近年来,随着太阳能被引入微生物燃料电池领域,微生物电化学-光电化学协同产电、产燃料或净化环境的技术成为研究热点。太阳能转化的常用媒介是金属氧化物,探究其与微生物间的相互作用对认清协同机理、提高体系效率等方面有重大意义。综述了不同类型的金属氧化物-微生物相互作用的研究工作,包括微生物-金属氧化物间物理吸附作用、微生物对金属氧化物的矿化和风化作用、微生物-金属氧化物协同产电产燃料系统、金属氧化物光催化杀菌以及光电-微生物电化学协同治理有机污染物或重金属污染,提出了更高效的微生物电化学-光电化学体系的构建方法,为微生物-光催化材料协同体系的实际应用提供帮助。

燃料氧化重整(部分氧化)为温和的放热反应,其反应速率快、能耗低,特别适用于在线制取氢气或富氢气体。大气压非热等离子体为燃料氧化重整提供了一种应用前景广泛的新技术,展现了对燃料具有普适性、快速响应和反应器紧凑高效等优点。综述了大气压非热等离子体烃类燃料氧化重整反应器的研究进展,着重阐述了火花和滑动弧放电产生的暖等离子体及其烃类燃料重整反应器。与电晕和介质阻挡放电产生的冷等离子体反应器相比,暖等离子体反应器具有燃料转化率高和能耗低的优点。

采用离散元方法(DEM)研究了在不同的内摩擦系数、料仓半锥角和料仓宽度条件下,楔形中心料仓和偏心料仓中壁面摩擦系数对卸料速率的影响。研究发现,随着壁面摩擦系数的增加,两种料仓的卸料速率均先降低后稳定。当料仓从中心料仓变为偏心料仓时,壁面摩擦系数对卸料速率的影响程度以及卸料速率停止下降时的壁面摩擦系数的值都增大。随着内摩擦系数的减小或料仓半锥角的增大,壁面摩擦系数对卸料速率的影响程度以及卸料速率停止下降时的壁面摩擦系数的值都逐渐减小。增加料仓宽度能够削弱壁面摩擦系数对卸料速率的影响程度,但并不改变卸料速率停止下降时的壁面摩擦系数的值。

通过将3D气化炉模型、熔渣一维流动传热模型和颗粒壁面捕捉模型耦合,对工业水煤浆水冷壁气化炉内的熔渣流动特性进行模型研究。重点分析了颗粒壁面行为对气化炉结渣的影响以及氧煤比变化对于渣层厚度的影响,并简要分析了水冷壁气化炉和耐火砖气化炉的差异。研究结果表明:大粒径颗粒易于被壁面捕捉,利于穹顶和直筒段渣层的形成,但不利于碳转化率的提高;小粒径颗粒具有高碳转化率,是下游细灰的主要来源,容易加剧下游受热面和灰黑水系统的负担;水冷壁气化炉内形成的固态渣层是气化炉热阻的主要组成部分,能够起到"以渣抗渣"的作用。

流体宏观不稳定性是搅拌槽内流体流动存在大尺度低频非稳态准周期现象,可以影响流体的能量﹑质量的传递行为。为揭示在双层组合桨作用下搅拌槽内流体的非稳态流动规律,实验采用频谱分析和流场可视化技术研究双层组合桨搅拌槽内自来水体系的宏观不稳定性,对比分析了双层刚性桨和双层组合桨对流体混合的影响。结果表明:直径为T的搅拌槽内流体宏观不稳定频率与转速呈线性增大趋势,在转速为180 r·min^-1时离底距离 0.25T刚柔组合桨体系的宏观不稳定性频率消失,出现谱带现象,流场呈现多尺度结构特征,而离底距离为0.33T和0.5T的刚柔组合桨体系的宏观不稳定性频率分别为0.5096 Hz和0.3459 Hz。双层组合桨体系分别使流体的混合时间缩短了22.5%和35%左右,减小离底距离,可使流场的规则区减小。双层刚柔组合桨调控流体宏观不稳定性,强化流体的能量传递行为,从而缩短混合时间,提高了流体的混合效率。

为了揭示气固两相流穿越液池过程中的气液固三相流动特性,建立了气液固三相实验平台和基于Euler-Lagrange框架下的数值模拟平台,对该过程中的气液固三相流动过程及颗粒运动分布规律进行研究。获得了5～15 μm、80～110 μm和380～530 μm 3种典型粒径颗粒在三相体系中的微观运动过程及其分布规律。实验与数值模拟结果均能反映出一致的客观规律。研究发现,颗粒浓度沿液池高度方向和径向均呈现多峰分布特征;5～15 μm粒径颗粒更易跟随气体一起穿越液池,其在液池内的浓度分布较为均匀;380～530 μm粒径颗粒与气体的跟随性较差,其浓度峰值主要集中在液池底部。随着下降管出口静态浸没深度的增加,液池内颗粒浓度分布趋于平缓。

