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。

超积累植物东南景天热解过程中Cd的迁移转化规律及炭产物安全利用研究

在管式炉对Cd超积累植物东南景天(Sedum alfredii)进行热解,研究热解过程中Cd的迁移和形态转化,并在最佳温度条件下探究制备的东南景天生物炭对Cd的吸附作用。结果表明,随着温度上升,生物炭产率下降,挥发分增加;温度能影响Cd在气、液、固三相中的分布,温度升高能明显促进重金属由固相向气相迁移;生物炭中Cd形态受温度影响,随温度升高,对环境影响较大的水溶态和酸溶态Cd含量呈现出降低趋势,在700℃以上时,大部分Cd是以稳定的可氧化态、可还原态以及残渣态形式存在;800℃热解得到的东南景天生物炭对Cd具有一定的吸附效果,最高吸附量达到28.7mg/g。通过合理控制热解温度能够实现炭产物的稳定化,并可安全利用到重金属污染水体或者农田污染治理中。

高硫石油焦热解过程及硫形态的变化特性

在管式炉实验装置上进行不同温度高硫石油焦N_2气氛热解实验,并利用X射线光电子能谱分析(XPS)技术进行表征,深入分析高硫石油焦热解过程中硫形态变化特性,同时采用热重-红外联用(TG-FTIR)技术深入分析热解过程。热重分析结果表明,高硫石油焦热解经历了干燥脱水阶段,长链脂肪烃、稠环芳香烃等组分分解阶段,在430℃和635℃失重速率达到最大形成失重峰。红外分析结果表明,高硫石油焦热解释放气体主要包括CO_2、CH_4、H_2O、SO_2、芳烃化合物和脂肪族化合物等,并且在不同温度区间释放气体组成有着巨大的差异。XPS分析结果表明,高硫石油焦表面硫含量及存在形态与热解温度紧密关联,随着热解温度的不断升高,高硫石油焦表面硫含量在700℃达到最大值,不同硫形态之间发生相互转化。

一种小型热释电能量转换装置的特性分析

设计了一种小型热释电能量转换装置,基于热释电效应对该装置进行了理论分析,推导出了该装置的输出电流与电压的表达式。通过理论分析与实验的方法对简谐热激励下该装置的能量转换特性进行了研究,结果表明:当对装置进行调频处理时,热释电单元表面的温度将发生周期性的变化,并且在其正负极之间产生周期性变化的电压;调频频率、热源功率、装置散热情况及热释电陶瓷表面吸热率对该装置的输出电压会产生一定的影响;该装置产生的电能能量密度可达7.4mJ/cm3,可满足某些特殊场合的能量需求。

不同气氛下蜈蚣草热处理过程中砷的迁移规律

蜈蚣草是砷(As)的高富集植物,为研究在不同气氛下蜈蚣草热处理过程中As的迁移规律,利用管式炉在不同气氛(空气、N_2、CO_2)下对蜈蚣草进行热处理,实验发现:当温度在400~800℃之间时,3种气氛下蜈蚣草热处理过程中As的挥发率均随温度的升高先增加后减小,空气气氛下在500℃达到最高,占总含量的43%,N_2、CO_2气氛下,在600℃达到最高,占总含量的60%.As挥发率先随温度升高而增加是甶于低温区无机As的挥发,之后下降可能是甶于蜈蚣草中碱金属和碱土金属元素对As的固定作用.当温度高于800℃时,空气气氛下As的挥发率继续下降,而N_2和CO_2气氛下As挥发率迅速升高到90%,可能是甶还原性气氛中As化合物的稳定性下降造成的.FactSage软件模拟结果表明,随着温度的升高,蜈蚣草中As在空气气氛下主要以Ca_3(AsO_4)_2的形式存在,而在CO_2和N_2气氛下,主要存在的形式分别为As单质和AsN.模拟As形态的转化趋势能很好的验证真实的实验结果.

