高炉渣基沸石分子筛材料的制备及其响应面优化

以高炉渣(BFS)为原料制备高炉渣基沸石分子筛(BFSZ),为实现对BFSZ制备工艺条件的优化,基于单因素试验结果,采用Box-Behnken Design(BBD)响应面法考察晶化时间(A)、晶化温度(B)、初始硅铝物质的量比(C)等因素对BFSZ阳离子交换量(CEC)的影响。结果表明：响应面法建立的回归模型方程具有高度的显著性,可信度和精确度较高,得到制备BFSZ的优化工艺条件：碱熔温度为600℃、液固比为5∶1 mL/g、晶化时间为8.74 h、晶化温度为98.41℃、初始硅铝物质的量比1.18,此时BFSZ的CEC为3.21 meq/g。经验证,BFSZ的CEC实际值与预测值的相对误差约为1.9%,表明该模型能够很好地反映各因素对BFSZ的CEC影响。     

甘蔗渣纳晶纤维素酸法制备工艺的响应面法优化

为了获得甘蔗渣纳晶纤维素酸法制备的最佳工艺条件,基于Box-Behnken试验设计,选取硫酸质量分数、水解时间和水解温度为主要影响因素,采用响应面分析法优化了甘蔗渣纳晶纤维素酸水解制备工艺参数,并建立了二次多项式回归模型.方差分析表明,回归模型较好地反映了纳晶纤维素得率与硫酸质量分数、水解时间、水解温度的关系.甘蔗渣纳晶纤维素最佳的酸水解制备工艺条件为:硫酸质量分数56％,水解时间180 min,水解温度38℃.该条件下纳晶纤维素的得率达到52.93％.酸法制备工艺的响应面优化试验显著提高了甘蔗渣纳晶纤维素的得率,降低了纳晶纤维素的制备成本.     

微波诱导热解制备小麦秸秆吸附剂及响应面优化工艺研究

以氯化锌为活化剂,通过微波诱导热解法制备小麦秸秆吸附剂,并以微波功率、热解时间和氯化锌质量分数为影响因素,碘吸附值为响应值,采用响应面法对小麦秸秆吸附剂的制备工艺进行优化。结果表明,热解时间和微波功率对碘吸附值的交互作用明显。响应面优化工艺分析,发现当热解时间4.03 min、微波功率569.0 W,氯化锌质量分数为31.24%时,碘吸附值最大,为643.33 mg/g。另外,小麦秸秆吸附等温线与I型相似,吸附剂的微孔容积为0.238 4cm³/g,吸附剂的BJH孔径分布表现窄小,最高峰出现在2.1nm左右。处理Cr(VI)废水的吸附试验,发现Cr(VI)的去除率可以达到70%以上。研究表明,微波诱导热解法及响应面优化工艺制备的小麦秸秆吸附剂技术可行且具有良好的重金属废水处理应用前景。     

微波诱导热解法制备落叶吸附剂及其工艺优化

采用微波诱导热解法制备低成本落叶吸附剂,以实现落叶的资源化利用.以碘吸附值为响应值,采用响应面分析法研究了微波诱导热解法制备落叶吸附剂的工艺条件.结果表明,热解时间与微波功率之间存在交互作用,当热解功率增加时,可适当缩短热解时间.落叶吸附剂的最佳制备工艺条件为:热解时间4.04 min,微波功率488.72W,氯化锌质量分数27％.落叶吸附剂以微孔吸附为主,BJH孔径分布较窄,孔容最高峰对应的孔径在1.9 nm左右,Langmuir比表面积为769.61 m2/g.     

响应面法优化超声吹脱处理香兰素生产废水中的氨氮工艺研究

为了提高废水中氨氮处理效率,采用响应面分析法对超声吹脱处理香兰素生产废水中的氨氮工艺条件进行优化,建立了吹脱时间、pH值、超声波功率及气液比4个关键因素与氨氮去除率之间的回归模型。结果表明,各影响因素对氨氮去除率影响程度由大到小依次为超声波功率、气液比、pH值、吹脱时间。确定对氨氮去除的最佳工艺条件为在超声功率90 W,超声吹脱时间90 min,pH值12、气液比600∶1的条件下,氨氮的去除率达到91.60%,与预测值接近,表明拟合度好。试验模型可以用来指导超声吹脱法处理废水中的氨氮。     

粉煤灰混凝土生命周期评价初步研究

采用生命周期评价(LCA)方法评价了掺不同等级不同含量粉煤灰混凝土的环境影响.研究表明,粉煤灰的掺入可以有效减少混凝土生产过程中的煤耗、CO2、NOX、SO2以及废弃物的排放,但并不能有效减少CO、CXHY排放量.因此可认为粉煤灰混凝土是一种很好的生态材料.     

