检索结果-南通市图书馆

钒钛磁铁矿电极电化学处理高浓度硝酸盐废水及回收氨的研究

在线全文

学校读者我要写书评

暂无评论

钒钛磁铁矿电极电化学处理高浓度硝酸盐废水及回收氨的研究

作者：李智卓中南大学

学位级别：硕士

随着工农业的快速发展,工业废水的产量和农业氮肥的使用量不断增大,导致水体中硝酸盐(NO)浓度不断提高。高浓度NO废水不仅严重破坏了生态环境,更威胁到人类健康。电化学反硝化具有处理效率高、无二次污染等优势,是目前NO污染控制的热门... 详细信息

随着工农业的快速发展,工业废水的产量和农业氮肥的使用量不断增大,导致水体中硝酸盐(NO)浓度不断提高。高浓度NO废水不仅严重破坏了生态环境,更威胁到人类健康。电化学反硝化具有处理效率高、无二次污染等优势,是目前NO污染控制的热门技术。将NO电化学选择性还原为氨(NH)是实现高浓度NO废水资源化处理的重要途径。但该过程面临电极制备成本高、稳定性差、NH选择性差且难以回收利用等问题。基于铁(Fe)基电极的高催化活性和NH选择性、钛(Ti)基电极的稳定性以及钒钛磁铁矿来源广泛、成本低廉的优势,本研究建立了以钒钛磁铁矿石为原材料制备新型钒钛磁铁矿基电极(VTM/CP)的新方法。构建了NO电化学还原产NH并原位回收的电化学耦合膜系统,并验证了其处理实际光伏废水的可行性,为高浓度NO废水的资源化处理奠定了坚实的基础。详细研究内容如下:(1)制备了新型VTM/CP电极。该电极中Fe、Ti元素含量丰富,并主要以磁铁矿(FeO)、钛铁矿(Fe Ti O)的形式存在,有利于提高电极的催化活性及稳定性。VTM/CP电极成本低廉且制备工艺简单,有望破解电化学处理NO废水中电极高成本、低活性和差稳定性的瓶颈。(2)建立了基于VTM/CP电极的电化学还原NO产NH并原位回收的的方法。探讨了材料负载量、阴极电势、p H值和初始NO-N浓度等因素对于系统的影响。当材料负载量为200 mg,NO浓度为1000 mg N/L时,系统的NO的去除率和NH回收率分别达87.54%和88.89%。系统在较广的p H值和NO-N浓度范围内均能实现NO的还原产NH并原位回收。此外,该系统获得每千克NH的最低能耗为2.78 k Wh,仅为Haber法的69.5%。VTM/CP电极在80 h的电化学反应过程中保持了优良的性能和稳定性。机理分析表明,FeO是VTM/CP电极电化学还原NO产NH的关键活性位点。而Fe Ti O提高了电极的稳定性,同时Ti O和FeO的耦合作用提高了材料的电化学反硝化活性和NH的选择性。(3)提出了沉淀耦合电化学资源化处理高浓度NO光伏废水的新策略,废水中总氮(TN)去除率、NH选择性和回收率分别为81.53%、73.69%和85.90%。该系统合成每千克NH的能耗为4.35 k Wh,与Haber法(4.01 k Wh kg)相媲美,实现了光伏废水的资源化处理,为高浓度NO废水的资源化处理奠定了坚实的基础。图40幅,表16个,参考文献119篇

关键词：电化学反硝化废水脱氮钒钛磁铁矿电极材料氨回收光伏废水

高氨选择性硝氮电还原钴基催化剂的导向性电子结构-产氨性能设计与同步氨回收

同方学位论文库评论

在线全文

同方学位论文库

学校读者我要写书评

暂无评论

高氨选择性硝氮电还原钴基催化剂的导向性电子结构-产氨性能设计...

