非热等离子体与催化相结合去除气相低浓度苯系物

利用串齿线-简体构成的等离子体反应器,研究了非热等离子体及其与Pt/Al2O3或Mn/Al2O3催化剂组合作用下的苯系物转化率、COx产率和O3生成情况.结果表明.苯系物转化率排序为对二甲苯＞甲苯＞苯.产生非热等离子体的放电区后接Pt/Al2O3或Mn/Al2O3催化剂可提高苯系物的转化率,并使达到相同转化率所对应的电压降低1～2kV,等离子体与催化剂之间表现出明显的协同效应.非热等离子体放电与Pt/Al2O3或Mn/Al2O3催化剂组合后也有利于苯系物向COx转化及去除放电产生的O3,可使最大COx产率从80%分别提高到86%和100%,而反应器出口的最大O3浓度则从707mg·m-3分别降至339mg·dm-3和39mg·dm-3.经过等离子体反应器、催化剂以及两者组合方式的优化,等离子体放电协同Mn/Al2O3催化剂工艺有望成为处理气相低浓度有机物的实用方法.     

铬改性分子筛催化降解三氯乙烯研究

采用等体积浸渍法制备了Cr Ox改性系列分子筛催化剂.采用XRD、H2-TPR和NH3-TPD等对所制催化剂进行分析表征,结果表明分子筛表面有铬氧化物存在,且改性的催化剂具有氧化还原性和酸性.在固定床连续反应器-气相色谱在线检测装置上考察了所制备催化剂对三氯乙烯的催化燃烧降解活性,反应空速为15000 h~(-1),氧气浓度为10%.结果表明,Cr改性氢型丝光分子筛(H-MOR)活性最优,反应温度为309℃时2.5%Cr/H-MOR对三氯乙烯转化率达90%;稳定性实验结果表明2.5%Cr/H-MOR稳定性良好,反应400 min后催化活性有轻微下降,回收后的催化剂采用TG和XRD表征,发现其上无积碳且结构无变化.     

镍基催化剂的制备及其对垃圾气化产氢的催化活性

以陶粒为载体,采用常温浸渍法制备了负载型镍基催化剂,并利用X射线衍射分析(XRD)、X射线荧光分析(XRF)、BET、环境扫描电镜-能谱仪分析(ESEM-EDX)和元素分析等对其进行了表征,该催化剂BET表面积为101.3m2/g.活性组分NiO颗粒平均粒径约为2μm,均匀分散在载体表面.并在下吸式固定床气化炉中,进行水蒸气催化气化城市生活垃圾有机组分的实验来评价镍基催化剂的催化活性.结果表明,在镍基催化剂的作用下,H2和CO含量明显增加,H2含量最高达43.22%,CO2、CH4、C2H4和C2H6.平均含量降至1%以下.催化气化过程的产氢率远远高于气化过程,最高达19.9mol H2/kg,低温段催化气化的潜在产氢率高于气化过程,但高温段低于气化过程;高温有利于气化产气中H2和CO的生成,还可以促进CH4、C2H4和C2H6的分解.催化气化过程的焦油产率、灰渣产率明显低于气化过程,特别是焦油产率降至2%以下,而产气率则高于气化过程.     

双功能钙基催化剂催化苯酚重整制氢实验研究

采用煅烧-水化法制备钙基载体CaO-C_(12)A_7,负载金属Ni和Ce,制备得到双功能钙基催化剂NiO/CaO-C_(12)A_7和NiO-CeO_2/CaOC_(12)A_7。选取苯酚作为焦油模拟物,在实验室固定床反应器中进行苯酚催化重整制氢实验研究,研究了反应温度、S/C比对产氢性能的影响以及不同温度下钙基吸附剂对CO2的吸附差异。结果表明:以C_(12)A_7作为CaO的载体,在显著提升比表面积的同时还能改善催化剂的机械强度;助剂CeO_2的添加对提升氢气产率具有一定促进作用,而对CO_2的吸附存在一定的抑制作用;随着反应温度的升高,H_2的相对浓度总体呈现先增后减的趋势,且CO_2的吸附效果在650～700℃范围内达到最佳;当以NiO-CeO_2/CaO-C_(12)A_7作为反应催化剂时,在反应温度为650℃,S/C比为3的条件下,实验效果达到最佳,此时H2的相对浓度和CO_2吸附量分别为73.09%、112 mg/g。     

