煤热解阴极气体的计算机测控

阴极气体在电弧等离子体点火、起弧、煤热解反应过程中具有非常重要的作用。电弧等离子体煤热解中试新工艺中,阴极气体管道既需通氮气,又需通氢气,而阴极气体管道采用同一调节阀即控制氮气又控制氢气的测控方案经理论计算与实验测试都行不通。本文提出了对阴极气体采取“协调”控制的新方案,并编制了相应的计算机控制应用软件,借助等离子体煤热解计算机监控系统实施,不仅解决了原阴极气体测控方案无法实现既控制氮气又控制氢气的难题,同时又解决了阴极气体管道两种密度相差较大介质(氮气与氢气)的流量测量问题。满足了等离子体煤热解中试实验的要求。此外,也为类似中小试实验过程对特殊工艺参数进行测控提供了借鉴的方法。

利用导热实验检验电解饱和食盐水阴极气体的研究

将电解饱和食盐水阴极气体与实验室制取的氧气分别收集在相同规格的集气瓶中，通过导热实验，采用排除法验证阴极气体不是氧气而是氢气。

石墨烯复合多孔碳毡气体扩散阴极的H_(2)O_(2)催生性能与机理

采用浸渍-烧结法分别制备了石墨烯和科琴黑复合碳毡气体扩散阴极,对其微观形貌及电化学H_(2)O_(2)催生性能进行对比研究,发现石墨烯-碳毡复合阴极具有显著鳞片状微观结构及表面丰富的含氧官能团,其H_(2)O_(2)产率远高于科琴黑-碳毡复合阴极.通过调控石墨烯-碳毡复合阴极制备过程中无水乙醇的添加量、石墨烯/聚四氟乙烯(PTFE)质量比及烧结温度等条件,提升石墨烯-碳毡复合阴极H_(2)O_(2)的催生性能.采用线性扫描伏安法(LSV)、恒电位阻抗法(EIS)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)和X射线光电子能谱(XPS)等测试手段,研究了不同制备条件对石墨烯-碳毡复合阴极H_(2)O_(2)催生性能的响应机理.结果表明,当无水乙醇的添加量为60mL,石墨烯与PTFE质量比为3∶1,烧结温度为360℃时,制备的阴极导电性较好,表面C=O官能团含量高,经90 min电化学反应后,H_(2)O_(2)累积浓度可达427.63 mg/L.该阴极循环稳定性强、 H_(2)O_(2)催生效率高,较目前广泛采用的碳黑-PTFE阴极具有显著优势.

气体扩散阴极电合成反应器中电解液导流型式对产生过氧化氢的影响

采用2种导流方式,即S导流型和E导流型的单室电合成反应器,制备有效面积为438 cm^2的气体扩散电极,研究不同导流方式对气体扩散阴极电合成反应器制备过氧化氢(H2O2)的影响。结果表明,S导流型反应器中,随水力停留时间(Hydraulic Retention Time,HRT)减小,H2O2质量浓度逐渐降低;在电流密度为25 m A/cm^2、HRT为5.7 min时,H2O2质量浓度可达2062 mg/L;当HRT为1.1 min时,H2O2产率可达0.150 kg/(m^2·h);在电流密度为25 m A/cm^2、HRT为1.1 min时,能耗为8.33(k W·h)/kg,电流效率达到90%~93%。E导流型反应器中,在25 m A/cm^2下、HRT=5.7 min时,产生的最大H2O2质量浓度为1693 mg/L;HRT对H2O2产率影响不明显,在25 m A/cm^2、HRT=1.1~2.9min时,H2O2产率平均约为0.125 kg/(m^2·h);HRT的减小不能显著降低能耗,在25 m A/cm^2、HRT=5.7 min时,能耗高达14.66(k W·h)/kg。E导流型反应器性能较差的主要原因在于不能促使阳极气体及时排出,造成H2O2的产率和电流效率均降低。因此,S导流型反应器性能优于E导流型反应器。最大H2O2产率优于文献报道的结果,可归因于较小的极板间距和气体扩散电极表面导流板的共同作用。

阴极阳极协同电催化降解高硫酸盐废水中活性染料

采用辊压法制备炭黑/聚四氟乙烯(C/PTFE)气体扩散电极,并对其微观结构进行表征。构建以掺硼金刚石(BDD)为阳极,C/PTFE气体扩散电极为阴极的电催化氧化体系,阳极硫酸盐活化技术与阴极原位合成H_(2)O_(2)技术协同处理高硫酸盐废水中的活性艳蓝X-BR。结果表明,制备的C/PTFE电极作阴极时,电催化氧化体系中活性艳蓝X-BR去除效果优于铂(Pt)阴极体系和不锈钢(SS)阴极体系。通过猝灭实验发现,BDD/(C/PTFE)电化学体系中产生的SO_(4)^(·-)和·OH等高活性物质间相互转化,为电化学体系提供了可持续氧化能力,二者对于体系中活性艳蓝X-BR去除贡献度分别为54.51%和25.75%。建立了电化学氧化体系中TOC去除率及单位能耗二次项模型,通过响应曲面法优化降解含活性艳蓝X-BR废水的运行参数。优化条件下(初始pH=5.0,电流密度=120 mA/cm^(2),C_(Na_(2)SO_(4))=0.25 mol/L,C_(活性艳蓝X-BR)=1 000 mg/L),电解120 min,废水TOC去除率为63.86%,体系单位质量TOC能耗为256.02kW·h/kg,继续电解至240 min,可将水中的活性艳蓝X-BR完全矿化,为双电极协同电催化氧化处理高硫酸盐有机废水提供理论支持。

