从废水到新能源:光催化燃料电池的优化与应用

随着经济的飞速发展,社会对能源的需求日益扩大,对工业废水的无害化处理也提出了更高的要求。光催化燃料电池 (photocatalytic fuel cell, PFC) 在燃料电池中引入半导体光催化材料作为电极,实现了有机污染物高效降解和同步对外产电的双重功能,在废水无害化与资源化利用方面具有潜在的应用价值。半导体光催化电极是PFC系统高效运行的核心组件,增强其可见光响应和光生载流子分离是提高PFC性能的关键策略。反应器结构设计和运行参数优化也有利于改善PFC性能。本文从PFC基本原理和应用入手,综述了PFC在环境污染物资源化处理中的研究进展,并详细阐述了提高PFC的污染控制性能和产电效率的优化手段,为进一步设计高效稳定的PFC系统并实现其在水污染控制和清洁能源生产中的应用提供理论指导。     

电场辅助样品前处理技术研究进展

样品前处理是样品分析过程的关键环节。目前各种微波、光、压力、超声波等场作用因能强化溶质传递、加速样品分离而被广泛地运用到样品前处理中。其中,电场辅助样品前处理技术能提高微痕量分析物萃取效率和选择性,已成为场辅助样品前处理技术的研究热点,并已在食品、环境、医药、生物等领域得到应用。该文综述了包括电场辅助膜萃取技术、电场辅助液相(微)萃取技术、电场辅助固相(微)萃取技术在内的电场辅助样品前处理技术的研究进展,并展望了其发展趋势。     

离子液体溶胀对煤直接液化残渣结构及热解性能的影响

采用四种相同阴离子不同有机链长阳离子的离子液体([EMIM][MeSO_4]、[BMIM][MeSO_4]、[HMIM][MeSO_4]和[OMIM][MeSO_4])对煤直接液化残渣(DCLR)进行溶胀处理,通过SEM、FT-IR和TG-DTG表征,分析了各离子液体溶胀对煤直接液化残渣溶胀效果、表面形貌、官能团分布、主体结构和热解性能的影响。溶胀结果表明,不同链长离子液体对煤直接液化残渣具有不同的溶胀效果,[HMIM][MeSO_4]对残渣溶胀效果最好,其溶胀度高达1.78。FT-IR表明,不同链长离子液体会不同程度地破坏煤中C-H键,使得脂肪族和芳香族类化合物的相对含量有所差异。由TG-DTG可知,不同链长离子液体溶胀对残渣热解性能的影响具有较大差异,其中,以离子液体[OMIM][MeSO_4]溶胀对残渣的热解最为有利,失重率高达47.5%;而离子液体[BMIM][MeSO_4]溶胀在一定程度上抑制了残渣的热解,其失重率低于未经溶胀处理的残渣。基于Coats-Redfern法的热解动力学分析表明,煤直接液化残渣及其溶胀残渣在低温段(180-480℃)的热解过程均符合二级反应动力学,高温段(480-825℃)均以三级和四级反应动力学为宜。另外,不同链长离子液体溶胀处理明显改变了残渣的热解活化能,其链越长残渣的热解活化能越高。     

表面喷砂对有机玻璃沿面闪络性能影响

绝缘子表面粗糙处理是提升其沿面闪络性能的重要途径,表面粗糙化处理方式不当,极易带来表面结构不均匀,难以获得稳定耐压性能的绝缘材料。为提升绝缘子表面粗糙处理的均匀性,本文利用表面喷砂技术对圆柱形有机玻璃(PMMA)绝缘子进行了粗糙化处理研究,以球形二氧化硅(SiO2)颗粒为工作介质,研究了不同喷砂粒径、氢氟酸后处理等因素对绝缘材料表面形貌和组分的影响,并利用短脉冲高压测试平台对喷砂处理前后有机玻璃绝缘子样品进行了真空沿面闪络性能测试。研究结果表明,喷砂处理在有机玻璃表面形成了较为均匀的凹坑,HF酸能够有效去除表面残留的SiO2颗粒,具有表面喷砂粗糙结构的绝缘子沿面闪络电压得到了稳定提升,相较于未处理的绝缘子闪络电压提升了约80%。     

高分辨大视场紫外-可见光偏振成像融合处理技术

采用蒙特卡罗方法对水云下大气的偏振态分布进行了仿真分析,所建立的水云大气环境在紫外360～400 nm波段的偏振度响应最大。采用紫外-可见光偏振成像技术对同一视场下的楼房、云和天空进行了偏振成像实验,并用霍夫变换分割方法对图像中的每个区域进行了统计分析,发现观测区域内无云区与云区的偏振角均值相对差为1.6%,偏振度均值相对差为-14%,证明了大气偏振角较偏振度稳健。紫外光和可见光在对云目标的偏振观测中存在互补性,采用拉普拉斯金字塔图像融合技术能够提高对大气目标的探测能力,验证了大视场高分辨紫外-可见光偏振成像技术在大气探测中的可行性和有效性。     

