自支撑阴极用于宽pH域原位产H2O2及其耦合UV降解卡马西平

阴极电催化实现宽pH域原位产H₂O₂颇具挑战性,但在高级氧化领域具有吸引力.为克服传统芬顿及电芬顿技术中反应pH的限制,以Cd作为牺牲金属,以碳布为基底,通过煅烧成功合成了一种可在宽pH （3～10）条件下,均能原位电催化合成H₂O₂的自支撑阴极氮掺杂碳材料[X/N@C-CC,X=550、750、950 （煅烧温度）],并在此基础上,通过UV活化H₂O₂产生氧化活性物种对卡马西平（CBZ）进行降解.结果表明：（1）通过煅烧法制备的阴极材料具有高氮掺杂量,煅烧温度对其氮掺杂量及种类有着较大影响,在最佳煅烧温度750℃条件下,氮含量为8.89%,且以吡啶氮和石墨氮形式存在.此外,煅烧温度对该阴极材料氧含量无明显影响,其表面均含有C=O、—COOH官能团;（2）催化材料的主要活性位点为吡啶氮、石墨氮以及—COOH等含氧官能团,且含氧官能团的存在,使其在碱性pH条件下亦有较好的电催化产H₂O₂性能;（3）在最佳条件下,7...     

自支撑阴极用于宽pH域原位产H2O2及其耦合UV降解卡马西平

阴极电催化实现宽pH域原位产H₂O₂颇具挑战性,但在高级氧化领域具有吸引力.为克服传统芬顿及电芬顿技术中反应pH的限制,以Cd作为牺牲金属,以碳布为基底,通过煅烧成功合成了一种可在宽pH （3～10）条件下,均能原位电催化合成H₂O₂的自支撑阴极氮掺杂碳材料[X/N@C-CC,X=550、750、950 （煅烧温度）],并在此基础上,通过UV活化H₂O₂产生氧化活性物种对卡马西平（CBZ）进行降解.结果表明：（1）通过煅烧法制备的阴极材料具有高氮掺杂量,煅烧温度对其氮掺杂量及种类有着较大影响,在最佳煅烧温度750℃条件下,氮含量为8.89%,且以吡啶氮和石墨氮形式存在.此外,煅烧温度对该阴极材料氧含量无明显影响,其表面均含有C=O、—COOH官能团;（2）催化材料的主要活性位点为吡啶氮、石墨氮以及—COOH等含氧官能团,且含氧官能团的存在,使其在碱性pH条件下亦有较好的电催化产H₂O₂性能;（3）在最佳条件下,7...     

基于文献计量的电催化还原CO2研究状况及发展趋势分析

通过电能将CO₂还原成高能化学品以实现碳减排受到全球关注。基于此,对Web of Science核心数据库中2012—2021年关于电催化还原CO₂研究的4089篇文献进行调研汇总,并利用引文分析软件VOSviewer进行了计量统计和可视化分析。从多个角度分析了该领域研究发展态势,并对未来发展趋势作出预测。结果表明:2012—2021年,电催化还原CO₂领域发文量保持稳中有增的态势,其中中国和美国在电催化还原CO₂领域处于领先地位,2个国家的科研成果相对突出;电催化还原CO₂领域研究重点由单一的金属及合金催化剂材料制备向非金属纳米结构催化剂、催化剂性能精确调控及电催化反应机理揭示等方向转变。     

CO2与NO-2/NO-3电催化合成尿素研究进展

CO₂的过度排放是21世纪人类面临的最大环境问题之一，严重威胁人类社会的可持续发展。在各种实现碳捕集和转化的方法中，通过电催化方法将CO₂转化为高值附加产品能有效缓解环境保护和工业生产的压力，提高碳资源的利用率，助力实现碳中和目标。相较于在高温高压条件下实现工业尿素合成，电催化共还原CO₂与NO^-₂/NO^-₃生产尿素反应条件温和、能耗低、二次污染小，是一种具有工业化应用前景的CO₂利用方式。本论文综述了CO₂与NO^-₂/NO^-₃电催化合成尿素的研究进展，重点从催化剂的设计合成以及C—N耦合机制两方面讨论了尿素在不同催化剂上的形成过程及其内在机制。设计可以共吸附并还原CO₂与NO^-₃/NO^-₂的材料...     