为考察电流密度对氯碱工业中离子膜电解槽内流体传递特性的影响,利用流体力学计算软件,对不同电流密度下电解槽阳极室进行了数值模拟,得到了阳极室单个格栅内流体的速度、温度和浓度分布。以液体循环量、膜附近处速度的最大值、膜表面温度和浓度为指标,考察了不同电流密度下电解槽的运行情况。结果表明:随着电流密度的增加,电解槽内液体循环量增大,膜表面温度升高,盐水浓度降低;在电流密度为4.5 kA·m^-2的典型工况下,电解槽内平均温度为86.39℃,膜表面平均温度为87.40℃;当电流密度提高时,可以通过降低进口溶液温度,获得与典型工况相近的电解槽内平均温度和膜表面平均温度。

对R41和混合工质CO₂/R41 (20.5/79.5)、CO₂/R41(51.4/48.6)在直径为2 mm的水平光滑圆管中的超临界冷却流动换热特性进行了实验研究。质量流速范围为400～800 kg·m^-2·s^-1,压力为6.0～8.0 MPa,热通量为12～48 kW·m^-2,流体温度为20～80℃。3种工质的对流传热系数的极值随CO₂含量的增加而增大,在相同条件下R41的传热系数小于CO₂/R41的传热系数。混合物的超临界传热系数变化规律与纯R41相同。实验条件下,3种流体的传热系数在2～25 kW·m^-2·K^-1之间,压力的影响显著,越接近临界压力对应压力条件下的传热系数极值越高。在远离准临界点的区域传热系数随热通量变化不明显,而在准临界点附近对流传热系数的极值随热通量的增加而小幅减小。将实验结果与经验关联式计算结果进行了比较,有4个关联式的预测效果较好,误差均在±30%以内,预测误差随CO₂含量的增加而下降。

针对含有密集垂直列管束内构件的气液鼓泡塔,在两相Euler二维轴对称k-ε模型中,分别考虑气相和液相受到的列管阻力。通过引入相应的动量源、湍动源以及耗散源建立带列管内构件的鼓泡塔二维CFD模型。模型能清晰、准确地描述带列管束鼓泡塔中气液流动的特征:"烟囱效应"以及分布器影响区延长。计算得到的气含率以及液速的二维分布在宽泛的表观气速(0.12～0.62 m·s^-1)范围内与实验值相符。

为了得到熔融硝酸盐的自然对流传热规律,对单一硝酸盐和三元混合硝酸盐分别采用6种不同直径(0.1、0.4、1、4、10、40 mm)水平圆柱体及3种不同介质温度(573、623、673 K)进行数值计算,与各经典关联式进行对比发现计算结果与Fand关联式的预测值最接近。对计算结果拟合得到水平圆柱表面熔融硝酸盐层流自然对流传热简单预测关联式,并与熔融LiNO₃自然对流实验结果进行对比,发现实验结果在拟合关联式预测值的±20%范围内,验证了拟合关联式的可靠性。

准确在线检测管壁表面分布式温度是优化管式炉加热工艺的关键所在。以一台工业管式裂解炉为试验对象,结合辐射图像处理方法,开展了管式炉炉管表面温度可视化检测研究。采用基于Monte Carlo的DRESOR法求解具有复杂边界条件的管式炉辐射成像模型,实现了炉管辐射与火焰辐射、炉壁辐射的解耦计算,对炉管表面温度与热通量分布进行了在线监测,并研究了二者随工质流动方向的变化趋势。经过验证,温度测量误差小于2%,测量误差主要出现在最高和最低温区域。该项研究将有助于指导管式炉燃烧调整,改进加热工艺,提高炉管表面受热均匀性,延长炉管工作寿命。

针对缠绕式变频电磁水处理系统,利用ANSYS仿真软件对处理腔内水溶液的磁感应强度和感生电流进行分析,探究水体内磁感应强度以及感生电流做功与激励信号频率的内在关系,并利用电磁抑垢效果在线评价实验台,通过改变缠绕式处理腔中电磁场的频率大小分析其对特定硬水循环换热实验管道抑垢效果的影响规律,进而寻求理想的抑垢频率。实验结果表明,电磁频率在分界频率附近时水处理系统能到达较长的污垢诱导期以及较好的抑垢率,抑垢效果最佳。

在气相偶联合成草酸酯工艺过程中,亚硝酸甲酯(MN)再生过程与偶联反应有效匹配是实现整个系统绿色无污染的关键,也是影响草酸酯合成工业放大过程的关键一步。对于MN再生过程的工艺优化和宏观动力学方面进行了较多研究和报道,而对MN再生过程的数学模拟研究较少。通对MN再生过程中发生的主要化学反应进行分析简化,并结合MN再生反应动力学参数,在填料塔中建立了MN再生反应数学模型,并计算了主要工艺参数对MN收率的影响。模拟结果表明,随温度升高、气体流速增大、N₂体积分数增大,MN的收率减小,液体流速增大和NO/O₂摩尔比增大,MN收率增大。通过实验验证了该模型的准确性,MN收率的模拟结果与实验数据的最大相对偏差为-4.39%,为MN再生反应过程的设计和操作提供了理论依据;最后,对于两种不同的NO和O₂混合方式进行了比较,通过模拟计算比较了这两种不同操作方式对MN收率的影响。

