抗生素菌渣热解N官能团变化特征及其与NOx前驱物关系研究

以青霉素菌渣(PMW)和土霉素菌渣(TMW)为对象,在水平管式反应器中进行快速热解,采用X射线光电子能谱(XPS)表征和化学吸收-分光光度定量分析方法,研究了抗生素菌渣热解N官能团变化特征及其与NO_x前驱物的关系。结果表明,菌渣燃料N官能团分为无机N(N-IN)和蛋白质及其水解产物N(N-A)两种。决定菌渣NO_x前驱物以NH_3-N为主,N官能团主要为N-A,PMW占81.1%、TMW占59.0%。在低温区间,N-IN在150-250℃分解和N-A在250-450℃转化,为NH3-N主要来源;PM W和TM W产率分别为20.9%和25.6%,而HCN-N产率小于2%,基本与燃料N官能团特征无关;该阶段伴随吡啶N(N-6)和吡咯N(N-5)的生成及转化,峰值在350-400℃。在高温区间,半焦N反应,主要是N-6和N-5的转化,为NH_3-N和部分HCN-N的来源;该阶段伴随少量更稳定质子化吡啶N(N-Q)和氮氧化物N(N-X)生成。由于N-IN和不稳定N-A低温下会快速分解,250-300℃下菌渣半焦N去除高达40%、能量损失可控制在25%,因此,采用合适低温热解处理菌渣,在保证能量前提下可有效去除燃料中的N。

药渣热解过程NOx前驱物生成特征及规律研究

以凉茶药渣(HTW)和青霉素菌渣(PMW)为对象,结合热重(TGA)和X射线光电子能谱(XPS)表征,在水平管式反应器上对比研究了热解NO_x前驱物的生成特征,考察了热力因素和燃料理化特性的影响。结果表明,蛋白质N为主要原料N结构,HTW占全部,PMW超过80%,决定了主导NO_x前驱物为NH_3;热力因素不改变此主导性,但会影响前驱物生成路径,改变组分比例及总产率,其强弱顺序为:高温快速>高温慢速>低温快速≈低温慢速;基于高温快速热解,大粒径和低含水率可分别降低总产率5%-11%和4%-6%;燃料组分影响NH_3产率,低温或慢速下,N结构差别使PMW>HTW;高温快速下,灰分元素差异使PMW<HTW;半焦N结构及N分布表明,典型热解条件下总产率为20%-45%,与药渣种类无关,可为其清洁利用提供参考。

富N生物质原料气化过程NOx前驱物生成特性及规律

基于水平管式反应器气化条件,结合化学吸收-分光光度法和X射线光电子能谱(XPS)分析,研究了四种富氮生物质(豆秆(SBS)、稻秆(RS)、玉米秆(CS)和中密度纤维板(MDF))气化过程NO_x前驱物生成特性及规律,对比考察了燃料特性(燃料N官能团、N含量)及气化条件(温度、气化介质)的影响。结果表明,NH_3-N为主要NO_x前驱物并伴随一定量的HCNN,绝大部分形成于初次裂解和二次反应同时进行的挥发分析出阶段。各因素通过影响NO_x前驱物组分生成路径而改变其产率:燃料特性对产率的影响主要体现在N官能团(胺类-N(N-A)类型)稳定性方面,与N含量关系不大,因不稳定N-A在初次裂解中的关键作用,MDF总产率高达74.7%(质量分数),比秸秆类平均总产率高出15%(质量分数);温度和气化介质会影响二次反应中与NO_x前驱物相关的反应路径(特别是加氢氢化反应),秸秆SBS气化,温度从800℃到1000℃,NH_3-N产率从38.9%(质量分数)增加至47.7%(质量分数),HCN-N产率先增加后减少,峰值为18.3%(质量分数),源于各反应路径受温度影响的平衡性;气化介质改变加氢氢化反应,CO_2主要影响HCN-N,起一定抑制作用,H_2O主要影响NH_3-N,起促进作用,因此,通过调节气化介质比例可一定程度改变NO_x前期物组分的选择性。

