微纳米气泡强化臭氧氧化降解含酚废水

为了降解毒性强的含酚工业废水,本文将微纳米气泡与臭氧氧化法相结合,探究了处理温度、溶液pH、苯酚初始浓度和臭氧浓度对苯酚降解的影响。结果表明,相较于传统气泡,微纳米气泡破裂可诱导产生更多的·OH,弥补了臭氧传质效率低和氧化性不足等缺点,使反应体系的氧化还原电位明显提高,并在苯酚降解过程中起到主要作用;相比于臭氧氧化法,苯酚降解效果得到显著提升;提升臭氧浓度、溶液pH及降低苯酚初始浓度均可促进反应体系中生成更多的·OH,进而提升除酚率。通过气相色谱-质谱法(GC-MS)检测苯酚降解的中间产物,分析了苯酚降解的可能路径。总体而言,微纳米气泡结合臭氧氧化法是一种有潜力的除酚技术,研究结果对此技术在工业废水降解中的应用和推广具有指导意义。

铝灰资源化与无害化处置技术研究现状

铝灰是铝电解、加工和再生过程中排放的有害固体废弃物。我国铝灰年排放量超过300万t,其中90%的铝灰采用填埋处理,引发了极大的环境问题。在我国绿色低碳循环发展的迫切需求下,推动铝灰资源化和无害化利用已迫在眉睫。目前,一次铝灰资源化技术多采用火法冶金工艺,二次铝灰资源化技术多采用火法工艺和湿法工艺;铝灰无害化技术多采用水解、焙烧等工艺。但是,目前铝灰处置技术普遍存在水平低、能耗高、效益差、二次污染等问题,严重制约铝灰的规模化利用,亟需创新发展新工艺,提升铝灰的资源属性。本文介绍了铝灰的分类及特性,综述了一次铝灰、二次铝灰的资源化技术,总结了主要毒害物质的脱除技术,展望了未来铝灰处理的发展方向。

赤泥资源化利用现状研究

赤泥是氧化铝工业产生的固体废弃物,年排放量巨大,不仅造成资源浪费,而且存在较大的环境污染隐患。本文对赤泥的产出、基本性质及其堆存危害进行了介绍,并对目前赤泥资源主要的利用领域进行总结分析。研究表明,赤泥的综合利用主要集中在提取有价金属、制备建筑材料和制备环保材料等领域。其中,提取有价金属主要集中在铁、铝的回收利用,且有多种工艺路线可以选择,而制备建筑材料是赤泥资源利用量最大的处置方式,可从骨料、胶凝料等多方面降低对自然矿产资源的消耗,进而促进建材行业的碳减排。赤泥资源同样可用作制备环保材料,起到“以废制废”的效果,但必须重视可能发生的重金属浸出,预防有害物质的二次危害。研究结果对于未来赤泥资源化开发和利用具有重要意义。

多级增湿太阳能海水淡化的实验研究

基于多级增湿和分级冷凝原理,设计搭建了一台新型利用太阳能的多级增湿海水淡化装置,实验研究了喷水温度、不同的空气循环方式、分级冷凝对系统产水率和热耗的影响变化规律。研究结果表明,由于采用了分级冷凝和多级增湿技术,系统产水率提高了25%～50%,产水热耗得以降低。

烟气调质过程中天然碱的碳酸化特性

在常压固定床反应实验台上,研究了烟气调质天然碱过程中天然碱的碳酸化特性,考察反应前后天然碱表面形态的变化以及反应温度、CO_2和水分体积分数对天然碱碳酸化反应的影响,并借助失活模型对天然碱的碳酸化过程进行了反应动力学模拟.结果表明:碳酸化反应后天然碱表面形态发生明显变化,反应后天然碱结构疏松,内部孔隙增多;反应温度的降低提高了天然碱碳酸化的反应速率常数,使得天然碱的碳酸化反应加快,反应温度分别为50℃、60℃和70℃时,天然碱的转化率分别为50%、31%,和24%;随着水分体积分数的增加天然碱的转化率迅速增加,当水分体积分数为4%时,天然碱的最高转化率仅为10%,而当水分体积分数为20%时,最高转化率可达52%;CO_2体积分数的增加也显著提高了反应速率常数,促进碳酸化反应的进行;失活模型均能较好地模拟天然碱的碳酸化过程,其相关系数均大于95%.