以速生桉木硫酸盐法制浆为研究对象,考察了制浆过程中有效碱浓度、H因子(时间和温度)对甲醇生成量以及残余有效碱浓度变化的影响,研究发现制浆过程残余有效碱浓度与蒸煮H因子的负指数呈线性关系,结合这一关系从动力学角度建立了引入碱浓动态变化的制浆过程中预测甲醇生成量的数学模型。结果表明该模型能很好地预测速生桉木硫酸盐法蒸煮过程中各工艺条件下的甲醇生成量(R² 0.990)。模型的预测效果表明,温度对甲醇生成量影响显著,而初始有效碱浓度对甲醇生成量影响较小。实际生产中,可根据该模型对各工艺条件对甲醇生成量影响程度的预测效果适当改变工艺条件,以控制制浆过程中单位木素脱除量的甲醇生成量。

氧化电解水作为一种新型、高效、环保的杀菌剂,具有广阔的应用前景。但目前在氧化电解水制备过程中,其阳极电催化材料存在效率低和使用寿命短等问题。采用亚当斯融合法制备了Ir_0.5Pt_0.5O₂复合氧化物电极。通过XRD表征,其晶型为典型的金红石型结构。SEM结果表明虽然颗粒之间存在团聚现象,但是可以明显观察到大量蜂窝状结构存在,提高了催化剂的比表面积和电化学面积。进一步的CV表征证明了这一点,同时在CV图中表现出明显的铂铱复合氧化物结构的特征。利用LSV技术分别考察了Ir_0.5Pt_0.5O₂的析氯和析氧极化曲线,发现其单位表观面积上析氯活性明显提高,而析氧活性明显降低。计算表明Ir_0.5Pt_0.5O₂的析氯反应Tafel斜率为56.3 mV·dec^-1,反应机理为Volmer-Heyrovsky机理,速控步骤为电化学脱附步骤;其析氧反应Tafel斜率为126.6 mV·dec^-1,控速步骤为催化剂表面氢氧化物的形成。进一步电化学阻抗实验表明在1 g·L^-1 NaCl溶液中, Ir_0.5Pt_0.5O₂析氯电催化活性优于IrO₂,这与前面研究结果一致。在此基础上,以Ir_0.5Pt_0.5O₂/Ti为阳极制备氧化电解水,在相同条件下,其有效氯含量明显优于IrO₂/Ti,同时电解效率也明显提高,强化试验寿命是IrO₂/Ti的3.14倍,大大提高了电极性能,有利于其商品化使用。

采用电导率法测量匀速旋转的石膏块试样(CaSO₄·2H₂O,质量分数为98%)在纯水中的溶解速率,数据采集时间间隔1 s,测试期间试样表观形状(7 cm×4 cm×2 cm)和面积(100 cm²)基本不变。在溶解过程为表面反应控制条件下,依据溶解反应动力学模型,拟合得到25、45、65、85℃下二水硫酸钙溶解反应速率常数分别为1.91×10^-8、3.46×10^-8、4.92×10^-8、7.07×10^-8 mol·cm^-2·s^-1,反应级数为1.27。经Arrhenius公式回归得到溶解反应表观活化能为19.07 kJ·mol^-1。本实验方法排除了溶解过程试样面积不确定因素,拟合得到的模型参数使动力学方程计算值与实验值更为吻合,更接近溶解速率理论预测文献值。

为强化二氧化碳的吸收过程,采用一类旋流逆向气液多级接触的方式,以NaOH溶液为吸收剂,研究其与大跨度浓度CO₂(2.5%～15%)接触反应的传质性能。分别探讨了吸收剂浓度、吸收剂流量、烟气CO₂浓度、烟气流量及反应温度对气相总体积传质系数(K_ga)的定量影响。结果表明,在实验条件下,其K_ga可达(4.53×10^-5)～(9.22×10^-5)kmol·m^-3·s^-1·kPa^-1。与双级直流喷雾和单级旋流喷雾相比,旋流逆向气液多级接触能够有效强化大跨度浓度CO₂的吸收过程。K_ga随吸收剂浓度、流量和反应温度的增加而增加,随CO₂浓度增加呈现先增加后减小(CO₂浓度大于5%)的非线性关系,随气体流量增加先增加后趋于稳定。

在理论分析的基础上,以钒钛磁铁矿为原料,硫酸钙为钙化剂,系统研究了钙化焙烧和硫酸酸浸过程的钒、铁等有价组元的损失。研究结果表明:钙化焙烧-酸浸提钒工艺在理论上是可行的;焙烧过程中,烧结产物中的钒损失率随温度的升高而升高;尽管焙烧过程损失了部分钒元素,但焙烧后钒元素更易于溶解浸出;钒浸出率随焙烧温度的升高先升高后降低且1450 K时达到最大值;当硫酸浓度增加时,钒浸出率变化不大;当焙烧温度高于1450 K时,浸出渣中铁的损失率快速上升,硫酸浓度增加时,其值随之增大;控制适当条件可强化钒的有效迁移,目前实验室研究条件下,钒的浸出率最大可达79.08 %,而此时铁的损失率为3.32%。

