污泥焚烧过程中Cd的迁移与转化特征

在一维固定燃烧炉上进行了污泥层燃模拟实验,重点研究了不同焚烧温度、停留时间、含水率及不同空气过剩系数条件下Cd的迁移和转化特征,并利用4种固体吸附剂CaO、Al2O3、粉煤灰和高岭土对污泥焚烧过程中Cd的排放进行吸附去除.研究结果表明,随着焚烧温度的升高,底渣中Cd有一定的挥发,并且焚烧底渣中Cd的可氧化态和易还原态会向残渣态转化,有利于降低焚烧底渣中Cd的生物可利用性.随着焚烧时间的延长,对焚烧过程中Cd的挥发影响不大,但可使焚烧底渣中Cd的易还原态和可氧化态向残渣态转化.焚烧过程中含水率对重金属Cd的残留率影响较大,当含水率达超过75%后,底渣中Cd残留率会明显降低,并且随着含水率的增加,底渣中Cd的可氧化态会向易还原态转化,而残渣态的比例变化不大.空气过剩系数在1~1.5之间时,焚烧底渣中Cd的含量、残留率及Cd可氧化态所占的比例变化不大,当从1.5升至2时,底渣中Cd的含量及残留率大幅度降低,并且底渣中Cd基本上以残渣态存在.污泥焚烧过程中4种固体吸附剂的加入有利于Cd的残留并固定在焚烧底渣中,并且随着固体吸附剂添加比例的增多,Cd的残留率也逐渐增加,吸附剂粉煤灰和高岭土要优于CaO和Al2O3.     

基于组合偏最小二乘的特征波段优选方法在氨、碱化处理玉米秸秆粗蛋白检测中的研究

该文构建了玉米秸秆粗蛋白定量分析模型,并对光谱特征波段选取方法进行探讨及验证。首先对107个样本进行预处理,剔除两个异常样本后采用DB2小波缺省阈值4层分解方式进行光谱重构,预处理后粗蛋白模型交互验证决定系数R2CV从0.788 9提高至0.920 8,采用间隔偏最小二乘(IPLS)及其改进型方法后向区间间隔偏最小二乘(BIPLS)、组合间隔偏最小二乘(SIPLS)进行特征波段选取,并对比主成分分析、竞争性自适应重加权采样法、相关系数法、遗传算法、移动窗口最小二乘等结果,发现基于IPLS及其改进型BIPLS、SIPLS均可有效、准确定位特征波段区间,其中采用SIPLS 30 波段间隔在10 128~10 398 cm-1与11 196~11 462 cm-1时具有最优模型,验证集相关系数(rp)为0.978 4,验正集决定系数(R2P)为0.957 2,验正集均方误差根(RMSEP)为0.221 1,相比于其他波段选取方法表现出较好的实时准确性,该方法可为玉米秸秆氨碱化最优条件判定提供重要的数据支撑。     

生活垃圾焚烧尾气中重金属及二恶英类物质健康风险评价

随着社会经济发展和垃圾焚烧技术的不断进步和完善，垃圾焚烧量占垃圾处理总量的比例将大幅度增加，预计在未来的15年内，全国垃圾焚烧处理量将占总处理量的5％-15％。由于我国生活垃圾的分类收集、分类运输以及分类处理的基础设施还不完善，垃圾管理方面的法规还不健全，加上居民环保意识不高，导致大量有毒有害物质(如废电池、废荧光灯管、废温度计等等)混入生活垃圾，加剧了垃圾处理与处置过程中的二次污染。同时由于资金技术等状况的限制，要使所有垃圾焚烧尾气完全达标排放还需要一段时间。     

秸秆稀酸水解液的气相色谱／质谱法研究

在秸秆两步稀酸水解工艺中,用气相色谱/质谱(GC/MS)法对其水解液中的单糖成分进行测定,采用2%硼氢化钠的氨溶液将稀酸水解液中的单糖还原成糖醇,然后在甲基咪唑催化剂的作用下和乙酸酐在水相中直接反应生成乙酰化的糖醇,用二氯甲烷萃取后进行GC/MS测定.研究结果表明:秸秆稀酸水解液中有五种单糖,主要是木糖和葡萄糖,其次是阿拉伯糖、半乳糖和少量的甘露糖;利用此方法测定了一批秸秆稀酸水解液,得到了该秸秆稀酸水解过程的最佳的反应时间.该方法可快速、准确测定秸秆稀酸水解液中单糖的浓度,为水解工艺的研究提供一种有效的分析方法.     

