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VALORIZATION OF BIOGAS THROUGH SIMULTANEOUS CO_(2) AND H_(2)S REMOVAL BY RENEWABLE AQUEOUS AMMONIA SOLUTION IN MEMBRANE CONTACTOR

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Frontiers of Agricultural Science and Engineering 2023年第3期10卷 468-478页

作者： Tao SUN Wenlong LI Jiandong WEI Long JI qingyao he Shuiping YAN College of Engineering Huazhong Agricultural UniversityWuhan 430070China Technology&Equipment Center for Carbon Neutrality in Agriculture Huazhong Agricultural UniversityWuhan 430070China Key Laboratory of Agricultural Equipment in Mid-lower Yangtze River Ministry of Agriculture and Rural AffairsWuhan 430070China

Upgrading biogas into biomethane not only improves the biogas utilization as vehicle fuel or natural gas substitute,but also reduces the greenhouse gases emissions.Considering the principle of engineering green energy process,the renewable aqueous ammonia(RAA)solution obtained from biogas slurry was used to remove H_(2)S and CO_(2) simultaneously in the hollow fiber membrane contactor.RAA was mimicked in this study using the ammonia aqueous solution mixed with some typical impurities including ethanol,acetic acid,propionic acid,butyric acid and NH4HCO_(3).Compared with the typical physical absorption(i.e.,pure water)removing 48%of H_(2)S from biogas,RAA with 0.1 mol·L^(−1) NH_(3) could remove 97%of H_(2)S.Increasing the NH3 concentration from 0.1 to 0.5 mol·L^(−1) could elevate the CO_(2) absorption flux from 0.97 to 1.72 mol·m^(−2)·h^(−1) by 77.3%.Among the impurities contained in RAA,ethanol has a less impact on CO_(2) absorption,while other impurities like CO_(2) and acetic acid have significant negative impacts on CO_(2) absorption.Fortunately,the impurities have a less influence on H_(2)S removal efficiency,with more than 98%of H_(2)S could be removed by RAA.Also,the influences of operating parameters on acid gases removal were investigated to provide some engineering suggestions.

关键词： biomethane biogas purification CO_(2)removal H_(2)S removal membrane absorption

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EFFICIENT CONTAMINANT REMOVAL FROM LIQUID DIGESTATE OF PIG MANURE BY CheMICAL PRECIPITATION AND CO_(2) MINERALIZATION USING ALKALINE ASH

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Frontiers of Agricultural Science and Engineering 2023年第3期10卷 479-491页

作者： Zhengxin FEI Zijie DING Xuan ZheNG Liang FENG qingyao he Shuiping YAN Long JI College of Pharmaceutics Jinhua PolytechnicJinhua 321007China Technology&Equipment Center for Carbon Neutrality in Agriculture College of EngineeringHuazhong Agricultural UniversityWuhan 430070China

Chemical precipitation is a widely applied approach for a liquid fraction of digestate(LFD)of agricultural waste but its large-scale application requires low-cost and efficient precipitating agents and novel process design.This study evaluated novel approach for the efficient removal of contaminants from the LFD using fly ash-based chemical precipitation,followed by filtration and CO_(2) mineralization.The technical feasibility of this approach was evaluated using pH and electrical conductivity(EC),and removal efficiencies of total phosphorus(TP),chemical oxygen demand(COD)and heavy metals during the treatment.The fly ash used in this study showed a promising performance as a chemical precipitation agent for COD and TP removal from the treated LFD involving complex effects of precipitation and adsorption.CO_(2) bubbling after fly ash-based chemical precipitation provided further COD and TP removal by carbonation reactions between CO_(2) and the excessive alkaline minerals in fly ash.Although addition of fly ash to untreated LFD increased pH from 8.3 to 12.9 and EC from 7.01 to 13.7 mS·cm^(−1),CO_(2) bubbling helped neutralize the treated LFD and reduce the EC,and concentrations of toxic ions by carbonation reactions.The fly ash-based chemical precipitation and CO_(2) mineralization had>93%COD and>98%TP removal efficiencies,and resulted in an EC ofhe treated LFD,as well as the high purity calcite product.