直接空气捕碳固体多孔材料的研究进展

直接空气捕碳(DAC)技术属于一种负碳技术,作为碳捕集、存储和利用(CCUS)技术的有效补充,是助力实现“双碳”目标的重要技术之一。由于吸附能力强、再生能耗低、应用场景灵活以及结构可调性强,固体多孔材料在降低DAC经济成本和运行能耗方面具有不可替代的优势。本文从固体多孔材料的DAC原理出发,重点综述了包括沸石吸附剂、硅基吸附剂、炭基吸附剂、纳米氧化铝吸附剂、金属有机框架(MOF)材料吸附剂和多孔树脂材料吸附剂等DAC的研究现状,系统介绍和比较了固体多孔吸附材料的吸附容量、吸附选择性、水热稳定性、再生能耗以及循环稳定性方面的优缺点。本文着重分析了胺功能化改性和载体孔隙结构等因素对吸附CO_(2)性能的影响规律,对各类固体多孔材料在DAC应用中面临的挑战提出了具体的优化方向,并指出未来固体多孔吸附材料的设计开发应兼顾经济性和高效性,加快开展中试规模的DAC试验研究。

感应荷电过程中液滴雾化与荷电特性的相互影响

液滴的雾化与荷电特性直接关系到荷电液滴的工业应用效果。为研究感应荷电过程中两者的相互影响关系,在喷水质量流量不变的前提下,通过调节雾化压力改变液滴雾化特性,以网状目标法和粒子动态分析仪(PDA)作为测试方法和手段,系统地进行了液滴雾化与荷电特性相互影响的对比试验,并对荷电过程中的液滴回吸现象进行了研究。结果表明,在感应荷电过程中,改善液滴雾化特性能够获得良好的荷电效果,但液滴荷电后对其雾化特性的进一步影响相对较弱,特别是液滴粒径较小时;液滴雾化与荷电特性对液滴的回吸均有影响,在低雾化压力下,改变荷质比对液滴的回吸影响更为明显,在高雾化压力下,雾化压力对液滴回吸的控制能力更强;在喷水质量流量不变的条件下,调节雾化压力可作为一个有效的手段满足工业应用中对液滴雾化和荷电特性的要求。

微波辐照下生物质焦催化CO_2重整CH_4试验

为了开发一种将生物质热解气中CO2和CH4转化为合成气的方法,该文以生物质焦为催化剂,利用微波加热方式开展了CO2重整CH4试验研究,探讨了粒径、微波功率、CO2与CH4摩尔比及空速对反应气转化率的影响,研究了CH4裂解、CO2重整CH4和CO2气化的反应特性。研究发现,使用粒径为0.83 mm以下的生物质焦催化CO2重整CH4,反应气转化率变化不大。增加微波功率、增大CO2与CH4摩尔比和降低空速均可以提高反应气转化率。重整反应中反应气初始转化率较高,随后CO2转化率降低幅度很小,CH4转化率则一直降低。相比于重整反应,裂解反应中CH4转化率降低幅度更大,气化反应前期CO2转化率高出重整反应,反应60 min后则低于重整反应。结果表明微波场中生物质焦对CO2重整CH4具有较好的催化效果。