有机废弃物在水热-热解耦合过程中NOx前驱物的释放机制研究

以城市污泥(SS)、中药药渣(HTW)和硅藻(DT)为对象,在水平管式反应器上对比研究了水热处理前后样品在热解过程中NOx前驱物的生成特征,并结合热重(TGA)和X射线光电子能谱(XPS)表征分析了该耦合过程对NOx前驱物的影响机制。结果表明,在240℃下进行水热预处理能直接或间接地影响样品燃料N在不同热解阶段时的转化路径,从而在整体层面上降低NOx前驱物的释放量,例如当热解温度为900℃时,源于水热焦燃料N的NOx前驱物为55.0%(SS240)、48.1%(HTW240)和51.2%(DT240),比未经处理样品的NOx前驱物释放量分别少9.5%(SS)、6.0%(HTW)和15.4%(DT),但若以原料燃料N为基准,源于水热焦的NOx前驱物则比未经处理样品的NOx前驱物释放量分别少90.1%(SS)、41.9%(HTW)和59.8%(DT),并且对NH3的抑制效果高于HCN。进一步根据热失重曲线及其半焦N官能团的演变规律可以推测,水热预处理对NOx前驱物的两条影响机制,即含N官能团的脱除(对于初次反应的NH3释放)与含N官能团的稳定化(对于二次反应的HCN释放),可为废弃物的清洁利用提供理论参考。

污泥和脱灰污泥的热解特性及NOx前驱物的转化研究

利用热重-质谱联用技术(TG-MS)研究污泥及脱灰污泥热解特性及NH3等含NOx前驱物释放规律,结果表明:污泥脱灰后,样品热解起始温度、NH3、HCN、HNCO、CH3CN等NOx前驱物析出温度均升高。同时,在750~900℃均并未出现明显失重,热解过程总失重率远远高于原污泥。由于脱灰污泥所含矿物质已被大部分脱除,不再留存于污泥及焦炭中,N2在610℃后的高温段并未见析出。除此之外,HCN、HNCO、CH3CN、H2等气体均在高温段升高。

高浓度煤粉燃烧低NO_x排放特性的试验研究

为了探讨高浓度煤粉燃烧对NOx排放特性影响的内在机理,在一维火焰炉试验台上,对3种典型煤在不同煤粉浓度燃烧下的NOx前驱物HCN与NH3在主燃区进行了测试,对气相催化还原剂CO及沿炉膛轴向的NOx释放特性进行了分析。试验结果表明:与常规浓度相比,高浓度煤粉燃烧条件下的NOx排放量最大可降低2．2倍。对于不同煤种,最大限度抑制NOx排放的最佳煤粉浓度控制在过量空气系数0．7左右,煤粉燃烧过程中的NOx主要在着火区距炉膛入口0．2～0．4m处产生。在高煤粉浓度下,燃料氮向HCN与NH3的转化率均远远低于常规浓度,同时燃烧过程中产生的大量CO对NOx还原分解的加速是高浓度煤粉燃烧低NOx排放的关键所在。

准东煤与污泥共热解过程中NO_x前驱物释放规律

借助热重-质谱联用(TG-MS)、电感耦合等离子体发射光谱(ICP-OES)以及原位漫反射傅里叶变换红外光谱(in situ DRIFT)等实验手段对准东煤与污泥的混合物进行共热解实验,研究了污泥质量百分比为25%、50%、75%时混合物热解主要NO_x前驱物的释放规律,探讨了准东煤中矿物质以及混合物中官能团的变化对NO_x前驱物释放的影响。实验结果表明:混合热解过程中NH_3、HCN的产率不随污泥掺混比的增大而增加,掺混比为50%左右时NO_x前驱物的释放量相对较低。准东煤内在碱金属及碱土金属以及混合热解过程中各官能团的协同效应对NO_x前驱物释放具有抑制效果。

三水磷酸钾耦合CaO对樟木粉热解特性及NO_x前体释放特性的影响

利用生物质催化热解生产高附加值化学品具有广阔的应用前景,但热解过程中排放的NO_x会对环境造成不利影响。本文利用热重-质谱联用技术(TG-MS)探究樟木粉热解特性及热解过程中主要NO_x前体的释放特性,对比分析Ca O耦合磷酸盐对樟木粉热解过程中NO_x前体生成的反应过程的影响。实验结果显示,随着三水磷酸钾和Ca O的加入,樟木粉热解过程中挥发性产物的释放量有所增加而固相产物的产率有所减少;同时,混合热解过程中生成的主要NO_x前体的离子流强度曲线有所降低。这表明,三水磷酸钾和Ca O的耦合作用,一方面能够改善樟木粉的热解特性,使热解过程更加彻底;另一方面能够有效抑制樟木粉中含氮化合物的一次裂解,延缓NH_3等NO_x前体的生成、减少HCN等NO_x前体的释放。