关键词： anaerobic digestion chemical oxygen demand fly ash ion removal total phosphate

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以富CO_(2)吸收液为汲取液的沼液中水正渗透回收特性研究

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农业机械学报 2024年第6期55卷 317-324页

作者：汪洋石明菲贺清尧晏水平华中农业大学工学院武汉430070 农业农村部长江中下游农业装备重点实验室武汉430070

针对沼气工程存在的沼液量大难处理问题及沼气提纯的需求,提出将正渗透技术与沼气CO_(2)化学吸收分离耦合,探究了沼气CO_(2)化学吸收中的富CO_(2)吸收液作为正渗透汲取液从沼液中回收水及浓缩沼液的可行性,并以沼液浓缩过程中的水通量... 详细信息

针对沼气工程存在的沼液量大难处理问题及沼气提纯的需求,提出将正渗透技术与沼气CO_(2)化学吸收分离耦合,探究了沼气CO_(2)化学吸收中的富CO_(2)吸收液作为正渗透汲取液从沼液中回收水及浓缩沼液的可行性,并以沼液浓缩过程中的水通量、沼液浓缩倍数、沼液氨氮截留率与吸收剂反向传质通量为指标,考察了汲取液种类、汲取液浓度与其他操作参数对正渗透水回收性能的影响。结果表明,富CO_(2)吸收液作为汲取液从沼液中回收水并浓缩沼液具有可行性,且随着汲取液浓度、流量和温度的增加,沼液中水向汲取液的传质通量增加,沼液浓缩倍数也相应增加,但沼液中氨氮截留率下降,同时汲取液中的吸收剂溶质向沼液的反向传质通量也增加。当采用浓度2.5mol/L、CO_(2)负荷0.5mol/mol的富CO_(2)甘氨酸钾溶液作为汲取液,汲取液温度为70℃、流速为150mL/min、沼液室温及流速为150mL/min时,采用正渗透技术从沼液中回收水的初始通量达8.05L/(m^(2)·h),经过4h运行后,沼液浓缩倍数为1.18,氨氮截留率为84.13%,反向吸收剂通量仅为2.94g/(m^(2)·h)。

关键词：正渗透沼液浓缩水回收 CO,捕获膜分离

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直接接触式膜蒸馏结晶回收沼液氨氮性能

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农业工程学报 2024年第5期40卷 239-245页

作者：张军张鸿宇周婷晏水平贺清尧华中农业大学工学院武汉430070 农业农村部长江中下游农业装备重点实验室武汉430070

为解决现有沼液氨氮膜回收技术中氮肥浓度低和副产物价值低的问题,该研究提出采用膜蒸馏结晶技术实现沼液中氨氮的结晶回收。研究中,通过提升近饱和接收液的温度来平衡膜两侧的水蒸气分压,在保证氨氮传质通量的情况下最小化水分传质。... 详细信息

为解决现有沼液氨氮膜回收技术中氮肥浓度低和副产物价值低的问题,该研究提出采用膜蒸馏结晶技术实现沼液中氨氮的结晶回收。研究中,通过提升近饱和接收液的温度来平衡膜两侧的水蒸气分压,在保证氨氮传质通量的情况下最小化水分传质。操作结束后接收液中铵盐达到超饱和状态,冷却至常温即可回收铵盐晶体。结果表明,当进料侧沼液温度为40℃时,近饱和磷酸二氢铵温度需提高至47℃,而使用硫酸为吸收剂时,近饱和硫酸铵溶液温度需提高至65℃。酸液温度升高对氨通量也有促进作用,氨通量由40℃时的10.70 g/(m^(2)·h)小幅提升至70℃时的14.90 g/(m^(2)·h)。进料侧氨氮质量浓度的提升可显著增加氨氮回收通量。磷酸二氢铵为吸收剂时,试验6 h后晶体中的氨氮回收率为77.60%,采用硫酸为吸收剂时可提高至92.20%。继续延长处理时间,晶体中的氨氮回收率甚至超过100%。显然,采用膜蒸馏结晶技术回收沼液氨氮具一定的可行性,研究结果可为沼液氨氮的高价值回收提供一定参考。

