农林废弃生物质吸附材料在水污染治理中的应用

环境污染问题已经成为人类社会可持续发展的巨大挑战之一,化工、冶炼及核燃料循环过程等排放的废水中含大量重金属离子、有机物及放射性核素等,若未经处理即排放会给环境带来了极大的危害。吸附法的效率高、操作简单、低成本且无副产物、可循环利用及无二次污染等优点使其成为废水处理的重要方法之一。由于农林废弃生物质成本低、来源丰富、绿色环保且可再生,以其为原料制备的吸附材料被广泛研究。本文主要针对以农林废弃生物质为原料制备的生物炭、纤维素及木质素为研究对象, 综述了生物炭的制备及改性方法、天然纤维素及木质素的改性方法及其在水污染治理中的应用现状。从原材料、制备工艺、改性方法等方面总结分析了吸附材料的性能对水中污染物吸附的影响,提出了生物质基吸附材料在水污染治理应用中所存在的问题,并展望了未来的发展方向。     

Pickering乳液在功能高分子材料研究中的应用

功能高分子材料制备的瓶颈问题是如何解决多重材料的相容性问题,传统的物理共混技术和聚合添加技术无法保证材料的稳定性及均一性。 Pickering乳液具有成本低、毒性小、环境友好、稳定性好、制备的多重材料结构稳定等优点,在制备功能高分子材料的应用中越来越受到人们的重视。 本文详细介绍了Pickering乳液在功能性高分子材料制备中的应用研究进展,提出了Pickering乳液聚合制备功能高分子材料面临的一些问题,并结合本课题组的研究方向,对其发展前景进行了展望。     

气泡驱动型微马达功能材料可控制备研究新进展

气泡驱动型微马达功能材料由于能分解化学物质产生气泡,从而驱动自身运动、强化流体混合与传质,因此在污染治理、药物传送、环境监测、物质分离以及疾病诊断等方面展现出了独特的优势和极大的应用前景.制备该微马达功能材料的关键在于如何在其中可控构建非对称的结构.本文主要介绍了近年来可控制备具有多样化结构和功能的气泡驱动型微马达功能材料的研究新进展,着重介绍了如何基于非对称结构的构建来设计和制备颗粒状和管状等结构的新型微马达功能材料,以及如何在微马达中巧妙整合多样化功能组分和结构来实现其多功能化,以期为创新设计和可控制备具有独特结构和先进功能的气泡驱动型微马达功能材料提供新的途径和指导.     

钙钛矿材料在环境催化领域的应用现状及进展

日益严重的环境问题和有限的资源促使人们积极探索提高污染物处理效率,多相催化剂在环境污染高效治理中扮演着重要的角色,因此,高活性和高稳定性新型多相催化剂的开发成为一项非常有吸引力和具有挑战性的任务。钙钛矿材料因其高催化活性和稳定的晶体结构成为环境催化领域的研究热点。本文综述了钙钛矿材料特性、制备方法、新型钙钛矿材料发展现状和在环境催化领域的应用现状,并对其面临的挑战及未来发展方向进行了讨论。     

功能性纳米零价铁的构筑及其对环境放射性核素铀的富集应用研究进展

随着核能的广泛应用和核技术的快速发展,环境中放射性核素铀的污染日益严峻.纳米零价铁（Nanoscale Zero Valent Iron：nZVI）因其具有廉价、制备简便、高表面活性及对铀高效的吸附性能等特性而逐渐成为环境中铀污染处理的良好材料.采用可行的方法制备纳米零价铁复合材料,借助单体材料之间的协同效应可进一步提高材料对铀酰的吸附性能.因此,纳米零价铁复合材料的制备以及应用成为近期环境科学领域的研究热点之一.针对纳米零价铁及其复合材料对环境中铀酰的去除研究进行了概述和展望,包括纳米零价铁及其复合材料的制备方法、去除效果及去除机理,并且简要探讨了纳米零价铁及其复合材料在环境放射性污染治理的应用前景,以期为今后的深入研究和实际应用提供参考依据.     

