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基于CaO调节的太阳能辅助加热猪粪沼液氨吹脱工艺研究

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农业工程学报 2023年第17期39卷 209-217页

作者：张浩睿张唐娟尹鹏王媛媛姚义清孟亮艾平华中农业大学工学院武汉430070 武汉市农业科学研究院武汉430300 西北农林科技大学机械与电子工程学院杨凌712100

氨吹脱工艺可在氨氮高效去除的同时实现氮素转化,是沼液养分回收的理想方案。在传统吹脱工艺中,碱剂添加,特别是NaOH和加热成本占总成本70%以上,导致运行成本较高。为降低猪粪沼液氨吹脱工艺能耗,该研究探讨使用低成本钙剂CaO替代NaOH... 详细信息

氨吹脱工艺可在氨氮高效去除的同时实现氮素转化,是沼液养分回收的理想方案。在传统吹脱工艺中,碱剂添加,特别是NaOH和加热成本占总成本70%以上,导致运行成本较高。为降低猪粪沼液氨吹脱工艺能耗,该研究探讨使用低成本钙剂CaO替代NaOH调节沼液pH值,采用太阳能加热替代传统加热耦合氨吹脱工艺处理沼液。结果表明:CaO不仅能调节沼液pH值,还具有一定絮凝效果,且以石灰乳形态添加效果更好。当添加浓度为5 g/L时,沼液pH值不低于12.0,沼液浊度、COD、TP去除率分别为88.1%、50.1%、93.8%。不同吹脱组(氨氮去除率高于80%)运行成本结果表明,氨吹脱工艺在高pH值(12.0)驱动而不加热(25℃)时沼液处理成本最低,为2.46元/m3,与温度驱动相比,成本降低了52.1%~68.7%。而加热可进一步提升氨氮去除率,将太阳能加热与氨吹脱工艺耦合实现了氨氮去除率的显著提升,沼液经10%石灰乳形态CaO以添加浓度为5 g/L调节后,利用自制的太阳能辅助加热的氨吹脱装置在夏季可获得超过97.5%的氨氮去除率,即使在冬季氨氮去除率也超过86%。该研究结果可为太阳能耦合氨吹脱低成本氨氮去除工艺实际应用提供可行性依据。

关键词：太阳能沼液 CaO 絮凝氨吹脱

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稀土浸出液CaO沉淀产物碳焙烧脱硫的研究

中国稀土学报 2022年第5期40卷 834-843页

作者：张衍伟贺强张乾甘丽梅肖燕飞江西理工大学材料冶金化学学部赣州市绿色冶金与过程强化工程技术研究中心江西赣州341000

CaO作为沉淀剂沉淀富集离子吸附型稀土矿稀土浸出液中的稀土(RE),可实现生产过程的无铵化和低成本等,但是在沉淀过程中会生成碱式硫酸稀土,导致沉淀产物中含有过量的SO_(4)^(2-),给后续稀土的分离带来不利影响。针对这一问题,本文提出... 详细信息

CaO作为沉淀剂沉淀富集离子吸附型稀土矿稀土浸出液中的稀土(RE),可实现生产过程的无铵化和低成本等,但是在沉淀过程中会生成碱式硫酸稀土,导致沉淀产物中含有过量的SO_(4)^(2-),给后续稀土的分离带来不利影响。针对这一问题,本文提出采用碳焙烧稀土沉淀产物,原料控制一定含水量,在焙烧过程中碳的不完全氧化及其与水气的反应,会产生大量的CO等还原性气体,将碱式硫酸稀土中的SO_(4)^(2-)还原分解为硫氧化物气体从而脱除。当反应条件为稀土沉淀产物和碳粉的质量比为1∶0.4,含水率50%,反应温度940℃,反应时间30 min,升温速率30℃·min^(-1)时,焙烧获得的混合稀土氧化物纯度为95.19%,SO_(4)^(2-)含量为2.81%。本研究为CaO沉淀工艺获得的稀土沉淀产物高温焙烧脱硫工艺提供理论指导,对稀土绿色提取工艺的创新和发展起到重要作用。

