新型铁碳微电解填料制备与除磷性能评价

针对传统铁碳填料处理污水活性低的问题,通过均质化-碳化-成型工艺制备新型铁碳微电解填料,采用SEM-EDS、XRD等方法对制备填料进行了表征,探讨了新型填料除磷机理;同时,开展了填料制备条件优化及生活污水除磷性能评价研究。结果表明,新型填料(Fe-C)由于焦油经高温碳化处理可在海绵铁表面及内部孔道形成大量铁碳微原电池,提高了电化学反应速率,其磷脱除率显著高于传统填料(Fe/C);在焦油/铁比(Tar/Fe)为0.3、碳化温度为950 ℃、恒温时间为0 min、黏结剂质量分数为30%、900 ℃焙烧90 min条件下,制备的填料除磷性能最佳,除磷效率达98%,可实现含磷废水达标排放。     

CMC/NI复合材料净化水中的As(Ⅲ)

采用羧甲基纤维素钠(CMC)为包覆材料,通过原位修饰技术改性纳米铁(NI),制得羧甲基纤维素包覆型纳米铁复合材料(CMC/NI)。利用场发射扫描电镜、傅立叶红外光谱仪和X射线衍射仪对CMC/NI复合材料进行表征;以水溶液中As(Ⅲ) 的有效去除率为目标,探索了制备条件(铁源种类、包覆质量比CMC/(CMC+Fe)和制备温度等)和反应条件(砷溶液初始pH值、反应温度和复合材料投加量等)对复合材料净化水中As(Ⅲ)的影响。结果表明,改性后的CMC/NI复合材料分散性和抗氧化性得到提高,具有良好的As(Ⅲ)净化能力。以FeSO4为铁源,包覆比为37%,20℃条件下制备的复合材料,以1.5 g/L加入到温度为30℃,pH为7,初始浓度为2 mg/L的砷溶液中,反应24 h,其As(Ⅲ)去除率可达98%。     

金属离子对松子壳水热碳化固体产物的影响

以废弃生物质松子壳为原料,利用水热碳化法在180~250℃下制备生物炭,考察添加金属离子(Ca~(2+)、Zn~(2+)、Al~(3+)和Fe~(3+))对松子壳生物炭的影响。通过元素分析、傅里叶红外光谱、扫描电子显微镜等技术对松子壳生物炭的结构进行了分析和表征。结果表明,4种金属离子均对松子壳水热碳化起到促进作用,金属离子的加入可在较低温度下得到具有较高碳含量及热值的生物炭。添加金属离子的水热炭化过程在180~230℃以脱水为主,伴随脱羧反应,在230~250℃以脱甲烷化为主。在4种金属离子中,Fe~(3+)对松子壳水热碳化的促进作用最大,温度180℃时,添加Fe~(3+)所得生物炭的碳含量和热值分别为66.59%和24.40 MJ·kg~(-1),是在纯水中180℃时生物炭的碳含量的1.29倍,热值的1.31倍。在扫描电镜中发现添加Fe~(3+)生成的生物炭出现的球形结构较多。通过调节温度以及添加适合的金属离子可实现对炭微球的粒径及数量的控制。     

高含碳金属化球团制备及对焦化废水的处理

针对传统微电解填料昂贵、生产成本高的问题,利用冶金废弃粉尘制备微电解填料。分析了碳氧比(C/O)、还原时间、还原温度对微电解填料的化学成分、强度性质的影响,并对微电解填料的空隙率、表面形貌进行了实验研究。结果表明:在1300℃,C/O为1.0,还原时间20min的条件下制备的高含碳金属化球团满足微电解填料性能要求,为最佳制备工艺。同时,利用高含碳金属化球团对焦化废水处理进行了实验研究,COD去除率可达63%,B/C值明显提高,提高了废水的可生化性。     

