结构生物炭的制备及对水体氮磷的吸附性能

以香蒲污泥基生物炭和聚乙烯制备结构生物炭为吸附剂,KH₂PO₄和NH₄Cl为吸附质,研究结构生物炭的制备及对水体中氮磷的吸附性能。采用单因素实验法,筛选结构生物炭的最佳参数,并对其进行表征。研究结果表明：采用60%施胶量、5 N·cm^-2成型压力、160℃成型温度、95 min成型时间制备结构生物炭;结构生物炭对氮磷的吸附符合Langmuir模型,为单分子层吸附,对磷的亲和力比氮高,且氮磷在结构生物炭上的吸附是自发的有利的;结构生物炭较香蒲污泥基生物炭,提高结构生物炭的疏水性和稳定性,其表面颗粒结合紧密,对氮磷的吸附机制可归因为孔隙填充、静电吸附、氢键结合。     

不同温度下棉杆颗粒热解制炭的性能研究

为了考察不同热解温度下制备的棉杆颗粒炭(CSPB)的理化性能,评价其农业、工业等不同领域的应用价值和最佳工艺条件.分别采用FTIR分析、元素及工业分析、燃烧测试方法对热解温度在300℃、400℃、450℃、500℃、600℃下制备的CSPB的官能团、元素含量、表观特性及燃烧性能进行研究.结果表明,随着热解温度的升高,CSPB中羟基、脂肪族C-H键、羰基、醚类C-O键等含量逐渐减少,芳香族C=C键逐渐增多,与粉末炭相比其波数在2 000 cm1以下的官能团峰值较大.热解温度对CSPB的性能影响显著,高温颗粒炭有较高的碳含量、固定碳含量、p H值、导电性和持水量,但其跌落强度、质量得率、能量得率、固定碳得率均相对较低,且高温颗粒炭的灰分大、着火点较高.综合考虑450℃热解温度下制备的CSPB性能较好,适用于颗粒活性炭、固体燃料等二次加工产品.     

褐煤/生物质成型机理及工艺参数优化

通过红外光谱和扫描电镜等对生物质型煤的成型机理进行了探讨,采用二次通用旋转组合设计方法对褐煤/生物质成型工艺条件进行了优化.得到了跌落强度试验指标与各组分之间的回归方程,并求出了优化成型条件:配比(稻壳与褐煤的质量百分比)为27%~31%,保压时间为20~21 min,温度为146~153℃.生物质型煤在没有外加黏结剂的条件下,通过加温使得生物质中含有的木质素部分熔解成黏结物质,将褐煤黏结固定,提高了生物质型煤的跌落强度;而加热成型过程同时实现了褐煤内水分的脱除,实现了褐煤的高效利用.     

生物质热解油及乳化油特性的研究

为了拓宽生物油的应用领域,采用间歇式给料的鼓泡流化床对典型生物质(桦木屑、玉米秸秆和稻壳)的快速热解进行了试验,对生物油、柴油与稻壳油混合的乳化油进行了分析.结果表明:木屑生物油的产率最高,生物油的热值为16～18MJ/kg,其主要成分为酸类、酚类、呋喃类、醇类和烷烃类.针对生物油难于利用的特点,将生物油与柴油乳化混合,对其乳化比例和理化特性进行了研究,发现乳化油比生物油更稳定,乳化方法简单、可行.     

热解温度诱导下污泥生物炭特性和吸附能力相关性

为探讨不同热解温度下污泥生物炭性质与其对染料的吸附能力之间的内在关系,以城市污泥为原料,通过热解法在不同温度下(300～800℃)制备污泥生物炭,研究不同生物炭的特性及其对罗丹明B和亚甲蓝的吸附能力,并通过相关性分析探讨影响生物炭吸附能力的主要因素.结果表明:热解温度显著影响生物炭理化性质(P 0. 05),提高热解温度可导致生物炭碱性增大,产率、挥发分质量分数和有机碳质量分数逐渐下降;当热解温度为800℃时,生物炭对罗丹明B和亚甲蓝的吸附效果均达到最大值,分别为5. 8 mg/g和5. 7 mg/g;生物炭对罗丹明B和亚甲蓝吸附量与灰分质量分数显著正相关,但与有机碳质量分数、挥发分质量分数以及有机碳与氧质量分数比值w(O)/w(C)等显著负相关(P 0. 05).因此,高温总体上有利于提高污泥生物炭对染料的吸附能力.     

