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水热预处理对餐厨垃圾厌氧发酵产戊酸的影响

化工进展 2023年第9期42卷 4994-5002页

作者：王雪婷顾霞徐先宝赵磊薛罡李响东华大学环境科学与工程学院上海201620 维尔利环保科技集团股份有限公司江苏常州213125

目前,厌氧发酵产戊酸受限于其产率低,且利用餐厨垃圾产戊酸的研究少有报道。水热预处理因其可以促进底物的溶出和水解,并且无需使用化学试剂及具有操作简单等优点而受到广泛的关注。本文研究了不同水热预处理温度下,分别接种酒曲和剩余... 详细信息

目前,厌氧发酵产戊酸受限于其产率低,且利用餐厨垃圾产戊酸的研究少有报道。水热预处理因其可以促进底物的溶出和水解,并且无需使用化学试剂及具有操作简单等优点而受到广泛的关注。本文研究了不同水热预处理温度下,分别接种酒曲和剩余污泥对餐厨垃圾厌氧发酵产戊酸的影响。结果表明:最佳水热预处理条件(180℃)下,戊酸产量分别可达16.19g COD/L(酒曲组)和18.55g COD/L(剩余污泥组),相比空白组提高了3.66倍和0.74倍,显著提高发酵产戊酸效率。通过代谢分析发现:水热预处理可提高丙酸的产量,为发酵产戊酸提供充足的底物;此外,水热预处理有效调控厌氧发酵底物醇酸比,削弱戊酸产庚酸的转换途径,实现了戊酸的积累。微生物群落分析发现:水热预处理可提高产戊酸功能菌巨球菌属(Megasphaera)和小类杆菌属(Dialister)的相对丰度,酒曲空白组无产戊酸功能菌的富集,水热预处理(180℃)后,Megasphaera和Dialister的相对丰度可达13.77%和2.26%;剩余污泥空白组Megasphaera的相对丰度为6.21%,水热预处理(180℃)后,Megasphaera的相对丰度增加至9.35%。

关键词：水热厌氧发酵餐厨垃圾戊酸

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水热生长碱式硫酸镁纳米线结晶动力学研究

化工学报 2022年第7期73卷 3038-3044页

作者：乃学瑛吴鹏程远肖剑飞刘鑫董亚萍中国科学院青海盐湖研究所中国科学院盐湖资源综合高效利用重点实验室青海西宁810008 青海盐湖资源综合利用技术研究开发中心青海西宁810008 中国科学院大学北京100049

以硫酸镁和氢氧化钠为原料,邻苯二甲酸氢钾为络合剂,采用络合-水热法制备了碱式硫酸镁纳米线;采用宏观动力学方法结合微观结构分析,进行碱式硫酸镁结晶机理研究。通过分析Mg浓度与时间的变化关系曲线,建立结晶动力学方程;然后根据晶体... 详细信息

以硫酸镁和氢氧化钠为原料,邻苯二甲酸氢钾为络合剂,采用络合-水热法制备了碱式硫酸镁纳米线;采用宏观动力学方法结合微观结构分析,进行碱式硫酸镁结晶机理研究。通过分析Mg浓度与时间的变化关系曲线,建立结晶动力学方程;然后根据晶体缺陷分析碱式硫酸镁纳米线表面成核机制。实验结果表明:碱式硫酸镁纳米线在140和160℃结晶机理为多核控制表面生长;在180和200℃时结晶机理发生了变化,转变为线性控制表面生长;碱式硫酸镁纳米线的晶格中存在着较多的刃型位错与螺型位错,可以促进其表面成核、快速生长。

关键词：碱式硫酸镁纳米线水热结晶动力学成核

水热合成rGO负载的MoS_(2)催化剂及其催化蒽加氢性能

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化工进展 2022年第1期41卷 244-252页

作者：郑安达杨成功王冬娥田志坚中国科学院大连化学物理研究所辽宁大连116023 中国科学院大学北京100049

采用水热法制备了一系列还原氧化石墨烯(rGO)负载的MoS_(2)催化剂(MoS_(2)/rGO)。通过SEM、XRD、EDX、拉曼光谱、HRTEM等手段表征了不同钼源制备的MoS_(2)/rGO催化剂中MoS_(2)的堆积层数、片层尺寸、分散性等纳米结构。表征结果显示水... 详细信息

