对一种新型两段式水煤浆气化炉的气化效率进行了数值计算和分析。模型中将水煤浆的气化过程分为水分蒸发、煤热解、气相反应和气固异相反应等子模型。气相反应速率需同时考虑湍流混合和化学反应机理,气固反应的速率采用未反应缩芯模型。运用可实现k-ε模型描述气相湍流流动,随机轨道模型追踪水煤浆颗粒的运动。以中试多喷嘴水煤浆气化炉为建模基础,验证了该水煤浆气化模型的准确性。模拟计算得出新型两段炉的有效气组分含量为85.91%,冷煤气效率为76.42%。

理论分析和模拟实验表明连续式潮汐能虹吸真空泵具有可靠的工作原理和工业化利用价值。利用3.5 m高落差可在7.5 kPa(绝压)抽气压力下达到大于 2×10^-5 kg·(kg海水)^-1的抽气能力,用作冷却介质的海水可先用于真空抽气,3070 t·h^-1海水流量即可满足900 MW压水堆核电站汽轮机凝汽器7.5 kPa(绝压)下61.4 kg·h^-1真空抽气负荷,取代额定功率132 kW的机械真空泵。抽气能力随真空抽气压力上升而增加,其上限受气液两相动量传递速率或气体最大动量流率限制,应使海水流速大于该极值点的对应值以避免虹吸中断。光滑管且无局部阻力损失的理想工况抽气效率可达0.6,但随局部阻力损失增加而锐降,设计和应用要尽量避免管路阻力元件对气液两相流造成的局部阻力损失,使潮汐能真空泵的工作点位于高效区。

通过计算流体力学方法对层流直管内浓度场的模拟,发现大部分区域浓度梯度在径向比轴向高2个数量级。为了强化传质,应降低浓度梯度矢量和速度矢量的夹角,在径向产生一定的流动。对螺旋管内浓度场和速度场的计算表明,二次流横穿浓度等值线,提高了两场的协同。两种螺旋结构的比较表明,二次流随着Reynolds数的增大而增强,传质增强效果也越显著,正是二次流显著提高了速度场和浓度场的协同。所研究的螺旋结构在Re=1000~2400时,平均二次流速度最大达到主流速度的6.5%~6.8%,Sherwood数增大了4.99~6.43倍。

传统的利用红外热像仪进行储罐液位的检测主要是基于对红外图像进行数字处理,因此测量精度不高。通过建立储罐的传热模型,利用有限体积法,对筒体外表面的温度分布进行了数值模拟,并提出了基于筒体外表面温度分布对筒内液位进行定量识别的传热反问题方法,同时分析了初始假设、测量误差(σ)和最大温差对液位识别精度的影响。结果表明:在工程允许的测量误差范围内(σ=2℃),利用红外热像仪检测储罐外表面温度反演估计储罐液位和罐内流体温度有较高的识别精度,误差在2%以内。该方法为储罐液位和内部温度识别提供了一种新的思路和途径。

蓄热系统是解决热量供需不匹配的有效方式之一。根据热量储存原理的不同,可以将系统分为显热、潜热和热化学蓄热三种类型,其中热化学蓄热有其独特的优点。基于镁-氢化镁热化学蓄热系统蓄放热时的物理化学过程,建立了系统的二维非稳态数学模型,考虑了不同边界条件对系统的影响,通过数值计算,获得了系统的温度、反应速率、反应进度分布及系统的对外放热功率。研究结果表明:系统的蓄热密度为0.85 kW·h·(kg Mg)^-1,热量的传递是影响系统蓄放热效率的关键因素之一,并且当边界对流传热系数保持一定时,存在一个最佳的外界流体温度,使系统的平均放热功率达到最大。在系统以定壁温为边界条件时,系统最大的平均放热功率/质量值为0.79 kW·(kg Mg)^-1。

为抑制圆体后尾流区涡脱落,降低流动阻力;在主圆柱体后方以上下对称方式各设置一旋转小圆柱体,以此实现对流场的控制。采用数值模拟方法,对采用此控制策略下的二维非稳态圆柱绕流尾流流动特性进行了分析研究;考察了Re=200时,附属小圆柱旋转速度α及旋转方向对主圆柱尾流流动特性的影响。数值模拟结果表明:当上部小圆柱顺时针旋转、下部小圆柱逆时针旋转时,可以抑制涡脱落并降低流动阻力;当α=2.4时即可实现对主圆柱体尾流区涡脱落的抑制效果;同时阻力系数和升力系数得到较大幅度降低,圆柱绕流的尾流流动特性被完全改变,有效控制了尾流区的不稳定性;而当上部小圆柱逆时针旋转、下部小圆柱顺时针旋转时,会导致尾流涡量增强,阻力及升力系数增大。