MIL-101前体制备多孔铁碳材料构建高效异相电芬顿体系

通过水热法合成MIL-101(Fe)材料,并在N2氛围中进行高温碳化制备多孔铁碳(N-MIL-FeC)电极材料,探究其电催化氧还原性能及阴极电芬顿降解模拟染料废水性能。将制备的N-MIL-FeC材料进行电催化氧还原反应(ORR)性能测试,结果表明,Fe/H2BDC摩尔比为2∶1,碳化温度为900 ℃,N-MIL-FeC材料CV扫描所得图形峰电位最小且峰电流最高,具有最优的ORR催化活性。在此基础上,将最佳条件下制得的N-MIL-FeC负载在碳纸上制成催化阴极应用于电芬顿反应催化降解模拟染料废水RhB。在催化剂负载量为1.5 mg·cm-2,pH为7条件下,浓度10 mg·L-1的RhB溶液经过70 min降解率达到99%以上。通过淬灭实验和电子顺磁共振(EPR)测试证明羟基自由基(·OH)是参与催化降解反应的主要活性中间体。以MIL-101(Fe)为前驱体制备的多孔铁碳材料性能较好,有一定的应用前景。     

pH对生物质同步水解产酸的影响

采用香蒲枯叶作为发酵基质,考察了水生生物质在培养温度为(25.0±0.5)℃、pH为6～12下的水解产酸情况.结果表明:(1)实验末期(30 d),不同pH下香蒲枯叶中半纤维素降解率为28％～60％,比纤维素(19％～42％)和木质素(1％～46％)高.(2)在同一发酵时间内,发酵液总有机碳(TOC)、还原糖浓度总体随...     

感应热固定床CWPO处理染料废水的催化剂制备及其性能

感应热固定床(IHFB)作为新型热传递方式下非均相反应器,利用感应加热铁磁材料将热量传递至液相,形成固液界面高温微反应区,实现有机废水低能高效降解。实验以海绵铁为感应内核,淀粉为碳源,0.2 mol/L硝酸镍为浸渍溶液,按照一定固液比采用浸渍焙烧法制备了C包覆表层负载NiO的感应热催化剂(mNiO/C),对mNiO/C材料的形态结构进行了SEM、ES和XRD表征。结果表明,铁碳比(Fe/C)3∶1、浸渍固液比1∶1、500℃下焙烧2 h,重复包覆3次所得的mNiO/C材料结构最稳定、催化活性最大。并以直接紫D-BL模拟废水为进水,考察了流动状态下感应热固定床催化湿式过氧化氢氧化法(CWPO)降解染料废水的性能,在最优条件下,染料降解率高达80%以上。     

氨基功能化碳材料的水热制备及其对活性艳红K-2BP的吸附性能

以葡萄糖为前驱物,以氨水或谷氨酸为添加物,通过一步水热法制备出氨基功能化碳材料,并研究了这些碳材料对活性艳红K-2BP的吸附性能。结果表明,在葡萄糖水热过程中加入不同添加物可以得到不同形貌的碳材料（从微球到不规则形状）。当以只有葡萄糖为前驱物制备的碳微球作为K-2BP的吸附剂时,其对K-2BP的最大吸附量为6.28 mg/g。当在水热体系中加入氨水和谷氨酸作为共聚物后,两者会产生协同作用,使得到的碳材料对K-2BP的吸附性能大大提高,最大吸附量达到37.0 mg/g。单纯的葡萄糖水热体系得到的碳微球对K-2BP的吸附符合Langmuir吸附等温线,而氨基功能化的碳材料对K-2BP的吸附符合Freundlich吸附等温式,吸附过程符合准一级动力学模型。低的溶液pH有利于K-2BP的吸附。     

