Fe2(SO4)3对活性污泥微生物活性的影响

为了解Fe₂(SO₄)₃作为絮凝剂对活性污泥中微生物活性的影响,向活性污泥系统中投加质量浓度为20、40、60、80,100 mg·L-1的Fe₂(SO₄)₃,反应4 h后测定活性污泥的脱氢酶活性、比耗氧速率(R_SOU)、胞外聚合物(EPS)及各组分含量,同时测定系统出水的COD等各项指标．结果表明:Fe₂(SO₄)₃质量浓度在20～60 mg·L-1时对活性污泥的脱氢酶活性、R_SOUEPS及各组分含量影响均不大,此时污水中COD、TP、UV₂₅₄等污染物随Fe₂(SO₄)₃质量浓度增加而有较大幅度去除．Fe₂(SO₄)₃质量浓度为80 mg·L-1时,污泥的脱氢酶活性、R_SOU、总EPS含量均明显下降．当Fe₂(SO₄)₃质量浓度增加到100 mg·L-1时,污泥的脱氢酶活性、R_SOU进一步受到抑制,而总EPS含量则大幅度提升．此时污水中COD、TP、UV₂₅₄等污染物去除率增加幅度变缓,SCOD及NH₃-N去除作用有所下降．     

低温SBR系统活性污泥硝化效能的pH调控

为进一步提高低温(15 ℃)SBR系统的硝化效能,通过间歇培养实验探讨pH对系统活性污泥硝化效能的调控与影响．结果表明,将初始pH控制为8.0～9.0,低温SBR系统的活性污泥(以MLSS计)具有最佳的氨氮氧化能力,在NO₂--N积累阶段对NH₄+-N的比去除速率可达25.49 g·kg-1·d-1,NO₂--N的比生成速率达22 g·kg-1·d-1;初始pH为7.5～8.0时,NO₂--N氧化效果最佳,NO₃--N的比生成速率可达35.6 g·kg-1·d-1;将反应系统的pH维持在8.0,可使亚硝酸菌和硝酸菌代谢活性均保持在较高水平,达到良好的硝化效果．     

KBrO3协同载贵金属TiO2光催化降解阿莫西林

为提高二氧化钛光催化去除阿莫西林的效率,利用光沉积法制备了载贵金属TiO₂催化剂 (M／TiO₂,M为Ru、Rh、Pd、Ag、Ir、Pt或Au),研究紫外光(365 nm)下KBrO₃协同M／TiO₂光催化降解阿莫西林的活性,并以KBrO₃协同Rh／TiO₂研究实验条件对催化活性的影响．结果表明：M／TiO₂光催化降解阿莫西林的催化活性与贵金属的功函数密切相关;KBrO₃对不同M／TiO₂光催化降解阿莫西林的反应均具有很好的协同效果;在Rh载量为0.1％(质量分数)、催化剂质量浓度为0.15 g／L、KBrO₃浓度为0.5 mmol／L、溶液pH为5的条件下,20 mg／L的阿莫西林溶液90 min光催化降解率达100％,且该反应符合一级反应动力学模型．     

