膜技术处理高浓度有机废水及资源化利用研究进展

随着工业化进程的推进,高浓度有机废水的产生量与日俱增,环境威胁日益严重。因此,如何有效处理高浓度有机废水已成为一个重要的科学问题。膜分离技术以其分离效率高、能耗低、无相变、应用范围广等优势,受到了广泛关注和应用。为此,利用Citespace对相关文章进行可视化分析,综述了膜生物反应器、超滤、纳滤、反渗透、膜组合工艺以及改性膜材料在高浓度有机废水处理中的研究进展。同时,分析了高浓度有机废水及污泥处理过程中的资源化现状。最后,总结了膜分离技术用于高浓度有机废水处理的难点和存在问题,在此基础上,对如何加强污水资源化管理和优化废水排放技术进行了展望。

基于超光谱遥感技术的广州夏季O_(3)垂直分布和潜在来源研究

广州市是珠三角城市群中心城市之一,臭氧污染逐渐成为影响该地区空气质量改善的重要因素,迫切需要开展污染成因研究。本研究基于2023年6—8月广州市超光谱遥感监测站点番禺大学城站数据,对广州市夏季臭氧垂直分布特征进行分析,并解析臭氧污染潜在来源情况。结果表明:1)超光谱遥感观测数据与近地面国控站点监测数据相关性验证结果良好,超光谱遥感结果准确可靠;2)广州市夏季臭氧每日高值主要出现在下午15∶00—16∶00的边界层中层,夏季6月和7月平均值高于8月;3)广州地区臭氧浓度受外源输入影响较大。近地面臭氧主要来源于广东省东部;边界层中层臭氧主要来源于广州市偏东方向;高层臭氧主要来源于广州市东北方向,同时,广州市西南方向对臭氧输送也有所贡献。

基于荧光淬灭传感技术检测三硝基甲苯的研究

目前针对常见爆炸物三硝基甲苯(TNT)的检测越来越受到重视。本研究采用低成本的芴基发绿光共轭聚合物(FGEP)研制荧光淬灭传感器用于检测TNT。实验研究了FGEP在不同溶液浓度下形成的不同厚度薄膜对TNT淬灭的效率,实验结果表明浓度为0.5 mg/mL (厚度为19.50 nm)的样品薄膜在TNT蒸气中淬灭效率最大达到71.71%,基于此淬灭效率最高的样品薄膜的研究发现:该薄膜对TNT的响应具有良好的可逆性;激发光强度为16.5mW时,荧光淬灭效率最佳;最后开展了样品在TNT作用下与光漂白作用下的实验研究。研究结果为后续实现一种低成本、易于制备、可重复性高且有利于工程化的爆炸物传感器提供了一定基础。

将科学前沿融入“大学物理”课堂的教学实践

“大学物理”作为高等院校理工科专业重要的公共基础必修课之一,不仅是学习其他专业课程的基础,也对学生素质提升和能力培养起着关键作用。然而,当前多数学生没有意识到“大学物理”的重要性,仅将其视为应试科目,缺乏学习兴趣。本团队结合“大学物理”教学现状和教学过程中遇到的问题,根据教学内容适时将科学前沿及热点问题融入课堂,如以带电粒子在电磁场中的运动为例开展教学实践。研究发现,这种融合方式有效提高了学生的学习兴趣,并激发了学生的科研动力。

基于虚拟现实的核事故救援在线仿真培训关键技术研究

基于虚拟现实技术,发展一种核事故救援在线仿真虚拟培训方法,对其中的三维场景可视化、救援行为仿真、人机交互仿真等关键技术开展研究,建立核事故救援在线仿真培训平台,并将该平台成功发布到手机客户端。应用结果表明,该平台能够直观展示核电站的复杂环境,支持在逼真的事故环境下开展沉浸式虚拟漫游和救援行动虚拟演练,为核事故应急培训提供新的方式,对提升应急救援队伍实战能力具有重要意义。

天津市环境监测技术装备创新与应用现状分析

以促进天津市环境监测产业快速健康发展和区域经济增长为目标,从科技创新、产业创新、技术装备需求与应用3个方面进行分析,提出了推动天津市环境监测技术与装备发展的合理化建议。分析表明:2017—2022年,天津市高层次环境监测人才数量相对较少,科技创新增长动力不足;环境监测产业链上、中、下游已初步形成,但弱链、短链问题明显,产业链条协同能力不足;园区内科技成果转化能力低,集群效应不突出;国产化高端环境监测装备供给能力明显不足。建议天津市立足自身优势,开展高端环境监测装备制造靶向攻关;培育特色板块,聚力形成新时代环保产业园区;结合新需求,扩大环境监测高端装备应用空间。