高碳醇水溶液表面张力与温度梯度呈现非常规特性,可制备成具有自湿润特性的流体。为探究自湿润流体在热管中对热输送能力的影响,采用0.1%(质量分数)的庚醇水溶液作为工质,以烧结型热管为研究对象,在不同的加热功率和工况(垂直/水平)下,对其热管热输送特性的影响进行了实验研究,并与水进行了对比。结果表明,随着功率增加,自湿润流体作为热管工质的强化传热效果逐趋明显。在水平工况下,由于缺少重力回流的作用,其强化传热效果则更为突出。

实验研究了热通量为0.1~160 kW·m^-2时,去离子水在光管及烧结型多孔表面管管外的池沸腾传热特性,分析了换热管布置方式(垂直与水平)、管径大小(20、25和32 mm)与多孔层颗粒尺寸(30~105 μm)对池沸腾传热特性的影响规律。结果表明:去离子水在多孔管表面的起始沸腾过热度小于光管,比光管低3 K左右;多孔表面管可明显强化核态沸腾传热,其沸腾传热系数可达光管的3~4.5倍;大热通量下,换热管水平布置时的传热效果较垂直布置佳,且布置方式对多孔管换热效果的影响比对光管的影响小;随管径增大,光管与多孔表面管的沸腾传热系数降低;大颗粒尺寸多孔层的强化效果优于小颗粒尺寸多孔层。

建立了带有不规则腐蚀内边界的管道二维瞬态传热模型,基于有限元法和共轭梯度法的导热反问题求解方法对管道内边界识别问题进行了研究,比较分析了管道外表面稳瞬态温度对内边界变化敏感程度的差异性,指出内边界瞬态检测识别比稳态检测识别更具优越性并利用数值试验进行了验证。同时,考察了测温误差、初始假设等因素对管道内边界瞬态检测识别结果的影响。在较大测温误差的情况下,采用瞬态检测条件从不同初始假设值出发都能准确地反演识别出管道内边界腐蚀后的几何形状,从而证明了算法的有效性和稳定性,表明了红外瞬态检测定量识别管道内边界的可行性。

采用光纤探针测量方法对垂直上升管中空气-水两相泡状流界面分布特性进行了研究。实验选用的圆管直径为100 mm,气相、液相表观速度的范围分别为 0~0.1 m·s^-1和0~1.0 m·s^-1。获得了界面面积浓度(IAC)、截面含气率、气泡直径等分布规律。通过气泡的受力分析,发现升力和湍流扩散力的综合作用导致了气泡的径向运动,而且升力对径向IAC分布的影响占主导地位;当气泡直径超过临界尺寸(5.7 mm)后,升力系数变为负值,使得升力指向管中心,进而导致了IAC分布由壁峰型向核峰型分布的转变。

采用数值模拟方法对两种不同进料方式的分级机进行了气固两相流研究,分析了内部压降、气相速度、固相浓度分布等特性;对两种进料方式的分级机进行了应用研究,对比分析了上下进料方式下的特征粒径和细粉粒径分布特点。结果表明:采用上进料方式由于增加了机械撒料盘,进出口压差更大,同时转子外沿圆柱面上的切向和径向速度分布更为均匀,有利于减小分级粒径的波动,得到粒径分布窄的细粉;采用上进料方式有利于提高颗粒浓度分布的均匀性,但受转速的影响较大;采用上进料和下进料两种方式均能取得较好的分级效果,分级后细粉粒径小且分布窄,主要集中在1~30 μm,30 μm以下的颗粒含量达到90%以上。研究结果对分级机进料方式的设计和结构优化有一定指导作用。

分析了水平管内气液两相段塞流的运动特性和形态特征以及段塞单元内部的速度分布规律,建立了水平管路气液两相段塞单元的物理模型。将一个完整的段塞流单元分为液相段塞区和液层/气泡区,建立了液相段塞区的质量和动量守恒方程,计算了其压降和持液率;对液层区,模型考虑液层厚度分布不均(坡状液层)对参数计算的影响,通过建立局部控制方程,推导了液层高度随流动方向坐标变化的表达式,并将持液率和湿周写成液层高度的函数。通过与实验和其他模型的计算结果对比,本文建立的模型可以对压降和持液率有更准确的预测结果。

