随着氢能产业的不断推进,热点越来越集中在氢能制取的"源"和氢能利用的"汇"上。"氢源"从目前的3万t/a到2060年的1亿t,未来40年内的年均增长率高达22.5%;为达到绿氢规模,光伏装机需3 360 GW,体量巨大。"氢汇"主要集中在工业、交通、建筑、电力等难以脱碳的能源消费领域,应用范围十分广泛。"源"与"汇"是否匹配,将会是大规模推进氢能产业发展的核心要义。重点围绕重卡、煤化工、石油炼化、氢炼钢、燃氢电站和燃氨电站等重要高碳排放领域阐述氢能应用的逻辑及趋势,以期通过分析"氢源"和"氢汇"之间的数量关系来优化和统筹好"氢源"与"氢汇"的配置关系,突破氢能产业规模化发展的困局,促进氢能的原料和燃料属性得到更好的发展。
采用纳米Fe3O4活化KHSO5(PMS)的高级氧化工艺降解废水中诺氟沙星(NOR)。考察了Fe3O4质量浓度、PMS浓度、初始pH等对诺氟沙星降解效果的影响,探究了催化剂Fe3O4的重复利用效果。结果表明,诺氟沙星初始质量浓度为 5.0 mg/L、Fe3O4质量浓度为2.0 g/L、PMS浓度为0.8 mmol/L、初始pH为7.0、温度为30℃的优化条件下,反应120 min后诺氟沙星的降解率达到96.6%,降解速率常数Kobs为0.030 3 min-1,降解过程符合一级反应动力学。EPR实验证实反应体系中降解诺氟沙星的主导作用源于SO-4·。通过LC-MS分析推测了诺氟沙星的降解路径和反应机理。
采用水热法制备磁性CuO/CoFe2O4(CCF)复合材料,并将其用于活化过一硫酸盐(PMS)。通过SEM-EDS、XRD和XPS对CCF进行表征。以四环素(TC)为目标污染物,考察了溶液初始pH、氧化剂用量、催化剂质量浓度、共存离子对CCF活化PMS处理含TC溶液的影响。结果表明,当温度为25℃、TC的初始质量浓度为20 mg/L、CCF质量浓度为0.09 g/L、PMS初始浓度为0.3 mmol/L、初始pH为7时,30 min内去除率可达91%,且CCF具有良好的稳定性与可重复使用性;反应过程中 SO-4·、·OH和 1O2都参与了TC的降解,其中 1O2发挥了主要作用。
采用浸渍法制备了一系列不同ZrO2掺杂量的Pd/ZrO2-活性炭(AC)复合催化剂,并用于正丁醛与环己酮一锅法制备2-丁基环己酮。利用XRD、N2物理吸附、TG-DTG、SEM、TEM对Pd/ZrO2-AC复合催化剂的物理及化学性质进行表征,考查了ZrO2掺杂量、反应温度、Pd负载量、载体制备方法对反应性能的影响。结果表明,在140℃条件下,浸渍法制备的0.8Pd/50ZrO2-AC可实现98%的正丁醛转化率及77%的2-丁基环己酮收率,优于Pd/ZrO2及Pd/AC催化剂。0.8Pd/50ZrO2-AC催化剂循环使用3次,始终保持95%以上的正丁醛转化率及约70%的2-丁基环己酮收率,表现出良好的循环稳定性。
采用两亲性胶束CSA-ss-DOCA(CsD)对Eu3+掺杂层状双氢氧化物Eu-LDH(LE)进行包覆,制备得到纳米载体材料LE@CsD。利用荧光光谱、FT-IR、XRD、TG、粒度以及溶血实验和蛋白吸附等方法对样品结构、尺寸、热力学性质与生物相容性进行表征。结果表明,LE@CsD在613 nm处(λex=306 nm)具有Eu3+的特征荧光,CsD对LE的包覆并未影响样品获得荧光特性;模板药物分子五氟尿嘧啶(5Fu)被成功负载到LE@CsD上,且其层状结构未受破坏,验证了样品的载体性质;负电性胶束CsD通过静电作用与LE结合,"屏蔽"了LE层板的正电荷,使LE@CsD的蛋白吸附率仅为0.05%,溶血率低至1.16%,平均粒径控制为(230.3±2.7) nm,具备良好的生物相容性。
以实际废水和活性污泥为研究对象,通过构建的序批式好氧-缺氧反应器探究不同质量浓度抗生素甲氧苄啶(TMP)对硝化与反硝化过程的影响。结果表明,低质量浓度(如1.0 mg/L)TMP对除碳、脱氮过程无明显影响,而TMP质量浓度超过2.0 mg/L时,降低了碳源消耗及脱氮性能。当进水TMP质量浓度为8.0 mg/L时,稳定时期COD和NH+4-N去除率分别为71.6%~76.5%和75.6%~76.2%,远低于对照组。高质量浓度TMP降低了NH+4-N氧化、NO-2-N氧化及NO-3-N反硝化,提高了NO-2-N的积累并且积累量高达6.5 mg/L,远高于对照组。低质量浓度TMP对硝酸盐还原酶(NAR)的影响不明显。