不同CO2浓度和施氮水平对麦田CO2净通量的影响

为研究不同CO₂浓度和施氮量对麦田CO₂净通量的影响,利用开顶式气室(OTC)组成的CO₂浓度自动调控平台模拟CO₂浓度升高环境.以冬小麦为试验材料,设置CK (对照,环境大气CO₂浓度)、C₁(CO₂浓度比CK增加120 μmol·mol^-1)和C₂(CO₂浓度比CK增加200 μmol·mol^-1)3个CO₂浓度水平;施氮量设置常规施氮量(N₁,25 g·m^-2)和低氮(N₂,15 g·m^-2)2个水平.采用静态箱-高精度气体分析仪观测麦田CO₂净通量.结果表明:各处理的麦田CO₂净通量变化特征一致,均呈先增大后减小的趋势,在拔节期和抽穗期达到峰值.N₁处理下,在整个生育期,CK、C₁和C₂处理的CO₂累积量分别为-105.8±12.6、-123.1±11.5和-120.2±4.1 kg·hm^-2.N₂处理下,在整个生育期,CK、C₁和C₂处理的CO₂累积量分别为-82.3±9.2、-95.4±7.6和-96.7±2.8 kg·hm^-2;拔节期C₂处理的CO₂累积量比CK显著增加了31.8%(P=0.024).C₁处理下,拔节期N₁处理的CO₂累积量显著高于N₂处理55.0%(P=0.009);C₂处理下,N₁处理的整个生育期CO₂累积量显著高于N₂处理23.6%(P=0.010).各处理CO₂净通量跟土壤湿度的相关关系均达到显著;N₁处理下,C₁和C₂处理的CO₂净通量跟光合有效辐射的相关关系达到显著,N₂处理下,CK和C₁处理的CO₂净通量跟光合有效辐射的相关关系达到显著;N₁处理下,C₁处理的CO₂净通量跟空气温度的相关关系达到显著,其余处理未达到显著.本研究表明:在小麦的拔节期和抽穗期,相比于CO₂浓度升高,施氮量对麦田CO₂净通量的影响更为显著;CO₂浓度升高与施氮量对麦田CO₂净通量的影响没有显著的交互作用.     

多因素对地下污水厂H2S与NH3浓度的影响

依托现场实验测试,采用二阶正交数值仿真实验,以脱水机房为例,分析了温度、湿度及排风量对地下污水厂H₂S和NH₃浓度的影响,并提出了一种结合污染水平和排风能耗的综合评价指标。分析结果表明,脱水机房H₂S和NH₃浓度受温度和排风量交互效应影响显著（p<0.05）。在20℃时脱水机房内H₂S和NH₃浓度最低,比35℃时污染水平降低2.5倍,综合评价指标计算结果显示,在2.7次换气次数下综合评价指标较小,K值为4.5。对于处理量为10万t/d的污水厂,换气次数低于2.7次脱水机房的恶臭浓度偏高,高于2.7次排风能耗过大,取2.7次换气次数范围最为合理。     

KMnO4/NaOH溶液吸收SO2/NO的动力学研究

在典型湿法烟气脱硫系统运行条件下,研究了平面传质搅拌反应器中KMnO₄/NaOH溶液同时吸收SO₂和NO的动力学,确定了反应级数、反应速率常数以及活化能.实验结果表明,NO的吸收速率随着入口NO分压和KMnO₄浓度的增加而提高.在吸收剂溶液中加入NaOH可以提高NO的吸收速率,烟气中O₂的体积分数对于NO和SO₂的吸收速率几乎没有影响.当同时吸收烟气中的SO₂和NO时,SO₂会降低NO的吸收速率,而NO对SO₂的吸收速率几乎没有影响.在KMnO4/NaOH溶液中NO的吸收速率对NO相间浓度和KMnO4浓度均为一级反应,平均反应速率常数为5.79×103 m³/(mol•s),活化能为26.85 kJ/mol.     

制备方法对CeO2及CoOx/CeO2催化燃烧甲苯的影响

挥发性有机物(VOCs)是形成雾霾和臭氧的主要前驱物,控制其污染排放十分必要。论文研究采用热分解法、化学沉淀法和水热法制备CeO₂,并通过浸渍-焙烧将15 wt%的CoO_x负载在不同方法制备的CeO₂上,以甲苯为目标污染物研究了不同制备方法对CeO₂及CoO_x/CeO₂催化性能影响,并通过XRD、BET、SEM、H₂-TPR和Raman对催化剂进行表征。结果表明：在甲苯浓度为1,000 ppm,空速为20,000 h^_-1测试条件下,化学沉淀法制备的CeO₂具有最好的催化活性,在375℃达到80%的甲苯去除率;将其与Co物种复合后,Co/CeO₂-P能在255℃达到90%的去除率。300 ℃下,经过78 h的长周期实验,Co/CeO₂-P依然保持100%甲苯去除率。BET和H₂-TPR结果表明：不同方法制备的CeO₂拥有不同有比表面积和表面氧化还原性能,这是影响其催化活性的主要因素。     