多轴差分吸收光谱技术对冬季大气HONO垂直分布特征研究

HONO作为大气OH自由基的前体物和重要贡献源,影响着大气中污染物的氧化降解,控制着对流层大气的自净能力,对灰霾和光化学烟雾形成起到重要作用,同时受污染排放特征、垂直传输和混合、非均相反应和大气光氧化等影响,HONO具有明显的垂直分布特征,因此探究大气中HONO的垂直分布特征对于了解大气灰霾和光化学污染的形成和控制都十分重要。MAX-DOAS作为一种被动遥感技术,能够快速有效地获取大气中污染物的立体分布特征。采用MAX-DOAS仪器对合肥市科学岛2017年12月冬季大气HONO和NO_(2)进行了立体探测,通过基于最优估算的气溶胶和痕量气体廓线反演算法PriAM获取了两种气体的垂直分布特征。研究结果表明,在观测期间NO_(2)在近地面10 m内体积混合比(VMR)和垂直柱浓度(VCD)的范围分别在0.51×10^(11)~20.5×10^(11)molecules·cm^(-3)和6.0×10^(15)~5.5×10^(16)molecules·cm^(-2),在垂直方向上其浓度主要集中在1 km内,且在近地面浓度混合均匀。HONO的VMR和VCD分别在0.03×10^(10)~5.1×10^(10)molecule s·cm^(-3)和3.5×10^(14)~7.0×10^(15)molecules·cm^(-2)之间,浓度高值出现在100 m内,浓度随高度的升高而明显下降。通过对HONO和NO_(2)的对比发现,HONO/NO_(2)比值在0.17%~16.0%(VMR)和1.0%~25.0%(VCD)之间,表明研究期间HON O主要来自于NO_(2)的转化。对冬季一次典型污染过程(2017.12.26—2017.12.31)分析,HONO/NO_(2)的比值大于5%,且HONO的浓度值升高(大于0.26×10^(11)molecule s·cm^(-3)),表明污染条件下NO_(2)向HONO的转化作用变强。结合风场信息研究发现,污染期间研究区域的NO_(2)和HONO浓度受到合肥市城区、安徽北部和西北部地区传输的影响。

基于车载多轴差分吸收光谱技术对城市NO2污染分布和排放评估研究

二氧化氮(NO2)在大气光化学中发挥着重要作用,不仅参与了对流层臭氧(O3)的催化生成,同时也能促进生成二次气溶胶。NO2作为交通运输和工业过程中的重要排放产物,通常也被视为一种评估人为污染源排放的指示物,因此,开展城市NO2分布与排放研究对于城市大气污染管控与治理具有重要意义。2018年1月和2月期间,基于车载多轴差分吸收光谱技术(MAX-DOAS)对衡水市区开展了4次走航观测实验,获取了衡水市区环城路上对流层NO2垂直柱浓度(VCD)的空间分布,其浓度范围为0.89×10^15~56.33×10^15 molecule·cm^-2,均值在22.42×10^15~30.20×10^15 molecule·cm^-2。观测结果表明衡水市NO2污染源主要分布在城外东南方向的工业聚集区,以及市区环城路东部的立交桥路段;而城市西部和北部则较为干净,当风场来自该区域会对污染源区起到一定的清洁作用,可使源区NO2浓度降低20%以上。航测期间进行了站点对比观测,综合两者的观测结果评估了衡水市东部污染区域的相对贡献,其NO2含量比西部洁净区域高出了30.1%~61.9%、贡献值高7.89×10^15~13.32×10^15 molecule·cm^-2。将NO 2城市分布与WRF模式模拟的气象数据相结合,可计算出目标区域的NO2本地排放通量为0.86×10^24 molecule·s^-1,该结果相对较低,一方面说明衡水市区相对于其他研究区域,其NO2污染源并非在集中在市区内部;另一方面是因为本次实验研究区域的面积仅有50 km^2,远小于其他研究的城市区域范围。对于实验测得的衡水市区输出总通量,其中96.16%来源于外部传输,3.84%为本地排放造成,进一步证明了衡水市NO2主要污染源位于城外。通过实验期间衡水市区的后向轨迹气团与OMI卫星的NO2平均结果可看出,衡水市除城市东部和东南部的本地污染源外,也受到了北部的保定、廊坊和西北部的石家庄等地的污染传输影响。总体来看,车载多轴差分吸收光谱技术对于城市NO2等污染气体的源区确认、污染贡献评估和排放通量计算方面有较出色的应用前景。

