机器学习加速能源环境催化材料的创新研究

“双碳”背景下，加快研发高效的能源与环境催化材料有助于推进能源清洁利用和环境污染治理。传统催化材料研发模式主要依赖实验试错方法，难以满足能源与环境领域对高效催化材料的研发需求。快速发展的机器学习等数据科学技术为催化材料研发带来范式变革的契机。基于机器学习、实验数据和计算数据的有机结合，可对催化材料进行快速筛选，突破传统试错法的局限性，有利于解决催化剂研发效率低、成本高等难题。本文从催化材料的位点预测、配方筛选、构型设计以及反应路径优化等角度讨论了机器学习方法加快能源与环境催化材料创新的研究进展，分析了不同训练数据获取途径对应的机器学习方法构建及其在催化材料开发中的应用，展望了机器学习加快催化材料研究方法创新的发展趋势，以期为促进其在能源与环境领域的应用提供启示。     

油田含油污泥与芦苇共热解实验研究

以北方某油田湿地芦苇与油田某污水处理厂剩余污泥为对象,利用同步热分析仪及静态热解炉研究油田含油污泥及含油污泥-芦苇混合物的热解特性,将静态热解过程数据与同步热分析TG(热重分析)、DTG(微分热重分析)、DSC(差示扫描量热分析)曲线结合,计算了终止温度、产物量等。结果表明:不同含油污泥样品其产物生成率差别不大,热解TG、DTG和DSC曲线有较大差别,添加一定比例的芦苇可以使含油污泥热解过程变得匀速缓和,5%(质量比)的芦苇添加量可以使热解残渣恒重温度降低约25℃。混掺芦苇的样品残渣呈分散颗粒状,无聚结现象,对热解结焦将产生一定抑制作用。     

润滑油废白土的热解处理

以润滑油废白土为原料,利用电热解法,研究了热解终温、加热速率和CaO添加量对热解产物的影响。实验结果表明:热解终温对热解产物的影响最为显著。随着热解终温的升高,不凝气产量和产油率均迅速增加。当热解终温达到600℃时,其增加的速率逐渐缓慢增大。当控制热解终温为800℃、加热速率为16℃/min、CaO添加量为0.5%时,富氢气体产量为189.2 L/kg,气体中主要成分为H2和CH4,其含量分别为27.97%和41.64%;热解残渣含油率和重金属溶出物均低于标准规定值,热解油产率为10.98%,回收率为38.94%,其主要成分为汽油、柴油和重油3部分组成,分别含19.13%、31.35%和49.52%。     

紫外催化湿式氧化工艺降解油墨废水

为了解决传统催化湿式过氧化氢氧化技术需要高温高压等苛刻条件的问题,将紫外引入催化湿式氧化技术,得到可在常温常压条件下进行的紫外催化湿式氧化工艺(UV-CWOP)。以Cu2+为催化剂,采用该工艺处理油墨废水取得了良好的效果。通过单因素实验确定的最佳工艺条件为:pH值=3,H2O2用量为1.5倍理论量,CuSO4.5H2O投量2 g/L,初始温度40℃。在此条件下处理油墨废水3 h,COD可从9 500 mg/L降解到89 mg/L,出水达到国家《污水综合排放标准》(GB8978-1996)一级标准。     

垂向湍流扩散和光耦合对下沉藻增长的影响——基于内陆混浊湖泊(太湖)分析

在假设温度恒定、弱化营养盐限制作用的条件下,利用太湖背景漫射衰减系数、日变化太阳辐射等数据,通过下沉藻生长与水环境相结合的耦合模型,模拟下沉藻增长过程中垂向湍流扩散和光之间的耦合.结果表明：在相对清洁水体中（背景漫射衰减系数小于1.1/m）,下沉藻类无需垂向湍流扩散均可维持增长;混浊水体中（背景漫射衰减系数介于1.1~3.0/m）下沉藻类增长需垂向湍流扩散维持,且最低垂向湍流扩散值随背景漫射衰减系数增大而增大,二者间存在指数函数关系;最低垂向湍流扩散（D）、水深（z）与藻类下沉速度（v）间的佩克莱数应位于0.38~13.89,否则垂向湍流扩散对比其他因素（藻类沉降和光衰减）,对水柱中下沉藻类的增长的作用甚小;当背景漫射衰减系数大于3.0/m,水柱平均光能可能难以满足藻类增长,藻类持续消亡.该研究有助于厘清气候变化背景下水生生态系统中的浮游植物种群演替机制.     

