对电炉镍铁渣(EFS)基地聚合化学键合陶瓷材料(EFS-GCBCs)的性能进行了综述,发现该材料由于使用碱激发剂很容易碳化而发生结构破坏;此外,关于关键组分镁含量对材料性能及水化机理影响方面的研究较少,存在材料制备机理不够透彻等缺陷。因此,基于EFS富含镁质的特性,提出利用EFS制备镍铁渣基磷酸镁化学键合陶瓷材料(EFS-PCBCs)的设想。磷酸镁化学键合陶瓷材料(PCBCs)具有材料凝结速度快、早期强度高、高耐盐冻、抗腐蚀、低收缩及良好的混凝土兼容性等优点,而EFS-PCBCs与传统PCBCs相比,显著降低了PCBCs制备成本,该方法可为EFS高效综合利用提供一种新的研究思路。
对湿法脱硫工艺的氧化再生过程进行了实验研究,通过单因素试验考察了温度、氧硫摩尔比、pH和酞菁钴四磺酸钠(PDS)质量浓度对再生效率的影响。基于单因素实验结果设计了四因素三水平正交实验,结果发现温度是影响氧化再生过程的关键因素,其次是氧硫摩尔比和pH,而PDS质量浓度的影响最小。最佳脱硫条件是氧硫摩尔比为1.25、PDS质量浓度为60 mg/L、pH为8.6、温度为18℃,对应的再生效率为83.8%。对HS-的氧化再生过程进行了机理分析,提出控制多硫离子氧化是降低副盐生成的关键。最后对实际工厂脱硫氧化过程分析发现,其脱硫效率仅为55%,温度和氧硫摩尔比与实验最佳条件存在很大差异。
为了延长生物柴油产业链,以废油脂生物柴油副产物粗甘油为原料,高值化利用生产衍生物环氧氯丙烷(ECH)。粗甘油原料被提纯成工业级甘油,经氯化反应和环化反应制备了环氧氯丙烷。以200 mL/min的氯化氢气体为氯化剂、己二酸为催化剂,在反应温度为105℃、己二酸质量分数为7.5%的条件下,通过降温真空除水3次,制得二氯丙醇(DCP),氯化收率达93.2%,甘油转化率达96.7%。在氢氧化钠催化下二氯丙醇环化制得环氧氯丙烷。通过单因素实验得到环化反应的最佳工艺条件为:反应时间为30 min、氢氧化钠与二氯丙醇摩尔比为1.2∶1、反应温度为90℃,在此条件下的环化收率为89.5%。
采用机械混合/热处理的方法制备了具有异质结结构的Bi4Ti3O12/g-C3N4复合光催化剂,利用XRD、SEM及UV-Vis对所制备的复合光催化剂的结构与形貌进行了表征。结果表明,复合光催化剂中形成了异质结构,其禁带宽度减小,吸收带边红移,可见光吸收增加。以RhB为目标污染物评价复合光催化剂的活性,考察了不同g-C3N4复合量对光催化剂反应活性的影响。结果表明,异质结型复合光催化剂的光催化活性明显优于单相Bi4Ti3O12;当g-C3N4的质量分数为20%时,其光催化性能最佳(90 min达92.8%),其表观反应常数为单相Bi4Ti3O12的4倍。复合光催化剂光催化活性提高的原因是Bi4Ti3O12与g-C3N4之间形成了异质结,显著降低了光生电子和空穴的复合几率。外加捕获剂的实验结果表明,复合光催化剂的主要活性基团为空穴(h+)与超氧自由基(·O2-)。
为了丰富废弃磷尾矿的资源化利用途径,以浮选磷尾矿为脱硫剂,研究了湿法脱硫过程中固液比、吸收剂温度、进口SO2质量浓度以及经煅烧、微波处理等影响因素对脱硫效率的影响规律。结果表明,最佳反应温度为25℃,随着温度升高,SO2溶解度降低,吸收液对SO2去除效率降低;固液比增加,吸收剂与SO2接触面积增大,脱硫率增加;进口SO2质量浓度的提高大量消耗吸收液中的氢氧根,降低了吸收液的pH,不利于SO2的吸收;磷尾矿经煅烧后物化性质发生变化,最显著的是原有的碳酸盐等盐类转化为金属氧化物,提高了反应活性,大大提高了脱硫效率;微波处理后的磷尾矿由于降低其活化能,在一定程度上提高了反应速率,有利于SO2的吸收。
