离子膜电渗析在高盐废水"零排放"中的应用、机遇与挑战

高盐废水“零排放”是当今很多企业需要面临的非常严峻的环保问题，而离子膜电渗析由于其独特的分离机制能够实现高盐废水中无机盐的分离、浓缩和资源化利用，从而实现水和盐的回收利用。本文综述了离子膜电渗析目前在高盐废水“零排放”盐浓缩工艺中的应用情况；展望了电渗析在高盐高COD废水中的应用前景以及新型的电渗析技术如选择性电渗析和双极膜电渗析在混盐分离和盐的资源化利用中的机遇；同时指出离子膜电渗析在大规模应用中仍存在很多挑战，如离子膜性能的提高、电渗析工艺的优化和电渗析设备的投资成本和能耗如何降低。本文将为高盐废水“零排放”提供新思路，同时为离子膜电渗析在高盐废水“零排放”中的规模化应用奠定基础。     

电渗析集成技术在高盐废水处理中的应用研究进展

随着高盐废水排放造成的资源流失及水环境问题的日益突出，不断提升的废水排放标准导致积极回收高盐废水中的有价资源，回用废水减少排放以降低对环境的危害成为必然趋势。为解决高盐废水处理难的问题，膜分离技术，尤其是电渗析（ED），由于对废水中的荷电离子分离、淡化和浓缩的能力，受到研究者的广泛的关注。然而使用单一电渗析技术处理高盐废水时，成本能耗过高，因此将ED技术与压力驱动的膜技术进行集成。这种方法实现了高效回收高盐废水中的有价资源的目标，并减少了向环境中排放的废水，成为了高盐废水处理的热门工艺。本文介绍了ED技术的基本原理和常用的几种电渗析模式，重点介绍了ED+压力驱动膜集成技术处理高盐废水的研究发展现状。最后结合了近年ED-膜技术集成工艺的发展，并对这些集成联用技术在高盐废水的资源化处理应用前景进行了展望，为未来高盐废水处理研究提供参考。     

二氧化碳捕集技术研究进展

由于全球温室效应不断增强,全球温度上升引发冰川融化,使得海平面上升和海水酸化。二氧化碳(CO₂)是人为排放温室气体的主要组成部分,占比四分之三。随着碳中和碳达峰目标的提出,CO₂捕集与封存(CCS)技术作为具有前景的策略正在引起全球关注。本文介绍了燃料燃烧前、富氧燃烧和燃烧后烟气中CO₂捕集技术,以及吸收、吸附和膜分离等CO₂分离技术,提出固体吸附剂对CO₂进行吸附和分离是一种具有应用前景技术,从CO₂吸附剂方面展望二氧化碳捕集技术研究方向。     

二氧化碳的绿色资源化利用实现碳中和的研究进展

全球气候变暖已经引起国际社会的广泛关注，在自然界中，碳循环处于动态平衡，而人类活动对碳循环平衡的破坏，使得人们不得不利用科技手段人为地实现碳中和以减缓温室效应。从CO₂的消除与减少出发，依次介绍了碳捕捉技术(CCS)、二氧化碳捕捉与利用(CCU)的内涵，简述了CCU的应用，对原产品和CO₂产品经济效益进行了比较，简述了CCU在有机化学领域的应用，并对CO₂资源化利用进行了展望。     

碳中和目标下的煤化工变革与发展

碳中和目标的达成将对我国煤化工产业的发展产生深刻的影响。本文分析了煤炭消费与煤化工的CO₂排放情况及煤化工在国家经济中的作用,指出碳减排技术与煤化工工艺耦合是实现煤化工碳减排与可持续发展的关键,现实地选择优化产业结构与提高能量利用效率的措施可明显但有限地降低CO₂排放量,认为要实现煤化工亿吨级规模的碳减排必须采用绿电绿氢、碳捕获与封存/碳捕获利用与封存（CCS/CCUS和CO₂）资源化利用技术。文中评述了近年来绿电绿氢、CCS/CCUS和CO₂资源化利用技术应用的主要进展,指出2030年碳达峰前这些碳减排技术将处于关键的示范考验期,能否成熟可靠将决定之后的煤化工发展走向,同时预测氢冶金与绿氨合成示范技术的推广应用将可能导致煤化工产业格局的重大变化。最后基于空气直接捕集CO₂技术与光电催化CO₂转化或模拟光合反应的研究进展,设想了未来可能呈现的零碳化工体系。     