作者：张琪青岛理工大学

学位级别：硕士

氨(NH)是最重要的化工产品之一。但传统的哈伯法合成氨技术反应条件苛刻,并伴随着巨大的能量消耗和二氧化碳排放。因此,探索一种新型、高效、绿色的氨合成途径至关重要。与氮气(941 k J·mol)相比,硝酸盐氮(NO)的结合能(204 k J·mol)更... 详细信息

氨(NH)是最重要的化工产品之一。但传统的哈伯法合成氨技术反应条件苛刻,并伴随着巨大的能量消耗和二氧化碳排放。因此,探索一种新型、高效、绿色的氨合成途径至关重要。与氮气(941 k J·mol)相比,硝酸盐氮(NO)的结合能(204 k J·mol)更低,在电化学反应中可在较低的能耗下断键合成氨。此外,我国年均排放以NO为代表的氮氧化物总量为14.5±3.1百万吨,且大量存在于环境污水中,如果处理不当,可能威胁生态安全和人类健康。因此,在温和条件下将NO直接催化转化为高价值的NH,并将其有效回收升级利用,不仅能缓解能源危机,还有助于解决环境问题。鉴于此,本研究首先基于缺陷工程理论,在第一性原理计算的指导下定向设计并成功制备了一种钴掺杂二氧化钛纳米管(Co-BTNA)新型非贵重金属电催化剂。电子结构和反应路径计算结果证明,掺杂钴和制造氧空位缺陷会有效提高二氧化钛的导电性并抑制反应副产物的生成。在计算结果的理论支持下,通过简单的阳极氧化法和浸渍法成功制备了具有高催化活性的Co-BTNA阴极。最后通过将电化学和膜分离耦合,合理优化利用阴阳极电化学反应,发展了一种阴极硝酸盐电催化合成氨协同阳极产酸同步回收氨(ERRNA)电解新体系。实验证明,以Co-BTNA作为阴极,在18 m A·cm的电流密度下,硝酸根的去除率和氨选择性高达100%和93%,全程法拉第效率为50%。在能耗仅为27.1k Wh·kg(NH)SO下,硫酸铵的回收率高达182.25(NH)SO·d·g。此外,针对Co-BTNA催化剂法拉第效率低的问题,以提高原子氢(*H)吸附活性为抓手,进一步利用DFT计算优化了磷化钴催化剂。研究发现,磷化会有效调控催化剂的电子结构性质,进而提高催化剂对NO的反应活性,并优化*H吸附所需的活化能;而铁的掺杂则会进一步调控反应路径,抑制反应副产物氮气的产生,进而促进低反应能垒下氨的合成。通过水热法和低温磷化法实验获得了铁掺杂磷化钴纳米线材料(Fe-CoP/NF),该材料相对于Co-BTNA展现出全方位的催化性能提升,氨选择性和法拉第效率都在95%以上。最后通过将Fe-CoP/NF催化剂与ERRNA装置耦合,实现了近100%的硝酸根转化率和的氨回收率,硫酸铵的回收率为7.27 g-(NH)SO·d·cm,能耗进一步降低至19.05k Wh·kg(NH)SO。总之,本研究将理论计算与实验相结合,提出以电化学为主导,同步实现工业废水中硝酸盐污染物的去除和氨的回收。导向性设计了具有高催化活性的钴基非贵金属催化剂。同时将电化学和膜分离相耦合,实现零药剂添加下废水中硝酸根污染物的绿色资源化升级,为废水处理过程中氮资源的绿色回收提供了更可持续的途径。

关键词：电催化硝酸根还原氨回收钴基催化剂第一性原理

电催化还原硝酸盐产氨及氨同步回收体系及反应机理

同方学位论文库评论

在线全文

同方学位论文库

学校读者我要写书评

暂无评论

电催化还原硝酸盐产氨及氨同步回收体系及反应机理

作者：石宁青岛理工大学

学位级别：硕士

氨(NH)是氮肥生产中必不可少的原料,被业界视为下一代能源载体。目前,NH的工业合成主要依赖于Haber-Bosch工艺,该工艺以氮气(N)和氢气(H)为原料,在高温(350～550℃)和高压(15～25 MPa)下进行,并且每年释放约465×10kg二氧化碳(CO),属于... 详细信息