前驱物对Mn-Ce/Ti-PILC低温SCR脱硝的影响

分别采用TiCl4和钛酸丁酯为Ti前驱物制备了钛基交联黏土(Ti-PILC),通过浸渍法将锰铈负载于Ti-PILC上,制得催化剂Mn-Ce/Ti-PILCs和Mn-Ce/clay,测试了该催化剂在以氨气为还原剂的低温SCR过程中的催化活性,分析了Ti前驱物对黏土结构及催化性能的影响。XRD、BET、FT-IR、NH3-TPD和SEM等表征结果表明,与原土(clay)相比,经钛交联柱撑后,Ti-PILC的微观结构更加合理,其比表面积和孔容都有了一定程度的增加,表面酸性有所增强。与原土负载的Mn-Ce/clay催化剂相比,Mn-Ce/Ti-PILCs的催化活性明显提高。而且,钛酸丁酯作前驱物进行交联比TiCl4交联效果更明显,所得到的催化剂低温活性更好。

小球藻与准东煤共热解特性及NO_x前驱物释放规律

利用热重-质谱联用(TG-MS)技术对小球藻与准东煤进行共热解实验,研究小球藻质量分数分别为20%、40%、60%时混合物热解特性及主要NO_x前驱物的释放规律。研究结果表明:小球藻与准东煤共热解存在协同作用,可促使两种物质热分解的起始温度和终止温度降低,增强各自热解活性;准东煤热解时部分HCN会转化为NH_3,而小球藻热解时会有部分NH_3转化为HCN,共热解时促使上述两种相反转化趋势的因素同时存在且相互影响,从而使NH_3和HCN释放总量迅速减小;当小球藻质量分数为20%时,小球藻与准东煤共热解协同作用最强,且对NH_3和HCN释放量的抑制作用也最大。

唐山市大气环境中臭氧与氮氧化物特征分析

利用2008年8月-9月供销社监测点的O3和氮氧化物的24小时连续监测数据,分析了唐山市大气中O3和NOx的浓度时间变化特征,讨论了两者之间的相关性。

维多利亚褐煤利用过程中氮转化机理研究进展

褐煤是重要的煤炭资源,褐煤利用过程中氮的转化会生成NOx及其前驱体从而导致环境污染,研究褐煤利用过程中氮的转化机理可为解决由煤中氮可能引起的环境问题提供基础技术支撑。结合维多利亚典型褐煤的基础煤质分析,概述其褐煤中氮的含量及存在形式,从热解、燃烧和气化3个方面简述褐煤利用过程中氮的转化机理,并重点从煤中氮向挥发分-N和半焦-N的转化、挥发分-N的热裂解转化、半焦-N的热裂解转化等方面剖析热解过程中氮的转化机理。综合分析褐煤中氮的转化研究可知,煤中氮的主要存在形式为吡咯类氮,其次为吡啶类氮,另外还有少量的季氮和胺类氮;褐煤在较低的热解温度下热解时,氮相对富集在半焦中,N_(2)、焦油-N、HCN和NH_(3)等挥发分-N占煤中总氮的比例低于30%;焦油-N的热解主要含氮产物为HCN,NH_(3)仅占到不足10%的焦油-N;半焦-N热解的主要产物包括HCN、NH_(3)和N_(2);加氢热解时,NH_(3)是主要的含氮气体,主要来自于半焦-N。褐煤在富氧条件下燃烧时,煤中氮主要转化为NO,其次转化为N_(2);褐煤在贫氧条件下燃烧时,煤中氮主要转化为N_(2),其次转化为NO;褐煤与CO_(2)气化时,N_(2)是最主要的含氮气体产物;褐煤与水蒸气气化时,NH_(3)是最主要的含氮气体产物。

Fe_2O_3对污泥热解特性及部分NO_x前驱物转化规律的影响

使用热重-质谱联用(TG-MS)技术研究Fe_2O_3对污泥热解特性以及部分NOx前驱物转化规律的影响,根据TG与DTG曲线,分别求出不同Fe_2O_3含量的污泥在热解过程中的挥发分析出指数Rv.结果表明,Fe_2O_3的加入会抑制污泥热解低温段与中温段挥发分的析出,但是在高温段,由于Fe4N等含Fe化合物的分解,挥发分析出随着Fe_2O_3含量增加而增大;在Fe_2O_3与污泥质量比为0、0.1、0.2和0.3的工况下,随着Fe_2O_3的含量增加,NOx前驱物的释放量先减少后增加,并且在Fe_2O_3与污泥质量比为0.2时,Fe_2O_3对NOx前驱物抑制效果最好.