重金属的生物体原位成像技术研究进展

重金属广泛存在于自然环境中,由于其具有高毒性和不同的赋存形式,且在环境中不能被微生物分解,因此重金属在通过多种途径进入生物体后,极易产生累积并造成伤害。重金属在生物体内分布及形态的差异是决定其生物效应的核心因素,因此了解这些关键信息是探索其毒性机制的基础。原位成像技术能在空间上识别生物体内重金属,并直观地评价生物体内重金属的含量、分布、形态转化及摄入和排出等状态和过程,因而受到广泛关注。该文总结了激光烧蚀电感耦合等离子体质谱法(LA-ICP-MS)、同步辐射以及金属感测荧光团成像等重金属原位成像方法的基本原理和应用,比较了其各自的技术特点和应用场景,并对重金属的生物原位成像技术发展进行了展望。

基于前向光散射的水体悬浮颗粒物粒度双CMOS测量技术研究

基于CMOS探测器的静态光散射法能够实现水体悬浮颗粒物粒度分布的快速检测,受探测器工作特性和面幅大小的限制,前向光散射的CMOS粒度测量范围和精度难以提高。提出了颗粒前向光散射的双CMOS测量技术,重点研究双CMOS散射信号拼接测量方法,设计消除背景干扰的CMOS探测器分环方式,实现宽粒径范围颗粒粒度的准确测量。实验结果表明:基于CMOS探测器的颗粒粒度测量上限提高到了1000μm,1000μm、500μm标样的D_(50)测量相对误差分别为0.7%、0.1%,大粒径颗粒粒度测量准确度高;同时双CMOS探测的方式将单CMOS的粒度测量下限由5μm提高到了2μm,5μm、2μm标样D_(50)相对误差分别由单CMOS的15.0%、51.1%下降至双CMOS的1.4%、2.6%。

基于车载差分吸收光谱技术的唐山SO_(2)和NO_(x)污染分布及排放研究

二氧化硫(SO_(2))和氮氧化物(NO_(x))作为大气中重要的一次排放物,人为活动造成SO_(2), NO_(x)的过度排放会对生态环境和人体健康产生巨大危害,2018年环境保护部就规定了“2+26”城市需要执行大气污染物的特别排放限值,如:燃煤锅炉排放限值规定的二氧化硫、氮氧化物均为200μg·m-3,因此了解这些城市中SO_(2)和NO_(x)的分布与排放对大气污染防控管制具有重要意义。唐山市作为“2+26”城市中大气污染最为严重的重工业城市之一,近年来实施了多项大气污染防治措施,但空气质量问题仍然严峻。2021年2月26至3月1日,使用基于车载差分吸收光谱技术的移动污染气体监测系统对于唐山市区开展了走航观测实验,获取了走航路径上NO_(x)和SO_(2)的空间立体分布以及走航区域的排放通量。实验结果表明唐山市一环存在多处NO_(2)高值区域,均位于车辆较为集中的立交和路口处。工业园的走航中部分企业存在高NO_(2)、 SO_(2)的排放,且获取的NO_(2)和SO_(2)VCD均值较高,分别是一环的1.75~1.99倍和2.21~3.44倍。结合垂直柱浓度SO_(2)/NO_(2)的比值以及近地面浓度CO/NO_(2)的比值,并用Pearson相关系数确定SO_(2)和NO_(2)柱浓度以及NO_(2)近地面浓度和柱浓度之间的相关性,进一步分析不同区域的主要污染源,结果表明,一环走航获取的SO_(2)/NO_(2)最低为0.42,CO/NO_(2)最高为10.88, NO_(2)地表与柱浓度之间的相关性r达到0.56, 3月1日丰南工业园区走航中,获取的SO_(2)/NO_(2)最高为0.81, CO/NO_(2)最低为7.13, SO_(2)与NO_(2)VCD之间有良好的相关性r为0.787,唐山市一环区域大气污染物以车辆交通尾气排放为主,丰南工业园区大气污染物来源以工业生产过程中高架点源(烟囱)释放的大量NO_(2)和SO_(2)为主。

