太阳能光合生物连续制氢系统的能量平衡研究

介绍太阳能光合生物连续制氢系统的组成结构和基本工作原理,依据能量守恒定律提出光合生物连续制氢系统的能量平衡模型及其分析方法,指出该系统的能量有效利用率小于17.5%,进一步从太阳能辐射的光谱耦合技术、高表面积比的光合生物反应器结构、迅速搅拌技术、均匀分散光照技术、光合细菌和藻类生物混合培养技术和微生物浓度优化等方面探索了提高光合生物连续制氢系统能量利用率和节能减耗途径,为推进光合生物制氢技术应用的工业化进程提供科学参考.     

封存过程中CO2流体与煤中矿物作用关系研究进展

利用深部煤层封存二氧化碳(CO2),既能减排主要人为温室气体CO2,又能同步开采煤层气(主要成分为甲烷,即CH4)。在适宜CO2封存的含煤储层条件下,CO2属于超临界流体,其易与煤中部分无机矿物发生作用,进而改变煤的理化性质,最终影响煤层的CO2封存效果。为此,归纳了煤中易与CO2发生作用的矿物分布特征,分析了CO2与矿物间的作用规律及其对煤理化性质的影响,并指出了后续研究方向。结果表明,煤中易与CO2流体发生作用的无机矿物主要包括碳酸盐矿物和黏土矿物。上述矿物的分布与煤变质程度和沉积环境有关。在封存过程中,超临界CO2流体与煤中矿物间的作用会改变煤体孔隙结构、煤的CO2吸附能力和含煤储层渗透率。针对CO2与煤中矿物的作用关系,后续需开展以下研究:CO2流体与煤中矿物之间的微观作用机理;CO2流体与煤层顶底板中主要无机矿物的作用规律;实际储层条件(温度、压力和地应力等)对CO2与矿物之间作用关系的影响;CO2与矿物之间的相互作用对同步采收CH4的影响。     

鸟粪石结晶法去除某粮食发酵废水中磷的研究

由于某粮食发酵废水中NH_4~+、PO_4~(3-)、Mg~(2+)的物质的量比约为60∶3∶2,水质偏中性,水温适宜形成鸟粪石结晶沉淀(MgNH_4PO_4·6H2O),在厂区管道内积累了大量鸟粪石及其他类型的沉淀,阻碍了厂区对污水的正常处理。为了解决这个问题,采用鸟粪石结晶法去除该粮食发酵废水中的无机磷,在污水进入下一工艺前降低污水氮、磷负荷,回收反应得到的沉淀物。采用单因素法研究了pH值、镁盐对鸟粪石结晶法去除此粮食发酵废水中无机磷效果的影响。结果表明,以MgCl_2·6H_2O为镁盐,控制废水终点pH=9,n(Mg)∶n(P)=1.38,在正常水温下以100 r/min搅拌反应20 min,无机磷从100 mg/L降至7.75 mg/L,去除率达92.25%,氨氮质量浓度从499.67 mg/L降低至398.11 mg/L,去除率达20.38%。对试验得到的结晶沉淀物进行了定量与定性分析,结晶沉淀的主要成分是晶型结构较好的鸟粪石沉淀,鸟粪石纯度可达89.14%。     

一种炼焦煤尾煤热重动力学分析及热解产富氢气体

基于热重分析试验和固定床热解试验,研究了升温速率和温度对高矿物质含量的炼焦煤尾煤热解特性的影响.尾煤热解过程可分为室温～400℃、400～600℃及600～950℃3个阶段.采用CoatsRedfern积分法拟合计算了尾煤热解的动力学参数,表明炼焦煤尾煤热解反应过程可以用3个二级反应进行描述,其热解反应活化能介于22.6～66.2 kJ/mol.固定床试验结果表明,温度对尾煤挥发分的析出有重要影响,高温有利于尾煤中高分子有机组成裂解和挥发分析出,最终决定了尾煤的热解反应进程.600℃前气体缓慢析出,之后,随温度升高,气体产量和热值增加显著,H2和CO随温度升高而增加,CH4和CO2先增加后减少.H2在600℃前析出缓慢,600℃后大量析出,在900℃左右达到最大析出量,贯穿整个反应过程.CO在900℃左右达到最大析出量;CH4和CO2在800℃左右达到最大值,之后开始下降.终温950℃时,30 g尾煤热解产气4 300 mL,H2产量1 722mL;焦煤产气7 950 mL,H2产量2 716 mL.尾煤热解富H2体产量达焦煤热解气产量的54％,具有较高的再利用价值.     

