城市污泥两段式催化热解制合成气研究

为了把城市污泥中温热解产生的挥发性产物转化为可直接利用的洁净可燃性气体或重要的化工原料合成气,采用两段式热解装置对城市污泥进行了催化热解实验研究,讨论了不同催化剂对城市污泥热解挥发性产物的催化裂解能力,结果表明:城市污泥在热解终温500℃,热解液产率最大,超过500℃,热解液产率减少,热解气增多,固相产率基本不变;城市污泥热解液的裂解温度需在900℃以上,产生的气体组分主要为H2、CO、CH4等小分子非冷凝性气体;Ni/分子筛复合催化剂对热解液转化为合成气的作用效果较好,合成气体(H2+CO)体积含量占气体总量的85%以上.     

气氛对快速催化热解生物质的影响

通过测定两种气氛下(氮气和二氧化碳)的催化热解(HZSM-5为催化剂)的产率,并利用气质联用仪(GC/MS)分析热解油的成分,研究这两种热解气氛对快速催化热解生物质(玉米杆)的产率和液体产物的影响差异。结果表明:改变热解气氛对结果产生明显影响,CO2气氛对催化热解不利,该气氛下的固液气产率分别为30.30%,37.89%,31.81%,CO2促使快速催化热解的液体产量降低,促进水相产物的生成。对催化热解油的分析发现CO2气氛抑制了HZSM-5的去氧和芳香化催化作用,同时促进稠环芳烃的生成,使产物结构复杂化。     

微波热解污泥燃气释放影响因素及热解动力学分析

微波热解城市污水污泥可实现污泥资源化、减量化目标。城市污水污泥微波热解后产生大量能源气体H2和CO。运用气相色谱技术检测H2和CO的含量,研究了热解终温、污泥含水率、矿物催化剂对污泥微波热解过程中能源气体产率的影响,结合热重分析对热解过程进行了动力学分析。结果表明:随着热解终温升高,2种燃气产率均有所提高,800℃时,1 kg干污泥产生29.02 g H2以及302.72 g CO,两者体积之和占气体总体积的58%;污泥含水率越高,气体产率越高,但是达到90%含水率时,热解过程无法进行。镍基催化剂和白云石对能源气体产率均有促进作用,800℃时,镍基催化剂可使H2和CO产率提高到60%,对CxHy产率提高效果不明显;利用一级反应动力学方程对污泥热重结果进行分析,计算出热解动力学参数。     

初温和终温对废轮胎热解产物分布影响

以热重分析和固定床热解实验为基础,研究初温和终温对废轮胎热解产率及气相产物特性影响。实验结果表明:废轮胎的热解过程存在两个主要失重过程,第一失重温度区间为200～500℃,第二失重温度区间为650～800℃;升温速率仅改变了热解的最大失重速率,并未改变废轮胎最终热解失重率。固定床实验表明:初始温度低于100℃时,废轮胎在800℃时热解已基本结束;当终温为800℃,初始温度在100～550℃范围内时,随着初始温度的提高,固、气两相产物产率均提高,而液相产物产率降低;其中气相中H2、CO、CH4的含量高于初始温度小于100℃时的含量;分析认为:可通过调节热解的初始温度调节废轮胎热解在不同热解阶段的时间分配,适当提高热解初始温度有利于提高整个热解过程中的时间利用效率、改变废轮胎热解产物的分布;废轮胎热解气化的最佳温度区间为500～800℃。     

水体疏浚底泥利用现状与能源化利用

我国河湖众多,水体疏浚底泥具有污染物含量较高、成分复杂、量大的特点。介绍了国内疏浚底泥利用现状,提出了能源化利用底泥处理方向。热解技术具有处理彻底、固化重金属、基本无污染气体排放、可进行能源回收等优点,而催化热解能够促进提高底泥热解效率并控制反应产物分布。通过对底泥添加合适金属氧化物催化剂后进行热解处理,发现在热解低温段（<300℃）,添加催化剂剂量>2%时,热解气态产物中氢占比可提高约50%。催化热解后固相产物热解半焦的产率为40%~45%,热解处理后底泥减容效果好。     

不同催化剂对污泥热解特性的影响及机理分析

为提高污泥资源化,进一步实现污泥热解产物利用的多元化,探究了经机械化学预处理后,CaO、CaO-半焦和半焦3种不同催化体系对污泥快速热解产物特性的影响。结果表明:CaO催化体系下,H_2产率较原污泥提高了80%,通过TG-DTG、FTIR分析发现,添加CaO有助于热解过程中发生固碳反应和CO_2的原位释放,利于CO、H_2生成和半焦产率的降低;采用适量半焦与CaO混合作为催化剂,可以优化热解气品质,显著提高H_2占比,体积分数达到44. 21%,同时促进焦油产生,为后续焦油二次裂解产气提供新思路;完全以半焦为催化剂有利于热解后焦炭孔隙和比表面积的增加,使其具备开发为吸附材料和负载型催化材料的潜力。     