关键词：稀土浸出液 CaO SO_(4)^(2-) 碳焙烧混合稀土氧化物

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水蒸气对CaO碳酸化过程的影响机制研究

工程热物理学报 2022年第4期43卷 1132-1139页

作者：王娜娜冯于川郭欣华中科技大学煤燃烧国家重点实验室武汉430074

水蒸气对CaO基吸附剂反应性能有重要影响,本文采用反应分子动力学模拟研究了H_(2)O在不同温度下(400, 600,800,1000 K)对CaO与CO_(2)碳酸化过程中的影响。模拟结合实验结果表明水汽对初期快速动力学反应阶段没有影响,只对产物层扩散控... 详细信息

水蒸气对CaO基吸附剂反应性能有重要影响,本文采用反应分子动力学模拟研究了H_(2)O在不同温度下(400, 600,800,1000 K)对CaO与CO_(2)碳酸化过程中的影响。模拟结合实验结果表明水汽对初期快速动力学反应阶段没有影响,只对产物层扩散控制的慢速反应过程有促进作用,且低温下水的促进作用更明显,随着温度的升高水的作用逐渐消失。通过分析产物层结构和粒子扩散特性,得出水对碳化反应的促进作用主要是通过提高离子扩散能力和加快CO_(2)团簇的生成来实现的。

关键词： CaO CO_(2)捕集 H_(2)O_(2)ReaxFF 反应分子动力学模拟

污泥燃烧中H_(2)O、SO_(2)和CO_(2)对PbO在CaO表面吸附的影响

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燃料化学学报(中英文) 2023年第9期51卷 1240-1249页

作者：史一林何学富王彦霖乔晓磊贾里金燕太原理工大学电气与动力工程学院山西太原030024

采用密度泛函理论研究了污泥燃烧过程中烟气组分对PbO在CaO(001)表面吸附的影响。计算结果表明,CaO(001)表面的O顶位是PbO、H_(2)O、SO_(2)和CO_(2)分子吸附的活性位点。H_(2)O、SO_(2)和CO_(2)分子的存在分别使PbO分子在CaO(001)表面... 详细信息

采用密度泛函理论研究了污泥燃烧过程中烟气组分对PbO在CaO(001)表面吸附的影响。计算结果表明,CaO(001)表面的O顶位是PbO、H_(2)O、SO_(2)和CO_(2)分子吸附的活性位点。H_(2)O、SO_(2)和CO_(2)分子的存在分别使PbO分子在CaO(001)表面的吸附能较洁净表面增大了71.42、19.589和46.431 kJ/mol。H_(2)O分子在吸附过程中形成的OH基团和局部Ca(OH)_(2)表面结构有利于PbO分子的吸附。SO_(2)分子中的O_(S)原子和CaO(001)表面的O_(surf)原子的态密度轨道均与Pb原子轨道产生重叠,使得PbO分子在表面的吸附更加稳定。CO_(2)分子预吸附在CaO(001)表面形成的CO_(3)基团对PbO分子存在强吸附作用,使得PbO分子更稳定的吸附在CaO(001)表面。

关键词： DFT 烟气组分 PbO CaO 吸附

镍基高温合金K417G与氧化物耐火材料的界面反应

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金属学报 2022年第7期58卷 868-882页

作者：宋庆忠潜坤舒磊陈波马颖澈刘奎中国科学院金属研究所沈阳110016 东北大学冶金学院沈阳110819 中国科学院金属研究所师昌绪先进材料创新中心沈阳110016

