N-TiO2/PSF中空纤维复合膜光催化烟气脱硝研究

采用溶胶-凝胶法以聚砜(PSF)中空纤维膜为载体制备了N-Ti O2/PSF中空纤维复合膜催化剂,考察其光催化烟气脱硝性能.紫外光催化的NO去除效率可达63%,去除负荷可达213.6 g·m-3·h-1.采用紫外-可见光谱(UV-Vis)、X-射线光电子能谱(XPS)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)表征了N-Ti O2/PSF中空纤维复合膜催化剂.UV-Vis光谱分析表明,掺杂N改性的Ti O2复合膜光催化层在紫外和可见光波段的吸收性能都有极大的改善.XPS证明了O—Ti—N键能的存在.N-Ti O2/PSF中空纤维膜光催化处理NO的作用机制为NO气体通过中空纤维膜传质到NTi O2催化膜,光催化产生羟基自由基和超氧负离子,NO气体被羟基自由基和超氧负离子氧化成易处理的NO2和HNO3.     

O3/UV降解含氮杂环化合物喹啉

本研究采用O3/UV工艺降解喹啉溶液,系统地探讨了喹啉初始浓度、反应后置时间、初始p H、HCO-3浓度等因素对降解过程的影响.通过测定降解过程中的中间产物,分析了喹啉的降解机制及途径.结果表明随着喹啉初始浓度增加,反应表观速率常数和去除率都降低;p H(7~9)碱性条件时降解效果最好;HCO-3的存在明显降低了喹啉的去除率,加入100 mg·L-1HCO-3喹啉去除率降低了42.01%;反应后置时间对喹啉的去除率及矿化率基本没有影响.喹啉的降解中间产物主要为8-羟基喹啉、5-羟基喹啉、2(1H)-喹啉酮、2-吡啶甲醛等,喹啉在O3/UV体系中的降解途径主要由羟基自由基(·OH)、O3氧化剂发生的加成反应、取代反应、亲电反应等.     

光助芬顿反应催化降解气体中甲苯

以甲苯作为挥发性有机污染物(VOCs)的代表,利用连续进气动态实验装置,研究光助芬顿反应降解气体中甲苯的作用.考察了芬顿试剂溶液初始p H、H2O2浓度、Fe2+浓度以及甲苯初始浓度对降解甲苯的影响,并利用在线质谱和色谱对产物进行了定性、定量分析.结果表明,紫外光照加快了羟基自由基的生成,显著提高了气体中甲苯的去除率;p H=3.0、H2O2浓度为20 mmol·L-1、Fe2+浓度为0.3 mmol·L-1的条件下,甲苯去除率最高;当甲苯初始浓度为260 mg·m-3时,去除率能够达到98%;光助芬顿反应催化降解气体中甲苯实验未检测到CO2之外的中间产物,CO2产率分析表明去除的甲苯全部转化为CO2.     

膜生物反应器处理甲苯性能及机制

采用膜生物反应器处理甲苯有机废气,研究了进气浓度、停留时间、循环液喷淋密度和pH值对甲苯去除率的影响.膜生物反应器能高效净化挥发性有机废气,甲苯去除率可达99%.适宜运行条件为:pH值为7.2、停留时间为6.4 s、循环液喷淋密度为2.5 m3.(m2.h)-1.采用GC-MS分析出口气样,研究结果表明乙醛酸(C2H2O3)和乙烯基甲酸(C3H4O2)为甲苯生物降解的中间产物.膜生物反应器处理甲苯机制为甲苯气体通过中空纤维膜传质到生物膜,被生物降解为乙醛酸和乙烯基甲酸,然后继续好氧降解为最终产物二氧化碳和水.     