生物质覆盖对沼液污染气体排放的影响及机制

为探究锯末、园林废弃物和玉米秸秆在相同覆盖质量(650g)下对奶牛场黑膜沼气池发酵产生的沼液贮存过程中污染气体排放的影响,采用动态箱法测试了3种材料覆盖下沼液的氨气(NH₃)、硫化氢(H₂S)、氧化亚氮(N₂O)、甲烷(CH₄)和二氧化碳(CO₂)的排放量.结果表明,与不覆盖处理相比,覆盖对NH₃有明显的减排效果,但N₂O、CH₄、CO₂和H₂S的排放量有所增加,从而提高了综合温室效应.总CO₂排放当量增幅为:园林废弃物(26.0%)>玉米秸秆(24.7%)>锯末(12.9%).从微生物群落结构来看,覆盖处理抑制了具有化能异养、好氧化能异养、硝酸盐氨化、硝酸盐还原、亚硝酸盐呼吸和硝酸盐呼吸等功能的微生物活性,降低了沼液内部的碳、氮、硫循环强度.与园林废弃物和玉米秸秆相比,锯末覆盖明显降低了沼液内部拟杆菌科(Bacteroidaceae)...     

生物碳基纳米钯铜催化剂的优化制备及脱硝研究

针对目前高效处理水体硝酸盐污染的技术瓶颈,以毛竹生物碳为载体基材,通过湿化学-浸渍还原的手段制备生物碳基纳米钯铜双金属催化剂(Nano-PdCu-BC),并以其为粒子电极,协同传统的二维电化学反应器,搭建三维粒子电催化反应体系去除水体中的硝酸盐污染物.探究了催化剂制备的前驱液浓度、初始硝酸盐氮浓度、电流强度、催化剂投加量和初始pH值对电催化还原NO₃-N的影响.结果显示,通过浸渍还原的方法可以将钯铜双金属成功负载在毛竹生物碳载体上,获得纳米钯铜双金属催化剂.在前驱液为0.60g/LPdCl₂和0.15g/LCuCl₂的溶液组合,初始硝酸盐氮(NO₃-N)浓度为100mg/L、电流强度为220mA、初始pH值为7,催化剂投加量为0.80g/L的条件下,反应180min后硝酸盐氮去除率可达99.68%,N₂选择性约为44.25%;Nano-PdCu-BC电催化还原NO₃-N的反应符合一级反应动力学,反应动力学常数k值为0.034/min;经3次循环使用后,NO...     

树脂基固态胺吸附材料的选择性CO2吸附性能

基于简单的湿浸渍法将聚乙烯亚胺(PEI)有效负载到多孔树脂(HP20)中,制备获得树脂基固态胺吸附材料,并探究了PEI负载量(30%~60%)、吸附温度(30~90℃)和压力(2~100kPa)对材料CO₂吸附性能的影响.研究表明树脂基固态胺吸附材料的最佳PEI负载量为50%,过量的PEI会致使材料CO₂吸附容量和胺基利用效率的显著降低.所筛选的材料在较低或较高的CO₂分压范围内均能展现出优异的CO₂吸附性能,在30℃下的CO₂吸附容量达到3.06~3.78mmol/g,表明该材料在不同CO₂分压的多种碳捕集应用中均有着较好的适用性.此外,树脂基固态胺吸附材料的CO₂/CH₄和CO₂/N₂选择性在2~100kPa的压力范围内分别有262~5858和708~11551,在各类传统或新兴的固体吸附材料中处于较高水平.     

