Feammox系统内氮素转化途径的研究

铁氨氧化（anaerobic ammonium oxidation coupled to Fe(Ⅲ) reduction，Feammox）是指在厌氧条件下，氨氮氧化耦合三价铁还原的一种新型污水生物脱氮工艺。为确定Feammox反应系统中存在的氮转化的途径，在厌氧条件下接种普通活性污泥驯化培养Feammox，探究了不同途径对氨氮转化的贡献率并进行了相关性分析。研究结果表明：在厌氧间歇反应器ASBR中，经过120 d的富集培养，\mathrm{N}{\mathrm{H}}_{\mathrm{4}}^{+}-\mathrm{N}最大去除率达53.8%，最大去除量约26.9 mg/L，其中Feammox反应途径对\mathrm{N}{\mathrm{H}}_{\mathrm{4}}^{+}-\mathrm{N}去除的贡献率为57.7%，厌氧氨氧化(Anammox)约占42.3%。在典型周期分析发现，在0~7 h内对\mathrm{N}{\mathrm{H}}_{\mathrm{4}}^{+}-\mathrm{N}去除量为14.74 mg/L，Anammox反应速率较快，起主导作用；7~24 h 对\mathrm{N}{\mathrm{H}}_{\mathrm{4}}^{+}-\mathrm{N}去除量为12.16 mg/L，以Feammox反应为主；在整个运行周期内铁盐反硝化（nitrate-dependent Fe(Ⅱ) oxidizing，NDFO）去除\mathrm{N}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}^{-}-\mathrm{N}约5 mg/L。由相关性分析可得，\mathrm{N}{\mathrm{H}}_{\mathrm{4}}^{+}-\mathrm{N}浓度与Fe(Ⅲ)、\mathrm{N}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}^{-}-\mathrm{N}浓度呈显著性正相关（P_Fe<0.05、P_{\mathrm{N}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}}<0.01），而\mathrm{N}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}^{-}-\mathrm{N}与Fe(Ⅲ)呈负相关（P<0.5）。实验结果表明在Feammox、Anammox以及NDFO共同作用下，该系统实现了污水自养型脱氮。     

Fe3O4改性水热炭活化过硫酸钠降解罗丹明B

通过微波水热法，以沼渣为原料，合成了Fe₃O₄改性微波水热炭，研究了Fe₃O₄掺杂量对水热反应进程及反应产物的影响。为拓展水热产物的应用范围，以罗丹明B（RhB）为对象，评价改性水热炭对过硫酸钠的活化能力。结果表明，微波加热功率为400W、Fe₃O₄制备量为水热炭质量的20%时，反应体系14min左右即达到设定温度（200℃），较无Fe₃O₄条件下反应时间（27min左右）缩短了48.1%，体系压强增加了27.8%。改性水热炭添加量为0.16g、反应时间140min、溶液初始pH为6.7、过硫酸钠投加量为0.1g时，体积为150mL、浓度为40mg/L的RhB降解率可达94.6%，是水热炭单独作用时的3.3倍，过硫酸钠单独作用时的3.9倍。在反应体系中以硫酸根自由基（?\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}^{\mathrm{2}-}）的作用为主，羟基自由基（·OH）和超氧负离子（?{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}^{-}）为辅。改性水热炭具有良好的超顺磁性和稳定性。     

基于二苯并-18-冠-6基体改性的K+选择性离子交换膜的制备及性能研究

基于18-冠-6醚环腔体可与K⁺形成1∶1型稳定的络合物,通过掺杂的方式将4,4'-二氨基-二苯并-18-冠-6（A18C6）引入离子交换膜基材料中并成膜,然后利用1,3,5-苯三甲酰氯（TMC）对A18C6分子进行交联固定,制得一系列改性阳离子交换膜。通过改变A18C6的含量和TMC的反应时间来调控阳离子交换膜的基体结构,系统考察了改性膜在K⁺/Mg²⁺、K⁺/Na⁺ 和K⁺/Li⁺的二元体系中对K⁺的电渗析选择性。研究结果表明,在电流密度为5.0 mA·cm^-2的条件下,最优膜M-A18C6-10%-T30在K⁺/Mg²⁺和K⁺/Li⁺体系中对K⁺的选择性（P_{\mathrm{M}{\mathrm{g}}^{\mathrm{2}+}}^{{\mathrm{K}}^{+}}=\mathrm{6.96},P_{\mathrm{L}{\mathrm{i}}^{+}}^{{\mathrm{K}}^{+}}=\mathrm{3.73}）高于商业的单价选择性阳离子交换膜CIMS（P_{\mathrm{M}{\mathrm{g}}^{\mathrm{2}+}}^{{\mathrm{K}}^{+}}=\mathrm{5.36}）。A18C6的掺杂引入不仅提高了膜基体的致密性（孔径筛分效应）,也为K⁺在膜基体中的传输提供了新的离子传输通道（离子-偶极作用）。     