利用Ethanoligenens harbinense R3连续培养的CSTR的启动与运行

采用连续流搅拌槽式反应器(CSTR)为实验装置,探讨了利用新型发酵产氢菌R3的生物制氢反应器的启动与运行情况.实验表明,维持反应器内pH在4.5左右、COD启动值为6000 mg·L-1、水力停留时间为8 h等条件,可在30 d内完成反应器内菌种对环境的适应并进入稳定运行阶段,此时系统氧化还原电位(HRT)稳定在-400mV左右.系统内的液相末端发酵产物中乙醇含量最大,占发酵产物总含量的65%,乙醇和乙酸所占比例为95%,系统呈现明显的乙醇型发酵特性.启动和运行阶段的积累产氢量为399.33 L,最大产氢量达15768.8 mL·d-1,最大氢气产率为49.94%.有机氮源可被微生物利用而无机氮源对产氢并无太大影响.使用有机氮源和磷源时积累产气量、积累产氢量和发酵液相末端产物与空白对照相比有所增大.     

基于柱状发光体悬浆式光催化反应器绝对量子产率的计算方法

与均相体系不同 ,多相光催化体系不能忽略催化剂颗粒对光子的散射 ,但严格求解光辐射传递方程在数学上是很困难的 .通常采用的输入光强计算表观量子产率的方法往往低估了真实的光量子产率 .本文针对带有柱状发光体圆筒形悬浆体系反应器 ,在做出一些合理的简化后 ,提出了一种以二氧化钛为催化剂在近紫外光辐照下多相光催化绝对量子产率的计算方法 .以苯酚为模型化合物 ,应用在典型反应器中光催化降解的实验结果 ,求得局域体积光子吸收速率 (LVRPA)在反应器内的分布 ,计算了绝对光量子产率 .表观量子产率与绝对量子产率相差7.08% ,约有1.1%输入光辐射从反应器筒壁上被淬灭 .本方法可用来评价不同催化剂或同一催化剂不同模型化合物的光催化效率 ,也为光催化反应器的设计提供了依据 .     

酸性冲击对微生物电解产氢阳极菌群影响及功能基因变化解析

微生物电解产氢工艺是借助能够直接与电极传递电子的功能菌在阳极降解有机质并将产生的电子在阴极与质子结合回收氢气能源的新技术.采用市政废水在固定外加电压相同条件下直接启动15个反应器,以葡萄糖为碳源驯化获得电极功能菌群,稳定运行1个月获得反应器稳定产氢和伴随产甲烷效能.初始稳定时采用pH为7的磷酸盐缓冲液可以获得稳定的产气量,平行反应器表现出不同的氢气和甲烷产量.最高产氢反应器的氢气转化率为32.2%,氢气产率为(3.9±0.6)mol·mol-1(以每mol葡萄糖产生的H2量(mol)计,下同);相同条件下最低产氢效率反应器的甲烷转化率则可达到48.4%.通过48 h阳极生物膜的酸性冲击试验对阳极菌群功能恢复效果进行分析,发现消除冲击10~15 d反应器的电子传递效率得到恢复,但功能菌群多样性增加,氢气与甲烷比例发生变化.最高产氢反应器氢气产率降低1.8 mol·mol-1,而甲烷增量为0.4 mol·mol-1(以每mol葡萄糖产生的CH4量(mol)计,下同).通过关键功能基因分析发现,初始产氢效能高的反应器功能菌群中电子传递功能菌优势较大;阳极功能菌群受到短暂酸性冲击后,基于细胞色素C基因的相关菌群能够较快恢复,其电子传递能力恢复更快;与碳源降解和产甲烷相关基因群落受酸性冲击后变化较为显著,甲烷增量与氢气减少量基本符合反应计量关系.     

