基于模型建构的高中化学项目式教学实践——以“天然气中CO2和H2S的协同去除”为例

为促进学生核心素养的发展,在高中利用真实情境和适当的模型建构进行教学,可以在一定程度上降低学生学习化学的难度,同时能够激发学生学习化学的热情,产生更多更持久的动力,培养学生科学思维。以真实情境“天然气中CO2和H2S的协同去除”为例,进行基于模型建构的项目式教学,阐述项目式教学和模型建构对学生思维培养的重要性,为相关的研究提供案例支持。

Bio-SR工艺去除硫化氢气体的研究

采用Bio-SR工艺,利用铁盐吸收与氧化亚铁硫杆菌的联合作用对H2S进行脱除实验。通过改进微生物的培养条件,减少了83.9%的沉淀量,一定程度上解决了挂膜后生物填料塔易堵塞的问题,保证了填料塔的连续运行。在实验选取工况下,硫化氢脱除率可达到98.4%以上,当吸收液中Fe3+浓度为5.5～6 g/L、H2S进气浓度为1 g/m3、通气量为0.08～0.12 m3/h时效果最佳,反应器可持续高效地运行。此外,对进气浓度、通气量与硫化氢去除率之间的相关性进行了进一步研究,其结果有利于反应器及运行参数的优化设计。

含硫酸亚铁废溶液的生物氧化过程中氮源对溶解性Fe(Ⅲ)生成量的影响

利用嗜酸性氧化亚铁硫杆菌将含硫酸亚铁废溶液中的Fe2＋氧化成Fe3＋后用于脱除H2S，同时实现了含硫酸亚铁废溶液的循环利用和H2S的脱除。而溶解性Fe3＋较高的生成量是保证该处理系统连续高效运行的关键因素。但在充足氮源和K＋条件下大量Fe3＋以黄铁矾沉淀形式存在。因此，本文通过控制氮源种类及投加浓度，减少沉淀生成，增大溶解性Fe3＋生成量，以期提高H2S的去除效率。结果表明（NH4）2HPO4可替代以往研究中的（NH4）2SO4作为氮源，确定适宜菌体生长的氮源浓度范围为0.33～1 g·L-1。在1 g·L-1（NH4）2HPO4条件下细菌生长无明显停滞期、Fe2＋平均氧化速率为0.221～0.229 g·（L·h）-1，Fe3＋生成量为7.62～7.72 g·L-1，沉淀量为1.17 g·L-1，因此确定（NH4）2HPO4为1 g·L-1时最能保证H2S的脱除效率。为降低工艺成本，最低可采用0.33 g·L-1为运行浓度。该优化方案不仅保证了菌体的Fe2＋氧化活性，而且有效地减少了菌体培养过程中沉淀的产生，获得了较高的Fe3＋生成量和增速，为使用含硫酸亚铁废溶液处理H2S的工艺条件优化提供了依据。

不同固体含量下牛粪和秸秆厌氧发酵中微氧法原位脱硫效果研究

以牛粪和秸秆为原料进行厌氧发酵试验,研究固体含量(TS)为10%,15%和20%的3种发酵底物,采用微氧法原位脱硫对厌氧发酵的产气量、H2S去除率、甲烷体积分数和O_(2)残留量等的影响。研究结果显示:采用微氧法原位脱硫后的3组发酵试验的日产气量都有所提高;尤其是TS20%组,通入空气后,日产气量(VS)提高了2 mL/g,说明微氧法原位脱硫对干发酵具有很好的促进作用;TS15%和TS 20%两组试验的脱硫效果显著,H2S的去除率均大于90%;各试验组与对照组的甲烷体积分数相差不大;试验组通入空气后,O_(2)的残留量一般在0.5%左右,满足《车用天然气标准》的要求,表明微氧法原位脱硫不会影响沼气的厌氧发酵系统,是一种切实可行的沼气脱硫方法。