CuO-WO3/TiO2催化氧化燃煤烟气中Hg0试验研究

提高燃煤电厂现有选择性催化还原(SCR)催化剂催化氧化单质汞(Hg^0)的性能,能够有效增强燃煤电厂利用现有烟气污染物控制装置协同脱汞效率。采用分步浸渍法制备了一系列CuO-WO3/TiO2(CuWTi)催化剂,在温度150~350℃时模拟燃煤烟气条件,考察了催化氧化Hg^0性能,并与商用脱硝催化剂进行了比较。探究了烟气中O2、SO2和NO等气体对Hg^0氧化性能的影响规律。发现商用脱硝催化剂和WTi催化剂在不含HCl的模拟烟气中对Hg^0氧化率均在30%以下,而Cu2W8Ti催化剂具有较好的Hg^0氧化性能。采用X射线光电子能谱分析仪(XPS)对催化剂进行了表征,结果表明,CuO与WO3的相互作用在催化剂表面生成了丰富的化学吸附氧,促进了Hg^0的氧化。Hg^0在Cu2W8Ti催化剂表面的氧化过程遵循Mars-Maessen机制。

电协同铁活化过硫酸盐降解有机污染物的研究进展

电协同铁活化过硫酸盐(PS)作为产生硫酸根自由基(SO_(4)^(-)·)最有效的方法之一,广泛应用于有机污染物的降解。系统讨论了PS浓度、温度、电流密度和pH值对该体系降解有机污染物效能的影响和作用机理。分析了目前该体系降解有机废水存在的问题和面临的挑战,并对今后的发展方向进行了展望。

Mn掺杂VWTi催化剂宽温区脱硝实验研究

采用溶胶凝胶法制备了一系列锰掺杂VWTi催化剂,在固定床反应装置上测试了催化剂宽温区脱硝性能,同时考察了催化剂的制备工艺、烟气组分、反应温度、空速等因素对催化剂宽温区脱硝活性的影响,并借助BET、XRD、XPS、SEM和H_(2)-TPR等手段对催化剂进行表征分析。结果表明,Mn掺杂显著提高了催化剂在200-300℃的脱硝效率,较低的干燥温度有利于提升催化剂的脱硝活性。催化剂的表征表明,随着干燥温度的上升,催化剂表面的TiO_(2)由锐钛矿晶型向金红石晶型转变、催化剂表面的化学吸附氧占比明显减少、高价锰占比减少、催化剂表面活性组分锰元素和钒元素的占比明显减少、催化剂的低温还原峰逐渐消失,从而降低了催化剂的催化氧化活性。

电化学反应性捕集CO_(2)研究进展与挑战

CO_(2)捕集是控制温室气体排放的关键技术之一,电化学CO_(2)还原是关闭人工碳循环的有效途径,但CO_(2)捕集和电化学CO_(2)还原过程均为能源密集型过程。过去的研究将两者视为相互独立的技术和科学领域进行发展。通过直接电解捕集介质(如胺基富液和碳酸氢盐),将上游的碳捕集和下游的电化学还原过程进行集成耦合,可以避免高能耗的捕获介质再生和CO_(2)释放环节,避免CO_(2)的运输和存储操作,降低整体工艺的运行成本,提升整个碳循环的能量效率和经济效益,为节约能源和经济高效地捕集利用CO_(2)提供了一个潜在的解决方案。总结了目前电化学反应性捕集CO_(2)的研究进展,论述了在电极和电解质方面取得的成果,讨论了影响集成电解效率的限制因素,并分析了各类因素的潜在影响机制和可能的反应路径。最后,强调了直接电化学还原捕集介质领域的主要挑战和机遇,并对未来耦合碳捕集与电化学利用过程的发展进行展望。

面向碳捕集的液-固相变吸收剂的研究进展

人类工业活动排放的大量CO_(2)气体是导致全球变暖的主要因素,CO_(2)捕集、封存与利用(CCUS)是实现碳减排和应对全球变暖最有效的技术方向。目前,工业上多采用的醇胺法捕集CO_(2)存在解吸能耗高的问题,寻找低能耗的碳捕集方法成为目前研究的重点。基于相变吸收剂的碳捕集过程所需的再生能耗较传统的醇胺法大大降低,被认为是理想的替代方法。综述了CO_(2)液-固相变吸收剂的研究现状,探索了液-固相变吸收剂的相变机理,并对液-固相变溶剂的研究动向和技术发展前景进行了展望。

