炭膜及其在环境领域中的应用

介绍了一种新型的无机分离膜——炭膜，讨论了炭膜的孔结构等基本性质，综述了这种新材料在气体分离、饮用水净化和废水处理等方面的应用，并结合目前炭膜的研究开发现状，分析了制约其发展的因素及相应的解决方法。     

生物质基炭膜的制备及其对Pb(Ⅱ)的吸附

以生物质二层牛皮为原料,在控制热分解条件下制备了生物质基炭膜。利用TG/DTG、XRD、FT-IR、SEM、TEM和低温N_2吸附-脱附等方法对在不同炭化温度下(550~950℃)制备的生物质基炭膜形貌特征、孔隙结构及其表面化学性质进行了表征。考察了炭化温度、反应时间、溶液pH、加入量等因素对炭膜吸附溶液中铅离子的影响。表征结果表明:随着炭化温度的升高,生物质基炭膜碳微晶趋于石墨化发展,总孔容积持续增大,孔隙结构变得更加发达。实验结果表明:随炭化温度升高,生物质基炭膜对铅离子的吸附效果明显变好;在初始铅离子质量浓度为50 mg·L~(-1)、溶液pH为5.5、吸附剂加入量为1.5 g·L~(-1)、吸附时间为6 h的条件下,950℃下所制炭膜对铅离子有较好去除效果,去除率可达99.9%,吸附容量为32.76 mg·g~(-1)。     

煤气发生炉炉渣改性和吸附性能

以工业中生产煤气时产生的煤气炉炉渣为原料,采用手工分选法将炉渣中的炭及残渣分离,再采用酸碱浸渍方法对炉渣残渣进行改性,研究了改性后的炉渣残渣及炉渣中分离出的炭对溶液中苯酚的吸附性能。吸附实验结果表明,分离炭的吸附性能最好,其次为碱改性炉渣残渣和酸改性炉渣残渣,未改性炉渣残渣吸附性能最差。改性的炉渣残渣及分离炭对苯酚吸附过程符合二级吸附动力学模型。吸附等温线研究表明,改性炉渣残渣及分离炭对苯酚的吸附符合Lang-muir吸附等温式。     

简青霉-生物炭联合吸附处理染料废水

利用简青霉菌丝球固定生物炭制得一种新型生物吸附剂,吸附处理亚甲基蓝(MB)和甲基橙(MO)两种染料,考察了接触时间、菌丝球和生物炭用量、pH、染料初始浓度等影响因子对处理效果的影响。结果表明,菌丝球固定生物炭不仅保留了两者的吸附能力,而且易于固液分离。含炭菌丝球对亚甲基蓝的吸附效果优于甲基橙。甲基橙和亚甲基蓝的吸附平衡时间分别为48 h和60 h。亚甲基蓝在碱性条件下的吸附去除效果更好,甲基橙的吸附最适pH范围为5~6。Langmuir等温模型比Freundlich等温模型更适合模拟含炭菌丝球对亚甲基蓝和甲基橙的吸附行为。实验结果可以为微生物和生物炭的联合应用提供科学依据。     

碳纳米管特性对有机分离膜性能改进的综述

碳纳米管由于其独特的物理化学性质在有机分离膜技术中引起了极大关注。综述了碳纳米管的形貌、物理化学性质、碳纳米管的功能化及与其他材料的复合对有机分离膜性能改进的研究进展。碳纳米管形貌产生的快速传输效应有效提高了有机分离膜的过滤通量;碳纳米管良好的物理化学性质为改进有机分离膜的分离性能、机械稳定性、抗污染能力均提供了有利条件;碳纳米管的功能化更是为解决有机分离膜通量和选择性的权衡效应问题发挥了重要作用;碳纳米管和其他材料的复合进一步拓宽了碳纳米管对有机分离膜性能改进的范围。     

铁改性生物炭的制备及其在重金属污染土壤修复技术中的应用进展

生物炭已被广泛应用于修复重金属污染土壤,但粒径大、力学性能差、吸附点位较少等缺点限制了其应用。由铁基化合物和生物炭制备的铁改性生物炭,可优化生物炭的性能,弥补生物炭修复能力的不足,表现出良好的重金属钝化效果。综述了铁改性生物炭的制备方法,以及该材料对重金属污染土壤修复的研究进展：介绍了铁改性生物炭的制备方法和常用表征手段;总结了制备及修复过程中的主要影响因素 (原材料、温度、投加量、修复时间等) ;从静电作用、离子交换、络合、氧化还原、共沉淀作用等方面阐明了铁改性生物炭对重金属的固定化机制;分析了施用铁改性生物炭对土壤微生态的影响;最后指出了铁改性生物炭材料在应用中可能存在的问题。以期为铁改性生物炭在重金属污染土壤修复中的应用提供理论依据。     