采用水热法制备了一系列还原氧化石墨烯(rGO)负载的MoS_(2)催化剂(MoS_(2)/rGO)。通过SEM、XRD、EDX、拉曼光谱、HRTEM等手段表征了不同钼源制备的MoS_(2)/rGO催化剂中MoS_(2)的堆积层数、片层尺寸、分散性等纳米结构。表征结果显示水热法可以成功地将MoS_(2)高分散、均匀地负载在rGO表面,且可以通过调控钼源种类调变MoS_(2)/rGO催化剂中MoS_(2)催化加氢活性位。采用蒽作为重质油模型化合物评价了MoS_(2)/rGO催化剂的催化加氢性能,结果表明以四硫代钼酸铵为钼源水热法制备的MoS_(2)/rGO-ATTM催化剂蒽加氢率和八氢蒽选择性分别是浸渍法制备IM-MoS_(2)/rGO催化剂的2.0倍和4.2倍。MoS_(2)/rGO催化剂的催化加氢活性与比表面积无关,主要取决于其上MoS_(2)纳米片的堆积层数和片层长度。MoS_(2)/rGO-ATTM催化剂的高催化加氢活性可以归结于其上MoS_(2)纳米片的高催化加氢活性位暴露量、催化剂的高分散性和高悬浮性。

关键词：二硫化钼还原氧化石墨烯水热催化剂催化加氢

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水热过程中杉木屑组分的演变对木醋液的影响

化工学报 2023年第10期74卷 4311-4318页

作者：韩修远张守玉徐嘉庆陈旭阳张邢佳徐梓航胡南吴玉新上海理工大学能源与动力工程学院上海200093 长春工程学院能源动力工程学院吉林长春130012 清华大学能源与动力工程系北京100084

以杉木屑为研究对象,经180~280℃水热预处理后热解制备木醋液。采用范氏法定量分析了不同水热温度下杉木屑组分的演变,并利用气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)、酸度计等测试手段考察了水热预处理后杉木屑组分演变对木醋液产率、有机组分和... 详细信息

以杉木屑为研究对象,经180~280℃水热预处理后热解制备木醋液。采用范氏法定量分析了不同水热温度下杉木屑组分的演变,并利用气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)、酸度计等测试手段考察了水热预处理后杉木屑组分演变对木醋液产率、有机组分和理化性质的影响。结果表明:随水热温度升高,水热杉木屑中的半纤维素含量持续降低;纤维素含量呈先升高后降低趋势;木质素含量逐渐升高。随水热温度升高至230℃,木醋液中酚类和醛类化合物含量逐渐增加,分别与木质素和纤维素含量变化趋势一致;酸类化合物含量略微减少,与半纤维素和纤维素总含量变化呈正相关趋势,半纤维素和纤维素是酸类化合物的主要来源。当水热温度为180~230℃时,水热杉木屑中半纤维素的大量分解导致纤维素和木质素含量增加使得木醋液密度更高、pH更低,而产率仅在200℃前增加。通过水热预处理优化杉木屑三组分占比,可制取更高品质的木醋液。

关键词：生物质热解木醋液水热产率有机组分

水热碳化温度对污泥有机氮固液相迁移转化路径影响研究

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化工学报 2022年第11期73卷 5220-5229页

作者：成珊罗睿田红王振琦黄经春乔瑜长沙理工大学能源与动力工程学院湖南长沙410076 湖南中冶长天节能环保技术有限公司湖南长沙410205 华中科技大学煤燃烧国家重点实验室湖北武汉430074

利用污泥与大豆蛋白研究了不同温度下水热碳化过程中有机氮迁移转化路径和规律,氮元素全过程平衡分析结果表明随着水热碳化温度由150℃升高至240℃,焦炭中残留的氮占污泥总氮比例由68.9%下降至29.8%,焦油中由4.2%升高至35.0%,水溶液中则... 详细信息

利用污泥与大豆蛋白研究了不同温度下水热碳化过程中有机氮迁移转化路径和规律,氮元素全过程平衡分析结果表明随着水热碳化温度由150℃升高至240℃,焦炭中残留的氮占污泥总氮比例由68.9%下降至29.8%,焦油中由4.2%升高至35.0%,水溶液中则由18.8%提升至30.4%,含氮气体释放量低于0.02%。原污泥中蛋白质主要转化路径为通过分解转化和水解反应依次产生焦油态胺类、水溶性有机氮、NH_(3)和NH_(4)^(+),反应程度随温度上升而加深。胺类在高温下通过美拉德、曼尼希等反应形成较稳定的吡咯、吡啶等杂环氮。焦炭中残留的含氮物质包括未分解的蛋白质、杂环氮以及季氮和少量腈类;焦油中的含氮物质为胺类氮和杂环氮,无腈类氮出现;水溶液中以有机氮为主,其次有大量NH_(4)^(+);释放的含氮气体主要为HCN。