C3N4/BiOBr复合可见光催化剂的性能及其作用机制

利用水热合成法制备了C_3N_4/BiOBr复合可见光催化剂,通过XRD、FT-IR、SEM、DRS、PL等手段对催化剂的物相组成和光化学性能进行了系统表征,利用对罗丹明B(RhB)的降解实验评价了催化剂在可见光照下的光催化降解活性和稳定性并通过ESR分析和自由基捕获实验探究了RhB的光催化降解机制.结果表明,水热合成法可成功制备结晶性能良好的C_3N_4/BiOBr复合可见光催化剂;C_3N_4的复合降低了BiOBr光催化剂的电子-空穴的复合,提高了光催化降解活性,其中15%C_3N_4/BiOBr的活性最佳,可见光照18 min后RhB的脱色率达100%,较纯BiOBr提高了1.5倍,且重复使用5次后仍具有较高的光催化降解活性;复合催化剂光催化降解RhB过程中参与降解的主要活性物种为空穴(h~+)和超氧自由基(·O_2~-),其中h~+影响更为显著.     

纳米TiO2光催化降解茜素黄R的反应机理与动力学

以纳米TiO2(P25)粉末作为催化剂光降解茜索黄R.GC-MS和LC-MS检测结果表明,有3种可能的降解途径:①茜素黄R(C13H8N3O5Na)水解生成的C13H8N3O5-(H)与光催化产生的·OH自由基发生取代反应生成C13H8N3O6-(I)和C13H8N3O7-(J),进一步脱羧分别生成C12H9N3O4(L)和C12H9N3O5(M);②H分子发生脱羧反应生成C12H9N3O3-(K),进一步反应生成C12H11N3(C)和C2H12N2(D);③H分子中氮氮键发生断裂而生成C6H6N2O2(A)、C6H4N2O4(B)、C6H8N2(E)、C6H6O(F)和C7H7NO3(G).所有生成的中间产物被继续降解,最终矿化为CO2和H2O等无机小分子物质.利用Molecular Orbital PACkage中的PM3半经验方法对茜素黄R分子构型优化计算,结果表明,茜素黄R的羧基净电荷密度为-0.680,在实验条件下(pH为2.86)羧基易吸附在TiO2表面,而成为·OH进攻的最有利位置,实验检测到羟基化的产物(J和I).茜素黄R的羧基和苯环相连的C-C键长最长,反应过程中易发生脱羧反应,实验检测到脱羧后的产物(K);-N=N-键长较长,易断裂生成芳胺类化合物(A,E,G等).茜素黄R带羧基和羟基的苯环电荷密度为-0.160,带硝基苯环电荷为-0.165,易吸附在催化剂表面而被自由基进攻,生成羟基化产物.计算结果和实验检测结果一致.动力学研究表明,茜素黄R光催化降解的动力学符合Langmuir-Hinshelwood模型计算的结果.     

光催化体系中噻虫胺降解动力学及机制

利用光催化技术探讨了烟碱类杀虫剂噻虫胺在水体环境中降解的可行性,不同催化剂浓度、反应温度、底物浓度、溶液初始p H值和不同阴阳离子等因素对其光催化降解动力学的影响,及其初步的光催化降解机制.结果表明噻虫胺的光催化降解符合L-H动力模型,其降解假一级动力学速率常数为0.050 6 min-1.当催化剂用量(TiO_2)为3.0 g·L~(-1)时,噻虫胺的光催化降解速率最大;高温和较低的底物浓度有利于噻虫胺的光催化降解;溶液的初始p H值为5时噻虫胺的降解速率最大,强酸和强碱均不利于其光催化降解.而无机阴、阳离子对噻虫胺降解均有明显的抑制作用.最后,通过GC/MS对噻虫胺光催化降解中间产物进行了初步鉴定,研究发现在活性氧物种的作用下噻虫胺降解途径主要有母体化合物的羟基化,硝基胍基团中N—N的断裂,以及连接硝基胍和噻唑环的C—N键的裂解等.     