采用响应面优化酸浸法回收报废三元电池中有价金属的研究

为简化传统报废锂离子电池(LIBs)处理工艺,对报废镍钴锰三元(NCM)电池正极材料进行浸出处理,在单因素试验的基础上,利用响应面分析法分析浸出温度、抗坏血酸浓度、固液比和浸出时间对正极材料中Co、Li、Mn、Ni浸出率的影响。建立数学回归模型,分析因素间的交互作用。结果表明,各金属的回归方程模型均显著(p<0.05),R^2≥0.88,信噪比N>4,C.V.较低,可用于报废NCM电池中Co、Li、Mn、Ni浸出工艺的分析与预测,其中浸出温度和抗坏血酸浓度的交互作用对Li和Ni的浸出率影响最大。各金属浸出率的最佳工艺条件为:浸出温度69.26℃,抗坏血酸浓度1.24 mol/L,固液比31.30 g/L,浸出时间59.79 min。在此条件下,Co、Li、Mn、Ni浸出率分别为96.35%、92.53%、89.28%、56.32%。结合回归分析及可操作性原则,进行3次平行试验,试验结果与模型理论预测值接近。试验过程简单,处理方法对环境友好,有利于工业化生产。     

粉煤灰水热法合成沸石的研究进展

粉煤灰作为燃煤电厂排放的主要工业固体废弃物,对其进行资源化利用是必然的趋势,粉煤灰合成沸石是其高值化应用的有效途径之一。阐述了粉煤灰碱性水热法合成沸石的机理,体系中硅铝酸盐凝胶的形成是决定因素,且硅铝酸盐晶体形成经历了诱导期、成核期、晶体生长期3个时期。综述了传统一步水热法、二步水热法、微波辅助加热法、碱熔融-水热法、晶种诱导合成法、逐步升温法和渗析-水热法等方法的研究进展,对原料组成、外加碱激发剂、反应时间和温度、液固比、特殊添加剂、反应器种类等影响因素作了分析总结,并对粉煤灰水热合成沸石面临的问题、挑战及发展前景进行了展望。     

酒糟-粉煤灰协同赤泥的改良试验研究

将酸性酒糟废渣和粉煤灰作为脱碱和改良材料对赤泥进行协同改良,通过比较赤泥基质的物理性状、营养物质质量比及重金属存在形态,并结合盆栽试验为赤泥堆场的生态修复提供依据。结果显示：酒糟能够降低赤泥碱度,促进赤泥基质团聚体的形成,改善基质的物理结构,提高基质营养物质质量比,有效固定基质重金属并降低重金属在植物体内的积累;粉煤灰可有效增加赤泥基质孔隙度,促进基质团聚体形成;两者联合添加时赤泥土壤化效果更为显著,基质各项理化指标较单独施用改善更为明显,添加质量分数为20%粉煤灰和质量分数为20%酒糟的基质碱蓬草发芽率达93.33%。通过测定基质浸出液代表性重金属的质量比,采用内梅罗综合污染指数法评估利用酒糟与粉煤灰改良赤泥的方案污染程度为清洁级水平。     

Optimization of biodiesel production from the waste cooking oil using response surface methodology

In this research, transesterification of the waste cooking oil has been studied. Response surface methodology (RSM) based on Box–Behnken design was used to investigate the effects of the main operating parameters, including the methanol to oil molar ratio, catalyst concentration, and reaction temperature, on the biodiesel yield. The results revealed that the catalyst concentration is the most important parameter. The maximum biodiesel yield under the optimized conditions was 99.38 wt.%. Thermogravimetric analysis (TGA) was used for the determination of biodiesel conversion and the results were compared with that of gas chromatography (GC) analysis, showing a very small difference. Furthermore, an empirical quadratic equation has been presented to show the relation between biodiesel conversion and product viscosity.     