以水中盐酸金霉素为目标污染物,研究了活性炭活化过硫酸钠对盐酸金霉素的降解效果及机制。结果表明,活性炭与过硫酸钠联合体系对盐酸金霉素的去除效果要好于活性炭和过硫酸钠的单一体系。活性炭活化过硫酸盐体系的最佳条件为:活性炭投加质量为0.2 g、盐酸金霉素与过硫酸钠摩尔比为1∶50、pH为3,该条件下对初始质量浓度为50 mg/L的盐酸金霉素的降解率可达到80%以上。活性炭的重复利用性能较高,3次重复使用后降解率仍保持在60%以上。无机盐离子对体系氧化降解盐酸金霉素有一定的抑制作用。自由基鉴定试验结果表明,·SO4-在整个处理体系中起主要的降解作用。紫外-可见光谱分析发现,盐酸金霉素在分解过程中其苯环结构被破坏。活性炭活化过硫酸盐氧化法可高效去除水中的四环素类抗生素。
利用自行合成的膨胀珍珠岩负载型纳米零价铁(EP-nZVI)去除偶氮染料酸性大红(AR)和甲基橙(MO)。考察了EP-nZVI质量浓度、初始pH、温度和单一染料初始质量浓度对EP-nZVI去除染料的影响。实验证明EP-nZVI可以快速高效地降解溶液中的AR和MO。SEM和XRD表征结果表明,负载于膨胀珍珠岩(EP)的纳米铁粒子具有良好的分散性;对照实验显示EP具有一定的吸附作用,EP-nZVI去除AR和MO的效果优于nZVI。动力学研究表明,EP-nZVI去除AR和MO是一个快速吸附同时发生氧化还原的过程,是受表面控制的反应。紫外-可见光谱分析表明,EP-nZVI通过断裂AR和MO分子中的偶氮基实现快速降解染料。
为寻找一种高效清洁的液体除硫剂,对已合成的3种三嗪类除硫剂(THT、TMP和TP)分别进行了除硫性能评价和产物分析。通过控制变量法分别考察了温度、pH、H2S质量浓度、除硫剂浓度、反应时间对除硫效率的影响,及不同除硫剂的吸附容量和产物形态的对比。结果表明,除硫剂较适宜的反应温度为50~55℃(油相中应适当升温);碱性条件更有利于吸收H2S;宜用于较低H2S质量浓度的油气藏;除硫剂质量分数分别在40%、30%和50%时更经济环保;反应时间不宜超过5 h;产物可逆性均较小且属实际无毒;其中THT的反应产物中有大量白色沉淀。3种三嗪类除硫剂均有优良的除硫性能,但使用的条件范围均有限制,其中以TMP的除硫性能最优良,且与H2S反应的产物更环保。
以γ-氧化铝(γ-Al2O3)为载体,采用共沉淀法制备Cu-Mn-Ce/γ-Al2O3催化剂,构建臭氧-Cu-Mn-Ce/γ-Al2O3催化臭氧化降解体系。在不同条件下,考察Cu-Mn-Ce/γ-Al2O3对布洛芬废水处理效果的影响,并对催化剂进行XRD、TEM和BET表征。结果表明,在反应初始溶液pH=7、臭氧投加量为30 mg/min、Cu-Mn-Ce负载量为20%及催化剂质量为0.45 g的条件下,布洛芬废水中TOC的去除率最高可达80.96%;Cu-Mn-Ce/γ-Al2O3催化剂重复使用5次后,废水中TOC的去除率从80.96%降低至75.31%,表明该催化剂的稳定性和重复利用性较好。
采用等体积浸渍法制备MnO2-CuO/Y催化剂,考察组分质量分数对常温催化臭氧氧化甲苯性能的影响。利用X射线衍射、N2吸附-脱附、氢气程序升温还原、甲苯吸附等分析方法对催化剂结构进行表征,以甲苯转化率维持在95%以上的时间(t95)为指标对催化性能进行评价。结果表明,当活性组分MnO2和CuO总负载量为10%且MnO2与CuO质量比为3∶2时,6% MnO2-4% CuO/Y催化剂具有相对较高的比表面积和孔容积及较好的甲苯吸附性能,MnO2和CuO之间存在相互作用,形成固溶体,促进氧化还原性能的提高。因此,在常温催化臭氧氧化甲苯反应中,6% MnO2-4% CuO/Y催化剂表现出较高的反应活性,t95为260 min,COx选择性为85.4%,CO2与CO摩尔比为5.36。