关键词：污泥再生能源蛋白质水热转化

镧改性净水污泥水热炭对水体中磷的吸附特性及底泥内源磷的固定

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环境科学 2023年第6期44卷 3288-3300页

作者：何李文泽陈钰孙飞李艳君杨顺生张志鹏西南交通大学土木工程学院成都阝610031 西南交通大学地球科学与环境工程学院成都610031 四川省地质矿产勘查开发局成都水文地质工程地质中心成都610081

以净水污泥和氯化镧为原料,通过一步水热炭化同时负载镧,制备了镧改性净水污泥水热炭.采用SEM-EDS、BET、FTIR、XRD和XPS对材料进行表征,考察溶液初始pH、吸附时间、吸附等温线和吸附动力学等,研究其对水体磷酸盐的吸附特性.结果表明,... 详细信息

以净水污泥和氯化镧为原料,通过一步水热炭化同时负载镧,制备了镧改性净水污泥水热炭.采用SEM-EDS、BET、FTIR、XRD和XPS对材料进行表征,考察溶液初始pH、吸附时间、吸附等温线和吸附动力学等,研究其对水体磷酸盐的吸附特性.结果表明,制备的材料相比净水污泥原泥,比表面积和孔容孔径有明显提高,磷吸附量大幅提升.吸附过程符合准二级动力学模型,Langmuir模型拟合对磷的最大吸附量达到72.69 mg·g^(-1).主要吸附机制为静电引力和配体交换.镧改性净水污泥水热炭添加入底泥,可以有效控制底泥内源磷向上覆水的释放.分析底泥磷形态,水热炭的添加促使底泥中不稳定的NH_(4)Cl-P、BD-P和Org-P向非常稳定的HCl-P转变,降低了底泥中潜在活性磷含量,同时也大幅降低了底泥中生物有效磷含量.说明镧改性净水污泥水热炭可以有效吸附去除水体磷酸盐,同时也可作为底泥改良材料,有效稳定底泥内源磷,控制水体磷含量.

关键词：净水污泥水热镧改性底泥内源磷固定

纳米ZSM-5在高硅铝比料液中的再生长机制及其甲醇制芳烃性能

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化工进展 2022年第12期41卷 6364-6376页

作者：惠燕付廷俊马倩李忠太原理工大学省部共建煤基能源清洁高效利用国家重点实验室山西太原030024

芳烃选择性低是ZSM-5催化甲醇制芳烃反应的难点问题,调变ZSM-5酸性质是提升选择性的重要方法。本研究将SiO2/Al2O3为50的纳米ZSM-5分别置于硅铝比为50、110、220、440和660的料液中继续水热生长,优化其表面酸性,以提高轻质芳烃选择性。... 详细信息

芳烃选择性低是ZSM-5催化甲醇制芳烃反应的难点问题,调变ZSM-5酸性质是提升选择性的重要方法。本研究将SiO2/Al2O3为50的纳米ZSM-5分别置于硅铝比为50、110、220、440和660的料液中继续水热生长,优化其表面酸性,以提高轻质芳烃选择性。采用X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、X射线荧光光谱(XRF)、吡啶红外(Py-IR)、氨气程序升温脱附(NH3-TPD)等手段分析所得ZSM-5形貌、织构和酸性质,研究其水热再生长规律。发现生长过程中原粉部分溶解,包围在其表面的料液先形成小晶粒,经逐步堆积完成对原粉的包覆,最终形成孔道贯通性良好的单晶。在较低硅铝比料液中样品粒径分布不均匀,然而随着料液硅铝比的增加,包覆趋向均匀且表面呈现凸起结构。二次生长显著改变了表面酸性质及芳构化性能,在硅铝比为220的料液中生长后总酸量增加到194.9μmol/g,高于原粉的169.7μmol/g。值得注意的是,催化剂表面的强酸占比由原粉的37%显著增加至53%,B/L值也由原粉的0.56增加至3.19。该酸性的变化在促进甲醇芳构化的同时,还能强化芳烃的脱烷基化而提高BTX选择性,使总芳烃选择性和BTX选择性分别由16.1%和8.2%提高到23.8%和13.5%。