基于31P-NMR技术循环冷却水系统污垢中有机磷提取方法研究

循环冷却水系统内污垢中有机磷组分的准确定性定量分析是系统调控药效的重要基础。液相磷谱核磁共振(31P-NMR)由于高灵敏度、高精度和对样品的低破坏性,逐渐被用于水环境中磷分析。建立有效的污垢中有机磷提取方法对成功利用31P-NMR进行测试至关重要。以有机磷提取量为评价指标,对提取剂种类、提取时间及提取垢量进行优化。结果表明,当提取垢量为0.4 g,提取剂为0.25 mol/L NaOH+0.05 mol/L EDTA溶液,体积为25 mL,提取时间为20 h时,颗粒态有机磷提取效果最好,其质量浓度可达26.60 mg/L;提取物的31P-NMR结果中m(磷酸单酯+正磷酸盐)∶m(膦酸盐)约为4∶1,与原配水有机磷比例一致。所建提取方法准确,提取效果好,且操作简便,为31P-NMR精准分析循环冷却水系统中颗粒态有机磷奠定了基础。

干旱地区水环境容量的研究:以张家口市境内永定河为例

干旱流域水质恶化已成为不可忽视水环境问题,其显著特点为水量较小,污染严重,改善任务十分艰巨。本文以张家口市境内永定河上游为例,根据水体污染现状,选取化学需氧量、氨氮和总磷作为容量核算因子,应用适用于干旱区的改进系数公式法,研究张家口市永定河上游流域的水环境容量及其合理分配问题。结果表明:张家口市永定河上游流域化学需氧量、氨氮和总磷的水环境容量分别为16264.4、789.15、183.64 t·a^-1;工业、城镇生活、农村生活、农业面源、畜禽养殖和旅游业的化学需氧量削减量分别为317.05、3108.66、318.10、67.14、130.19、207.57 t·a^-1;氨氮削减量分别为72.83、1212.64、238.95、45.48、237.37、97.89 t·a^-1;总磷削减量分别为2.23、61.48、12.35、4.49、10.87、3.39 t·a^-1。研究所得永定河上游张家口区域内水环境容量科学合理,为张家口市相关部门开展水环境治理、制定重点企业排放限值提供了科学依据,具有切实可行的实际意义。

新工科背景下《化学反应工程》课程的教学改革和探索

《化学反应工程》是化工类专业学生的本科核心课程。针对新工科背景下我国能源化工行业创新型人才的迫切需求,通过教学改革和探索,建立多元化的教学模式;将理论知识与工业化生产有机结合,贯彻"新工科"教育理念,培养具有工程意识的复合型人才;改革教学体系,精选教学内容,融合国家科技项目成果,提高学术成果产出,大幅度提高学生的创新意识,对相关专业课的改革与建设提供借鉴意义。

基于协同机制绿色阻垢剂的性能研究

为了改进阻垢剂性能、获得更加绿色环保的药剂,将天冬氨酸-柠檬酸共聚物(PAC)和2-磷酸基-1,2,4-三羧酸丁烷(PBTCA)复配得到低氮低磷型复合药剂PAC-PBTCA,在分析不同抑制机理协同作用的基础上,利用静态阻垢法分别评价了PAC、PBTCA 2种单体和二者的复配药剂对高盐分下硫酸钙的阻垢效率,结合垢体的原子力显微镜图(AFM)和X射线衍射图(XRD)探讨了PAC-PBTCA复合药剂的高效抑垢机制。结果表明,当PAC与PBTCA的物质的量比为1∶2,水样Ca^2+质量浓度为3500 mg/L,pH值为7,恒温时间为25 h,恒温温度为70℃时,PAC-PBTCA复合药剂对CaSO4阻垢效率高达93.51%,明显优于单体PAC的90.69%和PBTCA的83.18%;抑垢机制分析表明PAC-PBTCA复合药剂通过降低微晶粒径而达到抑垢效果,当PAC和PBTCA以特定比例同时存在时两者具有良好的协同作用和水溶性。PBTCA可吸附在微晶体上,PAC通过其良好的亲水性和线性搭桥作用可将多个微晶分散到水中。