胶原纤维基多孔碳纤维用于电化学产双氧水——酸处理对产双氧水性能的影响

为获得通过电化学的氧还原反应（ORR）高效原位生成双氧水（H₂O₂）的新型碳材料,基于一类天然生物质-皮胶原纤维为基础材料制备出多孔碳纤维材料（PCFs-x）.利用皮胶原纤维分子中的-COOH、-NH₂等官能团与铁盐之间的较强的络合作用来吸附铁离子,碳化后经酸浸获得PCFs-x材料.XRD、SEM、BET等手段对不同浓度硝酸浸取后所获得的PCFs-x进行系统的结构表征,测试其电子转移数,考察了其氧还原反应活性及电化学还原氧气产H₂O₂的性能.结果表明,胶原纤维经过上述制备流程后可获得有序结构的PCFs-x,其中浓度为1mol/L时获得的材料具有最好的产H₂O₂效果和电流效率,氧还原反应2.5h后H₂O₂累积浓度达到148.81mg/L,电流效率72.33%.实验结果为基于胶原纤维制备新型高效的原位电化学产双氧水的碳材料提供了理论基础与可借鉴的思路.     

CO2/H2O气氛对生物质焦化学结构演化及反应性作用机理研究

以水稻秸秆(RS)为研究对象，研究了CO₂/H₂O气氛对其脱挥发分过程中焦产率、结构及其反应性的影响。采用傅里叶红外光谱(FTIR)及拉曼光谱(Raman)对不同条件下制备的RS焦进行表征，阐明不同反应气氛下RS焦的微观化学结构演化规律。采用热重分析仪(TGA)对制备的RS焦的燃烧反应性进行分析，揭示了CO₂气氛、H₂O气氛与CO₂/H₂O混合气氛对RS焦微观化学结构演化及反应性的作用机理。结果表明：CO₂/H₂O气氛下，生物质焦产率随着反应终温升高而降低，且在700℃以上焦产率差异较大；CO₂/H₂O混合气氛更有利于促进生物质焦中小芳香环系统的消耗和缩聚，CO₂和H₂O气氛在高温下对生物质焦的反应存在协同作用和竞争关系；制焦温度在700℃以上时，CO₂/H₂O气氛有助于改善生物质焦...     

La1-xKxMnO3催化剂同时消除柴油机尾气中NO和碳烟性能

采用溶剂热法制备La_1-xK_xMnO₃(x=0, 0.10, 0.15, 0.20, 0.25)钙钛矿型复合金属氧化物催化剂;通过XRD、FT-IR、SEM、H₂-TPR、XPS、NO-TPD等手段对催化剂的物相组成、表面形貌、氧化还原性能等进行了表征;在常压固定床微型反应装置中评价催化剂同时消除NO和碳烟催化性能.结果表明,制备的La_1-xK_xMnO₃催化剂均具有钙钛矿结构;K部分取代La-Mn钙钛矿结构中La后,颗粒结构得以改善,部分Mn³⁺价态升高为Mn⁴⁺,形成较多氧空位和Mn⁴⁺,提高氧化还原性能和吸附NO性能.活性评价结果表明,La_0.80K_0.20MnO₃催化剂表现出较好的同时消除NO和碳烟催化性能,NO最大转化率(Xmax NO)和对应反应温度(Tmax NO)分别为46.5%和436℃,碳烟起燃温度(T_ig)、CO₂浓度峰值温度(Tmax CO₂)和生成CO₂选择性(Smax CO₂)分别为341℃、454℃和98.8%.     

