采用溶胶-凝胶法制备了河底泥陶粒负载Sn-Sb-TiO2电极,并通过SEM和XRD对其进行表征,考察了该电极对2,4-二硝基甲苯模拟废水的电催化降解性能,初步探讨了还原产物和还原机理。结果表明,制备的电极表面有较致密的Sn-Sb-TiO2金属氧化物表层,对2,4-二硝基甲苯模拟废水有很好的电催化处理效果。当2,4-二硝基甲苯初始质量浓度为100 mg/L、电解质Na2SO4浓度为0.1 mol/L、电流密度为20 mA/cm2、曝气量为300 mL/min、中性条件下处理120 min时,对2,4-二硝基甲苯去除率达到94.31%,且循环使用10次处理效果依然维持在90%以上,性能未见明显下降。通过对还原产物浓度变化分析得出,2,4-二硝基甲苯的主要还原中间产物为2-氨基-4-硝基甲苯,最终还原产物为2,4-二氨基甲苯。
采用浸轧法在棉织物表面构建了六偏磷酸钠(PSP)/氢氧化镁(MH)二元阻燃层,再通过物理吸附在纤维表面包覆隔热性良好的二氧化硅胶体颗粒,制备出PSP/MH/SiO2三元阻燃棉,并对其阻燃机理进行了探讨。通过SEM和XRD对纤维形貌、结构进行了表征;采用TG、微型量热仪(MCC)、LOI、垂直燃烧测试(VFT)对阻燃织物的热稳定性能进行了分析。测试结果表明,构筑的PSP/MH/SiO2三元阻燃棉织物表现出良好的自熄、阻燃性能,体系的LOI达到31%,其峰值热释放速率(PHRR)和总热释放量(THR)分别为52.541 kW/m2和0.92 MJ/m2,残炭率达到40.1%。
以乙酸钴为钴源,采用溶剂辅助水热法制备Co3O4复合金属氧化物。利用XRD、SEM、BET、H2-TPR、XPS、N2O-TPSR和O2-N2O-TPSR等对催化剂的理化性质进行表征,在固定床微型反应器中评价催化剂催化分解N2O活性,考察了晶化温度对催化剂催化分解N2O活性的影响。结果表明,溶剂辅助水热法制备的Co3O4催化剂具有尖晶石结构,晶化温度影响催化剂形貌、氧化还原性能和催化分解N2O活性。N2O-TPSR和O2-N2O-TPSR测试结果表明,表面吸附氧在Co3O4催化分解N2O中起重要作用。其中,晶化温度为160℃制备的Co3O4催化剂氧化还原性能好,催化分解N2O温度低,在反应气体组成(体积分数)为0.68% N2O、0.88% O2、Ar为平衡气的(流量为80 mL/min)条件下,T10和T95分别为266℃和410℃。
以水中2,4-二氯苯酚为目标污染物,比较了不同活化方式下过硫酸钠对2,4-二氯苯酚的降解去除效果以及热活化过硫酸钠降解2,4-二氯苯酚的影响因素。结果表明,过硫酸钠的活化效果依次为:热活化 > 碱活化 > 超声波活化 > 过氧化氢活化 > 无活化。升温有利于提升过硫酸钠的活化效率,60℃时活化过硫酸钠的降解效果可达到最佳。热活化过硫酸钠降解的适宜条件为:2,4-二氯苯酚与过硫酸钠摩尔比为1:30、过硫酸钠分3次等量添加、pH为11~12、反应时间200 min,该条件下水中初始质量浓度为50 mg/L及以下的2,4-二氯苯酚几乎完全降解去除。研究结果表明,热活化过硫酸盐氧化法能高效去除水中的氯苯酚类污染物。
以SiO2为壳材,相变材料石蜡(PA)为芯材,采用界面水解缩聚法制备石蜡相变微胶囊(PA@SiO2)。FT-IR和SEM测试结果表明,制备的石蜡相变微胶囊具有球形颗粒外观,且制备过程中除了正硅酸四乙酯(TEOS)的水解缩聚,没有发生其他化学反应;DSC及TGA对样品进行热性能测试,得出该微胶囊熔融温度和熔融热焓分别为53.64℃和67.19 kJ/kg,其热效率可达44.83%,且SiO2的包覆提高了相变材料的热稳定性。此外,利用红外热成像仪观察石蜡与相变微胶囊的升降温过程发现,经无机壳材SiO2包覆后,材料的升降温速率较石蜡相变材料明显提高,且微胶囊化对固-液相变材料具有很好的定形效果。制备的相变微胶囊具有较高的相变潜热,可在能量存储、蓄热调温及军事伪装等方面得到应用。