分子蒸馏器中加入刮膜器可以增强分子蒸馏过程中的传质效率。以辊筒式刮膜器作为研究对象,利用进料流量、液体浓度、刮膜电机转速以及蒸发器尺寸等主要因素之间的结构关系,建立刮膜式分子蒸馏的数学模型。通过将实验参数代入到该模型可以快速计算出分子蒸馏后流出浓度,并将计算出流出浓度与实际浓度相比较,误差范围缩小到1.5%～2.5%之间,为寻找最佳控制条件提供了参考。将该模型通过MATLAB依次调整每一个参数,研究每一个结构参数对分子蒸馏过程的影响,通过研究仿真图像的变化趋势,使分子蒸馏器的设计可以精确到具体数值,为刮膜式分子蒸馏器的设计提供了依据。

乏燃料后处理的高放废液分离过程中,发展新型分离材料实现对锶的高效萃取至关重要。合成了1,2交替构象的硫代杯[4]冠-4(TCACE),利用FT-IR、¹H NMR和MS对目标产物进行了表征。研究不同稀释剂对萃取的影响,优化得出CH₂Cl₂为稀释剂,在硝酸浓度为3 mol·L^-1,有机相中硫代杯[4]冠-4浓度为1×10^-3 mol·L^-1,水相中Sr²⁺浓度为5×10^-4 mol·L^-1,萃取温度为25℃,萃取80 min条件下,平均传质系数为1.36×10^{-5 m}·s^-1,Sr²⁺的分配比为0.69。分析了不同条件对硫代杯[4]冠-4对Sr²⁺的萃取影响,研究了萃取计量方程式,实验结果表明萃合物为{Sr(NO₃)₂}·{TCACE}。研究了TCACE对其他金属离子Mo⁶⁺、Ni²⁺、Ag⁺、Sn⁴⁺等的萃取效果,表明对Sr²⁺具有较好的选择性。

用具有相同结构但不同烷基碳链长度的系列季铵盐制得C_nTA⁺/蒙脱石纳米复合物,并对水溶液中邻苯二甲酸酯进行吸附实验。探讨了季铵盐烷基碳链链长和用量对制得的C_nTA⁺/蒙脱石纳米复合物吸附水溶液中PAEs效果的影响。结果表明:C_nTA⁺/蒙脱石纳米复合物能有效地吸附溶液中的PAEs,季铵盐烷基碳链链长及用量均对C_nTA⁺/蒙脱石纳米复合物的吸附效果产生影响。当季铵盐用量较低时,随着季铵盐烷基链长的增加,PAEs的吸附去除率增加;增大季铵盐用量,随着季铵盐烷基链长的增加,PAEs的吸附去除率先增大后减小。

工质的选择是有机朗肯循环(ORC)系统优化中的关键问题之一。建立了基于多级非结构性模糊决策分析方法的ORC工质优选体系,根据影响因素的非结构性的特点建立三级模糊优选模型,综合考虑ORC系统的技术性能、经济性能和环保性能3方面因素的影响,并针对影响ORC工质优选的因素复杂、确定隶属函数主观因素较强的情况引入非结构性模糊决策法以确定其隶属度与权重。应用此模型对150℃热源条件下某ORC系统进行工质的优选,得到了不同评价级对应的优选工质序列。R123是对应三级评价准则下该ORC系统的最优工质,验证了多级非结构性模糊决策模型在ORC工质优选中的适用性。

采用固体粉末包埋渗方法在25Cr35NiNb合金表面制备Al-Si-Cr涂层,通过乙烯裂解模拟装置中的结焦实验,对涂层抑制结焦性能进行分析评价。运用金相显微镜、扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)等方法分析了涂层显微组织及结焦层形貌特征。结果表明,采用粉末包埋共渗可以得到厚度在130 mm左右的Al-Si-Cr涂层,涂层具有多层结构且组织致密,外层为富铝硅层,内层为富铬硅层;Al-Si-Cr涂层具有良好的抗结焦性能,可有效抑制催化结焦,抑制结焦率达72.5%。

木质纤维素水解液中的毒性副产物对酿酒细胞具有抑制作用,采用氧化还原电位(oxidoreduction potential, ORP)调控,能够提高细胞对抑制物的耐受性。考察了代表性抑制物乙酸、糠醛及苯酚对酵母细胞生长和代谢的影响,并通过添加氧化剂赤血盐(K₃[Fe(CN)₆])和还原剂二硫苏糖醇(DTT)调节发酵液ORP初始值在(305±5)mV、(157±8)mV及(-150±5)mV,研究不同ORP条件下细胞对抑制物的耐受性影响。结果表明,氧化态能提高生物量并缩短发酵时间。除苯酚外,氧化态也利于提高乙醇的收率。对细胞保护剂甘油合成的方面,氧化态和还原态都会促进甘油合成。在水解液脱毒方面,氧化态表现比还原态要好,因为氧化态促进生物量积累,有利于通过细胞自身代谢脱毒。

