载钛活性炭电极电吸附除盐性能的研究

采用sol-gel法制备载钛活性炭(Ti-AC),并用此活性炭制取了Ti-AC电极,利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线荧光光谱(XRF)、X射线衍射仪(XRD)和电化学工作站等对活性炭电极的表面形貌、元素组成、化合物形态以及电极的电化学性能进行分析,并考察载钛前后活性炭电极的除盐能力,而且对Ti-AC电极与碳纳米管电极和活性炭纤维电极的实用性进行比较.结果表明,Ti-AC电极含有一定量的Ti元素,其形态为金红石型TiO2,并在电极表面积聚为很多的絮状结构,载钛后双电层形成速率更快,电吸附容量显著提高.对NaCl的吸附试验表明,Ti-AC电极物理吸附降低,电吸附明显提高,除盐率提高了62.7%.实用性分析表明,Ti-AC电极更适宜应用于电吸附除盐.     

卷式活性炭纤维电极电吸附除盐试验研究

自行研发并制作一种新型卷式活性炭纤维电极电吸附除盐装置,采用了单因素试验分析方法,研究了电压、溶液初始浓度、溶液体积、流量和电极板间距对电吸附除盐效果的影响。结果表明:2 V为最佳电压,当溶液初始浓度1 000 u S/cm,溶液体积100 m L,流量10 m L/min,电极板间距1 mm时,电导率去除率达到40%以上,这表明了卷式活性炭纤维电极在电吸附除盐方面良好的应用前景。     

活性炭纤维电极电吸附除盐机理研究

采用自制电吸附除盐装置,在不同操作电压、不同进水浓度条件下,对一定体积的氯化钠溶液进行循环处理,通过吸附过程中的吸附等温线和动力学方程探究了活性炭纤维电极电吸附除盐机理。结果表明:活性炭纤维电极电吸附过程符合Freundlich吸附等温线,电压越大,电极吸附能力越强;而Lagergren准二级动力学方程拟合结果表明,电压越大,极板吸附速率越快;Weber-Morris方程表明,内扩散是影响电吸附速率的主要因素。     

制备工艺对活性炭电极电吸附性能的影响

用活性炭、酚醛树脂和乌洛托品制备了活性炭电极。研究了电极制备过程中黏结剂添加量、活性炭用量以及成型后活性炭的炭化温度和炭化时间对电吸附除盐性能的影响,并利用扫描电子显微镜(SEM)分析了电极的表面形貌。结果表明:当活性炭、酚醛树脂和乌洛托品混合比例为8:1.8:0.2时,电极能够成型,随着黏结剂的比例增加,电极的除盐率降低;随着活性炭用量的增加,吸附平衡的时间增加,除盐率提高,但平衡吸附量降低,当NaCl浓度降低到一定程度时,再增加活性炭用量去除率变化变小,试验选定的活性炭用量为0.45g/片电极;随着炭化温度的升高和炭化时间的增长,活性炭电极电吸附除盐效果明显提高,850℃下炭化2h的电极炭化完全,除盐率是未炭化的电极除盐率的2.08倍。     

碳气凝胶的制备及其对极性农药的吸附性能

以机械球磨联合TEMPO氧化对木浆纤维进行预处理,并通过高温热解制备碳气凝胶,对其形貌、元素组成、比表面积、孔径结构以及表面官能团进行表征分析,并以阳离子型毗虫啉(IMI)和阴离子型2,4-D为目标物评价其吸附性能.结果 表明:经机械球磨联合TEMPO氧化改性显著增加碳气凝胶的孔和表面C=O官能团含量、比表面积及极性,...     

镍铝层状氧化物薄膜电极的制备及其除盐性能

水滑石不仅是一种重要的水处理吸附剂,而且在超级电容器方面有广泛应用.本研究采用原位生长法,由泡沫镍作为基体并提供镍源,在泡沫镍表面合成了镍铝复合氧化物(Ni Al-MMO)薄膜即类水滑石煅烧产物.所制得的Ni Al-MMO薄膜电极的电化学性质稳定、电容量高,此薄膜电极的单位质量的比电容量可高达667 F·g-1.对此电极进行电容除盐性能研究,结果表明,增加电压和弱碱性p H环境有利于该电极除盐;初始浓度为0.003 mol·L-1的情况下,最佳工作条件为:电压1.0 V、p H值为8,在此时除盐效率可达58.17%.电极反接可使吸附饱和的电极材料迅速再生,脱附率可达87.96%.本研究为废水中盐离子的去除提供了新的技术选择.     

