氧化石墨烯制备及其结构表征

本文以不同类型的石墨为原料,采用密闭氧化法制备了氧化石墨,并通过超声剥离得到氧化石墨烯,利用氨肼还原法将氧化石墨烯还原得到石墨烯。讨论了不同类型石墨原料对所制备氧化石墨烯微观形貌的影响,并且利用高分辨率扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)对所制备的氧化石墨烯和石墨烯进行了结构表征,结果表明,在以不同类型石墨为原料所制备的氧化石墨烯中,50目天然鳞片制备的氧化石墨烯的微观形貌最好,呈波浪褶皱状。     

光催化氧化脱硫脱硝的技术研究

概述光催化氧化脱硫脱硝的研究进展,探讨光催化脱硫脱硝的特性及机理,对光催化氧化同时脱硫脱硝的可行性进行分析,提出了提高催化剂的光量子产生率的途径、光吸收范围向可见光扩展的方法以及如何设计简单高效的光反应器等目前亟待决解决的几个问题,为光催化氧化脱硫脱硝的实际应用提供了理论基础。     

臭氧液相氧化同时脱硫脱硝实验研究

在自制的鼓泡反应器上对臭氧(O_3)液相氧化分别脱硫脱硝技术进行了实验研究.结果表明,液相中O_3对NO能够有效氧化,SO_2的存在对NO的脱除具有一定的负面影响,而pH值对NO的脱除率影响较小.[O_3]/[NO]=1.1时,NO脱除率可达到89.6%.pH在3～11范围内,NO脱除率达80%以上.温度在20～65℃范围内,NO脱除率不发生明显变化.结合尾部洗涤装置后,可有效脱除SO_2和NOx,脱硫效率几乎达到100%,在[O_3]/[NO]=1.1时,可获得84.2%的脱硝效率.     

腐殖酸对石墨烯和氧化石墨烯水相行为的影响

新兴纳米材料石墨烯的环境行为与效应研究备受关注。环境中普遍存在的腐殖酸(HA)可与石墨烯发生相互作用,而有关这种相互作用对石墨烯环境行为的影响研究仍十分有限。该文研究了一种HA类似物对本征石墨烯(G)和氧化石墨烯(GO)在绿藻毒性测试介质中的物理化学性质(表面电荷、电泳流动性及水动力学粒径)的影响。实验结果表明,随着HA浓度的升高,G和GO的表面电荷值越负、电泳流动性值越负、水动力学粒径越小,说明HA显著提高了G和GO在水相中的分散稳定性,且HA浓度越高,稳定性提升的幅度越大,同时该影响规律并不依赖于时间的延长。相比GO言,HA对G的水相稳定性影响更大。HA影响G和GO水相稳定性的机理为静电作用和空间位阻效应。研究结果对于研究和规避石墨烯材料的环境风险有着重要意义。     

SNCR-双氧水氧化脱硝烟气治理工程实例分析

针对某公司60万吨氧化球团生产线的链篦机-回转窑烟气NOX超标排放问题,采用SNCR+双氧水氧化脱硝工艺进行烟气超低排放改造.该工程处理烟气量为400000 m3/h,脱硝系统总投资约180万元,年运行成本为189.46万.运行效果表明:NOX的浓度从脱硝前的100 mg/Nm3降至45 mg/Nm3,低于山东省地方标...     

氧化石墨烯电催化高效降解有机染料RBk5

电化学高级氧化技术是处理有机染料废水的有效技术方法之一,但其应用受传统贵金属电极成本高、易毒化失活等缺陷的限制.本研究采用廉价易得的石墨粉材料,制备氧化石墨烯（GO）催化剂,用于活性黑5（RBk5）染料废水的电催化氧化降解研究.利用透射电子显微镜、X射线光电子能谱、红外光谱、拉曼光谱、循环伏安法和电化学阻抗谱分析材料的结构特性及电化学性能.结果显示,氧化石墨烯具有较高的电子迁移速率,良好的亲水性和电催化活性.不同的RBk5浓度、外加电流、电解质、初始pH值等条件对RBk5的降解效率也有一定程度的影响.其中,电解质因素对材料性能影响最为显著.在RBk5浓度为10mg/L、外加电流为20mA、反应时间为35min、电解质为NaCl的条件下,电催化降解效率可以达到100%.     