超细TiO2粒子的超滤分离及回用特性

针对TiO2超细粒子的超滤分离特性进行了试验研究,探讨了操作压力、膜面流速、TiO2投量、pH、电解质等参数条件对膜通量的影响规律及作用机理,证实了浓差极化及滤饼层阻力是影响通量变化的主导因素,在此基础上确定了适宜的超滤工艺条件及膜清洗方式.以甲基橙为降解基质分别测试了经混凝与超滤分离后的TiO2光催化活性,结果表明,超滤不仅可实现TiO2粒子与水的彻底分离,且分离后TiO2催化活性与初次使用相当.研究表明超滤用于悬浮光催化体系的固液分离及催化剂再用是可行的.     

微乳状液膜与乳状液膜分离废水中Cr(Ⅵ)的对比研究

利用正交优化试验所得最优配比方案,以三正辛胺(TOA)、仲辛醇和磷酸三丁酯(TBP)为载体,Span-80为表面活性剂,正丁醇为助表面活性剂,煤油为膜溶剂制备微乳状液膜;以TOA、仲辛醇、TBP为载体,酸性兰-113为表面活性剂,煤油为膜溶剂制备乳状液膜.通过单因素扩大试验比较了微乳状液膜与乳状液膜对废水中Cr(Ⅵ)的分离效果.结果表明,在相同条件下微乳状液膜对Cr(Ⅵ)具有更高的分离率.随着乳液用量的减少,微乳状液膜对Cr(Ⅵ)的分离率下降不明显,而乳状液膜对Cr(Ⅵ)的分离率明显下降,说明微乳状液膜具有更好的稳定性.     

膜气体吸收技术分离VOCs/N2混合气性能的研究

以C6H6/N2混合气为代表,疏水性聚丙烯中空纤维膜为气液接触膜,n-甲酰吗啉(NFM,n-formyl morpholine)水溶液为吸收剂,研究了膜气体吸收法分离VOCs/N2混合气性能。考察了吸收剂流量、吸收剂体积分数、进口气流量、进口气浓度和膜组件结构等诸因素对分离性能的影响。结果表明,在吸收剂流量为20～100 mL/min,进口气流量为40～300 mL/min,进口气浓度为10.2 mg/L的条件下,苯的去除率为65.0 % ～ 99.6 %,总体积传质系数为0.0157～0.08412 s-1。实验证明,采用疏水性多孔膜气体吸收法,NFM水溶液吸收分离VOCs/N2混合气具有较高的分离效率和较快的传质速率。     

炭法烟气脱硫技术现状与趋势

介绍了炭法烟气脱硫在脱硫剂、脱硫工艺和设备等方面的应用现状和研究进展 ,分析了制约炭法烟气脱硫技术发展的原因 ,并提出 :开发新材料、新工艺 ,变传统的炭吸附法脱硫技术为炭催化法脱硫技术是炭法脱硫技术的发展方向     

基于絮体吸附的一体式超滤工艺中试运行效果

基于吸附的一体式超滤工艺因其占地面积小等优势逐渐受到关注。然而,已有研究多采用粉末活性炭、纳米铁、甚至砂砾石等颗粒型吸附剂,不仅运行过程中存在刮伤膜表面的风险,且缺乏实际运行参数。混凝剂水解絮体松散且吸附效能强,为此,以江苏常州某河流水样为原水,考察了基于絮体吸附的一体式超滤工艺中试运行效能。结果表明,运行过程中滤饼层是引起超滤膜污染的主要原因;相比粉末活性炭(powdered activated carbon, PAC)和铁盐絮体,一体式铝盐絮体-超滤工艺运行效果较差;与PAC相比,松散的絮体使得一体式铁盐-超滤工艺膜表面滤饼层较薄,膜污染负荷较低,缓解膜污染的效果更优;与单独超滤膜处理相比,投加最优剂量的粉末活性炭和铁盐后分别将运行时间延长71.4%和100%;加氯预处理能灭活膜池内微生物,但仅在一定程度上减缓了膜污染。对于出水水质,一体式铁盐絮体-超滤工艺平均出水浊度低于0.1 NTU,出水铁的质量浓度低于国家饮用水水质标准(GB 5749-2006),同时对总有机碳、总磷、氨氮等指标的去除率均有一定程度的提高。     

TiO2/活性炭复合纳米纤维膜对亚甲基蓝的吸附研究

摘要以自制的TiO2/活性炭复合纳米纤维膜作为吸附剂,以亚甲基蓝为目标污染物,研究了亚甲基蓝初始浓度、温度、TiO2/活性炭复合纳米纤维膜投加量、pH等对TiO2/活性炭复合纳米纤维膜吸附去除亚甲基蓝的影响,并研究了TiO2/活性炭复合纳米纤维膜的Zeta电位、接触角、光催化再生性能.结果表明:(1)静态吸附时,随着亚...     