热压成型制备玉米芯基生态炭

以来源丰富、价格低廉的玉米芯为原料,通过炭化和活化（水蒸气为活化剂）制备生态炭。为提高生态炭的收率,炭化前采用热压成型的方法对玉米芯原料进行预处理。通过对成型温度、成型压力、成型时间等工艺参数的研究,得出较佳热压成型条件：成型温度为275~300℃,成型压力为5~15 MPa,成型时间为10 min。研究结果表明,成型工艺参数对总炭化收率的影响程度由大到小依次为：成型温度〉成型压力≈成型时间;热压成型使玉米芯的炭化收率由成型前的18.52%（质量分数）提高到成型后的25.58%;热压成型对生态炭的比表面积影响较小,所制生态炭比表面积为982 m2/g,以微孔为主,微孔率高达97.31%。     

氧化钙对生物质在超临界水中气化制氢的影响

利用自建的一套间歇式超临界生物质气化实验装置,在水的近临界态和超临界态,以葡萄糖为生物质模型化合物,以制取氢气为目的进行实验研究。选用氧化钙为二氧化碳脱除剂,对比在添加氧化钙前后,反应温度、停留时间和n(Ca)/n(C)等因素对实验效果的影响。得出了新的超临界生物质气化制氢最佳工艺条件:温度在480-530℃,压力在临界压力以上,葡萄糖质量分数在2.5%-5.0%,反应停留时间在3-5 min,n(Ca)/n(C)在0.45-0.52,H2质量分数可以达到67.5%.     

玉米皮渣制备生物炭吸附含Cr(Ⅵ)废水研究

采用玉米皮渣为原料,在300、400、500和600℃炭化温度下制备生物炭。考察温度对生物炭特性影响,研究了溶液p H、初始Cr(Ⅵ)浓度和生物炭使用量对Cr(Ⅵ)除去率影响。随着炭化温度升高,生物炭收率降低。生物炭红外光谱显示,生物炭富含羧基、酚羟基等表面含氧官能团,低温生物炭还含有饱和的烃基和长链烃基。随温度升高,生物炭中脂肪性烷基链消失,而芳香性逐渐增加。玉米皮渣及其生物炭在Cr(Ⅵ)溶液p H为1~2时对Cr(Ⅵ)除去效果最好,这说明p H会影响Cr(Ⅵ)在水溶液中的离子形态,并对吸附剂的稳定性与化学官能团活性产生影响。Cr(Ⅵ)初始浓度为50~500 mg/L时,玉米皮渣和生物炭对Cr(Ⅵ)的吸附能力范围为8.2~86.5mg/g。与生物炭相比,玉米皮渣富含还原性基团如SO_3~(2-),对Cr(Ⅵ)去除率达到96%。Freundlich、Langmuir和Dubinin-Raduskevich模型拟合结果说明,玉米皮渣和生物炭对Cr(Ⅵ)除去能力还与吸附剂特性相关,且去除机理以物理吸附与还原作用为主。     

Mechanism of K/Ni Etching for Biochar-H2O Gasification

K/Ni催化生物炭H2O气化刻蚀机理研究

程振宇, 冯冬冬*, 尚琦, 赵义军, 张文达, 孙绍增

（哈尔滨工业大学 能源科学与工程学院 哈尔滨 150001）

摘要：生物质-H2O气化是一个复杂的热化学反应过程,包括挥发分脱除及其均/异相重整、生物炭气化刻蚀3个过程,决速步骤是生物炭-H2O气化蚀刻。本文进行了DFT模拟研究以观察不同金属元素（K/Ni）在锯齿形生物炭模型中的催化作用。计算结果表明,生物炭-H2O的气化需要经历4个过程：水的离解吸附、氢的转移（氢解吸、氢原子转移）、碳的溶解和CO的解吸。能垒表明,降低K活化能的最重要步骤体现在氢转移步骤,从374.14 kJ/mol降低到152.41 kJ/mol;Ni的催化作用主要体现在碳溶解步骤,从122.34 kJ/mol降低到84.8 kJ/mol。K的存在使边缘对H具有更强的吸引力,并且不会破坏生物炭分子的π键。π键的破坏主要是由于H自由基的作用,而π键的损坏会导致C-C键更容易断裂。Ni对OH中的O表现出强烈的吸引力,从而形成强烈的Ni-O化学键。镍还可以直接破坏芳香结构,使气化更容易发生。本研究从分子水平探讨了K/Ni对生物炭-H2O气化的催化机理,并展望了K/Ni的潜在协同作用,为实验研究和催化剂设计奠定了基础。