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。     

餐厨垃圾水热炭化产物分配规律及液固产物特性研究

以实采餐厨垃圾为对象,探究了3种反应强度("温和"180℃-1h、"中等"220℃-2h和"剧烈"260℃-4h)下餐厨垃圾水热炭化三相产物分配规律及液固产物特性.结果表明,反应强度显著影响产物分配.随反应强度提升,固相产物(水热炭)产率先上升后下降;液相产物(炭化液)产率先降低后趋于稳定;而气相产物产率持续上升.但无...     

木薯茎低温热解及产物特性研究

为探讨木薯茎低温热解特性,采用热重分析仪、固定床热解实验等对木薯茎低温热解过程进行了研究。结果表明,木薯茎热解可分为脱水、热解、炭化3个阶段;在热解终温为400~700℃范围内,木薯茎的固体产物随温度升高而持续降低,气体产物则随温度升高而不断增大,液体产率先增大后减小,在600℃木薯茎热解液体产率达到最大值45.6%;随后采用红外分析、气相色谱仪、扫描电镜等设备对热解后的液、气、固产物进行分析。结果表明,在热解终温为600℃时,木薯茎热解液的p H值低、氧含量高、热值低,其值分别为2.7~3.1、56.70%、15.3 MJ/kg,红外分析表明木薯茎热解液含较多的酚、醇、羧酸;木薯茎热解气体产物经气相色谱分析主要为CO2、CO、CH4和H2所占比例分别为61.10%、23.74%、10.03%和2.23%;木薯茎热解固体产物中挥发分较低,焦的比表面积为54.12 m2/g。     

废轮胎的热解及其产物分析

研究了废轮胎热解产生的三相 (气、液、固 )产率与裂解温度的关系 ,气相组成与温度的关系 ,以及氢氧化钠作为催化剂加入热解体系对三相产率和气体组成的影响 .实验表明 ,轮胎橡胶的热稳定性分为 :～ 200℃,200℃～300℃及300℃以上3个区域 .在200℃以上时 ,随着温度升高 ,固体产率减少 ,气体产率增加 ,液体产物的产率在 500℃左右出现一个峰值 .加入 4%NaOH作催化剂以后 ,在相同的温度下固态碳黑和液态油的产率均有所提高 ,而相应混合气的产率降低 .实验确定了所用混合胶粉主要为合成橡胶 .不同温度下热解所产生的液体产物的红外谱图及裂解色谱图表明 ,300℃时主要是助剂分解,400℃左右主要是聚异戊二烯(天然胶)开始裂解,600℃以上残留物开始裂解.     

废旧阴极-赤泥协同处理烧结熟料的溶出性能

采用XRF,ICP-MS,XRD及SEM-EDS检测手段,研究了废旧阴极-赤泥高温协同处理所得熟料的溶出性能.结果表明,Na₂CO₃浓度,温度,时间及液固比因素对Al₂O₃,Na₂O溶出率TFe₂O₃的富集效果的影响趋势一致.最适宜溶出条件为：Na₂CO₃ 30g/L,温度50℃,时间30min,液固比8.该条件下,熟料中Al₂O₃和Na₂O溶出率分别高达为87.41%和92.51%;相应的SiO₂和CaO溶出率仅为3.02%和0.36%,铁矿物几乎不溶.溶出渣中的TFe₂O₃含量从熟料中23.64%提高到39.89%,研究表明溶出工艺同步实现了熟料中铝、钠的回收和铁的富集.再者,处理后溶出渣较熟料减量近16%（以铝和钠溶出率测算）,且属于非危险性废物.     

调理剂对多环芳烃污染黏性土壤热脱附的影响

黏性土壤具有颗粒细小和通透性弱等特点,会影响受多环芳烃(PAHs)污染的黏性土壤的热脱附效率,因此本研究选择6种调理剂(CaO、MgO、Al₂O₃、Fe₂O₃、K₂CO₃和沸石)来改良黏性土壤,考察调理剂对PAHs污染黏性土壤热脱附的影响,分析了调理剂对黏性土壤塑性指数、pH、阳离子交换量、粒径的影响,探讨了调理剂对PAHs污染黏性土壤热脱附的影响机制.结果表明：(1)添加6种调理剂均提高了PAHs污染黏性土壤的热脱附效率,可有效去除总PAHs,并显著降低超标物质苯并[a]蒽(Baa)和苯并[a]芘(Bap)的残留浓度,其中在添加10%CaO条件下,总PAHs去除率最高,达97.48%.(2)分别添加6%的CaO、MgO、K₂CO₃调理剂后,黏性土壤塑性指数由18.55%分别降至14.38%、13.58%和15.25%,但添加Al₂O₃、Fe₂O<...     