PZT与TeBi半导体材料热电转换特性的对比分析

选取PZT热释电陶瓷和TeBi半导体作为实验材料,对二者的热电转换特性进行了对比研究。采用恒热流和调频热流两种加热方式对热释电陶瓷和半导体发电片进行加热,使其进行热电直接转换。实验结果表明,PZT热释电陶瓷在调频热流作用下热电转换效果较好,其最优转换频率在0.1Hz左右,热释电陶瓷所发出的电能为交流电,且表现出大电压、小电流的特点;TeBi半导体在恒热流作用下热电转换效果较好,其所发出的电能为直流电,表现出小电压、大电流的特点。

平板降膜溶液除湿再生过程实验研究及模型验证

在平板降膜溶液除湿/再生实验平台上,以LiCl水溶液作为除湿溶液,实验研究了空气、溶液的入口参数对空气出口参数的影响,并根据实验数据得到了耦合传热传质系数的关联式,为NTU-Le模型提供了重要的数据支持,同时将实验数据与NTU-Le传热传质模型计算所得的数据进行比较,来验证NTU-Le传热传质模型在平板降膜溶液除湿/再生过程中的适用性和准确度。结果显示:实验数据和模型计算值之间的偏差均在10%以内,表示NTU-Le模型适用于平板降膜溶液除湿/再生过程。

热解温度对不同生物炭吸附铅和镉性能的影响

以芦苇、花生壳和稻杆为原料,分别在300℃和600℃下制备生物炭,考察不同生物炭对溶液中Pb^(2+)和Cd^(2+)的吸附性能,探讨其吸附机理。实验结果表明:准二级动力学模型和Langmuir等温吸附模型能够更好地拟合不同生物炭对Pb^(2+)和Cd^(2+)的吸附过程,生物炭对Pb^(2+)和Cd^(2+)的吸附均为化学吸附;3种生物炭对Pb^(2+)和Cd^(2+)吸附能力的顺序为稻杆生物炭(DBC)>花生壳生物炭(HBC)>芦苇生物炭(LBC);600℃制备的生物炭(DBC600)对Pb^(2+)和Cd^(2+)的吸附性能更好;25℃时,DBC600对Pb^(2+)和Cd^(2+)的饱和吸附量分别为91.06 mg/g和44.15 mg/g。3种生物炭吸附Pb^(2+)和Cd^(2+)过程的ΔG小于0,表明该吸附过程是自发的。3种生物炭吸附Pb^(2+)和Cd^(2+)的主要机理为矿物沉淀作用和离子交换作用,随热解温度的升高,离子交换作用在Pb^(2+)和Cd^(2+)吸附过程中的贡献率减小,金属阳离子与π电子间的配位作用的贡献率增大,而金属阳离子与含氧官能团间的配位作用的贡献率较小。

化学链干重整联合制氢热力学分析及实验

提出了一种化学链甲烷干重整联合制氢工艺。该工艺由还原反应器、干重整反应器、蒸汽反应器和空气反应器组成,在实现制氢的同时获得可变H2/CO比的合成气。借助ASPEN plus软件和小型流化床实验台,在等温条件下,温度900℃,采用Fe2O3/Al2O3载氧体,对该工艺进行热力学分析和实验验证。结果显示,当铁氧化物被还原至FeO/Fe时,干重整反应器内甲烷转化率可以达到98%,CO产率可以达到94%。干重整反应器中同时发生甲烷干重整和部分氧化反应,载氧体内部晶格氧可以有效降低积炭并提高合成气H2/CO比。积炭发生于晶格氧消耗殆尽时。积炭进入蒸汽反应器,发生气化反应,降低氢气纯度。

Fe-Ce-Mn/TiO2脱硝催化剂热还原再生实验研究

以Fe-Ce-Mn/TiO2催化剂为研究对象,对中毒后的催化剂进行350℃~550℃空气、H2、NH3热还原再生研究。结果显示空气热再生后的催化剂表现较好,在200℃以下的效率能恢复20%左右,中高温效率基本恢复至新鲜水平。通过XRD、BET、XRF、XPS、in situ DRIFTS等表征手段发现NH3再生在550℃以下只能使硫酸铵盐分解,恢复程度与空气相当。H2能将生成的Mn SO4还原,使催化剂中S含量大幅减少,但还原过程中会生成Mn TiO3固溶体并伴随烧结、孔道坍塌使得催化剂比表面积和孔容大幅减小,因此再生后催化剂在整个中低温段的效率均较差。除金属硫酸盐外,Lewis酸位点的大量减少是导致催化剂低温效率降低的原因之一,热还原再生后催化剂Lewis酸性有一定加强。

