海水体系脱钙与烟气固碳脱硫的集成研究进展

首先综述了近年来海水脱钙和烟气固碳脱硫的方法技术，然后引出海水脱钙与烟气固碳脱硫集成技术的研究进展及发展趋势。在单一的反应中共同处理多种污染物，甚至获得可用于多种用途的副产品是治理环境问题有效的方法。因此文中指出海水脱钙固碳脱硫的集成技术不仅可以提高脱硫率，还可以使碳以碳酸钙固体的形式封存，实现了碳硫的选择性分离，还脱除了海水中的钙离子。烟道气中的二氧化碳和二氧化硫均属于酸性气体，而海水呈碱性，且水溶液体系中的矿化反应速率明显高于直接进行气固反应的反应速率，所以文章提出在海水体系中处理烟道气，是一个值得研究的方向。该集成技术可将有害物质资源再利用，获得具有附加值的产品，实现以废治废，对环境友好且成本低。     

低温低压下氨碳化过程的模拟与控制

氨碳化产物控制是固废硫酸钙低温转化实现硫资源综合利用的关键。采用Aspen plus软件对氨碳化过程进行模拟与分析发现,温度在273.15～338.15 K范围内,温度升高,碳酸根向碳酸氢根转化;0.01～0.13 MPa压力范围内,压力增大,碳酸氢根向碳酸根转化,压力高于0.13 MPa,压力对氨碳化过程无影响;氨摩尔分数小于0.04时,碳酸氢根含量接近1;氨摩尔分数为0.1～0.15,溶液中阴离子主要为碳酸根;氨摩尔分数大于0.15,氨浓度增大对溶液体系碳酸根和碳酸氢根组分无影响;氨碳比为2.2～2.8,溶液中阴离子主要为碳酸根;氨碳比大于2.8,溶液中90%(mol)以上为碳酸氢铵。在此基础上,分别给出了温度-氨浓度、温度-氨碳比条件控制下生产高含量碳酸氢铵和碳酸铵的工艺条件。     

电渗析法处理低浓度SO2碱吸收液的研究

本文介绍了将双极膜电渗析应用于威尔曼洛得法净化低浓度二氧化硫烟气的工艺。用国产双极膜和阴、阳离子交换膜组成电渗析器，通过实验考察了双极膜性能，并测定了碱室电流频率，得出在电流密度为53．38mA／cm^2时，能获得80％以上的电流效率和较快的转化速率。提出了国产双极膜材料在实际应用中应克服的缺点和研究的方向。     

连续鼓泡法海水碳化制备碳酸钙文石的研究

海水脱钙烟道气固碳法,在软化海水和处理烟道气的同时,可通过过程调控获得纯净的碳酸钙副产品,实现“变废为宝”。以海水和模拟烟道气为原料,氧化镁为调节剂,采用鼓泡方式实现气液接触和连续操作,并制备出高纯度碳酸钙文石。考察了镁离子浓度、温度、液位、表面活性剂——十二烷基苯磺酸钠（SDBS）浓度等因素对固体产品纯度、粒度和形貌的影响。通过扫描电镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）、红外光谱仪（FT-IR）和激光粒度分析仪对其固体产品进行表征。结果表明：实验可以得到纯净的碳酸钙文石;最小平均粒径为11.729 μm;升高温度和增大液位容易造成大团聚体;产品的平均粒径随着十二烷基苯磺酸钠（SDBS）浓度增大而增大。     

高密度石灰欠饱和盐水钻井液在TK915-9井的应用

TK915-9井是塔河油田一口五开制评价井,在穿盐过程中钻井液颜色变深、发灰,粘度和切力升高,流动性变差,触变性增强,而且加入降粘剂处理效果不明显,pH值难以稳定,经滤液分析碳酸根浓度为4638mg/l、碳酸氢根浓度为7946mg/l。判断为高密度欠饱和盐水钻井液受到碳酸根/碳酸氢根离子污染,通过综合分析和实验,采用石灰处理,石灰提供Ca2+在碱性条件下与钻井液中的碳酸根/碳酸氢根生成碳酸钙/碳酸氢钙沉淀,为了保持钻井液不被持续的碳酸根/碳酸氢根污染,将高密度欠饱和盐水钻井液体系转换为高密度石灰欠饱和盐水钻井液体系,保持钻井液中含有一定量的钙离子。通过实验确定合理的石灰的加量和酸碱值的范围,并加入降滤失剂调整好钻井液。在现场应用中,通过加入一定量的石灰、烧碱和降滤失剂,很好的解决了碳酸根/碳酸氢根离子的污染,并提高了钻井液的抗污染能力。     