磁性氧化石墨烯制备及去除水中刚果红的研究

采用Hummer方法制备了氧化石墨烯(GO),采用化学共沉淀法把铁氧化物纳米粒子覆盖在GO上制成磁性氧化石墨烯(MGO),并把MGO用作吸附剂去除水中阴离子染料刚果红.采用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、Zeta电位仪和磁强计对MGO进行了表征.研究了吸附动力学,吸附等温线及初始pH值,离子强度对吸附的影响.考察了MGO对自来水中刚果红的去除效果.结果表明,GO具有片状的二维纳米结构,表面有许多的褶皱;当pH3.5,吸附剂表面带负电荷,等电点为3.5;MGO的饱和磁化强度为31.2emu/g,足够从水溶液中分离出来.刚果红的吸附符合准二级动力学模型,且在吸附时间为7h内基本达到吸附平衡.在超纯水中最大吸附容量高达140.6mg/g,且吸附量随pH值升高先增加再降低,当pH4~5达到最大值.MGO对自来水中刚果红的最大吸附容量为287.6 mg/g,为在超纯水中的2倍,表明MGO对刚果红具有很好的去除效果.     

类芬顿试剂液相氧化法脱硝的实验研究

以类芬顿试剂(H2O2/Fe3+/UV)液相氧化法脱硝,探讨了液相催化和类芬顿脱硝反应的机理及其关系.研究了H2O2浓度、[H2O2]/[Fe3+]、初始pH值、气体流量、紫外光和H2O2投加方式对NO去除率的影响.结果表明,脱硝效率随H2O2浓度增加而升高;H2O2浓度一定时,Fe3+浓度的增加有利于NO的脱除,[H2O2]/[Fe3+]=6时,脱硝效率最高;当初始pH值3时,pH值升高,脱硝效率下降,初始pH值为3时脱硝效果最好;NO去除率随气体流量的增加而下降;紫外光的照射能提高脱硝效率;分3次等量投加H2O2可以使脱硝效率维持在80%左右.     

新型SCR脱硝催化剂对汞的催化氧化研究

现有脱汞技术存在成本高、对设备有腐蚀的问题,通过对传统SCR催化剂进行改性,提高汞氧化性能,开发出同时脱硝脱汞新型催化剂,考察了NH3以及HCl等对脱汞性能的影响。结果表明:SCR催化剂改性后零价汞氧化率可达40%以上,NH3对零价汞的催化氧化有抑制作用;HCl对零价汞的催化氧化基本无影响。     

水中氧化石墨烯稳定性的影响因素研究

基于理化性质分析,研究了电解质、天然有机物和稳定液浓度等因素对氧化石墨烯(Graphene Oxide, GO)在水中凝聚和沉降的影响。结果表明,稳定液浓度对GO理化性质和稳定性影响不大。电解质投加可降低Zeta电位,诱导水中GO发生凝聚,凝聚过程呈现反应限制和扩散限制2个阶段。各电解质的临界凝聚浓度分别为180 mmol/L(Na⁺)、4.5 mmol/L(Mg²⁺)和1.8 mmol/L(Ca²⁺)。相较于Mg²⁺,Ca²⁺可通过吸附架桥作用加快GO凝聚。GO的沉降过程可分为快速沉降和慢速沉降2个阶段,凝聚是影响水中GO沉降的主要因素。天然有机物存在可有效抑制凝聚,增强GO在水中的稳定性;但HA与GO和Ca²⁺间存在复杂的相关作用关系,加快了凝聚过程。水中GO浓度越高,其凝聚和沉降速度越快。以较低浓度存在时,GO在水环境中具有更高的稳定性。     

脉冲电晕放电协同烟气脱硫脱硝试验研究

脉冲电晕放电对PM2.5具有一定的凝并作用,与直流静电除尘器相结合可以提高燃煤电厂烟气中粉尘的脱除效率.基于脉冲电晕放电还可以将烟气中的NO、SO2氧化成NO2、SO3等易吸收的物质成分,与传统的液相吸收洗涤技术相结合可提高NO、SO2的脱除效率.文中进行了脉冲电晕放电协同烟气脱硫脱硝的试验研究,研究了影响NO、SO2转化效率的主要因素.实验结果表明,提高脉冲峰值电压、脉冲频率、脉冲放电电极数目.延长停留时间.降低气体初始浓度有助于提高NO、SO2的转化效率;增加空气湿度可以显著提高SO2的转化效率.在本试验中,当NO、SO2初始浓度为150×10-6左右时,其相应的转化效率可以分别达到70%、90%.     