基于响应曲面法的有效抽采半径多因素交互影响机制研究*

为探究钻孔有效抽采半径的关键影响因素及各因素间交互作用,构建应力应变-瓦斯吸附解吸耦合渗透率变化模型,采用COMSOL软件进行数值模拟,分析单一因素变化对钻孔有效抽采半径的影响,并通过Design-Expert软件设计响应曲面试验,分析多因素交互作用对钻孔有效抽采半径变化的影响机制,获得有效抽采半径对多因素交互影响的响应曲面模型。研究结果表明:不同因素对钻孔有效抽采半径影响的显著性顺序为:煤层初始渗透率、原始瓦斯压力、抽采时间,煤层初始渗透率和抽采时间与有效抽采半径呈正相关关系,原始瓦斯压力与有效抽采半径呈负相关。1个影响因素的变化会影响其他因素对有效抽采半径的影响,煤层初始渗透率能够放大其他因素对有效抽采半径的影响,而原始瓦斯压力则会降低其他因素对有效抽采半径的影响。     

Investigation of mercury (II) adsorption from aqueous solution onto copper oxide nanoparticles: Optimization using response surface methodology

Response surface methodology was practicable to optimize the mercury (II) removal using copper oxide nanoparticles in an aqueous matrice. The copper oxide nanoparticles structure was performed by TEM, SEM, XRD and BET. The experiment reactions were carried out based on a Box–Behnken design (BBD) and evaluated using RSM. Batch mode tests were conducted to prognosticate the adsorption equilibrium. The three parameters influence on the mercury removal was inquired by a response surface methodological approach. In study, influence of adsorbent dose, pH and temperature on the mercury removal unto copper oxide nanoparticles has been performed. The importance of the independent factors and their interactions were investigated by the ANOVA. The optimum pH, adsorbent dose and temperature were obtained to be 9.0, 0.05 g and 278 K, respectively.     

A novel pretreatment process of mature landfill leachate with ultrasonic activated persulfate: Optimization using integrated Taguchi method and response surface methodology

A novel advanced oxidation process (AOP) using ultrasonic activated persulfate oxidation was used to pretreat mature landfill leachate. The effects of different operating variables (e.g., the initial S₂O₈²⁻ concentration, pH, temperature, ultrasonic power and reaction time) on the oxidation performance were investigated regarding the total organic carbon (TOC) removal efficiency, and the variables were optimized using the integrated Taguchi method and response surface methodology (RSM). Based on the Taguchi method under L₁₆ (4⁵) arrays and a grey relational analysis, the most significant variables included the initial S₂O₈²⁻ concentration, temperature and reaction time. The concentrations of these variables were further optimized using RSM. Using the integrated optimization method, the optimal conditions included an initial S₂O₈²⁻ concentration of 8.5 mM, a reaction temperature of 70 °C and a reaction time of 2.46 h, which resulted in a TOC removal efficiency of 77.32%. The experimental results showed that the enhanced TOC removal from mature landfill leachate by sono-activated persulfate oxidation could be attributed to the combined effects of ultrasonic catalysis and sulfate radical-AOP. Overall, ultrasonic activated persulfate oxidation is a promising method for the pretreatment of landfill leachate.     

基于响应面法的煤矿钻孔随钻超声成像仪器受力部件优化设计*

摘要:为研制适用于煤矿瓦斯抽采钻孔、满足施工强度要求的小尺寸随钻超声成像仪器,对随钻超声成像仪器的关键受力部位——超声探头安装孔进行优化设计,分析煤矿瓦斯抽采钻孔的一般规格,建立超声探头安装孔的三维模型,确定关键参数类型及其取值范围,采用极差分析法找到对受力部件强度影响较大的参数,基于响应面法开展有限元数值模拟,运用Box-Behnken设计方法得到超声探头安装孔关键参数与仪器受力部件性能指标的关系,优化受力部件关键参数的数值。结果表明:优化前最大的等效应力为138.6 MPa,优化后受力部件最大等效应力较优化前降低9.05%。结论验证了设计方法的有效性,为煤矿抽采钻孔随钻测井仪器的研制提供思路。     

污泥、底泥与粉煤灰烧结陶粒的工艺研究

研究了污泥、底泥与粉煤灰烧结陶粒的配方、预热温度、物料含水率对陶粒比表面积、抗压强度、吸水率和表观密度的影响,同时对影响陶粒烧结的主要工艺进行正交试验研究.结果表明,原料配方对陶粒主要性能影响无明显规律;充分预热有利于提高陶粒强度,而不充分预热可以提高陶粒孔隙,降低陶粒密度;坯料含水率的提高会导致陶粒结构松散,降低陶粒抗压强度,增加吸水率.另外,烧结温度对于制备滤料和骨料都是最重要的影响因素.对于制备滤料,污泥添加量对陶粒比表面积的影响不确定,需要根据实际情况确定,而提高升温速率有利于提高陶粒比表面积;对于制备骨料,坯料中污泥质量分数宜在30％～35％.     