不同热解温度下制备的磁性生物炭对罗丹明B的吸附性能

以水稻秸秆为原材料,采用一步磁化碳化法,于550、600、650和700℃下进行限氧裂解,制备出4种高效易分离的磁性生物炭(MBC-550、MBC-600、MBC-650和MBC-700)。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、比表面孔径分布分析仪(BET)和傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)对其理化性质进行了表征,探究了不同温度对其结构性质和吸附性能的影响。而后研究了MBC对罗丹明B(RhB)的吸附动力学、吸附等温线,并考察了pH值和金属阳离子(Na⁺、Fe³⁺、Mg²⁺和Cu²⁺)对吸附性能的影响。结果表明,随着热解温度升高,MBC的比表面积和孔容积增大,MBC的吸附性能受温度影响显著。在30℃时,4种不同热解温度制备的MBC对RhB的平衡吸附量分别为35.696、36.962、53.118和54.810 mg/g。4种MBC对RhB的吸附均符合伪二级动力学方程,表明MBC对RhB的吸附受多种因素影响;采用Langmuir与Freundlich方程对等温吸附结果进行拟合,吸附等温...     

催化加氢不同预处理玉米秸秆制取多元醇的研究

以玉米秸秆为研究对象,采用5%硫酸和5%氢氧化钠对其进行预处理,通过对解聚前后玉米秸秆官能团表征和成分分析,发现酸、碱处理后秸秆中大部分半纤维素和木质素被脱除,其中先碱后酸、先酸后碱处理后秸秆的木质素含量由28.04%分别下降至11.54%和12.14%,而纤维素相对含量由42.02%分别增加到75.12%和77.68%。通过浸渍法制备的非贵金属5%Ni-15%W/MCM-41催化剂用于催化转化预处理秸秆制取多元醇,结果表明:与未经处理的玉米秸秆多元醇得率21.00%相比,先碱后酸、先酸后碱处理的玉米秸秆催化转化多元醇得率分别达到60.72%和61.40%。α-葡萄糖和β-葡萄糖的加氢结果显示乙二醇(EG)和1,2-丙二醇(1,2-PG)得率均相近,说明葡萄糖的旋光构型对催化加氢没有影响。与C6糖加氢产物分布比较,C5糖的产物中除了有EG和1,2-PG,同时还有丙三醇的生成,提出了糖加氢制取多元醇的可能机理。     

玉米秸秆连续氢解制备生物乙醇

目前由纤维素制生物乙醇的工艺主要由生物酶解法实现,但酶解法的效率低且经济性差;此外,生物酶发酵每产生1 mol乙醇的同时副产1 mol CO₂,导致原子经济性低.本文开发了一种通过连续氢解玉米秸秆纤维素转化为高浓度生物乙醇(6.1%)的工艺.首先使用绿色溶剂(80 wt%1,4-丁二醇)在不破坏木质素结构的前提下,提取玉米秸秆中的高纯度纤维素;再在浆态床反应器中通过Ni-WO_x/SiO₂催化剂将10 wt%纤维素水悬浮液转化为多元醇混合物(其中乙二醇占比58%).经过连续进样,纤维素质量浓度累积达30 wt%,乙二醇产物浓度达到17 wt%.随后,多元醇混合物被泵入固定床反应器进行选择性断C?O键反应,在改进的水热稳定Cu催化剂上转化为乙醇(转化率75%,选择性84%).纤维素转化为生物乙醇的过程反应至少包含四步基元步骤.首先,在高温水热环境中纤维素水解为葡萄糖,葡萄糖在WO_x表面经Retro-aldol反应C?C键断裂生成乙醇醛.随后,Ni催化剂将乙醇醛加氢为乙二醇,接着在固定床反应器上,乙二醇在NiAu修饰的Cu⁺/Cu⁰活性位点上选择性断裂C?O键生成乙醇.在乙二醇选择性氢解为乙醇过程中,催化剂Au-Cu-Ni/SiO₂表现出优异的水热稳定性和活性.XRD结果表明,金属Ni的引入有效地减小Cu纳米粒子的尺寸和增加Cu颗粒的分散,HRTEM图像更加直观的验证这一点.H₂-TPR结果发现,Ni的引入使CuO的还原温度提高了20℃,表明金属-载体的相互作用增强.同时发现,催化剂合成过程中氯金酸浸渍在还原后的CuNi/SiO₂催化剂的活性最高.紫外吸收光谱表明,溶液中的Au³⁺与催化剂表面的Cu发生置换反应,而非单纯的附着于催化剂表面.CO-DRIFTS结果表明,在Au修饰过的Cu-Ni/SiO₂表面使得Cu⁺-CO的红外吸收峰降低,主要是由于Au部分覆盖催化剂表面Cu⁺吸附位点造成的.XPS结果表明,Au的引入使得催化剂表面的Cu⁺/Cu⁰不容易被空气氧化,形成更为稳定的(Au-Cu⁺)-Cu⁰活性中心,增强了催化剂Cu活性中心的水热耐受性.本文提供了一条有竞争力的水相转化秸秆为高浓度生物乙醇的途径.     

