葡萄树基活性炭的制备及其CO2吸附特性

为探讨葡萄树基活性炭在碳捕集与封存领域中的潜力,分别以葡萄树枝和树皮为原料采用CO₂活化法在800℃下制备了葡萄树枝基活性炭和葡萄树皮基活性炭,根据N₂物理吸附法计算了比表面积,用二维非定域密度函数理论（2D-NLDFT）分析了孔径分布特性,并使用热重分析法表征了两种活性炭的热解特性以及30℃的CO₂吸附特性.结果表明:①葡萄树枝基活性炭具有微孔结构,微孔孔径在0.36~1.6 nm之间,孔径为0.66 nm的微孔最多;葡萄树皮基活性炭具有大量微孔和少量中孔,孔径主要集中在0.36~1.9 nm之间.②葡萄树枝基和葡萄树皮基活性炭的CO₂吸附容量分别为1.096和0.247 mmol/g.③两种活性炭的CO₂吸附以物理吸附为主,其CO₂饱和产物在45℃前释放全部CO₂,葡萄树枝基活性炭的CO₂饱和产物较葡萄树皮基活性炭的CO₂饱和产物难于释放CO₂.④两种活性炭吸附CO₂后,在热重特性上出现的微量变化表明活性炭物质结构上的变化.研究显示,葡萄树枝基活性炭是一种良好的CO₂捕集材料,但其CO₂吸附容量比其他同类活性炭低,CO₂吸附量较高的葡萄树基活性炭的制备条件和改性方法需要进一步研究.      

固态胺SO2吸附-解吸循环特性

采用新的固态胺吸附材料研究其对SO₂的吸附性能.针对几种不同种类及孔径的分子筛嫁接胺基合成固态胺吸附材料,研究了其对SO₂吸附规律,特别是研究了固态胺解吸再生的特性.研究结果表明固态胺具有较高的SO₂吸附量,经20次吸附-解吸循环,留在固态胺中的残余量较低.结果还表明,分子筛结构的种类和孔径对固态胺吸附SO₂的效果有重大影响,通常孔径较小的分子筛,吸附效果较差.但分子筛中SiO₂/Al₂O₃的提高可降低解吸后的残余量.研究CO₂,NO_x对固态胺吸附剂的影响规律,结果表明,CO₂对固态胺SO₂吸附基本无影响,NO_x则会干扰SO₂的吸附.通过对解吸残余量化学成分的研究表明,解吸残余量具有与液态胺热稳定物类似的组分.由于固态胺可以有较高的工作温度,因此固态胺将更易于循环再生.     

石墨烯量子点辅助合成Cu-MOFs及CO2吸附行为

选用一种成本低、可大规模合成的Cu基MOFs（Cu-MOFs）材料作为CO₂吸附剂,在原位合成过程中添加石墨烯量子点以调控其晶体结构.结果表明：适量石墨烯量子点的添加有利于提高Cu-MOFs的比表面积和孔体积,相比未改性MOFs材料,改性后的CO₂吸附性能有所提高,25℃,100kPa时提高了4.5%.随着温度升高,吸附容量提升越明显.改性后的MOFs对于N₂的吸附量则比未改性时更低,因此计算得到的CO₂/N₂吸附选择性也更高,增加了近一倍.综合等量吸附热的考察结果发现,尤其添加适量含N石墨烯量子点的Cu-MOFs吸附剂不仅具备了较高的吸附容量、吸附选择性,还展现了较理想的吸附热,因此兼具了较优CO₂吸附性能和较低脱附能耗的特点,为MOFs吸附剂的改性提供了一点参考价值.     

改性赤泥吸附剂吸附低浓度CO2研究

以赤泥(RM)为原料,采用酸碱预处理方法制备了介孔赤泥材料(MRM),并以其为载体,利用浸渍法负载MgO以期增加碱性活性位点,通过BET,XRF,XRD,CO₂-TPD等手段对其结构和组成成分进行表征分析.研究表明,MRM的比表面积较RM提高了约28倍,孔结构丰富,物相组成分析表明以赤铁矿为主.负载MgO后,孔结构被堵塞,其比表面积和孔容随着Mg负载量的增加而减小,对5%MgO/MRM吸附剂通过XRD检测结果未发现MgO,表明Mg在吸附剂中分散性较好.当吸附温度为30℃,酸碱预处理赤泥的CO₂吸附容量为1.54mg/g,而5%MgO/MRM的吸附容量为2.26mg/g,说明负载MgO后,碱性活性位点数量明显增加,化学吸附作用增强,随着温度的升高,吸附容量逐渐降低.CO₂-TPD测试结果表明,MRM和5%MgO/MRM均以化学吸附为主,主要形成碳酸盐和碳酸氢盐结构.     

