACF复合材料(记为TBZA),通过扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射、氮气吸附-脱附、紫外漫反射、光电流响应等手段表征其形貌和结构特性,并探究其在吸附-脱附耦合光催化反应器中对丙烷的降解性能。结果表明:制备的材料具有良好的光生电子-空穴分离率;在三级串联吸附-脱附耦合光催化反应器中,丙烷质量浓度为1000 mg/m^(3),流量为1.2 m^(3)/h,湿度为33%,温度为34℃,TBZA复合材料对丙烷吸附耦合光催化处理效率达到85.8%,相比于单一反应器提升了48.9百分点;在紫外灯照射下,脱附温度为65℃时,TBZA复合材料的再生效果达到最佳,再生后对丙烷的总体转化率下降不足2%,表明TBZA材料作为催化剂具有良好的循环再生性能。

浮选气泡尺寸对粗颗粒-气泡涡旋湍流脱附机制的影响

气泡是浮选过程中不可或缺的重要角色,其尺寸对颗粒-气泡间相互作用有着显著影响,然而气泡尺寸对粗颗粒-气泡涡旋湍流脱附机制的影响尚未清晰。为此,采用自制的颗粒-气泡受限湍流脱附测试平台探索了涡旋湍流中不同气泡尺寸的气絮体上颗粒的脱附行为,并运用Image-ProPlus图像处理软件对颗粒脱附过程的动力学参数进行了测量分析。结果表明:在确保气泡浮力的前提下,减小气泡尺寸能够显著提升粗颗粒-气泡的矿化气絮体在涡旋湍流中的稳定性;涡旋湍流中气絮体上颗粒的脱附主要表现为流体剪切、气泡振荡和颗粒离心三种脱附形式,方腔内涡旋结构的改变对气絮体上颗粒的脱附方式至关重要;区别于传统离心脱附理论,涡旋湍流驱使下颗粒并非单独在气泡表面做高速离心运动,而是与气泡一起做离心运动,且小气泡与颗粒在方腔内共同旋转时,位于气泡外缘的颗粒与气泡运动速度接近,相应气絮体稳定性高,颗粒不易发生离心脱附,而大气泡形成的气絮体中,气泡外缘的颗粒与气泡运动速度差异明显增大,颗粒相对于气泡旋转更快,从而使得颗粒所受离心力显著增强,增加了离心脱附的可能性。研究结果有望对涡旋湍流场中粗颗粒的脱附机制提供一个基本认识。

土壤异位间接热脱附技术应用研究与优化策略分析

针对我国12个省份的16个典型异位间接热脱附工程进行调研,分析异位间接热脱附技术的应用特征。结果表明,异位间接热脱附修复的目标污染物主要包括苯系物、氯代烃、多环芳烃、农药和石油烃等5种类型,污染物的最大超标倍数为7.60~4 409.09,热脱附最高温度范围为350~750℃,热脱附停留时间不超过30 min的工程占比为94%,热脱附修复综合成本为734~1 400元/m^(3),平均值为1 210元/m^(3)。同时,对热脱附设备在工程应用中的运行问题进行识别,发现存在热脱附设备运行稳定性差、制约处理能力,热脱附系统能量利用效率低、影响处理成本等问题。需进一步加强热脱附过程传热传质机理研究,提升设备集成化与标准化水平,提高能量利用效率。

基于化学氧化和堆式热脱附技术修复污染土壤的环境足迹分析

在“双碳”背景下,我国土壤修复工程使用技术类型不断向低碳、低能耗和绿色可持续修复技术转变,修复活动本身所产生的环境足迹受到了广泛关注和重视。采用环境足迹评估工具SiteWise^(TM)对重庆市某钢铁厂汞和多环芳烃污染场地化学氧化和堆式热脱附修复全过程的环境足迹进行了定量评价。结果表明:修复3483 m^(3)污染土壤,共排放温室气体(GHG)990.52 t,消耗能源1.57×10^(7) MJ,排放空气污染物4.94×10^(3) kg;GHG排放量、能源消耗量、空气污染物排放量占整个工程的比例在施工准备阶段为6.0%~9.1%,化学氧化阶段为43.6%~48.1%,化学氧化+堆式热脱附阶段为45.9%~47.5%;化学氧化+堆式热脱附技术相比化学氧化技术的环境影响更大,修复单方量污染土壤的GHG排放量、能源消耗量、空气污染物排放量为化学氧化技术的5.28~5.97倍。案例研究结果显示,材料消耗是对环境足迹贡献度最高的环节,其次为设备使用、运输、废物处理。