荷电雾滴蒸发过程中雾滴的粒径及粒子数密度变化

为研究蒸发对荷电雾滴粒径与粒子数密度的影响,以电称低压冲击器(electrical low pressure impactor,ELPI)作为测试仪器,通过实验的方法系统测试了荷电与未荷电雾滴蒸发过程中PM10雾滴的粒径及粒子数密度变化。结果表明,无论雾滴荷电还是未荷电,水量不变、不同雾化气压下产生的雾滴经过蒸发段后以中值粒径(D50)0.2μm以下的颗粒为主,其粒子数密度均呈单峰分布,峰值处雾滴中值粒径为0.07μm;随着雾化气压的升高,未荷电时测点处的雾滴总粒子数密度逐渐增加,荷电后测点处的雾滴总粒子数密度先增加后减小;雾滴荷电后经过同样的蒸发过程,各级粒径对应的颗粒粒子数密度均明显减少,仅为未荷电时对应粒子数密度的20%～40%。

降温凝膜影响颗粒物脱除特性的实验研究

为了探究降温凝膜对颗粒物脱除特性的影响,采用电称低压冲击器对模拟烟气(过饱和湿烟气)在静电除尘器前后的颗粒物进行在线监测和分析,得到颗粒物浓度及粒径分布特征,研究了不同降温幅度下凝结相变对颗粒物脱除特性的影响,并着重关注细颗粒物。研究结果表明:降温幅度增大,细颗粒物核化凝结长大,发生凝并、团聚,粒径明显变大;降温凝膜后,静电除尘器对细颗粒物脱除效果明显增强;降温5℃与降温0℃时对比,PM10的质量脱除效率提高约30百分点。降温幅度为4℃时,PM2.5的质量总脱除效率和数量总脱除效率分别已达到73.09%、67.44%。考虑到降温成本,实际应用中,降温幅度选择4℃为宜。

基于Matlab的分级回热式增湿淡化过程模拟

针对太阳能海水淡化过程中回热效果差的问题，设计分级回热的空气增湿海水淡化装置，建立其数学模型，并利用Matlab进行仿真模拟。研究结果表明：该装置的最佳水气比为0．75，前置冷凝器最佳冷却水流量为空气量的1．0-1．5倍，该装置的回热效果提升了25％～30％，产水率为7．75kg／（m2·d），淡化装置的整体热效率达到79．2％。

生物质炭改性微球去除化工废水中无机磷的性能研究

我国化工废水排放量巨大,其中含有的无机磷会导致淡水富营养化。选用来源广泛且环境友好的海藻酸钠为载体,微波一步热解活化法制得的高比表面积甘蔗渣生物炭为添加剂,氯化铁溶液为交联剂,通过溶胶凝胶法和包埋法制备了SA-Fe、SA-C-Fe和SA-C-Fe(C)三种吸附材料,并用其进行了无机磷的去除实验。研究发现三种材料的吸附过程均符合准二级动力学模型,其中SA-Fe和SA-C-Fe的吸附过程符合Langmuir等温模型,其对无机磷的最大吸附量分别为53.79 mg/g和78.75 mg/g;SA-C-Fe(C)对无机磷的吸附过程符合Langmuir-Freundlich等温吸附模型。SA-C-Fe材料吸附无机磷过程存在配体交换、静电吸引和表面沉积三种吸附机制,吸附容量最高;SA-C-Fe(C)微球经过碳化后,羟基官能团数量减少,配体交换作用减弱,且形成了铁氧化物沉积层,吸附容量最低。

Co_(3)O_(4)改性USY分子筛吸附和催化氧化甲苯特性研究

利用水热法合成Co_(3)O_(4)/USY复合材料,研究其对有机污染物甲苯的吸附和催化氧化特性,同时结合微波对Co_(3)O_(4)的精准加热特性,考察不同负载量Co_(3)O_(4)/USY在微波作用下的升温特性及催化甲苯氧化降解特性。结果表明,通过水热反应,Co_(3)O_(4)在USY表面形成多孔蜂窝状结构;负载Co_(3)O_(4)后的USY保持较高的吸附容量,Co_(3)O_(4)/USY-1.5m室温下的吸附容量为85 mg/g;Co_(3)O_(4)/USY在干、湿两种状态下均在325℃表现出优良的催化氧化特性、CO 2选择性和稳定性;Co_(3)O_(4)/USY能够与微波高效耦合,快速升温启动其催化作用,控制反应温度为250℃,发现微波诱导甲苯催化氧化过程的CO 2选择性优于常规催化,表明所制备Co_(3)O_(4)/USY复合材料具备吸附甲苯并进行微波快速再生协同有机污染物高效催化氧化降解的可行性。