从中原油田毛8区块油田采出液中分离得到一株多环芳烃(PAHs)降解菌吉2,根据形态观察、生理生化、16S rRNA基因、管家基因和DNA-DNA同源性分析判断,吉2属于一株Microbacterium新种。研究发现,该菌能在萘和芘为唯一碳源的无机盐培养基中生长,也能够降解萘、菲、蒽和芘的混合PAHs。7 d对这4种PAHs的降解率分别达到了61.4%、86.6%、69.9%和18.6%。吉2对原油有很好的降解及降黏作用,7 d原油的降解速率达到了134 mg·d^-1,黏度降低了29.3%。傅里叶变换红外光谱、族组分和气相色谱-质谱分析显示吉2能够优先利用原油中含PAHs的芳香烃和胶质等组分,原油中萘系列、菲系列、噻吩系列、芴系列、(艹屈)系列、C21-三芳甾醇、芘和苯并(a)芘的相对含量都有一定程度的降低。实验结果表明吉2具有修复PAHs和原油污染的水体或土壤环境的能力,为微生物修复PAHs污染和原油污染提供了一种可行的途径。

利用热重分析仪,对比了不同反应温度、不同水蒸气浓度对煅烧石灰石碳酸化反应的影响。碳酸化反应温度在500℃时,反应初期水蒸气对碳酸化反应的影响并不明显,反应10 min之后,在含有1.5%、10%和20%(体积分数)水蒸气条件下碳酸化转化率比无水蒸气条件下转化率分别提高了19.8%、27.2%和30.5%。水蒸气的存在有助于提高碳酸化反应转化率,但随着水蒸气浓度的增加转化率增加幅度减小。利用随机孔隙模型,对产物层扩散阶段扩散系数及反应活化能进行了计算。高温条件下,气氛中含有1.5%的水蒸气使反应活化能从237.7 kJ·mol^-1降低到179.9 kJ·mol^-1,提高水蒸气浓度到10%和20%后,反应活化能从156.6 kJ·mol^-1降低到148.6 kJ·mol^-1。不同水蒸气浓度条件下,碳酸化反应存在两个明显特征:一是大约在550℃处存在一个明显扩散系数的斜率变化,这一温度与气氛中是否存在水蒸气无关;另一特征是随着反应温度的提高,水蒸气的促进作用减弱。依据实验和模型计算结果,推测了当反应处于产物层扩散阶段时水蒸气对碳酸化反应影响的作用机理。

为回收车用柴油机的排气余热设计了一套带回热器有机朗肯循环系统,采用纯工质R245fa作为工作介质。通过实验研究了车用柴油机变工况下排气余热的变化规律,分析了不同工况下带回热器有机朗肯循环系统的运行性能,讨论了过热度对带回热器有机朗肯循环系统运行性能的影响。针对车用柴油机-有机朗肯循环联合系统提出了余热回收效率、发动机热效率提升率、单位工质输出能量密度3个评价指标。研究表明,带回热器有机朗肯循环系统的净输出功率、余热回收效率、发动机热效率提升率最大分别可以达到43.74 kW、14.93%、13.58%。

为研究油页岩低温热解过程中轻质气体的析出特性,在热重-红外-质谱三联机上对国内有代表性的4个地区(FS、HD、MM和NM)油页岩以20℃·min^-1的升温速率进行了热解实验研究,考察了H₂、H₂O、CO、CO₂、CH₄和C_nH_m 6种轻质气体的析出速率和累积产量随温度变化的规律。实验结果表明:油页岩轻质气体析出的温度范围在180～540℃;H₂、CH₄和C_nH_m的析出速率曲线大致相似,呈高斯分布,CO和CO₂的析出速率则是先缓慢增加随后快速增加,达到最大值后又快速下降,直到析出结束,H₂O的析出速率相对比较复杂,油页岩的内水、矿物质的结晶水和热解水在3个阶段析出,析出速率都是先增大,达到最大值而后减小。

基于厌氧发酵起始阶段的氧供应量控制,研究了厌氧发酵起始阶段通氧对玉米秸秆产甲烷特性的影响。当氧气供应量为10 ml·(g VS)^-1时,甲烷产量达到最大为299.8 ml·(g VS)^-1,相对于不做处理的样品甲烷产量提高了8.4%。但是,氧气供应量的继续提高并没有带来甲烷产量的升高,当氧气供应量大于40 ml·(g VS)^-1时,甲烷产量相对于不做处理的秸秆样品轻微下降。modified first order equation 模型拟合分析表明起始阶段微好氧处理可以加快底物的水解速度,但氧气供应量过大会延长厌氧发酵的延滞时间。另外,经过起始阶段通氧处理,秸秆厌氧发酵的VS降解率也有所提高。