非均相Fenton处理有机磷农药污染场地抽出地下水效能及影响因素

比较了不同非均相Fenton催化剂处理高浓度有机磷农药污染场地抽出地下水的COD、TP去除率以及污泥产率的差异,探究了H₂O₂投加量、非均相催化剂装填量、pH对反应效能的影响,并利用扫描电子显微镜(SEM),X射线能谱(EDS)等技术,分析了反应前后非均相催化剂表面结构特征与成分组成。结果表明:Fe₂O₃/Al₂O₃非均相催化剂具有较高的比表面积与负载Fe含量,反应后材料表面有Fe元素沉积。以Fe₂O₃/Al₂O₃、Al₂O₃、Fe₂O₃/SiO₂-Al₂O₃作为催化剂的非均相Fenton反应,其COD、TP去除率分别可达到84.72%、74.10%、75.98%与88.48%、82.80%、85.83%,均高于无固体催化剂的均相Fenton反应。ρ(H₂O₂)/ρ(COD)=0.5~2.0时,COD与TP去除率随H₂O₂投加量的增加而提升,并与非均相催化剂装填量呈正相关。同时,非均相催化剂的投加可显著降低污泥产率,扩大反应体系有效pH范围。     

碱度类型及浓度对剩余污泥中温厌氧消化的影响

为了探究不同碱度物质（Na₂CO₃、KHCO₃、NaHCO₃）和浓度范围（2000,3000,4000mg/L）（以CaCO₃计）对中温厌氧消化系统的影响,采用了密封的半连续搅拌反应器进行批次试验.综合反应器运行与微生物高通量测序分析,结果表明在3种不同碱度类型中Na₂CO₃能推进水解酸化过程,而在产气减量方面NaHCO₃表现更为突出,说明在调节系统碱度时,Na₂CO₃更易促进水解酸化这一限速阶段,而NaHCO₃能使水解酸化细菌与产甲烷菌之间保持平衡,保证甲烷产量;在不同NaHCO₃浓度情况下,增加投加碱度的浓度使水解能力增强,相应会导致脱水性能恶化,而系统中挥发性脂肪酸含量变化不大,过量碱度将使得系统产气和减量能力下降.     

Fe3O4/FeS2活化H2O2降解典型苯胂酸类污染物

利用水热法成功制备了Fe₃O₄/FeS₂催化剂,并将其用于构建非均相芬顿体系降解典型的苯胂酸类污染物（洛克沙胂,ROX）.XRD、SEM、XPS和磁学测量系统（VSM）等表征结果表明,Fe₃O₄/FeS₂呈明显的颗粒状且具有良好的磁性.降解实验结果显示,在最优条件下（初始pH值为4.5、ROX起始浓度为20mg/L、Fe₃O₄/FeS₂投加量为0.15g/L和H₂O₂浓度为0.034g/L,Fe₃O₄/FeS₂介导的非均相芬顿体系可以超快速降解ROX,1min后的降解效率达到96.74%,明显优于单独的Fe₃O₄或FeS₂体系.此外,Fe₃O₄/FeS₂可以通过磁铁进行快速回收利用,同时也具有良好的重复利用性能,使用3次后,ROX的降解效率仍超过80%.机理分析表明,Fe₃O₄/FeS₂能够快速地催化H₂O₂产生具有强氧化性的羟基自由基（·OH）.在·OH的作-用下,ROX分子结构中C-As、C-N和C-C等化学键发生断裂,发生脱砷、脱硝和开环等反应,进而生成一系列的有机产物（如酚类、醌类、小分子有机酸等）和无机产物（As （V）和NO₃^-）.之后,无机砷能够被吸附在催化剂表面,而有机产物则进一步被矿化.     