TiO2光催化联合技术降解苯酚机制及动力学

主要研究了TiO2光催化体系结合H2O2或外加电催化(EC)体系对苯酚催化降解效率的影响,评价比较TiO2/UV、H2O2/UV、TiO2/UV/H2O2、TiO2/UV/EC体系下苯酚降解机制及动力学.结果表明,TiO2/UV/H2O2和TiO2/UV/EC体系下苯酚降解效率明显高于TiO2/UV体系,当苯酚溶液pH值为6,TiO2质量浓度0.2 g·L-1,紫外光照2 h,光催化降解效果达到86%,当电流密度为12 mA·cm-2,则苯酚可达到100%去除.比较了不同催化体系下的能量利用率,苯酚降解15 min,TiO2/UV/EC体系能量利用率最大为0.030 6 g·(kW·h)-1,其能量消耗为0.0640 kW·h-1,说明采用TiO2/UV/EC体系能更多地利用能量降解苯酚.通过不同催化体系下中间产物分析,建立苯酚及其中间产物对苯二酚、邻苯二酚和苯醌的拟一级降解动力学模型,通过模型验证各催化体系下苯酚的降解历程,同时也说明了TiO2/UV/EC体系有利于苯酚及其中间产物的降解.     

RGO/TiO2光催化降解2,4-二氯苯氧乙酸研究

通过Hummers法及紫外光/热还原工艺制得还原氧化石墨烯(RGO),采用溶胶-凝胶-煅烧法,以RGO和钛酸酊脂为前驱体制备出RGO/TiO2光催化复合材料,并利用XRD、FT-IR等对其进行了表征.对RGO/TiO2光催化降解性能的研究发现,复合光催化剂RGO/TiO2对2,4-二氯苯氧乙酸(2,4-D)的光催化降解活性显著优于纯TiO2,并且发现负载量和pH值对光催化降解性能有较大的影响:RGO/TiO2投加量为1.2g·L~(-1)、RGO负载量2%、pH为3、初始浓度为50 mg·L~(-1)反应12 h,2,4-D去除率达到98.75%;2,4-D降解率随着RGO/TiO2投加量的增大先增大后减小;RGO/TiO2对2,4-D的降解为脱氯还原和催化氧化过程,产生氯酚、苯酚等中间产物.     

O3/H2O2氧化苯乙烯气体性能及机制

O3/H2O2体系能产生大量自由基,臭氧与自由基的耦合氧化作用能提高苯乙烯的氧化去除效率.采用O3/H2O2氧化高浓度苯乙烯有机废气,研究了臭氧投加量、停留时间、H2O2体积分数、循环液喷淋密度和O3/C8H8摩尔比对苯乙烯去除率的影响.结果表明,O3/H2O2气液两相氧化能高效净化苯乙烯有机废气,苯乙烯去除率可达85.7%.适宜运行条件:停留时间为20.6 s,H2O2体积分数为10%,喷淋密度为1.72 m3·(m2·h)-1,O3/C8H8摩尔比为0.46.采用GC-MS分析O3/H2O2气液两相高级氧化苯乙烯出口气样,研究结果表明苯甲醛(C6H5CHO)和苯甲酸(C6H5COOH)为O3/H2O2氧化苯乙烯的中间产物,并推测出苯乙烯的降解机制.     

生物滴滤塔净化含硫混合废气

利用甲硫醚(DMS)降解菌Alcaligenes sp.SY1和丙硫醇(PT)降解菌Pseudomonas putida.S-1强化生物滴滤塔(BTF)处理DMS和PT的混合废气,研究了其挂膜启动及稳定运行阶段的降解性能,并考察了该系统同时去除H2S的能力.结果表明,BTF在DMS和PT进口浓度均为50 mg·m-3,EBRT为30 s的条件下,运行11 d即可完成挂膜启动,填料上的生物量明显增加,DMS、PT的去除率分别可达到90%和100%.系统稳定运行时,DMS和PT的最大去除负荷分别为8.7 g·(m~3·h)~(-1)和12.4 g·(m~3·h)~(-1),PT的去除效果更佳.DMS和PT混合废气在降解过程中,PT对DMS的降解有较明显的抑制作用,当PT进气浓度大于51 mg·m-3时,DMS的去除效率下降.BTF还能同时有效去除H2S,当混合废气中H2S浓度达到230 mg·m-3时,H2S去除率仍能高达98%,但是115 mg·m-3以上的H2S会对DMS的降解产生不利影响.     

