为了提高西北地区弃风电的利用率、减少煤化工产业对当地环境的污染,提出了风电与煤化工进行耦合的方案。该方案构建了风电制氢与煤化工相耦合的基本架构,将不能并网的富裕风电电解水制氢,氢气应用于煤化工系统,简化其单元过程。以30万t/a甲醇规模为例,对两种方案的能耗、投资及经济可行性进行了分析。结果表明,在有充足弃风电的西北地区,风电制氢与煤化工耦合系统的煤耗量、水耗量和CO2排放量分别是原单纯煤化工系统的51.9%、62.2%、22.2%,就地可利用弃风电电量1.238 4×109 kWh/a;对于30万t/a甲醇规模,耦合方案投资可以节省1.23亿元,甲醇成本每年可以减少602.99万元。
为分析核能制氢的经济性,基于IAEA开发了氢经济评价程序(HEEP),重点分析了反应堆技术、制氢工艺和制氢速率的不同对制氢成本的影响,并与GIF经济建模工作组(EMWG)开发的G4-ECONS做了对比验证。计算结果表明,对于先进压水堆,可以利用核电厂的规模效应来提升制氢的经济性,对于高温气冷堆等四代堆型,在降低核电厂成本占比的同时还应该重点关注制氢厂的成本。另外,当氢气的生产速率一定时,可采用高温蒸汽电解或硫-碘热化学循环以提升整体的制氢效率;对于常规的电解,可以提高氢气的生产速率以提升制氢的经济性。研究结论不仅为开展核能制氢时经济性的提升指明了方向,还能够指导不同企业根据自身现状来选择适合的制氢方案。
以苯甲酸(BA)和邻菲罗啉(Phen)为第1和第2配体,合成了系列钐与铕双核稀土有机配合物Eu1-xSmx(BA)3Phen(x=0.2,0.5,0.8)。对样品进行IR、UV/Vis、XRD、SEM、TG等分析,推测了新合成配合物的分子结构。结果表明,该系列稀土有机配合物可以有效吸收紫外光和可见光,吸收峰主要来自于有机配体BA和Phen;Sm3+的掺入对于Eu3+具有荧光增强作用,可以应用于转光剂的研究,当Sm3+的摩尔分数为0.5时,Eu0.5Sm0.5(BA)3Phen配合物呈现良好分散的片状,发光强度达到最大;配合物具有较好的热稳定性,在一定的紫外光照射下能够发出明亮的特定颜色的光。
为探究进水氨氮(NH4+-N)对颗粒污泥生物除磷的影响,构建了序批式反应器(SBR),在中温条件下考察了进水 NH4+-N对生物除磷颗粒污泥的特征及其污染物去除规律的影响。结果表明,进水NH4+-N质量浓度为40 mg/L时,颗粒污泥沉降性能最好、生物量最大,稳定运行期污泥体积指数(SVI)为52.9 mL/g,总悬浮固体(TSS)质量浓度达到5.7~5.9 g/L,显著高于其他组别。粒径分析表明,适当提高NH4+-N质量浓度利于颗粒污泥粒径增大,且当进水NH4+-N质量浓度为40 mg/L时,0.8~1.2 mm粒径占比升高至34.6%。进水NH4+-N能影响颗粒污泥胞外聚合物的质量分数及组分,当进水NH4+-N质量浓度为40 mg/L时,EPS质量分数可高达134 mg/g,而NH4+-N质量浓度升高提高了EPS内蛋白质(PN)与多糖(PS)的比值。进水NH4+-N能影响颗粒污泥对TP、NH4+-N及化学需氧量(COD)的去除效率。当进水NH4+-N质量浓度为40 mg/L、颗粒污泥稳定运行时,TP、NH4+-N及COD的去除效率可分别达到95.8%~96.4%、95%和94.6%~95.6%。
以乙二醛为底物、硝酸为氧化剂、亚硝酸钠为引发剂、盐酸为助催化剂,在具有特殊微结构的金属微通道反应器内连续生成乙醛酸。考察了物料摩尔比、硝酸质量分数、引发剂摩尔分数、助催化剂摩尔分数、温度和停留时间对反应的影响,结果表明,n(HNO3)∶n(乙二醛)∶n(NaNO2)∶n(HCl)=0.85∶1∶0.15∶0.2、硝酸质量分数为35%、温度为55℃、时间为2 min时,乙二醛转化率为80.3%,乙醛酸选择性达78.3%。与间歇反应相比,连续流微通道反应具有停留时间短、强传质传热的特点,大大缩短了反应时间,提高了反应效率,克服了硝化反应过程中出现的飞温现象,提升了本质安全等级,实现了乙二醛硝化的绿色安全高效合成。