不同活化条件下粉煤灰中锂的酸碱溶出特性

粉煤灰提取氧化铝作为其资源高值利用的重要途径之一引起广泛关注.由于粉煤灰中还含有一定丰度Li（锂）元素,在提取氧化铝的同时实现Li的协同提取对于进一步提高粉煤灰的资源利用效益意义重大.为认识粉煤灰中Li的溶出特性,分别考察了原粉煤灰、CaO煅烧活化粉煤灰和Na₂CO₃煅烧活化粉煤灰中Li在酸性溶液和碱性溶液中的溶出特性,并采用XRD（X-射线衍射）分析了粉煤灰浸取前后的物相变化,结合Li溶出率的变化,阐释了Li在不同浸出条件下溶出率差异的原因.结果表明:在相同浸出温度（100℃）下粉煤灰直接在酸性溶液和碱性溶液中的溶出率相对较低,分别仅为28%和36%;而经CaO和Na₂CO₃活化后粉煤灰中Li的溶出率显著提高,活化后粉煤灰中Li在酸性溶液中的溶出率可达到98%和86%,均高于碱性溶液中Li的溶出率（86%和67%）.XRD的分析结果进一步表明,部分Li可能赋存于非晶相或晶相表面,这部分Li易于被酸或碱直接浸出;部分Li可能镶嵌在莫来石、石英等晶相内部,不易被溶出,经CaO和Na₂CO₃助剂活化后,部分Li又重新嵌入到钙黄长石、霞石等新生成物相的晶格中,而这些物相更易于与酸反应,因而酸性溶液中Li的溶出率普遍高于碱性溶液中的结果.      

Fe3O4对含盐废水厌氧处理系统的影响

通过在固定的水力停留时间下(24h)逐步提升盐度,并设置有无Fe₃O₄的平行反应器作对照,考察不同盐度水平下Fe₃O₄对厌氧系统运行效能和厌氧污泥颗粒化进程的影响.结果表明,在0～2%的NaCl盐度水平下,Fe₃O₄的加入均能有效提升厌氧系统的处理效率并保证其稳定进行.Fe₃O₄对产甲烷过程的促进作用在不同盐度水平下有所差异,当盐度分别为0,0.5%,1%,2%时,实验组的甲烷产量分别为对照组的1.08,1.36,1.33和1.17倍,低盐环境下的促进效果更为显著.污泥特性和胞外聚合物的分析结果发现,Fe₃O₄的引入有利于形成结构更为紧密的厌氧颗粒污泥,进而强化厌氧污泥颗粒化进程.微生物群落结构分析结果表明,随着盐度提升,氢型产甲烷菌得以快速富集,同时主要细菌类型和代谢途径均发生了改变.而Fe₃O₄对厌氧系统中微生物菌群结构和...     

铈钛掺杂促进铁氧化物低温SCR脱硝性能的机理

利用X射线晶格衍射（XRD）、N₂吸附和X射线光电子能谱仪（XPS）等对铈和钛掺杂后的铁氧化物晶相、孔隙结构及表面活性组分的分散度等物性进行表征分析,得到了铈和钛掺杂对铁氧化物低温NH₃-SCR脱硝性能的促进机理.结果表明：铈和钛掺杂会抑制铁氧化物中Fe₂O₃的结晶,细化其孔径,增大其比表面积和比孔容;铈掺杂会促使铁氧化物表面形成Ce⁴⁺/Ce³⁺氧化还原电子对;进一步掺杂钛会提高铁铈复合氧化物形成更多吸附氧,增强其表面低温催化氧化NO为NO₂的性能;且铈和钛掺杂增强了铁氧化物表面的吸附性能,尤其提高了对NH₃的低温吸附,从而促进了铁基氧化物催化剂的低温NH₃-SCR脱硝性能.     

Na2CO3喷雾液滴吸收SO2气液两相反应的原位测量

发展湿法烟气脱硫气液两相反应进程的原位在线测量技术有助于研究脱硫反应的传质过程,提高脱硫效率.本文选取双碱法中的Na₂CO₃喷雾液滴吸收SO₂气液两相反应作为测量对象,利用自行研发的紧凑型彩虹折射仪搭建了全场彩虹测量系统,测量了喷雾液滴的折射率,通过反应过程中雾滴折射率的变化表征Na₂CO₃喷雾液滴吸收SO₂气液两相反应的进程.结果表明,随着Na₂CO₃喷雾液滴吸收SO₂气液两相反应的进行,喷雾液滴中的溶质Na₂CO₃逐渐转变成Na₂SO₃,液滴的折射率逐渐增大.依据Na₂CO₃的转化比例随液滴折射率的线性变化,推算出测量段内Na₂CO₃消耗量约为62.1%,进而计算出Na₂CO₃喷雾液滴吸收SO₂气液两相反应速率为8.8×10^-6kmol/（m²·s）.