竹制生物炭负载TiO2-SnO2电化学处理焦化废水

制备了一种新型竹制生物炭负载TiO₂-SnO₂的颗粒电极，采用SEM、FT-IR、BET及XRD对其进行表征，并对其在三维电化学系统中处理焦化废水的性能进行了研究。结果表明：竹制生物炭拥有致密的微孔空间结构，改性后其表面和内部存在大量的Ti-Sn氧化物；在电流密度为30 mA/cm²，经过150 min电解处理后，焦化废水的COD去除率达到73.96%，DOC去除率达到66.72%，UV₂₅₄由6.65 cm^-1降至3.00 cm^-1；三维荧光光谱结果表明：焦化废水中大部分有机化合物和可溶性微生物副产物被降解和转化。Ti、Sn的加入提高了颗粒电极电氧化、电吸附和电催化的性能，改善了焦化废水的处理效果。此外，本研究为电化学氧化法处理焦化废水的工程实践提供了基础研究的可能性。     

Fe3+-TiO2/AC三维电极处理氨氮模拟废水研究

采用泥浆法制备Fe³⁺-TiO₂/AC复合材料,通过XRD和SEM对复合材料进行表征,以复合材料为粒子电极,石墨板为阴阳极,构建三维电极系统处理氨氮模拟废水,探究电解电压、电解质NaCl浓度、初始pH值及粒子电极投入量对氨氮去除的影响,并应用响应曲面法对处理废水的条件进行优化。结果表明:在电解电压为18 V,电解质NaCl浓度为6.7 g·L^-1,溶液初始pH值为9.00,粒子电极投入量为10.0 g·L^-1时,电解40 min后,氨氮去除率为96.86%。采用响应曲面法优化后,在电解电压为18 V,粒子电极投入量为9.9 g·L^-1,初始pH值为9.10条件下,电解40 min后,氨氮去除率最佳为97.61%。以上研究结论可为氨氮废水的工业处理提供一定的参考。     

炭质吸附剂孔径分布与焦化废水有机组分分离的相关性

选取4种孔隙结构不同的炭质吸附剂木质（A₁）、椰壳（A₂）、煤质（A₃）和焦炭（H）吸附焦化废水中的总有机碳（TOC）成分,考察吸附性能、分子量大小等因素对吸附效果的影响,同时利用傅里叶红外光谱、比表面积及介孔/微孔分析仪对吸附剂进行表征,探究吸附剂表面化学性质和孔径分布对焦化废水吸附差异相关性。结果表明：4种吸附剂表面性质相近,孔隙结构不同是其吸附性能差异的主要因素。比表面积：A₁（1723.59m²/g） > H（1716.19m²/g） > A₂（911.55m²/g） > A₃（505.23m²/g）,平均孔径：A₁（5.14nm） > H（5.02nm） > A₃（3.81nm） > A₂（3.45nm）。Redlich-Peterson吸附等温线方程能更好地拟合吸附数据。分子量分布、UV₂₅₄、SUVA和EEMs说明微孔面积较大的A₁和A₂优先吸附低分子量（< 1000）有机物,A₃和H能够回收高分子量（1000～0.45μm）有机物,降低废水芳香构造化程度。焦化废水TOC中94.29%的有机物分子量小于10000,微孔（< 2nm）和较小中孔（2～10nm）更适合用焦化废水吸附处理。上述研究指出,吸附材料、孔结构与孔径分布、焦化废水性质、有机物分子结构之间存在相关性,通过性质的匹配来实现废水预处理优化的吸附分离工艺。     

反气相色谱法与汉森溶解度参数软件测定原煤的三维溶解度参数

采用反气相色谱法（IGC）研究原煤在温度433.15、443.15、453.15、463.15和473.15 K时的三维溶解度参数（HSP）,并使用外推法得到原煤室温（298.15 K）时HSP的色散力分量（δ_d）、极性力分量（δ_p）、氢键力分量（δ_h）以及校正溶解度参数（δ_t）分别为δ_d=20.83（J·cm^-3）^1/2,δ_p=11.95（J·cm^-3）^1/2,δ_h=11.08（J·cm^-3）^1/2,δ_t=26.44（J·cm^-3）^1/2。同时,采用汉森三维溶解度参数软件（HSPiP）模拟原煤在室温下的HSP,得到δ_d=19.92（J·cm^-3）^1/2,δ_p=11.18（J·cm^-3）^1/2,δ_h=11.47（J·cm^-3）^1/2,δ_t=25.56（J·cm^-3）^1/2。IGC与HSPiP得出的数据一致,研究结果为煤的热力学性质研究及其溶胀剂的选择等应用提供了参考。     