基于可变价NiFe-LDH/rGO对磷酸根离子的特异性电控分离

磷是一种不可再生资源。为解决现有磷污染以及磷资源流失等问题,通过油浴与热化学还原相结合的方法,成功制备出一种NiFe-LDH/rGO电活性杂化膜材料。使用电化学方法,在氧化还原电位的控制下,Ni、Fe(Ⅱ/Ⅲ)双金属发生核外电子的跃迁,高价态的Ni、Fe(Ⅲ)与\mathrm{P}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}^{\mathrm{3}-}发生内球络合作用,实现\mathrm{P}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}^{\mathrm{3}-}的选择性置入-置出。实验获得270 mg·g^-1的高\mathrm{P}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}^{\mathrm{3}-}吸附容量及85%以上的再生效率。此外,该杂化膜材料在共存离子存在的复杂水体中,对\mathrm{P}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}^{\mathrm{3}-}具有优异的选择性,为磷石膏渗滤液以及各种含磷废水污染等问题的解决提供有效的理论技术支撑,具有广阔的应用前景。     

碱式硫酸镁晶须的可控制备及不同离子的影响机制

以氯化镁、氢氧化钠和硫酸镁为原料,采用溶胶-凝胶-水热法制备了碱式硫酸镁（MHSH-512）晶须,研究了前驱物Mg(OH)₂、Mg²⁺和\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}^{\mathrm{2}-}的浓度和杂质离子Cl^-对MHSH-512晶须的生长机制和微观形貌的影响。研究表明,溶胶-凝胶法得到的Mg(OH)₂在水热条件下的溶解再结晶过程中易形成结构单元[Mg(OH)₆]^4-。当c(Mg²⁺)/ c(\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}^{\mathrm{2}-})为3时,几乎全部的[Mg(OH)₆]^4-可与\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}^{\mathrm{2}-}形成晶核,并以b轴为主轴生长为MHSH-512一维晶须。大量Cl^-的存在可能阻碍OH^-与Mg²⁺相互作用,延缓[Mg(OH)₆]^4-生成,同时与\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}^{\mathrm{2}-}在[Mg(OH)₆]^4-表面发生竞争吸附,导致晶须生长滞后,但对晶须的最终形貌和分散性没有实质影响。190℃下水热反应10 h制得的MHSH-512晶须结晶度高、长径比大（150～200）、表面光滑且分散性好,易于实现工业化生产,为青海盐湖镁资源的高值化利用提供了一条有效途径。     