环境卫生与卫生工程

X33 200400776 化学反硝化去除硝酸盐的试验研究/张燕(浙江大学环境工程系)…∥环境科学/中科院生态环境研究中心.-2003,24(4).-109-112 环图X-5 在间歇式完全混合反应器中,以Pb-Cu/γ- Al2O3为催化剂,对催化还原硝酸盐进行了实验研究。结果表明:在负载型金属催化剂作用下,硝酸盐能有效地被还原生成N2,总氮的去除率达80% 以上。催化剂的活性和对氮气的选择性受催化剂     

环境与清洁生产(无污染技术)

X382200600124pH5条件下生物制氢反应器的启动及运行特性/宫曼丽…(哈尔滨工业大学市政环境工程学院)∥环境科学/中科院生态环境研究中心.-2005,26(2).-177～180环图X-5采用连续流搅拌槽式反应器(CSTR),以糖蜜废水为底物,探讨了pH5条件下生物制氢反应器的启动和运行特性。结果表明,保持反应器内pH为5,污泥接种量为6g/L、COD启动负荷为7.0kg/(m3·d)、水力停留时间(HRT)为6h等条件,可在30d内完成产氢发酵菌群的驯化。此时系统氧化还原电位(ORP)稳定在-460mV～-480mV之间,系统呈明显的混合酸发酵特性。其液相末端发酵产物比例分布相…     

一株高效产氢突变体RF-9的筛选与产氢特性

以从连续流搅拌槽式反应器(CSTR)内的活性污泥中分离出的厌氧产氢菌Ethanologenens sp.ZGX4为出发菌株,经过紫外线和亚硝酸复合诱变,从大量的突变体中筛选出一株稳定的高效产氢菌株RF-9.磷酸盐浓度在120mmol/L、温度37℃、初始pH6.0、葡萄糖浓度10g/L培养条件下,RF-9的单位体积产氢量和氢气产率为139.7mmol/L和2.52mol H2/mol葡萄糖,分别是对照的1.50倍和1.43倍.在发酵时间为15h、pH4.1、细胞干重0.722g/L时,RF-9获得其最大产氢速率345mLH₂/(h·L),是对照ZGX4的1.41倍.RF-9的主要液相末端产物为乙醇和乙酸,为典型的乙醇发酵细菌,与对照相似.     

“木质素优先”策略下生物质还原催化分离技术研究进展

木质纤维素生物质是地球上最丰富的可再生碳资源，有潜力替代石油来生产清洁燃料和化工产品。当前木质素组分的高效利用很困难，木质素高值化是实现生物质全组分利用的关键。为实现生物质全组分的高值化利用，本文研究了基于“木质素优先”策略的分离机制，综述了木质纤维素还原催化分离的研究进展，探索了木质素脱除率、单酚产率和选择性及碳水化合物保留率等的影响因素，分析了生物质原料、溶剂、酸碱添加剂、催化剂和反应器对“木质素优先”策略的影响规律，提出了新型催化剂和反应器的设计思路，展望了木质素还原催化分离的研究方向。分析表明：单酚产率按照硬木→草本作物→软木顺序依次递减，醇水两相体系有利于木质素和半纤维素的提取与溶解以及纤维素结构的保留，酸的加入不仅提高木质素脱除率和单体收率还能促进半纤维素的水解，半/全流动反应器有效避免后续催化剂和碳水化合物的分离。     

Cu/MOF双功能催化剂催化乙酰丙酸制取γ-戊内酯的研究

传统化石能源的日益消耗引发了严重的能源危机和环境污染等问题,亟需开发和利用可再生能源。生物质因其资源丰富、成本低廉和清洁的特点,引起了人们的广泛关注。采用简单、高效的溶剂热方法构筑了一种金属有机框架封装金属Cu的新型复合材料,Cu/MOF-808,该催化剂中Cu原子锚定在Zr基金属有机框架MOF-808次级结构单元的缺陷位。Cu/MOF-808催化剂在较温和的反应条件下(140℃),以异丙醇为氢源,通过催化转移加氢路径,将生物质平台分子乙酰丙酸选择性加氢转化为γ-戊内酯,产率达到91.5%。溶剂影响因素结果表明,Cu/MOF-808催化剂在异丙醇中表现出最好的活性和选择性,远高于甲醇、乙醇和仲丁醇体系,主要得益于异丙醇优异的供氢能力。此外,Cu/MOF-808催化剂具有良好的稳定性和可重复利用性,在5次循环后仍能保持较高的催化活性和目标产物选择性。机理研究揭示了MOF锚定的高分散Cu金属位点和MOF中Zr簇的Lewis酸性位点的高效协同作用,促进了乙酰丙酸高效催化转化。     