关键词：沸石水热制备催化选择性甲醇制芳烃

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湿法炼锌含铁溶液水热矿化沉铁行为研究

中南大学学报（自然科学版） 2024年第4期55卷 1291-1301页

作者：李倡纹李存兄刘强顾智辉王启亮宋健清昆明理工大学冶金与能源工程学院云南昆明650093

在常规湿法炼锌过程中,采用黄钾铁矾法、针铁矿法除铁工艺时存在铁渣中铁质量分数低而锌质量分数高、渣量大、无害化处理成本高等难题,为此,本文开展湿法炼锌含铁溶液水热矿化沉铁行为研究。研究结果表明:升高反应温度有利于Fe3+水解生... 详细信息

在常规湿法炼锌过程中,采用黄钾铁矾法、针铁矿法除铁工艺时存在铁渣中铁质量分数低而锌质量分数高、渣量大、无害化处理成本高等难题,为此,本文开展湿法炼锌含铁溶液水热矿化沉铁行为研究。研究结果表明:升高反应温度有利于Fe3+水解生成赤铁矿(Fe2O3),同时促进铁矾物相(MFe3(SO4)2(OH)6)向赤铁矿的转化,铁渣中铁质量分数显著升高;延长反应时间可提高Fe3+沉淀率,并使更多的黄钾铁矾(KFe3(SO4)2(OH)6)转化为赤铁矿;提高氧分压将加快Fe2+氧化成Fe3+的速率,促进赤铁矿物相的形成。在反应温度为180℃,氧分压为0.8 MPa、反应时间为3 h且控制碱金属离子浓度的优化条件下,溶液中94.29%的铁以赤铁矿(Fe2O3)形式沉淀入渣,沉铁渣中铁质量分数为57.75%、锌质量分数为0.82%。对比黄钾铁矾工艺,铁渣量减少约60%,铁渣中锌质量分数降低6.5%。采用水热矿化沉铁工艺,可在低酸条件下实现溶液中铁的矿化沉淀,得到铁质量分数满足氧化铁行业标准且可实现资源化利用的赤铁矿沉铁渣,可助力湿法炼锌行业向绿色低碳方向发展。

关键词：湿法炼锌含铁溶液水热矿化沉铁铁物相调控

木质纤维素类生物质水热炭化机理及水热炭应用进展

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化工进展 2023年第5期42卷 2536-2545页

作者：王雪徐期勇张超北京大学深圳研究生院环境与能源学院广东深圳518055

通过水热炭化方法(HTC)制备纤维类生物质炭材料,是当前废弃生物质高值化处理的一种方式。生物质具有种类繁多、结构复杂的特点,在不同的水热条件下涉及水解、降解、聚合等复杂反应。制备的水热炭性质如形貌、孔结构、表面官能团分布等... 详细信息

通过水热炭化方法(HTC)制备纤维类生物质炭材料,是当前废弃生物质高值化处理的一种方式。生物质具有种类繁多、结构复杂的特点,在不同的水热条件下涉及水解、降解、聚合等复杂反应。制备的水热炭性质如形貌、孔结构、表面官能团分布等受原料物理化学结构和水热反应条件影响较大,而水热炭的性质直接影响水热炭的应用。木质素炭化需要较高的水热强度,生成的水热炭石墨化程度和稳定性更高,可应用于导电、耐高温材料等领域;纤维素、半纤维素相对于木质素炭化温度低,更易形成多孔结构,获得更高的比表面积。另外二者因富含羟基,制备的水热炭表面具有丰富的含氧官能团,有利于通过静电吸附、离子交换等过程实现污染物吸附,进一步应用于环境治理等领域。水热温度主要影响炭化程度和水热炭得率,而水热时间则对水热炭形貌具有更明显的作用。通过改性可以定向调控水热炭性能,扩大其应用领域范围。为明晰不同条件下水热炭的结构变化,本文综述了纤维类生物质的种类、原料组成及水热条件对水热炭结构的影响,深入分析了水热炭生成机理,探讨了生物炭改性方法,归纳了生物炭在不同领域的应用并展望了未来的发展方向和前景,为生物质基水热炭研究提供参考。

关键词：生物质水热炭材料炭化路径结构调控