Fe_2O_3对甘氨酸热解特性及氮转化的影响

选用污泥中典型氨基酸-甘氨酸(Gly)为研究对象,利用差式热值分析-质谱联用技术(DSC-MS)和固定床实验研究了Fe_2O_3对甘氨酸热解特性、NO_x前驱物生成规律以及氮转化特性的影响。结果表明:热解特性实验中,由于Fe_2O_3将Gly的第一热失重阶段一分为二,导致其热解过程由2个阶段增至3个;Fe_2O_3使Gly热解起始温度及气体析出温度降低50℃,并通过促进半焦的二次裂解反应使Gly失重率增加23%。与Fe_2O_3对Gly热解过程的影响一致,Fe_2O_3将含N气体析出过程同样分成3个独立的阶段。固定床实验中,在Fe_2O_3/N=0.5时,Fe_2O_3最大程度地抑制了NO_x前驱物(NH_3和HCN)析出,使其减少30%。由于Fe_2O_3促进肽脱水缩合、环化和芳香化反应,使得更多P-N、N-5和N-6固定在半焦中,半焦氮残留率增加5%。

准东高铁煤与稻草秆热解NO_x前驱物释放规律研究

氨(NH_3)和氰氢酸(HCN)是燃料热解过程中的主要含氮化合物,也是燃烧过程中重要的NO_x前驱物,因此研究热解过程中HCN/NH_3的释放规律与转化机制,对降低NO_x排放意义重大。借助热重-质谱联用(TG-MS)系统开展实验研究,探讨了准东高铁煤与稻草秆热解过程中NO_x前驱物的释放规律。研究表明:准东高铁煤与稻草秆的热解产物中,NH_3是主要的NO_x前驱物;NH_3与HNCO、HCN与CH_3CN的释放规律趋同;同等实验条件下,稻草秆热解的NO_x前驱物释放量明显高于准东高铁煤的;准东高铁煤与稻草秆混合热解时,当稻草杆掺混质量百分比从10%增加至40%时,NO_x前驱物的释放量呈先减少后增加的趋势,NO_x前驱物释放量最低时的掺混比为30%,说明稻草秆与准东高铁煤共热解时,二者对NO_x前驱物的释放具有一定的协同耦合抑制作用。

广州市近地面臭氧时空变化及其生成对前体物的敏感性初步分析

近地面臭氧（O_3）污染已日益成为我国城市群地区空气质量难题。基于近年广州国控空气质量观测站点及广州塔的在线观测数据,结合代表性站点典型时间段VOCs的离线采样观测,探讨了广州市O_3浓度的时空变化和污染特征,并初步分析了O_3生成对前体物VOCs和NOx的敏感性。结果表明：2009—2014年广州市近地面O_3浓度年均值波动上升,每年6~10月份O_3浓度最高,一般以10月份污染最严重;O_3浓度日变化呈单峰特征,高值在14：00左右;空间分布上O_3浓度呈现中心城区低、南北郊区高的特征,而2015年1~5月份广州塔观测发现488m高度O_3浓度显著高于168m、118m和6m高度,且其峰值相对延迟1h左右;广州中心城区O_3生成属VOCs敏感型,秋季南部近郊区以VOCs敏感型为主,北部和离中心城区较远的南部郊区属于过渡型;夏季南部远郊属于过渡型但偏NOx敏感型。

DDBD协同MnO_x催化氧化降解低浓度甲苯

采用DDBD协同不同前驱物制备MnOx氧化降解低浓度甲苯,考察催化前驱物对甲苯降解、O3和NOx产量的影响。结果表明:特定输入能量为25 J/L时,仅采用DDBD对甲苯降解效率最高可达50.7%,且产生O3、NO和NO2等副产物;MnOx催化氧化能力为MnOx(MA)>MnOx(MS);其中,采用DDBD-15%MnOx(MA)降解甲苯时最大去除率为97.5%,NO和NO2最大去除率分别为80.0%和43.7%,COx选择性最大值为73.4%,在尾气中仅有少量的O3被检测到。