石化行业碳中和技术路径探索

2019年,中国石油和天然气消费所排放的CO₂为21.1亿吨,占全国总排放量的21%。在我国2060年碳中和目标下,石化行业亟需碳中和技术创新。本文介绍了国内外石化行业碳中和政策措施,从碳减排、碳零排和碳负排三方面分析了石化行业碳中和技术路径。碳减排方面包括石油/天然气绿色开发、过程低碳利用、减污降碳协同技术;碳零排方面包括可再生能源与核能发电、绿氢以及零碳原料/燃料替代,如生物质制汽柴油、芳烃等大宗能源化学品技术;碳负排方面包括生物能源与碳捕获和存储（BECCS）及CO₂转化燃料化学品技术。此外,还介绍了石化行业碳中和信息技术,包括人工智能、大数据和物联网三方面。本文将为我国石化行业碳中和路径探索提供技术参考。     

CO2化学转化基础与应用研究进展

针对CO₂排放这一全球性问题，我国明确2030年碳达峰、2060年碳中和的战略目标。发展高效CO₂化学转化技术是推进该战略目标实现的关键。通过CO₂化学利用技术可将廉价无用的温室效应气体转化为具有极高经济价值的重要化工产品，但目前仅有少数技术可以实现工业化应用。在此背景下，本文从CO₂利用技术的转化方式出发，阐述了各技术的基本原理，总结了国内外相关团队在CO₂化学利用技术基础与应用研究中的进展（包括CO₂加氢技术、CO₂甲烷重整、CO₂酯化反应、CO₂矿化利用），指出了目前CO₂化学利用技术研究所面临的挑战。最后，本文展望了各种CO₂化学利用技术的发展方向，并提出了发展建议。     

玻璃工业窑炉二氧化碳烟气捕集、提纯与应用

随着国民经济的快速增长,我国已成为全球第一大CO₂排放国。而在我国传统高耗能工业中,建材工业已占全国能源活动CO₂排放量的15%。在2030碳达峰和2060碳中和的目标引领下,建材工业节能减排行动已势在必行。中建材集团率先推动玻璃工业碳减排,为建材工业探索低碳绿色发展在技术、建设和运行管理等方面累积经验,填补了玻璃工业碳捕集、提纯与应用技术空白,开创了世界玻璃工业回收利用CO₂气体的先河。本文介绍了5万吨食品级CO₂项目玻璃工业窑炉CO₂烟气捕集、提纯和应用技术,全新设计了玻璃窑炉CO₂烟气捕集、提纯装置,克服了原有技术的不足。研究表明,采用变压吸附加吸附精馏工艺,玻璃窑炉CO₂烟气回收率可达95%,纯度99.9%以上,社会效益和经济效益显著。     

国内外工业二氧化碳排放在线监测概况及在我国水泥行业应用前景

介绍国内外工业二氧化碳(CO₂)在线监测技术发展情况,分析中国水泥行业二氧化碳在线监测技术应用必要性及现阶段存在的问题。水泥行业肩负重任,在水泥行业碳达峰、碳中和进程中,应积极开展二氧化碳在线监测技术研究及应用示范,率先建立高效的二氧化碳排放数据收集监测体系,为全行业开展碳减排提供重要的技术和数据支撑,助力建材工业绿色低碳、安全高质量发展。     

水泥工业原料替代技术减少CO2排放实践

论述我国水泥工业碳排放现状,介绍水泥工业单位熟料CO₂排放强度计算方法,并以华润水泥某生产线为案例,核算原料替代技术应用后的碳减排效果。指出替代原料技术将成为我国水泥工业应对气候变化的重要减排手段之一,是碳达峰、碳中和远景目标实现的重要技术支撑。     