脱灰预处理对水稻秸秆物化性/水蒸气气化反应特性的影响

在固定床反应器中研究了水洗、不同浓度酸洗预处理对水稻秸秆物化性/水蒸气气化反应特性的影响。结果表明,水洗处理后稻秆中的钾、钠脱除率分别为90.5%和82.1%,酸洗处理后稻秆中的钾脱除率达到99.2%,而钠脱除率随酸种类略有差异,在84.6%~92.3%;酸洗并未改变稻秆中主要组分含量,但破坏了稻秆微观物理结构。比较不同浓度酸洗后稻秆的孔容、孔径分布、BET比表面积发现,各指标的排列顺序均为水洗稻秆>3%硫酸洗后稻秆>原稻秆>7%硫酸洗后稻秆>10%硫酸洗后稻秆;各种预处理酸的浓度均为3%时,硫酸洗后稻秆的孔容、孔径分布、BET比表面积最大,而磷酸洗后稻秆各指标则最小。水蒸气气化结果表明,钾、钠及丰富的孔径结构均能促进H₂的生成,且钾、钠对气化过程的作用明显强于孔径结构对气化过程的影响。水洗稻秆气化产气中H₂、CO₂的瞬时释放浓度高于酸洗稻秆;CO、CH₄则相反。4种酸的浓度为3%时,稻秆气化中H₂、CO₂瞬时释放浓度与稻秆孔径分布呈正相关性;CO、CH₄瞬时释放浓度则与稻秆孔径分布呈负相关性。4种酸浓度为3%时,孔径越丰富,气化速率越快。脱灰预处理虽降低了稻秆气化氢气产率,但提高了气化气体热值。     

PEI功能化秸秆生物炭对水中Cr 6+的吸附性能

选取玉米秸秆为原料, 经过缺氧炭化制备玉米秸秆生物炭, 并以聚乙烯亚胺(PEI)负载于生物炭表面, 制备PEI功能化秸秆生物炭, 研究了其对水中Cr ⁶⁺的吸附性能和机理. 结果表明, 在吸附剂添加量相等条件下, PEI碱性生物炭(PBC)对Cr ⁶⁺的吸附效率明显高于PEI酸性生物炭(HBC)和原始生物炭(CBC). PBC对水中Cr ⁶⁺的最大吸附量为386.3 mg/g, 吸附平衡时间为300 min; 当pH=2.0左右时, 对Cr ⁶⁺的吸附效率最大达到95.94%. 因此, PBC可作为一种高效去除水中Cr ⁶⁺的吸附剂.     

不同热裂解温度下ZSM-5对玉米秸秆催化热裂解烃类选择性影响

为探讨不同热裂解温度下ZSM-5对玉米秸秆催化热裂解特性及烃类选择性的影响,本研究利用TGA对比有无ZSM-5时玉米秸秆的热裂解失重曲线,利用Py-GC/MS对比玉米秸秆在450、500、550和600℃下的热裂解和催化热裂解产物分布。结果表明,ZSM-5的使用可以降低玉米秸秆最高分解速率时对应的热裂解温度,降低温度为23℃。未使用ZSM-5时,热裂解产物种类以及烃类选择性均随热裂解温度的升高不断增加,在600℃时,烃类选择性达到最高,为11.33%;使用ZSM-5后,烃类产率随热裂解温度的升高先增加后减少,在550℃时,烃类选择性达到最高,为29.24%。使用ZSM-5后,玉米秸秆催化热裂解主要产物中出现了甲苯、茚、萘、二甲基萘等烃类,甲苯的最高产率为4.76%,萘的最高产率为3.96%。