光伏玻璃用高透明无氟超疏水涂层的制备及其性能研究

在光伏玻璃上制备透明超疏水涂层的方法有多种,但大多数纳米粒子采用氟硅烷改性,不仅对环境不友好,而且对人体有害。在本研究中,提出了一种喷涂不含氟的纳米粒子来制备透明超疏水涂层。经过十八胺(ODA)修饰的SiO_(2)纳米颗粒附着在半固化的粗糙水性聚氨酯(WPU)层上,提供低表面能和粗糙度。采用非氟改性剂六甲基二硅氮烷(HMDS),进一步提高了涂层的疏水性能。实验结果表明,在400~700 nm波长范围内,EW3涂层的平均透过率为90.63%,平均静态水接触角(WCA)为155.8°。在自清洁试验中,EW3涂层表面没有砂石残留。一系列的耐久性测试表明,EW3涂层具有优异的粘接性、耐腐蚀性、抗辐射性以及抗水流冲击能力。这种环保和低成本的制备方法为光伏玻璃和其他领域制备环境友好型透明超疏水涂层提供了新的思路。

多功能信号源系统设计与数据压缩方法研究

在智能电网的各种设备安全检测中,需要信号源模拟多种故障信号,重复配置大量试验参数。针对这一需求,设计了一个多功能及操作便捷的信号源系统。该信号源系统能够输出多路可调直流、交流信号,还可配置开入量、开出量信号进行状态序列试验,模拟多种运行故障;利用SQLite存取试验数据,可快速进行多种电气试验,提升检测效率;使用混合熵编码与提升格式的小波变换等算法对录波文件(COMTRADE格式)进行压缩,节省存储空间,较对比算法有更高的压缩比和更低的重构误差。经测试,系统能够实现用户自定义的信号调制,模拟电力系统多种故障信号,在工程现场应用取得了良好的效果。

基于激光吸收光谱的Cs原子浓度检测系统设计研究

随着磁约束核聚变研究的深入,提高负氢离子源的引出电流密度成为负氢离子源的关键问题之一。负氢离子的形成很大程度上依赖于离子源中Cs的循环过程,通过Cs在负离子源内部的蒸发使负离子源表面功函数降低,从而提高负离子产率。因此,基于可调谐半导体激光吸收光谱技术设计并建立一种新的Cs原子浓度检测系统,实现微量Cs的快速实时检测,对负离子密度提升具有重要指导作用。本文围绕光源发生单元、光学传输测试单元、信号处理采集单元、光谱显示与分析单元四个方面进行系统分析与设计,建立了离线测试系统并开展了系统测试实验,获得Cs原子浓度与温度的变化趋势图。实验结果表明,随着蒸气池温度的升高,系统检测的Cs原子浓度呈现出随温度增加而升高的非线性正相关趋势,表明该系统实现了Cs原子浓度的定量检测。

滑石/高岭土体系堇青石多孔结构形成机理及性能研究

柴油机颗粒捕集器对于烟气中污染物颗粒的截留效果与陶瓷基体的孔径分布及孔隙率密切相关,对于堇青石陶瓷多孔结构的有效调控,是提高柴油机颗粒捕集器过滤效率的关键。通过研究滑石/高岭土的质量配比对堇青石多孔结构的影响,阐明了堇青石基体中孔隙的形成机理及演变过程。滑石和高岭土的分解过程及产物结晶过程引起的体积收缩效应是堇青石基体中孔隙形成的基础。在液相烧结作用下,层叠的片状粉体之间的间隙先融合形成弥散分布的小孔,接着小孔互相连接形成线状孔隙,最终融合为边缘光滑的大孔。同时,还研究了滑石/高岭土的质量配比对堇青石多孔陶瓷热导率、收缩率及三点弯曲强度的影响,通过对比,选用中值孔径为0.15μm、孔隙率为18.41%的0.1TKMS配方作为优选配方,所得样品热导率为2.06 W·m^(−1)·K^(−1)、三点弯曲强度高达51.83 MPa。通过调控原料配比,热导率最高提升了63.5%;收缩率最大减小了83.9%;三点弯曲强度最高提升了239.2%。