模板剂十二胺对胺改性HMS吸附CO2的影响

以正硅酸乙酯为硅源、十二胺为模板剂制备中孔硅HMS-1,采用焙烧和乙醇萃取的方法去除其模板剂,所得材料分别为HMS-2与HMS-3,并将四乙烯五胺（TEPA）与二乙醇胺（DEA）混合负载于3种材料上,采用X射线衍射（XRD）、傅里叶红外（FTIR）与氮气吸附实验对材料进行表征,研究改性前后的HMS对常压下低浓度CO₂的吸附性能及再生能力.XRD与FTIR结果表明,TEPA与DEA已被成功负载到HMS孔道内.氮气吸附实验表明,保留模板剂和胺基改性后,材料的孔容显著降低.20℃下,初始浓度为10%的CO₂在材料上的吸附量顺序为：MA-HMS-1（3.29mmol/g） > MA-HMS-3（2.7mmol/g） > HMS-1（1.88mmol/g） > MA-HMS-2（1.65mmol/g） > HMS-2（1.33mmol/g）,模板剂的存在,不仅增加了CO₂的吸附位点,还对混合胺改性的HMS吸附CO₂起到了协同作用.在20~75℃范围内,MA-HMS-1与MA-HMS-3受温度影响最明显,65℃时吸附量达最大值;随着温度的升高,HMS-1的吸附量随温度升高持续降低;MA-HMS-2的吸附量基本不变.含胺基的4种材料（HMS-1、MA-HMS-1、MA-HMS-2与MA-HMS-3）在80℃下拥有优良的再生性能,经4次循环再生后,MA-HMS-1的再生率为97.5%,高于MA-HMS-2（83%）和MA-HMS-3（84%）,保留HMS的模板剂对材料的再生性能有明显促进作用.     

硅基多孔材料的表征及其对SO2的吸附性能

为增强火山灰反应的强度,提高对SO₂的脱除性能,以粉煤灰为原料采用两步水热合成法制备硅基多孔材料,并对制备的材料进行表征.结果表明:硅基多孔材料整体呈无序形态,主要成分为水化硅酸钙和CaCO₃,属于无定型的非晶相物质;由C、O、Si、Na、Ca等元素构成,主要以SiO₃2-、CO₃2-的形式存在;呈蜂窝和玻璃纤维的网状结构,内部空隙发达,比表面积较大,且存在有大量的吸附水和结合水.利用固定床反应器测定了硅基多孔材料对SO₂的吸附性能,在入口ρ（SO₂）为1 200 mg/m3、吸附温度为50℃、SO₂含氧量为9%、粒度为200目（0.075 mm）的条件下,SO₂的吸附量可达24.87 mg/g,脱硫率可达100%,与钙基吸附剂相比吸附量提高了74%;将吸附SO₂后的硅基多孔材料在700℃下焙烧3 h,可以继续吸附SO₂,重复使用率可达72.24%.由于SO₂在脱除过程中存在一定的化学反应,含氧量的增加能够提高其对SO₂的吸附量.研究显示,硅基多孔材料脱除SO₂的过程是由物理吸附和化学反应相结合的结果,其中由于制备的硅基多孔材料具有较大的比表面积和较为丰富的孔结构,有利于物理吸附;同时,在两步法制备硅基多孔材料的过程中使火山灰反应得到增强也同样提高了SO₂与硅基多孔材料的化学反应,进而增强了化学吸附的效果.      

粘胶基活性炭纤维湿氧化改性对甲苯吸附性能的影响

为了研究粘胶基活性炭纤维(ACFs)湿氧化改性对甲苯吸附性能的影响,采用实验室模拟的方法,研究了H₂O₂湿氧化改性ACFs结构性质和表面化学性质对甲苯吸附性能的影响.结果表明:相比原样,改性ACFs的微孔孔容和表面积等结构参数均有所增大,从而有利于吸附甲苯.不同浓度的改性ACFs样品具有相似的结构性质和不同的表面化学性质;随着H₂O₂浸渍浓度的提高,ACFs表面CO型含氧基团含量递减且有利于吸附甲苯;CO₂型含氧基团含量递增且不利于吸附甲苯;整体上,ACFs表面含氧基团(包括CO型和CO₂型基团)总量的增多不利于甲苯吸附.ACFs与甲苯分子之间π-π色散力作用是影响湿氧化改性后ACFs对甲苯吸附性能的关键因素.      