焦化废水处理过程中盐分变化及其影响因素

基于优化工艺单元参数实现原位盐分削减的构思,以广东韶关钢铁厂一期和二期焦化废水处理工程为例,用电导率表征废水中盐分的含量,通过水质和运行参数、投加药剂的种类和浓度讨论工程工艺各单元的电导率变化规律,分析影响盐分变化的因素,再分别从生物降解实验、药剂用量实验、混凝条件实验深入分析生化过程及物化过程水样、泥样中的主要阴离子浓度变化及其对盐分归趋的主要作用途径。研究发现：焦化废水的生化处理工艺与物化处理优化的工艺均能实现盐分浓度的部分削减,过程中,盐分的主要来源是有机物的矿化以及生化过程磷盐和碱的投加所致,此外还有物化过程混凝剂阴离子的引入,盐分的削减包括生化工艺废水中表现为盐分的N、S元素及强电解质C₆H₅O^-转化为非电解质N₂、H₂S、CH₄、CO₂和H₂O以及物化工艺以Fe²⁺与废水中CN^-、S^2-、SCN^-、OH^-、CO₃^2-结合为弱电解质或难溶性盐的混凝沉淀、络合沉淀共同作用的结果,两方面比较,来源量小于削减量,导致废水电导率下降;生化过程之前的有机物特别是难降解有机物的预分离,物化过程的投药量、投药顺序和pH控制的优化均有利于盐分在废水处理工艺中的原位削减。上述结果表明了基于某一性质的焦化废水其工艺原理选择、反应原理与条件优化控制成为了影响水处理过程中盐分变化的重要因素,原位削减盐分对于废水零排放具有重要工程学指导意义     

硫酸法钛白酸解尾渣工艺矿物学特性分析

采用激光粒度仪、XRD、XRF、ICP-AES、SEM-EDS、比重法、筛分法等对硫酸法钛白生产过程中酸解尾渣进行系统的工艺矿物学特性分析,旨在为回收钛资源提供理论指导。研究表明,酸解尾渣表面潮湿,液相约占45%,其中易水解的可溶钛为4.06%(以TiO₂质量分数计);固相中不溶TiO₂干基含量为17.14%,固相颗粒粒径主要分布于1～100 mm,密度为3.21 g·cm^-3,颗粒大小、形状不一,有块状、锥状及团聚絮状。通过筛分实验得知钛矿与其他杂质颗粒的粒径、密度有明显差异,少量120 mm以上颗粒含有石膏,密度约3.41 g·cm^-3;18～75 mm主要为钛铁矿,密度大于3.54 g·cm^-3,钛品位可达26%;18 mm以下颗粒主要为硅泥,密度约2.90 g·cm^-3,易团聚,与水形成黏稠物,难分离。     

改性活性半焦吸附-Fe/C微电解-Fenton联用技术处理焦化废水

采用改性活性半焦吸附-Fe/C微电解-Fenton联用技术处理焦化废水,探究联用技术工艺参数对焦化废水化学需氧量(COD)去除率的影响,结果表明:(1) 针对Fe/C微电解处理焦化废水的最佳操作条件为:pH=3,Fe与C质量比2.0∶1,Fe/C投加量30 g·L^-1,反应时间60 min,反应温度35 ℃;(2) 采用Fe/C微电解-Fenton氧化处理焦化废水最佳操作条件为:过氧化氢投加量25 mL·L^-1,pH=3,Fe与C质量比2.0∶1,Fe/C投加量30 g·L^-1,反应时间8 h。在最佳吸附-Fe/C-Fenton联用工艺条件下操作,对焦化废水COD降解率达到85.23%,COD由199.27 mg·L^-1降至29.43 mg·L^-1。动力学研究表明,动力学方程能很好的拟合Fe/C微电解降解过程。     

Preparation optimization of multilayer-structured SnO2–Sb–Ce/Ti electrode for efficient electrocatalytic oxidation of tetracycline in water