海藻酸钠基多孔碳气凝胶的制备及其对水中四环素去除

采用脱硫废水中的重金属污染物原位交联使海藻酸钠形成水凝胶,再将该水凝胶在800℃的条件下制备为海藻酸钠基多孔碳气凝胶,利用场发射扫描电子显微镜(SEM)、比表面积分析仪、X射线衍射(XRD)和傅里叶红外光谱(FTIR)对该气凝胶进行了表征分析,并考察了该气凝胶对溶液中四环素的吸附行为。结果表明,该碳气凝胶具有丰富的孔隙结构,比表面积可以达到52.37 m²/g。随着溶液初始pH值的增大,碳气凝胶对四环素的吸附量逐渐降低。碳气凝胶对四环素的吸附行为更符合准二级动力学方程(R²=0.825 7),最大吸附量可以达到112 mg/g,等温吸附过程对Freundlich等温吸附模型比对Langmuir等温吸附模型拟合度更高,说明利用处理脱硫废水的凝胶废弃物制备的海藻酸钠基多孔碳气凝胶在去除水环境中的抗生素方面有较好的应用前景,实现了脱硫废水凝胶废弃物的资源化利用。     

硅气凝胶常压制备、表征及对狄氏剂吸附性能研究

以工业水玻璃为硅源,采用三甲基氯硅烷［(CH₃)₃SiCl,TMCS］/乙醇［CH₃CH₂OH,EtOH］/正己烷［C₆H₁₄］混合液对硅水凝胶进行溶剂交换和表面改性,在常压干燥条件下获得疏水硅气凝胶材料,并对其吸附狄氏剂性能进行了系统评价.BET、FTIR、热重等表征结果显示,制得的硅气凝胶材料接触角在135°～142°之间,比表面积在444～560 m²·g^-1之间,孔径范围为17.5～23.4 nm,孔隙率为94.8%～95.6%,材料在空气中的耐热温度约为380℃.改性剂用量与组成比例对材料性能有较大影响,在TMCS∶EtOH∶C₆H₁₄摩尔比为1∶1∶1时,材料疏水性、比表面积和孔容孔径等物理化学性质达到最大值.本方法制备的疏水硅气凝胶对狄氏剂表现出良好的吸附性能,4　h内狄氏剂去除率达到84%;吸附动力学符合准二级动力学模型,吸附速率常数随疏水性增强而增大;Freundlich系数K_f为30.22 μg·g^-1,是活性炭的11倍.     

石墨烯凝胶电极的制备及电吸附Pb2+的性能

电吸附去除水中重金属离子具有吸附容量高和电极可再生的优点.本文采用高温水热法还原氧化石墨烯(GO)得到石墨烯水凝胶(GS)并经压片制得GS电极.本文对GS电极的电化学性能进行了测试,考察了GS电极电吸附Pb~(2+)的动力学和热力学特性,以及电极的脱附和循环使用情况.结果表明,GS电极的电化学性能优异,其单位质量比电容高达200.4 F·g~(-1)(1 A·g~(-1));提高电压有利于GS电极电吸附Pb~(2+),电压为-1.2 V时,GS电极对Pb~(2+)的去除率达96.4%;GS电极电吸附Pb~(2+)的饱和吸附量达461.20 mg·g~(-1),是不加电时饱和吸附量的2倍;施加反向电压可以实现Pb~(2+)的脱附和电极再生,电吸附-脱附15次后,电极对Pb~(2+)的去除率保持在95%以上.     

电吸附技术对不同浓度氯离子处理效果的试验研究

电吸附技术作为一种新型的水处理去除离子技术,具有除盐效率高、低能耗、抗污染能力强、无需酸碱再生等特点。以双电层理论为基础的电吸附方法是近年来发展起来的一种新型的去除水中离子的方法,本研究使用ESTr400型电吸附设备,对不同进水浓度氯离子的处理效果进行研究。结果表明：溶液的浓度越高,吸附量越大,去除率却有所下降,进水浓度并不是越高越好,而200mg／l的进水浓度较为合适,在处理过高浓度的水溶液时,应该采用工作出水回流的方式。     

The influence of particle size and concentration combined with pH on coagulation mechanisms