双极膜电渗析处理生物质水解液的过程性能研究

在由双极膜和阴离子交换膜组成的两室双极膜电渗析装置中,研究了生物质水解液糖、酸分离和酸回收的过程性能。考察了不同膜对、进料浓度、电流密度、处理室循环流量及操作温度等因素对于处理水解液过程中的电流效率和平均功耗的影响。结果表明,由BP-1双极膜与A501SB阴离子交换膜组成的膜对的性能最佳;过程的电流效率随进料液酸浓度的增大而下降,过高酸浓度的水解液进料对电渗析分离过程不利;较高操作电流密度条件下电流效率高,利于降低功耗,本装置的处理室适宜循环流量为30.0 mL/m in;操作温度的升高,对提高电流效率作用不明显,但利于降低平均功耗,本实验装置的合适操作温度为35℃。     

CO_2海水脱钙后主要体系中镁盐的结晶

使用烟道气中的二氧化碳进行海水脱钙后的体系中存在大量的镁离子和碳酸氢根离子。如果未加合理利用,不仅会造成资源的浪费,同时体系中存在的大量镁离子在后续生产过程中仍然会引起结垢的问题。本文提出通过使用氢氧化钠作为沉淀剂将该体系中的碳酸氢根转化为碳酸根,并与镁离子结合生成沉淀的新思路,继而减少了溶液中的碳酸氢根及镁离子,同时实现了镁资源和碳资源的进一步矿化利用。通过考察10℃、40℃和60℃条件下碱源中的OH~–与Mg~(2+)的摩尔比对镁提取率的影响,以及提镁后的固相的表征分析,得到了不同n(OH~–)/n(Mg~(2+))比值与固相沉积物的种类与形貌的对应关系。得出以下结论:随着NaOH加入量的增多,镁提取率增加;NaOH足够过量时,镁提取率会达到98%以上。在10℃下,镁系物能够以MgCO_3·3H_2O、Mg_5(CO_3)_4(OH)_2·5H_2O和Mg(OH)_2纯物质或混合物形式存在。60℃时MgCO_3·3H_2O消失,固相以Mg_5(CO_3)_4(OH)_2·4H_2O和Mg(OH)_2的纯物质或混合物形式存在。本研究为海水提镁、海水资源化利用及CO_2矿化技术提供了一个全新的思路和发展方向,为今后更深入地研究镁资源的提取工作提供了参考。     

雾化氛围中二氧化碳调节含氨溶液pH值的研究

利用二氧化碳作为模拟烟道气,考察了去离子水、氨水、碱性氨氮废水吸收二氧化碳过程中液体雾化量、二氧化碳流量及反应时间等对反应速率的影响。根据反应过程中液体p H值的变化优化了反应条件。结果表明:雾化氛围加快了反应速率,从而在一定时间内增大了液体p H值的降低幅度;优选的液体雾化量0.376 m L/min,二氧化碳流量15 m L/min。此外,二氧化碳能够明显降低碱性氨氮废水的p H值,因此为烟道废气处理氨氮废水的实际应用提供了可行性参考。     

钙碳比对CaSO_4-CaCO_3-(NH_4)_2CO_3-H_2O体系反应-结晶过程的影响

在CaSO_4-CaCO_3-(NH_4)_2CO_3-H_2O反应体系中,生成碳酸钙与硫酸铵的控速步骤是石膏溶解。溶解表面被新生的碳酸钙结晶覆盖是重要影响因素。基于反应面模型,通过调整钙离子溶出速率与碳酸根加入速率之比(钙碳比),将反应-结晶面控制在溶解表面的固液扩散边界层临界距离之外从而避免覆盖。实验采用表面积一定的天然纯净块状石膏试样,并向溶解体系滴加碳酸铵溶液,使钙碳比分别为0.125、0.25、0.5、1、2、4和8,观察碳酸钙在石膏表面的包覆现象,并预测反应-结晶面与溶解表面之间的微距离。结果显示,当钙碳比为0.125、0.25、0.5和1时,试样表面出现碳酸钙包覆但包覆量随λ增大而减小;当钙碳比为2、4和8时,试样表面不出现包覆,碳酸钙结晶生成于液相主体。将钙碳比为1视为临界值,该条件下反应-结晶面与溶解表面的微距离大于18μm。     