复合钙基吸收剂吸附烟气中汞的试验研究

将飞灰和CaO以4∶1(质量比)混合,在室温25℃下消化10min,在68℃下干燥40min,制得基础吸收剂,再添加5%的KMnO₄(或NaClO₂)和15%的水分,制成可吸附燃煤烟气汞的复合钙基吸收剂. 研究了KMnO₄/NaClO₂添加量,吸收剂中水分含量,温度,进口φ(O₂)、ρ(Hg0)、ρ(SO₂)和ρ(NO)等因素对复合钙基吸收剂吸附烟气汞的影响. 结果表明:随着KMnO₄、NaClO₂添加量从0增至5%,复合钙基吸收剂对烟气汞10min吸附量从131.75ng/g分别增至443.00和876.08ng/g;在KMnO₄(或NaClO₂)添加量为5%,水分含量为15%,温度为80℃,进口φ(O₂)为6%的条件下,模拟烟气进口ρ(Hg0)从18.0μg/m3增至86.4μg/m3时,复合钙基吸收剂对烟气汞的最大吸附量升至1203.33ng/g(或2391.63ng/g);当进口ρ(SO₂)从1429mg/m3增至2286mg/m3时,KMnO₄(或NaClO₂)添加剂相对应的烟气汞最大吸附量降至421.50ng/g(或860.00ng/g);当进口ρ(NO)从536mg/m3增至938mg/m3时,KMnO₄(或NaClO₂)添加剂相对应的烟气汞最大吸附量降至336.75ng/g(或776.38ng/g).      

树脂基固态胺吸附剂室温下对低浓度CO2的吸附性能研究

以大孔甲基丙烯酸酯吸附树脂为载体,聚乙烯亚胺(PEI)为有机胺,采用液相浸渍法制备出固态胺吸附剂,并研究了其在室温下对低浓度CO2的吸附行为.同时,利用氮气吸附、热重分析和扫描电镜表征了材料的物理化学性质,并采用热重法和固定床吸附法考察了材料的CO2吸附性能.结果表明,大孔树脂担载50%PEI(质量分数)时吸附性能最佳,对纯CO2的最大吸附量为175 mg·g-1;CO2的吸附行为由扩散动力学与吸附热力学共同决定,低温有利于提高吸附容量;吸附剂对400 ppm~15%浓度的CO2都具有优异的动态吸附性能,其中对400 ppm CO2的吸附量达到86 mg·g-1,对15%CO2的吸附量达到150 mg·g-1;湿度对吸附起促进作用,相对湿度为10%时,对400 ppm CO2的吸附量提高至139mg·g-1;吸附剂具有优异的循环性能,具有直接空气捕集CO2的潜力.     

胺基树脂吸附去除水中的壬基酚聚氧乙烯醚

使用氯球作为前驱体与二乙烯三胺在回流条件下反应合成一种胺基树脂,对胺基树脂的特征进行了表征,并研究了胺基树脂对水中的壬基酚聚氧乙烯醚(NP₁₀EO)的吸附行为.树脂的红外、元素分析及比表面积与平均孔径分析结果表明,胺基官能团成功地嫁接到树脂表面,胺基浓度为5.6 mmol/g,且胺基树脂的比表面积较氯球有较大增加.胺基树脂对NP₁₀EO的吸附等温线表明,温度的升高有利于吸附,在35 ℃下胺基树脂对NP₁₀EO的最高平衡吸附量达58.36 mg/g.采用Langmuir方程和Freundlich方程用于吸附等温线的解释,结果表明,吸附等温线更加符合Langmuir模型,相关系数(R2)均大于0.98. NP₁₀EO在胺基树脂上的吸附符合准二级动力学方程,初始ρ(NP_10EO)越低达到吸附平衡所需时间越短,初始ρ(NP_10EO)为9.41 mg/L的溶液能在2 h内达到吸附平衡.      

K2CO3改性类水滑石衍生复合金属氧化物吸附剂脱除HCl(g)性能

采用浸渍法对钙镁铝类水滑石进行K₂CO₃改性,并进一步焙烧获得复合金属氧化物吸附剂。在固定床实验系统上对K₂CO₃改性类水滑石吸附剂的高温脱除HCl（g）性能进行了研究,探究了K₂CO₃负载量、反应温度和初始HCl（g）浓度对其高温脱除HCl（g）性能的影响,通过X射线衍射（XRD）、比表面积及孔隙分析（BET）、扫描电镜（SEM）及热重分析（TG）对改性前后的类水滑石吸附剂进行了表征。结果表明:1）K₂CO₃改性后类水滑石吸附剂的脱除HCl（g）性能显著提高,K₂CO₃的最佳负载量为30%,过高的负载量会导致吸附剂的孔隙堵塞,吸附能力下降;2）在400~800℃的反应温度范围内,吸附剂的HCl（g）吸附容量在600℃时达到最高,为0.289 g/g;3）在不同HCl（g）浓度下吸附剂的脱除HCl（g）性能保持稳定;4）经500℃煅烧后吸附剂的比表面积和孔体积增大,平均孔径减小,吸附能力增强;负载K₂CO₃后类水滑石吸附剂的热稳定性有所增强。K₂CO₃改性后的类水滑石衍生吸附剂具有优良的高温脱除HCl（g）性能,为选择高效实用的高温HCl（g）吸附剂提供了参考。     