氨(NH)是氮肥生产中必不可少的原料,被业界视为下一代能源载体。目前,NH的工业合成主要依赖于Haber-Bosch工艺,该工艺以氮气(N)和氢气(H)为原料,在高温(350～550℃)和高压(15～25 MPa)下进行,并且每年释放约465×10kg二氧化碳(CO),属于能源密集型和CO排放密集型过程。与N中的N(?)N(941 k J mol)键解离能相比,废水中大量存在的NO的N=O(204 k J mol)键解离能更小,被认为是一种NH的前驱体。目前,利用电催化还原技术将水中NO还原为NH得到了广泛关注,但是现有研究严重忽视了电催化还原产物NH从废水母液中的回收。然而,目前还缺乏一项全面的研究来探索直接从水中NO污染物中回收NH的可行性,合理设计复合电化学工艺,同时还原NO和回收NH,是一个具有挑战性但有前景的研究课题。针对硝氮还原和产物氨氮同步回收的需求,本论文报道了一种电子转移反应与相转移反应耦合的三相界面反应体系,同步实现废水中的NO去除、氨生产和氨回收。通过利用泡沫氧化铜(Cu O)阴极与平板透气性疏水膜相结合构成电化学三相界面,NO在阴极通过电催化还原为氨,产生的氨通过阴极背部的平板透气性疏水膜转移到气膜的另一端进入额外添加的硫酸溶液得以固定回收。一方面,在阴极电催化还原过程中,阴极发生析氢副反应(HER)和NO还原反应,该过程都会产生OH,可在阴极表面扩散边界层中形成局部强碱性氛围(p H(29)12)。在该强碱性氛围下,溶液中由NO还原产生的离子态NH被迅速转化为气态NH的形式存在于阴极表面。这为通过阴极附近的透气性疏水膜(即膜提法)选择性回收NH提供了更理想的条件。另一方面,通过透气性疏水膜及时高效地去除NH气泡,可以部分消除气泡在催化位点与溶液之间的阻隔效应,有利于NO的还原。实验结果表明,该体系实现了100%的硝酸盐的去除,并且实现了在无需额外添加碱的情况下将78%的硝酸盐氮回收变为氨氮,所消耗的能耗为57 k Wh kg-((NH)SO)。该电化学膜系统对实际废水中相对复杂的水基质表现出较高的耐受性。最后,根据电子转移和相转移由菲克定律辅助证实了在阴极背部添加平板气膜消除部分气泡在催化位点与溶液之间的阻隔效应,使硝酸盐反应速率提升了12%。此外,进一步开发了一种新型高效穿流式电解及氨氮同步高效回收体系。该体系由多孔活性铁镍(Fe Ni)合金阴极电催化还原单元和中空聚丙烯纤维膜萃取单元组成,阴极可将NO催化还原为氨,同时该过程产生的OH驱动气态氨的回收,阳极电解产生的H导入中空纤维膜外腔,固定吸收气态氨,实现了水体中硝氮污染物向氨氮肥料的绿色转化。研究表明,在电流密度为30 m A cm时,150 m M NO经电催化处理14 h后,NO去除率可达99%,氨选择性为98%,法拉第效率为93%,总氨氮(TAN)回收率高达97%,NH回收的通量和能耗分别达到2050g-(NH)SO m d和11 k Wh kg-(NH)SO,并优于已报道的其它工艺体系。同时还实现了氨生产(444 g-N m d)和回收(435 g-N m d)的同步过程。该体系中电化学还原NO制氨的主要机理是直接电子转移,硝酸盐的催化主要是发生在Ni FeO(311)-Ni活性位点,并且在该位点对关键中间体(*NO、*NO和*NO)的界面反应热力学和动力学分析表明,Ni FeO(311)-Ni活性位点的对于*NO-*HNO、*NO-*NOOH和*NO-*NOH的吉布斯自由能分别为0.15 e V、0.22 e V和0.08 e V,并且Ni FeO(311)-Ni活性位点对于析氢副反应(HER)具有较高的吉布斯自由能(1.9 e V),这些都有利于硝酸盐的电催化还原。同时,Ni FeO(311)-Ni活性位点的*NO→*+NO的吉布斯自由能为1.19 e V比*NO→*NOOH的0.22 e V更正,更有利于氨产物选择。因此,热活化Fe Ni合金表面的Ni FeO(311)-Ni活性位点表现出更高的电化学NO还原成氨的反应活性和特异性。总之,本研究通过电催化硝酸盐产氨与氨的膜气提法相结合,实现了绿色的制氨与氨回收,同时还附加解决了废水中硝酸盐的污染,促进废水中氮养分的可持续回收利用以及氨肥的合成。因此,这对于将电化学N循环从废水中的NO转化为有价值的NH产物具有重要的实际意义。