混合润湿性图案化铜基表面冷凝换热性能研究

采用聚四氟乙烯纳米颗粒涂料在50 mm×100 mm铜基表面构造超疏水表面以及条纹图案混合润湿性表面。为探究条纹倾角对冷凝换热的影响,条纹与铜板宽度方向分别成90°与60°的混合润湿性表面被应用于实验中。实验结果表明,超疏水表面传热系数h_{\mathrm{d}\mathrm{w}\mathrm{c}}与混合润湿性表面冷凝传热系数h_{\mathrm{h}\mathrm{y}\mathrm{b}\mathrm{r}\mathrm{i}\mathrm{d}}随换热温差\mathrm{\Delta }{T}_{\mathrm{s}\mathrm{u}\mathrm{b}}增大而增大。同时,h_{\mathrm{d}\mathrm{w}\mathrm{c}}和h_{\mathrm{h}\mathrm{y}\mathrm{b}\mathrm{r}\mathrm{i}\mathrm{d}}与冷凝液的脱落频率存在强相关关系,脱落频率越高,h_{\mathrm{d}\mathrm{w}\mathrm{c}}、h_{\mathrm{h}\mathrm{y}\mathrm{b}\mathrm{r}\mathrm{i}\mathrm{d}}越大。超疏水表面冷凝液脱落频率低,h_{\mathrm{d}\mathrm{w}\mathrm{c}}在0~20 K的换热温差范围内始终低于膜状凝结。混合润湿性表面能有效强化超疏水表面的冷凝换热,条纹倾角为60°的表面在\mathrm{\Delta }{T}_{\mathrm{s}\mathrm{u}\mathrm{b}}为11.3 K时测得最高传热系数16.64 \text{?}\mathrm{k}\mathrm{W}/({\mathrm{m}}^{\mathrm{2}}?\mathrm{K}),是超疏水表面传热系数的2.14倍;而条纹倾角为90°的表面在\mathrm{\Delta }{T}_{\mathrm{s}\mathrm{u}\mathrm{b}}为13.8 K时测得最高冷凝传热系数13.63 \mathrm{k}\mathrm{W}/({\mathrm{m}}^{\mathrm{2}}?\mathrm{K}),是超疏水表面传热系数的1.68倍。     

α-Fe2O3与活性炭协同处理尿液废水的过程优化与吸附特性

为探究α-Fe₂O₃与活性炭协同吸附对尿液的处理效果,本文考察了铁炭比、投加量及尿液酸预处理的影响,并重点分析了协同吸附特性。研究发现,铁炭比为0.6时,尿液中总有机碳（TOC）、PO{}_{\mathrm{4}}^{\mathrm{3}-}-P、总磷（TP）的去除率分别为39.51%、71.03%和76.79%,TOC的去除主要依靠活性炭的吸附作用,而PO{}_{\mathrm{4}}^{\mathrm{3}-}-P主要依靠α-Fe₂O₃的作用,尿液酸预处理可显著强化PO{}_{\mathrm{4}}^{\mathrm{3}-}-P的吸附。TOC和PO{}_{\mathrm{4}}^{\mathrm{3}-}-P的吸附过程均符合Redlich-Peterson吸附等温线模型,为单层吸附和多层吸附共同作用。动力学研究发现,TOC和PO{}_{\mathrm{4}}^{\mathrm{3}-}-P的吸附均可在24h内达到吸附平衡,PO{}_{\mathrm{4}}^{\mathrm{3}-}-P的动力学吸附过程更符合Elovich模型,即不均匀界面上的多层吸附,而TOC的动力学过程主要受扩散速率控制。同时,协同吸附对发光溶解性有机物（CDOM）的去除率可达72.16%,对腐殖酸类的吸附效果最佳,酸预处理主要减少酪氨酸类、色氨酸类和可溶性微生物代谢产物的吸附。P的去除主要依靠其与α-Fe₂O₃和尿液中无机盐的共沉淀作用,并以无机盐沉积的形式附着于活性炭孔道内。     

插层阴离子对以类水滑石为前体Ni-Al2O3催化剂催化乙酰丙酸加氢性能的影响

分别以\mathrm{N}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}^{-}以及\mathrm{C}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}^{\mathrm{2}-}插层类水滑石为前体制备了Ni/Al摩尔比为3∶1的NiAl-N-R以及NiAl-C-R催化剂，并考察了其催化乙酰丙酸加氢性能。采用N₂-物理吸附、ICP-OES、TG/DTG、XRD、H₂-TPR/TPD、TEM、NH₃-TPD、in-situ Py-FTIR等表征手段对前体及催化剂进行了表征。研究结果表明，类水滑石插层阴离子对催化剂中活性金属-载体相互作用、活性金属分散度、表面酸性质以及催化乙酰丙酸加氢性能有重要影响。以\mathrm{C}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}^{\mathrm{2}-}插层类水滑石为前体的催化剂表现出高的金属分散度、丰富的L酸酸性中心、高的CO加氢活性和高的循环使用稳定性。当以甲醇为溶剂、160℃、4 MPa氢气压力条件下反应1 h时，γ-戊内酯收率可达71.8%。     

