为探索解决污水处理厂氨氮出水标准不断提高而带来的处理技术难题,配制了氨氮浓度为10 mg/L的模拟废水,考察了利用天然沸石作为吸附剂对其进行处理的效果,研究了影响处理效果的主要因素,并探讨了去除机理。结果表明,天然沸石对低浓度氨氮具有显著的去除效果;pH、吸附时间、吸附剂投加量、沸石粒径对氨氮的去除率均有影响。在pH 7.0、沸石投加量为12 g/L、粒径为0.6~0.9 mm、吸附时间为60 min的条件下,沸石对氨氮的去除率达到80.38%,剩余氨氮小于2.0 mg/L,出水可达到GB 3838-2002地表水Ⅴ类标准。该工艺在污水处理厂提质中具有重要的应用价值。
微波碳热还原低品位钛精矿过程中铁金属化率受到诸多因素的影响,其工艺参数难以寻优。针对微波碳热还原低品位钛精矿工艺过程中配碳量、还原温度、保持时间对铁金属化率的影响,采用响应面法和神经网络建立相应的响应面优化模型和一维卷积神经网络预测模型,对还原过程进行分析及工艺参数寻优。研究结果表明,铁金属化率随还原温度和保持时间的增加而增大,配碳量对还原铁金属化率的影响呈现先增加后降低的趋势。响应面法得出最佳工艺操作条件为还原温度1 091℃、保持时间76 min、配碳量10%,此条件下铁金属化率为97.672 5%。在工艺参数范围内,一维卷积神经网络模型能有效预测结果,为后续生产过程提供理论指导。
针对煤层气独特的开采方式,研究了表面活性剂与煤岩的相互作用关系,分析了表面活性剂对煤层排水降压和甲烷渗流过程的影响,采用煤体吸湿实验和气相渗透率综合评价表面活性剂对煤层的潜在损害。实验结果表明,阳离子型、两性型、氟碳型表面活性剂会严重阻碍煤层排水降压过程的进行,影响甲烷解吸,降低煤层气井产量;非离子表面活性剂处理后的煤样会产生很多次生微裂缝,导致煤样气相渗透率有显著提升;阴离子表面活性剂的非极性基团碳链越长,越容易在煤基质表面形成大量吸附,导致煤粉微粒大量脱落,堵塞孔喉,降低煤样气相渗透率。研究成果为煤层气井开发过程中表面活性剂的选择和应用提供了理论依据。
为了对净水厂消毒副产物进行减量化处理,选取碘值不同的椰壳活性炭、柱状活性炭等5种材料去除前驱物色氨酸。研究了不同条件下5种活性炭材料对色氨酸去除效果的影响。结果表明,当改变pH时,去除效果较好的是柱状碘值800的活性炭,且大多数活性炭在pH 4左右去除效果最好;活性炭的使用寿命和运行周期影响去除效果,柱状类活性炭和椰壳碘值800活性炭在16 h内性能出现下降趋势,而其他椰壳活性炭没有明显下降;柱状类和椰壳碘值800活性炭在7 h左右去除效果稍好。随着色氨酸浓度增加,柱状类活性炭去除效果最好,柱状碘值1 000活性炭对低浓度色氨酸(1~2 mg/L)去除效果更好,柱状碘值800活性炭对稍高浓度色氨酸(2~5 mg/L)去除效果更好。总体而言,柱状碘值800活性炭对色氨酸等微量有机物去除效果较好,为色氨酸等消毒副产物前驱物去除的研究提供了参考依据。
为了提高锆柱撑膨润土(Zirconium Pillar Bentonite,Zr-Bent)对刚果红(Congo Red,CR)的吸附速率和吸附能力,采用超声辅助Zr-Bent强化吸附CR,并建立吸附预测模型,优化其反应条件,探究超声辅助吸附机理。结果表明,相较于Zr-Bent单独处理,超声辅助Zr-Bent吸附可使吸附速率提高11倍,去除率提高10.3%。根据Box-Behnken响应面优化实验结果,当pH 6.0、吸附时间为10 min、吸附剂投加量为1.5 g/L时,CR去除率可达99.6%。对建立的预测模型进行验证,CR实际去除率为99.8%,预测精度高。根据SEM、BET检测和吸附动力学分析,超声不但改变了吸附剂的结构,同时能加快化学吸附的液-固相传质过程。
针对寒区机场对填缝料耐低温性能的要求,对不同负温作用时间(0、1、7、15、30 d)后的聚合物水泥基复合填缝料(Polymer-Cement Based Composed Joint Sealant,PCJS)的性能进行了测试,通过测试-20℃条件下PCJS的粘结性能(定伸形态、弹性恢复率)、力学性能(剪切强度、剪切应变、剪切韧度)和变形性能(断裂伸长率),研究了负温环境对PCJS性能的影响规律。结果表明,PCJS具有良好的耐低温性能;负温作用后PCJS定伸形态良好,弹性恢复率、剪切韧度和断裂伸长率随负温作用时间的延长先增大后减小,剪切强度不断增大,剪切应变逐渐减小。同时结合PCJS的微观形貌,提出了其微结构生成模型。
通过静电自组装Fe掺杂Bi2WO6与TiO2构成异质结,利用XRD、FT-IR、SEM、PL光谱、电化学阻抗谱等手段对催化剂的组成、结构以及光电性能进行表征。以在可见光、H2O2条件下降解亚甲基蓝(MB)为模型反应,评价了Fe-Bi2WO6/TiO2的光芬顿反应性能并解释了反应机理。由于光催化反应和芬顿氧化反应之间的协同作用,催化剂表现出优异的光芬顿催化性能,在70 min内可以降解96.2%的MB(50 mg/L)。由于Fe掺杂Bi2WO6与TiO2存在静电吸引作用,两者构成紧密接触的异质结界面,促进了光生电荷的分离和传递,加速了Fe3+/Fe2+的循环,从而促进H2O2分解产生羟基自由基高效降解有机污染物。