研究了1600℃温度下Al_(2)O_(3)、CaO、MgO、Y_(2)O_(3)稳定ZrO_(2)、CaO稳定ZrO_(2)和Y_(2)O_(3)共6种材料坩埚与镍基高温合金K417G熔体的界面反应。结果表明:熔体对Al_(2)O_(3)坩埚以物理侵蚀为主,但坩埚易剥落导致合金中含有Al_(2)O_(3)夹杂物;CaO坩埚与合金界面处生成了液相Ca_(3)Al_(2)O_(6),促进熔体与CaO之间的润湿性,导致界面处粘连严重;MgO坩埚与熔体中Al反应生成MgAl_(2)O_(4)并进入合金生成夹杂物;Y_(2)O_(3)稳定ZrO_(2)坩埚与合金界面处生成Al_(2)O_(3)反应层,但是Al_(2)O_(3)层未对坩埚发生侵蚀,可见这种坩埚具有较强的抗Al_(2)O_(3)渣的能力;CaO稳定ZrO_(2)坩埚与合金界面处生成液相CaAl_(2)O_(4),导致坩埚失稳,向合金内剥落溶解;Y_(2)O_(3)坩埚与合金界面处主要生成Al_(2)Y_(4)O_(9)反应层,并且Y_(2)O_(3)向合金内溶解较为严重。坩埚和熔体交互作用对K417G熔体杂质O含量有显著影响,CaO、Y_(2)O_(3)和Y_(2)O_(3)稳定ZrO_(2)坩埚熔炼合金中O含量没有增加,而CaO稳定ZrO_(2)坩埚熔炼后O含量由0.0007%(质量分数)增加至0.0011%,MgO和Al_(2)O_(3)坩埚熔炼后,合金O含量增加明显,由0.0007%分别增加至0.0034%和0.0135%。

关键词：界面反应 K417G 耐火材料 Al_(2)O_(3) CaO MgO ZrO_(2) Y_(2)O_(3)

基于贝壳衍生CaO的低阶煤催化热解特性及热解机理研究

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煤炭转化 2022年第4期45卷 27-33页

作者：王俊丽吕婧李淑英武彦芳郝晓刚官国清赵建国山西大同大学化学与化工学院山西大同037009 太原理工大学化学化工学院太原030024 日本弘前大学地域战略研究所日本青森030-0813

以贝壳所得CaO为催化剂,以内蒙古兴和煤煤样为研究对象,采用固定床及热重分析法研究了催化剂不同混合比例(质量比,下同)对内蒙古兴和煤热解行为的影响,并从化学键角度和煤热解产物的气液相组成的变化探讨了CaO作为催化剂时低阶煤的催化... 详细信息

以贝壳所得CaO为催化剂,以内蒙古兴和煤煤样为研究对象,采用固定床及热重分析法研究了催化剂不同混合比例(质量比,下同)对内蒙古兴和煤热解行为的影响,并从化学键角度和煤热解产物的气液相组成的变化探讨了CaO作为催化剂时低阶煤的催化热解机理。结果表明:在球磨混合方式下,低阶煤与CaO基催化剂质量比为2∶1时,焦油产率明显升高,从原来的18.17%增至22.04%,而热解气体产率明显下降,从原来的15.18%降至10.50%。气体产物组分分析结果表明气体产物中H_(2)含量显著提升,从原来的27.47 mL/g增至33.36 mL/g;液体产物组分分析结果表明催化热解焦油中的轻质组分含量明显高于原煤热解焦油中的轻质组分含量,进一步增大催化剂用量,焦油中轻质组分含量变化不显著;热解机理分析结果表明催化剂的加入显著改变了CO_(2)的析出历程,进而影响了煤的失重历程,另外,催化剂的加入使得煤大分子结构中化学键的裂解温度降低,反应更加容易进行,其中催化剂的加入对煤中芳香环的缩聚生成H_(2)的反应影响较大。

关键词：低阶煤催化热解 CaO 贝壳热解机理

PTCN/CaO/vis体系降解海水养殖废水中CIP的机理研究

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中国环境科学 2023年

作者：曾煜丰牛梦洋陈平邱燕楠林弋杰肖震钧方政余宗舜林紫封罗锦吕文英刘国光广东工业大学环境科学与工程学院广东省环境催化与健康风险控制重点实验室粤港澳污染物暴露与健康联合实验室

抗生素的滥用对环境生态和人类健康造成了巨大的潜在威胁.本文拟建立掺磷管状氮化碳(PTCN)/CaO2/可见光(vis)体系，将其应用于海水养殖废水中处理目标污染物环丙沙星(CIP)，并探究该体系反应机制及抗生素CIP的环境归趋.实验结果表明，PT... 详细信息