颗粒存在于诸多领域中,对它们表征的测量和监测有着重要意义。数字影像测量技术是一种直观、非接触的测量方法,随着技术的发展得到了广泛的应用。然而在光学成像系统中,景深是有限的,如能对离焦模糊影像进行处理,就可以获得更大的测量区域。分别从仿真和实验两方面研究了球形颗粒离焦模糊影像的性质,证明了在一定离焦量范围,可以从模糊影像过渡区域中直径方向上两个最大梯度值得到颗粒的粒径。

采用变截面导流筒真实三维实体模型,通过数值模拟的方法,以流体流动均匀性和压降作为综合衡量依据,研究了变截面导流筒装置中关键结构参数的变化对其内部流体流动均匀性和流体流动阻力的影响规律,得出了导流筒的结构参数L,H,θ与壳程进口处流体流动状况的对应关系,证实了在适当范围内调整上述结构参数,不仅可以提高壳程进口处流体流动均匀性,而且可以有效降低壳程流体的压力损失。从导流筒换热器的流体流动均匀性和壳程压降角度出发,推荐L,θ,H的取值范围分别是:L=50~70 mm,θ=7°~12.5°,H=50~100 mm。研究结果为变截面导流筒换热器优化设计提供了参考依据。

依据中低温空调温度要求,分别以水、氨、R290和R600a为工质,设计了额定制冷量为10kW的风冷太阳能双级喷射制冷系统并对其进行变工况性能分析。在获得相同制冷量和室内温度的条件下,水系统最省材料,其次是氨和R290系统,且二者相当,R600a系统最耗材。4种工质系统均具有较强的变工况性能;综合考虑环境温度和太阳辐照度的影响,各系统制冷能力相当。水系统的COP较其他系统的高,且在低太阳辐照度时更明显;其余3个系统COP从高到低依次为氨、R290、R600a。在太阳辐照度较弱地区,使用水喷射制冷系统更合理。

基于分形理论的DLA模型,数值模拟了翅片管气化器表面霜层生长过程,同时对霜层生长形态进行了实验观测,得到了不同时刻的霜层生长图像。计算了气化器表面霜层剖面孔隙面积分布分形维数与分形孔隙率,模拟图像与实验图像的对比表明两者取得良好的一致,验证了数值模拟的合理性。在此基础上建立了霜层导热的分形模型,采用热阻法给出了霜层热导率表达式。计算结果表明,用该方法确定的霜层热导率与实测得到的霜层有效热导率值域范围是相符的。并通过与其他导热模型的比较,验证了将剖面面积分布分形维数引入导热模型以确定霜层热导率的可行性,从而为霜层热导率的理论研究开辟了一条新路。

以水为工质,在自然冷却与水冷的条件下,分别对泡沫镍吸液芯热管和不锈钢丝网吸液芯热管的传热性能进行了实验研究。讨论了两种热管的壁温分布情况与均温性,获得了自然冷却工况与水冷工况下泡沫镍热管管内蒸发传热系数和管内冷凝传热系数随热通量的变化规律,实验结果表明泡沫镍热管具有良好的启动性能,且丝网热管比泡沫镍热管更易出现传热极限。

制备了一系列金属离子修饰的磷钨酸盐(M_XH_3-2XPW₁₂O₄₀,M=Zn,Cu,Cs,Ag)催化剂,并将磷钨酸银盐(Ag₃PW₁₂O₄₀)用于水解葡萄糖制备乙酰丙酸的实验中。采用FTIR、XRD、SEM和EPMA等技术对磷钨酸盐性能进行了表征,并分析了磷钨酸银盐催化剂在反应前后结构和表面元素相对含量的变化。考察了反应温度、反应时间、催化剂用量和葡萄糖浓度等对乙酰丙酸得率的影响。结果表明:合成的磷钨酸盐具有磷钨酸的Keggin结构,并且Ag₃PW₁₂O₄₀催化剂在多次使用后Keggin结构没有被破坏。在催化合成反应中,在反应温度200℃、反应时间2 h、Ag₃PW₁₂O₄₀催化剂用量0.7 g和葡萄糖浓度40 g·L^-1的条件下,乙酰丙酸的最大得率可达到81.61%,催化剂可重复利用。