天然锰砂去除水中的砷

天然锰砂是一种廉价、高效的水处理用材料,但尚未用于水中砷的去除。实验研究了反应时间、砷形态、初始砷浓度、温度、溶液初始pH对吸附过程的影响。结果表明,天然锰砂对As(Ⅲ)的吸附能力大于As(Ⅴ)。25℃时,固液比为10 g/L的条件下,天然锰砂对初始浓度为5.0 mg/L的砷溶液吸附过程经72 h基本达到平衡,平衡时对As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的去除率分别达到94.5%和85.9%。吸附过程符合Lagergren准一级反应动力学模型和假二级反应动力学模型。相比之下,假二级动力学模型拟合程度更高。对As(Ⅲ)和As(Ⅴ),45℃时的吸附量均大于25℃时。不同温度下,天然锰砂对As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的吸附过程更符合Freundlich等温吸附模型。在溶液初始pH为3～10范围内,锰砂对砷的吸附能力受pH的影响较小。实验结果表明,天然锰砂是一种具有实际应用潜力的除砷材料。     

前驱体对Cu/Al2O3的HCN催化水解性能的影响

为了研究前驱体因素对Cu/Al2O3的HCN催化水解性能的影响,考察了铜盐前驱体种类和前驱体溶液浓度对催化剂脱除HCN的规律变化,并探究了焙烧温度和反应温度对催化水解HCN的影响。采用浸渍法制备了Cu/Al2O3催化剂,并采用BET、SEM、XRD和XPS等对催化剂进行了表征。实验结果表明,以乙酸铜为前驱体制备的催化剂因具有较好的孔结构和较多的CuO负载量,使其相较其他3种铜盐表现出了最好的催化活性。当乙酸铜前驱体溶液浓度为0.050 mol·L-1,焙烧温度为400℃时,催化剂的催化活性最高。反应温度越高,越有利于提升催化活性。反应温度为250℃时,催化剂对HCN的脱除效率即达到96%以上。可见,以乙酸铜为前驱体制备的催化剂用于低温催化水解HCN效果理想,具有较好的应用前景。     

铁碳微电解填料制备及其对亚甲基蓝的降解

针对传统铁碳微电解工艺中填料易板结的问题,在较低的烧结温度800 ℃条件下,将铁、活性炭、粘结剂和催化剂按一定配料比混合烧结4 h制备了一种铁碳微电解填料。将印染废水中的染料成分亚甲基蓝作为目标污染物,探究溶液pH、铁碳材料添加量和亚甲基蓝起始浓度等反应条件对亚甲基蓝降解效率的影响。在pH=3,铁碳投加量30 g·L-1,亚甲基蓝浓度10 mg·L-1的条件下,亚甲基蓝的去除率达到55%左右;相同条件下对于微电解填料的循环使用实验中亚甲基蓝的去除率能维持在50%以上,证明了该微电解填料具有连续运行的能力。另外,通过微电解与芬顿反应联用的初步实验发现联用效果对于亚甲基蓝的降解率能大幅度提升至90%以上,证明微电解与芬顿反应联用具有较大的应用潜力。     

椰纤维生物炭对Cd(Ⅱ)、As(Ⅲ)、Cr(Ⅲ)和Cr(Ⅵ)的吸附

为了研究不同裂解温度制备的椰衣生物炭对Cd(Ⅱ)、As(Ⅲ)、Cr(Ⅲ)和Cr(Ⅵ)的吸附性能差异及其机理,并为制备高效吸附生物炭提供依据,采用Langmuir和Freundlich模型拟合分析了300、500和700℃ 3个裂解温度下制备的椰衣生物炭对Cd(Ⅱ)、As(Ⅲ)、Cr(Ⅲ)和Cr(Ⅵ)的等温吸附曲线,使用元素分析仪、Boehm 滴定法、扫描电子显微镜等研究了不同温度制备的生物炭的组成与理化性质。结果表明,Langmuir模型和Freundlich模型都能较好地拟合生物炭对这些重金属的吸附,提高生物炭的制备温度可增加其对Cd(Ⅱ)和Cr(Ⅲ)的最大吸附量,同时降低其对As(Ⅲ)和Cr(Ⅵ)的最大吸附量;制炭温度升高引起的生物炭C含量、灰分含量、pH、CEC的升高和生物炭表面积增大是导致其对Cd(Ⅱ)和Cr(Ⅲ)的最大吸附量增大的主要原因。而随着制炭温度的上升,O、H元素含量下降引起的碱性官能团的增加,和羟基和酚羟基官能团的减少是生物炭对As(Ⅲ)和Cr(Ⅵ)吸附量下降的主要因素。     

