生物炭替代煤粉/焦炭高炉炼铁碳减排技术研究进展

钢铁行业是能源消耗和碳排放大户,因此在碳中和背景下寻求可替代传统煤的零碳原料是钢铁行业重点发展的碳减排技术。生物炭具有碳中性特征,碳含量和热值与煤接近,是煤粉和焦炭理想的替代原料。本文系统介绍了生物炭在炼焦、烧结、高炉炼铁中的潜在利用途径,并进一步聚焦生物炭应用于高炉炼铁时所需具备的理化特性,阐述了生物炭碱金属、强度、粒度与比表面积在替煤代焦时的影响及机理。针对碱金属降低焦炭强度等问题,介绍了酸洗等脱矿方法降低生物炭碱金属含量;针对生物炭机械强度差难以入炉问题,总结了焦炭强度形成机理和生物炭成型增强工艺;针对生物炭导致炼焦煤混合物流动性变差问题,通过调控生物炭粒度和比表面积以降低对焦炭的负面影响。最后,总结了生物炭替代煤粉和焦炭高炉炼铁的国内外进展及预期CO_(2)减排效果。通过分析生物炭替煤代焦目前工业应用中存在的挑战以及生命周期评价的相关研究情况,为未来钢铁行业实现碳中和提供技术支撑。

基于膜分离的沼气及烟气CO_(2)捕集技术应用进展

在实现“碳达峰、碳中和”目标过程中,碳捕集技术成为当下研究热点之一。目前,碳捕集技术主要包括吸收法、吸附法、膜分离法等。在众多碳捕集技术中,膜分离法利用气体分子在膜内渗透速率的差异实现分离,具有节能、高效、操作方便且无二次污染等优势,是近些年发展迅速的CO_(2)捕集技术。在过去的几十年里,虽然在文献中有许多种不同的碳捕集膜材料被报道,其CO_(2)分离性能远超Robeson上限,但只有少数膜材料被应用于工业过程中,或正在向工业应用方向发展。事实上,许多膜的研究在实验室规模下进行,测试膜面积较小,且对于膜分离法的实际应用报告较少。结合工业CO_(2)分离/捕集过程,介绍了商业膜和经过中试规模测试的膜的应用,分析了膜分离技术用于沼气脱碳和烟气碳捕集的试验进展及工程应用案例,并针对当前存在的问题,提出对未来基于膜分离法的工业碳捕集的发展方向的建议。

多孔碳材料室温下催化氧化H_(2)S的研究进展

硫化氢(H_(2)S)是一种剧毒和腐蚀性气体,即使是在低浓度水平下,也会对工业生产、生态环境和人类健康产生不利影响。因此,从工业气体中脱除H_(2)S具有重要意义。近年来,室温下催化氧化H_(2)S(简称“催化氧化H_(2)S”,下同)具有成本低、脱除效率高和可回收硫资源等优点,受到了科研人员的广泛关注。多孔碳材料具有比表面积高和孔体积大的优点,适合用作催化氧化H_(2)S的催化剂。首先分析了多孔碳材料催化氧化H_(2)S的反应机理,然后在此基础上综述了可用于催化氧化H_(2)S的多孔碳材料的研究进展,指出通过采用不同的改性方法,如杂原子掺杂、碱溶液浸渍和金属氧化物负载等可以明显提高多孔碳材料催化氧化H_(2)S的性能。最后对多孔碳材料催化氧化H_(2)S的研究重点和有待解决的关键科学问题进行了展望,可为该领域的未来研究提供参考。

基于InVEST模型的重庆市碳储量不确定性分析

城市化进程改变了土地利用格局,影响了陆地生态系统碳库中蕴含的碳储量,降低了生态系统的调节能力,直接关系到城市生态系统服务价值供给、土地利用规划。因此,理清城市发展过程中生态系统碳储量的时空变化及土地类型演变,对于探索城市可持续发展具有重要意义。然而目前相关研究中通常选用单一的土地利用/覆盖(LULC)数据集估算碳储量,导致研究结果具有较大不确定性。为此,该研究利用生态系统服务和权衡的综合评估模型(InVEST模型),结合多组常用LULC数据集,探索数据集选取对典型城市(重庆)碳储量估算、土地利用类型演变的影响,以期更好地反映城市发展过程中碳储量的时空变化及土地利用类型演变。结果表明:重庆市近10年的土地利用类型演变较为剧烈,大量耕地向建设用地、林地转移,2010-2020年间平均耕地转入建设用地的面积比2000-2010年多400 km^(2)以上;基于不同数据集估算的重庆市碳储量略有差异,估算结果在972.08~1069.70 TgC(10^(12)g C)之间;越靠近中心城区,碳储量下降越明显,主城区近20年的碳储量下降了(2.8±0.6)Tg C。研究结果说明在城市快速发展过程中,用地类型演变加速,更应注重生态环境保护和坚守用地红线,同时研究可为城市土地资源管理提供数据支撑,有利于制定更科学的土地资源管理规划。

碳中和新课程在混合式教学模式中的应用探析

在我国在加强以降碳为重点战略方向生态文明建设的新形势下,高校亟需碳中和人才培养提质行动,依托于混合式教学模式的碳中和新教程的教学具有较强的创新性、可操作性和应用价值。在碳中和新课程教学实施中,将思政元素融入教学过程,按照从理论到实践然后综合应用的思路进行设计。课前,充分利用线上教学平台。课中,多元化授课方式,提高和巩固课程成效。课后,理论结合实践,让碳中和理念扎根于心,并实行由线上平台、小组汇报和实践报告三部分分数组成的形成性评价。