再生水管道碳酸钙沉积机理研究

针对再生水管道结垢问题,以碳酸钙为研究对象,基于碳酸钙沉积静态模拟实验,对碳酸钙沉积发生的临界条件和沉积速率影响因素进行系统研究。结果表明:再生水中碳酸钙沉积的临界过饱和度随pH的增大而显著下降,pH8.5时临界过饱和度处于较低水平,较易发生沉积结垢;再生水中碳酸钙的沉积过程分为晶核生成和晶粒长大2个阶段,pH和溶液组成对晶核的生成速率有显著影响,pH越大,碳酸根比例越高,晶核生成速率常数越大。     

二氧化硫在脱钙后海水体系中的溶解平衡

CO₂脱钙后海水与标准海水相比,具有更少的Ca²⁺和更多的HCO₃^-,理论上HCO₃^-可与SO₂溶于水后产生的亚硫酸氢根反应,促进SO₂的溶解.为此本文以N₂为惰性载气,研究了1atm下,温度变化范围为34.0~63.9℃,SO₂在标准海水、NaHCO₃含量增多的海水以及钙离子减少的海水中的溶解性能,以期实现海水CO₂脱钙与烟道气脱硫的耦合.结果表明SO₂在标准海水中的溶解度随着温度的升高显著降低,且SO₂溶解度的数值与温度呈近似线性关系;海水中HCO₃^-含量的增加会提高SO₂在此水体系中的溶解度;而海水中钙离子的减少对SO₂在此水体系中的溶解性能并无显著影响.因此与标准海水体系相比,CO₂脱钙后海水体系对SO₂具有更好的溶解性能,为利用CO₂脱钙后海水进行烟气脱硫,从而实现海水脱钙与烟气脱硫的耦合提供了理论支持及基础数据.     

DBU-based CO_2 absorption–mineralization system: Reaction process,feasibility and process intensification

Amine-based carbon dioxide(CO_2) capture is still limited by high desorption energy consumption. Fixing CO_2 into carbonate is a safer and more permanent method. In this work, calcium oxide(CaO) is introduced to perform chemical desorption instead of thermal desorption on 1,8-diazabicyclo [5.4.0] undec-7-ene(DBU) aqueous solution after CO_2 absorption. The X-ray diffraction(XRD) patterns of solid products show the formation of calcite calcium carbonate(CaCO_3), which prove the feasibility of this method. The effects of reaction temperature, reaction time and Ca~(2+)/CO_3~(2-) molar ratios on the related reactions in CO_2 absorption–mineralization process and CaCO_3 precipitation are discussed, and purer CaCO_3 is obtained by ultrasonic treatment. The CaCO_3 content can be increased to 95.8% and the CO_2 desorption ratio can achieve 80% by 30 min ultrasonic dispersion treatment under the conditions(40℃, 180 min, Ca~(2+)/CO_3~(2-) molar ratio = 1.0). After five cycles, DBU aqueous solution shows stable CO_2 absorption and mineralization ability. Fourier transform infrared spectroscopy(FT-IR) spectra of the reaction process also indicate the regeneration of the solvent. Compared with thermal desorption, this process is exothermic, almost without no additional heat.     