沸石分子筛催化材料在二氧化碳转化中的应用

开发高效的CO₂化学转化和利用技术是推动碳捕集利用(CCU)技术快速发展的关键，对我国实现双碳战略目标具有重要意义。沸石分子筛是一种具有规整微孔结构、高结晶度以及高水热稳定性的无机材料，在CO₂化学转化领域有着广泛的应用前景。本文介绍了当前沸石分子筛催化材料在CO₂转化领域的应用研究进展，重点介绍了沸石催化剂在CO₂-CH₄干重整、CO₂加氢以及等离子体驱动CO₂转化方面的最新研究进展。理性设计并可控构筑高性能沸石分子筛催化材料以最大限度地提高CO₂转化效率和产物收率，是未来该领域的研究重点。尽管沸石分子筛催化材料在CO₂转化领域表现出良好的应用前景，但仍有很多方面值得深入开展研究：1)在CO₂直接加氢制C⁺₂碳氢化合物(如芳烃)体系中，沸石分子筛的催化性质有着非常关键的作用，如何有效合成并调控沸石的酸性位点，是提高目标产物选...     

CaO对城市生活垃圾原位水蒸气气化制备富氢燃气的影响

为高效资源化利用城市生活垃圾,提出了一种城市生活垃圾原位水蒸气气化制备富氢燃气方法. 在城市生活垃圾原位水蒸气气化过程中添加CaO,对CO₂进行高温吸收,促进H₂产生. 考察了n(Ca)/n(C)(CaO与垃圾原料中碳元素的摩尔比)、反应温度及垃圾含水率等因素对H₂产率以及气化特性的影响. 结果表明:随着n(Ca)/n(C)由0增至1.5,φ(H₂)和H₂产率(以w计)分别由25.89%、10.86g/kg增至45.90%、31.56g/kg;水蒸气的引入提高了CaO的碳酸化反应活性,促进了H₂的产生,但当含水率高于39.45%时,则会降低产气品质;反应温度高于750℃时,虽能强化城市生活垃圾、焦油的热分解等反应产生更多的H₂,但不利于CaO的碳酸化反应,最佳的操作温度为700～750℃;对固体残留物进行XRD和SEM分析可知,反应温度高于750℃会降低CaO的活性,不利于CaO对CO₂的吸收. 以CaO为添加剂的城市生活垃圾原位水蒸气气化制备富氢燃气是一种有效的城市生活垃圾资源化利用方式.      

氢气和氮气对厌氧甲烷降解过程及微生物多样性的影响

针对厌氧甲烷氧化过程,考察了填埋场稳定化过程中气态物质(H₂、N₂)的影响,阐明了微生物群落结构的响应。结果表明:在N₂氛围下,存在甲烷氧化、固氮、硝化、反硝化的循环过程;通入H₂对于厌氧甲烷降解过程有一定影响,CH₄含量呈先下降后升高再降低的趋势,CO₂含量则呈先升高后降低趋势,表明H₂可将CO₂还原为CH₄。经过N₂和H₂长期驯化后,土壤微生物群落结构发生了显著变化,放线菌门中具有硝化、反硝化及固氮作用的菌群增加,出现了具有甲烷氧化功能的Methylococcale菌群。好氧菌(如甲烷氧化菌、硝化菌)对O₂的消耗有利于反硝化和厌氧甲烷氧化的进行,为反硝化型厌氧甲烷氧化的发生提供了有利条件。研究揭示了填埋场稳定化过程中气态物质影响厌氧甲烷氧化的过程。     

纳米钯铜改性毛竹炭三维电催化还原水中硝酸盐氮的机理研究

为揭示三维粒子电极对电催化还原水中硝酸盐氮(NO₃-N)的贡献及机理,以毛竹生物炭为模板,通过钯铜盐浸渍、焙烧及氢气有限表面还原等手段,制备了纳米钯铜改性毛竹炭(Nano-Pd/Cu-BC),以其为三维粒子电极搭建三维电催化还原体系,以强化传统电催化还原体系(无三维粒子电极)对NO₃-N的去除效果. 结果表明:①制备的Nano-Pd/Cu-BC保留了毛竹天然的遗态分级多孔结构特征,表面存在均匀分散的纳米Pd0和纳米Cu0金属粒子. ②三维电催化还原体系对水中NO₃-N具有更高的去除率,在反应240 min内,对NO₃-N的质量催化活性达0.069 mg/mg,较传统电催化还原体系提升5.35倍. ③三维电催化还原体系N₂的生成率为13.4%,较传统电极电催化还原体系提升2.84倍. 研究显示,采用Nano-Pd/Cu-BC搭建的三维电催化还原体系可以提升水中NO₃-N的去除率和N₂生成选择率.      