超浸润光热材料的构筑及其多功能应用研究

随着工业社会的不断发展,不同行业对于超浸润材料的功能提出了更高的要求,超浸润材料向多功能化或智能化转型成为其发展的必然趋势。同时,在人们对环境问题日益重视的背景下,符合环保可持续、高效、低耗的新技术受到关注,具有光热效应的超浸润材料作为实现油水分离、海水淡化及太阳能蒸发等领域的新兴产品而成为研究热点。本文首先介绍了近年来碳基、有机物基、半导体基及复合型超浸润光热材料构筑的研究现状并对其局限性进行了分析,然后梳理并详细论述超浸润光热材料在防覆冰、海水淡化、油水分离等领域的应用进展及其作用机理,进而总结了其目前制备过程中存在的环境危害性等问题,并对功能性与智能型超浸润光热材料的发展趋势及研究路线进行了展望。     

基于离子液体的炭材料制备、改性及应用

离子液体因其熔点低、液态温域宽、蒸气压低、热稳定性高、电导率高、电化学窗口宽、结构可设计及对许多化合物的亲和性等系列性能而引起人们广泛关注。离子液体在炭材料制备、改性领域展示出了良好的前景及巨大的应用潜力,可直接作为碳源,经过高温炭化实现杂原子掺杂制备多孔炭材料;离子液体也可充当反应介质和致孔剂,将生物质转化为多孔炭材料;此外,由于离子液体与炭材料相容性较好,可以用于多孔炭材料改性制备炭复合材料。基于离子液体的炭材料在电催化、超级电容器、吸附分离及生物医学等领域具有潜在的应用价值。本文总结了基于离子液体炭材料的制备、改性及应用最新研究进展,并着重介绍了其在能源和环境相关领域的应用。     

天然高分子材料水凝胶的制备及其应用进展

水凝胶是一种由高分子聚合物构成的三维网络材料,用自然界中天然存在的高聚物及其衍生物材料构建水凝胶,具有生物相容性、环境敏感性高、生物可降解性和对环境无污染等优势。本文介绍了近几年天然高分子水凝胶材料在医药卫生、食品、农业和环保等领域的应用情况;并按材料来源的不同,分类综述了蛋白质、多肽类水凝胶,海藻多糖水凝胶,动物多糖水凝胶,植物多糖水凝胶,其改性和制备复合水凝胶的最新技术、功能特性以及应用领域;最后对天然高分子水凝胶制备的改进方向和重点应用领域进行了展望。     

基于硅材料的分子印迹聚合物的制备及应用*

分子印迹聚合物因制备简单、稳定性好、且具有分子识别功能使其在色谱分离、固相萃取、化学传感、模拟酶催化等方面有了广泛的应用。近年来,基于硅的分子印迹聚合物发展较为快速。本文主要介绍了以硅为母体材料和以硅为基质材料的分子印迹聚合物的制备及分子识别性质研究,并对其应用进行了分类,在此基础上对其将来的发展进行了展望。     

水热碳材料在分离分析中的应用研究进展

水热碳材料是一种由糖类或含碳有机物经过水热反应制备的新型功能材料,具有来源丰富、绿色环保、亲水性、易修饰等优点,已广泛应用于催化剂载体、能源电极材料、环境吸附剂等方面。其中,水热碳在吸附领域的应用显示出其与特定分子的相互作用,近年来,水热碳材料作为分离富集固相基质,在色谱固定相以及生物样品处理领域逐渐得到应用。该文主要综述了水热碳材料在离子化合物、极性化合物、磷酸化肽段和糖基化肽段分离分析等方面的最新应用,讨论了水热碳材料在实际分离分析应用中的优点和局限性,并就水热碳材料在该领域的应用前景进行了展望。     

城市生活垃圾与煤矸石混烧特性及其HCl排放特性研究

利用热重分析仪对城市生活垃圾与煤矸石单独及混合燃烧特性进行了研究,并采用高温管式炉燃烧装置考察了PVC、NaCl及MSW与煤矸石混烧过程中HCl的排放规律。结果表明,在煤矸石中掺烧部分MSW可有效改善煤矸石的燃烧特性,尤其是脱挥发分和着火特性。综合考虑燃烧特性变化,建议MSW掺混比例为20%。PVC与NaCl掺混比较低时,煤矸石可抑制PVC燃烧过程中HCl的析出,会显著促进NaCl中HCl的析出;当掺混比增大时,上述作用逐渐减弱。MSW与煤矸石混烧时,会促进HCl的析出,增大烟气中HCl的浓度。当掺混比为10%时,HCl排放浓度达到56.22 mg/m~3,已超过中国国家标准,必须采取相应脱氯措施。     