抗生素的滥用对环境生态和人类健康造成了巨大的潜在威胁.本文拟建立掺磷管状氮化碳(PTCN)/CaO2/可见光(vis)体系，将其应用于海水养殖废水中处理目标污染物环丙沙星(CIP)，并探究该体系反应机制及抗生素CIP的环境归趋.实验结果表明，PTCN/CaO2/vis体系具备良好的抗生素降解能力，在实验条件下CIP的表观降解速率常数kobs为7.15×10-2min-1;单因素实验表明，在酸性条件下，体系表现出更强的CIP降解效能，水中共存因子对体系降解CIP存在一定的影响;同时，体系降解污染物能力随CIP浓度降低而逐渐增强;此外，该体系表现出优异的可循环性能，PTCN在五次循环后，CIP的降解率仍能保持82.5%.体系降解CIP过程中，活性物质O2·-占主导地位，1O2和h+这两种活性物质也起到一定的贡献作用;目标污染物CIP在体系中的降解过程包括脱羧反应和哌嗪环氧化;降解过程中大多数中间产物对水生生物表现出更为友好的特征;最后，通过延长体系降解时间，能有效消除CIP抗菌活性.

关键词：环丙沙星(CIP) PTCN CaO 海水养殖废水降解机理

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磁场对含CaO铁氧化物还原的影响

金属学报 2019年第3期55卷 410-416页

作者：金永丽于海张捷宇赵增武上海大学材料科学与工程学院上海200444 内蒙古科技大学材料与冶金学院包头014010 内蒙古科技大学内蒙古自治区白云鄂博矿多金属资源综合利用重点实验室包头014010

以分析纯Fe_2O_3和Fe_2O_3掺杂2.5%CaO (质量分数) 2种体系为研究对象,在1073 K、75%CO+25%CO_2(体积分数)气氛中进行有磁和无磁条件下的等温还原实验,研究了磁场作用下CaO对铁氧化物还原的影响。结果表明:磁场加快了铁氧化物还原生成金... 详细信息

以分析纯Fe_2O_3和Fe_2O_3掺杂2.5%CaO (质量分数) 2种体系为研究对象,在1073 K、75%CO+25%CO_2(体积分数)气氛中进行有磁和无磁条件下的等温还原实验,研究了磁场作用下CaO对铁氧化物还原的影响。结果表明:磁场加快了铁氧化物还原生成金属Fe的反应速率,反应过程中相组成未发生变化;磁场促进了Ca元素在Fe_2O_3+2.5%CaO体系内的扩散,还原样品呈疏松多孔状。通过热力学计算可知,磁场降低了Fe_2O_3还原和CaFe_5O_7相分解反应的Gibbs自由能,提高了反应平衡常数,使铁氧化物的还原和中间相CaFe_5O_7的分解反应更容易进行。

关键词：磁场直接还原 Fe2O3 CaO 平衡常数

氧化钙对危险废物焚烧飞灰热处理过程中铅释放的抑制

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环境科学学报 2022年第9期42卷 238-244页

作者：沈东升鲍祺祺邱钧健古佛全龙於洋浙江工商大学环境科学与工程学院浙江省固体废物处理与资源化重点实验室浙江工商大学分析测试中心杭州310012

危险废物焚烧飞灰(以下简称“飞灰”)在热处理过程中,挥发性重金属铅(Pb)的释放对环境的潜在风险备受关注.本文研究了飞灰在600~1200℃热处理过程中,常见添加剂CaO对飞灰中Pb的浸出及挥发行为的影响.结果表明,当热处理温度超过1000℃且... 详细信息

危险废物焚烧飞灰(以下简称“飞灰”)在热处理过程中,挥发性重金属铅(Pb)的释放对环境的潜在风险备受关注.本文研究了飞灰在600~1200℃热处理过程中,常见添加剂CaO对飞灰中Pb的浸出及挥发行为的影响.结果表明,当热处理温度超过1000℃且CaO含量为38.7%时可有效抑制飞灰中Pb的浸出,促使其转移至稳定的残渣态.而CaO的含量为47.9%时,在飞灰热处理过程中可促使飞灰中Pb转移至Ca_(3)PbSiO_(6)矿物相,进而抑制飞灰中Pb的释放,这对精准控制飞灰热处理过程的重金属二次污染具有重要参考价值.

关键词：飞灰 CaO Pb 重金属热处理