为提高对氯苯酚(4-CP)脱氯的有效性,采用化学沉积法制备了镧镍合金镀钯电极(Pd/LaNi₅),对其进行了X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和线性扫描伏安(LSV)表征。电催化实验结果表明Pd/LaNi₅电极显示了比LaNi₅电极和Pd/Ni电极更高的4-CP脱氯活性,在初始浓度0.1 mmol·L^-1、表观电流密度10 mA·cm^-2、pH 4.0和钯载量1.8 mg·cm^-2时,4-CP的脱氯率和电流效率分别达到77.3%和0.14%。基于物理化学表征,可以断定电化学脱氯活性的增强主要源于LaNi₅更好的储氢能力。

在常压、空速为1.5 h^-1、反应温度为450℃条件下,考察了4种具有不同拓扑结构的分子筛(SAPO-34、ZSM-48、ZSM-5和beta)在甲醇转化制丙烯(MTP)反应中的催化性能,并对催化剂的积炭失活行为进行了研究。结果表明,从8元环到12元环,分子筛孔口尺寸越小,低碳烯烃(乙烯+丙烯)选择性越高,积炭失活速率也越快。孔道尺寸越大,丙烯/乙烯(P/E)比越高,但产物分布向C₄以上组分偏移,丙烯选择性降低。10元环分子筛具有较高的丙烯选择性,但催化剂的积炭失活速率随孔道体系的不同有很大差异。一维直通孔道的ZSM-48容易积炭失活,而具有三维交叉孔结构的ZSM-5表现出了优异的抗积炭失活性能。不同结构分子筛在MTP反应中催化性能的差异主要归因于分子筛的过渡态择形和产物择形作用的不同。

利用上段热解下段催化的两段固定床反应器,针对府谷煤研究了半焦和半焦负载Co催化剂对煤热解产物的催化裂解效果。结果表明,半焦和半焦负载钴对热解产物催化裂解后,热解气收率增加,焦油收率降低,但焦油中沸点低于360℃的轻质组分含量提高,轻质焦油收率基本保持不变或略有增加。与煤在600℃直接热解相比,在热解和催化温度均为600℃,采用煤样质量20%的半焦为催化剂时焦油中轻质组分质量含量提高了约25%,轻质组分收率基本不变,热解气体积收率增加了31.2%;在热解温度600℃,催化温度500℃时,采用煤样质量5%的半焦负载钴催化剂,焦油中轻质组分质量收率和含量分别提高了约8.8%和28.8%,热解气体积收率增加了21.5%。煤热解产物的二次催化裂解的总体效果是将焦油中重质组分转化为轻质焦油和热解气。

针对诸如Midrex类型直接还原炼铁竖炉生产过程中存在煤气还原势化学能未能充分利用问题,设计出一种上部增设吹氧装置将过剩化学势转变成热能的竖炉。新型竖炉实现煤气化学能与物理能匹配,从而实现能的最大化利用和减少煤气消耗。根据质量和能量守恒建立了竖炉静态模型对比分析传统和新型竖炉的煤气消耗,同时开发一维动力学模型计算了炉内温度及煤气成分变化,获得了在热力学上盈余煤气的体积分数,即还原煤气过剩化学能的分布。结果表明,吹氧竖炉上部气固两相温度提高,CO和H₂浓度明显下降,因而煤气利用率显著增加。在吹氧量为536.40 m³·h^-1,吹氧位置为6.5 m高度情况下,煤气量消耗下降25.94%,尾气还原势下降53.69%。

采用聚二甲基硅氧烷(PDMS)对聚砜(PSf)、聚偏氟乙烯(PVDF)两种不同材料中空纤维膜结构填料进行了疏水涂覆改性,并研究了改性前后膜结构填料在异丙醇/水体系精馏分离中的材料性能变化。实验结果表明:PDMS涂覆使PVDF膜的分离效果提高了约20%,但使PSf膜的分离效果下降3%~10%。经涂覆后,膜结构填料的传质单元高度均在20 cm以下,最小可达5 cm左右;所有膜结构填料均可突破传统精馏操作弹性限制,其传质时间小于10 s,水力学特性和传质效率更优。

气液两相流强化卷式纳滤膜分离实验是针对DK2540卷式纳滤膜,采用气液两相流强化分离技术,对硫酸镁溶液进行研究,较系统地研究了温度、料液浓度、过膜压力、料液流速、气体流速等因素在分离硫酸镁溶液时,对膜通量、截留率和膜通量增加率的影响,并总结了气液两相流强化效果。结果表明,气液两相流强化卷式纳滤膜分离有明显的效果。温度宜在30~40℃。料液浓度越大、过膜压力越小、气液比越大,气液两相流强化效果越明显。