改性石墨/PTFE阴极预处理印染废水试验研究

采用自制Cu/GP(OH)电极为阴极,RuO2-IrO2-SnO2/Ti电极为阳极,与处理后的柱状活性炭组成三维电极体系对印染生产废水进行预处理,对阴极SEM/EDS表征。结果表明:掺铜改性后电极表面致密平整并形成许多气孔;Cu/GP(OH)电极在COD处理效果上明显优于GP(OH)电极,废水的可生化性显著提高;废水COD、色度的去除过程符合一级动力学方程,色度的去除较COD容易。

自制气体扩散电极用于染料废水处理的研究

研究了气体扩散电极用于难降解活性艳红X-3B染料废水的处理,优化了催化剂LaNiO3和气体扩散电极的制备工艺。采用凝胶-溶胶法制备催化剂LaNiO3,其最佳制备工艺为:柠檬酸与金属离子摩尔比1.5∶1.0,pH 9,焙烧温度750℃;气体扩散电极的最佳制备工艺为:催化剂用量0.6 g,造孔剂用量0.6 g,聚四氟乙烯(PTFE)用量3.0 g,焙烧温度300℃。采用X射线衍射(XRD)、电子扫描显微镜(SEM)等检测分析方法对所制备的催化剂和气体扩散电极进行表征和分析。结果表明,新型气体扩散电极具有良好的电催化性能。

基于气体扩散电极的电芬顿技术去除水中抗生素的研究进展

最大限度地减少抗生素对环境的负面影响是一项巨大的挑战,而高效产H_(2)O_(2)的气体扩散电极(gas diffusion electrodes,GDEs)在电芬顿技术去除水中抗生素中具有很大的需求.GDEs作为电芬顿阴极对H_(2)O_(2)的电合成有更高的氧利用率、低能耗和高成本效益,已在抗生素废水处理的关键基础研究中得到了很好的发展.在本文中,介绍了电芬顿-H_(2)O_(2)法的基本原理,重点关注了GDEs作为电芬顿阴极的研究现状,并着重分析改性方式.同时,对GDEs与反应器装置组合的H_(2)O_(2)合成效率进行总结.此外,研究了通过GDEs高效合成H_(2)O_(2)的电芬顿体系对水中磺胺类、喹诺酮类、β-内酰胺类和四环素类等四大类抗生素的去除效果和降解机制,为GDEs应用于电芬顿体系的深入研究提供参考.最后,分析和展望了GDEs在H_(2)O_(2)生产和水处理的应用前景.

城市大气污染物对PEMFC性能的影响

论述了城市空气污染物(即阴极气体杂质)对质子交换膜燃料电池(PEMFC)性能的影响。提出了燃料电池汽车(FCV)进入商业化应用时即将面临的一个急待研究的课题。文中综述了CO、CO2、硫化物、碳氢化合物(HC)、氮氧化物(NOx)、NH3、卤素离子(X-)、酸沉降物以及大气颗粒物等对PEMFC性能的影响,同时对解决阴极气体杂质影响的途径进行了分析。

一种新型电化学体系降解苯酚的机理研究

通过使用自制的碳聚四氟乙烯(CPTFE)气体扩散电极作为阴极,TiIrO2RuO2材料为阳极,研究了隔膜电解槽中电化学降解苯酚的机理.结果表明,在阴极室,CPTFE气体扩散阴极通过外界曝气提供的O2在阴极还原产生H2O2,电解80min后H2O2的稳定浓度达到8.3mg·L-1.采用电子自旋共振法(ESR)在阴极室中检测到羟自由基(HO·)的存在.采用高效液相色谱(HPLC)在阴极室检测到羟基加合物对苯二酚,证明HO·参与了苯酚的降解过程.在该电化学体系中苯酚的降解是在阳极直接、间接氧化及阴极产生的H2O2、HO·的氧化共同作用下完成的.阴极室检测到了对苯二酚、苯醌等苯环化合物和顺丁烯二酸、反丁烯二酸、丙烯酸、丙二酸、草酸、乙酸、甲酸等短链羧酸,据此提出了苯酚降解的可能历程,并对阴、阳极室中苯酚降解途径之间的差异进行了初步比较.

缓释铁源耦合气体扩散电极强化电芬顿降解环丙沙星

气体扩散电极(GDE)气液固三相界面可高效产生H_(2)O_(2),但对铁离子还原能力较弱。针对这一问题,本文构建了一种基于缓释铁源的电芬顿体系(SRIS-EF),通过引入柱状铁棒与GDE电极协同作用加强体系的氧化能力。该体系旨在改进Fe^(2+)投加方式,通过电场与溶液酸碱度协同作用持续生成Fe^(2+),提高羟基自由基(·OH)的生成和利用率,加速污染物的降解与矿化。以100 mg·L^(-1)环丙沙星(CIP)为目标物,通过定量分析体系内生成的主要活性氧化物质(ROS)表征其氧化能力,结果表明SRIS-EF能够持续生成更高浓度的·OH。对比了不同体系对CIP的矿化能力,发现SRIS-EF的TOC矿化率与常规EF相比提高了12.1%。此外,考察了SRIS-EF体系中柱状铁棒面积、初始pH、电流密度等因素对降解效能的影响,得出了SRIS-EF体系的最佳条件为:铁棒面积2.89 cm^(2),初始pH 3.00,电流密度30 mA·cm^(-2),在此条件下反应60 min即可被完全去除CIP,处理360 min后TOC去除率可达47.3%。还对体系中无机离子和小分子有机酸的生成情况进行了测定,检测出CIP内的N和F主要以NH_(4)^(+)、NO_(3)^(-)和F-形式释放,降解过程中生成了草酸、甲酸、富马酸和丙二酸等四种短链羧酸,其中甲酸浓度较高。研究证实了SRIS-EF体系在降解水中难降解有机污染物方面优异的氧化性能。