高效CoFe2O 4的制备及其碱性析氧性能

析氧反应(oxygen evolution reaction, OER) 电催化剂存在成本高、效率低等问题。OER 是一个需要高过电 位的四电子-质子耦合反应, 为了降低电解水阳极的OER 过电位和提高钴铁氧化物(CoFe₂O₄) 的电流密度和稳定 性, 采用简单的水浴和煅烧的方法制备不同煅烧温度的非贵金属催化剂CoFe₂O₄。采用XRD、SEM、TGA 等方法 对CoFe₂O₄ 材料进行表征, 电化学研究结果表明, 在1 mol/L KOH 溶液中, 经过300 ℃ 煅烧的CoFe₂O₄ OER 性能最好, 1.58 V 时就可以产生10 mA/cm² 的电流密度, 塔菲尔(Tafel) 斜率为96 mV/dec, 经过1 000 次循环伏安扫描和计 时电流进行稳定性测试后, 其析氧性能依然保持较高的稳定性。     

3A分子筛和Al2O3复合载体催化剂的催化特性

为探究3A分子筛和Al₂O₃复合载体催化剂的结构特征以及对甲苯的催化特性,采用等体积浸渍法制备Al₂O₃与3A分子筛不同掺混比的载体镍基催化剂,并对催化剂进行XRD、H₂-TPR、BET等特性分析,在固定床反应器中对催化剂催化甲苯的特性进行研究. 结果表明:催化剂中活性组分Ni主要以氧化镍NiO和镍铁合金Ni₃Fe的形式存在;Al₂O₃催化剂的比表面积和孔容随着Fe负载量的增加而减小,而不同掺混比催化剂的比表面积和孔容随着γ-Al₂O₃占比的增加而逐渐增大;甲苯的转化率随着反应温度的增加而逐渐增加,但是随着Fe负载量的增加而先增加后下降;对于不同掺混比的催化剂,随着γ-Al₂O₃占比的增加,催化剂的活性逐渐增强而后减弱,甲苯的转化率因此先增大后减小;当反应温度为700 ℃,水碳比为2,停留时间0.6 s,γ-Al₂O₃占比为60%时,甲苯转化率最高.     

预氯化对输水管道净水效能影响及恢复研究

为保障原水输水过程中水质安全性,采用生物膜环状反应器(BAR, Biofilms Annular Reactor)考察预氯化对管道生物膜净水效能的影响及其性能恢复过程．结果表明,管道预氯化后,对管道生物膜损伤较大,影响NH₄+-N、NO₂--N、CODMn、TP去除效果;出水出现短暂的CODMn和TP质量浓度上升、NO₂--N积累现象,出水NO₂--N最大积累量可达7倍．冲击实验后稳定运行阶段,生物膜对NH₄+-N去除效能恢复时间较NO₂--N快2 d,NH₄+-N、NO₂--N分别在第8天和第10天完成恢复;稳定运行至第8天,管壁生物膜完成对CODMn和TP去除效能的恢复．     