采用Monte Carlo法和Kuwabara单元模型,模拟了单纤维表面粉尘树枝结构的生长过程。在此基础上,考虑邻近粒子对粉尘树枝中单粒子阻力的影响,给出了荷尘状态单纤维过滤压降模拟模型。结果指出,对所有过滤情形,荷尘单纤维过滤压降随沉积量变化呈现两个阶段性特征;过滤风速、粒子大小和粉尘树枝形态结构对荷尘单纤维过滤压降影响显著;而纤维直径对荷尘单纤维过滤压降影响不明显。在获得单纤维过滤压降随沉积量变化关系后,求解了粒子在模型过滤器中的质量分布,建立了荷尘纤维过滤器过滤压降预测模型,并将模型计算结果与实验结果作了对比。结果表明,过滤风速在0.01~0.3 m·s^-1范围内时,计算值与实验结果吻合较好,模型可适用于荷尘纤维过滤器的压降预测。

氢气网络优化时一般将氢阱氢浓度降低至最低限制浓度,以获取最大可能的节氢效果,然而这会降低系统操作弹性。分析了在氢阱氢浓度降低的过程中,有可能出现夹点位置的改变,从而导致节氢量-氢阱氢浓度曲线斜率的减小以及氢气网络中要考虑的其他经济因素,提出了在氢阱氢浓度降低过程中找出最优浓度并在此浓度下进行系统优化的方法,使得氢阱氢浓度降低幅度不大但系统的节氢效果较为显著。以某炼厂为例,通过选择关键氢阱,分析该关键氢阱氢浓度与系统节氢量的关系,确定最优浓度,系统优化后节氢量为42.81 mol·s^-1,占现行系统新氢用量的21.58%。结果表明,该方法可在氢阱氢浓度降低较小的情况下实现较好的节氢目的。

针对软测量建模过程中数据可能存在粗大误差以及粗差数据对模型的性能产生的影响,提出了一种基于粗差判别的自适应加权最小二乘支持向量机回归方法(WLS-SVM)。 该方法首先根据3δ法则检测出样本中的显著误差并加以剔除,然后根据样本误差的大小自适应地调整权值,使得非显著误差对模型性能的影响大大降低。另外,由于最小二乘支持向量机的正则化参数和核宽度参数对模型的拟合精度和泛化能力有较大的影响,一般依靠经验和试算的方法进行估计,耗时且不准确,本文将模型的参数作为进化算法的优化问题,应用自适应免疫算法(AIGA)对参数进行优化选择。仿真实验表明,该方法对非线性系统的建模具有很好的效果。同时,将该方法应用于工业PX氧化建模过程中动力学参数的估计中,结果表明,基于粗差判别的参数优化自适应最小二乘支持向量机预测精度高,取得了较好的效果。

水煤浆气化是煤炭资源高效清洁利用的重要技术。气化炉反应温度是关系装置能否长周期安全稳定运行的关键参数,但是热电偶在高温、高压和气固物流冲刷环境下,使用寿命有限。本文以一多喷嘴对置式水煤浆气化炉为研究对象,在多模型建模方法的基础上,以数据点间的相似程度作为多模型子区间的划分手段,结合最小二乘支持向量机建立了基于模糊C均值聚类的气化炉温度软测量模型。实际工业运行数据验证结果表明,该软测量模型拟合精度较高,模型泛化能力较强。

通过划分网格的方法在Gambit中建立了轴流压气机的三维模型,求得了不同边界条件下的可压缩N-S方程,基于双方程模型中的标准k-ε湍流模型,采用有限体积法对方程进行离散,计算了压气机的各类工作参数并绘制了Fluent算法与经典公式算法下数值的压气机特征曲线。然后通过仿真实验,验证了三维数值模拟的可靠性,模拟分析了压气机失稳过程即在不同转速下的旋转失速和喘振特性以及失稳后的恢复计算过程。最后引入了紧连控制阀(CCV)执行机构,通过CCV的不同开度,改变压气机量纲1流量、压升的特性曲线,即压气机的最小流量有所减少,可以将压气机特性曲线向左移动,大大增加了稳定范围,这对于防止失稳是很重要的。