以钢渣、粉煤灰、黏土、剩余活性污泥和过渡金属盐类为原料,利用固相混合法制备得到陶粒催化剂,并对焦化废水生化尾水进行臭氧催化深度处理研究。以COD去除率为评价指标,考察了催化剂活性组分种类与质量分数、催化剂质量浓度、臭氧投加量、焙烧温度及废水初始pH等工艺条件对COD去除率的影响。结果表明,Mn-TiO2双活性组分质量分数为8%、焙烧温度为1 110℃、废水初始pH为7.12、臭氧投加量为5.81 mg/min、催化剂质量浓度为20 g/L时,陶粒催化剂对焦化废水的处理效果最佳。废水的COD从100.08 mg/L降至44.12 mg/L,去除率高达55.92%。出水水质满足新修订的焦化废水排放标准。催化剂重复使用10次,活性无明显衰减,COD去除率均保持在50%以上。
工业烟气中粒径10 μm以下的微细颗粒物通过静电除尘器捕集效率较低,以烧结烟气中微细粉尘为研究对象,采用化学团聚协同作用提高静电除尘效率。选取聚丙烯酰胺(PAM)、葡甘露聚糖(KGM)和聚合氯化铝(PAC)3种絮凝剂考察其团聚效果。结果表明,化学团聚作用显著增大了微细颗粒平均直径,其中PM10粒级的颗粒体积分数最高减少了75.608%;3种絮凝剂中KGM团聚效果最好,团聚前、后粉尘峰值粒径分别为11.565、37.825 μm;在选取的浓度范围内,絮凝剂质量浓度越高团聚效果越好;烟气温度变化对PM2.5级别颗粒团聚效果的影响不是很显著。通过正交试验分析得出,当入口烟温为100℃、絮凝剂KGM质量浓度为0.1 g/L时,粉尘颗粒物峰值粒径达到40 μm左右,除尘效果可达到97%以上。
将不同质量分数的钠型ZSM-5引入氧化铝溶胶制备复合载体,负载活性组分铬并用于丙烷脱氢催化实验。利用XRD、XRF、BET、NH3-TPD、UV-Vis等对添加不同ZSM-5质量分数的复合载体、催化剂样品进行表征,考察了不同质量分数ZSM-5对催化剂的孔分布、晶体结构、表面酸性、金属存在形式、积碳行为及丙烷脱氢性能的影响。结果表明,5% ZSM-5与氧化铝复合,增加了催化剂表面有利于脱氢反应的弱酸位点比例,增加了可被还原的Cr6+及脱氢活性中心不饱和Cr3+的数量,有效抑制积碳生成,提高催化剂的平均反应活性;当反应温度为600℃、C3H8与N2体积流量比为1∶15时,催化剂的丙烷转化率与丙烯选择性可达52.0%和90.0%。
以2-甲基萘(2-MN)为原料,冰醋酸为溶剂,(NH4)2S2O8为引发剂,经30% H2O2氧化制得粗品2-甲基-1,4-萘醌(2-MNQ),通过IR、NMR、MS对其结构进行表征,并采用HPLC (面积归一化法)测定粗品2-MNQ的纯度及其所含杂质的种类和含量。考察了反应温度、反应时间、溶剂与氧化剂用量对粗品2-MNQ收率、纯度、转化率的影响,并得到最佳工艺条件:反应温度为85℃、反应时间为3 h、n(CH3COOH)∶n(H2O2)∶n(2-MN)=50∶11∶1。在最佳工艺条件下,粗品收率为61.1%,转化率为99.7%,纯度为87.7%。经HPLC法测得粗品2-MNQ中的杂质主要为邻苯二甲酸酐和6-甲基-1,4-萘醌(6-MNQ),粗品依次经NaHCO3水溶液和NaHSO3水溶液处理,最终获得2-MNQ纯品(纯度97.7%),总收率为56.2%。
