固废基ZSM-5合成及其改性研究进展

工业生产过程中产生大量粉煤灰、赤泥和煤气化渣,其堆积不仅侵占土地,还会严重破坏生态环境,危及人类健康。这3种固废均含有硅铝元素,且含量较高,硅铝比(氧化硅和氧化铝物质的量比)波动幅度较大。ZSM-5(Zeolite Socony Mobil 5)是一类硅铝比范围较宽的沸石分子筛,具有独特的孔道结构和良好的稳定性,在吸附和催化方面应用广泛。利用富含硅铝的固废制备ZSM-5是其高值化和资源化利用的重要途径之一。系统总结了富含硅铝的固废的活化除杂预处理通用方法,并且基于粉煤灰、赤泥和煤气化渣的理化性质特点,综述了固废基ZSM-5的合成及金属改性、磷改性、水热改性和酸碱改性4种方法的研究进展。分析固废作为硅铝源对ZSM-5合成、结构和性能的影响,指出固废在活化除杂过程中硅铝比的调控、杂质元素的去除转化、及主要元素的迁移转化规律是研究重点;讨论不同改性方法对ZSM-5结构和性能的影响机制,提出固废基ZSM-5中硅铝在骨架和非骨架中的分布、铁钙等杂元素的含量和存在形态、孔结构对改性效果起到非常重要的作用。通过对典型富含硅铝元素的固废基ZSM-5合成及其改性过程中存在问题和研究现状的分析和讨论,提出了粉煤灰、赤泥和煤气化渣多源固废复配,在无机模板剂或无模板剂条件下水热晶化制备ZSM-5,对固废基ZSM-5高效精准改性是未来发展方向。

漂浮型光催化材料的制备及其在水处理领域的应用研究进展

漂浮型光催化材料以高效光催化剂为核心,以太阳光等绿色清洁能源为驱动力,克服了纳米光催化剂难以回收利用这一瓶颈问题,通过吸附、光催化等耦合作用高效原位降解水体中的污染物,是实现光催化高级氧化技术规模化应用最有前景的途径之一。本文从载体类型出发,概括总结了近年来漂浮型光催化材料的轻质特性构建策略、形貌结构和不同载体利弊;分析比较了典型光催化剂-载体复合材料制备方法的优缺点;分类阐述了漂浮型光催化剂在水处理领域的应用研究成果。通过归纳漂浮型光催化材料在实际应用中存在的问题,指出未来漂浮型光催化剂的研究开发应重点关注环境友好型载体和材料性能稳定性;同时可通过构建多功能复合材料或采取多工艺耦合的方式以推动高效光催化剂在水处理方面的规模化应用。

生物电芬顿系统在废水处理中的研究进展

随着工业化进程加快,废水的类型和排放量日益增加,对自然环境和人类社会造成了严重危害,因此亟需开发经济高效的废水处理技术。生物电芬顿(BEF)系统是将生物电化学系统与芬顿氧化工艺耦合的水处理技术,其因高效、绿色、节能的特点而受到广泛关注。本文综述了BEF系统的基本原理,讨论了阳极和阴极性能的主要影响因素(微生物胞外电子传递过程、阳极材料、阴极材料、芬顿反应催化剂和系统运行条件),总结了BEF系统在各类废水(染料废水、制药废水、垃圾渗滤液、煤化工废水、养猪废水等)处理中的应用,最后指出BEF系统当前面临的挑战及未来的研究方向,包括开发高效的电极材料和催化剂、耦合其他水处理工艺、降低膜材料成本和开展中试研究等,旨在为BEF系统的进一步发展提供参考。