所有实际工业过程都包含一定程度的非线性,如pH中和过程由于其本身的强非线性是工业过程控制中具有挑战性的难题,但至今为止仍缺乏有效的非线性控制方法。将基于差分方程模型的模型预测控制策略(model predictive control,MPC)推广到包含一个静态非线性多项式函数和一个线性差分方程动态环节的非线性Hammerstein系统,详细描述了基于静态非线性多项式函数的最优控制作用求解方法,提出了一套新的非线性Hammerstein MPC 控制策略(nonlinear Hammerstein predictive control,NLHPC)。pH中和过程控制仿真和控制实验表明,NLHPC的控制结果好于工业上常用的非线性 PID(nonlinear PID,NL-PID)控制器。

针对带区域约束条件的预测控制系统性能评估问题,在考虑过程输出变量约束类型的基础上,提出了基于加权偏离度统计方法的控制性能评估算法。该方法依据控制要求的不同,将输出变量分为质量变量和约束变量,并结合工程经验合理选择变量的权重。基于系统闭环运行数据和约束设置,通过计算变量的加权偏离度得到控制系统的性能评估指标,从而为预测控制器的参数调整和性能提升提供了决策依据。系统仿真实例和工程应用证明了该评估算法对区域预测控制系统性能评估的有效性。

提出了一种基于工况的操作模式优化框架,框架包括三部分:数据预处理、优化操作模式库的形成和基于工况的实时优化。在操作模式优化控制的框架和相关概念的基础上重点研究了催化过程中干点温度指标在线优化的应用。针对催化的工业特点,提出SVM与AdaBoost相结合的两步结合的操作模式的发现方法,试验证实该方法具有较高的预测性能。

提出了一种并行多家族遗传算法,采用主从节点分布式的计算策略,并应用分解协调的思想,对Pareto前沿进行分段,将计算任务分配到局域网上的多台计算机上完成,以减少计算时间。将所提出的方法用于两个化工实际问题的求解,得到的Pareto前沿的分布均匀性和全面性均优于单个遗传算法算得的结果。解决了遗传算法与流程模拟器结合解化工过程多目标优化问题时计算耗时太长的难题。

近红外光谱分析技术通过搭建基于GA-BP神经网络方法的定量分析模型,实现煤炭发热量的快速评估。为了提高模型的学习速度和精度,必须对光谱信息进行数据处理。该过程属于复杂的非线性问题,经典的线性主成分分析方法具有一定的局限性,因此采用了一种基于多项式核主成分分析特征提取方法。通过分析主成分的特征值筛选异常样本。实验结果表明,该方法提取的特征信息主成分集中度高、降维效果明显、与输出变量间的相关性好,且能够准确判断出异常样本,大幅度提高了模型的准确性,为近红外煤质分析模型提供了一种分析速度快、准确率高的有效数据处理方法。

采用化学镀技术,实现了芳纶纤维表面化学镀Ni-P/Ni-Cu-P的金属化处理,利用SEM、EDS和XRD分别对芳纶纤维原始样品、粗化后、施镀后及剥落层的表面形貌、镀层的成分和物相进行了分析比较,并对镀层的形成机制及剥落原因进行了分析研究。结果表明:经过预处理的芳纶纤维比表面积增大,增加了其亲水性和活性;化学镀Ni-P/Ni-Cu-P后,Ni-P镀层中镍含量降低,磷含量增多,纯镍转化为Ni₃P且伴随有少量的铜的出现,整体镀层中Ni、Cu、P的原子比为8.54:3.66:5.59,镀层中以纯Cu、Cu₃P和Ni₃P为主;另外由于镀层中应力分布不均,以及P在Ni-P/Ni-Cu-P相界面的偏聚,削弱了界面的结合强度,使局部拉应力集中,造成了镀层的剥落;且化学镀铜是依靠镍离子的催化作用形成镀层的。

