Testing of chemical substances for environmental effects—an important task for the chemical industry

Recently the heterogeneous reactions are increasingly recognised as significant in polluted areas. In this work the reactions of gases with solid alkali‐halide crystals at temperatures 200K and 300K were examined by using a recently proposed thermodynamic model (Varotsos et al., 1988) which provides the interconnection of entropy and enthalpy for various processes with well known macroscopic properties of the bulk solid.     

Adsorption of phosphate ions from water using a novel cellulose-based adsorbent

A novel cellulose-based adsorbent, iron(III)-coordinated amino-functionalised poly(glycidylmethacrylate)-grafted cellulose [Fe(III)–AM-PGMACell] was developed for the removal of phosphate from water and wastewater. The scanning electron micrograph showed that AM-PGMACell has a rougher surface than cellulose and the adsorption of Fe(III) on AM-PGMACell made the surface even rougher. Infrared spectroscopy revealed that amino groups on the surface of AM-PGMACell complexed with Fe(III) played an important role in the removal of phosphate from solutions. X-Ray diffraction patterns showed a decrease in crystallinity after graft copolymerisation onto cellulose. The effects of contact time, initial sorbate concentration, pH, agitation speed, dose of adsorbent and temperature on the removal process were investigated. Maximum removal of 99.1% was observed for an initial concentration of 25 mg·L ^?1 at pH 6.0 and an adsorbent dose of 2.0 g·L ^?1. A two-step pseudo-first-order kinetic model and Sips isotherm model represented the measured data very well. Complete removal of 11.6 mg·L ^?1 phosphate from fertiliser industry wastewater was achieved by 1.6 g·L ^?1 Fe(III)–AM-PGMACell. The adsorbent exhibited very high reusability for several cycles. Overall, the study demonstrated that Fe(III)–AM-PGMACell can be used as an efficient adsorbent for the removal and recovery of phosphate from water and wastewater.     

页岩气压裂返排液的分析与双效MVR处理

对西南地区某页岩气田压裂返排液进行了分析,在此基础上采用双效机械蒸汽再压缩(MVR)系统对其进行处理,建立了完整的计算模型,并对影响系统的主要参数进行了探讨。压裂返排液分析结果表明:蒸发浓缩液黏度与相同浓度氯化钠溶液的黏度相近,可排除因有机物富集导致其在蒸发器内壁附着而影响传热系数及堵塞蒸发器的可能。模型计算结果表明:进料含盐率由2%增至6%时,压缩机比功耗与压缩机进气量的降幅均小于4.0%,两效蒸发器面积分别减小约4.3%和18.5%;传热温差由4℃升至8℃时,压缩机比功耗增加约51.0%,两效蒸发器面积均减小约49.6%;在系统安全运行的前提下,提高蒸发温度可降低系统能耗。     

燃煤过程中微量元素砷和硒形态转化的热力学平衡模拟

砷和硒是煤中的易挥发有毒微量元素。由于砷和硒在燃煤烟气中的浓度极低以及实验条件的限制 ,目前化学热力学平衡分析已成为预报烟气中砷和硒等有毒元素形态分布的主要理论分析方法。本文综述了热力学平衡分析方法应用于砷和硒在燃煤过程中形态转化和平衡分布等方面的研究进展。首先用于热力学平衡分析的是只含有砷或硒一种微量元素和煤中主量元素及氯元素的简单体系 ,并假设烟气中只有理想气体组成的气相和纯凝聚相的理想模型。然而是否考虑砷和硒与其他微量、主量或次量元素的相互作用 ,砷和硒所有可能存在的反应 ,以及在熔融相砷和硒与熔融物的结合会严重地影响模型的预报结果 ,因此 ,目前热力学平衡体系已发展成为含有包括砷和硒在内的多个微量元素和煤中所有主量、次量元素 ,以及包括熔融相在内的非理想多相复杂体系     

基于热-结构耦合分析的液化石油气储罐失效预警判定*

为研究火灾中球罐应力场分布情况,找到球罐失效破裂条件,以液化石油气为研究对象,基于球罐稳态热响应,通过ANSYS热-结构耦合有限元分析法进行研究。结果表明:充装率85%的液化石油气球罐最高温度部位出现在气相区,约619.66 ℃;最大应力值出现在气液交界处,约615.18 MPa;得到球罐破裂失效时温度值和应力值,并设置2次预警值。研究结果可为液化石油气储罐失效预警提供参考和判定依据。     

粉末活性炭对水溶液中邻苯二甲酸二(2-乙基己基)酯的吸附

采用静态吸附法研究了邻苯二甲酸二(2-乙基己基)酯(DEHP)在粉末活性炭上的吸附性能,探讨了粉末活性炭对DEHP的吸附等温线、吸附动力学和吸附热力学特征。结果表明,粉末活性炭对DEHP吸附等温线符合Langmuir吸附等温式;分别采用拟一级反应、拟二级反应和颗粒内扩散反应模型对吸附动力学过程进行了拟合,实验数据遵循颗粒内扩散模型;在20、30、40和50℃下,对应的吉布斯自由能(ΔG0)分別为-2.014、-1.441、-0.868和-0.296 kJ/mol,表明该反应自发进行;焓变(ΔH0)<0,证实该反应为放热反应;熵变(ΔS0)<0,说明该吸附反应是熵值减小的过程;吸附活化能Ea=7.234 kJ/mol和粘附概率S*=0.036分别介于5～40 kJ/mol和0～1范围内,表明该吸附过程主要为物理吸附;活性炭吸附前后红外谱图分析,也验证物理吸附为PAC吸附DEHP之主要机制。     