填埋场覆盖层生物气扩散规律和甲烷氧化能力的评估是甲烷减排研究的重要组成部分。以数值模拟方法分析了氧气在覆盖层中的扩散规律,得到了指数方程形式的氧气扩散模型(R²范围0.8941～0.9975);通过检测有机碳和甲烷浓度变化进一步考察了模拟覆盖层不同深度的甲烷氧化能力,证实了在0.05～0.25 m范围内甲烷氧化活性最高;以Fick定律和轴向扩散模型推导了模拟覆盖层中氧气消耗通量模型,该模型计算得到的氧气消耗通量与覆盖层中微生物甲烷氧化经验方程相比无显著差异;结合以上模型推演出覆盖层甲烷消耗通量模型,与实际检测值相比,预测结果理想(R²=0.9983)。该成果可为揭示填埋场覆盖层生物气扩散规律、强化甲烷氧化能力以及预测甲烷排放提供新的思路和理论依据。

N₂O是一种强效的温室气体,而污水生物脱氮过程是N₂O产生的一个主要人为来源。在本研究中,向生物处理出水中投加NH₄⁺、NH₂OH及NO₂^-,研究了NO₂^-对NH₄⁺及NH₂OH氧化过程中N₂O产生的影响。试验结果表明,NH₄⁺及NH₂OH氧化过程的最初30 min内(总反应时间180 min)产生的N₂O占总N₂O产生量的25%以上。在NH₄⁺或NH₂OH氧化完成前的30 min内,N₂O的净产生量仅有0.2 mg·L^-1。NH₂OH的氧化是短程硝化开始阶段产生N₂O的途径,此后NH₄⁺或NH₂OH氧化为AOB提供还原NO₂^-电子,引起的反硝化作用是产生N₂O的主要途径。在实际生活污水短程硝化试验过程中,由于部分COD的存在,在低氧条件下,可能会出现异养菌的反硝化作用。同时,由于氧气及NO₂^-对氧化亚氮还原酶(NOS)的抑制,使得在生活污水进行短程硝化时,N₂O的净产量比上述出水试验时增加了17%以上,总产量最高达到了11.07 mg·L^-1。这一途径对N₂O产生的贡献也是不容忽视的。

采用SBR好/缺氧工艺,考察了好氧饥饿对于丝状菌膨胀污泥中硝化细菌活性及污泥性能的影响。结果表明,14 d的好氧饥饿过程(无外加底物,保持曝气)中,氨氧化细菌(ammonia-oxidizing bacteria, AOB)表现出更高的饥饿敏感性,其好氧衰减速率[(0.42±0.06)d^-1)高于亚硝酸盐氧化菌(nitrite-oxidizing bacteria, NOB)的好氧衰减速率[(0.34±0.05)d^-1]。恢复阶段初期,系统出现了明显的亚硝酸盐积累现象,这主要归因于AOB具有在环境发生改变时做出快速反应的能力,具体体现在AOB较NOB具有更高的活性恢复速率上。此外,好氧饥饿能够快速杀死丝状细菌,迅速改善膨胀污泥的沉降性能,使污泥的SVI由170 ml·g^-1快速下降到30 ml·g^-1。胞外聚合物(extracellular polymeric substances, EPS)和溶解性微生物产物(soluble microbial products, SMP)能够相互转化,并为饥饿污泥提供一定的碳源和能源,保证了细菌在饥饿环境中长期的细胞维持。

以硝基苯为模型污染物,研究了铁碳微电解过程中硝基苯初始浓度、铁屑用量、铁碳比及pH(pH<3.0)等因素对降解过程的影响规律。研究结果表明,硝基苯废水初始浓度越大,达到一定去除率时所需的铁屑用量越大。外加活性炭会与降解底物竞争电子,导致电子利用率不高,微电解的还原效率并没有因此提高。低pH可以加速铁碳微电解处理速率,反应过程中pH的升高对硝基苯还原中间产物羟基苯胺和苯胺的形成及分布影响较大,有限停留时间内主要还原产物是二者的混合物。

以稀释糖蜜为底物,通过厌氧接触式发酵制氢反应器(ACR) 的启动和运行,考察了ACR在不同进水COD浓度下的运行特性。结果表明,当HRT= 6 h,进水COD浓度从 7000 mg·L^-1提升至11000 mg·L^-1时,反应器仍能稳定运行,并维持乙醇型发酵类型。随着底物浓度的增加,系统的比产氢速率从COD 7000 mg·L^-1时的2.43 m³·(m³·d)^-1提高到COD11000 mg·L^-1时的3.51 m³·(m³·d)^-1,而活性污泥的比产氢速率在COD 为9000 mg·L^-1时最高,为10.71 mol H₂·(kg VSS·d)^-1。聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳(PCR-DGGE)分析结果表明,产氢发酵产乙醇菌群为ACR系统中的主要产氢功能菌群,且随着进水COD浓度的增加,以Ethanoligenens harbinense YUAN-3为代表的产氢菌群的优势度显著增强,但丙酸发酵菌属Propionicimonas sp. F6也开始富集。