化学链燃烧中Co掺杂改性Fe2O3（104）载氧体反应特性

基于密度泛函理论建立金属Co掺杂的铁基载氧体的微观模型,探究掺杂Co后模型表面的电子结构及反应特性的变化。首先,采用Material Studio软件中CASTEP模块构建并优化Fe₂O₃（104）的平板模型;其次,以Co原子分别替换模型表面不同配位数的Fe原子（Fe_5f,Fe_6f和Fe_7f）,构建Co在表面不同Fe原子位的掺杂模型（Co-Fe₂O₃（104））;最后,计算纯净模型和掺杂模型的表面能、掺杂结合能、态密度以及掺杂位点原子的键长、键角和原子间距离等参数,考察CO在Fe₂O₃（104）和Co掺杂的Fe₂O₃（104）表面的等温吸附特性,并以CO分子为探针测试Co掺杂模型和纯净模型表面的氧化反应特性,获取反应路径、过渡态和反应活化能等信息。几何优化结果得到Co掺杂模型的稳定性顺序是：Co_5f-Fe₂O₃（104）> Co_6f-Fe₂O₃（104）> Co_7f-Fe₂O₃（104）,对应的结合能分别为-0.399 eV、-0.215 eV和0.487 eV,Co在Fe_5f和Fe_6f位的掺杂是放热过程,并且在Fe_5f原子位的掺杂时放热较多,而在Fe_7f原子的掺杂属于是吸热反应;Co掺杂改变了掺杂位点相邻O原子的平均键长L_O-M（M代表Fe或Co）,其中Co替换Fe_7f后相邻O原子的L_O-M增加了0.004 4 nm;掺杂Co后模型的总态密度（DOS）均向费米能级（0 eV）方向移动,在-8 eV～0 eV能量范围内离域性增强,而且Co_5f-Fe₂O₃（104）模型体系靠近费米能级左边的填充态能量高于其他模型。等温吸附表明Co掺杂可以提高CO在模型表面的吸附量,并且存在吸附两种方式：-2.0 eV附近的峰为CO模型表面碱性位点的吸附峰,-0.75 eV附近的峰为CO在非碱性位点的吸附峰。CO在Co_5f-Fe₂O₃（104）表面的吸附能（-0.851 eV）最大,而在Co_7f-Fe₂O₃（104）表面的吸附需要外加能量（0.386 eV）,CO在Co_6f和Co_7f掺杂位吸附的键长（L_CO）比纯净模型表面的分别增加了0.000 4 nm和0.001 1 nm,表明Co掺杂表面对CO分子的活化作用较大;过渡态分析表明CO在Co掺杂表面氧化生成CO₂的反应活化能均明显下降,其中CO在Co_5f-Fe₂O₃（104）表面生成CO₂的活化能最低,比在Fe₂O₃（104）表面的减少了0.518 eV,且相应的反应能增加了0.445 eV。研究表明,Co与Fe在其氧化物中成键结构不同,导致掺杂后模型表面的悬键增多,表面能增大,态密度向费米能级方向移动,提高了Fe₂O₃（104）表面活性,并且Co在低配位数Fe原子位的掺杂更有利于降低氧化CO的反应活化能。因此,通过掺杂金属Co提高铁基载氧体反应活性是可行的,其改性效果与掺杂活性成分的特性和掺杂方式有密切的关系。     

TiO2对高C3S熟料烧成的影响

通过外掺TiO₂来改善高C₃S熟料的烧成.配制7个生料样品,其潜在矿物组成均为w(C₃S)=75%、w(C₃A)=7%、w(C4AF)=18%,TiO₂掺量分别为0、05%、10%、15%、20%、25%、30%,在设定的高温下煅烧成熟料,通过化学分析、XRD、SEM/EDS等方法,研究了TiO₂对熟料易烧性、矿相形成、C₃S晶体形貌和熟料强度等的影响.结果表明,掺入少量TiO₂明显提高了熟料的易烧性;当TiO₂掺量小于2%时,f-CaO随TiO₂掺量的增加而显著降低;当TiO2掺量超过2%后,f-CaO随TiO₂掺量的变化不大;当TiO₂掺量达到3%时,在1 350和1 400 ℃温度煅烧的熟料中均发现了CaO·TiO₂新相;掺2%TiO2在1 400℃煅烧条件下的熟料,TiO₂在C₃S中的固溶量约1.7%;掺入适量的TiO₂,熟料中C₃S结晶比较完整、均匀,熟料强度较高.适当掺入TiO₂对改善高C₃S熟料的烧成和提高其强度都是有利的.     