In order to evaluate the influence of particle size and particle concentration on the coagulation process, two kinds of particle suspensions, nanoparticles and microparticles,were employed to investigate the effect of particle size on coagulation mechanisms with varying coagulation parameters. Results showed that it is easier for nanoparticles to cause self-aggregation because of Brownian motion, while interception and sedimentation are the mainly physical processes affecting particle transport for microparticles, so they are more stable and disperse more easily. The particle size distribution and particle concentration had distinct influence on the coagulation mechanisms. Under neutral conditions, as the amount of coagulant increased, the coagulation mechanism for nanoparticles changed from charge neutralization to sweep flocculation and the nanoparticles became destabilized, re-stabilized and again destabilized. For microparticles, although the coagulation mechanism was the same as that of nanoparticles, the increased rate of aluminum hydroxide precipitation exceeded the adsorption of incipiently formed soluble alum species, resulting in the disappearance of the re-stabilization zone. Under acidic conditions, Brownian motion dominates for nanoparticles at low particle concentrations, while sweep flocculation is predominant at high particle concentrations. As for microparticles, charge neutralization and sweep flocculation are the mechanisms for low and high particle concentrations respectively.Under alkaline condition, although the mechanisms for both nano-and microparticles are the same, the morphology of flocs and the kinetics of floc formation are different. At low particle concentrations, nanoparticles have larger growth rate and final size of flocs, while at high particle concentrations, nanoparticles have higher fractal dimension and recovery factors.     

北京市秋季大气气溶胶质量浓度谱分布特征的观测研究

为了研究不同天气形势和气象要素对不同粒径段的大气气溶胶质量浓度谱分布的影响,2010年秋季在北京市采用空气动力学粒径仪对0.5 ～20 μm的大气颗粒物进行了为期2个月的连续观测.结果表明,在不同天气形势和气团运动下,质量浓度谱分布差异明显.受到西北气流影响,在质量浓度较小的清洁天气,谱分布主要集中在粗粒径段(清洁天气).当天气以静稳为主,颗粒物质量浓度值中等偏高时,粗细粒径气溶胶分布中出现谱值相近的高峰(中等浑浊天气).在受到西南气流主要影响的高质量浓度的观测日中,细粒径气溶胶在谱分布中占主要地位(高浑浊天气).在相同气团影响的天气下,昼夜间质量浓度谱分布的谱型变化趋势一致.清洁天气保持了粗粒径段的单峰分布,中等浑浊和高浑浊天气呈双峰分布.清洁天气细粒径段谱值受光化学反应影响在日间略高于夜间.中等浑浊天气中质量浓度的谱值在夜间受相对湿度和温度变化影响有显著增加.高浑浊天气下,昼夜温湿差别小,谱分布未出现明显变化.     

成都市大气颗粒物粒径分布及其对能见度的影响

使用环境颗粒物分析仪（GRIMM180）对成都市2018年10月—2019年9月0.25~32 μm的大气颗粒物数浓度粒径分布进行观测,结合细颗粒物（PM_2.5）质量浓度以及相对湿度（RH）、能见度、降水量等气象要素数据,分析了成都市大气颗粒物粒径分布及其与能见度的关系.结果表明,观测期间成都市大气颗粒物以细粒子为主,0.25~0.5 μm的粒子数浓度占总数浓度的97.75%,数浓度谱呈单峰分布,2018年秋季、2019年夏季表面积谱呈双峰分布,2018年冬季、2019年春季表面积谱呈三峰,体积谱均为三峰分布;在不同RH区间,PM_2.5质量浓度及数浓度均与能见度呈负相关,且其中0.25~0.5 μm粒径段的细颗粒物因为对可见光波段的米散射效应而对能见度产生较大影响;在不同RH情况下,不同粒径段颗粒物数浓度对能见度的影响程度有所差别：在低RH（<70%）下,0.25~0.3 μm粒径段粒子数浓度对能见度影响最大;在中等RH（70%~80%）下,0.3~0.5 μm粒径段粒子数浓度对能见度的影响最大;而在高RH（>80%）下,0.3~0.5 μm和0.5~1 μm粒径段粒子数浓度对能见度影响相当.     