提出了一种以粉煤灰为载体制备的新型铁基载氧体。采用同步热重分析仪、小型流化床以及DFT分别研究了新型载氧体的活性与热稳定性,发泡剂含量与反应温度以及粉煤灰主要组分之间的协同作用对新型载氧体性能的影响。研究结果表明,新型载氧体在以CO为燃料的化学链系统中具有较高的活性;新型载氧体较大的孔隙率以及粉煤灰多组分间的协同作用促使850℃下发泡剂含量为10.0%(质量)的新型铁基载氧体的最大转化率(84.9%)比Fe₂O₃/Al₂O₃的最大转化率(54.3%)高30%,且新型铁基载氧体在30个循环测试中表现出良好的热稳定性。载体制备采用的发泡剂含量以及反应温度对新型铁基载氧体性能影响很大,适当的发泡剂含量(约10%(质量))可提高新型载氧体性能。此外,高温下会造成载氧体的烧结现象。最后,采用密度泛函理论(DFT)研究了粉煤灰与载氧体之间的界面作用以及协同氧化CO的电子特性。计算结果表明,粉煤灰和Fe₂O₃之间的界面电荷转移使Fe₂O₃为电正性,促使CO在表面的相互作用,载体和活性组分之间的协同作用降低了载氧体与CO前线轨道能量差,进而促进了CO与Fe₂O₃的反应。

以聚合硫酸铝铁(PAFS)与阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)为原料,制备PAFS-CPAM复合混凝剂。通过Ferron法对产物的铁铝形态分布进行定量分析,用扫描电镜对产物的结构进行表征。采用响应面分析法通过建立COD_Cr去除率与各因素之间的Box-Behnken数学模型,对复合PAFS-CPAM的工艺进行优化。PFAS/CPAM最优制备工艺条件为:反应温度、反应时间和Fe/CPAM质量比分别为61℃、74 min、28。在最佳投加量50 mg·L^-1条件下,优化制备的PAFS-CPAM对生活污水COD_Cr去除率、浊度去除率分别达80.86%、97.50%。

研究了不同添加剂对废旧印刷线路板非金属组分(NMFs)中树脂分离物热解脱溴的影响,结果表明,以尿素为添加剂可以促使NMFs树脂分离物中含溴阻燃剂以HBr、溴甲烷和溴乙烷的形式脱除,同时,使热解油中苯酚和其他酚类物质的含量增加,而固体残碳中的溴含量减少;对对'-二氨基二苯甲烷对废旧印刷线路板NMFs树脂分离物中含溴成分的脱除无促进作用,但可使热解油中苯酚和其他酚类物质的含量增加,同时使生成的气体量减少,液体和固体产物量增加;六亚甲基四胺尽管可以促使NMFs树脂分离物中含溴阻燃剂以HBr和溴甲烷、溴乙烷的形式脱除,但显著降低了热解油中苯酚和其他酚类物质的含量,同时有较多的N-甲基乙酰胺和N,N-二甲基甲酰胺生成,此外使得液体和固体产物量增加,但气体产物量减少。

采用乙酸/丙酸交替、葡萄糖、实际生活污水为碳源长期驯化的三个强化生物除磷系统,研究了不同碳源对磷的释放和聚羟基烷酸(PHA)转化的影响、聚磷菌种群结构以及微生物代谢PHA和糖原的厌氧化学计量学。结果表明,从182 d起三个系统均获得稳定的除磷性能,第300 d三个系统内聚磷菌所占全菌的比例分别达到:89%±3%、55%±3%、45%±4%。乙酸、葡萄糖、生活污水为碳源时,聚磷菌细胞内贮存聚羟基丁酸(PHB)和聚羟基戊酸(PHV),丙酸为碳源PHA完全由PHV组成,四种类型碳源都未检测到聚二甲基三羟基戊酸(PH2MV)的生成。计量学研究表明:聚磷菌吸收1 C-mol的乙酸,细胞内合成1.15 C-mol PHB,0.15 C-mol PHV,分解0.47 C-mol糖原;吸收1 C-mol的丙酸生成0.44 C-mol的PHV,分解0.271 C-mol的糖原;吸收1C-mol的葡萄糖生成极少量的PHB和0.16C-mol PHV,分解0.16 C-mol糖原;以实际生活污水为碳源,消耗1 mg的COD,合成0.98 mg PHB、0.13 mg PHV(以COD计)。当以乙酸为碳源时获得最高的厌氧释磷量及最大的释磷速率,分别为:134 mg·L^-1和23.80 mg P·(g VSS)^-1·h^-1。以丙酸与葡萄糖为碳源时释磷速率相似,以生活污水为碳源的情况下释磷速率最小。

