针对工业生产过程中的PM2.5、PM10微细粉尘颗粒较难去除问题,综述了化学团聚剂在微细颗粒预处理的应用情况,讨论了不同类型团聚剂的作用机理、研究现状、除尘效果、存在不足等。团聚剂按照作用机制分为易于黏附颗粒的黏结型团聚剂、降低颗粒表面张力的湿润型团聚剂、黏结型与湿润性结合的耦合型团聚剂、直接吸收细颗粒的吸附型团聚剂。通过团聚剂对微细颗粒去除效果的比较,发现黏结型团聚剂中效果较好的是聚丙烯酰胺(PAM),湿润型团聚剂中效果较优的是十二烷基硫酸钠(SDS);耦合型团聚剂作用效果明显优于湿润型和黏结型;吸附型团聚剂中研究较多的是高岭土。在应用化学团聚剂处理微细颗粒除尘时,为达到工业生产的超低排放标准,建议将耦合型团聚剂与吸附型团聚剂联合使用,效果好于单独使用某种团聚剂。
通过一步电沉积法制备CP@Pb电极,并将其用于催化顺丁烯二酸(C4H4O4)电还原反应合成丁二酸(C4H6O4)。利用SEM、TEM、XRD等手段对CP@Pb电极表面结构、物相组成等进行表征,通过CV及CP等方法研究CP@Pb电极在酸性环境中对C4H4O4的电还原催化行为。结果表明,CP@Pb电极对C4H4O4电还原具有良好的催化性能;反应温度为318.15 K时,在0.25 mol/L H2SO4+0.30 mol/L C4H4O4中还原电流密度达到191.3 mA/cm2(-1 V);当还原电流密度为120 mA/cm2时,合成丁二酸的纯度为96%。
为实现乙醇作为燃料的高效利用,采用二次生长法制备出亲水性KAUST-8膜并将其对乙醇水溶液进行渗透汽化分离研究。利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、比表面及孔隙度分析仪(BET)和热重等分析手段对KAUST-8晶体和膜材料的形貌、结构和性能进行表征,考察了不同操作温度和进料质量分数下,KAUST-8膜对乙醇水溶液分离效果的影响。结果表明,升高渗透汽化的操作温度,总渗透通量从281.44 g/(m2·h)增加至929.16 g/(m2·h),分离因子从17.2降低至6.1。在同一渗透汽化温度(25℃)下,增大进料液中水的质量分数,水通量从124.2 g/(m2·h)增加到302 g/(m2·h),总通量逐渐升高至359.2 g/(m2·h),分离因子逐步从17.2提高至30.2。
以Bi (NO3)3·5H2O和Na2WO4·2H2O为前驱体,采用溶剂热法合成了Bi2WO6/Bi2O2CO3异质结,利用XRD、XPS、SEM、TEM、BET、FT-IR、UV-Vis、PL等对催化剂进行表征和分析。以环丙沙星和罗丹明B为目标污染物,在可见光下对污染物进行降解,并探究了材料的光催化活性。结果表明,Bi2WO6/Bi2O2CO3复合材料的光催化活性远高于纯Bi2WO6和纯Bi2O2CO3,原因是Bi2WO6和Bi2O2CO3之间形成了异质结,提高了电子空穴的传输速率,降低了载流子复合率。自由基淬灭试验发现,超氧自由基(·O2-)和空穴(h+)是主要的活性物种。同时对Bi2WO6/Bi2O2CO3复合材料降解污染物的机理进行了探究。
采用共沉淀法制备了千克级杂多酸盐催化剂并用于甲基丙烯醛(MAL)选择氧化制甲基丙烯酸(MAA)。利用X射线粉末衍射(XRD)和傅里叶红外光谱(FT-IR)对催化剂的物相性质进行表征,系统考察了单管固定床装置中反应空速、氧醛摩尔比、反应温度等工艺条件对催化剂性能的影响。结果表明,放大制备的催化剂与实验室小试制备的催化剂具有相同的物相结构和相近的催化性能,证明了该工业催化剂制备方法的可靠性;在反应空速为1 300 h-1、氧醛摩尔比3.0、反应温度300℃的最优工艺条件下,MAL转化率为80%,MAA选择性为79%;催化剂的长周期性能评价表明该催化剂具有较长的寿命。
采用机械活化协同FeCl3对纤维素进行预处理,通过离子交换法及聚多巴胺(PDA)修饰制备纤维素/海藻酸铁@PDA复合凝胶球并作为催化剂应用于光催化还原Cr6+。通过SEM、比表面积及孔隙度、抗压强度以及UV-Vis-NIR等对凝胶球的稳定性以及可见光吸收性能进行表征,考察溶液初始pH、质量浓度以及催化剂质量浓度对光催化还原Cr6+的影响。结果表明,纤维素/海藻酸铁@PDA凝胶球为多孔网状结构,具有优异的抗压性能以及可见光吸收能力。在pH为3、初始质量浓度为20 mg/L、催化剂质量浓度为1.5 g/L的条件下,凝胶球对Cr6+的催化还原效果最佳,去除率可达94%以上,且主要的活性还原物质是·CO2-。