以1-乙烯基咪唑、溴代正丁烷和四氟硼酸钠为原料,采用两步合成法制得目标产物1-乙烯基-3-丁基咪唑四氟硼酸盐,通过傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、核磁共振氢谱(1HNMR)对目标产物进行表征。分别探究了1-乙烯基-3-丁基咪唑四氟硼酸盐、1-乙烯基-3-丁基咪唑四氟硼酸盐-双硫腙、双硫腙-氯仿3种体系对废水中的Pb2+、Cd2+的萃取效率,结果表明,在最佳条件下,1-乙烯基-3-丁基咪唑四氟硼酸盐-双硫腙体系的萃取效率最好;在该体系中探究了温度、pH、萃取时间、离子初始浓度等对废水中Pb2+、Cd2+萃取效率的影响,结果表明,在最佳条件下,1-乙烯基-3-丁基咪唑四氟硼酸盐-双硫腙体系对废水中Pb2+、Cd2+萃取效率分别为94%、83%。
利用简单的水热法在FTO基底上制备了TiO2纳米棒阵列,研究了水热反应温度、钛酸丁酯加入量、水热反应时间、盐酸浓度等因素对TiO2纳米棒阵列形貌的影响。结果表明,随着水热反应温度在150~180℃之内升高,纳米棒的径向生长加快,纳米棒阵列的面密度和空隙减小;随着钛酸丁酯的用量增大,水热溶液中晶核形成速度加快,促进了TiO2纳米棒的径向和轴向生长,但TiO2纳米棒阵列的面密度基本保持不变,纳米棒之间的空隙减小;随着水热反应时间的增加,TiO2纳米棒主要沿着轴向生长,径向宽度基本保持不变;随着盐酸浓度的增大,TiO2纳米棒阵列的面密度逐渐减小,纳米棒之间的空隙不断增大。
通过微波溶剂热法合成宽禁带ZnGa2O4纳米光催化剂,并利用X射线衍射仪(XRD)、氮气吸脱附仪、紫外-可见漫反射仪(UV-Vis DRS)、透射电镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)、电子顺磁共振谱仪(ESR)等技术系统表征了不同制备条件对样品物相和微观形貌、比表面积和孔结构、光吸收性能和光催化活性物种等结构和性质的影响。同时,比较了TiO2和ZnGa2O4纳米颗粒在光催化氧化As(Ⅲ)中的性能差异。结果表明,在紫外光照射下,微波溶剂热法制备的ZnGa2O4纳米颗粒具有良好的As(Ⅲ)的光催化氧化能力(40 min可达99.1%),相比于TiO2光催化剂(84.5%)有很大提高。此外,通过对ZnGa2O4纳米光催化剂氧化去除As(Ⅲ)光催化机理的初步探索发现,超氧自由基(O2-·)和空穴(hvb+)是此过程中起主要作用的中间反应活性物种。
采用沸石填料电化学反应器处理低浓度氨氮废水,研究了阳极材料、粒子电极、阴极材料、电流密度、初始pH、曝气对氨氮去除效果的影响。结果表明,在钌铱锡阳极板(DSA)为阳极、活性碳纤维(ACF)为阴极、载铁斜发沸石为填料、电流密度为6 mA/cm2、pH为5、曝气量为5 L/min条件下,质量浓度为20 mg/L的模拟氨氮废水经处理后出水氨氮质量浓度为3 mg/L左右,且出水水质清澈。NH4+在直流电场作用下向阴极定向移动,曝气对阳极处理氨氮没有影响,·OH氧化氨氮可使氨氮质量浓度降低一半左右,氨氮降低至一定质量浓度时,·OH无法继续对其氧化,阴极附近氨氮质量浓度在20 min后基本保持不变。