微波加热CO2活化法制备生物质活性炭及其脱硫性能研究

以富含含氮官能团的大豆秸秆为原料前体,结合微波加热的特殊优势,将微波加热技术应用于大豆秸秆热解和活化工艺。以热解固体产物为活化原料,以CO2为活化剂进行活性炭制备研究,以期制备出高脱硫性能的生物质活性炭。首先通过正交实验设计及极差分析得出最优活化水平,再通过单因素实验法考察微波功率、CO2流量和活化时间对活性炭产率、孔隙结构以及脱硫性能的影响。对比分析选出最佳活化条件为微波功率900 W,CO2流量0.10 L/min,活化时间20 min。在此条件下活性炭产率为76.3%(质量),SO2饱和吸附容量为112.56 mg/g,比表面积为466.28 m^2/g。相比热解炭,活性炭的比表面积更大,孔隙更加丰富,脱硫性能显著提高。

水热法制备氮掺杂多孔炭及其在气体吸附/电化学储能中的应用

以椰壳为原料,通过在水热过程中添加尿素直接获得氮掺杂水热炭,再通过CO2活化获得氮掺杂多孔炭.采用扫描电子显微镜(SEM)、N2吸附脱附、X射线光电子能谱(XPS)、X射线粉末衍射(XRD)对样品的形貌、孔隙结构、元素组成及晶相结构进行表征.作为吸附剂,氮掺杂多孔炭在75℃下对SO2的饱和吸附容量达到132.4 mg/g,相较于未添加尿素的多孔炭提高了40%;作为电极材料,在三电极测试中1 A/g的电流密度下,比电容达到175.1 F/g,20 A/g下仍有124.6 F/g,20 A/g的电流密度下循环5 000次后,比电容仍保有115.2 F/g.氮掺杂多孔炭由于其简单的工艺流程、廉价易得的原材料以及温和的反应条件,在多个领域展现了其巨大的工业应用潜力.

Fe2O3@SCe多相芬顿催化剂的制备及其降解放热性能

为研究多相Fenton体系降解有机污水过程的放热规律,为污水处理的能源化利用提供技术支撑,本文以半焦(SCe)为载体,制备了Fe2O3@SCe新型复合材料,并对复合材料进行了BET、FTIR、XRD、SEM表征,研究了Fe2O3@SCe/H2O2多相Fenton体系处理邻苯二胺(OPD)模拟废水的降解性能和放热规律.结果表明,Fe2O3均匀负载于SCe颗粒表面,Fe2O3@SCe复合材料保留了改性SCe的多孔形态和强吸附性,在3.1~8.9的pH值范围内均表现出较高的催化活性;Fe2O3@SCe/H2O2多相Fenton体系在去离子水中自身分解和在邻苯二胺模拟废水的降解反应都释放了大量的热量,在[OPD]=0.04mol/L;pH=7.8;T0=30℃;[H2O2]=0.25mol/L;[Fe2O3@Sce]=533g/L;t=180min反应条件下的溶液温度升高数值为7.1℃,降解率为88.2%;H2O2的投加浓度是影响反应放热量的主要因素.

