面向新能源跃升为主体能源的系统变革,我国天然气管网亟须重构发展路径。新能源背景下,天然气管网气源侧面临传统气供给波动、绿氢间歇性补充、CCUS催生CO2专用输送需求的多元挑战;市场侧呈现电力长周期调节需求提升、工业燃气需求减量、城市配气管网利用率下降的特征;运行端则遭遇负荷安全、多介质协同调度复杂、资产转型窗口期适配难题。借鉴欧洲“政策驱动+标准先行”和北美“市场驱动+激励创新”经验,结合我国体制优势,实施西北、中东、沿海、西南、东北的区域差异化转型策略,从管网技术改造、多气源调度重构、“全国一张网”机制优化、新型介质输送配套建设四方面明确了转型路径,推动天然气管网由单一系统向多能源协同体系转型,支撑新型能源体系建设。
盐碱地在全球分布广泛,盐碱地改良过程中含盐排水的处理以及再利用是盐碱地治理关键环节,对水资源可持续利用与生态环境保护意义重大,本文系统梳理了盐碱地治理中的含盐排水处理问题和措施,为盐碱地含盐排水的高效治理提供理论与实践参考。含盐排水处理具体可涉及膜分离、电渗析、蒸发结晶、离子交换、化学沉淀等多种技术方法,各有特点和优势。通过对几个不同地区的含盐排水处理的典型案例分析,比较了不同处理措施在实际应用中的效果及面临的挑战。盐碱地含盐排水处理需在技术创新、多学科融合、生态可持续发展以及政策支持与技术推广等多方面协调进行,并持续发力,从而实现盐碱地的高效治理与水资源可持续利用,为保障农业高产与地区可持续发展奠定坚实基础。
微藻生物能源兼具固碳和清洁能源生产潜力。尤其是微藻附着培养具有很大发展潜力,然而微藻在材料表面的粘附性能不佳仍是当前挑战。因此采用阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)对醋酸纤维素(CA)膜进行改性以增强微藻粘附能力,基于热力学及xDLVO理论研究膜表面特性对微藻粘附行为的影响。结果表明,CPAM改性成功将CA膜Zeta电位由负转正,有效降低静电势能与总界面能。粘附实验表明CPAM改性提升了前48 h微藻在CA膜上的初始附着量,其中CA/CPAM1表现最优,第7天累计生物量达17.946 g/m2。但在后续培养中,膜表面特性与培养条件的动态变化降低了微藻粘附效能。
为高效去除高原湖泊水体中氨氮,通过一步水热法成功制备NiFe-LDH@Biochar(NFB)磁性复合微粒,并将其用于活化过一硫酸盐(PMS)以构建高级氧化体系,深度去除氨氮。在可见光照射下,对于初始浓度50 mg/L的氨氮溶液,最优条件下60 min去除率最高可达98.2%,符合g准二级动力学模型和Freundlich模型。此外,该NFB表现优异的稳定性,在5次循环后仍能达到82.1%。机理研究表明,氨氮氧化主要是通过电子转移和·O2-途径发生,并且有96.3%的氨氮被选择性转化为无害的N2,有效避免了亚硝酸盐副产物的积累,为高效去除水中NH4+-N提供了一种新技术。
采用液相还原法制备了玉米淀粉/纳米零价铁(S-nZVI),并对其进行了扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱仪(XPS)和振动样品磁强计(VSM)等表征。以焦化废水为处理对象,构建了S-nZVI催化电芬顿体系,研究了催化剂种类、投加量、溶液初始pH、电流强度及反应时间等关键操作参数对废水化学需氧量(COD)去除效果的影响规律。结果表明,最佳催化剂种类为S-nZVI,当S-nZVI质量浓度为1.25 g/L、初始pH=3、电流强度为1 A、反应时间为120 min时,COD去除率为76.03%。紫外-可见吸收光谱与三维荧光光谱分析表明,经S-nZVI催化电芬顿处理后,焦化废水中多环芳烃和芳香族化合物基本被去除。
