TiO_2光电催化技术降解有机污染物研究进展

TiO2光电催化水处理是一种电化学辅助的光催化反应技术,通过施加外部偏压减少光生电子和空穴的复合,从而提高其量子效率使有机污染物彻底矿化。综述了TiO2光电催化的机理、光电极及光电化学反应器的设计、光催化剂活性的提高等方面的问题,最后对光电催化技术的发展进行了展望。     

O2/CO2气氛下氮反应机理的研究

选取CH4、O2、CO2、Ar、NO、NH3，等气体，作为混合气和煤粉一起送入一维沉降炉内，以模拟O2／CO2气氛下煤中燃料氮、循环NO以及二者的相互作用对NO排放的影响，结果显示，在还原性气氛下NH3、HCN、CH4、CO与循环NO间的反应是NO排放下降的主要因素，且煤焦与NO的异相反应、吸附反应对NO的降解效果要明显高于氧化性气氛，同时，CO2体积分数的增加使得燃料中氮的氧化率升高，循环NO的降解率下降；氧化性气氛下随CO2体积分数的增加，燃料中氮的氧化率也增加，但循环NO的降解率升高．当CO2体积分数不变时，其对NO降解的作用随循环NO体积分数的增加愈加明显，在循环NO也不变且CO2体积分数较低时，随过量空气系数的增加，循环NO的降解率下降，而CO2体积分数较高时则出现相反情况。     

东莞市低碳路径下加速电气化对CO2和污染物协同减排影响

城市是能源消耗的中心,电气化可以整合城市能源结构,实现清洁能源高效利用,探究城市低碳路径下加速电气化的协同减排影响对实现城市减污降碳至关重要.基于长期能源替代规划模型(LEAP-DG),设置了基准情景、低碳情景和加速电气化情景等3类情景,评估电气化措施在不同电力结构下的减排潜力,量化重点部门的措施贡献,探讨广东省典型制造业城市东莞的协同减排效果.结果表明,电力结构优化促进了电气化措施的协同减排效果,低碳路径下加速电气化将进一步降低电力污染物排放强度,2050年,东莞市CO₂、 NO_x、 VOC和CO减排7.35×10⁶、 1.28×10⁴、 1.62×10⁴和8.13×10⁴ t, SO₂和PM_2.5消费侧减排量和生产侧增排量达到平衡.电气化渗透速率和电力结构优化协调发展是电气化措施实现减排效益的关键,工业和交通部门加速电气化将同时降低CO₂和大气污染物排放,交通部门得益于燃油车和电动车的高...     

NaOH修饰Ru/TiO2对CO2活化及甲烷化性能研究

采用溶胶-凝胶法合成NaOH修饰的Ru-TiO₂催化剂(Ru/NaOH-TiO₂),在对其详细结构表征后将其应用于CO₂甲烷化反应.活性测试结果显示,以Ru/NaOH-TiO₂催化剂进行CO₂甲烷化反应,在7 h反应时间内生成300.8μmol CH4,其产量相较于Ru/TiO₂提高了30.2%.CO₂-TPD、H2-TPR.FTIR等测试结果证实NaOH修饰能提高催化剂对CO₂的吸附和活化,从而有效提高其催化CO₂甲烷化效率.这一研究工作为提供高效CO₂转化催化剂提供了理论基础.     

Pr-N共掺杂TiO2光电催化降解孔雀石绿动力学

以溶胶-凝胶法制备的Pr-N共掺杂TiO2催化剂为电极,在光电催化反应器中,研究了光电催化降解孔雀石绿的动力学过程.结果表明,孔雀石绿氧化降解速率与溶液的初始浓度、pH、外加电压及反应的温度有关,在初始浓度为10～30 mg.L-1、pH为3～8、电压1～5 V、温度为298～338 K的实验范围内,反应的氧化降解符合一级反应动力学模型且模型值与实验值吻合良好.模型中反应的初始反应活化能Ea为11.99 kJ.mol-1,说明反应较易进行;pH的反应级数1.634 7,远远高于电压的级数0.850 2及初始浓度的级数0.123 8,表明通过控制pH可有效地提高光电催化的氧化降解速率.     