以聚乙烯吡咯烷酮为稳定剂,通过乳液聚合法合成了单分散聚苯乙烯(PS)微球。以PS微球为种子,在弱酸性溶液及不同温度下水解正硅酸乙酯(TEOS),一步合成了具有PS和SiO2复合壳层的空心微球。研究了溶液pH及反应温度对微球空心度的影响,结果表明,能否得到空心微球受制于不同pH及温度下TEOS水解、缩聚速率以及所生成的纳米SiO2对PS微球的包覆程度,溶液pH为3.0左右时,室温下反应就可以得到空心微球;pH升高至4.0~5.0时,反应温度达到40℃以上才可以得到空心微球;pH达到6.0时即使升温至50℃以上也无法得到空心微球。通过实验证实了空心SiO2微球镀层不仅对玻璃具有增透效果,还可以使玻璃表面呈现出超亲水性。
在1-丁基-3-甲基氯咪唑([Bmim]Cl)离子液体均相反应介质体系下,以易改性甘蔗渣为原材料,经1%的NaOH预处理后,选用N,N'-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)为交联剂、过硫酸铵(APS)为引发剂、甲基丙烯酸甲酯(MMA)为单体,采用均相接枝共聚制备天然纤维素基吸油材料。探究接枝反应中单体、引发剂、交联剂用量以及反应时间和反应温度对接枝效果的影响。采用SEM、FT-IR和XRD对甘蔗渣纤维素接枝前后的形态、结构以及结晶度进行表征,结果表明,接枝共聚物表面变粗糙且结晶度降低已成功接枝。最优条件下所制备甘蔗渣纤维素接枝率可达471.25%,水面浮油回收率为22.56 g/g,吸水率为2.55 g/g。通过均相共聚法实现对甘蔗渣的化学改性,所制备的吸油材料可应用于海洋石油污染处理。
以蜂窝状堇青石为载体,采用聚乙烯醇(PVA)溶液辅助涂覆法制备Pd/ZSM-5/堇青石整体式催化剂,利用XRD、N2吸附-脱附、SEM等方法对催化剂结构和性质进行表征。通过气相色谱分析催化剂对甲苯降解效果,考察了Pd的质量分数、堇青石煅烧时间及浆料涂覆次数对催化降解甲苯性能的影响。结果表明,ZSM-5分子筛具有较大比表面积,能有效负载Pd,在粘结剂的作用下与堇青石载体有效结合;制备的5% Pd/ZSM-5/堇青石对甲苯的催化降解效果最好,T50和T90分别为275℃和313℃;堇青石焙烧时间4 h的催化效果最好;负载5% Pd质量分数的分子筛对堇青石涂覆6次时性能最优,制备的Pd/ZSM-5/堇青石整体式催化剂显示出良好的催化氧化甲苯活性。
采用等体积浸渍法制备不同镍质量分数的Ni/γ-Al2O3催化剂,利用XRD、SEM、BET、H2-TPR和NH3-TPD等对其进行一系列表征,评价其催化邻苯二甲酸二异壬酯的加氢性能,30% Ni/γ-Al2O3表现出优异的催化活性。同时,考察了Ni/γ-Al2O3催化剂的焙烧温度和还原温度对邻苯二甲酸二异壬酯加氢的性能影响,结果表明,在催化剂焙烧温度为500℃、还原温度为450℃的最佳条件下,环己烷-1,2-二甲酸二异壬酯的收率为85.74%。对邻苯二甲酸二异壬酯的加氢工艺进行优化,在温度为160℃、压力为7 MPa、空速为0.25 h-1和氢油比为1 500∶1的条件下,邻苯二甲酸二异壬酯加氢效果最佳,反应的收率高达93.53%。
LiFePO4/C粉末盐酸浸出液中主要离子为Li+、Fe3+与少量的Cl-,符合TBP萃取Li+必须存在过渡族金属离子与Cl-的理论。探究了TBP萃取Li+的机制以及氯离子供给剂、Fe3+/Li+摩尔比、Cl-浓度与Li+浓度对萃取的影响,得到Li+最佳萃取分离条件。结果表明,以FeCl3+AlCl3为氯离子供给剂,模拟配制酸浸出液中Li+是以[LiFeCl4]·nTBP的络合形式被萃取;TBP萃取Li+的最佳条件为:溶液中Fe3+/Li+摩尔比为1.5、Cl-浓度为5 mol/L、Li+质量浓度为1 g/L;当相比(O/A)为0.5时,在最佳条件下TBP对LiFePO4/C粉末盐酸浸出液中Li+的二级萃取率达到92%以上,以6 mol/L盐酸为反萃剂三级反萃后Li+反萃率约为93%,反萃后有机相中Fe3+等杂质质量分数低于1%。该方法使废旧磷酸铁锂电池中的锂分离率达到83%以上,实现废旧磷酸铁锂电池中金属锂资源再生的目的。