MIL-101(Cr)吸附/热脱附-气相色谱-质谱法检测苯系和氯代VOCs

以金属有机骨架材料MIL-101(Cr)为填料构建了一种新型吸附采样管,将其与热脱附-气相色谱-质谱联用实现了15种典型苯系和氯代挥发性有机物(VOCs)的检测。结果显示,15种VOCs在0~100 ng范围内呈良好的线性关系,相关系数(r2)达到0.99以上,检出限为0.7~1.9 ng。在5、30、70 ng添加量下,15种VOCs的平均回收率分别为86.0%~126%、91.7%~133%和77.6%~135%,相对标准偏差(RSD)分别为6.6%~18%、2.9%~20%和1.3%~20%。MIL-101(Cr)填料吸附管测试稳定性和不同批次吸附管重复性的RSD分别为0.50%~14%和0.30%~18%。MIL-101(Cr)填料吸附管基于质量更少的填料实现了对苯系和氯代VOCs更高效的吸附、富集和热脱附,有助于降低吸附采样管的气体穿透风险。该研究拓展了MOFs材料在环境检测领域的实际应用场景。

PAHs污染土壤热脱附过程关键影响因素及脱附动力学研究

土壤多环芳烃(PAHs)污染已严重威胁生态环境安全和人类生命健康。通过异位热脱附试验探究了PAHs初始浓度、土壤含水率和土壤粒径对脱附效率的影响,并采用一级、二级动力学和指数衰减模型对PAHs热脱附过程进行拟合,以探究土壤中PAHs热脱附的去除机制。结果表明,在同等条件下,随着PAHs初始浓度的增加,脱附效率随之升高,且在热脱附20~40 min时提高初始浓度可明显提高PAHs的去除率。土壤含水率对于PAHs不同组分的作用具有一定的差异性,当土壤含水率为16%,萘(Nap)、菲(Phe)和蒽(Ant)达到最佳去除率,而荧蒽(Fla)和芘(Pyr)最大去除率对应的土壤含水率为13%。在相同脱附条件下,土壤粒径越小,土壤中PAHs的去除率越高。研究发现指数衰减模型对PAHs各组分的脱附过程具有更好的拟合效果。土壤中PAHs热脱附主要分为两个阶段:(1)PAHs受到土壤中水的蒸发作用从土壤颗粒表面快速蒸发;(2)PAHs的蒸发速率受到土壤孔隙内部扩散的限制,以非常缓慢的速度从土壤中脱除。

晶化时间对铝合金超疏水复合膜减粘脱附性能的影响

用水热法对铝合金微弧氧化膜(MAO)进行12、24、36 h晶化处理,使其表面负载水滑石(LDHs)微粒,再用水浴法对MAO-LDHs复合膜进行十六烷基三甲氧基硅烷(HDTM)疏水改性,获得MAO-LDHs-HDTM超疏水复合膜,探究不同晶化时间对超疏水复合膜的减粘脱附效果。结果表明:随晶化时间的增长,“片状”和“针状”物LDHs晶体在MAO膜的表面孔隙原位生长,特征峰的峰值与晶化时间成正比,MAO-LDHs-HDTM复合膜的静态接触角均大于150°,达到超疏水效果;相较于铝合金基体,MAO-LDHs-HDTM超疏水复合膜硬度显著增强;土壤粘附测试中,3种不同晶化时间复合膜受到的阻力均值随土壤含水率的增加而下降,在15%含水率土壤中,晶化时间为12 h的复合膜和25%含水率土壤中,晶化时间为24 h的复合膜土壤粘附情况更优。

脱水浓缩污泥热脱附中多环芳烃风险削减研究

将脱水浓缩污泥作为研究对象,利用风险熵等方法针对性分析污泥中16种多环芳烃(PAHs)在热脱附前后的组成和生态风险变化,并分析其主要影响因素。结果表明,随着热脱附温度的升高,污泥粒径呈先增大后减小趋势。在200、300、400、500℃下热脱附稳定45 min,PAHs热脱附效率分别为81.67%、99.32%、99.55%和99.53%;热脱附温度为300℃时,热脱附稳定15、30、45 min,PAHs的热脱附效率分别为91.09%、97.00%和99.32%。300~500℃下热脱附稳定45 min后绝大多数PAHs可达到无风险。控制热脱附温度和稳定时间,可以有效降解污泥中的PAHs,降低其生态风险。

吸附管采样-热脱附/冷阱捕集-气相色谱-质谱法测定智能电子穿戴产品中丙烯酸酯类化合物挥发量

建立了吸附管采样-热脱附/冷阱捕集-气相色谱-质谱法测定智能电子穿戴产品中18种丙烯酸酯类化合物挥发量的检测方法。利用TenaxTA吸附管采集样品,通过热脱附/冷阱捕集,GC-MS进行测定。18种丙烯酸酯类化合物在0.01μg~0.1μg范围内线性良好,相关系数均大于0.995。当采样体积为2L时,方法的检出限为0.2416~1.1134μg/m^(3)。在0.01μg、0.05μg加标水平的回收率为88.1%~119.4%,精密度为0.8%~6.8%。该方法快速、准确,可以满足智能电子穿戴产品中丙烯酸酯类化合物挥发量的快速检测。