负载型TiO2光电催化降解孔雀石绿的动力学研究

以钛酸四丁酯(TBOT)为钛源,硝酸镧为镧源,尿素为氮源,采用溶胶-凝胶法合成了La-N共掺杂的TiO2光催化剂,并探究了其对孔雀石绿氧化降解的性能.结果表明该反应遵循一级动力学,得到动力学模型;其中外加偏电压的反应分级数(0.935 8)高于pH的反应分级数(0.611 9)以及初始浓度的反应分级数(0.335),表明外加偏电压对反应的影响最大.模型值与实验值吻合良好(R2为0.910～0.996 1),说明该反应动力学模型能较好地描述光电催化降解孔雀石绿过程.     

流化床O2/CO2气氛下添加SiO2对燃煤PM2.5的控制

采用小型流化床研究了在O2/CO2气氛下添加SiO2对PM2.5(空气动力学直径小于2.5 μm的颗粒物)的控制,试验在1123 K、O2/CO2气氛下进行,并采用荷电低压撞击器(ELPI)采集和分析燃烧后的PM2.5.结果表明,添加SiO2是燃烧过程中影响PM2.5生成的重要因素.添加SiO2后,生成PM1的质量浓度均降低,而PM1-2.5的质量浓度均略有增加;PM2.5质量粒径分布均呈双峰分布,峰值分别出现在0.2 μm和2.0μm左右.随着SiO2添加量的增加,PM2.5中的S、K、Na、Cu和Pb元素的含量呈减少的趋势;随着颗粒粒径减小,S、K、Na、Cu和Pb元素的含量有增高的趋势.     

青藏高原植被固定CO2释放O2的经济价值评估

基于研究区植被生产有机质的物质量,结合遥感和野外观测数据,利用生态经济学方法,测算了青藏高原近20年植被固碳释氧(固定CO₂释放O₂)的经济价值. 结果表明:青藏高原植被每年固定CO₂总量为28.1×108 t,释放O₂总量为20.8×108 t;青藏高原植被固碳释氧的总价值为15.6×1011 元/a,利用造林成本法估算植被固定CO₂的价值为7.3×1011 元/a,利用工业制氧法估算植被释放O₂的价值为8.3×1011 元/a;从不同植被类型来看,灌丛的服务价值贡献率最大,亚热带常绿针叶林的单位面积价值最高;在水平方向上,植被固碳释氧价值受降水和植被分布影响,自东南向西北逐渐降低;在垂直方向上,生态系统服务价值受地形影响较大.      

碳酸酐酶及其矿化捕获CO2研究

自然条件下CO₂水化速率十分缓慢,而CA(carbonic anhydrase,碳酸酐酶)作为一种以锌为活性中心的球状金属酶,可逆催化CO₂生成碳酸氢盐的水合反应,同时能加速该进程的反应速率,并且产物碳酸氢盐和氢根离子无毒害作用,是未来解决环境中CO₂吸收、贮存的可行技术. 但现阶段CA的大规模工业化生产和应用仍有诸多难点亟待解决:CA在使用时稳定性和活性均较低,易受到多种环境因素(如温度、pH、其他溶剂等)的影响;没有合适的含CA的生物载体;工业生产酶成本高昂且固载困难等. 这些问题也是目前CA研究的热点领域. 研究表明,常用的载体材料包括壳聚糖、无机纳米微粒、多孔材料、聚氨酯泡沫等, 这些材料各有优点,并且都能与CA较好地结合,固载CA的活性及稳定性也都不同程度的优于游离态CA,其中CA固载于无孔二氧化硅纳米颗粒上的热稳定性较好. 常用的结合方法有共价结合、吸附结合和交联结合,其中共价结合可以解决CA重复使用时的解吸和漏出问题. 对CA捕获CO₂实际应用中的诸多问题也正在积极解决:①混合气温度过高时,筛选热稳定性较高的菌种,或直接编码表达这类CA,亦或将CA与其他溶解CO₂能力强的溶剂(如胺液、MEA、MEDA等)配合使用;②针对液态膜易挥发的缺点,可以增加聚砜类增湿器;③对于捕获过程中HCO₃-不断增多的问题,可以加入Ca(OH)₂中和或是用离子置换装置去除.      

CO2与NO-2/NO-3电催化合成尿素研究进展

CO₂的过度排放是21世纪人类面临的最大环境问题之一,严重威胁人类社会的可持续发展。在各种实现碳捕集和转化的方法中,通过电催化方法将CO₂转化为高值附加产品能有效缓解环境保护和工业生产的压力,提高碳资源的利用率,助力实现碳中和目标。相较于在高温高压条件下实现工业尿素合成,电催化共还原CO₂与NO^-₂/NO^-₃生产尿素反应条件温和、能耗低、二次污染小,是一种具有工业化应用前景的CO₂利用方式。本论文综述了CO₂与NO^-₂/NO^-₃电催化合成尿素的研究进展,重点从催化剂的设计合成以及C—N耦合机制两方面讨论了尿素在不同催化剂上的形成过程及其内在机制。设计可以共吸附并还原CO₂与NO^-₃/NO^-₂的材料...     