不同pH下糖蜜废水的厌氧产酸发酵类型及微生物群落结构解析

为寻求厌氧产酸发酵反应器的适宜控制参数和微生物学机制,以ACR(厌氧接触式发酵制氢反应器)为试验平台,通过分阶段调控反应器的pH,考察不同pH下ACR系统的产酸发酵类型和产氢性能,并采用聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳(PCR-DGGE)技术对微生物群落结构进行了解析.以糖蜜废水为基质,以城市污水厂剩余污泥为种泥,在污泥接种量(以MLVSS计)为3.58 g/L、进水ρ(COD_Cr)为5 000 mg/L、HRT为12 h条件下,分别考察了系统在pH为6.0～6.5、5.5～6.0、5.0～5.5、4.5～5.0条件下的运行特性.结果表明,在pH为4.5～5.0时,系统中以Ethanoligenens harbinense YUAN-3为代表的产氢菌群占优,呈现典型的乙醇型发酵特征,活性污泥表现出的产氢性能最佳,其氢气转化率和污泥的比产氢速率分别为1.9 mol/mol和7.8 mmol/(g·d).在pH为5.5～6.5、5.0～5.5的条件下,Clostridium tyrobutyricum strain A1-3、Propionibacterium sp.B2M2分别成为优势菌群,系统分别呈现出丁酸型发酵、混合酸发酵类型.研究显示,随着pH的改变,系统内的产酸发酵菌群随之发生更迭,在不同pH控制水平下形成不同的顶级微生物群落结构,进而使得系统呈现出不同发酵类型和产氢性能.      

La~(3+)对产氢产甲烷厌氧反应器作用的研究

通过3个阶段的实验,第一阶段采用IC厌氧反应器做为产氢反应器的启动过程中,确定了葡萄糖进水COD为2 000 mg/L时,最佳水力停留时间为6 h。COD去除率达到34%,氢气产量达到8 L/d。第二阶段产氢产甲烷反应器的启动,产氢反应器COD去除率为31%～34%,氢气产量7.5～8 L/d,产甲烷反应器的COD去除率为83%～86%。最大比产甲烷活性493～504 m L/(g·d)。实现了同时产氢和产甲烷,达到了能源的最大产出,提高了废水处理效果,具有重要的现实意义。第三阶段稀土元素对产氢产甲烷反应器的促进作用表现在对产甲烷菌的促进,当La3+浓度为0.3 mg/L时,此时产甲烷反应器COD去除率达到最大值92%,比产甲烷活性达到520 m L/(g·d);对产氢反应器的作用不大。稀土元素进一步提高了废水处理效果和产甲烷量,将其用在废水处理中是可行并且有效的。     

CeCl3和CeO2对松木屑的催化热解作用研究

以松木屑为研究对象,分别负载CeCl₃和CeO₂两种催化剂,制备松木屑原位催化热解原料,探究不同添加比例的CeCl₃和CeO₂两种催化剂在不同热解温度下对松木屑热解产物的产率和气体组分的影响。结果表明:在CeCl₃和CeO₂两种催化剂的催化作用下均能使热解气和焦炭产率增加、焦油产率减小,且随着两种催化剂添加比例的增加,松木屑热解产物的产率和气体组分均有所变化;在650℃的热解温度下,与无催化剂相比,当CeCl₃添加比为10.0%时焦油产率降低至53.05%,下降了11.70%,当CeCl₃添加比为7.5%时热解气产率达到最大值18.58%,当CeCl₃添加比为10.0%时焦炭产率为26.85%,增加了7.48%,热解气H₂和CO₂组分的百分比含量显著增加;当CeO₂添加比为7.5%时焦油产率达到最小值59.95%,下降了4.80%,当CeO₂添加比为10.0%时热解气产率增加了2.39%,当CeO₂添加比为10.0%时焦炭产率相对较大值为21.66%,增加了2.29%,各热解气组分的百分比含量变化较小;在原位催化热解中,CeCl₃催化剂的催化效果优于CeO₂催化剂。     

厌氧活性污泥工艺生物发酵产氢能力研究

为了获得廉价氢气,开发新能源,利用厌氧活性污泥对有机废水的发酵作用制取氢气,应用研制的连续流生物制氢反应器进行试验。结果表明,碳水化合物的产氢─产酸过程是通过乙醇型发酵。在最佳运行条件下,产氢能力达0.42～0.47LH2/L·h,气体产率达0.3m^{3发酵气/kg进水COB。还探讨了COD容积负荷、搅拌器转速等运行参数对产氢能力的影响,提出了获得较高产氢能力的工程控制对策,为进一步开发生物制氢技术,实现工业化提供了依据。}     