CO_(2)捕集过程中气液传质强化研究进展

CO_(2)捕集是实现碳中和的托底性技术。化学吸收法是最具商业化潜力的技术之一,而吸收过程中气液传质强化是影响CO_(2)捕集效率、能耗和成本的重要因素。针对新的气液传质强化模式,从微流体强化、引入额外能量场、引入第二相介质和微界面振荡技术全面总结和回顾了近年来的强化CO_(2)吸收手段和研究现状,重点关注微界面振荡技术的原理和研究方法,考察了不同强化手段的优劣势,为推动碳捕集过程中气液传质强化发展提供参考。

接枝内酯基活性炭增强苯乙烯吸附性能研究

活性炭以其丰富的孔道结构和高比表面积而在吸附苯乙烯废气上具有巨大的应用潜力,然而含氧官能团对弱极性苯乙烯的吸附作用机理尚未明晰。本研究通过酸浸渍法制备改性活性炭AC-S和AC-N,探究改性活性炭孔径结构、比表面积和含氧官能团的演变规律及其对苯乙烯吸附性能的影响。结果表明,酸改性可以明显提高活性炭对苯乙烯的吸附量。通过吸附动力学、吸附等温拟合发现,活性炭改性前后均受物理吸附与化学吸附的复合作用影响,改性后活性炭更倾向于单层吸附。HNO_(3)改性活性炭(AC-N)的孔隙结构在苯乙烯有效吸附孔径范围内没有显著改变,表面含氧官能团含量增加提高了AC-N对苯乙烯的吸附性能。表面含氧官能团分析表明,内酯基是提高改性活性炭对苯乙烯吸附量的关键因素。密度泛函理论(DFT)计算表明,AC-N上的内酯基官能团与苯乙烯的乙烯基产生强相互作用,增强了苯乙烯在改性活性炭上的吸附。

用于CO_(2)分离的含氨基酸盐促进传递膜研究进展

膜分离法由于其高度模块化、占地面积小、化学排放低或无化学排放和易于操作等优势,被广泛认为是有前途的CO_(2)分离技术.然而,对于气体分离,大多数聚合物膜遵循溶解-扩散机制,因此需要在气体渗透性和选择性之间进行权衡,使CO_(2)分离膜在工业应用中受到限制.而促进传递膜被认为是克服这一限制的有效解决方案.本文综述了用于CO_(2)捕集的含氨基酸盐促进传递膜的研究进展,并针对目前存在的问题,对未来含氨基酸盐的促进传递膜的发展方向提出了建议.

生物质快速热解下行式流化床反应器研究进展

在碳中和目标下,未来发展之路是从化石能源的原料体系转变到可再生能源的原料体系。作为化石资源的重要替代品,生物质是唯一能够大规模取代化石资源的可再生碳资源。生物质快速热解技术是实现生物质资源转化为液体燃料的重要途经,其技术核心是反应器。下行式循环流化床反应器具有产物停留时间短、近平推流性能等优点,在生物质快速热解方面具有广阔的应用前景。本文介绍了流化床反应器的特点及其中试和示范/商业级装置的研究现状,详细总结了下行床反应器的特点、结构、分类及流体力学特性,并分析了目前下行床反应器放大过程中的瓶颈问题以及进一步研究的方向,为推动下行床反应器在生物质快速热解工业应用提供参考。

基于遥感数据和XGBoost算法的31个城市NO_(2)、CO_(2)浓度比率变化特征

研究城市二氧化氮(NO_(2))与二氧化碳(CO_(2))的共同排放水平对于实现城市减污降碳协同增效具有重要意义。NO_(2)与CO_(2)的人为排放具有同源性,二者的浓度比率可以体现城市的大气污染物和碳排放综合水平。基于XGBoost算法,利用对流层星载监测仪(TROPOMI)、轨道碳观测2号(OCO-2)和3号(OCO-3)卫星的遥感数据以及相关环境协变量,重构全国2019~2020年NO_(2)垂直柱浓度(X NO_(2))和CO_(2)垂直柱浓度(X CO_(2))的高分辨率数据集,并分析31个城市的X NO_(2)年均值与ΔX CO_(2)(X CO_(2)观测值与背景值之差)的比率(X NO_(2)/ΔX CO_(2))变化情况。结果表明:X NO_(2)及X CO_(2)重构模型的验证决定系数(R 2)分别为0.90和0.96;城市X NO_(2)和ΔX CO_(2)值成正相关关系(相关系数为0.66);发展水平较高的城市相对发展水平一般的城市具有更高的X NO_(2)/ΔX CO_(2)值;受城市能源利用水平的差异影响,发展水平较高的城市X NO_(2)/ΔX CO_(2)值与城市GDP、常住人口数量及空气污染水平成负相关关系(相关系数分别为-0.35、-0.38、-0.10),而发展水平一般的城市则成正相关关系(相关系数分别为0.37、0.32、0.47)。X NO_(2)/ΔX CO_(2)值与城市污染治理和能源利用水平相关,研究结果可为城市控制空气污染提供数据支撑。