重庆园博园龙景湖水体中无机硫分布特征及有机质的影响

龙景湖是一个新建的人工深水湖,夏秋季节由于H2S等产生的黑臭问题严重阻碍了园区的发展。对龙景湖沉积物、孔隙水和上覆水的无机硫、有机质进行了研究。结果表明:上覆水和孔隙水中硫酸盐(SO2-4)质量浓度分别为10.20~76.87 mg/L、7.13~20.45 mg/L,总有机碳(TOC)质量浓度分别为89.00~164.08 mg/L、12.81~116.20 mg/L,上覆水中溶解性硫化物质量浓度为16.32~64.21 mg/L;沉积物中酸挥发性硫化物(AVS)质量比为100.90~311.83 mg/kg,铬还原硫化物(CRS)质量比为106.01~471.53 mg/kg,元素硫(ES)质量比为57.87~351.63 mg/kg。上覆水中SO2-4和S2-沿深度方向分别增加和减少,沉积物中3类还原态硫(AVS、CRS、ES)沿深度方向均先增加后减少,且质量比从大到小为CRS、AVS、ES。上覆水中TOC充足,SO2-4(X)与TOC(Y)的质量浓度成反比(Y=-0.637X+147.73),SO2-4是硫酸盐还原过程的控制因素;孔隙水中SO2-4与TOC的质量浓度成正比(Y=3.1385X+14.061),TOC含量和生物有效性为SO2-4还原过程的控制因素。研究表明,原龙景水库、凌云桥等位置SO2-4还原性最强,是湖水夏秋季节产生黑臭问题的潜在位置。     

不同配置人工湿地对分散性生活污水的处理效能研究

为研究不同植物及组合(美人蕉+黄菖蒲、花叶芦竹、黄菖蒲、旱伞草)与不同填料(陶粒、沸石、改性沸石、改性钢渣)对系统处理分散性生活污水效能的影响,建立了8种不同配置的潜流式人工湿地中试系统。结果表明,各湿地对COD均具有较好的去除效果(去除率大于70%)。旱伞草、黄菖蒲+美人蕉、黄菖蒲和花叶芦竹四植物系统对TN的去除率均呈先降低后上升的趋势,最终平均去除率分别为57.8%、51.1%、50.4%和45.5%。改性沸石、沸石、陶粒和改性钢渣填料系统对TN平均去除率分别为96.4%、83.7%、34.6%和26.6%。各植物系统对TP的去除效果差异不显著,其中旱伞草系统TP平均去除负荷最大(0.63 g/(d·m2))。各填料对TP的去除效果从大到小依次为改性钢渣、改性沸石、陶粒、沸石,改性钢渣和改性沸石对TP的去除能力显著高于陶粒和沸石,平均去除率达86.3%和78.8%。研究表明,分别采用旱伞草和改性沸石为湿地植物和填料具有较好的应用前景。     

基于能量理论的煤与瓦斯突出机理探讨

为研究煤与瓦斯突出的力学机理和能量来源,根据理想气体状态方程,推导了采场围岩瓦斯突出过程中的瓦斯压力、瓦斯含量与对外做功的关系,基于弹塑性力学,阐明了岩体弹塑性状态转化前后应变能释放机理。研究结果表明:煤与瓦斯突出是瓦斯势能与煤岩体弹性能共同作用并转化为煤岩体动能的结果;瓦斯势能释放值与释放路径无关,而与瓦斯压力和瓦斯含量相关,与煤壁前方塑性区扩展规模相关;将其应用至1次特大型煤与瓦斯突出事故中,核算的突出煤量、瓦斯含量和煤体抛出速度基本吻合于实际结果;基于理论分析提出了煤与瓦斯突出的3项防治措施,一是通过钻孔卸压或瓦斯抽放减小瓦斯压力,二是增加极限平衡区距离或减小截深,三是避免高瓦斯巷道或工作面出现蝶形塑性破坏。     

