抗生素生产中含盐废水的资源化利用技术研究

抗生素生产过程中会产生大量以氯化钠和氯化钾为主的含盐废水,若直接排放,不仅会对环境产生污染或影响,还会造成资源的浪费。本研究以抗生素生产中含盐废水为处理对象,面向资源化利用,设计采用“机械式蒸汽再压缩技术(Mechanical vapor recompression,MVR)+冷却结晶”工艺,分离获取其中的氯化钠和氯化钾,重点考察不同温度下的分离效果及经济能耗。研究表明,在母液循环操作模式下,常压蒸发温度为90℃、蒸水量为(85.00±0.50)%、结晶温度为25℃时,氯化钠收率可达85.00%以上,氯化钠和氯化钾纯度可达国家标准中工业级产品要求。

电化学提锂技术中电极材料和电极体系的研究进展

锂及其化合物具有广泛的应用前景,锂资源需求越来越大,因此,开发能实现高储量、低品位的(浓)海水/卤水锂资源高效提取的方法具有重要意义。近年来,电化学提锂技术因其高选择性、低能耗和环境友好等特点而成为研究热点。本文针对电化学提锂技术中锂吸附电极材料的选择/制备和电极体系构建两方面的研究进展进行了归纳分析。在锂吸附电极材料的选择/制备上,基于高锂离子选择性的LiFePO4、LiMn2O4和LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2电极被逐渐开发应用。在电极体系构建上,与具有阴离子可逆交换性能的AgCl、ZnCl2和聚吡咯对电极所构成的电极体系可避免副反应发生,能耗较低;不含其他对电极材料的“摇椅式”结构电极体系可降低电极成本,提高提锂效率。此外,指出了目前电化学提锂技术尚存在的不足,未来可从电极材料制备、提锂过程优化、装备设计三方面进行研究,以推进电化学提锂技术的发展与应用。

反电渗析处理海水淡化副产浓海水的研究

海水淡化副产浓海水的排放会对海洋生态环境产生不利影响乃至破坏,但其与河水间存在的盐差能可被利用,是一种可再生能源。反电渗析是可以有效将盐差能转化为电能的新型绿色发电技术。以浓海水和河水分别作为反电渗析的浓、淡室进料溶液,基于国产亚德世膜,采用不同的隔板考察了膜间距离和流道类型对反电渗析性能的影响,并用进口富士膜进行了实验对比。结果表明:随着膜间距离的增大,膜堆开路电压和内阻增大,功率密度和离子迁移量减小;相同膜间距离下,直流道隔板的产电性能优于斜流道;采用富士膜的产电性能和离子迁移量影响规律与亚德世膜一致。综合考虑开路电压、功率密度和离子迁移量,选用0.85 mm的直流道隔板较优,功率密度为0.363 2 W/m^(2)。该研究为浓海水的科学利用提供了参考借鉴。

选择性电渗析提锂技术的研究进展

伴随电动汽车等新兴行业的快速发展,市场对锂及其化合物的需求高速增长。开展高储量、低品位的盐湖卤水、(浓)海水及油气资源生产水中溶存锂资源的高效提取具有重要意义。不少地区的溶存锂资源中镁锂比高,分离难度大,目前尚未实现充分开发利用。基于单价选择性离子交换膜的单价离子选择性电迁移特性,选择性电渗析(Selective Electrodialysis,S-ED)逐步应用于高镁锂比水体中镁锂间的预分离与锂的初步纯化。S-ED在保证较高锂回收率的条件下可获得低镁锂比的锂富集液,展现出较高的研究价值与应用前景。本文综述了S-ED用于盐湖卤水和(浓)海水中锂资源提取的研究现状,重点总结了主要操作参数和共存离子对S-ED提锂性能的影响规律,对目前高镁锂比水体选择性电渗析提锂技术存在的不足进行了总结,并对其未来发展趋势进行了展望。

纳米粒子/氧化石墨烯改性复合膜制备及其分离性能研究

采用真空抽滤-压力喷涂的方法,以聚酰胺纳滤膜为基膜,制备了氧化石墨烯和二氧化钛纳米粒子质量比为1∶1、2∶1、3∶1和4∶1的复合膜GOT1、GOT2、GOT3和GOT4以及氧化石墨烯和二氧化硅纳米粒子质量比为1∶1、2∶1、3∶1和4∶1的复合膜GOS1、GOS2、GOS3和GOS4。通过SEM、EDS、XPS和GIWAXS方法对GOT复合膜和GOS复合膜进行了分析表征,结果表明,氧化石墨烯和纳米粒子均匀负载在聚酰胺纳滤膜表面。研究了复合膜的性能,并推测了复合膜的净水机理。其中GOT复合膜在0.75 MPa下水通量可达50 L·m^(-2)·h^(-1),相较于原始基膜提高了25%,显示出了最佳的水通量性能,并且在保持较高通量的同时,对盐溶液和重金属离子的截留率仍能维持在90%左右。真空抽滤-压力喷涂的方法为氧化石墨烯复合膜的制备提供一种新的工艺思路,为废水处理提供了一种更高净化效率的复合膜。