河南省重点生态区生态格局的评估研究

基于地理国情普查数据,利用PSR框架模型,以河南省太行山地生态区、伏牛山地生态区和桐柏大别山地生态区为研究区域,从生态压力、现状和响应三方面计算了研究区域内71个县、区的生态格局综合指数,结果表明28个县区生态格局评价结果为良好级别及以上,32个县区处于生态格局较差水平以下,11个县区生态格局指数级别在中等级别。整个生态区生态格局西部山区整体状况较好,东部丘陵平原地带尤其市辖区大部分生态格局状况较差。     

基于猪场废水脱氮的典型木质素降解中间产物反硝化性能

猪场废水高效生物脱氮通常面临碳源不足的问题,秸秆在猪场周边广泛存在,是废水脱氮的潜在碳源来源,但其中的木质素难以被生物降解与利用.选取木质素降解过程的典型中间产物肉桂酸、对香豆酸和阿魏酸为研究对象,探究了其用作碳源的反硝化脱氮性能,以期为猪场废水脱氮过程秸秆“返碳”利用提供理论依据.批次试验表明,当C/N由6依次降低至3时,肉桂酸、对香豆酸和阿魏酸作为碳源时的最大比反硝化速率测定值分别为9.4、8.6、1.1 mg?g^-1?h^-1.采用Haldane模型拟合,计算出这3种中间产物作为碳源时的最大比反硝化活性分别为20.7、17.0和1.6 mg?g^-1?h^-1.肉桂酸用作反硝化碳源的潜力大于对香豆酸,阿魏酸则难以作为碳源进行反硝化脱氮.长期试验表明,随着反应器进水C/N由3升高至6,肉桂酸和对香豆酸的硝酸盐去除率分别稳定在90%和85%左右.高通量测序结果表明,肉桂酸组的污泥中典型反硝化细菌Thauera的丰度高于对香豆酸组,故反硝化效果更好.综上所述,定向调控木质素降解为肉桂酸有望缓解猪场废水生物脱氮过程碳源不足的 问题,进而为猪场“种养一体化”思路提供理论依据.     

烟台港港池水质状况调查及评价

根据2012—2016年烟台港港池水质监测结果,运用单因子指数法、Cox-Stuart检验方法及Pearson相关分析探讨港池水质污染程度、水质变化趋势及各监测项目间的相关关系。结果表明:港池海域水质总体良好,各监测项目的单因子污染指数呈现逐年下降趋势,且下降趋势均有统计学意义(P=0.05),COD与DO、活性磷酸盐、Cu呈显著正相关。5年中pH值、COD、DO、石油类、重金属(Cu、Cd、Zn、Pb)未见超标现象,活性磷酸盐和无机氮存在不同程度的超标,为该海域主要污染因子,有引发海域赤潮的潜在生态风险。     

双层滤料颗粒床与金属纤维毡梯级过滤特性

为了提高双层滤料颗粒床对亚微米粉尘的过滤效率,进行了双层滤料颗粒床与金属纤维毡梯级过滤实验研究。结果表明:不加金属纤维毡的双层滤料颗粒床的过滤效率为96.35%、出口粉尘浓度为85.5 mg?m~(-3)、总压降为1 840 Pa;加金属纤维毡时,双层滤料颗粒床与金属纤维毡梯级过滤的总过滤效率为99.13%、出口粉尘浓度为19.8 mg?m~(-3)、总压降为1 730 Pa。双层滤料颗粒床与金属纤维毡梯级过滤大幅度地降低了出口粉尘浓度;并且由于金属纤维毡替代了稳流层,还降低了总压降。     

报废发射药降解菌种选育及降解特性

通过驯化富集培养,从长期受发射药污染的土壤中分离筛选出能以发射药为唯一碳源并具有较高降解能力的微生物混合菌群,混合菌群对发射药样品COD去除率最高可达75.6%。经进一步分离纯化,获得了5株优势菌。实验表明混合菌群的降解能力优于各单一菌种,应以混合菌群为目标菌种。混合菌群最佳降解温度为30～35℃,最佳pH值为7.0。...