市政污泥热解特性及含碳官能团演化过程分析

我国市政污泥年产量大,研究其热解机理和碳形态转化可为实现污泥无害化和资源化提供理论基础。采用热重、动力学拟合、红外光谱 (FTIR) 、X射线光电子能谱 (XPS) 等检测和分析方法,对市政污泥热解特性、活化能变化和含碳官能团进行分析。结果表明：市政污泥热解过程中含碳官能团的生成在不同的阶段存在差异,进一步采用Kissinger-Akahira-Sunose (KAS) 法、Flynn-Wall-Ozawa (FWO) 法和Friedman法进行动力学分析,其活化能结果显示在转化率为0.40~0.70时,市政污泥热解速率加快,污泥中含碳官能团加速发生热解转化。FTIR和XPS结果表明,在400 ℃以下时,醇羟基的分解是导致污泥结构中羟基减少的主要原因。在400 ℃时,酚羟基和C=O键相对质量分数最多,而在500 ℃时,羧基和C-O键相对质量分数最高。C=C键和C-N键随温度升高持续减少,C-C结构则先减少后增加,在500 ℃时相对质量分数最低,而芳香结构随温度的上升持续增加。在400~600 ℃内,污泥残炭的含碳氧官能团较多,吸附性和稳定性较高。本研究结果可为市政污泥热解机理及碳形态转化提供参考。     

ACF表面化学官能团对影响脱硫性能的研究进展

活性炭纤维(ACF)作为第三代活性炭,是一种新型的高效吸附剂和催化剂。它具有独特的物理性能和化学性能,对烟气中的SO2具有很强的吸附和催化氧化作用,因此作为烟气脱硫方面极具前景的催化剂而受到人们的普遍关注。以聚丙烯腈基活性炭纤维(PAN-ACF)为代表,主要深入探讨了ACF表面化学官能团对脱硫性能的影响。     

不同pH值和O2条件下硝酸改性生物炭去除六价铬机理

为改善生物炭对Cr（VI）的去除性能并探究溶液初始pH值和O₂对生物炭的氧化还原活性物质（RAMs,即含氧官能团和环境持久性自由基 （EPFRs））还原Cr（VI）的影响,用硝酸（HNO₃）改性玉米秸秆生物炭（NBC）,采用电子扫描显微镜-能谱仪（SEM-EDX）、比表面积及孔隙测定仪（BET）、Zeta电位仪和红外光谱仪（FTIR）分析生物炭性质,通过X射线光电子能谱仪（XPS）、Boehm滴定和电子顺磁共振波谱仪（EPR）测定生物炭RAMs含量变化.结果表明,HNO₃改性增加了生物炭的比表面积、总孔体积、含氧官能团和表面电位,从而能更有效地去除Cr（VI）（在pH 2.0时去除率达到100%,其表面吸附的铬89.12%被还原为Cr（III））.动力学实验表明,NBC可以直接还原Cr（VI）,也可以通过还原O₂产生的?O₂^-间接还原Cr（VI）;直接还原途径占主导地位,间接还原途径对Cr（VI）的还原贡献率随着pH值的升高而增加.此外,酸性条件下含氧官能团（—OH和C—O—C）是还原反应的主要电子供体,而中性条件下EPFRs主导还原.因此,HNO₃改性提高了生物炭对Cr（VI）的去除能力,NBC可以通过直接途径和间接途径还原Cr（VI）,并且在不同pH值下通过不同电子供体主导NBC还原Cr（VI）的过程.     

烟煤热解过程分子官能团的演化特征及动力学模型

煤热解机理研究对提高煤炭利用效率和减轻生态环境影响具有重要意义。利用傅里叶红外光谱(FTIR)和气相色谱-质谱分析探究煤分子结构官能团和多环芳烃(PAHs)在煤热解过程中的演化特征及热解动力学行为。结果表明：当温度<300℃时,芳香族和脂肪族官能团减少主要缘于煤结构空隙小分子基团的挥发,含氧官能团减少主要因为在该热演化过程中自缔合羟基氢键受热断裂;当温度在300～600℃区间,C—O和脂肪族分别在300,400℃时受热分解,导致芳香族、脂肪族和含氧官能团总量迅速减少。各官能团在高温阶段的活化能均高于低温阶段,·OH和C—O在整个热解阶段的动力学模型均符合二级反应模式,脂肪族官能团在25～400,400～600℃区间分别符合两相界面模型和二级反应模式,CO在25～300,300～600℃区间分别符合三级扩散和二级反应模式。     

高压膜表面性质对膜污染的影响机制

围绕纳滤膜和反渗透膜在水处理应用中的膜污染问题,论述了膜表面亲疏水性、荷电性、官能团和粗糙度4种关键性质对包括有机污染、无机污染、结垢污染和生物污染在内的不同污染类型的影响,分析了研究中由膜表面性质耦合性和污染物性质差异所导致的不同结论,并总结了膜表面各性质对膜污染的影响机制以及存在不确定性的原因,可为针对膜表面性质与膜污染相关性的研究和抗污染膜的研发提供建议。     