关键词：沼液结晶膜蒸馏水分传质高价值回收

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气隙膜蒸馏回收绿色氨水性能研究

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膜科学与技术 2024年第1期44卷 108-113,122页

作者：石明菲刘梦飞贺清尧华中农业大学工学院武汉430070

回收沼液中的氨氮可实现低成本和低碳足迹的氮肥生产.理论上气隙膜蒸馏能以绿色氨水形式将沼液中氨氮加以回收,然而该方面的研究还较少.本文对气隙膜蒸馏以氨水形式回收沼液中氨氮的具体性能进行了研究.采用单因素实验分别研究了气隙厚... 详细信息

回收沼液中的氨氮可实现低成本和低碳足迹的氮肥生产.理论上气隙膜蒸馏能以绿色氨水形式将沼液中氨氮加以回收,然而该方面的研究还较少.本文对气隙膜蒸馏以氨水形式回收沼液中氨氮的具体性能进行了研究.采用单因素实验分别研究了气隙厚度、进料温度、初始氨氮浓度和进料流速等因素对模拟沼液中氨氮回收效率的影响.结果表明氨通量和水通量均随着进料温度的增加而增加,随着气隙厚度的增加而降低.进料流速为90 mL/min时,氨氮分离因子和氨氮脱除率均为最高值.基于单因素实验结果,采用正交实验探究气隙膜蒸馏回收氨氮的最佳实验变量组合.结果表明,气隙厚度3 mm、进料温度54℃、初始氨氮浓度800 mg/L和进料流速90 mL/min是以氨氮分离因子为评价参数时的最佳实验变量组合.

关键词：气隙膜蒸馏氨氮回收沼液氨氮分离因子

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畜禽粪污处理中氨气膜接触器回收的传质及选择性研究

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农业机械学报 2024年第2期55卷 338-345页

作者：贺清尧廖婷陈号迁刘梦飞纪龙晏水平华中农业大学工学院武汉430070

对畜禽粪污好氧堆肥中产生的氨气与厌氧发酵后沼液中的氨氮进行回收,不仅可以减少污染物和温室气体的排放,达到减污降碳的目的,还能获得氮肥产品,增加粪污处理的经济性。针对现有氨气捕集过程中设备体积大和灵活性差等问题,提出了采用... 详细信息

对畜禽粪污好氧堆肥中产生的氨气与厌氧发酵后沼液中的氨氮进行回收,不仅可以减少污染物和温室气体的排放,达到减污降碳的目的,还能获得氮肥产品,增加粪污处理的经济性。针对现有氨气捕集过程中设备体积大和灵活性差等问题,提出了采用中空纤维膜来实现氨气捕集的目标。采用空气吹扫氨水溶液模拟了不同情形下的氨气浓度与空气流量,测试不同情形下氨气捕集的通量和回收率,分析影响氨气捕集的主要因素和传质特性。结果表明,氨气向膜内传质的阻力主要受气相传质阻力和膜的传质阻力影响,低空气流量下气相传质阻力占主导地位。提升空气流量至5 L/min时,气相传质阻力比0.5 L/min时下降53.6%,此时膜内传质阻力占主导。氨气捕集通量随进膜氨气浓度的增大而提升。在空气流量低于1 L/min下,氨氮回收率高于95%,0.5 L/min时的氨氮回收率高于99%。在氨气停留时间足够的条件下,氨氮回收率仅与酸液吸收容量相关。在温度差和浓度差的影响下,空气中的水蒸气会向膜内的吸收剂中传递。吸收剂中含质量分数26%的硫酸铵比仅含1%的硫铵溶液水回收通量高13.3倍,氨氮分离因子由41.6降低至3.06。酸液质量分数对氨气的传质无显著影响。文献对比表明典型状态下粪污处理中的氨气释放质量浓度与本研究中涉及的质量浓度区间基本一致,说明中空纤维膜捕集氨气具有较广的适用性。