富氧空位/梯次结构CeO2的制备及光催化CO2还原

采用Ce-BTC(均苯三甲酸)为模板,通过尿素溶液浸渍合成了具有富氧空位/梯次结构的CeO₂催化剂,并用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、拉曼光谱(Raman)和紫外可见漫反射(DRS)等手段对其进行了表征。结果表明,与金属有机框架(MOFs)浸渍尿素高温煅烧可以获得金属氧化物/g-C₃N₄复合材料不同,Ce-BTC/尿素体系煅烧后产品中未检测到g-C₃N₄,这可能与CeO₂的存在抑制了尿素分解产物的热缩聚过程,影响了g-C₃N₄的生成有关,但尿素的引入改变了Ce-BTC煅烧产物CeO₂的氧空位浓度,且获得梯次结构。将具有富氧空位/梯次结构的CeO₂-5用于光催化CO₂还原,催化结果表明:反应4h的CO产率可达2.06μmol/g,CH₄产率可达1.42μmol/g,性能是Ce-BTC未浸渍尿素溶液直接煅烧得到的CeO₂的7倍以上。     

生物质基活性炭负载金属催化还原NOx

为研究生物质材料的脱硝性能,利用木质素与纤维素2种生物质基活性炭作为还原剂,用碱金属与过渡金属作为催化活性相,制备了一系列生物质基活性炭负载金属催化剂用于富氧环境中催化还原NO_x,考察了生物质原料种类、炭化温度以及催化剂组分对脱硝效率的影响.结果表明:①当反应温度低于250℃时,炭表面主要是NO_x的吸附过程;而当反应温度高于250℃时,炭还原NO_x行为占主导,并伴随N₂、CO₂与CO的生成.炭化温度对炭反应活性的影响主要依赖于炭化温度对炭材料表面含氧官能团、比表面积以及炭表面金属还原性的影响.②研究中考察的金属（K、Cu、Fe、Ni）均对还原NO_x与O₂有催化作用,其中,K对C-NO_x反应具有明显促进作用,但对C-O₂反应并无明显促进作用,所有样品中SAC-K的选择性因子为0.56,对还原NO_x的选择性最高,且恒温反应过程NO_x还原量（以C计）达到了1 293 μmol/g.③与传统煤基活性炭催化剂相比,木屑基活性炭负载钾催化剂表现出了优良的NO_x还原选择性;X-射线光电子表征结果显示,木屑基活性炭负载钾催化剂优良的性能与其表面钾活性相的高度分散有关.研究显示,相比于煤基炭材料,生物质基炭材料具有更加优异的选择性还原NO_x性能.      

响应曲面法优化镍转炉渣氧压选择性浸出工艺

为了优化镍转炉渣加压条件下H₂SO₄选择性浸出Co、Ni、Cu,抑制Fe浸出的工艺,采用响应曲面法的中心组合设计原理,建立影响选择性浸出率的二次多项式数学模型,研究浸出温度、c(H₂SO₄)及液固比及上述因素两两交互作用对提高Co、Ni、Cu浸出率及减少Fe浸出率的影响规律. 结果表明:浸出温度和c(H₂SO₄)对浸出率影响最显著,液固比次之. c(H₂SO₄)越高,Co、Ni、Cu和Fe的浸出率越高,而提高浸出温度有利于降低Fe浸出率. 响应曲面法优化获得的最佳工艺条件:浸出温度为210 ℃、c(H₂SO₄)为0.38 mol/L、液固比为4.25 mL/g,在该条件下,Co和Ni的浸出率均大于98%,Cu浸出率大于96%,Fe浸出率小于0.4%. 浸出控制参数优化后提高了有价金属的浸出率,同时也降低了Fe浸出率,实现了镍转炉渣中有价金属的回收及其与Fe的高效分离.      