In this study, electrodeposition and thermal decomposition were alternatively used for the fabrication of a series of novel multilayer-structured SnO₂-Sb-Ce/Ti (SSCT) electrodes, and their physiochemical and electrochemical properties were investigated for electrochemical oxidation of tetracycline (TC) in aqueous medium. Experimentally, after the SnO₂-Sb-Ce (SSC) composite was electrodeposited for 120 s on the titanium substrate in aqueous solution, the outer thermal coatings composed of SSC were synthesized by a hydrothermal method. Both influences of electrodeposition time (T_ed) and thermal decomposition time (T_td) were investigated to obtain the optimum preparation. It was found that when increasing T_ed to a certain extent a longer lifetime of electrode can be achieved, which was attributed to a more solid interlayer structure. A notable SSCT_Ted,Ttd electrode, i.e., SSCT_3,10, which was prepared through three times of 120 s' electrodeposition (T_ed=3) and ten times of thermal decomposition (T_td=10) obtained the highest oxygen evolution potential 3.141 V vs. SCE. In this selected electrode, when 10 mg·L^-1 initial TC concentration was added to this wastewater, the highest color removal efficiency and mineralization rate of TC were 72.4% and 41.6%, respectively, with an applied electricity density of 20 mA·cm^-2 and treatment time of 1 h. These results presented here demonstrate that the combined application of electrodeposition and thermal decomposition is effective in realization of enhanced electrocatalytic oxidation activity.     

Pomelo biochar as an electron acceptor to modify graphitic carbon nitride for boosting visible-light-driven photocatalytic degradation of tetracycline

In this study, biochar (BC) derived from pomelo was prepared via a high-temperature calcination method to modify the graphitic carbon nitride (g-C₃N₄) to synthesize the BC/g-C₃N₄ composite for the degradation of the tetracycline (TC) antibiotic under visible light irradiation. The experimental results exhibit that the optimal feeding weight ratio of biochar/urea is 0.03:1 in BC/g-C₃N₄ composite could show the best photocatalytic activity with the degradation rate of tetracycline is 83% in 100?min irradiation. The improvement of photocatalytic activity is mainly attributed to the following two points: (i) the strong bonding with π-π stacking between BC and g-C₃N₄ make the photogenerated electrons of light-excited g-C₃N₄ transfer to BC, quickly and improve the separation efficiency of carriers; (ii) the introduction of BC reduces the distance for photogenerated electrons to migrate to the surface and increases the specific surface area for providing more active sites. This study provides a sustainable, economical and promising method for the synthesis of photocatalytic materials their application to wastewater treatment.     

微波合成SnO2/活性炭粒子电极及降解4-氯酚

以甘蔗渣为原料,KOH为活化剂,SnCl₄·5H₂O为修饰剂,采用微波法制备了SnO₂/活性炭粒子电极,对其进行了表征,使用线性伏安法和循环伏安法分析了粒子电极的电化学性能,以4-氯酚为目标污染物进行电化学降解实验,对降解机理进行了探讨。结果表明,SnO2成功地负载于粒子电极表面。在微波功率640 W、微波时间15 min、质量分数10%的KOH、质量浓度200 g/L的SnCl₄·5H₂O条件下制备所得粒子电极显示出最高的电子传导系数和最大的电化学活性面积。在以DSA板作阳极,钛板作阴极的三维电极反应器中,电解4-氯酚的质量浓度500 mg/L的模拟废水150 min,4-氯酚去除率达到96.15%。     

碳毡负载Sn气体扩散电极CO2电化学还原性能

针对CO₂电化学还原中气体扩散电极可强化CO₂的传质,基于碳毡制备了负载锡-石墨烯催化层的新型气体扩散电极,研究了CO₂反应条件、电极厚度、催化剂载量及反应电位对CO₂电化学还原性能的影响。实验结果表明：与溶解态CO₂反应条件相比,采用气相CO₂反应条件电化学还原性能更好;一定范围内增加电极厚度和催化剂载量可以增加气-液-固三相反应界面,提升CO₂电化学还原性能;随着电解电位负移,甲酸产量增加,电流效率先增大后减小;实验中使用厚度为5 mm、载量为5 mg·cm^-2的电极,在-1.8 V（vs Ag/AgCl）条件下进行电化学还原时,平均电流密度为（12.79±1.27） mA·cm^-2,甲酸电流效率达到最佳为41.55%±2.50%。     

微波-过氧化氢工艺处理含Cu-EDTA废水

采用微波-过氧化氢工艺处理含Cu-EDTA废水,考察反应时间、初始pH、H₂O₂投加量、微波功率以及共存物质等因素对该工艺处理效能的影响,并分析了氧化作用机制。结果表明,在初始pH为3,H₂O₂投加量为41 mmol·L^-1,微波功率为210 W时,1.57 mmol·L^-1Cu-EDTA反应10 min后,Cu和TOC去除率分别高达97.0%和60.7%,出水电导率低至1.8 mS·cm^-1,产泥量仅为0.15 g·L^-1。NO₃^-的存在对Cu-EDTA的氧化降解过程无明显影响,而Cl^-、H₂PO₄^-和酒石酸对反应过程有一定的抑制作用。该工艺下反应4 min后Cu-EDTA基本氧化为中间产物,并在4～6 min内急剧降解,最终形成小分子羧酸类物质、NH₃-N和无机碳。反应过程沉淀产物主要以CuO形式存在。相比Fenton工艺,该工艺在氧化效能、出水电导率及产泥量等方面有显著优势。     