弱粘煤低温氧化活性基团与热效应的研究*

为研究煤氧化过程中活性基团的演变规律及热效应的变化特征,利用原位红外实验装置,实时测量煤升温过程中官能团的动态变化,数据处理得到弱粘煤红外波谱图,利用差减法对特征温度点下的红外光谱图进行处理,得到煤样的差示光谱,计算特征温度点下的红外结构参数;采用差示扫描量热仪,测量煤氧化过程中热流的变化,得到弱粘煤的热流曲线图,并对热流曲线进行阶段划分和氧化动力学计算。结果表明:弱粘煤中芳环数量比较少,环周围侧链较长,内部结构疏松,内部毛细管比较发达,内表面积较大,更容易发生自燃;整个氧化过程中羟基最为活跃,含氧官能团次之,其次是脂肪烃;红外参数计算结果HAL,I2整体呈减小趋势,I1,I3整体呈增大趋势;弱粘煤放热阶段的活化能值为25.12～61.26 kJ/mol,并随着升温速率的增大而减小,与此阶段放热量随升温速率的增大而增大相对应。     

修饰作用对面包酵母细胞形貌及其吸附Cu2+性能的影响比较

分别采用无水乙醇、氢氧化钠修饰面包酵母,并将修饰前后的菌样用于含 Cu2 废水的吸附研究.通过扫描电镜、Zeta 电位仪和红外光谱仪对吸附前后菌样进行了检测分析.结果显示,化学修饰作用使菌细胞不同程度地发生形变,使其个体减小、表面粗糙且细胞粘连,以及 Zeta电位改变,同时菌样的红外光谱吸收峰强度、波数也发生变化甚至有新特征吸收谱线产生.这表明,修饰作用不仅改变了酵母细胞的外形结构、表面电荷,而且提高了菌表面有机官能团的数量及吸附活性,其中 NaOH 修饰作用还使菌细胞中羰基更加暴露.在吸附Cu2 的过程中,菌样表面羧基、羰基、羟基、氨基、酰胺基、磷酰基等官能团发挥了重要作用.     

氧化石墨烯纳米颗粒在饱和砂土中的迁移特性

氧化石墨烯纳米颗粒在饱和砂土中的迁移特性氧化石墨烯是近年来科学界研究的热点之一,由于其独特的物理化学性质,使得它在材料、能源、工程、生物医学等领域引起了广泛的关注.氧化石墨烯一个很重要的特性就是含有大量的羟基、羧基、环氧基等含氧官能团(p Ka从4.3到9.8),使得它具有很好的水溶性和稳定性;相对于其他碳纳米颗粒(如碳纳米管、C60),氧化石墨烯纳米颗粒(GONPs)具有更强的迁移特性,随着其产量的增加,必然会导致在环境中的释放,从而产生一系列环境问题.因此研究     

不同性质天然有机物对水中颗粒稳定性影响的机理研究

以不同来源天然有机物(NOM)及其各分离组份和模型颗粒Al(OH)₃为研究对象,考察了pH值、二价金属离子Ca²⁺以及NOM的特性等因素对Al(OH)₃颗粒稳定性的影响,并通过研究几种NOM吸附性能和吸附前后的特性变化,进一步探讨了NOM对颗粒稳定性的影响机理.结果表明,Al(OH)₃颗粒的等电点pH_iep出现在pH5～6之间,吸附态有机物是造成颗粒稳定性提高的主要原因,溶液中自由态Ca²⁺离子能够起到压缩双电层的作用,降低吸附态NOM之间的静电斥力,减小表面负电性,增加pH_iep;吸附络合态Ca²⁺离子对颗粒表面负电性影响较小,但能够强化NOM在颗粒表面的吸附.NOM作为聚合态阴离子,在颗粒表面的吸附行为不符合Langmuir吸附模型,最大吸附发生在pH 4左右,吸附作用能够去除几种NOM中分子量较大的部分,并减小其羧基官能团的相对含量,NOM中大分子量、芳香性高的成分是造成水中颗粒稳定性提高的主要原因.     

活性炭表面酸性含氧官能团对吸附甲醛的影响

利用Bothem滴定法测定了化学浸渍处理的活性炭表面酸性含氧官能团浓度,研究表面酸性含氧官能团对甲醛吸附的效应。结果表明,HNO3浸渍处理能有效增大活性炭表面的羧基、酚羟基和内酯基浓度;H2O2浸渍处理主要增大了活性炭表面的酚羟基浓度;随着NaOH浓度的增大,活性炭表面的酚羟基、内酯基和羰基浓度大致呈先增大后减小的趋势,这是由于NaOH的化学清洗作用和酸碱中和反应所致;HNO3浸渍处理的活性炭表面的酸性含氧官能团浓度显著超过NaOH、H2O2浸渍处理的活性炭,而30%(质量分数)NaOH浸渍处理的活性炭和30%(体积分数)H2O2浸渍处理的活性炭吸附甲醛的饱和时间比HNO3浸渍处理的活性炭吸附甲醛最大饱和时间分别多4.0、1.5 h,说明酚羟基能够显著影响活性炭吸附甲醛的效果。