以沸石咪唑酯骨架ZIF-8为载体,通过物理浸渍的方式,分别将二乙醇胺(DEA)、聚乙烯亚胺(PEI)、四乙烯五胺(TEPA)负载于其上,制备了多种固体胺吸附材料。采用N2吸附-脱附、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)对材料进行表征,研究了胺种类、负载量、吸附温度、循环吸附过程对固体胺材料吸附性能的影响。结果表明,胺负载吸附剂CO2吸附性能随负载量的增加呈现先上升后下降趋势,且负载前后吸附剂的吸附性能受热力学的主导,随吸附温度升高而降低。负载50% TEPA的ZIF-8吸附剂改性效果最佳,在25℃时CO2吸附容量为1.56 mmol/g,为原始ZIF-8的1.97倍,经过10次吸附-脱附循环后,ZIF-8-TEPA(50)可维持82%以上的初始吸附容量,具有较好的循环稳定性能。
为开发二甘醇(DEG)液相催化脱氢制备高纯对二氧环己酮(PDO)的技术,采用尿素辅助沉淀法制备了Cu/SiO2催化剂,并通过等体积浸渍法引入B2O3对其进行改性,同时采用单一变量法优化CuB/SiO2催化剂组成、DEG催化脱氢反应条件和产品结晶分离工艺。采用氮气物理吸附、X-射线衍射仪(XRD)、氢气程序升温还原(H2-TPR)和吡啶吸附红外光谱(Py-IR)分析CuB/SiO2催化剂的形貌和结构,并关联其催化DEG脱氢环化制备PDO的性能。结果表明,B2O3的引入能够促进Cu在SiO2表面的分散并增强Cu和SiO2间的相互作用,B的最佳质量分数为1.5%。以1,4-二氧六环为溶剂,在DEG浓度为1 mol/L、温度为250℃的优化反应条件下,CuB/SiO2催化DEG脱氢环化制备PDO的收率高达90.8%。蒸馏去除溶剂后的反应产物采用异丙醇在0℃进行重结晶,PDO产品纯度达到99.9%。
针对相变型多元胺基CO2吸收剂易析出固体导致CO2捕集性能恶化的问题,以三乙烯四胺(TETA)为主要吸收剂、正丙醇(n-PrOH)为分相剂、二乙醇胺(DEA)为调节剂,设计了TETA/DEA/n-PrOH/H2O相变吸收剂体系。实验表明,调节剂DEA可显著延长固体析出时间并降低体系粘度。通过优化筛选,确定最佳配比为29% TETA/1% DEA/40% n-PrOH/30% H2O,该体系CO2负载能力达3.56 mol/L,富相负载达6.31 mol/L,富相CO2分布率97.47%,固体析出时间由110 min延长至540 min。性能测试显示,添加DEA可显著降低富相粘度,在30~50℃测试温度下粘度降幅均超20%。分子动力学模拟揭示其作用机理:DEA产物与TETA产物相互作用,切断部分TETA产物间的氢键,有效抑制大型离子团簇的形成。
针对CO2加氢合成乙醇选择性低的问题,采用浸渍法制备了不同钠负载量的铜铁催化剂(xNaCuFe/ZnAl2O4),系统考察反应温度、反应压力和空速对其催化性能的影响。结果表明,钠的加入改变了铜物种周围的电子环境,增强了金属与载体之间的相互作用,催化剂表面中强碱性位点明显增多。在350℃、3 MPa、6 000 mL/(gcat·h)的反应条件下,CO2的转化率可以达到33.55%,乙醇的时空产率为78.20 mg/(gcat·h)。在最佳反应条件下[290℃、3.5 MPa、3 000 mL/(gcat·h)],CO2的转化率为25.38%,乙醇的选择性为16.35%。原位红外结果表明,该催化剂催化CO2加氢合成乙醇遵循CO介导机制,*CO与其解离生成的*CHx物种发生C—C偶联生成C2含氧中间体,进一步加氢得到乙醇。