关键词：粪污处理氨气膜吸收中空纤维膜

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Characterization and prediction of tailpipe ammonia emissions from in-use China 5/6 light-duty gasoline vehicles

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Frontiers of Environmental Science & Engineering 2024年第1期18卷 71-81页

作者： Lewei Zeng Fengbin Wang Shupei Xiao Xuan Zheng Xintong Li Qiyuan Xie Xiaoyang Yu Cheng Huang qingyao Hu Yan You Ye Wu College of Chemistry and Environmental Engineering Shenzhen UniversityShenzhen 518060China State Key Laboratory of Engines Tianjin UniversityTianjin 300072China China Automotive Technology and Research Center Co.Ltd. Tianjin 300300China CATARC Automotive Test Center(Guangzhou)Co.Ltd. Guangzhou 511300China State Environmental Protection Key Laboratory of Cause and Prevention of Urban Air Pollution Complex Shanghai Academy of Environmental SciencesShanghai 200233China National Observation and Research Station of Coastal Ecological Environments in Macao Macao Environmental Research InstituteMacao University of Science and TechnologyMacao SAR 999078China School of Environment State Key Joint Laboratory of Environment Simulation and Pollution ControlTsinghua UniversityBeijing 100084China

On-road tailpipe ammonia (NH3) emissions contribute to urban secondary organic aerosol formation and have direct or indirect adverse impacts on the environment and human health. To understand the tailpipe NH3 emission characteristics, we performed comprehensive chassis dynamometer measurements of NH3 emission from two China 5 and two China 6 light-duty gasoline vehicles (LDGVs) equipped with three-way catalytic converters (TWCs). The results showed that the distance-based emission factors (EFs) were 12.72 ± 2.68 and 3.18 ± 1.37 mg/km for China 5 and China 6 LDGVs, respectively. Upgrades in emission standards were associated with a reduction in tailpipe NH3 emission. In addition, high NH3 EFs were observed during the engine warm-up period in cold-start cases owing to the intensive emissions of incomplete combustion products and suitable catalytic temperature in the TWCs. Notably, based on the instantaneous NH3 emission rate, distinct NH3–emitting events were detected under high/extra high velocity or rapid acceleration. Furthermore, NH3 emission rates correlated well with engine speed, vehicle specific power, and modified combustion efficiency, which were more easily accessible. These strong correlations were applied to reproduce NH3 emissions from China 5/6 LDGVs. The predicted NH3 EFs under different dynamometer and real-world cycles agreed well with existing measurement and prediction results, revealing that the NH3 EFs of LDGVs in urban routes were within 8.55–11.62 mg/km. The results presented here substantially contribute to improving the NH3 emission inventory for LDGVs and predicting on-road NH3 emissions in China.

关键词： NH3 instantaneous emissions Catalytic temperature Vehicle specific power Combustion efficiency Emission prediction

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以负碳排放为目标的生物质灰矿化CO_(2)路径研究

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农业机械学报 2022年第7期53卷 363-369,386页

作者：晏水平冯椋段海超纪龙贺清尧华中农业大学工学院武汉430070 农业农村部长江中下游农业装备重点实验室武汉430070

将生物质能源开发利用与碳捕获、利用与封存结合,可实现CO_(2)负排放,是能源领域降低CO_(2)排放的重要技术之一。生物质直接燃烧后产生的生物质灰理论上可吸收并永久封存CO_(2),但其能否实现负碳排放还需进行深入研究。基于此,分别在自... 详细信息