负载量对氨水吸收CO2的影响规律及添加剂的作用研究

进行了氨法脱碳过程中吸收剂中CO2负载量对CO2脱除率影响的实验研究.结果发现,CO2脱除率随着负载量的增大而显著减小,高负载量(≥0.4)时,增加吸收液中总氨质量分数(吸收液中所有包含氨分子和铵离子的物质,并统一换算成NH3的质量分数)并不能有效地提高CO2的脱除率.同时,分别对有机和无机添加剂进行筛选,选取哌嗪(P...     

纳米催化剂Pd/SnO_2的制备及催化还原硝酸盐反应的调控

采用热分解法制备了SnO2载体,并用浸渍法制备了Pd/SnO2催化剂.同时,采用X射线衍射仪(XRD)、透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)及BET比表面积仪等对所制载体和催化剂材料进行了分析表征.结果表明,热分解法和浸渍法都能够获得纳米材料,SnO2及Pd/SnO2的粒径均在9～10nm左右,比表面积分别达到144.99m·2g-1和147.36m·2g-1.在以甲酸为还原剂的Pd/SnO2催化还原硝酸盐体系中,在Pd与SnO2负载比为2%～7%,反应温度为20～50℃和甲酸投加量4.0～24.0mmol·L-1的条件下,催化活性为0.70～9.48mg·min-·1g-1,且催化活性随着负载比、温度和甲酸投加量的增大而增大,随着pH的升高先升后降,最佳pH为3.反应温度升高及pH降低都能够提高Pd/SnO2的选择性.甲酸-Pd/SnO2催化还原硝酸盐体系中还原反应的调控策略为:反应温度宜控制在40～50℃内,这样可同时获得较高的催化活性和选择性,温度过高对催化活性和选择性影响很小,温度过低则会同时降低催化活性和选择性;控制pH为3时,可以获得最大的催化活性及较好的选择性,pH升高会降低Pd/SnO2的催化活性和选择性,pH降低会导致催化活性迅速降低,但对选择性影响不大;甲酸与硝酸盐的物质的量比宜大于4:1,此时可以有效地抑制pH的上升,同时获得较高的催化活性和选择性,甲酸与硝酸盐的物质的量比小于4:1时,会同时降低Pd/SnO2的催化活性和选择性.     

Fe3O4@SiO2-NH2磁性复合材料对水中单宁酸的吸附性能研究

通过简单方法制备出Fe3O4@SiO2-NH2磁性复合材料,并利用XRD、FT-IR、VSM和SEM等手段对其物理化学性质进行了表征,最后对水中单宁酸进行了吸附性能研究.结果表明,所制备复合材料上的氨基基团(N—H的特征吸收峰出现在1549.53cm-1)能够与单宁酸上的酚羟基反应,使—NH2质子化形成NH+3,并利用良好的磁性(42.5emu.g-1)使单宁酸从水中分离去除;对单宁酸的吸附符合Langmuir吸附模型和拟二级吸附动力学方程;在pH=6时,基于氢键和静电吸附的协同作用,吸附能力达到最强,为85.18mg.g-1(吸附温度为25℃,吸附时间为60min).研究证实,Fe3O4@SiO2-NH2磁性复合材料与Fe3O4@SiO2和SiO2相比,对单宁酸有更好的吸附性能,同时通过外磁场可以达到固液分离的效果.     

Fe(Ⅲ)/苹果酸/H_2O_2体系对有机物的光降解特性研究

系统研究了可见光照射下染料橙黄Ⅱ在Fe(Ⅲ)/苹果酸/H2O2体系中的脱色情况,考查了光源、pH值、Fe(Ⅲ)、苹果酸、H2O2及染料初始浓度等因素对橙黄Ⅱ脱色效率的影响.结果表明,Fe(Ⅲ)/苹果酸/H2O2体系在可见光照射下能有效实现橙黄Ⅱ的脱色,在pH为5.0的条件下仍然具有较强的降解有机物的能力.该体系对橙黄Ⅱ的脱色率高于Fe(Ⅲ)/H2O2体系或Fe(Ⅲ)/苹果酸体系,光反应符合表观一级反应动力学规律.随着光强的增加,橙黄Ⅱ的脱色率增大.太阳光是该体系的有效光源,本体系具有利用太阳光的潜力.     