湿法再生吸附剂制备及用于大气CO2的直接捕集

基于湿法再生吸附技术,利用强碱性季铵盐树脂材料制备了异相吸附剂薄膜,应用于大气中极低CO2的直接分离,以对抗全球变暖。通过滴定法分析吸附剂材料的电荷密度和吸附容量,利用SEM分析不同工况下制备出来的膜材料的表观结构,并对膜材料进行CO2吸附性能的测试。结果发现,热处理能够明显提高膜材料的吸附性能,还研究吸附剂制备对吸附速率,吸附量和机械强度等性能的影响,发现粒径小于43μm的树脂粉末,按60％质量分数制成的500μm厚膜材料具有较优的综合性能。     

Effects of soiling and cleaning on the reflectance and solar heat gain of a light-colored roofing membrane

A roof with high solar reflectance and high thermal emittance (e.g., a white roof) stays cool in the sun, reducing cooling power demand in a conditioned building and increasing summertime comfort in an unconditioned building. The high initial solar reflectance of a white membrane roof (circa 0.8) can be lowered by deposition of soot, dust, and/or biomass (e.g., fungi or algae) to about 0.6; degraded solar reflectances range from 0.3 to 0.8, depending on exposure. We investigate the effects of soiling and cleaning on the solar spectral reflectances and solar absorptances of 15 initially white or light-gray polyvinyl chloride membrane samples taken from roofs across the United States. Black carbon and organic carbon were the two identifiable strongly absorbing contaminants on the membranes. Wiping was effective at removing black carbon, and less so at removing organic carbon. Rinsing and/or washing removed nearly all of the remaining soil layer, with the exception of (a) thin layers of organic carbon and (b) isolated dark spots of biomass. Bleach was required to clear these last two features. At the most soiled location on each membrane, the ratio of solar reflectance to unsoiled solar reflectance (a measure of cleanliness) ranged from 0.41 to 0.89 for the soiled samples; 0.53 to 0.95 for the wiped samples; 0.74 to 0.98 for the rinsed samples; 0.79 to 1.00 for the washed samples; and 0.94 to 1.02 for the bleached samples. However, the influences of membrane soiling and cleaning on roof heat gain are better gauged by fractional variations in solar absorptance. Solar absorptance ratios (indicating solar heat gain relative to that of an unsoiled membrane) ranged from 1.4 to 3.5 for the soiled samples; 1.1 to 3.1 for the wiped samples; 1.0 to 2.0 for the rinsed samples; 1.0 to 1.9 for the washed samples; and 0.9 to 1.3 for the bleached samples.     

大气黑碳监测技术改进及系数修正——以常州市滆湖地区监测数据为例

为准确监测大气中黑碳的质量浓度,提高监测数据的代表性和准确性,采用黑碳仪(AE-33)对常州市滆湖地区进行了监测;参照同一时间段另一台光声消光仪(PAX)仪器测得的数据并进行比对,以滤膜负载补偿系数和多重散射系数修正为基础,根据实际测量数据分析波长吸收指数($ {a}_{\mathrm{A}\mathrm{b}\mathrm{s}} $)和二次棕碳占比情况。结果表明：当修正滤膜负载补偿参数时,在520、660和880 nm波长下,拟合系数R²分别为0.988、0.988和0.985,验证了使用2种修正经验公式计算滤膜负载系数的方法具有较高的可靠性;在此基础上,当修正多重散射系数C_ref时,2台仪器测量的数据经过拟合得出多重散射系数的值分别为3.706和3.862;2台仪器的质量浓度拟合系数R²为0.96, 误差范围为3%;在常州地区,棕碳和黑碳,这2种物质的吸收指数接近1左右,由此可判断污染源均来自交通排放;一次棕碳与二次棕碳,这2种物质吸收贡献值相比,二次棕碳占主导地位,二次气溶胶的排放量大。综上所述,黑碳仪结合经验公式和数据比对的修正技术路线具有可行性和适用性,能准确测量大气中的黑碳质量浓度,并对环境污染状态做出正确评估。本研究结果可为大气黑碳气溶胶的监测和管理提供参考。     