液相色谱柱前衍生法检测水中无机一氯胺研究

采用高效液相色谱柱前衍生法建立了水中无机一氯胺(NH2Cl)的检测方法,该方法可以有效区分水中的无机氯胺和有机氯胺。以2-巯基苯并噻唑(2-MBTZ)作为衍生剂,以乙腈和水作为淋洗液,选取Sun FireTMC18分析柱,发现无机一氯胺的衍生产物(2-MBTZNH2)得到了良好的分离。结果表明,在优化衍生反应时间、衍生剂投加量和衍生反应温度条件下,无机一氯胺质量浓度与衍生产物峰面积在0.10~10.00 mg/L的范围内具有良好的线性关系(R2=0.999)。采用液相色谱柱前衍生法测定无机一氯胺的精密度为2.5%~3.4%,检出限为0.013 mg/L,在已知无机一氯胺质量浓度(0.26 mg/L)水样中的加标回收率为93.5%~113.4%,在实际水样中的加标回收率92.6%~106.0%。研究表明,该液相色谱柱前衍生法操作简单方便,测定的无机一氯胺浓度与衍生产物峰面积具有良好的线性关系,同时具有较好的精密度和加标回收率,可用于水中无机一氯胺的分析和检测。     

两种Keggin型有机-无机混配物的结构及催化消除甲醇的研究

为了寻找高效消除挥发性有机污染物的新材料,克服单纯杂多酸催化剂催化性能低、稳定性差的缺点,采用水热法合成了两种新的具有Keggin型杂多酸骨架的有机-无机混配配合物单晶,分别为(4-C6H7N)2(4-C6H8N)3PW12O40·H2O(配合物1)和(4-C5H7N2)3(PW12O40) ·5H2O(配合物2),用X-射线单晶衍射、红外光谱、紫外光谱、差热-热重进行了表征.配合物1和2由1个Keggin型PW12O40阴离子与有机配体4-甲基吡啶或4-氨基吡啶组成,并通过广泛的氢键作用在空间上无限延展形成超分子网络结构.配合物1为单斜晶系,晶胞参数为:a=16.0569(10)(A),b=19.8781(17)(A),c=18.4728(15)(A),α=90.00°,β=98.384(7)°,γ=90.00°.配合物2为单斜晶系,晶胞参数为:a=11.8880(9)(A),b=20.0148(15)(A),c=25.495(2)(A),α=90.00°,β=96.279(5)°,γ=90.00°.在流动催化反应体系中,探讨了该两种配合物催化消除甲醇的能力.体系流速为10mL/min,甲醇初始质量浓度为3.0g/m3,配合物1在150℃时对甲醇的消除率达到85.25％,配合物2在140℃对甲醇的消除率达到53.00％.     

湿电除尘器PM2.5现场实测与特征变化研究

基于稀释通道原理自设固定源PM2.5稀释采集系统,应用该系统对陕西省关中地区某燃煤电厂湿式电除尘器(WESP)进出口烟气中的PM2.5、PM10和颗粒物开展了现场实测,并在实验室对采集样品进行了化学源组分分析。结果表明:WESP对PM2.5、PM10和颗粒物的脱除效率分别为67.85%、43.57%、40.88%;WESP前后质量浓度峰值均出现在积聚模态,但由双峰(1.764μm、0.649μm)变成单峰(1.764μm),峰值移至大粒径段,数浓度峰值出现在爱根核模态和积聚模态,但由多峰(0.017μm、0.129μm、0.384μm、1.764μm)变成双峰(0.017μm、0.073μm),峰值移至小粒径段;经WESP,PM2.5积聚模态大多粒径段颗粒物的质量浓度与数浓度均在下降,爱根核模态大多粒径段颗粒物的质量浓度与数浓度均在上升,无论是WESP前或后,PM2.5的主要质量浓度均集中在大粒径段、主要数浓度均集中在小粒径段;WESP对PM2.5中大粒径段颗粒物的去除效果要优于小粒径段颗粒物;WESP对PM2.5中全部已检出离子和大部分主要无机元素均具有去除作用,占离子总质量比重最高的SO42-和占元素总质量比重第5位的Mg去除率均最高(64.75%,接近100%);经WESP处理后,各检出离子的质量浓度大小排序未受任何影响(由大到小为SO4^2-、Na^+、Ca^2+、Cl^-、NO3^-、F^-、Mg^2+、NO2^-、NH4^+、K^+)。     