亲水/疏水复合膜强化膜蒸馏深度处理工业废水的研究进展

工业废水中通常含有多种疏水性有机污染物及表面活性剂,传统疏水微孔膜用于膜蒸馏处理工业废水的过程中,这些污染物容易沉积在膜表面引发膜污染和膜润湿,导致膜蒸馏过程的低效甚至失败。亲水/疏水复合膜是一种表层亲水而底层疏水的非对称膜材料,可通过在膜表面形成水合层减缓污染物的吸附累积,同时保留疏水基底膜对污染物的高截留率,用于膜蒸馏过程可有效强化其处理复杂工业废水的效果。本文概述了构筑亲水/疏水复合膜的仿生学原理与表面润湿理论,介绍了复合膜常用的制备方法,重点分析了多种亲水材料改性制备的复合膜用于膜蒸馏深度处理工业废水的强化效果及强化机制,认为复合膜表面形成的亲水层可有效抑制工业废水中疏水性污染物与膜表面的疏水-疏水相互作用,减轻膜污染及膜润湿倾向,提高污染物截留效率,而氧化石墨烯等亲水物质可加速水分子通过,提升膜蒸馏产水通量。最后指出未来亲水/疏水复合膜的发展可以通过建立污染物在复合膜中的传递模型,进一步探究复合膜对工业废水处理过程的强化机制,通过优化调控复合膜结构,提升复合膜对工业废水中多种污染物的截留率和抗污染性能,实现膜蒸馏抗污染性、截留率和产水通量的同步提升,并通过开展中试研究验证复合膜用于工业废水深度处理的经济性和长期稳定性。

无机盐晶须的制备以及应用研究进展

无机盐晶须是在人工可控条件下生长成的具有一定长径比的一种纤维,具有强度高、模量高、化学性质稳定、易与基体结合等特点,广泛应用于造纸、建筑材料、高分子材料等领域。主要介绍了无机盐晶须的生长机理、常见的无机盐晶须种类、制备方法以及应用范围。重点介绍了无机盐晶须的制备方法,包括气相法、固相法和液相法,其中液相法为制备无机盐晶须常见的方法,主要从水热合成法、碳化法、常压酸化法以及溶胶凝胶法进行介绍;其次,介绍了无机盐晶须在阻燃材料、建筑材料、复合材料和摩擦材料中的应用,并指出晶须对复合材料的作用机理主要体现在负荷传递、裂纹桥连、裂纹偏转和拔出效应4个方面;最后指出,目前无机盐晶须的制备及应用仍处于实验室阶段,其制备以及应用过程中仍存在能耗高、产物形貌不均一、产量低、设备复杂、工业化程度差等一些问题。通过分析得出,开发低成本、低能耗的无机盐晶须制备方法仍是主要的亟需解决的难题。

固废基土壤调理剂的制备及其矿区生态修复效果

我国煤矸石产量大,利用率偏低,大量堆积没有得到合理利用,造成了土地资源浪费和严重的环境污染。以煤矸石为主要原料,通过添加铝粉发泡养护得到多孔材料,再将其与废弃有机质以及含碳辅料发酵制成固废基土壤调理剂。对比探究喷播固废基土壤调理剂(SWSC)、丛枝菌根真菌(AMF)和固废基土壤调理剂耦合菌根真菌(SWSC+AMF)的土壤理化性质以及对矿区典型植物生长的影响,研究不同处理下植物中重金属的累积量。结果表明:固废基土壤调理剂的优选配方为:当煤矸石和水泥掺比为85%∶15%时,制备的多孔材料性能最优;优选鸡粪和风化煤作为有机质和含碳辅料;当多孔颗粒、鸡粪与风化煤的质量配比为4∶2∶4时,制备的固废基土壤剂调理剂最优。对土壤调理剂的制备及应用全流程进行重金属安全性评价,重金属含量均低于国家标准中重金属的限定值。喷播SWSC+AMF的土壤中有机质含量为35.24 mg/kg,速效钾含量为261 mg/kg,有效磷含量为278 mg/kg,碱性磷酸酶含量可达到293.07 mg/kg,且喷播SWSC+AMF对披碱草的株高和根长生成具有促进作用,可有效减少对披碱草中重金属Cd、Pb、Ni的累积,同时对改善土壤结构,提升土壤肥力方面有积极作用。