专利视角下空气中直接捕集CO2技术发展分析

碳达峰和碳中和目标的提出为我国碳减排发展明确了方向，也对碳捕集技术未来发展提出了新要求。空气中直接捕集CO₂作为新兴负碳排放技术是实现双碳目标的重要技术保障。专利作为技术信息的有效载体，是分析技术发展的重要工具，具有信息丰富完备、覆盖时间长、真实可靠等特征，更是学术期刊资源的重要补充。以直接空气捕集相关关键词进行检索，并基于国内外专利文献分析了空气中直接捕集CO₂技术的发展历程，分析了空气直接捕集技术的专利申请数量，介绍了主要技术形式与改进措施。着重介绍了主要研究创新主体的关键专利技术，包括低成本高效吸附剂的改进，降低空气流通装置阻力的方法以及空气直接捕集系统与其他化学系统的耦合等。随着技术发展带来的降本增效以及碳交易市场与碳关税的建立形成，具有负碳潜力的空气直接捕集CO₂技术将会得到更广泛关注。最后对我国空气直接捕集CO₂技术未来发展方向进行展望。     

中国碳中和目标下CO2转化的思考与实践解析

在我国社会全面发展的当下,“低碳环保+绿色发展”成为我国社会发展的重要战略。全球变暖已经成为全世界关注的重要环境问题,地球是人们赖以生存的家园,全球变暖与温室效应,已经成为破坏地球生态环境的元凶。社会发展无法脱离碳排放,尤其是在绿色技术、绿色能源发展迟缓的年代,想要实现国家经济发展,就需要能源消耗。据调查,我国是世界上最大的二氧化碳排放国,排放量占全球约28%,我国也是世界上最大的能源消费国和温室气体排放国。本文将针对碳中和目标内涵进行详细分析,探究出中国碳中和目标下CO₂转化方法以及中国碳中和目标下CO₂转化实践策略。     

双碳背景下新能源技术发展现状及展望

简述了“碳达峰、碳中和”背景下比较有前景的3种新能源技术及其发展趋势。光伏、风力发电及制氢技术具有成本低且清洁无污染的优点，有利于实现能源保障和碳减排，但存在地域条件等限制；CO₂加氢制甲醇和乙醇技术有利于废气的回收再利用，绿色环保且能减少碳排放，未来的发展方向是高效催化剂及工艺的开发；城市生活垃圾制氢技术可变废为宝，实现废固的综合利用，且环保效益显著，未来的发展趋势是高效的垃圾焚烧制氢工艺及焚烧设备的开发设计。在全球“碳达峰、碳中和”及环保要求日益严格的形势下，上述3种技术在碳减排方面应用前景广阔，有望得到大力发展。     

一种基于电渗析的空气直接富氧装置影响因素

随着全球气候环境问题不断显现,关于CO₂减排的问题受到社会各界越来越多的关注。其中,以燃烧矿物作为主要能源来源的火电厂是CO₂最大的排放源,减少火电厂CO₂排放对缓解温室效应也就具有重大意义,当前火电厂实现CO₂减排的有效措施为富氧燃烧,研究富氧技术对减少火力发电厂CO₂减排有着重要的实用价值。根据传统的电渗析溶液除湿技术,提出了一种新型的基于电渗析技术直接作用于空气的富氧方法,并根据理论分析发现：在电场强度小于50 kV的情况下提高空气湿度与电场强度能显著增加装置富氧效果。     

低能耗化学吸收碳捕集技术展望

低能耗的CO₂捕集技术对“碳减排”有重要意义。化学吸收法是工业常用的CO₂捕集方法,过程能耗高、成本高,限制了大规模的工业应用。近年来,随着新型吸收剂的开发和吸收解吸装置的设计,过程能耗有所降低,在我国已有多套碳捕集示范装置。然而进一步降低捕集能耗,节约捕集成本是实现“碳中和”的不变追求。本文基于溶剂化学吸收CO₂研究,提出以下化学吸收法的研究方向：开发广泛的相变吸收理论,构建吸收体系数据库,建立定量预测模型,以实现吸收体系的分子设计;强化气液传质,设计液相传热部件和气液分离空间,研发高效吸收解吸设备,以提升碳捕集效率;耦合化学吸收和矿化,实现原位CO₂吸收固定,提升过程经济性。通过化学吸收技术的系统研发,以期促进低能耗的碳捕集,助力祖国实现“碳中和”。     