Controlling water temperature for efficient coal/gangue recognition

Coal and gangue (black-gray solid wastes in coal) recognition is vital to avoid waste of resources and pollution of the environment during the coal production. Considering their color/temperature is very close to each other, the traditional visible image and infrared image analyzing method is hard to obtain satisfied recognition efficiency. Therefore, a new idea of the ‘liquid intervention + infrared monitoring’ method was proposed to improve the recognition efficiency. In this article, the coal/gangue recognition experiments with different water temperatures were conducted, and the infrared thermal imager was used to record temperature variation after water intervention. The results show that when the water temperature is lower than the ambient temperature, the temperature difference between coal and gangue reaches the maximum value within 10 s, which is five times that without water intervention. The mean value of temperature difference between coal and gangue shows an approximate linear downward trend with the increasing of water temperature. The results indicate that under the condition of water intervention, it is recommended to choose water with a temperature below the ambient air, which may be a new approach to improve the coal/gangue recognition efficiency under different complex environments in underground coal mines.     

煤系高岭岩中固定碳燃烧动力学特性

煤系高岭岩中可燃矿物与不可燃矿物的共生组合增加了可燃矿物燃烧的复杂性,研究这类"燃料"的燃烧特性对充分利用煤矸石资源有积极的意义。参照FCC催化剂结焦燃烧机理,基于一系列假设,建立了煤系高岭岩中固定碳燃烧反应模型—未反应收缩核模型。采用空气气氛下等温热重法研究了煤系高岭土中固定碳的燃烧反应。研究表明,低于700℃,反应的控制步骤是煤系高岭岩中固定碳燃烧界面化学反应。通过对非均一颗粒体系的未反应核收缩模型计算分析,获得煤系高岭岩中固定碳燃烧反应动力学参数,活化能(E)为100.12kJ/mol,频率因子(A)为2.27×106s-1。     

火焰原子吸收光谱法测定煤矸石土种植的农作物中金属元素含量

采用干灰化法消化样品,火焰原子吸收光谱法测定了煤矸石土种植植物中的钙、镁、铜、锌、铁、锰等6种金属元素的含量。6种元素均在一定的质量浓度范围内与其吸光度呈线性关系,方法的检出限(3s)在0.002～0.017mg.L-1之间。回收率在96.8%～106.1%之间,相对标准偏差(n=6)在0.17%～4.25%之间。方法用于煤矸石土和沙土上种植的玉米、蚕豆和豌豆中6种金属元素含量的测定,结果表明:煤矸石土上种植粮食中6种元素的含量均高于沙土上种植的,矸石土壤种植的蚕豆中镁含量较高,豌豆中铁和锰含量较高。     

污泥与煤和煤矸石共燃特性研究

利用STA 409 PC型同步热分析仪,对煤、煤矸石和污泥不同质量比样品的燃烧过程进行了热重分析。结果表明,单一煤和煤矸石的DTG曲线都只有一个明显的失重峰,污泥的DTG曲线有两个明显的失重峰,而混合物的DTG曲线都有两个失重峰。通过分析不同样品的混燃过程,发现随着煤所占质量比的增加,最大失重峰速率所对应的温度都有所降低。煤、煤矸石、污泥及其混合物的活化能为16.93kJ/mol～109.89kJ/mol。随着污泥所占质量比的增加,混合物的着火温度有所降低,当达到70%时,污泥与煤混合物的着火点接近单一污泥的着火点。     