BPAC-UF对二级出水中抗生素抗性基因的去除及膜污染缓解机制

采用生物粉末活性炭(BPAC)-超滤(UF)组合工艺去除控制二级出水中抗生素抗性基因(ARGs),并对ARGs的去除和BPAC缓解膜污染机制进行了探讨。结果表明：与直接超滤工艺相比,组合工艺对水中四环素类抗性基因(tetA、tetW)、磺胺类抗性基因(sul Ⅰ、sul Ⅱ)以及溶解性有机碳(DOC)的去除效果均有较大的改善,这主要是由于BPAC对ARGs的吸附降解作用所致;水中16S rDNA、int Ⅰ 1和DOC含量与不同种类ARGs浓度具有显著相关性,强化上述指标的去除可有效促进ARGs的削减;在BPAC投加量较低时,组合工艺的膜比通量较直接UF有所提高,膜污染状况明显改善;直接UF时,膜污染状况与滤饼层过滤模型的拟合度最好,而组合工艺的膜污染状况与标准膜孔堵塞模型和滤饼层过滤模型拟合度均较好。BPAC-UF组合工艺是一种较好的去除ARGs的工艺。     

基于膜分离的原污水碳源浓缩与能量平衡分析

将污水中蕴含大量的有机物收集浓缩转化成甲烷等可利用能源,是污水资源化利用的重要方式。利用膜分离作用,将原污水的有机物直接收集浓缩,并探索最佳运行参数和操作策略。结果表明,截留有机物停留时间为3~4 d较合适,耗氧污染物 (以COD计) 回收率超过90%。能量平衡分析显示,通过回收有机物转化为甲烷能量为0.087 6 kW·h⁻¹·m⁻³,回收量占总能耗的33%。中孔纤维膜表面形成的吸附性滤饼层阻止有机物与膜紧密结合,提高了膜分离效率。进一步解析了膜污染控制机理,以探索提高耗氧污染物 (以COD计) 浓缩效率的优化方案。本研究结果可为污水碳源捕获方法的研究提供参考,对城市水务行业碳减排工作有积极意义。     

活性炭预涂动态膜处理船舶含油废水过程中溶解性有机物的分子组成特征

动态膜技术以其高效、低成本等优点,在船舶含油废水深度处理领域展现出重要的应用潜力。然而船舶含油废水中有机物组成极其复杂,其在动态膜处理过程中的分子特征及变化尚需进一步研究。采用超高分辨质谱研究船舶含油废水中溶解性有机物(DOM)在动态膜过滤过程处理不同时间的分子组成特征。结果表明,船舶含油废水经动态膜处理前有超过2 200 种DOM分子式,其主要由CHOS、CHONP等含杂原子类物质组成。动态膜处理过程中,前10 min由于活性炭的较强的吸附能力,对大部分有机物显示出良好的去除率,废水的COD和DOC去除率均在80%以上,此阶段对大分子质量、不饱和氧化性DOM去除效果较好。随后活性炭吸附能力下降,动态膜对COD和DOC的去除率逐渐衰减,60 min时均下降至50%左右。60 min后船舶含油废水中DOM的分子组成未观察到明显变化。本研究揭示了船舶含油废水在动态膜处理过程中DOM分子层面的组成和变化特征,为动态膜技术高效处理难去除船舶含油废水提供一定的工艺参考。     

活性污泥中EPS的2种测定方法及其对膜通量的影响

以动态膜生物反应器（DMBR）中养殖废水为研究体系,探讨活性污泥中细菌胞外多聚物（EPS）的2种测定方法,蛋白质多糖加合法（EPS PSP）、TOC法（EPS TOC）及其与膜通量之间的相关性研究。结果表明,EPS PSP与EPS TOC的相关性较好,相关系数R2为0.9183;EPS PSP约为EPS TOC的80%左右。EPS TOC和EPS PSP与膜通量的相关系数较低,仅为0.490和0.412,说明造成膜污染的因素很多,相比之下,EPS TOC比EPS PSP更适合说明膜生物反应器中的污泥状态,更能体现膜污染的状况。     

纺织废水的脱色技术进展

印染废水的治理涉及去除COD、BOD、pH值,重金属和卤代烃以及色素。本文详细论述了臭氧氧化法、凝聚法、氯化法、膜技术以及电化学法在印染废水治理中的应用概况、存在问题和今后的发展趋势。