氨缓冲体系强化高纯重质碳酸锰的制备

以碳酸钠和高纯硫酸锰为原料,通过共沉淀法在氨缓冲溶液中制备高纯重质碳酸锰。当硫酸锰和碳酸钠溶液浓度都为1.5 mol·L^-1、碳酸钠过量系数为110%、溶液pH为8.5、温度为50℃、滴加速率为120 ml·h^-1时,得到的碳酸锰视密度达1.67 g·cm^-3,振实密度达2.15 g·cm^-3。氨缓冲体系增加了溶液的稳定性,抑制了溶液中氢氧化锰和偏氢氧化锰的生成,制备出的高密度碳酸锰形貌趋于球形,粒径分布均匀,D₅₀平均大小为30.32 μm。以本研究制备的碳酸锰为锰原料焙烧得到的四氧化三锰松装密度为1.09 g·cm^-3,振实密度为2.18 g·cm^-3,锰的含量可达71.85%。     

天然磁铁矿/UV/S2O82-对焦化废水中不同种类有机物的去除特性

以过硫酸盐（PS）为中心建立了C（天然磁铁矿）/PS、UV/PS、C/UV/PS氧化体系,分别对焦化废水生化出水进行深度处理,采用超滤膜法和有机物树脂分离方法分别对深度处理前后废水中有机物分子量分布特性及亲疏水性有机物含量变化进行了研究。研究表明：生化出水中含有较多的难降解芳香性有机物,且以分子量（M_W）<1×10³的低分子量有机物为主,其次是M_W>100×10³和10×10³～100×10³的大分子有机物。疏水酸和疏水中性组分是废水中的主体有机物,其DOC分别占总DOC的45.88%和32.09%。C/UV/PS相对C/PS、UV/PS氧化效果更好,在原水pH,铁矿石和PS的投加量分别为3 g·L^-1和2 g·L^-1,紫外光照射功率为300 W条件下,氧化90 min时COD、UV₂₅₄、DOC和色度的去除率分别为74.9%、93.5%、84.1%和80.1%。从矿化效果来看,C/UV/PS氧化体系对M_W>10×10³的大分子有机物的去除效果显著,深度处理后M_W<1×10³的有机物分子占比增加;该体系对疏水性和弱疏水性有机物去除效果较高,深度处理后亲水性有机物占比增加。     

钙钛矿阳极固体氧化物燃料电池在CO–CO2燃料下的性能和稳定性

以原位析出纳米Co–Fe颗粒的La_0.4Sr_0.6Co_0.2Fe_0.7Nb_0.1O_3–δ(LSCFN)钙钛矿为阳极,考察了直接使用CO–CO₂燃料时的阳极结构演变、单电池电化学性能和稳定性。结果表明:在CO燃料中,ABO₃钙钛矿结构LSCFN转变为A₂BO₄层状钙钛矿结构;在CO中引入少量CO₂后,LSCFN则以单钙钛矿结构为主,并有效抑制了碳沉积。单电池在CO燃料下的最大功率密度可达0.6 W/cm²(850℃),并在n(CO):n(CO₂)=5:1(摩尔比)燃料下运行超过100 h。     

生物炭/地聚物复合膜的制备及其对四环素的去除

以碱木质素、偏高岭土、矿渣为原料,通过原位炭化同步自活化的方法制备了一种低成本、易回收、绿色无污染的生物炭/地聚物复合膜（BC/GM）用于催化H₂O₂产生?OH以降解水中的四环素。通过SEM、XRD、FTIR、XPS等一系列的表征手段分析了BC/GM的形貌结构和理化性质,并且探究了水玻璃模数、碱木质素溶液添加量、煅烧温度对BC/GM催化H₂O₂降解盐酸四环素效率的影响。结果表明,地聚物无机膜（GM）不仅充当了一种便于生物炭回收利用的多孔载体,防止生物质前体直接炭化结焦,而且有助于碱木质素前体在原位炭化过程中实现同步自活化;在水玻璃模数为1.2、碱木质素溶液添加量为0.2 mL、煅烧温度为600℃时,BC/GM催化H₂O₂降解盐酸四环素的去除率达到了92.55%,比纯生物炭作为催化剂时提升了近40%。BC/GM具有更高的比表面积和更丰富的含氧官能团,有助于催化H₂O₂产生?OH,从而实现盐酸四环素的高效降解。     