超级电容器PANI/MnO2 复合材料电极的制备及性能研究

通过回收废旧三元锂电池正极材料中的Mn 制备超级电容器PANI/MnO₂ 复合电极材料, 实现废旧材料的资源化, 符合绿色化学的发展要求。主要探索了两种不同氧化剂(KMnO₄ 和APS) 对PANI/MnO₂ 复合材料形貌和电化学性能的影响, 由实验结果可知, 在KMnO₄ 氧化条件下制备的具有空隙的针棒状复合材料PANI/MnO₂ -1 的电化学性能明显略优。PANI/MnO₂ -1 作为电极时的比电容可达2 183 F/g, 充放电100 圈后比电容仍具有初始值的60.81%, 循环稳定性较好, 是一种性质优良的超级电容器电极材料。结果表明实验设计的废旧三元锂电池回收再利用方法切实可行, 为超级电容器PANI/MnO₂ 复合材料电极的制备提供了新的研究思路。     

SO2浸出软锰矿体系连二硫酸锰的生成机制

副产物连二硫酸锰(MnS₂O₆)生成是限制废气二氧化硫还原浸出软锰矿副产硫酸锰工艺工业化应用的技术瓶颈和关键科学问题。迄今,MnS₂O₆的生成机制尚未明确,难以为探究其工艺控制措施提供有效理论依据。基于此,本文研究了SO₂浸出软锰矿体系MnS₂O₆的生成机制,阐明了MnS₂O₆生成速率控制步骤和动力学过程。首先基于反应体系理论分析,提出基于表面吸附和电化学模型的自由基生成机制可用于解释MnS₂O₆的生成机制,其生成速率微观上取决于自由基HSO₃形成速率,宏观上主要取决于体系H^₊和HSO- 3浓度,两者的反应级数均为1,推导的理论生成速率方程为 。随后通过动力学实验考察了体系SO₂浓度、pH和温度对MnS₂O₆生成的影响,研究结果表明,MnS₂O₆生成速率随体系酸度和温度的升高呈现先快速减小后趋势趋缓,随体系SO₂浓度的升高而升高,H^₊和SO₂浓度对MnS₂O₆生成速率的反应级数分别为-0.057和0.9954,反应的活化能为6894.05 J/mol。最后基于液相SO₂解离平衡关系,推导得到H^₊浓度和HSO- 3浓度对MnS₂O₆生成速率的反应级数分别为0.943和0.996,与理论速率方程的级数非常接近。研究结果验证了对MnS₂O₆生成机制的解释和动力学推导过程, 可为该工艺工业化应用时MnS₂O₆生成特性及抑制方法研究提供理论依据和有效途径。     

石墨烯薄膜修饰TiO2纳米管光电极制备及性能

为提高TiO₂光催化剂的可见光催化活性,采用阳极氧化法制备了高度有序的TiO₂纳米管,利用阳极电化学沉积构筑了石墨烯薄膜修饰的TiO₂纳米管光电极,并利用扫描电子显微镜、X-射线光电子能谱及紫外-可见漫反射光谱对其表观形貌、组成结构及光吸收性能进行表征．结果表明:石墨烯有效地修饰在TiO₂纳米管表面,且以透明薄膜形式存在．此外,石墨烯薄膜修饰显著拓展了TiO₂纳米管的可见光响应范围．以甲基蓝为探针分子,考察了阳极沉积电压及沉积时间对所制备石墨烯薄膜／TiO₂纳米管光电极光催化性能的影响．结果表明:阳极沉积电压为+0.8 V、沉积时间为10 min时,制备的石墨烯薄膜／TiO₂纳米管光电极对甲基蓝的光催化降解效果最佳．模拟太阳光下光照120 min对甲基蓝的降解率为65.9％,是纯TiO₂纳米管光电极的1.35 倍．     

介质填充材料对低温等离子体分解CO2的研究

低温等离子体内部存在很多高活性粒子可以促进CO₂气体在常温下分解。为了提高CO₂的分解效率,探索CO₂减排的新途径。研究了介质材料（γ-Al₂O₃、石英棉、CaO）加入时,等离子体与CO₂的反应情况及不同填充材料对该反应的影响。研究表明,加入介质填充材料会显著提高CO₂的分解效率,且加入石英棉时对CO₂的分解效率最高;填充材料粒径在250 μm时,CO₂转化率最高。     