为提高气井腐蚀防护效果,现场验证了一种新型缓蚀剂的缓蚀效果。选择4口实验井,优选加注方式、注入点及计算合适加注量,分别采用挂片失重分析、SEM、EDS及XRD等评价手段分析缓蚀剂的现场应用效果和缓蚀原理。结果表明,加注缓蚀剂后,不同材质实验井的缓蚀效率大都在80%以上,加注缓蚀剂对20#钢的缓蚀性能与N80的接近,挂片表面均覆盖了一层较为致密、鳞次状明显的腐蚀产物且分布均匀,均优于对16Mn的缓蚀性能,缓蚀剂对实验井的选择性不明显;20#钢与N80钢腐蚀产物中O元素以及Cl元素含量明显减少;16Mn钢腐蚀产物中O元素含量较高,存在明显的堆积现象,局部腐蚀较多,但蚀坑直径较小;腐蚀产物中垢样含量升高,腐蚀产物含量降低,表明缓蚀剂起到了较好的缓蚀效果。
利用升流式厌氧污泥床(UASB),以精对苯二甲酸(PTA)废水为降解对象,在中温条件(30℃)下研究PTA废水方式的启动和葡萄糖方式的启动及菌群结构变化。实验结果表明,葡萄糖启动方式和PTA废水启动方式均可成功启动UASB反应器,葡萄糖启动完成后COD去除率在75%左右,TA去除率约为65%;PTA废水启动完成后COD去除率在63%左右,TA去除率在53%左右。通过对比发现,葡萄糖启动方式更容易启动UASB反应器,且降解效率高。对葡萄糖启动方式过后的污泥进行微生物多样性分析发现,门类上,污泥样主要以Chloroflexi(绿弯菌门)、Proteobacteria(变形菌门)、Actinobacteria(放线菌门)和Bacteroidetes(拟杆菌门)为主;而在种属中,污泥样主要以norank_f_norank_o_SBR031、norank_f_Bacteroidetes_vadinHA17、Propioniciclava、Anaerolineaceae、Syntrophus、Anaerolinea、Georgenia、Longilinea为主。
合成了金纳米团簇(GSH-AuNCs)和碳量子点(CDs)2种荧光纳米材料,分别对其进行光学、形貌表征。进一步构建金纳米团簇/碳量子点比率型荧光探针,根据Pb2+对CDs/AuNCs荧光探针的高选择性荧光增强作用,将CDs作为参比探针,GSH-AuNCs作为响应探针,利用GSH-AuNCs(580 nm)与CDs(450 nm)的荧光强度比值(F=F580/F450)的变化情况来高灵敏度的检测Pb2+含量。在浓度为20~700 nmol/L围内,CDs/AuNCs荧光探针检测Pb2+的线性方程为F580/F450=0.008 97[Pb(Ⅱ)]+2.727 7(R2=0.994 6),LOD=3.9 nmol/L,并对该比率型荧光探针的构建和检测机制进行了探究。最后将该探针应用于实际水样中Pb2+的检测,加标回收率在90.7%~117.1%,说明该探针具有潜在的应用价值。
通过改变混合酸(盐酸-硝酸-氢氟酸-高氯酸)中高氯酸的比例,采用石墨管加热消解和电热板加热消解2种方式,残渣用逆王水提取,3%稀硝酸定容测定,建立了一种理想的酸分解方法用于电感耦合等离子体质谱/发射光谱法(ICP-MS/OES)测定地球化学样品主、次、痕量元素。结果表明,当使用10 mL逆王水、5 mL氢氟酸、石墨管加热消解(加入2~3 mL高氯酸),或电热板加热消解(加入3~4 mL高氯酸分解试样),使用10 mL 50%逆王水提取,对主、次、痕量元素分解效果都有提高,尤其对主量元素分解效果的提高最为明显。测定结果显示,5种元素方法检出限在0.011~42.8 μg/g,相对标准偏差(n=9)在2.06%~7.56%,精密度和准确度均满足地质实验室质量管理规范要求,可快速、准确测定地球化学样品中的多元素。