广东省船舶二氧化碳排放驱动因素与减排潜力

船舶是广东省二氧化碳(CO₂)的重要排放来源,研究广东省船舶CO₂排放的历史变化趋势、驱动因素和减排途径,可为广东省制定碳达峰与碳中和路径提供科学依据.采用排放因子法估算广东省船舶CO₂排放量,利用对数平均指数法(LMDI)识别排放驱动因素,并结合情景分析法探究船舶CO₂的减排途径.结果表明：(1)2006～2020年广东省船舶CO₂排放量从331.94万t增加至639.29万t,其中干散货船和集装箱船是导致排放增加的主要船型.(2)2006～2020年广东省船舶CO₂排放的关键正向驱动因素是运输强度(51%)和经济因素(49%),主要负向驱动因素是能源强度(93%)和货类结构(7%).(3)到2030年,如果广东省船舶运输保持当前政策(基准情景)发展,将无法实现碳达峰.(4)到2060年,同时考虑优化能源结构和降低能源强度(节能低碳情景),相比于基准情景有56.51%的CO₂减排潜力.可为广东省制定船舶航运行业碳达峰与碳中和管控策略...     

微藻在不同氨氮条件下固定CO2耦合净化废水实验

为探究小球藻同步固定CO₂、净化废水及生产蛋白质的潜力,实验研究不同氨氮浓度(30,60,90 mg/L NH₄Cl)和CO₂体积分数(0.038%和10%)对小球藻(Chlorella vulgaris)生长、固碳、氮磷营养盐去除及蛋白质生产的影响,并将Logistic方程与改进的Monod方程相结合,描述小球藻比生长速率与氮、磷营养盐的关系。结果表明:10% CO₂组生物量(380.16~499.52 mg/L)是0.038% CO₂组生物量(44.73~120.00 mg/L)的3.54~8.30倍,同时,10% CO₂组中氨氮和磷酸盐消耗速率明显高于0.038% CO₂组。小球藻比生长速率、固碳速率、蛋白质含量均与生物量呈正相关(R2≥0.83,P<0.05),且在10% CO₂和60 mg/L NH₄Cl条件下获得最大值,分别为0.21 d-1、42.62 mg/(L·d)和228.43 mg/L。此外,拟合结果显示Logistic方程与改进的Monod方程联合应用可较好地描述小球藻的生长过程(R2=0.39~0.96),且10% CO₂条件下的营养盐更易被小球藻吸收。实验结果可为微藻同步固定CO₂、净化废水及副产物(如蛋白质)生产的应用提供理论参考。     

秦岭北麓地区CO2和水汽湍流输送实验研究

利用中国气象局秦岭气溶胶与云微物理野外科学试验基地长安站2021年4月～2022年3月涡动相关系统观测资料,结合气象观测资料,研究了秦岭北麓城郊过渡带近地面大气CO₂、H₂O浓度、蒸发量以及湍流通量演变特征,并讨论了气象要素对碳通量的影响.结果表明:观测时段内CO₂小时浓度年均值为(404.4±27.9)×10^-6,与瓦里关大气背景观测站和全球背景观测站CO₂年均值浓度水平相当,水汽小时浓度年均值为9.44g/m³,年总蒸发量为1321.5mm;CO₂、水汽浓度和蒸发量均存在显著的月、季节变化特征;CO₂和水汽通量存在明显的日、月和季节变化,全年白天均表现为较强的碳吸收,观测时段内CO₂总吸收量约为-3047g/m²;夜间表现为碳排放,观测时段内总排放量约为2631g/m²;气温、土壤温度、相对湿度和风速的变化均会对区域内CO₂