镁厂回转窑除尘系统防燃防爆措施

镁厂忽视回转窑除尘系统的防燃防爆措施,已发生多起燃爆事故。本文提出多种防止燃爆的措施,实施后效果良好。     

配置SCR的柴油货车道路运行NOx排放分析

为了研究重型柴油货车在不同道路运行工况下的NO_x排放特性,以一辆配置选择催化还原(Selective CatalyticReduction,SCR)净化系统的国V排放标准的重型柴油货车为研究对象,开展实际道路运行车载排放测试,通过车载排放测试系统实时采集车辆行驶速度、NO_x排放体积分数与排气温度等数据,分析车速、排气温度、路况等对NO_x排放的影响。结果表明,车速低于40 km/h,NO_x排放随车速增大稍有增加; 40～70 km/h,随车速增大NO_x排放降低;高于70 km/h,随车速增大NO_x排放显著降低。车速与排气温度呈线性正相关,排气温度高于150℃,SCR才能显示出对NO_x的净化效果。市区工况车速低,排温低于150℃,SCR不能有效工作;市郊、高速工况下排温高于150℃,SCR催化效率提高,车速增大,排温升高,NO_x排放降低,因此NO_x排放市郊工况低于市区工况,高速工况低于市郊工况。配置SCR的重型柴油货车NO_x高排放区主要集中在中低车速、加速区间内。     

多孔材料改性聚醚嵌段酰胺复合膜分离油气研究

油气在空气中挥发到极限会发生剧烈爆炸,用膜分离技术回收有机气体可以降低危险发生概率。膜分离油气的能力主要受通量和分离系数影响。采用微孔材料Silicalite-1分子筛和介孔材料MCM-41分子筛分别对聚醚嵌段酰胺(PEBA)复合膜进行改性研究。结果显示：两种分子筛在改性PEBA复合膜时,功能层旋涂得相比未改性的更薄,从而产生更高的有机气体通量;分子筛增强了膜的疏水性,使有机气体更易吸附在膜表面。PEBA/MCM-41和PEBA/Silicalite-1改性膜都能有效地增强气体的渗透性和选择性,且低温有利于油气分离。加入介孔分子筛MCM-41的主要分离机理是Knudsen扩散,可使小分子油气的分离系数显著提高,相比未改性的膜可提高近16倍;加入微孔分子筛Silicalite-1的主要分离机理是溶解扩散,可使大分子的分离系数明显提高,相比未改性的膜大约提高6倍。     

无机磷化合物对煤自燃的阻化作用研究

为减少及控制煤矿井下自然发火现象,利用实验对比分析在15%,17%,20% 3种不同浓度下的磷酸二氢钠、次亚磷酸钠、磷酸三钠和磷酸铝对荆各庄气煤的阻化作用及效果。通过程序升温-气相色谱联机实验,对比分析原煤样与阻化煤样程序升温过程中CO气体释放规律,发现20%次亚磷酸钠、20%磷酸二氢钠、15%磷酸三钠以及20%磷酸铝阻化效果最好;傅里叶红外光谱实验对比分析原煤样与阻化煤样的分子结构,随着温度的升高分解出的次亚磷酸根和磷酸二氢根可以维持苯环的稳定,磷酸三钠分解的磷酸根与甲基及亚甲基中的H+进行结合,生成具有还原性的酸;利用电子自旋共振实验分析原煤样与阻化煤样的自由基随着温度变化规律,随着温度的升高阻化煤样的自由基浓度低于原煤样,阻化剂的添加改变了煤内部结构,使g因子值呈现出下降的趋势;通过综合热分析仪发现在燃烧阶段加入次亚磷酸钠和磷酸三钠可提高煤分子中较稳定结构裂解所需能量,从而使煤-氧化学反应出现一定的延迟。通过实验筛选出20%次亚磷酸对气煤的阻化效果最好。研究成果对预防或减少矿井自然发火具有重要的指导意义。     

瓦斯压力对煤与瓦斯射流突出能量的影响

瓦斯压力是煤与瓦斯突出的主要动力源,其与突出能量的关系尚不明确。将煤与瓦斯突出视为煤-瓦斯气固两相射流突出,在分析煤与瓦斯射流突出过程的基础上,建立了煤与瓦斯射流突出数值模型,给出了突出能量表达式。通过理论分析、数值模拟相结合,得到了瓦斯压力对煤与瓦斯突出能量、突出强度、瓦斯涌出量等参数的影响规律。结果表明,突出发生时,突出能量具有波动性,即以突出口为界存在能量集聚骤升区和能量释放衰减区。能量集聚骤升发生在突出孔洞至突出口段,瓦斯-煤两相流突出速度成倍增大;能量释放主要发生在突出口附近和巷道中,瓦斯-煤两相流突出速度逐渐减小。煤与瓦斯射流突出产生强烈涡旋,在顶板、底板处尤为显著,与现场观察到的突出后顶板有摩擦和划痕、底板突出煤粉有分选现象一致。瓦斯压力与突出能量间呈线性增加关系,与突出强度和瓦斯涌出量均呈幂指数增加关系。计算得到的煤与瓦斯射流突出能量量级与前人结论基本吻合,结果可为煤与瓦斯突出能量预测提供参考。     