燃煤电厂煤及其燃烧副产物中砷形态分析

燃煤电厂煤中砷(As)的形态在燃烧过程中不可避免地会发生转化。煤及其副产物中砷的形态与人体健康和环境安全密切相关,亟待鉴别。然而目前针对煤燃烧相关产物中砷形态的前处理手段和分析方法尚缺乏。本研究采用高效液相色谱-氢化物发生-原子荧光光谱法(HPLC-HG-AFS)成功测定了电厂煤、粉煤灰和石膏中砷的形态,优化了仪器参数、提取试剂和前处理方法(超声和微波辅助)。优化后,无机砷的分离时间缩短至7 min,As(Ⅲ)和As(V)的检出限分别为1.8 ng/g和4.6 ng/g。砷形态的高效提取剂为1.0 mol/L磷酸和0.1 mol/L抗坏血酸的混合溶液。微波辅助(2000 W、80℃、40 min)和超声辅助(40 kHz、20℃、40 min)分别是煤/粉煤灰和石膏样品中砷形态的最佳提取方法。在微波和超声波辅助提取条件下,As(Ⅲ)/As(V)的回收率分别为95.8%/104.5%和90.6%/89.7%。样品分析结果表明,煤中砷主要以As(V)形式存在,As(Ⅲ)所占比例很小,而在粉煤灰和石膏中只观察到As(V)。该研究揭示了As(Ⅲ)向As(V)的转化是气态砷捕获的关键,可以为控制电厂砷排放提供科学依据。

MEA活化MDEA工艺天然气选择性脱硫脱碳研究

为改善甲基二乙醇胺(MDEA)的天然气选择性脱硫脱碳性能,降低溶剂再生能耗,提出采用一乙醇胺(MEA)活化MDEA法进行天然气选择性脱硫脱碳,并采用Aspen HYSYS对工艺进行了模拟。结果表明:添加MEA加速了吸收剂的H2S、CO2吸收速度,提高了脱硫脱碳效率,H2S选择因子由55.5提高至96.6,贫液循环量下降,综合考虑吸收性能和再生能耗,以4%的MEA添加量为宜;MEA活化MDEA工艺可将再生能耗由3.54 GJ/t CO2显著降低至2.15GJ/t CO2。该工艺可显著活化传统MDEA工艺的选择性脱硫脱碳性能,并大幅降低溶剂的再生能耗,有广阔的应用前景。

工程教育专业认证背景下可再生及清洁能源技术教学改革探索

可再生及清洁能源技术是大学本科专业选修课,其能更好地服务当今“双碳”计划的实现。依据工程教育专业认证提出的以学生为中心这一中心思想对该课程进行教学改革,通过精心组织教学内容、增强课堂互动、翻转课堂以及优化考核方式等,认真贯彻工程教育专业认证的中心思想,提高学生学习的积极性和主动性,提升学生的创新能力和创新意识,助力国家复合型人才的培养。

半主动式薄膜型声学超材料超低频隔声特性研究

针对变电站50 Hz的超低频噪声较难控制的特点,设计一种半主动式薄膜型声学超材料,通过仿真模拟计算其隔声特性。该材料以钕铁硼磁铁作为中心质量块负载于边界固定的橡胶薄膜上,并装配通电螺线管作为半主动控制系统。通过仿真模拟及数值分析手段对其隔声特性进行研究。通过改变电流强度准确控制中心钕铁硼磁铁质量块的受力,最终改变薄膜张力,实现隔声峰频率的控制,与一般的薄膜声学超材料相比,其具有缓解薄膜材料疲劳等优点;并对薄膜厚度以及质量块厚度、大小对薄膜型声学超材料声学特性的影响进行研究。仿真结果表明:该材料对于50 Hz的超低频噪声隔声量达到130 dB,具有优良的隔声性能。

《化工机械与设备》课程教学改革与探索

《化工机械与设备》是为化工与制药类学生开设的一门专业基础课程。其内容涉及到工程力学基础、化工设备材料、化工容器设计及典型化工设备的机械设计等四部分。随着教学改革的不断深入,不同专业对这门课的教学内容及侧重点提出了不同的要求。本文从专业适用的角度分析了原授课内容的不妥之处,在“降学时”要求下精选讲授内容,提高学生学习效率与工程意识。

臭氧/氧化镁同时脱硫脱硝的反应特性

本实验利用一套自行设计的鼓泡反应装置进行了臭氧前置氧化、氧化镁溶液吸收的脱硫脱硝反应特性研究,探索了臭氧浓度、混合烟气温度、吸收液pH值、反应温度、SO2及NO初始浓度等参数对脱硫脱硝效率的影响。结果显示,高O3浓度和烟气温度有助于SO2和NO的脱除,但吸收液pH值和反应温度不宜过高,烟气中的SO2浓度变化对NO的脱除效率影响甚微。最佳实验条件下SO2脱除效率可达99%,NO脱除效率可达52%。