喷淋鼓泡塔内氨水对烟气中As2O3的吸收特性

喷淋鼓泡塔内的反应是典型的气液两相流，为研究喷淋鼓泡内氨水对烟气中As₂O₃吸收特性，探索新型喷淋鼓泡技术的污染物一体化控制潜力，以空气和SO₂为模拟烟气，利用喷淋鼓泡吸收塔研究了液气比、浸液深度、氨水质量浓度、SO₂质量浓度对氨水吸收气相As₂O₃的影响。研究表明：氨水对As₂O₃的吸收效率随液气比增加先增大后趋于平缓；浸液深度增大，氨水吸收As₂O₃的效率降低；As₂O₃与氨水中OH^-作用生成的AsO₃^3-溶于氨水实现氨水对As₂O₃的吸收，氨水吸收As₂O₃的效率随氨水质量浓度的增大先上升后下降；碱性环境下，SO₂与NH₃作用生成SO₃^2-的水解增加了溶液中OH^-，促进了氨水对As₂O₃的吸收，又因SO₃^2-水解产生HSO₃^-电离出H⁺对部分OH^-中和以及NH₃挥发等因素，促进作用表现为吸收效率随SO₂质量浓度的增加先上升后下降。在氨水质量浓度为0.07%、SO₂质量浓度为525mg/m³、液气比10L/m³、浸液深度5cm时吸收效率达到最大82%。     

Desorption of Cl- from Mg-Al layered double hydroxide intercalated with Cl- using CO2 gas and water

Mg-Al layered double hydroxide intercalated with CO_3~(2-)(CO_3·Mg-Al LDH) is effective for treating HCl exhaust gas.HCl reacts with CO_3~(2-) in CO_3·Mg-Al LDH, resulting in the formation of Cl·Mg-Al LDH.We propose that CO_2 can be used for the desorption of Cl~-from Cl·Mg-Al LDH to regenerate CO_3·Mg-Al LDH.Herein,we studied the desorption of a from CI-Mg-Al LDH by adding water to Cl·Mg-Al LDH and blowing CO_2 into it.We also analyzed the effects of temperature and water addition speed on the desorption of CI~-from Cl·Mg-Al LDH.Our results show that the added water adhered to CI·Mg-Al LDH and that CO_2 in the gaseous phase was dissolved in this adhered water,thus generating CO_3~(2-).Therefore,anion exchange occurred between CO_3~(2-) and Cl~-in the Cl·Mg-Al LDH,thus desorbing Cl~-.     

液相共存成分对双极膜电解吸氨法脱碳富液的影响

考察了烟气中SO₂、NO_x和CO₂与NH₃·H₂O的反应机理以及双极膜电解吸的机理,对本文自制实验系统的操作工况进行了进一步的调整,探究了氨法脱碳吸收富液双极膜电解吸的一般规律,研究了模拟解吸液解吸过程中主要液相共存成分,如(NH₄)₂SO₃、(NH₄)₂SO₄、NH₄NO₃、NaCl和NH₄Cl对CO₂双极膜电解吸的影响。研究表明,液相共存成分种类、质量分数、pH、表面张力等对CO₂的双极膜电解吸均能产生一定影响。少量NaCl、NH₄Cl和(NH₄ )₂SO₄成分的共存对吸收富液的电解吸是有利的,且对电解吸的影响程度为NaCl> NH₄Cl> (NH₄)₂SO₄;吸收富液中应该极力避免(NH₄)₂SO₃成分的存在;NH₄NO₃成分的共存对脱碳富液电解吸的影响不大。因此,在碳捕集前应对烟气中的杂质成分进行脱除,减少其对解吸液理化特性以及双极膜电解吸的影响。     

深井降温系统管道结垢微观机理

以深部矿井降温系统管道内壁出现的结垢问题为研究对象,首先采集管道水样进行水质全分析测试,确定管道内成垢性离子并建立化学及数学模型,其次采用第一性原理计算方法研究得到了深部矿井降温系统管道结垢微观机理。结果表明,深井降温系统管道内壁结垢过程包括Ca²⁺和CO₃²⁺的结合结晶及MgCo₃、CaSO₄转化为CaCO₃的转化;理论分析及第一性原理计算结果表明,深井降温系统管道内壁结垢的主要影响因素为成垢性离子（Ca²⁺、HCO^-、Mg²⁺和SO₄^2-）,且和的存在会抑制碳酸钙结垢的产生。该研究对于深部高温热害矿井的降温系统的结垢产生机制以及采取合理的防、除垢措施,保障良好的矿井降温效果和安全生产具有理论指导意义。     