兰州市2011年春节期间颗粒物浓度及其谱分布特征

研究了兰州市2011年1月25日~2月18日春节期间大气颗粒物浓度及其谱分布特征,并通过多元对数正态分布拟合方法对其体积浓度谱特征进行了分析.采用空气动力学粒径谱仪(APS-3321)对颗粒物数浓度及其谱分布进行了实时监测,以阐明兰州市春节期间烟花爆竹燃放对大气颗粒物浓度及其谱分布的影响.结果表明:2011年春节期间兰州市烟花燃放对2月3日~8日颗粒物浓度有不同程度的影响,正月初一00:00~01:00和21:00~22:00时受烟花爆竹燃放影响最大,其中在烟花燃放最为集中时段(2月3日0:00~1:00时)0.5~10μm大气颗粒物平均数浓度、表面积浓度和体积浓度分别为(310.3±97.2)个/cm3、(1061.6±396.0)μm2/cm3和(409.9±176.0)μm3/cm3,分别较未受烟花燃放影响的1月27日~30日0:00~1:00时平均值增加了6.10倍、7.72倍和9.93倍.烟花燃放对数浓度和体积浓度的影响分别主要集中在0.542~1.382μm和3.278~8.354μm粒径段,而对表面积浓度的影响主要集中在0.542~1.981μm和3.278~8.354μm粒径段.受烟花燃放影响的颗粒物体积浓度谱中位径在0.93, 5.50μm左右出现的比例最大,未受烟花燃放影响的颗粒物体积浓度谱中位径在0.85,5.50μm左右出现的比例最大,与未受烟花燃放影响日的颗粒物体积浓度谱相比,燃放烟花使位于积聚模态的体积中位径增加.     

Porous media grain size distribution and hydrodynamic forces effects on transport and deposition of suspended particles

The effects of porous media grain size distribution on the transport and deposition of polydisperse suspended particles under different flow velocities were investigated. Selected Kaolinite particles(2–30 μm) and Fluorescein(dissolved tracer) were injected in the porous media by step input injection technique. Three sands filled columns were used: Fine sand,Coarse sand, and a third sand(Mixture) obtained by mixing the two last sands in equal weight proportion. The porous media performance on the particle removal was evaluated by analysing particles breakthrough curves, hydro-dispersive parameters determined using the analytical solution of convection–dispersion equation with a first order deposition kinetics, particles deposition profiles, and particle-size distribution of the recovered and the deposited particles. The deposition kinetics and the longitudinal hydrodynamic dispersion coefficients are controlled by the porous media grain size distribution. Mixture sand is more dispersive than Fine and Coarse sands. More the uniformity coefficient of the porous medium is large, higher is the filtration efficiency. At low velocities, porous media capture all sizes of suspended particles injected with larger ones mainly captured at the entrance.A high flow velocity carries the particles deeper into the porous media, producing more gradual changes in the deposition profile. The median diameter of the deposited particles at different depth increases with flow velocity. The large grain size distribution leads to build narrow pores enhancing the deposition of the particles by straining.     

全球二氧化碳浓度非均匀分布条件下碳排放与升温关系的统计分析

为定量评估全球二氧化碳浓度非均匀分布条件下碳排放与升温的关系,采用空间自相关分析与空间联立方程组模型,基于1度、2度与3度空间分辨率的全球二氧化碳浓度,碳排放与近地面气温等格点数据,揭示了2003—2015年全球二氧化碳浓度的空间分布聚集特征并估计了碳排放对升温的影响系数。结果发现：二氧化碳浓度在空间上表现为北半球高浓度值聚集与南半球低浓度值聚集的分布型。利用二氧化碳浓度非均匀分布的参数条件对碳排放与升温影响的估计结果表明,代入二氧化碳浓度非均匀分布这一参数会小幅拉低碳排放对升温影响的估计结果。研究表明,全球二氧化碳浓度非均匀分布是当前评估碳排放升温影响亟待引入的参数;同时由于估计结果的空间尺度效应的存在,相关参数的空间范围与分辨率的选择也需要关注。     

Effect of traffic restriction on atmospheric particle concentrations and their size distributions in urban Lanzhou, Northwestern China