氢氧化镧交联壳聚糖微球的微流控制备及其除磷性能

基于微流控技术制备了氢氧化镧[La(OH)₃]交联壳聚糖（CS）微球（La-CS-M）,并对其组成和结构进行表征,探究了微球吸附去除水中磷酸盐的性能和机理。结果表明,La-CS-M成功负载了La（OH）₃,与传统滴落法制备的氢氧化镧交联壳聚糖球（La-CS）相比,其表面和内部具有疏松多孔结构,其体积平均粒径为415.8 μm,孔隙率为89.22%,平均孔径为960.0 nm,pH_pzc约为6.5。La-CS-M在宽pH范围内（3.0~10.0）均保持较高吸附量,\mathrm{C}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}^{\mathrm{2}-}对La-CS-M吸附性能影响较Cl^-、\mathrm{N}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}^{-}、\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}^{\mathrm{2}-}以及腐殖酸（HA）明显。吸附动力学数据符合准二级动力学模型,等温吸附数据符合Langmuir模型且在pH=6.0时最大吸附量为56.48 mg/g。结合XPS表征和吸附数据推测La-CS-M的吸附机理涉及静电吸附和形成内层配合物（通过配位交换或Lewis酸碱作用）。吸附磷酸盐后La-CS-M可通过2.5 mol/L NaOH溶液实现脱附,具有良好的再生性和吸附稳定性。     

真空变温吸附捕集干烟道气中CO2的模拟研究

为减缓气候变化,减少CO₂的排放,对真空变温吸附(TVSA)从干烟道气中捕集CO₂进行了系统的研究。以沸石13X为吸附剂,设计了实验室规模的4塔连续进料的TVSA工艺,并建立数学模型进行数值模拟。模拟结果表明,通过四塔TVSA可获得纯度为97.54%,回收率为96.79%的CO₂产品气,其产率为1.7 mol· ( \mathrm{k} \mathrm{g} \text{?} \mathrm{a} \mathrm{d} \mathrm{s} ) ^-1·h^-1,能耗为3.14 \mathrm{M} \mathrm{J} · ( \mathrm{k} \mathrm{g} \text{?} \mathrm{C} {\mathrm{O}}_{\mathrm{2}} {)}_{}^{-\mathrm{1}} 。此外,考察了进料量、循环回流步骤时间、真空度对产品气纯度、回收率、吸附剂产率和工艺能耗的影响,并且分析了塔内压力与温度变化,详细探讨了塔内气固相浓度随轴向的分布。良好的工艺效果表明,TVSA有潜力成为一种能够生产高纯度高回收率的CO₂产品气,并具有良好经济效益的捕碳工艺。     

(NH4)2SO4和Na2SO4混合溶液中(NH4)2SO4结晶动力学及铁/铝/锰/铬等离子对(NH4)2SO4结晶的影响规律

湿法冶金、三元前体制备等过程均会产生含硫酸钠与硫酸铵的高盐废水。研究高盐废水中硫酸铵的结晶动力学,并考察常见金属离子的影响规律对高盐废水处理具有重要意义。本文以含硫酸钠与硫酸铵混合溶液中硫酸铵的结晶过程为例,系统考察了硫酸铵的结晶动力学及铁、铝、锰、铬对硫酸铵结晶的影响规律。含硫酸钠与硫酸铵混合溶液硫酸铵结晶动力学研究结果表明,硫酸铵生长速率和成核速率方程分别为为B=1.303×10^-16G^1.069M_T^1.801,G=15.708σ^1.387;在硫酸钠与硫酸铵混合体系中,溶液过饱和度影响硫酸铵成核及生长速率,溶液过饱和度减小,晶体的成核及生长速率都会减小,与单体系硫酸铵结晶动力学结果相比,动力学参数均有所下降。铁、铝、锰、铬对硫酸铵结晶的影响规律研究结果表明,铁、铝抑制了硫酸铵晶面生长,结晶粒度减小;锰、铬对硫酸铵结晶有一定的促进作用,结晶粒度增大。金属离子改变了硫酸铵晶习,锰使结晶呈现三棱柱状,铁、铝使硫酸铵结晶片状生长。不同金属离子条件下的结晶动力学方程表明,铁和铝对结晶...     