硝化包埋菌颗粒氨吸附性能及动力学特性

采用水性聚氨酯(WPU)和聚乙烯醇-海藻酸钠(PVA-SA)制作硝化污泥包埋菌颗粒,同时对比无污泥空白包埋菌颗粒,研究不同初始氨氮浓度、p H、温度、盐度等对包埋菌颗粒NH_4~+-N吸附性能的影响;通过吸附等温线、吸附热力学以及吸附动力学对包埋菌颗粒NH_4~+-N吸附过程进行解析.结果表明,硝化包埋菌颗粒的吸附容量大于空白包埋菌颗粒,WPU包埋菌颗粒的吸附容量高于PVA-SA;初始氨氮浓度升高,包埋菌颗粒的平衡吸附容量增大,同时随着时间的增长,吸附容量呈现先升高后降低最终逐渐达到平衡的过程;中性条件(p H=7)下包埋菌颗粒NH_4~+-N吸附性能最好,温度和盐度的升高抑制NH_4~+-N的吸附;热力学研究表明该吸附过程是一个放热的过程.吸附等温线显示包埋菌的NH_4~+-N吸附过程同时符合Langmuir等温式和Freundlich等温式,在高能量水平上显示为多层吸附,在低能量水平下显示为单层吸附;包埋菌的NH_4~+-N吸附过程符合Lagergren准二级动力学模型,表明NH_4~+-N与包埋菌颗粒表面存在化学基团的相互作用.     

重金属在环境中的化学形态分析研究进展

重金属在环境中的形态与迁移转化决定了其污染风险和生物有效性.本文从影响重金属形态的主要环境条件和结合物特性出发,分析了重金属在环境中与有机物、无机矿物质等的交互作用机理,对目前重金属形态分析的主要研究方法(化学提取、电化学、分子尺度仪器检测技术、模型计算等)展开综述与讨论.     

二胺基改性有序多孔SBA-15对溶液中Cd2+离子的吸附研究

具有高度有序孔道结构的SBA-15是一种广受关注的新型吸附材料,为增加其对溶液重金属离子的吸附性能,选用水热-后期接枝的合成方法,制备出二胺基改性多孔二氧化硅2N-SBA-15,并用透射电镜、X射线衍射、氮气吸附-解吸和红外光谱等手段对其结构进行了表征.并以其为吸附剂,通过批实验的方法讨论了吸附时间、体系初始pH值、吸附剂用量和温度等因素对水溶液中Cd2+吸附的影响,同时结合Zeta电势和XPS分析对其吸附机制进行了探讨.结果表明,合成的SBA-15具有规则多孔特征,SBA-15对Cd2+的吸附受体系pH控制;未改性的SBA-15对Cd2+的吸附量较小,胺基改性可以显著增强SBA-15对Cd2+的吸附能力.在100 mL 25 mg.L-1的Cd2+溶液中,2N-SBA-15的用量在7.5～20 mg之间均能对Cd2+的吸附能力约达95%左右.2N-SBA-15对溶液中Cd2+的吸附很迅速,并在30 min内达到吸附平衡;随着体系温度从25℃增加到35℃,2N-SBA-15对溶液中Cd2+的吸附率从94.73%增加到98.22%.吸附等温线可用Langmuir模型描述,在298 K时Cd2+的最大吸附量为0.9 mmol.g-1,0.1 mol.L-1HCl溶液对Cd2+的洗脱率接近93%.结合pH、温度、Zeta电势和XPS分析结果,可以推测出2N-SBA-15对Cd2+的吸附机制是包含物理吸附、离子交换和络合反应等的复杂吸附过程.2N-SBA-15是一种对水体Cd2+具有较好吸附能力的吸附材料.     

十二烷基二甲基甜菜碱(BS-12)在合成针铁矿表面的吸附特征

为了探究十二烷基二甲基甜菜碱(BS-12)在水合针铁矿(α-FeOOH)表面的吸附过程和机理,在不同pH值、离子强度以及温度下采用批处理法研究了针铁矿对BS-12的吸附特征;并对BS-12在针铁矿表面的吸附机制进行了探讨.研究结果表明:针铁矿对BS-12的吸附平衡时间约为8 h,吸附过程符合伪二级动力学模型,吸附速率受化学吸附机理控制.Freundlich等温吸附模型能较好地描述针铁矿对BS-12的吸附,pH值对针铁矿吸附BS-12影响显著,主要取决于针铁矿的电荷零点和BS-12的等电点;离子强度的增加对BS-12的吸附有促进作用;温度的升高促进BS-12的吸附.热力学参数结果表明,针铁矿对BS-12的吸附是一个具有熵增和焓增特征的自发性吸热过程.BS-12在针铁矿表面的吸附是一个较慢发生的吸热的化学吸附的过程,主要吸附机制为化学键作用和疏水结合模式.