Fe/C复合规整型微电解材料去除废水中的Ni2+

研究以铁粉、活性炭和膨润土为原料,经筛选、预处理后进行实验室复合造粒,制备性能较佳的新型微电解材料用于重金属废水的治理。实验探索了各组分质量配比、焙烧温度、废水初始pH值、初始浓度等因素对材料性能的影响,并以SEM、EDS对制备的材料进行表征。研究结果表明,铁炭质量比为4:1,焙烧温度为400℃时制备的材料性能最佳,分析图谱结果显示,材料大部分表面疏松多孔,各成分紧密交织在一起,整体上铁粉和碳粉分布较均匀,没有发生铁粉聚集成大团现象,显示灰色,比表面积大,有较高的活性,平均密度为1.972 g/cm3。废水实验显示,该材料对含Ni2+ 20 mg/L的废水的去除率达96%,出水浓度0.8 mg/L,低于国家排放标准;对含Ni2+ 120 mg/L的废水去除率也可达85%以上,对含Ni2+废水的浓度适应性较广泛;控制废水的pH值在5~7之间,处理效率较好。     

木屑生物质热解制备高还原性气体机理

针对气基磁化焙烧还原铁尾矿成本昂贵的问题,基于生物质廉价易得且具有较好的还原性气体制备潜力的特点进行产气机理探究。通过热解实验研究了温度、含水率、Na₂CO₃催化剂添加量对杉树木屑与竹屑热解制备还原性气体的影响,利用TG-IR探究二者的产气特征,并结合动力学分析确定杉树木屑与竹屑的热解机理函数与活化能。结果表明,生物质在较低含水率(40%以下)的条件下提高热解温度,有利于还原气的制备;当热解温度为700 ℃、Na₂CO₃添加量为4%时,烘干的杉树木屑热解气中还原性气体占比约为76%,竹屑则约为66%;二者的还原性气体均集中产生于热解第二阶段,其热解过程符合反应级数模型;经计算,杉树木屑的活化能为118.32~135.43 kJ·mol⁻¹,竹屑的活化能为112.39~118.75 kJ·mol^-1。本研究结果可为生物质热解制备还原性气体提供技术指导。     

网络版论文摘要

正典型农作物秸秆热失重特性的研究张艳解海卫(天津商业大学机械工程学院,天津市制冷技术重点实验室,天津300134)为了从机制上探究生物质与城市生活垃圾混烧特性,用热重分析法对典型农作物秸秆(玉米秆和豆秆)的热解规律进行了研究。结果表明:生物质的热解温度和着火温度较     

Zr-Fe双组分复合除砷吸附剂的优化制备及性能评价

实验发现,铁氧化物或铁的羟基氧化物对As(V)有较好的吸附性能,而锆氧化物或锆水合氧化物则对As(Ⅲ)有优异的吸附选择性,但其使用的pH通常要在9的条件下。通过简单的共沉淀法制备了Zr-Fe双组分复合吸附剂,在制备过程中通过优化制备条件如:沉淀剂浓度、金属离子总浓度、金属离子配比、反应温度、反应时间及吸附剂价格等因素,最终合成出了对As(V)和As(Ⅲ)都具有良好吸附能力的吸附剂。这种吸附剂在中性条件下对As(V)和As(Ⅲ)的最大吸附量为62 mg/g和118 mg/g。     