针对微生物还原降解五氯酚(PCP)缺乏电子供体及过程缓慢的问题,将电化学(电辅助)引入微生物还原降解过程。研究发现电辅助微生物体系的降解效率为97%,这比微生物体系(降解效率为62%)和电化学体系(降解效率为26%)的加和高约10%。对比研究了电辅助微生物体系和电化学体系对PCP还原降解的循环伏安曲线,结果表明:电辅助微生物体系的循环伏安曲线上存在明显的氧化还原峰,电子传递速率为0.856 m·s^-1,电子传递系数为2.024,为两电子传递过程,符合生物降解规律,证实了电辅助加速了微生物降解过程的电子传递速率。电辅助微生物体系中存在着电极、细胞色素c、cty·bc1、NAD和污染物间的逆向电子传递途径,可实现电极-微生物-污染物间多相界面的长程电子传递过程。该研究为环境污染治理提供了一种电辅助与微生物协同作用的新理念。

通过简化活性污泥法1号模型(activated sludge model No.1,ASM1)建立两步硝化反应的数学模型,实现了对序批式反应器(sequencing batch reactor,SBR)恒曝气量好氧过程中溶解氧(dissolved oxygen,DO)动态变化过程的数学模拟,模型辨识科学地区分了可以直接取值的参数包括产率系数、DO饱和常数(或底物饱和常数)和需要重新估计的参数。采用文献推荐参数值模拟了过程中主要状态变量的动力学过程,模拟结果呈现出了多个DO平台,这与实际反应结果数据相符,验证了所建模型的正确性。优化实验设计,获取了典型SBR恒曝气好氧硝化过程动态DO数据,通过理论分析和对数据进行二阶微分处理提出了确定总氧传递系数K_La和相对饱和溶解氧S_O^eq的简单方法,为后续参数估计奠定了基础。

具有高比表面积、大孔容的铁磁性有序介孔炭(Fe/OMCs)对含染料废水的处理提供了一种简单有效的方法。采用苯酚树脂作炭源,三嵌段共聚物F127为模板剂,正硅酸乙酯为硅前驱体,硝酸铁为磁源,通过软模路线合成了Fe/OMCs。利用X射线衍射仪(XRD),氮气吸附仪,透射电镜(TEM)和综合物性测试仪研究了硝酸铁加入量对Fe/OMCs的相态、孔结构参数和磁性的影响;并以亚甲基蓝(MB)为染料探针分子,研究了Fe/OMCs对MB的吸附行为。结果表明材料有序性、比表面和孔容随着硝酸铁加入量的增加而降低,而饱和磁化强度明显增强。Fe/OMCs对MB有快速吸附能力,其行为符合Sips吸附方程。

为了获得能够在水中稳定分散,具有广泛应用前景的磁性纳米粒子,以不同分子量的聚乙烯吡咯烷酮(PVP)作为修饰剂,在聚乙二醇(PEG)中高温热分解乙酰丙酮铁(Fe(acac)₃)制备了纳米Fe₃O₄粒子。采用X射线粉末衍射仪(XRD)、透射电镜(TEM)、高分辨透射电镜(HRTEM)、超导量子干涉仪(SQUID)、热重分析仪(TGA)、傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)、纳米粒度与zeta电位分析仪对样品进行了表征,并对样品在生理盐水和生理缓冲液中的稳定性进行了研究,结果表明:制备的纳米Fe₃O₄粒子具有高的结晶度以及单分散性,在300 K下,具有超顺磁性和较高的饱和磁化强度;PEG和PVP共同修饰于纳米Fe₃O₄粒子表面,为纳米Fe₃O₄粒子提供了良好的水分散性;制备的纳米Fe₃O₄粒子在生理盐水和多种生理缓冲液中能够高度溶解并稳定地分散。水中的纳米Fe₃O₄粒子表面呈电中性,表面修饰层的空间位阻效应是所制备的纳米粒子在水溶液中高分散的原因。

为研究水和弱酸对过氧化氢异丙苯(CHP)热危险性的影响,利用C600微量热仪研究了CHP及CHP与不同含量水、不同含量弱酸、不同pH值弱酸的混合物在空气中受热分解的反应和放热特性,根据实验数据得出了相应的动力学和热力学参数,利用Semenov热爆炸模型计算出了自加速分解温度(SADT)。结果表明:少量的水和弱酸都能够使CHP的起始放热温度、最大放热温度、活化能降低;弱酸的pH值对CHP的热危险性也有影响,pH值越低,CHP的热危险性越大;计算得到CHP的SADT为84℃,通过对CHP及CHP与不同含量水、弱酸和不同pH值弱酸混合物SADT进行比较,发现少量的水和弱酸均能降低CHP的SADT,弱酸的pH值对SADT也有影响,pH值越低,CHP与弱酸混合物的SADT越小。