贸易隐含CO2测算及影响因素的结构分解分析

根据中国2002年、2005年和2007年非竞争型投入产出表,OECD的国外投入产出表和GTAP Version 7.0的CO2排放强度等数据,利用多国投入产出模型方法测算了中国对外贸易中的隐含CO2,分析了隐含CO2在主要贸易伙伴国中的贸易流向,并通过结构分解方法分析了出口规模与结构变化、投入产出表中间结构变化及单位产值CO2排放量三大因素对出口贸易隐含CO2的贡献.结果表明:2002—2007年,中国对外贸易创造了巨大贸易顺差,同时也带来了大量隐含CO2顺差,2007年CO2顺差达1 381.06×106 t;迅速增长的贸易规模是出口贸易隐含CO2增加的主要因素,CO2排放强度下降带来的技术效应是抑制出口贸易隐含CO2增加的重要因素.      

低碳城市的CO2与PM2.5减排协同效应分析

将基于卫星遥感数据的CO₂与PM_2.5纳入统一研究框架,运用多期双重差分等方法,在城市尺度上分析评估2007～2019年中国低碳城市政策对CO₂减排与PM_2.5污染控制的协同效应及其影响机制.研究发现:低碳城市CO₂与PM_2.5减排的协同效应十分显著,低碳政策使试点城市的CO₂排放量和大气PM_2.5浓度分别下降3.2%和0.74%,且结论在一系列稳健性检验后依然成立.机制分析表明,改善公共交通环境是低碳城市建设实现协同效应的最主要途径.低碳城市政策的协同效应存在地区差异,经济发展水平高、产业结构水平高的城市以及非资源型城市的协同效应更为显著.对此,应充分发挥协同效应,进一步加快低碳城市建设,实现CO₂和PM_2.5等大气污染物协同治理.     

Fe3O4/FeS2活化H2O2降解典型苯胂酸类污染物

利用水热法成功制备了Fe₃O₄/FeS₂催化剂,并将其用于构建非均相芬顿体系降解典型的苯胂酸类污染物（洛克沙胂,ROX）.XRD、SEM、XPS和磁学测量系统（VSM）等表征结果表明,Fe₃O₄/FeS₂呈明显的颗粒状且具有良好的磁性.降解实验结果显示,在最优条件下（初始pH值为4.5、ROX起始浓度为20mg/L、Fe₃O₄/FeS₂投加量为0.15g/L和H₂O₂浓度为0.034g/L,Fe₃O₄/FeS₂介导的非均相芬顿体系可以超快速降解ROX,1min后的降解效率达到96.74%,明显优于单独的Fe₃O₄或FeS₂体系.此外,Fe₃O₄/FeS₂可以通过磁铁进行快速回收利用,同时也具有良好的重复利用性能,使用3次后,ROX的降解效率仍超过80%.机理分析表明,Fe₃O₄/FeS₂能够快速地催化H₂O₂产生具有强氧化性的羟基自由基（·OH）.在·OH的作-用下,ROX分子结构中C-As、C-N和C-C等化学键发生断裂,发生脱砷、脱硝和开环等反应,进而生成一系列的有机产物（如酚类、醌类、小分子有机酸等）和无机产物（As （V）和NO₃^-）.之后,无机砷能够被吸附在催化剂表面,而有机产物则进一步被矿化.     

树脂基固态胺吸附材料的选择性CO2吸附性能

基于简单的湿浸渍法将聚乙烯亚胺(PEI)有效负载到多孔树脂(HP20)中,制备获得树脂基固态胺吸附材料,并探究了PEI负载量(30%~60%)、吸附温度(30~90℃)和压力(2~100kPa)对材料CO₂吸附性能的影响.研究表明树脂基固态胺吸附材料的最佳PEI负载量为50%,过量的PEI会致使材料CO₂吸附容量和胺基利用效率的显著降低.所筛选的材料在较低或较高的CO₂分压范围内均能展现出优异的CO₂吸附性能,在30℃下的CO₂吸附容量达到3.06~3.78mmol/g,表明该材料在不同CO₂分压的多种碳捕集应用中均有着较好的适用性.此外,树脂基固态胺吸附材料的CO₂/CH₄和CO₂/N₂选择性在2~100kPa的压力范围内分别有262~5858和708~11551,在各类传统或新兴的固体吸附材料中处于较高水平.