采用稀释采样方法对一台220 MW煤粉炉(锅炉A)及一台300 MW的CFB锅炉(锅炉B)电袋复合式除尘器前后PM_2.5进行现场采样。通过ELPI测定PM_2.5的粒径分布;采用SEM分析PM_2.5的显微结构;采用EDX及ICP-OES分别对分级PM_2.5中次量及痕量元素含量进行了检测。结果表明,锅炉A和B除尘前后对应的PM_2.5粒数及质量浓度分布均不同;锅炉A和B产生的PM_2.5分别以较为光滑球形和不规则形状为主,锅炉A除尘后PM_2.5呈表面粗糙球形,锅炉B除尘后PM_2.5单颗粒形貌特征不变;锅炉A和锅炉B产生的PM_2.5除尘前后在各粒径段中Si、Al、Fe、Ca和Mg含量基本一致,As、Cd和Se含量随着粒径的减小而增大;除尘后锅炉A产生PM_2.5中As和Se含量增加,且在亚微米PM_2.5中As和Se含量的增加更明显,锅炉B除尘后PM_2.5中As和Se含量基本不变。

浓HNO₃和酸性K₂Cr₂O₇都具有一定的氧化性,分别利用浓HNO₃和酸性K₂Cr₂O₇对阳极碳布进行氧化改性处理。通过红外光谱测试显示,碳布表面附着了羟基(—OH)和羧基(—COOH)。通过扫描电镜观察,碳布经过氧化改性后表面明显变粗糙。同时,循环伏安曲线(CV)和交流阻抗曲线(EIS)测试表明,经过改性后的碳布具有良好的电化学特性。分别以经过浓HNO₃和酸性K₂Cr₂O₇改性处理后的碳布作为微生物燃料电池(MFC)的阳极,获得的最大功率密度分别为291.11 mW·m^-2和438.08 mW·m^-2,比未经过改性处理的碳布阳极的功率密度分别提升了21%和82%。

质子交换膜燃料电池(PEMFC)电源系统在停机后,燃料电池开路高电压被认为是造成电池性能下降和寿命缩短的重要因素。这主要是因为PEMFC电源系统停机后,燃料电池处于开路状态,阳极侧残留的氢气和阴极侧的空气发生电化学反应,电池电压为开路高电压且维持在开路电压的时间比较长,这容易引起催化剂碳载体发生氧化,使分布在载体上的铂(Pt)颗粒脱落,造成燃料电池性能衰减以及寿命缩短。以最大程度缩短停机后开路高电压的时间和加快阳极侧残留氢气的消耗速度为目标,提出了一种PEMFC电源系统的停机策略,通过实验分别研究了直接停机和停机策略停机对PEMFC输出特性的影响。以该停机控制策略为基础,通过实验验证了该停机策略的有效性,为提出保护性的PEMFC电源系统停机控制策略提供了参考性指导。

以3-氨基丙基三乙氧基硅烷(KH-550)为改性剂,在导向管喷动流化床内对废弃印刷线路板的非金属颗粒(NPWPCB)进行包覆改性,研究了颗粒包覆过程中KH-550溶液(体积分数20%)用量、喷雾速率、雾化气速、床层温度及喷动气速等操作参数对NPWPCB改性效果的影响。以聚丙烯(PP)为基体、改性NPWPCB为填料,采用挤出注塑工艺制备了PP/NPWPCB复合材料。通过红外光谱图和扫描电子显微镜对改性前后NPWPCB表面官能团及复合材料冲击断面微观形貌的分析表明,KH-550可以增加NPWPCB与PP基体之间的界面黏结强度,提高PP/NPWPCB复合材料的力学性能。当KH-550溶液用量为75 ml、喷雾速率为3.2 cm·s^-1、雾化气速为58.98 m·s^-1、床层温度为80℃、喷动气速为29.49 m·s^-1时,复合材料的弯曲、拉伸和冲击强度较改性前分别提高了15.07%、17.52%和16.32%。

采用环氧树脂作为前驱体溶胶,利用负载有碳纳米管的铝板为接收基板,通过简单方便的静电纺丝协同拉拔技术,宏量制备了碳纳米管/环氧树脂复合纤维棉,并对这种复合纤维棉的吸油性能进行了探索。采用扫描电子显微镜(SEM)、热重分析仪(TGA)、压汞仪、拉曼光谱仪等设备系统分析了复合纤维棉的形貌、结构和组成。结果表明,复合纤维棉具有高的比表面积与孔隙率,碳纳米管均匀地分布在复合纤维棉中。复合纤维棉与水和植物油的接触角分别为114.1°与66.8°;与丙纶纤维相比较,复合纤维棉展现出更加优异的吸油能力,可吸附超过自身质量10倍的油类物质。

采用水热法通过添加Ce离子制备了MnO₂纳米空心球电极材料。Ce离子对MnO₂的形貌和结晶程度有很大的影响,添加Ce离子后生成由纳米棒组成的中空球,中空球比表面积(BET)达到315.2 m²·g^-1。MnO₂电极电化学测试结果表明:当铈锰摩尔比为0.2时电极材料具有较好的电化学性能,其比电容达到178.6 F·g^-1,与未加Ce离子相比其比电容提高了2.6倍,而且经过1000次循环稳定性测试后比电容仍保留了90.5%。这些结果表明添加Ce离子有利于形成中空结构,并提高了MnO₂电极的比电容。