大气CO2浓度缓增对冬小麦土壤呼吸的影响

为研究大气CO₂浓度缓增对冬小麦（Triticum aestivum）土壤呼吸的影响，基于开顶式气室组成的CO₂浓度自动调控平台，在2017—2019年开展了两季冬小麦CO₂浓度缓增试验.每季试验在背景大气CO₂浓度基础上（CK，对照），均设置了CO₂浓度缓增处理（C₈₀和C₁₂₀，即从2016年起逐年增加40 μmol·mol^-1，至2017—2018年和2018—2019年冬小麦生长季CO₂浓度分别为CK+80 μmol·mol^-1和CK+120 μmol·mol^-1）.采用静态暗箱-气相色谱法测定土壤呼吸速率.结果表明：CO₂浓度缓增没有显著改变土壤呼吸的季节变化规律，但是会显著影响冬小麦旺盛生长期的土壤呼吸速率.在2018—2019年冬小麦抽穗-扬花期，C₁₂₀处理使土壤呼吸速率显著增加50.2％（P=0.008），且使得生长季土壤碳排放显著增加25.9％（P=0.044），而在2017—2018年冬小麦生长季，与CK相比，C₈₀处理对土壤呼吸没有显著影响.土壤呼吸与土壤温度呈指数正相关，与CK相比，CO₂浓度缓增降低了土壤呼吸对温度的敏感性.研究表明，CO₂浓度缓增120 μmol·mol^-1增加了冬小麦生长季土壤碳排放.     

铜基材料的制备及其光催化还原CO2的实验研究

光催化还原技术可以将CO₂气体转化成高附加值有机物,实现CO₂资源化利用。TiO₂作为常见的光催化材料,具有价格低廉、化学稳定性高等优点。虽其自身的光谱响应范围较窄,且其电子空穴复合率太高,导致其作为光催化材料的催化效率大大降低,但可以通过半导体复合的方式提高其光催化性能。以硫脲和二水氯化铜团制备出硫化亚铜Cu₂S-TiO₂-X,通过高温水热复合到基体上,通过X射线衍射、X射线电子能谱、扫描电镜、紫外光可见光分度计等表征手段研究了其物理特性,并进行了CO₂还原实验。结果表明:Cu₂S-TiO₂-1.0的光催化还原性最强,其CH₄产率为0.12 μmol/(g·h);随着Cu₂S含量的减少,CH₄产率先增加后减少。     

TiO2/石墨烯复合材料的水热法合成与光催化性能

为了提高TiO₂的光催化性能,采用水热法一步制备了TiO₂/石墨烯(TiO₂/RGO)复合物．采用XRD、FT-IR、RS、UV-Vis DRS、TEM等测试方法对其进行了表征,并研究了不同质量比的复合物在可见光下对甲基橙(MO)的光催化降解．结果表明:在TiO₂/RGO复合物中,TiO₂以10 nm左右的颗粒均匀地分散在石墨烯层上;与在同等条件下制备的TiO₂相比,TiO₂/RGO复合物在可见光区吸收明显增强,吸收边缘红移了20 nm;质量比为1∶0.005的TiO₂/RGO复合物,2 h内的降解率达到74.79％．可见将石墨烯与TiO₂复合,能够有效地提高TiO₂的可见光催化性能．     

金属-石墨烯复合物吸附活化CO2的第一性原理

在光催化CO₂的反应体系中,CO₂的吸附活化是一个关键步骤;不同的活化方式和CO₂的活化态决定了其反应路线和最终产物．以金属-石墨烯体系为研究对象,采用密度泛函理论方法,结合局域密度近似(LDA)和PWC泛函,计算该体系在CO₂吸附前后的几何结构、能量、电荷分布和态密度等的变化．结果表明:电子从金属-石墨烯体系转移到CO₂,使CO₂带负电并活化;其中Cu-G体系对CO₂的活化效果最好,C—O键长分别增加6和14 pm,O—C—O键角减小为122°;金属原子簇和石墨烯的第一电离能和电子亲和势对电子的转移起决定性作用,金属原子簇电子亲和势比石墨烯第一电离能越大,电荷越易从石墨烯转移到金属原子簇．