为增强壳聚糖(CS)膜吸附重金属离子的能力,以CS为基体,利用乙二胺(EDA)对氧化石墨烯(GO)进行胺基化改性,将改性后的GO (n-GO)引入CS制备得到壳聚糖/胺基化氧化石墨烯(CS/n-GO)复合膜。探究吸附时间、吸附剂质量、溶液pH、初始质量浓度等条件下复合膜对铜离子(Cu2+)吸附性能的影响。结果表明,GO表面成功接枝上了氨基,最佳的胺基化摩尔比为n(GO)∶n(EDA)=1∶8。在吸附时间为12 h、溶液pH=4、吸附剂质量为70 mg、初始质量浓度为50 mg/L时,CS/n-GO复合膜对Cu2+吸附效果最好,吸附率最高可达92.8%。CS/n-GO复合膜对Cu2+的吸附动力学符合准二级动力学方程,吸附模型符合Langmuir等温吸附模型。经过5次吸-脱附实验后,复合膜仍可重复使用。
通过在PDMS膜中加入NaCl微米颗粒形成孔结构,制得以多孔PDMS膜构建的柔性电容传感器,测试了不同NaCl质量分数下的灵敏度,同时对系统耐久性与响应速率进行了分析。结果表明,纯PDMS薄膜形成了较为光滑的表面,加入NaCl颗粒的薄膜形成了大量的孔隙结构。NaCl颗粒质量分数为20%的多孔传感器的灵敏度为0.68 kPa-1,相对于无孔PDMS薄膜传感器得到显著改善。当压力增大时,灵敏度减小。对颗粒进行更长时间研磨后得到更小粒径,获得更高的薄膜传感器灵敏度。孔结构能够促进薄膜传感器对外界压力形成更明显的数值反馈。当对传感器施加5.0 Pa压力后,传感器实现了4 s以内的响应时间,可满足快速反应的要求。压力施加与去除的迟滞变化曲线基本重合,传感器只存在很低的迟滞。传感器弯曲前后灵敏度基本一致。
以带式压滤机处理过的一次脱水污泥为研究对象,运用电渗透交变电场联合双氧化技术对污泥进行脱水,研究不同单因素条件对污泥深度脱水的影响。利用响应曲面法的Box-Benhnken中心组合设计对污泥脱水条件进行优化,分析了投药摩尔比n(CaO2)∶n[(NH4)2S2O8]、电压梯度、时间比之间的交互作用,探究最佳工艺参数。单因素实验结果表明,当投药摩尔比为0.96∶1、电压梯度为13.76 V/cm、不等占空比为4.59∶1时,污泥含水率可降至53.99%。优化结果显示,回归模型可达到显著水平,在实验研究区域内拟合较好,模型的精确度、准确度及可信度均在可信范围内,并且各因素之间交互作用显著,可以真实地反映对污泥脱水效果的影响。
以体积分别为8.0、4.5 L的单室空气阴极微生物燃料电池(MFC)为组件,构建宽式堆栈(WMFCs)和窄式堆栈(NMFCs)2种MFC堆栈(体积均为40 L),以乙酸钠为基质考察组件堆栈形成放大电池后性能的变化,并研究不同电路连接材料对堆栈产电性能的影响。兼顾经济性与运行可靠性选择镀锡紫铜条作为并联材料时,WMFCs的最大功率密度(Pmax)为47.22 W/m3,NMFCs Pmax为51.23 W/m3。而单个周期WMFCs回收能量为0.229 kWh/m3,相比NMFCs提升5.53%。通过接入自主设计的储能电路考察不同堆栈的能量收集情况,最终形成以WMFCs为主要放大电池工艺构型的MFC堆栈运行方案。
在293.15~323.15 K温度范围内,采用激光法测定了铵明矾在氯化钠溶液中的介稳区宽度和诱导期,分别研究了不同饱和温度、搅拌速率和降温速率对铵明矾介稳区的影响以及各温度下过饱和度对铵明矾诱导期的影响。结果显示,铵明矾在氯化钠溶液中的结晶介稳区均随着搅拌速率和饱和温度的增大而变窄,随着降温速率的升高而变宽;根据Sangwal的3D成核理论方程推算出铵明矾在氯化钠溶液中的成核活化能;此外实验测定铵明矾的诱导期随着过饱和度和饱和温度的增大而缩短,根据诱导期实验数据和经典成核理论,计算出293.15~303.15 K温度范围内铵明矾在氯化钠溶液中的界面张力。