烟气深度余热回收技术对燃气锅炉NOx排放扩散迁移规律的影响研究

运用Fluent计算软件对北京市丰台区某燃气锅炉排放烟气中NOx的转化和扩散过程进行了数值模拟,定量地研究了烟气深度余热回收技术对燃气锅炉排放NOx在大气中的迁移规律产生的影响,并与Screen 3模型模拟的结果进行了对比.研究发现:烟气深度余热回收技术的应用使NOx的最大落地浓度与烟气直排时相比增加了2.5倍,NOx对本地地表的影响面积增大了15750 m2,增加了本地环境污染的风险.结合燃气锅炉的NOx控制技术提出了缓解局部环境风险的解决方案.结果表明,烟气深度余热回收技术与低氮燃烧技术联用,NOx的控制效率达到70%以上时,在有效提升锅炉热效率的同时,可以缓解由于烟温大幅下降造成的本地环境污染恶化的风险.     

低温条件下Nano-MnOx上NH3选择性催化还原NO

采用流变相法制备了无载体Nano-MnO_x催化剂,在低温条件下(50～150℃)以NH₃为还原剂系统考察了氮氧化物的选择催化还原特性.结果表明,流变相法制备的Nano-MnO_x催化剂具有良好的低温催化活性.实验条件下,80℃即可获得98.25%的NO转化率,100～150℃内NO几乎完全转化;SO₂和H₂Ｏ会与NO和NH₃在催化剂表面产生竞争吸附,导致催化活性下降,但该影响是可逆的.经分析,较大的比表面积和较低的晶化度是Nano-MnO_x具有良好低温活性的2个主要原因.     

NOx和/或NH3气氛下SO2在高岭土表面非均相转化的实验研究

利用自制气溶胶反应器研究了NO_x和/或NH_3气氛下SO_2在高岭土表面的非均相转化过程,应用扫描电镜(SEM)对高岭土颗粒物形貌进行了表征.结果表明:高岭土颗粒表面的SO_2非均相转化致使其成分和形貌产生了较大变化.相同实验条件下,SO_2转化的协同作用程度由高到低依次为NH_3、NO_x/NH_3和NO_x气氛,相对湿度40%、有光照条件下,SO_2转化量增幅最高可分别达125%、75%和50%.所有气氛下,协同作用在无光照时在高相对湿度(40%~70%)区间更为突出,有光照时其显著性则体现在低相对湿度(20%~40%)区间.SO_2、NO_x、NH_3三者共存时,在高岭土颗粒表面发生的非均相反应过程既有协同作用又存在竞争反应.     

基于车用氮氧化物传感器的工程机械NOx排放因子测量方法研究

为了能够低成本地获得包括工程机械在内的非道路移动机械的NO_x排放因子,基于目前广泛使用的车用氮氧化物传感器开展了NO_x排放因子的测量系统搭建和计算模型研究.基于柴油机尾气O_2浓度、NO_x浓度、环境温湿度和燃料特性等参数建立了非道路移动机械单位油耗NO_x排放因子计算模型.为了验证测量系统与计算模型,开展了4台工程机械的实际道路验证试验,并选取其中一台开展了基于车载排放测试系统(PEMS)的NO_x排放比对试验.比对和实测试验结果表明建立的NO_x排放因子测量方法具有较低的相对误差和稳定性,与车载排放测量系统的测量结果相比具有很好的相关性.被测2台挖掘机和1台推土机、1台压路机的平均单位油耗NO_x排放因子分别为(22.8±4.0)、(35.8±16.0)和(55.0±18.0)、(68.8±13.0) g·kg~(-1).基于车用氮氧化物传感器的NO_x排放因子测量结果与目前国内外已有研究的NO_x排放因子测量结果接近.     