腐秆剂对水稻秸秆腐解性能的影响

以水稻秸秆为代表性秸秆,研究了腐秆剂对秸秆腐解性能的影响。对秸秆中施用腐秆剂后各项基本指标(腐解率,C/N)进行测定,探索了不同时间、腐秆剂用量、pH、温度、含水量和尿素用量对秸秆腐解的影响。对腐解前后的秸秆进行了红外光谱(IR)分析。结果表明,秸秆在腐解25 d后速率趋于平缓;腐解的适宜pH为7.0、温度为30 ℃、含水量为80%、尿素用量和腐秆剂用量均为秸秆质量的1%,此条件下腐解25 d,腐解率可达40.73%。对比腐解前后秸秆的红外谱图发现,腐解后的秸秆中纤维素、木质素和半纤维素等碳水化合物发生分解,使羟基和亚甲基基团减少,同时也表明酚类化合物被氧化成醌类物质;秸秆中的蛋白质和氨基酸分解后生成酰胺类化合物、硝酸盐和铵盐。     

基于IRMOF-1的介孔ZnO/C制备、表征及催化降解3种四环素类抗生素

以Zn(NO_3)_2·6H_2O与对苯二甲酸制备的网状金属有机骨架材料IRMOF-1为前驱体,在500、600、700℃下的N_2氛围中焙烧得到不同焙烧温度制备的介孔ZnO/C,分别记为ZnO/C-500、ZnO/C-600、ZnO/C-700,利用X-射线衍射、扫描电子显微镜、紫外—可见漫反射光谱、傅立叶变换红外光谱、比表面积分析等手段对其进行表征,并用于降解四环素(TC)、强力霉素(DC)和土霉素(OTC)。结果表明,制备的介孔ZnO/C为六方纤锌矿结构,纯度高。C的复合可以降低ZnO的禁带宽度,从而拓宽了ZnO的光谱吸收范围,提高ZnO对光的利用率。焙烧产物表面随焙烧温度的升高而变粗糙,—OH含量减少,但ZnO/C-700出现碎裂现象。因此,ZnO/C-600具有最大的BET比表面积(254.9m~2/g)和孔径(2.49nm)。ZnO/C-600对TC、DC和OTC的降解效果也是最好的,120min降解率分别达到98.2%、91.1%、80.7%,重复使用4次,其光催化降解性能基本保持不变,稳定性良好。     

碱液预处理玉米秸秆的条件优化及添加剂的选择

利用稀NaOH溶液预处理玉米秸秆,以去除木质素,减少半纤维素、纤维素的损失为目的,采用响应曲面法对预处理条件进行优化,得到的最佳预处理条件为:NaOH溶液浓度0.77%(w/w),预处理时间16 h,温度45.6℃。并且,进一步研究了不同添加剂(聚乙二醇、吐温-80和尿素)与NaOH溶液协同作用下秸秆中木质素的去除效果,结果表明尿素与NaOH的混合溶液对木质素去除效果最显著。秸秆在45.6℃,0.77%NaOH和0.2%尿素混合溶液中浸泡16 h后,纤维素回收率为86.33%,半纤维素回收率为69.89%,木质素去除率为64.93%;与原秸秆相比,纤维素含量提高了31.70%,半纤维素含量提高了6.62%,木质素含量减少了46.48%。     

微波辐射对生物质热解过程的影响

自行设计加工了微波热重实验装置,研究了在微波辐射下菜籽粕热解过程特征及其产物产出规律.在此基础上,对比分析了菜籽粕微波热解与电热热解产物产出率之间的差异.结果发现,在菜籽粕微波热解过程中,半纤维素的反应区间为180 ～ 370℃,其转化率可以达到87.0％;纤维素的热解反应区间为370 ～ 550℃,其热解转化率32.8％.表明在微波作用下,纤维素的热稳定性远高于半纤维素.在菜籽粕的微波热解过程中,冷凝液的产生主要集中在100 ～400℃的温度范围内,热解得到的生物质油类主要是菜籽粕的半纤维素热解生成的.不凝气的产生主要集中在300 ～ 600℃的温度范围内,并且主要为纤维素与木质素的热解反应产生的.与电热方式相比,菜籽粕的微波热解升温速率较快,菜籽粕微波热解生物质炭的产出率较高,冷凝液产出率相对较低.