硫酸钾溶液结构的X射线散射和Raman光谱的研究

钾是海水中的常量元素之一,硫酸钾水溶液结构研究有利于解释其溶解度的微观机理,从而为海水中钾盐的分离纯化提供理论指导。利用实验室改装的X射线衍射仪、上海同步辐射光源装置及拉曼光谱技术研究了不同质量分数的K_(2)SO_(4)水溶液的微观结构信息。由X射线散射数据处理得到的差值结构函数F(Q)可知,Q=2.5A^(-1)附近的一高一低双峰逐渐变成强度相当的两个峰,此处双峰与水溶液中的氢键网络结构有关;随着质量分数的增加,Q=5.0?^(-1)附近的峰位向坐标轴右侧移动。由G(r)可知,2.8A处峰随质量分数的增加有展宽趋势,主要受O—O相互作用影响。在拉曼光谱图中,位于3200 cm^(-1)附近的肩峰强度随溶质含量的增加逐渐降低,2800~3800 cm^(-1)范围内整体峰形变窄。拉曼光谱去卷积拟合的结果表明,K_(2)SO_(4)的加入破坏了水的四面体氢键构型,小幅促进了质子供体型氢键的形成。X射线散射和拉曼光谱的分析结果均说明K_(2)SO_(4)的加入破坏了原有的水分子四面体网络结构。

NH_(4)Cl水溶液的结构和物性研究

通过密度泛函理论(DFT)计算、拉曼光谱和同步辐射X射线散射法,研究了质量分数为1.0%~28.0%的NH_(4)Cl水溶液的微观结构。在室温下测量了粘度、接触角和电导率。由DFT计算和拉曼光谱结果可知,当溶质浓度升高至10.0%时,在2900 cm^(-1)和3100 cm^(-1)附近出现了明显的N-H作用峰,且随着质量分数的升高,NH_(4)Cl水溶液中的DDAA型氢键转变为DA和DAA型氢键。X射线散射结果表明,当NH_(4)Cl水溶液质量分数升高至10.0%时,差值对分布函数G(r)在0.298 nm附近出现明显双峰,表明在该浓度下溶液中NH_(4)^(+)-Cl^(-)接触离子对开始成为主要微观作用形式。NH_(4)Cl水溶液的粘度、接触角和电导率均随着NH_(4)Cl水溶液质量分数的增加而增大。NH_(4)Cl水溶液中氢键类型的转变、O-H...N键占比增多以及逐渐增加的NH_(4)^(+)-Cl^(-)接触离子是粘度和接触角变化的微观本质因素;电导率的增加与溶液中有效导电离子数量增加有关。

选择性电渗析镁锂分离过程模拟优化

选择性电渗析(selective electrodialysis,S-ED)技术是目前实现高镁锂比卤水锂资源提取的有效手段。通过建立一种二维传质稳态模型,以离子通量分布为研究对象,探究体系离子强度、外加电压和通道流速对镁锂分离的影响。结果表明:体系离子强度和通道流速的增大与外加电压的减小均对镁锂分离具有促进作用。在体系离子强度为1378 mol/m^(3),外加电压值为0.8 V,通道流速为5.7 cm/s的条件下,锂镁分离系数为2.31。研究结果可为推广S-ED过程数值模拟提供理论指导和数据参考。

氯化铵转化新工艺的机理及条件探究

针对目前纯碱产业氯化铵产能过剩的问题,提出一种氯化铵转化新思路。即以固体氯化铵和碳酸镁为原料,采用固相加热反应生成氯化镁、氨气、二氧化碳和水,其中氨气和二氧化碳可回收用于纯碱的生产。从热力学角度分析了固体氯化铵和碳酸镁的反应机理,探讨了反应温度、反应时间和配料比对氯化铵转化率的影响,进行了正交实验并确定了最优反应工艺条件,对反应产物进行了X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和能谱(EDS)表征。最佳反应条件:碳酸镁与氯化铵物质的量比为1.8∶2.0,反应温度为523 K,反应时间为120 min。在该反应条件下氯化铵转化率可达94.40%,氯化镁纯度可达工业标准。