为探究氮化碳基复合材料的光催化性能,采用水热法制备氮化碳氧化锌(g-C3N4/ZnO)和氮化碳氧化铈(g-C3N4/CeO2)纳米材料,考察其紫外光驱动下对甲基橙(MO)、六价铬(Cr6+)及二者混合污染液的降解效果。结果表明,单一污染物降解实验中,2种复合材料的降解效果显著优于一元催化剂;协同降解混合污染液时,MO降解效果保持稳定,Cr6+降解效果明显提升。经X射线衍射仪(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)表征分析,氮化碳(g-C3N4)与纳米氧化锌(ZnO)、纳米氧化铈(CeO2)成功复合并形成能带交错结构,既降低了金属氧化物的禁带宽度,又增强了电子-空穴对(e--h+)的转移与分离效率,进而提升催化性能。协同降解体系中,MO降解消耗空穴并产生中间产物对氨基苯磺酸(C6H7NO3S),有效促进Cr6+还原,实现二者协同降解。
获得高效且稳定的催化剂是电解水制氢技术所面临的主要问题。目前,研究者们开发了许多具有较高活性的贵金属催化剂,但贵金属资源稀缺,价格昂贵等缺点,成为其应用于大规模生产的桎梏。过渡金属钴的储量丰富,成本较低的同时具有一定的催化活性,逐渐成为替代贵金属催化剂的研究热点。本文利用恒电流沉积合成不同浓度配比的磷化钴(CoP)催化剂,研究其结构与产氢性能之间的构效关系,在碱性介质中,CoP(2∶1)催化剂在10 mA/cm2电流密度下达到129 mV的过电位和112 mV/dec的Tafel斜率,在经过24 h的计时电流法测试后发现催化性能几乎没有衰减,表现出良好的稳定性。
采用柠檬酸、尿素及其顺序联合处理对Hβ分子筛进行改性,以调控其孔结构与酸性分布。通过X射线衍射(XRD)、N2物理吸附-脱附、氨气程序升温脱附(NH3-TPD)和红外吡啶吸附(Py-IR)等手段对样品结构与酸性进行表征,并考察了改性前后Hβ分子筛在甲苯与偏三甲苯烷基转移反应中的催化性能。研究结果表明,不同改性处理增加了β分子筛的介孔体积,并调变了酸性分布,有效地改善了反应物和产物的扩散性能,使烷基转移反应的转化率和二甲苯收率均有不同程度的提高。其中,二者顺序联合处理分子筛的提高幅度最大,转化率从43.9%提高到50.2%,二甲苯收率从26.7%提高到34%。
首先合成了N掺杂碳材料C-N,然后采用共沉淀法制备了Cu/ZnO/C-N复合催化剂,并将其用于CO2加氢制甲醇反应。添加C-N可以通过部分抑制CO和CH4的产生,显著促进Cu/ZnO上甲醇的生成。当反应温度为280℃时,CO2转化率从11.8%提高到13.5%,甲醇选择性从55.2%增加到63.1%。C-N不仅同时促进了Cu物种和ZnO的分散,有助于更多Cu-ZnO界面位点的形成,而且C-N还加强了Cu物种与载体ZnO间的相互作用,大幅度促进Cu-ZnO界面处与ZnO强相互作用的Cu+物种的形成。该界面处的Cu+物种经还原后形成的Cu0物种可以显著提高中等强度的H2和CO2吸附量并提升活化能力,大大促进和加快甲醇的生成活性。Cu-ZnO界面处与ZnO强相互作用的Cu0物种可能是CO2加氢制甲醇的活性中心,Cu/ZnO/C-N是一个潜在的优秀甲醇合成催化剂。
质子交换膜电解水(PEMWE)技术被视为获取绿色氢能的关键技术。然而,PEMWE器件通常在强酸性和大电流密度条件下运行,阴极催化材料当前仍过度依赖贵金属铂(Pt),从而限制了其大规模应用。因此,急需开发具有低Pt含量且高效稳定的析氢催化剂。利用焦耳热技术,在碳黑载体上快速制备了铂钴合金催化剂(PtCo/C)。采用多种表征手段对PtCo/C催化剂的形貌和电子结构进行了深入分析。电化学测试结果表明,该催化剂在酸性介质中表现出优异的电解水析氢性能,三电极体系中实现在10 mA/cm2电流密度下过电位仅为31 mV。由该催化剂构建的PEMWE器件,其性能与商用Pt催化剂相媲美,提供了一种快速、高效的低Pt替代材料制备策略。