大气污染防治综合决策支持技术平台典型城市应用研究

以典型城市济南市为研究对象利用大气污染防治综合决策支持技术平台(简称"技术平台")综合评估了济南市《2018年大气污染治理"十大措施"实施方案》(简称"‘十大措施’")的实施效果,并进一步基于特定空气质量目标[济南市2018年ρ(PM2.5、ρ(O3)同比2017年分别下降20%、8%]开展大气污染防治策略寻优及费效评估.结果表明:①"十大措施"实施后SO2、NO2、VOCs、一次PM2.5减排率分别为39%、24%、42%、41%,该情景在2017基准年气象条件下可使济南市2018年ρ(PM2.5)同比下降19%,新增治污成本约4.70×108元,效益-成本比约1.40;单位减排成本最低的本地扬尘源减排对ρ(PM2.5)下降的贡献率最大建议济南市下一阶段应进一步强化扬尘源减排.②经过策略寻优,反算得到了SO2、NOx、VOCs、一次PM2.5的减排率分别为46%、20%、42%、60%的优化策略,该策略下的新增治污成本约4.69×10^8元;对比"十大措施",优化策略提高了SO2和一次PM2.5的减排率,降低对O3具有负贡献的NOx减排率,满足空气质量目标的同时又尽可能地降低了治污成本,将效益-成本比提升至1.88.技术平台在济南市的初步成功应用,为济南市下一阶段的大气污染防治提供基于实证的科学依据;同时对其在我国城市逐步推广具有重要示范意义,可有效支撑大气污染防治综合科学决策制定.

热解半焦的清洁高效利用现状及研究进展

煤炭梯级利用是煤炭高效清洁利用的重要途径之一。低阶煤经过热解后所产生的固体副产品半焦约占原煤质量的50%~70%,蕴含了原煤80%左右的能量。实现半焦的清洁高效利用是煤炭梯级利用的关键一步。综述了目前半焦在我国工业化领域中的利用情况及存在的问题,分析了半焦作为清洁燃料大规模燃烧对实现低阶煤梯级利用的必要性,对半焦清洁高效燃烧的技术研究进展进行了总结,为今后该领域的研究提供参考。

吸附剂对准东煤中铬迁移转化的影响研究

为控制煤燃烧中铬的生成与排放,对添加了不同吸附剂的准东煤进行了燃烧试验。对燃烧后的灰进行了重金属铬浸出试验,并从热力学角度模拟了4种不同吸附剂(CaO,Al2O3,Fe2O3,高岭土)对煤中铬的固化、灰中铬的浸出及铬的热力学平衡转化的影响。结果表明,吸附剂CaO及Fe2O3通过与铬化合物反应生成铬酸盐,使铬很好地被固化在灰中,铬的固化率达到80%以上,而Al2O3及高岭土对铬的固化效果较差。添加Fe2O3的灰中铬浸出率最低,富氧燃烧下灰中铬的浸出率高于空气燃烧下的灰,细灰中铬的浸出率高于粗灰。从铬的捕集效率及低浸出率的角度考来看,Fe2O3最适合作为铬的吸附剂。

CO在成型催化剂上脱除NO_(x)的反应动力学模型

采用实验和模拟相结合的方法研究了NO_(x)在固定床反应器中的吸附还原过程。选取商业常用的堇青石和TiO_(2)为主要的成型催化剂基体材料,以铜铁铈复合型金属氧化物为活性成分,制备了蜂窝成型催化剂,对蜂窝催化剂的吸附性能和脱硝还原活性进行测定。建立了固定床反应器中CO脱除NO_(x)的反应动力学模型,由于CO法脱硝反应的解耦分解,脱硝反应模型也由吸附模型和还原模型组成。吸附模型由固相和气相的微分质量平衡方程建立,还原模型由一组微分方程组成。通过固定床NO_(x)吸附曲线和不同温度下NO_(x)的转化率对模型中的关键参数进行了拟合,得到了CO在成型催化剂上脱除NO_(x)的反应动力学模型,该模型与实验数据吻合较好。在此基础上,模拟了其他条件下吸附过程的穿透曲线和还原反应的转化率。此模型能较好地揭示CO在蜂窝催化剂上还原NO_(x)的反应动力学,为CO法成型催化剂脱除NO_(x)的实验或者工程提供理论指导。