以聚合物阴离子交换树脂D201为载体,将纳米氧化铈(NCO)载入D201孔道内,制备出复合纳米吸附剂NCO@201,并用于酸性废水中氟的深度去除。结果表明,NCO@201具备良好的稳定性,能够在酸性水环境中长期稳定使用;溶液pH对NCO@201的除氟性能有较大影响,酸性条件下(pH=3,氟初始质量浓度为 10 mg/L)其最大除氟吸附量可达17.67 mg/g;NCO@201在高浓度竞争离子环境中对氟具有优异的吸附选择性。吸附动力学表明,酸性环境下NCO@201对氟的吸附可在180 min内达到平衡。NCO@201吸附饱和后可采用NaOH溶液进行脱附再生。
利用异氰酸苯酯(MDI)对空心玻璃微珠(HGMS)表面进行修饰,通过溶液共混法制得HGMS-NCO材料,并将其作为硬质聚氨酯泡沫(RPUF)的增强填料制备HGMS-NCO/RPUF复合泡沫。利用红外光谱(FT-IR)和扫描电子显微镜(SEM)对所合成的HGMS-NCO材料进行表征。HGMS-NCO/RPUF复合泡沫的压缩试验结果表明,与纯RPUF相比,HGMS-NCO/RPUF(25%)的表观密度、压缩强度分别提高了35.18%和48.62%。此外,HGMS-NCO的加入提高了RPUF泡沫的热稳定性。HGMS-NCO/RPUF的吸水率和导热系数随填料质量的增加呈现先减小后增大的趋势,添加25%泡沫的吸水率为3.4%,导热系数为0.023 82 W/(m·K)。
通过共沉淀法对Al改性Cu/SiO2催化剂进行研究,并利用XRD、BET、TEM、ICP等对催化剂进行表征。同时对催化剂进行二甘醇(DEG)制备对二氧环己酮(PDO)脱氢性能评价,并对催化剂的制备工艺和脱氢反应工艺条件进行了优化。结果表明,在共沉淀反应温度为80℃、搅拌速度为300 r/min、焙烧温度为400℃、焙烧时间为2 h、脱氢反应温度为250℃、常压、DEG液时空速为0.4 h-1、氢气空速为240 h-1的条件下,DEG转化率达97.2%,PDO选择性达96.4%。在最佳条件下催化剂连续反应1 440 h后,DEG转化率和PDO选择性均在95%以上,催化剂的稳定性较好。
通过海藻酸钠固定化制备海藻酸钠负载纳米铁镍凝胶球(SA-Fe/Ni),用于去除水体中的多氯联苯。考察了SA-Fe/Ni质量浓度、初始多氯联苯浓度、初始pH、反应温度等因素对材料去除多氯联苯的影响,同时探讨了去除反应过程中反应液总铁浓度的变化情况。结果表明,纳米铁镍材料(Fe/Ni)对4-氯联苯(4-CBP)的去除能力优于nZVI、Fe/Cu等材料。经海藻酸钠包覆后,提高了Fe/Ni的抗团聚和抗氧化能力,并且易于从反应体系中回收再利用。在最佳条件下,SA-Fe/Ni对4-CBP的去除率达到93.70%。SA-Fe/Ni在去除4-CBP的过程中,SA及Fe/Ni具有吸附还原协同作用,最终4-CBP经连续脱氯被降解为联苯。
以三甲氧基硅烷-甲醇最大共沸物萃取精馏系统为例,利用三元相图分析了传统控制策略不适用于最大共沸物萃取精馏系统过程控制的原因,在稳态计算的基础上,利用Aspen Dynamics软件建立了多种控制结构,通过引入±20%的进料流量和组成扰动考察控制结构的动态可控性。动态响应结果表明,在固定溶剂比的前提下,塔釜热负荷/进料流量前馈控制结构在超调量、响应时间等方面优于基础控制结构,但三甲氧基硅烷产品的摩尔分数为99.3%,未达到设计值。为保证产品纯度,提出一种固定萃取剂流量/产品流量的新型控制结构,该控制结构无需使用昂贵的在线组分分析仪器即可保证产品摩尔分数稳定在99.6%。
针对现有天然气氦气回收方法存在的能耗高、流程复杂、氦气回收率低以及粗氦产品纯度低等缺点,提出了一种创新的天然气氦气回收方法。该方法采用双塔提氦工艺,特色在于氦气提浓塔和氦气回收塔均采用具有温度梯度的多股进料方式,氦气提浓塔和氦气回收塔部分塔底出料分别在主冷箱和氦气回收冷箱中升温后回流。通过对该流程进行特性分析发现,可以通过增加理论塔板数、增加吸收塔回流量、升高低温分离器温度等方法来提高氦气回收率。通过对该流程进行适应性分析发现,氦气回收率随着原料气中氦气含量的增多而升高;在相同制冷条件及其他条件下,较贫气质的氦气回收率要高于较富气质的氦气回收率。对于不同的气质,综合能耗都随着原料气中氦气含量的升高而增加,气质越富综合能耗越高。
以间苯三酚和对苯二甲醛为反应单体,通过高效的微波合成技术制备了一种带有羟基的多孔有机聚合物(POP)作为固相微萃取(SPME)涂层材料,结合高效液相色谱法,建立了一种环境水样中3种氟喹诺酮类抗生素(恩诺沙星、司帕沙星与左氧氟沙星)的分析方法。在最佳萃取/解吸条件下,该方法在0.5~200 μg/L浓度范围内线性关系良好(R2>0.998 8),检出限(S/N=3)为0.22~0.50 μg/L,加标回收率为91.4%~97.8%,相对标准偏差(RSD)为2.7%~4.6%。研究表明,该方法回收率高、重复性好、操作简便,适用于环境水样中氟喹诺酮类抗生素的快速检测。