电渗析法处理低浓度NH_4NO_3废水

对电渗析浓缩回收低浓度NH4NO3废水中的有用成分并使其淡化液达到国家排放标准的小试、中试结果进行了总结。从浓缩浓度、耗电量、膜迁移盐量、渗水量、设备的稳定性、电极和离子膜的耐腐蚀性等方面论证了其技术、经济的可行性。     

我国煤矸石利用现状及富氧燃烧前景分析

煤矸石作为一种工业固体废弃物,不仅占用了大量土地资源,还导致了严重的环境问题,其高效清洁综合利用迫在眉睫。介绍了煤矸石的组成、危害以及综合利用方式,评述了煤矸石燃烧发电过程中典型CO₂减排技术的优缺点,并分析了富氧燃烧技术用于煤矸石燃烧发电过程中CO₂排放控制的应用前景,以期为煤矸石电厂实现“碳达峰、碳中和”提供一种新的策略。     

水泥行业CO2排放特征及治理技术研究

本文系统梳理分析了水泥不同种类和各工序的CO₂排放特征，其中，工艺、燃料直接CO₂排放占比达90%，与物料中碳酸盐的含量正相关，与燃料发热量和利用率负相关，电力间接CO₂排放占比约10%，特种水泥由于减少了碳酸盐分解造成的碳排放，总体碳排放量较低。新型干法水泥生产过程可分为生料制备、熟料煅烧和水泥粉磨三个阶段，工艺和燃料CO₂排放主要发生在熟料煅烧阶段，其尾气中CO₂浓度一般在11%～29%。研究分析了碳替代/碳捕集等控碳技术、CO₂资源化利用技术。水泥厂碳替代主要是原料替代、熟料或水泥替代、燃料替代等，可分别实现减碳10%、25%～50%和30%以上；碳捕集主要有富氧燃烧和烟气CO₂捕集，水泥窑富氧燃烧技术有全氧燃烧和分解炉全氧燃烧技术两种。捕集技术主要采用化学吸收法、固体吸附法；在CO₂综合利用方面，针对水泥厂的特殊应用场景，矿化具有较好的应用效果，如采用混凝土养护技术，制备高附加值的微纳米碳酸钙等。     

集成供冷的燃煤电厂碳捕集、封存系统优化分析

利用碳捕集、封存系统(CCS)减排燃煤电厂CO₂是碳中和必经之路，但目前较高的碳捕集、封存成本限制了该技术的发展和应用。针对某300 MW燃煤机组，利用Aspen Plus模拟软件提出并搭建了基于碱金属基干法碳捕集、封存耦合供冷系统，利用凝结水循环进行深度耦合，达到回收CO₂压缩封存过程中冷量的目的，有效降低碳捕集成本。在不耦合供冷过程的情况下，通过回收CO₂吸附过程释放的反应热，降低碳捕集系统单位耗电量至413.79 kWh/t(以CO₂计，下同);此时CO₂压缩封存过程能耗仍巨大。为此，在上述碳捕集封存系统进一步耦合供冷机组。通过模拟计算可得集成后新系统降低了CO₂压缩程度，此时加压封存过程的单位耗电量降至247.54 kWh/t,降低了2.3%,CO₂捕集封存总运行成本进一步降低33.77%。此外，供冷机组的引入还会降低额外投资成本，如通过提高CO₂吸附床内的换热温差，减少受热面布置量和吸附剂装载量，从而减...     

CO2捕集与资源化利用技术现状及发展方向

详细介绍了工业排放CO₂捕集的关键技术，着重综述了CO₂化学转化、生物转化、能源开发及矿化利用等资源化利用和地质封存技术，初步探讨了碳中和目标下CO₂资源化利用的发展方向，最后提出了从国家、企业、教育等多方面入手，相辅相成，稳步实现我国低碳转型战略目标的建设性意见。