Intrinsic kinetics and external diffusion of catalytic steam gasification of fine coal char particles under pressurized and fluidized conditions

Catalytic steam gasification of fine coal char particles was carried out using a self-made laboratory reactor to determine the intrinsic kinetics and external diffusion under varying pressures (0.1-0.5 MPa) and superficial gas flow velocities (GF Vs) of 13.8- 68.8 cm· s^-1. In order to estimate the in-situ gas release rate at a low GFV, the transported effect of effluent gas on the temporal gasification rate pattern was simulated by the Fluent computation and verified experimentally. The external mass transfer coefficients(kmam) and the effectiveness factors were determined at lower GF Vs, based on the intrinsic gasification rate obtained at a high GFV of 55.0 cm·s^-1. The kmamwas found to be almost invariable in a wider carbon conversion of 0.2-0.7. The variations of kmam at a median carbon conversion with GFV, temperature and pressure were found to follow a modified Chilton-Colburn correlation:Sh=0.311Re^2.83Sc1/3(P/P0)^-2.07 (0.04相似文献   

构建Bi2O2CO3/g-C3N4异质结光催化完全氧化苯甲醇至苯甲醛

在保证选择性的前提下高效光催化氧化苯甲醇为苯甲醛仍然是当下面临的一个巨大挑战。g-C₃N₄的价带位置适中,具有温和的氧化能力,已被开发用来光催化氧化苯甲醇以保证反应的选择性,但由于其电子空穴复合率高导致反应的转化率难以提升。由于Bi₂O₂CO₃的超薄片层结构不仅可以增加催化剂的比表面积形成更多的活性中心,同时可以形成局部电场,更有效地分离光生电子-空穴对,因此通过构建Bi₂O₂CO₃/g-C₃N₄异质结来加快光生载流子分离进而提升反应速率。其中最优的催化剂可以在反应9 h后使苯甲醇完全氧化为苯甲醛,降低了分离成本。     

不同堆存时间电解锰渣的理化特性分析

渣场堆存的电解锰渣中含有大量易迁移的锰和氨氮,极易污染周边环境。本文系统研究了不同堆存时间（3个月~10年）电解锰渣的pH、含水率、电导率、金属总量、浸出毒性和化学形态等理化特性,采用X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、能谱仪（EDS）以及X射线光电子能谱（XPS）等分析手段,探察电解锰渣在不同堆存时间下的物相组成、微观形貌、表面电子价态等变化规律。研究结果表明,随着堆存时间增加,锰渣的pH、含水率和电导率下降,可溶性Mn²⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、Se⁴⁺和NH{}_{\mathrm{4}}^{+}-N浓度降低,其中可交换态和碳酸盐结合态的Mn是Mn元素流失的主要形态。同时,堆存10年的电解锰渣仍存在较大的环境污染风险,其中电解锰渣中的Cu、Cr、Cd、Pb、Zn等金属总量远超广西土壤背景值,Se⁴⁺的浸出浓度是《危险废物鉴别标准 浸出毒性鉴别》（GB 5085.3—2007）中浓度限值的11倍,Mn²⁺和NH{}_{\mathrm{4}}^{+}-N的浸出浓度是《污水综合排放标准》（GB/T 8978—1996）一级标准限值的102倍和45倍。不同堆存时间的电解锰渣中锰和氨氮主要以(NH₄)(Mn,Ca,Mg)PO₄·H₂O、(NH₄)₂SO₄、MnSO₄·H₂O、MnCO₃、Mn₂O₃、MnO₂等物相存在,含铁物相主要包括FeS₂、FeOOH、Fe₃O₄和Fe₂O₃等,且电解锰渣中还含有Al₄(OH)₈(Si₄O₁₀)、Al₂Mg₄(OH)₁₂(CO₃)·3H₂O和KAl(SO₄)₂·12H₂O等黏土矿物。此外,随着堆存时间的增加,电解锰渣的平均孔径减小,块状、柱状和绒球形的电解锰渣颗粒交错包裹现象增加,同时Fe(OH)₃胶体颗粒也逐渐转变成FeOOH、Fe₂O₃等含铁物相。本研究成果为电解锰渣无害化处理与资源化利用提供了基础理论支持。