以城市污水处理厂二沉池脱水污泥为原料,钛白废酸为活化剂,制备污泥活性炭(SAC),以H2O2为改性剂对SAC进行改性处理制备MAC。研究了改性剂质量分数、改性时间对吸附效果的影响,通过单因素实验得出最佳改性参数为:改性质量分数为10%、改性时间为60 min;该条件下,MAC的碘吸附值为493.40 mg/g、比表面积为1 021.45 m2/g、总孔容为0.622 8 mL/g、含氧官能团为1.792 5 mmol/g,分别较改性前提高了21.4%、35.5%、30.9%和8.44%。将MAC用于屠宰废水的处理,结果表明,当MAC质量浓度为12 g/L、振荡时间为50 min、pH维持不变时,屠宰废水中COD和TP的去除率分别为90.7%和98.5%。MAC对屠宰废水中COD的吸附符合Freundlich等温模型和准二级动力学模型。
以WCl6、CsOH·H2O和CrCl3·6H2O为原料,乙醇和乙酸为溶剂,通过水控制释放的溶剂热法一步合成Cr掺杂的铯钨青铜。通过X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)、紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis)对材料的晶相、结合能、形貌、元素组成等进行表征。结果表明,所合成的样品为六方Cs0.32WO3结构,随着Cr掺杂量的增加,薄膜的可见光透过率增加。当Cr/W摩尔比为0.01时,薄膜仍具有良好的红外屏蔽性能,而可见光区的平均透过率提高了10%。此外,通过隔热性能测试,与空白玻璃相比,薄膜的隔热温差为6.4℃,样品的隔热效率为73.4%。
以马来酸酐(MA)、醋酸乙烯酯(VAc)、丙烯酸(AA)、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)为单体,异丙醇为链转移剂,通过自由基聚合法成功制备出MA/VAc/AA/AMPS四元共聚物,通过红外光谱仪(FT-IR)对其化学结构进行表征。以阻垢率为考察指标,详细考察了该阻垢剂的质量浓度和溶液的pH对阻硫酸钙性能的影响;并通过SEM和XRD考察了添加阻垢剂后硫酸钙垢晶体的变化情况。实验结果表明,在阻垢剂质量浓度为20 mg/L时,阻硫酸钙的效率可达94.42%。而且通过XRD和SEM分析可知,MA/VAc/AA/AMPS阻垢剂的加入,抑制和破坏了硫酸钙垢晶体的生长和规整性,使硫酸钙晶体发生了不同程度的断裂破损现象,降低了钙垢的结晶度,从而起到良好的阻垢效果。
马铃薯淀粉废水产生的季节性导致生物处理法应用存在诸多困难,而常规物化法处理效率较低,废水后续处理负担大。采用γ-氧化铝为载体,加入活性组分Cu制备了非均相高效催化剂,促进H2O2分解以产生更多·OH自由基,提高了废水处理效果。通过单因素实验方法考察了反应的主要影响因素及最佳反应条件。结果表明,在废水pH为6、催化剂投加量为2.0 g/100 mL、氧化剂(30% H2O2)投加量为5 mL/100 mL、反应温度为70℃、反应时间为45 min的最佳反应条件下,马铃薯淀粉废水中COD去除率为87.57%,浊度去除率为97.89%。该方法对马铃薯淀粉废水的处理效果较为理想,可以为马铃薯淀粉企业废水污染防治提供参考。
退役硅橡胶复合绝缘子的合理处置是电力行业需要解决的重要问题。利用硅烷偶联剂表面处理退役硅橡胶绝缘子胶粉,再将其填充室温硫化硅橡胶。利用红外光谱和热失重(TGA)分析表面处理效果,利用万能材料试验机、TGA、动态力学热分析和扫描电镜对硫化胶性能和结构进行分析。结果表明,硅烷偶联剂可有效地对退役硅橡胶复合绝缘子胶粉进行表面改性,其中乙烯基三乙氧基硅烷是较佳的偶联剂;在5~35份改性胶粉用量范围内,所得硫化胶拉伸强度提高7%~23%;填充处理胶粉不影响硫化胶的玻璃化转变温度(-27~-23℃),提高了硫化胶最大热分解速率温度(最高达到532℃)和模量(30℃模量提高7%~85%),且在基体内分散均匀。因此,退役硅橡胶复合绝缘子胶粉作为室温硫化硅橡胶的填充材料是实现其回收再利用的有效途径。