将生物质能源开发利用与碳捕获、利用与封存结合,可实现CO_(2)负排放,是能源领域降低CO_(2)排放的重要技术之一。生物质直接燃烧后产生的生物质灰理论上可吸收并永久封存CO_(2),但其能否实现负碳排放还需进行深入研究。基于此,分别在自然状态(空气氛围)、中等CO_(2)初始分压(101.3 kPa)和高CO_(2)初始分压(300~1400 kPa)条件下开展了生物质灰矿化CO_(2)试验,测试了生物质灰的CO_(2)矿化量,并评估了3种矿化路径的负碳排放量。结果表明,从空气中吸收CO_(2)时,生物质灰的CO_(2)矿化性能最差,40 d内的最高CO_(2)矿化量仅为60.66 g/kg。在中等CO_(2)分压101.3 kPa条件下,可最高实现121.68 g/kg的矿化量,而初始分压1400 kPa下的CO_(2)矿化量可达216.85 g/kg。综合考虑矿化过程的能源消耗和生物质灰运输产生的碳排放及灰的固碳量等因素,评估了3种生物质灰矿化路径的实际负碳排放量。当生物质灰运输距离小于207 km时,适合选择中等CO_(2)分压矿化路径以获得最大的负碳排放效益;当运输距离大于207 km时,建议选择高CO_(2)分压矿化路径。

关键词：生物质灰 CO_(2)矿化 CO_(2)吸收碳减排负碳排放

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国际高等教育无障碍环境研究的热点与启示——基于CiteSpace知识图谱软件的量化分析

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中国特殊教育 2024年第4期 11-20页

作者：宗清瑶邹义欢华中师范大学教育学院武汉430079

随着《中华人民共和国无障碍环境建设法》的颁布,高等教育无障碍环境领域显示出较强的研究潜力。研究以“Web of Science”核心合集收录的379篇文献为例,使用文献计量法分析发文量与引文量、发文国家、主要研究者,了解国际高等教育无障... 详细信息

随着《中华人民共和国无障碍环境建设法》的颁布,高等教育无障碍环境领域显示出较强的研究潜力。研究以“Web of Science”核心合集收录的379篇文献为例,使用文献计量法分析发文量与引文量、发文国家、主要研究者,了解国际高等教育无障碍环境的研究现状,分析关键词洞悉研究热点,分析突现节点文献预测研究趋势。结果发现:自2018年起,高等教育无障碍环境领域得到更多关注,发文量呈急速增长的状态,发文主要集中于美国,且该领域研究者具有多样化的学科背景;已有研究围绕思想无障碍、物理空间无障碍、虚拟空间无障碍等方面展开,包括辅助技术、全纳教育、人工智能、在线学习等主题;研究者关注残疾学生的声音与经历,审视高等全纳教育的现状,持续关注通用学习设计。

关键词：高等教育残疾大学生无障碍环境文献计量

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智慧集群平台赋能高水平研究型大学创新联合体建设的内在机理与优化路径

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中国科技论坛 2024年第1期 16-26页

作者：周艳芳顾青瑶华北水利水电大学河南郑州450045 东南大学信息科学与工程学院江苏南京210096

行业技术攻关以及技术产业化都无法离开创新联合体,如何有效提高创新联合体的建设水平成为亟待探明的问题。在互联网时代,智慧集群平台为解决创新联合体的运营效率提供可行方案,因此有必要研究智慧集群平台如何赋能研究型大学创新联合... 详细信息

行业技术攻关以及技术产业化都无法离开创新联合体,如何有效提高创新联合体的建设水平成为亟待探明的问题。在互联网时代,智慧集群平台为解决创新联合体的运营效率提供可行方案,因此有必要研究智慧集群平台如何赋能研究型大学创新联合体建设。本研究采用扎根理论对智慧集群平台的特征进行分析,同时获得高水平研究型大学创新联合体建设的发展现状变量,分别获得4个范畴以及3个范畴,将得到的概念与范畴指标化,再通过问卷研究证明了问卷具有较好的信效度,最后提出优化路径,为高水平研究型大学创新联合体建设提供政策建议。

关键词：智慧集群平台研究型大学创新联合体产学研

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