机载光纤式成像差分吸收光谱仪测量区域大气污染应用研究

我国大气污染呈现出区域性和复杂性等特性,开展污染气体区域分布的立体监测,能够及时了解大气环境现状、研究分析影响大气质量的各种因素,指导大气污染控制措施。机载成像差分吸收光谱仪,是目前有效的污染气体区域分布遥感手段之一。该技术观测区域大,覆盖率高,最终可提供精细化的污染气体区域分布资料,实现污染分布及传输的可视化探测。以往机载成像差分吸收光谱仪采用整体式设计,需要占用飞机光学观察窗口,航空搭载需求苛刻、应用受限。为此提出了光纤式机载成像差分吸收光谱仪,采用光纤束传输方式,安装过程中对飞机改装需求小,极大的便利了机上安装和调试,适应了适航设备认证需求。该系统采用特制多芯光纤束结合Littow-offner结构光谱成像系统,具有光谱成像分辨率高、大视场、结构紧凑等优点。在此详细介绍了该设备性能参数,并利用该系统在芜湖市周边开展了区域污染遥感应用。应用过程中,针对光纤式成像差分吸收光谱仪,提出了数据处理算法。对采集到的太阳散射光谱进行反演得到污染气体的斜柱浓度,并利用大气传输模型计算大气质量因子,实现垂直柱浓度转化。最后结合飞机姿态位置信息,快速获取了芜湖市区及其周边上空的NO_(2)、SO_(2)的浓度分布,并进行了区域内污染源快速定位和传输过程分析。从反演结果来看,本次实验NO_(2)垂直柱浓度在实验区域存在4个高值点,SO_(2)垂直柱浓度在实验区域存在2个高值点,高值点附近均存在重工企业,结果与实际情况相符。并结合卫星数据评估二者交叉校验精度,二者呈现正相关,相关性系数为0.77。应用效果验证了光纤式成像差分吸收光谱仪的方案可行性,可为大气污染气体航空遥感技术推广提供参考,同时弥补了地面站点监测在空间尺度上以及卫星遥感在时间尺度上的不足。

NO_(2)气体传感器的研究现状

二氧化氮(NO_(2))气体是空气中的主要污染物之一,严重危害生态环境和人体健康。因此,开发高气敏性和选择性的NO_(2)气体传感器对空气中NO_(2)体积分数的检测显得尤为重要。综述了近年来NO_(2)气体传感器的研究现状,重点对石墨烯、金属氧化物、碳纳米管和聚合物4种类型的NO_(2)气体传感器敏感材料进行了阐述,讨论了NO_(2)气体传感器的制备方法和敏感材料的气敏性,同时指出了传感器存在的问题。

2.45GHz ECR强流等离子体源核心部件设计与实验研究

电子回旋共振(Electron Cyclotron Resonance,ECR)等离子体源能产生高电荷态离子、高流强的单电荷态离子,提供稳定的束流和良好的重复性.核心部件的设计对ECR等离子体源是至关重要的,磁场对等离子体的生成和分布有直接影响,良好的磁场可以提高等离子体的性能和效率.采用有限元分析方法对ECR等离子体源磁场进行分析与设计,得到了满足设计需求与目标的磁场位形,通过高斯计对设计的永磁环轴向磁场精确测量,发现磁场仿真结果与实验结果吻合比较好,只是轴向磁场最大值及对应位置上有点偏差.通过集成实验,研究核心部件对离子源引出束流强度的影响,引出束流稳定且强度达到7 mA.

β-二氧化锰纳米纤维用作Pb(Ⅱ)全固态离子选择性电极转导层的性能研究

本研究通过在还原氧化石墨烯(rGO)上原位生长的β-二氧化锰纳米纤维(β-MnO_(2)NF),合成了一种兼具强疏水性和高界面电容的β-MnO_(2) NF/rGO纳米材料。开发出了一种基于β-MnO_(2) NF/rGO的敏感检测Pb(Ⅱ)的固态离子选择性电极传感器。同时,考虑到转导层如何对离子选择性系数产生作用仍然未知,研究人员利用数值模拟构建了一个耦合了转导层的转导层-膜-溶液界面模型,其考虑了膜-转导层这一界面,构建了一个两界面三相的浓度梯度模型,并据此给出了相应的电位显示,同时还根据其模拟结果计算了相对应的离子选择性系数。

室温钠硫电池体系催化调控硫转化路径研究进展

本文重点阐释了催化活性中心对硫转化路径的调控作用,系统总结了各种功能结构载体对长链多硫化钠、短链多硫化钠及小硫分子转化路径的催化调控。展望了构建新型准固态转化硫正极的可行性,以期从根本上提高室温钠硫电池的放电容量及循环稳定性。