关键词：生物炭;钾镍催化;H2O气化刻蚀;量子化学;过渡态理论

     

稻壳炭对Pb2+吸附效果影响因素研究

稻壳炭对重金属Pb2+的吸附量受吸附时间、吸附剂投加量、温度、pH、稻壳炭理化性质等因素影响。实验通过单因素分析法研究了上述各影响因素对吸附效果的影响,并设计正交试验探讨了常温下稻壳炭吸附Pb2+的最佳吸附条件,采用扫描电镜(SEM)对吸附前后稻壳炭样品进行了表征分析。实验发现:吸附过程前30min为快速吸附阶段,60min后吸附过程基本完成,120min后吸附量达到最大值;相同浓度条件下,稻壳炭对Pb2+的吸附量存在一个最佳投加量;温度方面20℃时对吸附较为有利,温度高于25℃或低于15℃时不利于吸附;pH对吸附效果影响较大,pH 5-7条件下对吸附最为有利,过酸过碱均不利于吸附进行;对稻壳炭进行活化改性是提高其吸附能力的一种有效途径。     

Banach代数中的行列式理论

探讨了 Banach 代数中的行列式理论.给出了具有单位元的迹 Banach 代数具有行列式的充要条件.     

非织造布滤料性能及过滤过程的研究进展

对近年来非织造布滤料的研究进展做了简要综述,介绍了内部结构的研究及表征、过滤性能及其影响因素、过滤过程的计算机模拟,指出进一步发展所需要解决的问题。     

Towards Excellence in Science Chinese Academy of Sciences

<正>May 26,2014,BeijingScience is a human enterprise in the pursuit of knowledge.The scientific revolution that occurred in the 17th Century initiated the advances of modern science.The scientific knowledge system created by human beings,the tremendous productivity brought about by science,and the spirit,methodologies and norms formulated in scientific practice since the 17~(th)Century have long become essential elements of     

SCIENCE CHINA Technological Sciences SUBJECT INDEX TO VOLUME 57(2014)

<正>~~     

单面约束系统的微分变分原理与运动方程

研究单面约束力学系统的微分变分原理和运动方程。方法利用Ｄ＇Ａｌｅｍｂｅｒｔ原理建立Ｄ＇Ａｌｅｍｂｅｒｔ－Ｌａｇｒａｎｇｅ原理．Ｊｏｕｒｄａｉｎ原理和Ｇａｕｓｓ原理,结果与结论得到系统的微分变分原理和带乘子的Ｅｕｌｅｒ－Ｌａｇｒａｎｇｅ形式,Ｎｉｅｌｓｅｎ形式和Ａｐｐｅｌｌ形式的运动方程。     

q-树的重构性

q 是一个正整数,所谓 q-树的图是递归定义的:最小的 q-树是完全图 K_q,一个 n+1阶的 q-树是通过在 n 阶 q-树上加上一个新点并连接这点与 n 阶 q-树中任意 q 个互相邻接的点而获得,其中 n≥q.1-树我们通常称为树.在本文中,证明了对任意正整数 q,q-树是可重构的.     

β-环糊精-毛细管区带电泳分离扑尔敏对映体

采用毛细管区带电泳模式,以β-环糊精为手性选择剂分离了药物扑尔敏的光学对映体.考察了在不同背景电解质 pH 值尤其是较低 pH 值下环糊精浓度对对映体表观淌度差的影响,并研究了有机改性剂尿素在分离中的作用.     

层状球形夹杂复合材料的弹性模量

利用层状球形夹杂在无限大基体中的局部化关系及平均应力场理论,给出了一种方法来分析含 n 种层状球形夹杂所构成复合材料的弹性模量.对于文献给出的空心玻璃球和高分子基构成的复合材料,该理论的预测与实验吻合很好.当表层稍失时,该理论退化为传统的 Mori-Tanaka平均应力场理论.     

CVD涂层硬质合金刀具的失效机理

通过系统的实验研究和理论分析,揭示了 CVD(化学气相沉积)涂层硬质合金刀具在磨损和破损状态下的不同的失效机理,并在机理分析的基础上,阐明了涂层硬质合金刀具对于切削条件的特殊适应性.     

特征关系与工艺决策

从并行工程的原理出发,提出了一个基于特征的并行 CAPP 系统.在特征建模的基础上,系统能够推理特征之间的关系,产生零件的特征向量图;利用加工知识库,通过动态规则匹配,系统可以确定特征的加工方法、加工参数及其加工顺序;通过优化确定最佳的工艺计划.