诺氟沙星(NOR)环境残留会造成一系列生态和环境问题,而高级氧化技术可有效降解废水中的抗生素,但可能产生毒性更强的降解产物。选择秀丽隐杆线虫(C.elegans)作为受试生物,考察NOR氧化降解液对其生理、生化和分子指标的影响,并通过定量结构活性关系预测NOR及其降解产物毒性。结果表明,NOR降解液会刺激线虫运动行为,抑制其生长发育,而对活性氧自由基(ROS)和细胞凋亡无显著影响。然而,线虫氧化应激和神经毒性相关基因表达显著提高,表明造成氧化应激反应,线虫体内ROS被防御机制清除;线虫运动神经受损,进而导致其运动行为异常。毒性预测结果表明,哌嗪环裂解产物是主要毒性物质。
利用电化学测试技术测试了纳米晶块体Cu-20Co-20Ni合金材料在H2SO4溶液中的自腐蚀电位、交流阻抗以及极化曲线,并将粉末冶金法(PM)制备的常规尺寸Cu-20Co-20Ni合金与机械合金化法(MA)制备的纳米晶Cu-20Co-20Ni合金进行对比,探究了纳米晶块体Cu-20Co-20Ni合金材料在H2SO4溶液中的腐蚀电化学行为及晶粒细化对其腐蚀行为的影响。结果表明,随着H2SO4溶液浓度增加,常规尺寸和纳米晶Cu-20Co-20Ni合金的腐蚀速度均变快,在相同酸度下,纳米化后的合金腐蚀速度增加。电化学阻抗谱表明,2种合金都是由电化学反应控制着腐蚀过程。H2SO4溶液浓度增加,电荷传递电阻变小,在相同酸度下,纳米晶(MA) Cu-20Co-20Ni合金的传递电阻小于常规尺寸(PM) Cu-20Co-20Ni合金,表明纳米化后Cu-20Co-20Ni合金的耐蚀性能下降。
为扩大微电解技术处理实际废水时pH使用范围,根据金属零部件加工清洗废水的水质特点,将纳米铁/铝/碳微电解(nFe/nAl/AC)和过硫酸盐(PS)联用构成nFe/nAl/AC-PS体系处理废水。通过液相共还原法制备了nFe/nAl/AC,并对样品进行XRD、SEM与XPS表征。考察过硫酸钠浓度、nFe/nAl/AC质量浓度、反应初始pH对COD去除率的影响;当采用nFe/nAl/AC-PS体系降解清洗废水时,原水pH为6.8时,COD去除率可达75.7%;捕获剂实验表明降解污染物起主要作用的是·OH。通过磁回收实现再利用,3次循环使用后仍有较高COD去除率。
以螺蛳蛋白(Msp)为原料,通过转谷氨酰胺酶(TGase)钙双交联反应制备了大分子质量的酶交联螺蛳蛋白/Ca2+絮凝剂(TGase-Msp/Ca2+),利用FT-IR、SEM-EDS、Zeta电位对其结构进行表征,考察了TGase-Msp/Ca2+对高岭土悬浮液絮凝性能的影响。结果表明,Ca2+浓度影响TGase-Msp/Ca2+的絮凝性能,在Ca2+浓度为0.2 mol/L时TGase-Msp/Ca2+因具有良好的桥接作用和电荷中和能力,表现出优秀的絮凝性能并具有较小污泥体积。在TGase-Msp/Ca2+用量为1.25 mL、pH为6时,浊度去除率达到99.89%,污泥体积分数为28 mL/L。同时,TGase-Msp/Ca2+具有很宽的絮凝范围,在pH 2~12的范围内去除率达到97%以上,絮体粒径达到18 μm,沉降速度为2.21 mm/s。
将N,N-二甲基十八烷基烯丙基氯化铵(C18DMAAC)与丙烯酰胺(AM)、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DMC)进行共聚得到一种酸化转向用聚合物PADD,采用单因素法对合成条件进行优化得到反应最佳条件:单体摩尔比n(AM):n(DMC):n(C18DMAAC)为85:15:1.2、单体质量分数为30%、引发剂偶氮二乙丁腈盐酸盐(V50)质量分数为0.4%、反应时间为6 h、反应温度为55℃、反应pH为7。聚合物酸溶液随着酸岩反应的进行持续增黏,并且通过不同酸岩反应时间岩石表面形貌的电镜图得到进一步证实。1.3% PADD酸溶液黏度能从48.0 mPa·s增加至423.0 mPa·s,且残酸具有良好的抗温能力,1.3% PADD残酸黏度在90℃下为213.0 mPa·s,为转向酸在高温地层的应用提供理论支持。