氢氧化钠-氟硅酸铵改性HZSM-5催化甲醇制丙烯

A sequential modification by sodium hydroxide (NaOH) and ammonium hexafluorosilicate ((NH₄)₂SiF₆) solution was used for preparing MTP (methanol to propylene reaction) catalyst for the first time. The parent and modified samples were characterized by diverse techniques including powder X-ray diffraction (XRD), X-ray fluorescence (XRF) spectroscopy, N₂ adsorption-desorption, transmission electron microscopy (TEM), and NH₃ temperature-programmed desorption (NH₃-TPD). The effect of modification on the physicochemical properties, such as framework, chemical composition, texture, and acidity, were investigated in detail. The results showed that the mesopore volume of the zeolite catalyst increased significantly following sequential NaOH and (NH₄)₂SiF₆ modification. The acidity was also modulated effectively. The composite modification method successfully overcame the disadvantages associated with individual simple alkali and (NH₄)₂SiF₆ treatments. For instance, using a simple alkali treatment would destroy the framework of the zeolite easily, whereas using a simple (NH₄)₂SiF₆ treatment would only modify the external surface of the zeolite owing to the limited diffusion of the ammonium hexafluorosilicate molecule. When used in MTP reaction, the induction period of the composite modified sample was greatly shortened, and the initial selectivity for propylene increased to 43% under the following operating conditions: T=470 ℃, p=0.1 MPa (p_MeOH=50 kPa), and weight hourly space velocity (WHSV)=2 h^-1. Moreover, the composite modified zeolite catalyst exhibited significantly improved stability, and the catalytic lifespan was triple that of the parent sample.     

固-液两相流黑水管道冲蚀磨损的数值模拟研究

煤气化黑水处理系统管道由于其流体介质高含固体颗粒和腐蚀性介质，且工作在高温、高压差环境中，极易受到冲蚀磨损和腐蚀的耦合作用而失效，影响其服役寿命. 采用计算流体力学(CFD)方法数值模拟研究了煤气化黑水处理系统固-液两相流管道的冲蚀磨损行为和机理，以及流体介质速度和固体颗粒粒径对管道冲蚀磨损的影响规律，并分析了盲通管和涡室结构对弯管冲蚀磨损行为的优化改善效果. 研究结果显示，煤气化黑水处理系统管线的冲蚀高危区主要分布在弯管外拱和变径管等结构突变区域；管道冲蚀磨损行为与其内部流体的运动和颗粒冲击特性有关；管道的冲蚀率均随着流体速度的增加而加剧，而粒径对弯管和变径管冲蚀率的影响并非单调关系，这与颗粒受力作用有关；弯管优化分析显示，涡室结构可以降低弯管的最大冲蚀率，减缓弯管的冲蚀磨损.      

臭氧氧化深度处理印染废水改造工程实例

采用"前物化-水解酸化-好氧"组合工艺处理高浓度印染废水,新增臭氧氧化工艺进行深度处理,进一步提高废水处理效率。经调试运行结果表明,新增工艺使系统出水COD_(Cr)从100mg/L降至70 mg/L,SS从50 mg/L降至28 mg/L,色度从100倍降至36倍,排放水质达到《纺织染整工业水污染物排放标准》GB 4287-2012的排放标准。通过实际运行表明该系统深度处理的出水水质稳定性好,处理效率高。     

电絮凝-O3联合工艺处理页岩气压裂采出水

通过研究比较不同处理工艺对页岩气压裂采出水的效果,设计出电絮凝-O_3联合处理采出水的工艺。以化学需氧量(COD)、总悬浮物(TSS)为指标,讨论电絮凝-O_3联合工艺处理页岩气压裂采出水过程中pH、电流密度、电极间距、电解时间以及O_3通气量的影响。结果表明,当pH=8. 0、电流密度为1250A/m~2、极板间距为2cm、电解时间6min、O_3通气量为40L/h时,COD去除率为98. 3%,TSS的去除率为95. 9%,经过电絮凝-O_3联合处理后的采出水的色度、浊度、oil及NH_4-N等污染指标都达到了国家排放标准。     

一种低声速沉积层海底参数声学反演方法

软泥底环境下沉积层参数的声学反演是国际水声领域的一个研究热点.浅海中,当高声速基底和海水之间存在一层低声速(小于海水声速)的沉积层时,小掠射角情况下不同频率声传播损失会出现周期性增大现象.基于此现象,提出一种适用于低声速沉积层的海底参数声学反演方法.首先,推导给出小掠射角情况下传播损失周期增大的频率间隔与沉积层声速、厚度及近海底海水声速之间的解析表达式;其次,利用一次黄海实验中软泥底环境下的宽带声传播信号,提取了小掠射角下传播损失增大的频率周期;再次,把该解析表达式作为约束条件,结合Hamilton密度与声速的经验公式,采用匹配场处理反演给出沉积层的声速、密度、厚度及基底的声速、密度;然后,利用声传播损失数据反演得到泥底环境下不同频率的声衰减系数,通过拟合发现泥底声衰减系数随频率近似呈线性关系;最后,给出了双层海底模型和半无限大海底模型等效性的讨论.反演结果为低声速沉积层海底声传播规律研究与应用提供了海底声学参数.