生物质定向热解制备高附加值化学品研究进展

石油化工产品是制备众多生活和生产用品,如化妆品、润滑油、塑料制品、合成纤维等的原材料,这使得人类对以石油为原料生产的各种化学品的依赖非常严重。基于此,以可再生生物质为原料生产高附加值平台化学品受到了广泛关注。生物质定向热解可选择性地制备多种高附加值平台化学品,已成为目前全球研究的前沿和热点。对生物质定向热解制备多种常见的高附加值化学品进行了系统地概述,首先总结了热解原料、热解方式、预处理方式、反应温度、反应时间、催化剂等条件对目标高附加值产物的影响规律,然后分析了生物质定向热解制备目标产物的反应路径,最后对生物质定向热解制备平台化学品的未来发展方向进行了展望,为生物质的高效转化利用提供一定的依据和借鉴。

增压O_2/CO_2气氛下煤燃烧特性实验研究

增压O2/CO2燃烧是一种可高效分离回收CO2的新兴燃烧技术,其燃烧机理与常压空气、常压O2/CO2燃烧存在较大差异。在加压热重分析仪上研究了增压条件下总压、氧浓度、气氛及粒径等反应参数对美国烟煤和淮北无烟煤燃烧特性的影响,确定了煤的着火温度,并对其进行燃烧动力学分析。结果表明,增压O2/CO2气氛下,随着压力或氧浓度的增加,DTG曲线向低温区移动,煤样整体燃烧速率加快。压力提升、氧浓度增加及煤粉细化均可改善O2/CO2气氛下煤样的着火特性。常压O2/CO2气氛下煤粉燃烧基本属于一级反应;增压O2/CO2气氛下,低温区属于0.5级反应,而高温区属于1.5级反应。

水蒸气法制备污泥质活性炭的实验研究

以污泥和木屑为原料,采用管式炉水蒸气活化法,对流化床热解炉制得的热解炭进行制备活性炭的研究,分析了活化因素对活化效果的影响、亚甲基蓝在活性炭上的吸附平衡和动力学、污泥活性炭浸出液中重金属的含量及其孔结构等性能.实验结果表明:随着活化温度的升高、活化时间的延长和水蒸气流量的增加,活性炭的得率不断降低,亚甲基蓝的吸附值先升高后降低;污泥中添加20%木屑时制得的活性炭的吸附性能是纯污泥质活性炭的一倍多;Langmuir吸附等温线模型、准二级反应模型能够比较准确地描述亚甲基蓝在污泥活性炭上的吸附相平衡及吸附过程,平衡时活性炭对亚甲基蓝单层最大吸附量为71.43mg/g;污泥质活性炭的孔结构以过渡孔为主;浸出液中只有少量的重金属.

典型煤灰成分细颗粒物在过饱和水汽环境中的长大特性

实验采用专门针对液滴的滴谱仪作为测量工具,以典型煤灰成分细颗粒物石英、氧化铁、莫来石、硫酸钙为研究对象,在热水与冷空气接触形成的低过饱和度下进行了蒸汽异相凝结长大实验研究。考察了颗粒润湿性、粒径以及热水温度对颗粒长大效果的影响。结果表明,润湿性好的颗粒长大效果好,初始粒径越小的颗粒长大倍数越大;热水温度对颗粒长大影响非常明显,热水温度越高,颗粒越容易发生异相凝结,颗粒最终直径越大。

松木屑催化热解及热解油分析

以松木屑为原料,选取无水Na2CO3、无水Al2O3、凹凸棒土、ZSM-5共4类催化剂,利用管式炉实验及色质联用(GC-MS)分析仪进行热解特性研究,探索了热解产物产率和组分特性的变化规律.实验结果表明,松木屑在热解温度为550,℃时,产油率达到最大值51.47%(质量分数);无催化剂条件下松木屑热解油主要成分为酸类化合物,加催化剂条件下松木屑热解油主要成分为酸类和酮类化合物,催化剂的加入主要影响了呋喃类、醇类、糖类和含氮类化合物的质量分数.ZSM-5催化剂的催化性能最佳,其能够提高热解油产率,其对应的热解油中酯类、呋喃类和芳香族类等能够提高热解油品质的化合物质量分数均较高,而糖类、含氮类等化合物质量分数较低,能够提高热解油的稳定性.