在SAPO-17分子筛的合成母液中加入工业级HZSM-22分子筛,采用水热法制备了一系列不同HZSM-22质量分数的SAPO-17/HZSM-22复合分子筛。利用XRD、SEM、FT-IR、NH3-TPD等手段对复合分子筛的微观结构和酸性进行表征,并考察其在甲醇制烯烃(MTO)反应中的催化性能。结果表明,HZSM-22的质量分数对复合分子筛的物化性质和MTO性能均具有较大影响。当添加质量占混合凝胶总质量的1/10时,SAPO-17/HZSM-22复合分子筛结晶度最高,形成部分粘连结构,且在MTO反应中复合分子筛催化剂的寿命较长,反应进行11 h时,其低碳烯烃选择性仍可保持在75%左右,丙烯/乙烯的比值为1.19。
以三聚氰胺为氮源合成了氮掺杂改性的钛酸锂(LTO-0.1N)材料,并通过扫描电子显微镜(SEM)和激光颗粒粒度分析检测材料的微观形貌和宏观颗粒。结果表明,与原始的LTO相比,合成的N掺杂LTO-0.1N样品显著改善了其电化学性质。LTO-0.1N的放电比容量在0.2 C时为172 mAh/g,在10 C时为120 mAh/g;LTO在0.2 C时为150 mAh/g,10 C时为98 mAh/g。氮掺杂改性的LTO-0.1N材料的电荷转移阻抗为375.58 Ω,没有改性的LTO的电荷转移阻抗为2 008.27 Ω。电荷转移阻抗的显著减小是氮掺杂改性LTO-0.1N材料电化学性能提高的原因之一。
研究从维生素C脂肪酸酯生产废水中回收酯化反应溶剂DMAC的工艺技术,该废水中DMAC的含量约30%。在实验装置上分别模拟了精馏法和萃取法这2条回收技术路线。精馏法使用高径比为18:1的不锈钢填料塔,内装比表面积为500 m2/m3、有效高度为1.6 m的规整填料,以1 000 g/h气相进料,确定最佳回流比为1:1.5时,回收1 000 kg废水中DMAC的能耗为3 950 100 kJ。萃取法确定以与维生素C酯产品萃取相同的甲基异丙基酮为萃取剂,萃取比为2:1、pH为7时,经6级逆流萃取,再经甲苯共沸脱水,回收1 000 kg废水中DMAC的能耗为916 248.4 kJ。2条技术路线都能回收可重复使用的酯化反应溶剂DMAC,回收率在96%以上,其中萃取法回收的能耗更低,回收成本小于精馏法,更具有工业化价值。
本文对西南某大型竹材制浆废水处理工程进行了研究。该废水工程采用常规的"预处理-生化-气浮"三级处理工艺,竹材制浆废水的污染物特征(COD、色度、TP和NH3-N)波动性比较大,竹浆综合废水的COD、色度和TP平均值为1 256 mg/L、315倍和5.98 mg/L,曝气池中氨氮平均值为3.73 mg/L。该竹材制浆废水工程具有良好的抗冲击和缓冲性能,COD、色度、TP和NH3-N去除率平均值为94.35%、94.60%、97.83%和63.81%,出水均满足国家排放标准。此外,对竹材原料质量管理亟待加强,确保废水水质稳定;同时面对日益严峻的环保形势,亟需开发高效氧化混凝剂,保证废水稳定达标排放,减低竹浆废水工程运行成本。
通过正交试验探究了反应温度、催化剂硫酸浓度和水油相质量比(相比)对NPG收率的影响,结果表明,相比影响最大,而硫酸浓度和温度几乎没有影响。通过单因素实验对相比影响进行研究表明,随着相比的增加,NPG收率先迅速增加,然后逐渐平缓,回归得到收率(Y)与相比(X)之间的关系式为:Y=0.996 277-0.113 43/X+0.041 783ln(X/10)-0.003 246 8X。通过Aspen Plus软件对反应液浓缩工艺进行模拟计算和操作费用优化,结果表明,当采用单效精馏时最佳相比为4,采用双效精馏时最佳相比为6,双效精馏的操作费用比单效精馏减少29.0%。