汽煤柴油油气在细砂中的扩散规律研究

在石油开采、加工、储存和运输过程中泄漏或渗漏频频发生,对生态环境造成严重损害,研究汽煤柴油油气在细砂中的扩散规律对及时处置和评估污染事件具有一定的现实意义。通过对一维条件下Fick第二定律的求解,得到扩散系数的求解方程。由试验和曲线拟合得到汽煤柴油油气在细砂中的扩散系数。采用MATLAB PDE工具箱对汽煤柴油油气的二维扩散方程进行了数值求解。说明了数值计算结果与实际试验结果存在差异的原因,即逐渐增大油浸体的重要影响,指出下一步研究要考虑含水量对扩散的影响。最后分析了汽煤柴油油气在细砂中的扩散规律,结果表明:1)随着时间的推移,挥发物会向四周非均匀地扩散,在以挥发源为圆心的圆周上油气体积比相等;2)经过相同时间的扩散后,汽油油气的扩散半径最大,航煤次之,柴油最小,这与3种油气在砂层中的有效扩散系数逐渐递减密切相关;3)3种油气扩散半径与时间的关系均可以用乘幂函数来表示,并且曲线拟合的相关程度都很高。     

"增湿法-电收尘"技术在水泥厂回转窑上的应用

增湿塔对回转窑烟气和粉尘特性的改变可大大提高单用电收尘器的除尘效率 ,即使水泥厂回转窑出口粉尘浓度高达 6 0g/m3,通过使用该除尘系统也能达标     

大型回转窑托轮轴疲劳断裂分析与防治

回转窑由于其支承载荷分配不均 ,托轮轴疲劳断裂现象频繁 ,这就严重影响了生产的正常进行 ,造成重大的经济损失。笔者通过对回转窑的托轮轴进行力学分析 ,导出托轮轴等效对称循环应力幅的计算方法 ;对现场回转窑进行分析计算 ,得出该窑托轮轴危险截面等效应力幅与所受载荷的线性关系 ,从而得到托轮轴疲劳极限对应的载荷值和一些重要结论 ;提出通过轴线检测和调整来控制托轮所受载荷 ,使托轮轴处在疲劳极限下运行 ,从而减少托轮断轴事故带来的重大损失 ,有着较好的经济效益     

基于最小能量原理的矿井通风优化研究

本文将矿井通风优化分为两类。第一类优化问题，是网络优化；第二类优化问题，是原理方案优化。给出了矿井通风优化的基本问题、步骤和程序。优化的目标是对拟定的各系统方案得出一个最优的技术经济参数方案。基于最小能量原理，通过将矿井通风网络平衡方程化成等价的非线性规划问题，认为矿井通风网络平衡时，各分支的损失能量之和为最小，给出了网络平衡方程解的存在唯一性结论，指出用节点法求解网络平衡方程的能量意义，并以例题说明这些结果。     

电催化氧化降解水中磺胺嘧啶的研究

为了解并优化电化学方法对水体中磺胺类药物的去除效果,以Ir O2-Ru O2/Ti为阳极,不锈钢为阴极,Na2SO4为电解质,电催化氧化降解模拟废水中的磺胺嘧啶(Sulfadiazine,SD),反应时间为240min。探讨了SD初始质量浓度、电流密度、p H值、电解质浓度及电极板间距对电催化降解SD效率的影响,并利用HPLC-MS分析降解产物。结果表明,电催化氧化可有效去除水中的SD。升高初始质量浓度、电流密度、极板间距可提高SD降解速率,初始质量浓度由15 mg/L升高到50 mg/L时,去除率降低了9.2%;电流密度从5 m A/cm2升高到15 m A/cm2,去除率增加了38.1%,电流密度大于15 m A/cm2时其对去除率的影响不明显;极板间距由2 cm增加到4 cm,去除率增加了12.2%;酸性条件降解效果最好,碱性对SD去除率略有抑制,p H值为1和13相比于p H值为7时去除率分别增加9.9%及降低4%;电解质浓度(≤0.05 mol/L)与SD降解速率呈负相关,电解质浓度大于0.05 mol/L时,对去除率影响不明显。降解主要基于·OH的氧化过程,生成4-(2-氨基嘧啶-l(2H)-基)苯胺中间产物,过程遵循一级反应动力学模型。