高斯拟合在污泥热重曲线解析中的应用

对2种不同种类污泥的燃烧过程进行热重分析（TG）,研究升温速率对燃烧特性的影响,运用高斯多峰拟合方法对热重曲线解析,基于平行反应机理将燃烧过程分解为3个独立的平行反应。根据平行反应机理建立动力学模型,计算不同升温速率下各组分活化能。研究结果表明：热重曲线可以分解为3个彼此交叉的高斯拟合峰,分别对应污泥中挥发分、生物可降解物质和固定碳的燃烧过程,挥发分的燃烧区间为200-400℃,生物可降解物质的燃烧区间为400-500℃,固定碳的燃烧区间为500-800℃。各组分活化能随升温速率的变化趋势表明：无限制增加升温速率反而不利于各组分活化能的降低。

中国散裂中子源样品变温环境设备技术

中国散裂中子源(CSNS)中子散射样品变温环境设备是中子源上应用最广泛的样品环境设备,为了拓宽CSNS的应用领域和测量样品类型,一期工程建设中设计制造了3大类样品变温环境设备,包括低温区的低温恒温器、中温区的水浴恒温设备和高温区的中子散射高温炉,其温区范围分别覆盖了0.3—300 K、243—473 K、473—2073 K。主要介绍上述3类样品变温环境设备的工作原理、系统设计以及工程进展,实现并完成了CSNS样品变温环境设备的系统性搭建和性能测试。

压缩空气溶液深度除湿干燥方法及实验验证

提出一种基于溶液除湿技术对压缩空气进行深度除湿干燥的方法。搭建压缩空气溶液除湿系统性能测试实验台,以空气出口含湿量和除湿量作为除湿性能的评价指标,对LiCl-H2O溶液用于压缩空气的逆流除湿过程进行实验研究。探讨压缩空气、溶液进口参数对空气出口含湿量以及除湿量的影响,结果表明:压力0.5 MPa下,空气出口含湿量能够达到0.9g·kg-1,且一定压力下系统除湿量随着空气流速、溶液质量流量、溶液质量分数的增加而增大,验证了压缩空气溶液深度除湿干燥方法在相关领域应用的可行性。

适宜增压流化床操作参数提高生物质热气化气合成甲烷效率

生物质热化学气化制取甲烷是人工获取代用天然气的重要方式之一,其中生物质热气化气合成甲烷是该技术的关键步骤之一。在自行设计的增压流化床反应系统上,开展生物质气化气合成甲烷的试验,分别研究了反应温度、反应压力、空速和氢碳比对甲烷生成速率和CO转化率的影响。结果表明,在增压流化床反应器上可高效的合成甲烷,最大甲烷生成速率超过3.2 mol/(L·h),CO转化率超过80%。提高反应温度有利于甲烷生成速率和CO转化率的提高,且当反应温度在350℃左右时达到最大值;反应压力对甲烷化过程有很大影响,提高反应压力有利于甲烷化过程;随着空速的增大,甲烷生成速率增加,但是CO转化率会下降;而甲烷生成速率和CO转化率则随着氢碳比的增大而增大。为获得较高的甲烷生成速率和CO转化率,适宜的反应温度在350℃左右,空速在10 000 h-1,氢碳比在3附近,反应压力可取在0.3 MPa左右。该研究结果将为进一步研究生物质热化学气化制取甲烷奠定基础。

纸厂废弃塑料焚烧过程中HCl的排放特性

在小型管式炉中进行了纸厂含氯废弃塑料焚烧过程中HCl析出特性实验,研究了温度、粒径、停留时间对HCl析出的影响;同时借助热重-傅里叶红外光谱联用技术(TG-FTIR)研究了HCl在焚烧过程中的析出规律.结果发现,燃烧过程中Cl→HCl的转化率随温度、粒径和停留时间的增大而显著增加;TG-FTIR结果表明,HCl在200℃左右开始析出,300℃左右达到最大值,400℃后析出峰逐渐消失.XRD结果可知,残余氯以无机氯盐的形式存在灰样中.