关键词：电化学阴极催化还原硝酸盐氨回收氨肥料

同方学位论文库评论

在线全文

同方学位论文库

学校读者我要写书评

暂无评论

多级变温吸收氨回收技术在煤气化装置的应用

氮肥与合成气 2023年第2期51卷 18-19,30页

作者：蔡可庆江苏索普化工股份有限公司江苏镇江212006

针对现有含氨废水处理工艺存在的问题,对气化装置产生的影响进行了分析,确定了改造方案。结果表明:多级变温吸收氨回收技术成熟可靠,装置投用后气化外排废水中氨氮含量、碱度及pH都出现了明显下降,其中氨氮质量浓度由408 mg/L降至295 mg... 详细信息

针对现有含氨废水处理工艺存在的问题,对气化装置产生的影响进行了分析,确定了改造方案。结果表明:多级变温吸收氨回收技术成熟可靠,装置投用后气化外排废水中氨氮含量、碱度及pH都出现了明显下降,其中氨氮质量浓度由408 mg/L降至295 mg/L,下降了约27.7%,脱氨效果显著,极大缓解了污水处理的压力。

关键词：变换冷凝液含氨废水氨回收

基于离子液体的合成氨驰放气中氨回收工艺模拟计算

在线全文

学校读者我要写书评

暂无评论

过程工程学报 2011年第4期11卷 644-651页

作者：陈晏杰姚月华张香平任保增王蕾董海峰田肖郑州大学化工与能源学院河南郑州450001 中国科学院过程工程研究所北京100190

设计并模拟优化了以[C4mim]BF4离子液体为吸收剂的吸收与多级闪蒸回收氨的工艺,采用NRTL活度系数模型对氨和甲烷在[C4mim]BF4中的气液平衡数据进行拟合,结果表明,该模型能很好地关联和预测含离子液体的二元体系气液平衡.应用AspenPlus... 详细信息

设计并模拟优化了以[C4mim]BF4离子液体为吸收剂的吸收与多级闪蒸回收氨的工艺,采用NRTL活度系数模型对氨和甲烷在[C4mim]BF4中的气液平衡数据进行拟合,结果表明,该模型能很好地关联和预测含离子液体的二元体系气液平衡.应用AspenPlus软件灵敏度分析模块,对吸收剂流量、温度进行了灵敏度分析和优化,结果表明,增大流量和降低温度有利于[C4mim]BF4对氨的吸收,优化操作条件为流量2000kg/h、温度30℃.该回收工艺净化气和再生气中氨摩尔浓度分别为32.4×10-6和95.2%,满足设计要求,标准煤耗预计为940kg/t,比传统工艺节能200kg/t.

关键词：氨回收 [C4mim]BF4 吸收闪蒸模拟优化

在线全文

学校读者我要写书评

暂无评论

APT结晶与煅烧过程中氨回收与循环利用

硬质合金 2023年第6期40卷 474-478页

作者：李军丁伟张秋江湖南柿竹园有色金属有限责任公司湖南郴州423037

以钨湿法冶炼中的酸性萃取工艺治理含氨尾气为例,阐述了含氨废气的产生来源以及特征,研究了氨回收的基本机理。在此基础上,结合生产实践分类处置,提出了结晶尾气(精馏提浓+加压低温水吸收)和煅烧尾气(除尘+加压低温水吸收)等单项技术,... 详细信息

以钨湿法冶炼中的酸性萃取工艺治理含氨尾气为例,阐述了含氨废气的产生来源以及特征,研究了氨回收的基本机理。在此基础上,结合生产实践分类处置,提出了结晶尾气(精馏提浓+加压低温水吸收)和煅烧尾气(除尘+加压低温水吸收)等单项技术,形成钨冶炼含氨气、水的全生产流程高效闭路循环利用治理新方案,跟踪了实施效果。通过新治理方案的实施,实现了液氨消耗降低66.7%,氨回收利用效率由低于50%提高至98%以上,从源头减少气态氨污染因子的排放,产生显著的经济和环保效益,为钨冶炼的绿色减排提供参考。

关键词：酸性萃取钨氨回收氨水绿色减排

DTRO+DTCOD+氨回收+催化氧化+电化学工艺处理垃圾渗透液工艺应用

在线全文

学校读者我要写书评

暂无评论

DTRO+DTCOD+氨回收+催化氧化+电化学工艺处理垃圾渗透液工艺应用