BiOCl/SiO2/Fe3O4复合材料可见光催化去除水中亚甲基蓝

以FeCl_3·6H_2O、FeCl_2·4H_2O、(C_2H_5)_4SiO_4、Bi(NO_3)_3·5H_2O、KCl为主要原料,采用化学共沉淀法和水热法制备了BiOCl/SiO_2/Fe_3O_4光催化剂,并对其进行EDS、TEM、XRD、FT-IR、UV-Vis表征,最后通过亚甲基蓝降解实验,研究了催化剂在合成过程中pH及催化剂投加量对其光催化性能的影响.结果表明,在pH=6、催化剂初始投加量为0.5 g·L~(-1)时,对亚甲基蓝的可见光催化效果最佳,光照120 min后对10 mg·L~(-1)的亚甲基蓝溶液的脱色率达到93.2%.BiOCl/SiO_2/Fe_3O_4经过简单的无水乙醇和水洗后,可高效重复利用4次.综合表明,BiOCl/SiO_2/Fe_3O_4是一种在处理染料废水中具有应用前景的磁性光催化剂.     

GAC-O3/H2O2体系去除准好氧矿化垃圾床渗滤液尾水中难降解有机物的研究

为了降低准好氧矿化垃圾床渗滤液尾水中有机物浓度和提高体系可生化性,构建了GAC(粒状活性炭)-O_3/H_2O_2体系催化降解矿化垃圾床渗滤液尾水中有机物.同时,考察了体系O_3、GAC和H_2O_2投加量、初始pH值对GAC-O_3/H_2O_2体系处理渗滤液尾水的影响,并使用分子量分布、紫外-可见光谱和三维荧光光谱解析了难降解有机物在GAC-O_3/H_2O_2体系的转化机制.结果表明:在GAC投加量为10 g·L-1,O_3投加量为32.16 mg·min-1,H_2O_2投加量为3 m L·L-1,初始pH值为5的条件下,反应20 min后,其渗滤液尾水的COD和UV245分别从700.08 mg·L~(-1)和0.488下降到393.85 mg·L~(-1)和0.244,COD和UV254的去除率分别为43.80%和50.00%.经GAC-O_3/H_2O_2体系处理后,得益于含芳香环有机物的有效降解,渗滤液尾水中大分子有机物(大于50 k Da)明显减少,分子量小于1 k Da的有机物比例增多.与此同时,紫外区类富里酸荧光区及可见光区类富里酸荧光区峰值也大幅降低,其去除率分别为70.20%和58.69%,B/C从0.04增加到0.35,这也使得废水可生化性大幅提高.     

微生物反向电渗析反应器产过氧化氢的研究

微生物反向电渗析(Microbial reverse-electrodialysis electrolysis cell, MREC)是一种通过微生物产生的电能与浓淡水盐差能耦合形成的一种新型的生物电化学技术.本文对MREC阴极回收H_2O_2的运行条件与影响因素及同步产能效应进行了研究.结果表明,浓淡水流速及浓度比是影响H_2O_2产生的关键因素.在浓淡水流速为2 mL·min~(-1)、浓/淡水比为100时,MREC可以获得最大H_2O_2产量711.4 mg·L~(-1),产H_2O_2速率达到最大33.65 mg·L~(-1)·h~(-1),阴极回收率为19.77%.同时,对应的产电性能达到1.25 W·m~(-2).MREC反应器能够在无需施加外界能源的情况下获得较高的H_2O_2产量,为H_2O_2绿色生产提供了一条新思路.     