During the 2012 Lanzhou International Marathon, the local government made a significant effort to improve traffic conditions and air quality by implementing traffic restriction measures. To evaluate the direct effect of these measures on urban air quality, especially particle concentrations and their size distributions, atmospheric particle size distributions(0.5–20 μm) obtained using an aerodynamic particle sizer(model 3321, TSI, USA) in June 2012 were analyzed. It was found that the particle number, surface area and volume concentrations for size range 0.5–10 μm were(15.0±2.1) cm-3,(11.8±2.6) μm2/cm3and(1.9±0.6) μm2/cm3, respectively, on the traffic-restricted day(Sunday), which is 63.2%, 53.0% and 47.2% lower than those on a normal Sunday. For number and surface area concentrations, the most affected size range was 0.5–0.7 and 0.5–0.8 μm, respectively, while for volume concentration, the most affected size ranges were 0.5–0.8, 1.7–2.0 and 5.0–5.4 μm. Number and volume concentrations of particles in size range 0.5–1.0 μm correlated well with the number of non-CNG(Compressed Natural Gas) powered vehicles, while their correlation with the number of CNG-powered vehicles was very low, suggesting that reasonable urban traffic controls along with vehicle technology improvements could play an important role in improving urban air quality.     

天津冬季相对湿度对气溶胶浓度谱分布和大气能见度的影响

于2013年1月连续在线观测天津城区气溶胶数浓度谱分布和大气能见度,并结合相关气象资料,探讨相对湿度(RH)对气溶胶浓度谱分布和大气能见度的影响.结果表明,观测期间发生了4次连续雾霾天气过程, 4次雾霾天气过程对应着气溶胶粒子数浓度的连续高值,低能见度天气系高浓度气溶胶粒子和高相对湿度协同所致;随着RH增大,PN1和PN2.5-10呈增长趋势, RH>90%后,PN1和PN2.5-10有所降低,PN1-2.5则持续增长,高RH对气粒转化和气溶胶粒子的碰并聚合作用明显;气溶胶吸湿增长因子计算表明,高RH下水汽对能见度影响很大,尤其是大雾天气下其影响甚至可能超过气溶胶粒子浓度对其的影响.     

芜湖市区春季地表灰尘中汞和砷的空间及粒径分布规律

以芜湖市高新技术开发区、中心城区和经济技术开发区为研究区域,于2008年春季对其地表灰尘中汞和砷含量、空间分布特征及其在粒径中的分布规律进行了研究.结果表明:芜湖市区地表灰尘中汞、砷含量范围分别为0.011～1.477mg·kg-1、3.533～169.368mg·kg-1,平均值分别为0.230、15.371mg·kg-1,分别是土壤背景值的1.9和1.5倍,存在一定程度的污染;;灰尘中汞含量在经济技术开发区较高,而砷则在高新技术开发区出现高值区;;汞属于空间中相关,说明其变异主要受随机或人为因素的影响;;砷属于空间强相关,说明其变异主要受土壤母质、土地利用方式等因素影响;;研究区地表灰尘汞和砷含量大体上呈随粒径减小而增加的趋势;;不同粒径上汞和砷含量的富集比例随粒径减小呈增加的趋势,汞和砷在>200目粒径上的平均富集比例分别为63.5%和55.8%,说明汞更容易富集在细小颗粒上.     

基于地基遥感数据的太湖地区气溶胶光学厚度和粒子谱变化规律研究

利用多光谱旋转遮蔽影带辐射计(Multi-Filter Rotating Shadowband Radiometer,MFRSR)测定了我国长江三角洲中部的太湖地区2008年5月至2009年4月期间415 nm、500 nm、615 nm、673 nm、870 nm波段的全天空总辐射、散射辐射和直接辐射通量密度,结合球形粒子的Mie散射理论反演了该地区大气气溶胶粒子谱,并对结果进行了分析.结果表明:受人为活动的影响,该地区工作日和非工作日气溶胶光学厚度和粒子谱的日变化存在明显的差异,工作日上午6:00-9:00时间内,细粒子的生成远大于非工作日这一期间细粒子的生成.太湖地区气溶胶光学厚度常年较高,500 nm波段的年平均值为0.8038±0.7924,夏季最大(0.9359±0.7389),冬季最小(0.6209±0.5500);气溶胶粒子谱表现出双峰分布,一种是位于半径0.15 μm附近的细模态,另一种是半径3μm左右的粗模态,且夏季和秋季细粒子较多,而其他季节粗粒子较多.气溶胶光学厚度以及气溶胶粒子谱分布的季节变化受到气象条件的显著影响.降水过程对大气气溶胶具有明显的冲刷作用,并且降水后大气气溶胶的增加与气溶胶粒子大小有关,积聚态粒子浓度的增加比粗模态粒子的增加更快.