基于微气象学方法的麦田CO2和O3通量的观测与模拟

利用涡度相关技术对长江三角洲地区冬小麦麦田白天时段CO₂和O₃通量进行连续观测,分析其变化特征.引入并参数化Jarvis乘法模型,预测冬小麦冠层尺度CO₂和O₃通量.结果表明：整个观测期间,麦田CO₂浓度和通量的范围分别为372.3~487.1μL/L和-0.4~-40.3μmol/（m²·s）,均值分别为402.6μL/L和-13.4μmol/（m²·s）.O₃浓度和通量的范围分别为4.6~116.6nL/L和-0.2~-20.7nmol/（m²·s）,均值分别为50.9nL/L和-6.8nmol/（m²·s）.CO₂和O₃通量最高值出现在冬小麦的孕穗期和开花期,该时期冬小麦光合能力最强,对CO₂与O₃的吸收最大.冬小麦CO₂和O₃通量总体上呈相似的日变化模式,上午CO₂通量明显高于下午,上午O₃通量却低于下午.温度、水汽压差、光合有效辐射、物候期等环境因子驱动下的冬小麦冠层通量与叶片气孔导度具有相似的限制机制,利用修订后的Jarvis乘法模型模拟了CO₂和O₃通量,并与实测值进行对比验证,表明修订后的模型分别解释了CO₂和O₃通量62%和60%的变异性,适用于本地冬小麦CO₂和O₃通量的模拟.     

TiO2光催化净化城市隧道中NOx的行为及经济性

考察了TiO₂光催化降解模拟城市隧道尾气中NO_x的催化行为,并以一个长度为1km和高度为5m的双向两车道城市隧道为研究对象,分析了其应用的经济性.结果表明,煅烧温度为400℃制备的TiO₂-400催化剂的NO吸附性能和光催化性能最佳,NO_x最大转化率为30%.不同的气体组成会显著影响光催化剂对NO_x的吸附和光催化性能,其中对于NO竞争性吸附抑制效应的影响为CH₄≈CO₂>CO,而对于光催化性能的促进效应影响为CO > CH₄ > CO₂.增大紫外光辐照度可提高光催化活性,但降低了催化剂的稳定性.紫外光辐照度为6.4μW/cm²为合适的光照强度.增加催化剂的用量可显著增强NO的吸附性能和光降解NO_x的稳定性.当催化剂用量为15mg/cm²时,NO吸附容量为0.88mg/g,催化剂的稳定时间可达110min.通过简要分析该技术的经济性,表明光催化降解城市隧道NO_x的成本较低,具有良好的经济性.     

基于DMSP/OLS数据的区域碳排放时空动态研究

选取IPCC碳排放核算方法并基于能源统计数据,核算了我国大陆30个省市的能源消耗碳排放量,利用纠正后的DMSP/OLS夜间灯光数据与相应空间单元的碳排放量进行回归分析,反演出1km×1km栅格的电力消耗碳排放量并分析其在地级市尺度上的时空变化.核算出2005年、2010年和2013年能源消耗排放总量分别为57.02,82.28和93.26亿t,其中电力碳排放量分别为23.03,35.62和42.07亿t.结果表明：校正后的DMSP/OLS夜间灯光数据能更好地估算碳排放,其DN总值与统计的省级能源消耗排放量、电力消耗排放量均存在较强的相关关系;整体而言,发达地区能源消耗排放量大但强度比较低.     

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%.     

唐山上空CO2和CO浓度特征的飞机探测研究

为研究唐山城市上空CO₂与CO浓度时空分布,进一步定量其碳排放,于2018年11月~2019年3月,利用运十二飞机搭载高精度温室气体分析仪和相关辅助设备,对唐山市上空（200m~4600m）CO₂与CO浓度进行飞机探测.探测期间共取得6组CO₂和CO浓度垂直廓线数据.结果表明：探测期间CO₂浓度变化范围406×10^-6~453×10^-6,CO浓度变化范围27×10^-9~1135×10^-9.夜间探测有明显的混合层存在时,CO₂与CO浓度分布在混合层内有向上聚集现象,且在混合层顶均达到最大值;白天探测无明显的混合层存在时,浓度整体随高度增加而减小.在探测期间整层的平均风力小于4级时,CO₂和CO浓度极显著相关,CO₂和CO浓度比变化范围32.2~43.9.以2019年2月23日白天的架次为案例进行分析,微风条件下空气团经过城市后,CO₂和CO浓度均有所增加,显示当日唐山是CO₂和CO的源,结合质量平衡法或大气反演模式可以进一步估算城市CO₂和CO排放量.