介孔TiO2固定化葡萄糖氧化酶的直接电化学性能

采用非模板软化学法制备了一种孔径均一的介孔TiO₂材料（m-TiO₂）。XRD测试结果表明其晶型为锐钛矿,且结晶度高,通过N₂吸-脱附曲线可看出存在规整的介孔结构且具有高比表面,从FESEM和TEM可以看出制备的m-TiO₂由许多纳米粒子构成微米级大颗粒,且存在均匀分布的介孔。将此种TiO₂材料固定化葡萄糖氧化酶（GOx）后,通过红外光谱（FT-IR）分析可知m-TiO₂材料可以有效固定化GOx。将m-TiO₂作为固定化材料固定化GOx制备成Nafion/GOx/m-TiO₂/GC电极并进行相关电化学测试,测试结果表明m-TiO₂作为固定化材料固定化GOx后具有良好的催化活性,在无电子媒介体存在下能够实现反应电子与电极表面的直接电子传递,检测线性范围为0.1～1.2 mmol·L^-1葡萄糖,灵敏度为3.44μA·mmol^-1·L·cm^-2,在葡萄糖传感领域具有良好的应用前景。     

焦化废水生物处理A/O/H/O工艺中氰化物的去除特性

针对焦化废水处理工程设计过程中极少涉及基于氰化物浓度变化与考察分析的实际问题,通过对已经运行的广东韶钢集团焦化废水处理工程统计数据的辨析,提出实现总氰化物高效去除的技术与运行强化方法。分析数据发现,在降解的过程中,氰化物滞后于酚类代表的有机物,络合氰的降解比游离氰慢,生物处理过程中由水力停留时间控制的碳源利用与金属离子的存在影响氰化物的降解,而A/O₁/H/O₂工艺在有效分配除碳过程与脱氮过程中实现了氰化物的高效降解。进一步工程实践证明,焦化废水处理全部指标达标的高效性可以通过充分考虑复杂组分降解动力学的协同与优化操作条件加以实现。     

Electrochemical CO2 mineralization for red mud treatment driven by hydrogen-cycled membrane electrolysis

CO₂ mineralization as a promising CO₂ mitigation strategy can employ industrial alkaline solid wastes to achieve net emission reduction of atmospheric CO₂. The red mud is a strong alkalinity waste residue produced from the aluminum industry by the Bayer process which has the potential for the industrial CO₂ large scale treatment. However, limited by complex components of red mud and harsh operating conditions, it is challenging to directly mineralize CO₂ using red mud to recover carbon and sodium resources and to produce mineralized products simultaneously with high economic value efficiently. Herein, we propose a novel electrochemical CO₂ mineralization strategy for red mud treatment driven by hydrogen-cycled membrane electrolysis, realizing mineralization of CO₂ efficiently and recovery of carbon and sodium resources with economic value. The system utilizes H₂ as the redox-active proton carrier to drive the cathode and anode to generate OH^- and H⁺ at low voltage, respectively. The H⁺ plays as a neutralizer for the alkalinity of red mud and the OH^- is used to mineralize CO₂ into generate high-purity NaHCO₃ product. We verify that the system can effectively recover carbon and sodium resources in red mud treatment process, which shows that the average electrolysis efficiency is 95.3% with high-purity (99.4%) NaHCO₃ product obtained. The low electrolysis voltage of 0.453 V is achieved at 10 mA·cm^-2 in this system indicates a potential low energy consumption industrial process. Further, we successfully demonstrate that this process has the ability of direct efficient mineralization of flue gas CO₂ (15% volume) without extra capturing, being a novel potential strategy for carbon neutralization.     

[NH2-emim]Br/[Bmim]BF4离子液体中二氧化碳的电化学还原

以2-溴乙胺氢溴酸和N-甲基咪唑盐为原料合成了氨基功能化离子液体1-（2-胺乙基）-3-甲基咪唑溴盐（[NH₂-emim]Br）,用¹H NMR和IR对所制备的离子液体进行了表征,测得25℃下[NH₂-emim]Br的黏度26.691 Pa·s、电导率0.1130 mS·cm^-1,CO₂的溶解饱和度82%（摩尔分数）,将不同含量的[NH₂-emim]Br与[Emim]BF₄、[Bmim]BF₄、[Bmim]PF₆组成二元复合离子液体,并用于CO₂电化学还原研究,循环伏安研究表明,CO₂在[NH₂-emim]Br（0.5%）-[Bmim]BF₄复合离子液体中的还原峰电位较[Bmim]BF₄正移0.4 V,还原峰电流增大9倍,黏度降低为0.08227 Pa·s,电导率增大至1.317 mS·cm^-1,是一种较好的CO₂电化学还原离子液体体系。