超胞声子晶体板的轻量化设计与研究

由于局域共振型声子晶体板具有优秀的低频声学特性,相关的研究越来越丰富,但多为实验室环境下的研究,对其工程应用方面的轻量化研究存在不足。因此,本文以变电站低频噪声为应用背景,提出一种局域共振型声子晶体板轻量化设计方法。基于此方法,设计出一种针对变电站噪声频谱特性的轻量化超胞声子晶体板。研究发现,此声子晶体板在50 Hz和100 Hz同时具有明显的声传输损失峰,隔声量分别为67 dB和48 dB,并通过振型位移及声压级复合声强流线图对其隔声机理进行了分析研究。本研究对今后声子晶体板的工程应用和变电站噪声控制都具有指导意义。

三相电抗器立体井型线声源等效模型的建立

随着社会发展和人民环保意识的提高,特高压(ultra high voltage,UHV)噪声污染的投诉与纠纷日益增多,已经成为制约电网绿色发展与建设的重要因素。通过对特高压变电站内主设备噪声的测量,发现三相电抗器噪声最大,且出现极大与极小值交替现象。说明电抗器噪声在传播过程中存在明显的干涉效应,这也是造成常用商业噪声软件的预测值与实测结果不符的主要原因。为解决此问题,基于有限元法(finite element method,FEM)声固耦合及有限元法-边界元法(FEM-boundary element method,FEM-BEM)耦合理论,使用数值仿真软件COMSOL对三相电抗器声源特性及声源等效模型建立方法展开研究。研究发现三相电抗器噪声频谱中100 Hz的声功率级占比全频带声功率级超过90%,说明100 Hz是造成干涉效应的主要频率。并基于此频率提出一种通过设置井型线声源的方法建立三相电抗器声源等效模型。结果显示:模型仿真计算的预测结果与实测值的趋势基本一致,差异在修正后实现了较高的吻合度。研究对于三相电抗器设备的噪声预测与治理具有现实指导意义,为特高压输变电工程的进一步精细化设计提供了一种有效思路与方法。

铜改性凹凸棒土催化剂对Hg^0及NH3的氧化性能研究

采用改进湿式浸渍法制备了兼备汞氧化和氨氧化活性的铜改性凹凸棒土(Cu3-ATP)催化剂,对其进行SEM、H2-TPR和NH3-TPD表征,并在150-400℃测试其汞氧化及氨氧化性能。结果表明,铜物种成功负载在ATP表面,显著提高了催化剂的氧化还原能力,增加了表面中强酸性位和部分强酸性位,从而有效促进Hg^0和NH3的氧化。HCl在Hg^0的高效氧化中起重要作用,高温不利于Hg^0氧化反应的进行,但能够促进NH3的氧化。在350℃下,Cu3-ATP对Hg^0和NH3的氧化效率均在90%以上。影响因素实验显示,高空速下NH3对汞氧化反应有明显抑制作用,而低浓度Hg^0及HCl对氨氧化活性无显著影响,当气体空速(GHSV)低于5×10^4 h^-1时,Cu3-ATP能够实现NH3和Hg^0的同时氧化。此外,汞的氧化反应具备良好的抗硫性和抗水性,而SO2对氨氧化有一定抑制作用。

离子液体吸收CO_(2) 研究进展

介绍了传统离子液体、功能化离子液体以及相变型离子液体吸收剂在CO_(2)捕集方面的研究进展,并从吸收容量、粘度和温度等不同方面探讨了影响离子液体吸收CO_(2)的因素,指出了离子液体型吸收剂应以低成本、低粘度和高吸收能力等作为以后的研究重点以及发展方向,有助于实现“碳达峰,碳中和”的目标,具有重要的科学意义和应用前景。

TiO2低温催化解吸CO2过程研究

为降低传统的吸收法捕集CO2工艺的解吸能耗,本研究提出以TiO2作为解吸催化剂,构建低温解吸工艺。首先采用吡啶-红外和比表面积测试研究了TiO2催化剂的酸性位点及比表面积,其次考察了TiO2对一乙醇胺(MEA)富液在低温下(98℃)的催化解吸动力学及解吸能耗。研究结果表明,TiO2催化解吸速率显著高于未添加催化剂的空白样品,再生能耗由19.95降低至14.93 GJ/t CO2。基于TiO2催化剂的低温解吸工艺有望促进CO2再生过程的解吸动力学,并降低CO2解吸能耗。