以过硫酸铵为氧化剂,采用化学氧化法制备了聚苯胺(PANI)。考察了苯胺物质的量、盐酸浓度、苯胺与过硫酸铵摩尔比以及溶液pH对聚苯胺去除碘单质效果的影响。在500 mg/L碘单质溶液中,当聚苯胺投加量为0.3 g/L时,对碘单质的最大去除量为1 421 mg/g。动力学研究表明,聚苯胺对碘单质的吸附符合伪二级动力学模型。通过对反应后的聚苯胺进行表征以及机理实验表明,固定在聚苯胺上的碘单质发生了3种反应过程:一部分碘单质以微弱的作用力吸附在聚苯胺上;另一部分碘单质以掺杂形式固定在聚苯胺上;还有部分碘单质可能进入到聚苯胺的苯环上。研究结果表明,聚苯胺对碘单质不但去除效率高,而且固定效果较好,且固定的碘单质不易脱离。
为系统研究老油田转注CO2引起的储层伤害,采用室内实验评价手段,使用目标储层天然岩心和地层流体,开展了CO2对储层物性及流体的影响研究。结果表明,目标储层主要矿物为铁白云石、斜长石和方解石,黏土成分主要是伊利石、绿泥石和伊/蒙混层;方解石的溶蚀主要表现为溶蚀晶锥的生成、断裂、破碎与消失,除了发生逆反应并无其他新物质生成;长石的溶蚀反应主要是在其表面生成了两类次生矿物,但溶蚀的量要大于新物质生成的量;与岩石作用初期表面有NaCl晶体生成及次生矿物沉淀,后期NaCl晶体消失,并有大量次生矿物生成;CO2与原油接触后引起原油发生组分分异,降低了储层深部流体流动能力;注CO2开发最终提高储层渗透率60%以上,使储集空间增加9.24%。研究成果合理地解释了油水井转注CO2注气能力差异机理,理清了老油田转注CO2注气能力主控因素,为老油田转注CO2提高采收率提供重要技术支撑,同时也为国家碳减排项目的实施提供了重要参考。
以败酱草粗多糖为原料,在单因素实验的基础上,采用正交实验比较H2O2和活性炭对败酱草多糖的脱色效果,优选最佳脱色工艺。以Vc为对照,运用体外抗氧化评价体系评价败酱草多糖脱色前后的抗氧化活性。结果表明,活性炭的脱色效果较好,其最佳工艺为:活性炭用量5%,脱色温度65℃,脱色时间120 min;在此条件下,多糖的脱色率和得率分别为50.21%±1.32%和70.36%±1.25%。所得败酱草多糖对DPPH·和·OH均有一定的清除作用,且脱色后败酱草多糖的清除能力均强于未脱色多糖;尤其在低浓度时(<0.5 mg/mL),脱色后败酱草多糖清除DPPH·和·OH的能力强于Vc,且清除能力与多糖的浓度呈正相关。
通过阴离子自乳化法成功合成了水性聚氨酯丙烯酸酯(WPUA)低聚物,然后用WPUA低聚物、二缩三丙二醇二丙烯酸酯(TPGDA)、甲基丙烯酸六氟丁酯(HFBMA)、光引发剂(Darocur 1173)制备出了不同HFBMA含量的紫外光固化水性含氟聚氨酯丙烯酸酯(UV-WFPUA)固化膜。用FT-IR、SEM对UV-WFPUA固化膜结构、形貌进行表征,并考察了HFBMA对水性聚氨酯固化膜耐水性、力学性能、耐热性等性能的改善效果。结果表明,引入HFBMA后,水性聚氨酯固化膜的耐水性、耐热性以及力学性能都有明显提高。当HFBMA质量分数在10%时,凝胶率为93.24%、吸水率为4.32%、水接触角为83.8°、铅笔硬度为3H、拉伸强度为5.08 MPa、断裂伸长率为16.14%,UV-WFPUA固化膜综合性能最佳。
废金属切削液中含有大量的COD,严重破坏水生态环境,需处理达标后才可排放。建立了破乳-混凝-氧化-吸附法处理废切削液的方法。取1 L废水加浓硫酸破乳,破乳后取上层清液100 mL,调节pH为7时加入聚合硫酸铁(PFS)0.18 g、阳离子型聚丙烯酰胺(PAM)5 mg,混凝效果达到最佳;混凝后取100 mL上层清液加入FeSO4·7H2O 7 g,20 min后加入30%的H2O2,调节pH为3,氧化后再将pH调为碱性,使Fe2+以Fe(OH)2形式沉淀下来,氧化效果最佳;氧化后再用颗粒状活性炭吸附,COD去除率为92.2%,效果较佳,可为处理废金属切削液提供参考。
旋流气浮技术作为新一代油水分离技术具有极大的应用潜力。从旋流气浮技术工艺原理出发,考察了溶气压力、气液比和旋流强度等因素对生成气泡的影响,对旋流气浮的浮选效率进行了分析。结果表明,溶气压力、气液比和旋流强度能直接影响气泡的生成尺寸和分布概率密度,进而决定气浮设备的浮选性能,同时根据单因素方差分析表明这3种因子的最适水平分别为500 kPa、6%和20g(g=9.8 m/s2);利用正交实验设计,综合评估溶气压力、气液比和旋流强度对浮选性能的影响,结果表明,当溶气压力为600 kPa、气液比约为6%、旋流强度约为18g时,设备整体运行效果最佳,此时的油品去除率不低于90%,悬浮物去除率不低于81%。