不同底物MEC产氢潜力的研究

微生物电解池(microbial electrolysis cells,MEC)制氢技术是在传统发酵制氢中引入电解协助,克服了传统发酵制氢体系的热力学限制,使发酵末端产物挥发性有机酸能进一步转化为氢气,从而提高制氢效率。为考察不同底物MEC制氢的可行性,实验采用单池MEC反应器,在恒温35℃和电解电压为1.0 V下,以厌氧活性污泥为接种物,研究了挥发性有机酸(乙酸钠、丙酸钠和丁酸钠)、糖类化合物(葡萄糖、蔗糖和淀粉)的MEC产氢潜力。比较了Modified Gomperts模型获得各底物的动力学参数,氢气产率,及实验过程中电流,产氢潜力及能源转化率值。实验结果表明,酸挥发性有机酸与糖类化合物都能够在电解协助下产生氢气,乙酸钠、丙酸钠和丁酸钠的产氢潜力分别为40、26、48 m L/g,而葡萄糖、蔗糖和淀粉的产氢潜力分别为104、87、75 m L/g;葡萄糖、蔗糖、淀粉为底物时较乙酸钠、丙酸钠、丁酸钠更容易被降解利用产氢。     

中温和高温厌氧生物产氢反应器连续运行的研究

采用2个厌氧生物产氢反应器分别在中温(37℃)和高温(55℃)下连续运行.以河底沉积物接种,葡萄糖为基质,在CSTR中成功实现了连续中温厌氧产氢,最高产氢量达8.6L/(L·d),基质产氢摩尔比(H₂/葡萄糖)为1.98.以厌氧产甲烷颗粒污泥接种,蔗糖为基质,在UASB反应器中成功实现了连续高温厌氧产氢过程,最高产氢量达6.8L/(L·d),基质产氢摩尔比(H₂/蔗糖)为3.6.在高温UASB反应器中培养获得了灰白色的产氢颗粒污泥,平均粒径为0.8～1.2mm,沉速为30～40m/h,电镜观察发现其表层生长大量杆状细菌.对2种产氢污泥的总DNA进行提取和纯化,通过PCR扩增和DGGE分析,发现高温和中温厌氧产氢污泥中的大部分真细菌种类相同,但各自的优势菌种明显不同.     

城市生活垃圾催化气化制取富氢气体的研究

采用下吸式固定床气化炉,以煅烧白云石为催化剂水蒸气气化城市生活垃圾(MSW)有机组分,在气化温度为750~950℃,S/M(水蒸气和垃圾物料进料质量比)为0.57~1.28时,探讨了催化剂种类、气化温度和S/M等因素对富氢气体成分、产氢率、潜在产氢率、低位热值和碳转化率等的影响。较高气化温度有利于富氢气体的生成,增加碳转化率和产气率,但会降低富氢气体的热值;在实验条件下,富氢气体中H2体积分数最高达53.29%,产氢率达到7.13~46.52mol/kg,潜在产氢率为55.48~90.11mol/kg;镍基催化剂催化效果优于煅烧白云石,能大幅增加H2含量,使焦油在850℃以上完全分解。     

TiO_2/ACF光催化反应器的设计及降解苯酚的研究

以硫酸钛为原料,活性炭纤维(ACF)为载体,通过水解法制备出光催化剂(TiO2/ACF)。利用SEM、XRD等技术对其进行表征确认,ACF表面负载有大量以锐钛矿型为主的TiO2。在考虑工艺操作的应用性,以及反应器中的光-固(催化剂)-液(反应器溶液)-气(空气)等各要素之间的良好接触和匹配关系的情况下,设计、制作光催化氧化反应器。以主波长为254 nm的紫外灯作为光源,利用制备的TiO2/ACF光催化降解苯酚溶液,考察了动态条件下苯酚的去除效果。结果表明:在苯酚初始质量浓度为40 mg/L,废水pH=7.5,反应器内紫外灯光强为1.75 W/L,通入空气量Q=2.6 mL/(min.L)的情况下,当废水在反应器内HRT约为7.67 h时,苯酚去除率可达91%,COD去除率约为79%。