A222型阴离子交换树脂脱除HPPH+体系中的SO42-、NO3-

优化选取凝胶型强碱性苯乙烯系A222型阴离子交换树脂,对HPPH⁺溶液中SO₄^2-、NO₃^-的交换性能进行了研究。通过静态法分别考察了A222型阴离子交换树脂在水溶液及0.05mol/L HPPH⁺溶液中对SO₄^2-和NO^3-脱除过程。结果表明,A222型阴离子交换树脂对HPPH⁺无化学吸附作用,在水体系中对SO₄^2-和NO₃^-的平衡交换量分别为0.8382mmol/g和1.2980mmol/g,符合Langmuir和Freundlich吸附经验方程。树脂用量和温度是离子交换过程的主要影响因素,温度升高有利于离子交换的进行,树脂的优化用量为4g/L。A222型阴离子交换树脂可高效联合脱除HPPH⁺体系中的SO₄^2-和NO₃^-。FTIR谱图表征显示,SO₄^2-和NO₃^-可与树脂交换基团进行交换。     

Influence of anode current density on carbon parasitic reactions during electrolysis

In the electro-deoxidation process, carbon parasitic reaction (CO₃^2- + 4e^-=C + 3O^2-) usually occurs when using carbon materials as the anode, which leads to increase of the carbon content in the final metal and decrease of the current efficiency of the process. The aim of this work is to reduce the negative effect of carbon parasitic reaction on the electrolysis process by adjusting anode current density. The results indicate that lower graphite anode area can achieve higher current density, which is helpful to increase the nucleation site of CO₂ bubbles. Most of CO₂ would be released from the anode instead of dissolution in the molten CaCl₂ and reacting with O^2- to form CO₃^2-, thus decreasing the carbon parasitic reaction of the process. Furthermore, the results of the compared experiments show that when the anode area decreases from 172.78 to 4.99 cm², CO₂ concentration in the released gases increases significantly, the carbon mass content in the final metal product decreased from 1.09% to 0.13%, and the current efficiency increased from 6.65% to 36.50%. This study determined a suitable anode current density range for reducing carbon parasitic reaction and provides a valuable reference for the selection of the anode in the electrolysis process.     

乙醇胺捕集燃煤烟气二氧化碳工艺模拟

有机胺法是最有效的燃煤烟气二氧化碳（CO₂）捕集技术之一。使用Aspen plus模拟乙醇胺（MEA）捕获烟气CO₂的过程,先进行单独的吸收塔与再生塔模拟,在单独系统模型收敛的基础上,再进行吸收-解吸的综合模拟。在入塔烟气流量为8.22 m³/min、CO₂物质的量分数为0.18、MEA流量为2 311.3 kg/h、MEA物质的量分数为0.12条件下,MEA捕集燃煤烟气中CO₂的模拟结果: CO₂脱除率为69.3%,净化气中CO₂物质的量分数为5.33×10^-2,再生塔顶再生气中CO₂物质的量分数为0.956,基本达到了设计要求。此为更深入地开展胺法吸收CO₂的研究提供了依据。     

府谷煤CO2催化气化反应性的研究

加入适宜的催化剂可以提高气化反应速率,降低起始气化温度。为了研究不同阴离子（SO₄^2-、CO₃^2-、Cl^-）盐对府谷煤热失重过程的影响,利用热重分析仪对负载了8种催化剂（K₂CO₃、K₂SO₄、KCl;Na₂CO₃、Na₂SO₄、NaCl;FeSO₄、FeCl₂）的煤样进行了CO₂气化实验,其中每克府谷煤的K⁺、Na⁺、Fe²⁺负载量分别为0.001mol。同时采用升温动力学模型进行了数据拟合。实验结果表明：催化剂对煤与CO₂的低温热解并无明显的催化作用,而在高温气化阶段催化效果显著。对于钾盐和钠盐催化剂,当阳离子相同时,其催化活性顺序为：CO₃^2->SO₄^2->Cl^-。对于铁盐催化剂,FeSO₄的催化活性优于FeCl₂。动力学结果发现：负载催化剂煤样的活化能大小符合上述实验规律,分布在169～232.6kJ/mol之间,相比原煤（267.9kJ/mol）都有一定程度的降低。