针对目前空调用有机相变蓄冷材料热导率低的问题,将具有高导热性的纳米材料(MWNTs、Al₂O₃、Fe₂O₃)添加到所开发制备的二元复合有机蓄冷材料(质量比73.7:26.3的辛酸/肉豆蔻醇)中,从纳米材料的种类和浓度两方面,研究其对复合有机蓄冷材料热物性的影响。实验发现:对于MWNTs、Al₂O₃、Fe₂O₃ 3种纳米材料,当其质量分数分别小于0.3%、0.4%、0.8%时,对应纳米复合材料热导率随纳米材料浓度的增加幅度较为明显;与原二元复合有机相变蓄冷材料相比,添加0.3%的MWNTs,热导率提高26.3%;添加0.4%的Al₂O₃,热导率提高13.1%;添加0.8%的Fe₂O₃,热导率提高32.1%;当在一定纳米材料质量分数(如0.7%)下,加入纳米颗粒的复合材料导热性能效果依次为Fe₂O₃>MWNTs>Al₂O₃。不同纳米粒子的添加对原蓄冷材料的相变温度和相变潜热影响很小,相变温度变化波动最大为0.4℃,相变潜热变化波动范围最大为1.4%。

通过光引发自由基聚合的方式,将双尾型丙烯酰胺类疏水单体(N-苯乙基-N-十四烷基甲基丙烯酰胺,PETMAM),与丙烯酰胺(AM)、丙烯酸(AA)等水溶性单体进行共聚,制备出双尾型疏水缔合水溶性共聚物(DTHAP),来解决丙烯酰胺类聚合物耐温抗盐性以及稳定性差的难题。通过测定聚合物溶液的表观黏度作为评价其性能的主要手段,考察了丙烯酸加量、盐、表面活性剂(SDS)含量、疏水单体含量等因素对聚合物性能的影响,从而确定了比较理想的反应条件。实验中发现:丙烯酸加量和表面活性剂含量的变化会影响聚合物的临界缔合行为;盐的引入能够显著降低表面活性剂的用量,提高聚合物的增黏效果;疏水单体含量较低时[0.35%～0.45%(mol)],聚合物可以表现出明显的增黏效果。当聚合物浓度为1 g·L^-1时,聚合物的黏度可以达到141.5 mPa·s,其临界缔合浓度(CAC)为0.75 g·L^-1左右。聚合物在120 g·L^-1的NaCl溶液和120 g·L^-1 NaCl、0.4 g·L^-1 CaCl₂溶液中,80℃下老化90 d,黏度分别为47.6 mPa·s和45.9 mPa·s。采用红外光谱、扫描电镜两种手段,表征了聚合物的结构。

以热塑性淀粉(TPS)为成炭剂与聚磷酸铵(APP)、可膨胀石墨(EG)复配组成膨胀型阻燃剂,通过熔融密炼、开炼塑化、硫化发泡制备了热塑性淀粉/乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(TPS/EVA)泡沫复合材料,探讨了TPS用量对泡沫复合材料阻燃性能、力学性能的影响。结果表明,TPS的加入显著提高了TPS/EVA泡沫复合材料阻燃性能,可起到良好的成炭作用;TPS/EVA泡沫复合材料的拉伸强度、断裂伸长率以及撕裂强度随着TPS用量的增加呈现先增大后减小的趋势,相对密度则是小幅度上升。当TPS用量为6%时,TPS/EVA泡沫复合材料综合性能最好,其LOI可达26.5%且UL-94为V-0级,拉伸强度、断裂伸长率、撕裂强度以及相对密度可达2.395 MPa、177.48%、10.59 N·mm^-1、0.21452。

为考察红外光谱与热分析对聚丙烯腈原丝预氧化程度表征的准确程度,用傅里叶变换红外光谱仪、综合热分析仪等对PAN原丝及其预氧丝进行了测试。对红外光谱测试中各影响因素进行了探讨,并依此对不同预氧丝的红外光谱及相对环化率进行了分析。对原丝及预氧丝在不同气氛下的热性能进行了比较,并对其环化度进行了分析。结果表明:红外光谱与热分析均能定性反映出预氧丝的预氧化程度,而定量计算出的相对环化率则不具可比性,环化度会较真实值偏高。

利用带负电的聚天冬氨酸分子与部分带正电的磷脂双分子层之间的静电吸附作用,通过"一步法"成功制备了聚天冬氨酸(PASP)修饰脂质体(PLPs),实现了修饰脂质体微酸环境响应性。将脂质体制备与PASP修饰同时完成的"一步法"大大简化了制备工艺,提高了脂质体(PLPs)的制备效率。通过单因素筛选确定了pH敏感性显著的修饰脂质体制备条件,即外水相溶液PASP浓度2.5%(质量分数),pH8.5。透射电子显微镜照片显示PLPs由于修饰剂的存在具有更大的粒径,且表面电负性高,证明了"一步法"成功制备了pH敏感性修饰脂质体。