采用生命周期影响评价软件ReCiPe2016研究煤矸石和煤燃烧时As和Pb排放的环境效应

在煤和煤矸石燃烧的过程中，许多重金属污染物排放到大气中，从而造成严重的环境问题，因此研究煤燃烧过程中重金属排放的环境效应很有必要。本研究运用ReCiPe2016软件计算了煤矸石和煤在330 MW煤粉炉、50 kW循环流化床和实验室燃烧时As和Pb排放的环境影响值。结果表明当煤在330 MW煤粉炉燃烧的时候，底渣、飞灰、烟气中的As排放对环境的影响值分别是3.28×10^-6、2.68×10^-5、3.89×10^-3，底渣、飞灰、烟气中的Pb排放对环境的影响值分别是8.57×10^-6、6.00×10^-5、4.83×10^-2。底渣中的As和Pb排放对环境的影响比飞灰中低；As和Pb排放到大气对环境的影响比排放到土壤高。另外，当煤在50 kW循环流化床燃烧的时候，飞灰中的As和Pb排放对环境的影响值分别是3.26×10^-5和1.28×10^-4，底渣中的As和Pb排放对环境的影响值分别是1.16×10^-6和1.43×10^-5。本文的研究结果还表明当煤矸石在实验室燃烧的时候，随着燃烧温度的升高，As和Pb排放对环境的影响值升高。另外，As和Pb排放到大气对环境的影响占总环境的影响比例比排放到土壤高。此项研究还表明当煤在煤粉炉和循环流化床燃烧的时候，相同工况下Pb排放对环境的影响比As高。这项结果也为运用生命周期影响评价软件预测煤矸石在循环流化床燃烧As和Pb排放的环境影响提供基础数据。     

新型橡塑助剂NRF901补强性能的研究

研究了以廉价的烟煤 ,煤矸石为原料加工而成的橡塑补强助剂NRF90 1的性能。其化学、物理和机械性能优于常用的补强炭黑N770 ,补强性能接近于高耐磨炭黑N330 ,是代替炭黑的新型助剂。     

Transfer of Metals from Soil to Crops in an Area near a Coal Gangue Pile in the Guqiao Coal Mine,China

A field survey was conducted to investigate the metal contamination in coal gangue, soils, and crops (rice and soybeans), and to evaluate the possible health risks to the local population through food chain transfer near a coal gangue pile in the Guqiao Coal Mine, China. Contamination levels of zinc, lead, cadmium, and copper in coal gangue, soils, and crops were measured, and bio-accumulation factors from soil to crops were determined; the health risks were calculated accordingly. Results showed that both coal gangue and soil contained high levels of cadmium (0.15 mg kg^?1and 0.20 mg kg^?1) exceeding the background value of the soil. The lead soil concentration was low (9.99 mg kg^?1), but lead in rice (0.38 mg kg^?1) exceeded the maximal permissible limit of 0.2 mg kg^?1. For some tissues of crops studied, there was a significant correlation between the bio-accumulation factor values and the corresponding soil metal concentrations that were best described by a power equation. Oral intake of zinc, cadmium, and copper through crops posed no health risk to local residents, although hazard indices for rice (0.87–2.88) and soybeans (0.06–0.09) suggested that ingestion of rice grains was unsafe for human health. Therefore, rice was inappropriate to be planted in the soil surrounding this coal mine.     

煤矸石催化气化耦合气化灰提铝过程中K2CO3和Na2CO3作用的对比研究

以煤矸石为研究对象，对比研究了Na₂CO₃与K₂CO₃对煤矸石催化气化反应性及催化气化灰中Al的溶出行为的影响。同时，采用X射线衍射分析（XRD）和热重分析（TGA）研究了不同催化剂及温度作用下矸石中矿物质的热转变过程。结果表明，与K₂CO₃相比，煤矸石中的高岭石更容易与Na₂CO₃反应生成钠霞石，而酸浸可实现钠霞石中铝和硅元素的有效分离。此外，Na₂CO₃作为催化剂时，所得气化灰经盐酸浸取后铝的浸出率可达到94.2%。而K₂CO₃作催化剂时，其铝的浸出率只有83.7%。因此，对矸石催化气化耦合气化灰的铝提取来说，Na₂CO₃催化剂具有更好的选择性。     

电感耦合等离子体质谱法测定煤矸石中微量锗和镓

建立了测定煤矸石中微量锗和镓的电感耦合等离子体质谱法。煤矸石试样经高温灰化,用硝酸-氢氟酸-高氯酸-磷酸分解,以电感耦合等离子体质谱法测定其中的锗和镓。通过在线三通加入内标元素铑,消除非质谱干扰;通过选择干扰元素的异质同位素进行定量测定,采用数学公式在线校正,消除质谱干扰。与分光光度法进行比对,锗、镓测定结果的相对偏差为-0.63%~0.28%。克服了常规化学分析方法步骤繁琐、耗时长、工作量大的不足。该法测定结果的相对标准偏差小于3%(n=6),加标回收率为97.4%~102.5%。该方法具有检出限低、快速、简便、线性范围宽、多元素同时测定等优点,分析误差满足化学分析法的要求,可用于煤矸石中锗和镓的测定。