基于响应曲面法的遗煤自燃分析与研究*

为研究高瓦斯易自燃煤层不同供风量、高抽巷抽采流量、低抽巷抽采流量3因素对采空区自燃“三带”分布影响规律,选取阳煤五矿8406工作面为研究对象,在数值模拟研究基础上,采用Design Expert软件进行Box Behnken试验设计,构建采空区氧化升温带宽度在3因素、3水平条件下的二次回归响应曲面模型,并对不同条件下采空区氧化升温带宽度进行预测与分析。结果表明:二次回归方程P值为0.001 6,预测模型显著,模型的失拟项为0.606 3,不显著,回归方程具有统计学意义;当供风量为1 500~2 000 m3/min,低抽流量为450~650 m3/min,高抽流量为100~200 m3/min时,对氧化升温带宽度一次项重要度排序为C（高抽巷抽采流量）>A（供风量）>B（低抽巷抽采流量）,二次项重要度排序为AC（供风量和高抽巷抽采流量）>AB（供风量和低抽巷抽采流量）>BC（低抽巷抽采流量和高抽巷抽采流量）,且AB,AC,BC之间均无交互作用。     

粉煤灰掺用量对水泥固化/稳定重金属污染底泥的影响

利用粉煤灰-水泥体系固化/稳定重金属污染底泥.固定胶凝材料和底泥的质量比为1.5∶1,在不同养护时间(7 d和28 d)下,研究粉煤灰掺用量对水泥固化/稳定污染底泥的影响.浸出毒性(固体废物浸出毒性浸出方法--醋酸缓冲溶液方法,HJ/T 300-2007)结果表明,固化体浸出液中主要重金属Cd、Pb和Zn的浓度均符合危险废物鉴别标准--浸出毒性鉴别(GB 5085.3-2007)的要求.在稳定浸出液pH=4的条件下,粉煤灰掺用量不超过50%时,浸出液中Cd、Pb和Zn浓度均低于GB 5085.3-2007规定的限值,适量掺加粉煤灰降低了重金属的浸出毒性.无侧限抗压强度结果表明,8%的粉煤灰掺加量能够一定程度地提高固化体抗压强度,继续增加粉煤灰用量导致固化体抗压强度持续下降.环境耐受力测试结果表明,干湿循环对固化体的破坏不大,而冻融循环对固化体的破坏较大,当粉煤灰掺用量超过33%时,养护28 d的固化体冻融循环质量损失高于30%.利用粉煤灰-水泥体系固化/稳定重金属污染底泥,合适的粉煤灰掺用量为33%.     

粉煤灰预处理生物流化床技术处理有机废水的研究

通过大量试验和相关工程体会得出：有机废水在进入较低污泥浓度的生物流化床之前,通过粉煤灰的预处理,再配以高效射流曝气器,能有较好的处理效果。     

Characterization of heavy metals in fly ash from municipal solid waste incinerators in Shanghai

This study aims to develop a methodology for analysis of characteristics of heavy metals in MSWI fly ash. It performed analysis of composition of heavy metals, leaching toxicity, leaching behavior as a function of pH, specification distribution and corresponding mineral components of residue derived from each step of the sequential extraction. It is found that content of heavy metals follows the sequence of Zn > Pb > Cu > Cr > As > Ni > Cd approximately Hg in both plants, and that total heavy metals account for less than 1% by mass of fly ash. Major hazardous heavy metals in fly ash are As, Cd, Hg, Pb and Zn, whose leaching ratios exceed the limit value described in hazardous waste identification standard. Measured leaching results of Cu, Pb and Zn are essentially consistent with the simulated results at pH between 0 and 13. Content of calcium-silicates, alumino-silicates and glass phases in residue derived from sequential extraction procedure increases steadily from the first step to the fifth step of the sequential extraction procedure. Cu, As, Cr, Hg, Cd, and Ni, relatively stable under strong basic conditions, can be leached out under strong acidic conditions, while Zn and Pb tend to be leached out under both strong acidic and basic conditions.