制备不同质量比的水稻秸秆生物炭负载纳米零价铁(RS-nZVI)复合材料,利用XRD及SEM对其进行表征,并对复合材料吸附降解盐酸金霉素(CTC)过程进行吸附动力学、等温吸附及降解动力学分析。采用Central-Composite方法(CCD)并结合响应面分析方法(RSM)对降解过程中CTC初始质量浓度、RS-nZVI投加量、pH以及过硫酸钠(PS)投加量的影响进行讨论,对反应条件进行优化。结果表明,nZVI与RS质量比为1:1时RS-nZVI吸附降解效果最佳;响应面优化参数为CTC初始质量浓度为220.965 mg/L、RS-nZVI质量浓度为0.62 g/L、pH为5、PS浓度为0.655 mmol/L,该条件下CTC降解率为99.672%。
以凹凸棒土为原料,采用原位晶化法制备Al-SBA-15分子筛,负载Mn制备出一系列Mn/Al-SBA-15催化剂,利用XRD、SEM、TEM、H2-TPR等表征催化剂物化性质,并考察了催化剂催化氧化甲苯性能。结果表明,Al的掺杂能够使Mn活性物种在Al-SBA-15分子筛表面与孔道中高度分散,进一步提升催化剂氧化还原能力。Mn元素质量分数为8%时,催化剂活性最佳,当甲苯浓度为2 000 ppm、空速为60 000 mL/(g·h)时,8% Mn/Al-SBA-15能够将甲苯的T50和T90分别降至201℃和278℃;8% Mn/SBA-15能够将甲苯的T50和T90分别降至223℃和298℃。
通过两步反应合成了磺酸型功能化离子液体1-(3-磺酸)丙基-3-乙基咪唑硫酸氢盐BAIL,利用1HNMR对其结构进行表征。将该离子液体用于催化巯基丙酸和甲醇酯化反应合成3-巯基丙酸甲酯,探讨了反应温度、巯基丙酸(MPA)与甲醇摩尔比、催化剂BAIL质量分数对酯化反应的影响。结果表明,BAIL对3-巯基丙酸甲酯合成反应有较好的催化活性,在n(CH3OH):n(MPA)为2:1、反应时间为1.5 h、反应温度为70℃、催化剂质量分数为10%(相较于巯基丙酸的质量)最佳工艺条件下,巯基丙酸转化率高达93.2%。催化剂稳定性良好,重复使用5次后仍保持较高活性。
以回收利用酸性废水中的H2SO4为目标,利用互贯法制备了含有—NR2H+和—SO3-阴、阳功能基团的两性蛇笼树脂,并进行磺酸基分配系数测定、红外光谱表征、总交换量测定、静态吸附和动态吸附-脱附研究。结果表明,反应前4 h温度为80℃、后4 h温度为70℃、n(NR2H+):n(SO3-)=1:1.5为树脂的最佳合成条件。吸附过程主要是以内盐键为吸附位点的Langmuir型单分子层化学吸附,且符合拟一级动力学模型。树脂吸附量随温度升高而降低,室温下最大吸附量为4.1 mmol/g,在35 min时即可达到吸附平衡,用去离子水即可实现两性蛇笼树脂的脱附再生。
对沸腾床渣油加氢柴油馏分加氢生产国Ⅵ标准柴油进行了加氢工艺试验考察。结果表明,以沸腾床渣油加氢柴油馏分为原料,在反应压力6.5~7.5 MPa、体积空速1.0~1.5 h-1、平均反应温度350~375℃、氢油体积比400的工艺条件下,精制柴油各项指标(除十六烷值外)可以满足国Ⅵ车用柴油标准。随着沸腾床渣油加氢柴油馏分馏程变重,加氢脱硫难度大幅度升高。建议生产国Ⅵ标准柴油时,控制终馏点不大于340℃,有利于加氢装置在较缓和的操作条件下实现长周期运行。需要加工馏程较重的沸腾床加氢柴油馏分时,建议按一定比例掺炼到现有柴油加氢精制装置或柴油加氢改质装置中,降低加工难度。
采用袋子法收集儿童安全座椅中挥发性有机物,以热脱附-气相色谱质谱联用和高效液相色谱法测定苯、甲苯、乙苯、二甲苯、苯乙烯、甲醛、乙醛和丙烯醛。苯系物方法检测限0.005 μg/管,醛类物方法检出限0.02 μg/管。苯系物在10~1 000 ng/管的线性范围内线性相关系数R2≥0.999 1,醛类物在0.010~0.1 μg/mL线性范围内R2≥0.999 4。8种特定挥发性有机物的加标回收率90.2%~107.1%,相对标准偏差≤4.2%。进行不同品牌和价位的儿童安全座椅测试,结果显示,该方法快速、准确,可广泛用于产品中特定有害挥发性有机物的日常检测和产品质量管控。