模拟氮沉降对内蒙古克氏针茅草原N2O排放的影响

随着工农业和社会的快速发展,我国成为全世界氮沉降最高的国家之一,温带草原地区的氮沉降水平局部可能超过3g·(m~2·a)~(-1).为研究氮沉降对我国典型草原生态系统氮循环的影响,在内蒙古太仆寺旗的克氏针茅草原,对土壤氧化亚氮(N_2O)的排放进行了为期1 a测定;同时,对该天然草地施加Na NO_3~-N以模拟氮沉降增加,进行了6个水平:CK(对照)、N_2[2g·(m~2·a)~(-1)]、N5[5 g·(m~2·a)~(-1)]、N10[10 g·(m~2·a)~(-1)]、N_25[25 g·(m~2·a)~(-1)]和N50[50 g·(m~2·a)~(-1)]的野外控制实验.结果表明,在自然氮沉降条件下,该生态系统N_2O的排放主要取决于土壤含水量和土壤温度,通过参数拟合估计全年N_2O-N排放量为0.10 g·(m~2·a)~(-1),约为当地氮沉降量的3%.而提高氮沉降可以显著提高N_2O的排放,特别是在高氮处理下(N_25和N50),N_2O的年排放量与模拟氮沉降量呈线性关系.我国温带典型草原较高的温室气体N_2O排放值得关注.     

电晕放电与络合催化联合同时去除烟气中SO_2、NO实验研究

采用电晕放电与液相络合催化协同同时去除烟气中SO2和NO,电压、水流量、乙二胺合钴浓度、pH、SO2和NO初始浓度以及气流量对同时去除SO2和NO效率的影响进行了实验研究.结果表明:NO去除率随着放电电压、水流量、乙二胺合钴浓度、pH的增加而增加,而随SO2和NO初始浓度、烟气流量的增大而减小;SO2去除率也随放电电压,水流量的增加而增加,随烟气流量的增加而下降,但溶液pH,SO2和NO初始浓度和乙二胺合钴浓度对其影响很小.溶液中加入Mn2+和尿素能分别增强SO2和NO的去除效果.最佳条件为:电压25 kV、水流量80 L·h-1,乙二胺合钴浓度0.02 mol·L-1,烟气流量1.0 m3·h-1、尿素浓度0.02 mol·L-1,Mn2+浓度为0.02 mol·L-1时,NO和SO2去除率分别可达68%和94%,对应能量消耗分别为22.2 g·k Wh-1和75.2 g·k Wh-1.     

满足国五排放标准的柴油甲醇双燃料发动机非常规排放研究

在一台装备有电控单体泵增压中冷系统柴油机的进气管上,加装甲醇喷射装置并向进气道喷入定量的纯甲醇,结合废气再循环(EGR)技术并使用氧化催化转化器(DOC)组合微粒氧化催化器(POC)后处理系统,使其常规排放能满足国五排放法规基础上,全面研究了柴油甲醇双燃料(Diesel Methanol Dual Fuel,DMDF)发动机的非常规排放特性.在采用国五排放法规标准规定的ESC(稳态13点工况)测试方法条件下,利用FTIR(傅里叶变换红外检测法)对DMDF发动机的检测结果表明:该机非常规排放物主要为甲醇、甲醛、1,3-丁二烯、苯、甲苯和SO2,非常规排放物的全工况加权比排放为19.532 g·kW~(-1)·h~(-1),其中,甲醇的全工况加权比排放为11.395 g·kW~(-1)·h~(-1),甲醛的全工况加权比排放为5.927g·kW~(-1)·h~(-1),SO2的全工况加权比排放为0.053 g·kW~(-1)·h~(-1),其余排放物为痕量水平.在催化氧化装置处理后非常规排放物全工况加权比排放为0.115 g·kW~(-1)·h~(-1),降幅为99.41%.催化氧化装置对甲醇、1,3-丁二烯、苯和甲苯的消除率为100%,对甲醛的消除率为99.04%.