微波除冰是一种新型除冰技术,适用于风电叶片覆冰问题。针对微波除冰中应用的吸波涂层,首先以硫酸铁为铁源,以氯化镧为稀土源,通过水热共沉淀法制备了稀土改性铁氧体,制备了不同镧含量的改性铁氧体,并将其作为吸波填料、碳化硅作为功能填料加入聚氨酯中制备复合吸波涂层。微波升温结果表明,镧与铁摩尔比为1∶19时,复合涂层的温升最高,在800 W、30 s加热下温度达163℃。此时,涂层附着力平均值为6.42 MPa,能承受60次砂纸磨损循环,55 min模拟加速风沙实验。涂层也能承受90 d的模拟海水浸泡,低频阻抗值仍在109 Ω·cm2以上,展示出良好的附着力、耐磨性、耐冲击性、物理屏蔽性能。
为实现硫酸烷基化流程本质安全化,在脱异丁烷塔提出了多目标优化算法对流程进行优化,并在此基础上实现动态控制。带侧线采出精馏塔(DST)流程可实现一塔分离3组分,相较于常规两塔精馏序列可减少再沸器热负荷至少8.28%。在DST流程结合NSGA-Ⅱ算法对其进行多目标优化,可得一组解作为最优参数解。在此基础上,构建了2种控制结构,包括组分控制结构(CCC)和组分-温度控制结构(TCC)。结果表明,CCC结构能够控制±5%的进料流量和组分扰动,调节时间相对较长,偏差较大。TCC结构需求的温度控制器在工业应用中成本低且易于实施。相较于CCC结构,具有更短的调节时间,扰动偏差更小,具有较好的控制性能。
以集成MVR解析系统胺法碳捕集工艺装置为研究对象,以燃煤电厂典型烟气组分作为设计输入,采用Aspen HYSYS (14.0)模拟软件建立全流程工艺模型,在此基础上进行碳捕集工艺流程能耗分布分析。并对能耗占比最高的MVR解析系统重点研究,分析并优化了富液进塔温度、解析压力、闪蒸压力和二次蒸气终压等关键影响因素,基于MVR解析系统的优化对碳捕集工艺系统进行整体优化,研究结果表明,MVR解析系统能耗占碳捕集工艺系统总能耗的83.77%,对MVR解析系统关键参数优化后,再生的贫液碳负载为0.126 mol/mol,CO2解析率提高至92.89%,解析系统性能达到最优,同时解析单元的单位再生能耗降低至1.92 GJ/t,碳捕集系统的综合能耗降低至2.337 GJ/t,较优化前降低幅度达到8.1%,节能效果显著。
研究建立了一种基于乙二胺桥联双四苯乙烯(bis-tetraphenylethylene,Bis-TPE)的姜黄素荧光传感器,可快速、灵敏、准确地测定食物中姜黄素。该传感器通过单羟基四苯乙烯衍生物与双硫代氨基甲酸酯衍生物的缩合反应,设计并合成新型AIE荧光传感器(Bis-TPE)。采用核磁和质谱确证其化学结构,运用荧光光谱仪考察AIE性质和对姜黄素的检测效果。结果表明,Bis-TPE具有典型的AIE性质,在水介质中对姜黄素表现出高选择性的感应能力,可用于检测水中的姜黄素,检出限为6.78×10-8 mol/L,且具备良好的抗干扰能力,不受其余19种物质的影响。荧光检测的相对标准偏差小于2%,表明Bis-TPE对姜黄素具有高选择性、高灵敏性,并成功应用于传感试纸的检测和真实生姜样品中姜黄素的检测,表明该方法可实现对姜黄素的快速、灵敏检测,具有较强的实用价值,为姜黄素的检测提供了一种新的策略。
本研究以芒果叶为碳源,经碳化后,以浓盐酸和H2O2为溶剂,通过简单的水热法制备了一种新型的芒果叶-碳量子点(CDs-M),并研究其荧光稳定性和对金属离子的识别能力。结果表明,CDs-M溶液在不同pH体系、不同储存时间下具有良好的荧光稳定性,同时发现Cu2+、Fe3+能够显著猝灭CDs-M的荧光,其他金属离子对CDs-M荧光几乎没有影响。基于CDs-M的荧光猝灭程度与Cu2+、Fe3+浓度具有良好的线性关系,提出了一种新型的荧光探针用于检测Cu2+、Fe3+,检测限分别为38.2、14.4 nmol/L。该方法对检测Cu2+、Fe3+具有高灵敏度和低检测限,且为芒果废弃物再利用开辟了新途径。