人工智能助力臭氧催化剂SrFexZr1-xO3的开发

将人工智能应用于催化臭氧氧化催化剂SrFe_xZr_1-xO₃的开发过程,采用共沉淀法制备了50种不同配方的催化剂,考察聚乙二醇（PEG）投加量、煅烧时间、老化时间、氨水投加量和铁掺杂量对SrFe_xZr_1-xO₃催化剂催化臭氧降解间甲酚反应活性的影响.同时,利用人工神经网络（ANN）和响应面（RSM）对催化剂合成条件与TOC去除率和间甲酚转化率的关系进行拟合,训练集中ANN的R²值分别为0.91和0.97,高于RSM的R²值0.35和0.41;在4组测试集上ANN的均方误差（MSE）分别为9.87和17.67,远小于RSM的23.89和28.87.结果表明,ANN模型对催化剂制备过程的复杂体系具有更好的拟合和泛化能力.在ANN训练好的模型中通过枚举法寻找最优合成条件为：PEG投加量为19.00%,煅烧时间为1.25 h,老化时间为26.50 h,氨水投加量为6.21 mL,铁掺杂量为3.37%,所得催化剂为SrFe_0.13Zr_0.87O₃-B.最佳反应条件下,间甲酚转化率和TOC去除率分别达到98.52%和17.21%,优于空白组的73.46%和1.86%.     

ZnMnxCo2-xO4活化过一硫酸盐降解有机污染物

分别以Zn（CH₃COO）₂·2H₂O、Mn（CH₃COO）₃·2H₂O和Co（CH₃COO）₂·4H₂O为锌源、锰源和钴源,采用溶胶-凝胶自燃烧法成功制备了ZnMn_xCo_2-xO₄（x=0~2）复合物,并用X射线衍射和X射线光电子能谱对其进行表征.同时,还研究了Mn/Co物质的量比、催化剂用量及PMS用量对目标污染物降解的影响.结果表明,该复合物可催化活化过一硫酸钾（PMS）降解有机污染物,当催化剂中x=0.8,催化剂投加量为0.2 g·L^-1,PMS用量为0.4 mmol·L^-1（0.25 g·L^-1）时,20 μmol·L^-1（10 mg·L^-1）罗丹明B（RhB）可在15 min内完全降解.ZnMn_0.8Co_1.2O₄的高催化活性主要归功于Mn³⁺和Co²⁺的协同效应.将ZnMn_xCo_2-xO₄-PMS体系用于亚甲基蓝、结晶紫、金橙、双酚A、4-氯酚等其他污染物的降解,也取得了较好的效果.基于电子自旋共振ESR和自由基猝灭实验的结果,可以推测该反应体系中活性物种为硫酸根自由基和羟基自由基.     

脉冲介质阻挡放电下MnOx-CeO2催化氧化碳烟的关键表面物种研究

采用柠檬酸络合法制备了Mn/(Mn+Ce)原子比为0.4的MnO_x-CeO_2复合氧化物,使其分别在有和无脉冲介质阻挡放电条件下,多次催化氧化碳烟.采用XRD、BET、Raman和XPS对新制备未反应过的和各次反应后的MnO_x-CeO_2进行表征.结果发现,在初次反应中,脉冲介质阻挡放电对反应具有强化作用,使MnO_x-CeO_2具备更好的活性.在放电和无放电2种条件下,催化剂第2次反应的活性均较第1次有所降低,且放电条件下降幅更大,而在第3次反应时催化剂活性在两种条件下均保持稳定状态.以上现象原因为,初次反应,两种条件下高温使MnO_x-CeO_2中Mn-Ce-O固溶体发生相分离,部分Mn析出生成了Mn_3O_4;未引入放电时催化剂表面发生不可逆还原的Mn~(4+)量更少,且拥有更多Ce~(3+)并产生了本征氧空位及更多的表面氧;放电的引入,加剧了初次反应时MnO_x-CeO_2表面Mn~(4+)向Mn~(3+)和Mn~(2+)的转化,使其具备更高的活性,但也抑制了Mn~(4+)的恢复,降低了催化剂的活性.在随后的反应中,有无放电催化剂均保持了稳定.脉冲介质阻挡放电对MnO_x-CeO_2反应的关键因素Mn~(4+)、本征氧空位和表面氧产生了重要影响,这种影响在初次反应时并不可逆,进而减弱了放电对反应的强化作用,该现象不可忽视,值得进一步研究.     

重庆市北碚大气中PM2.5、NOx、SO2和O3浓度变化特征研究

重庆是我国西南工业重镇,但长期受大气污染困扰.利用全自动在线环境监测仪器,于2012年1月—2014年2月,对重庆市北碚区大气中的典型污染物PM2.5、NO_x、SO_2和O_3进行了观测研究.结果表明:重庆北碚大气首要污染物为PM2.5,2012和2013年平均浓度分别为(67.5±31.9)和(66.6±37.5)μg·m~(-3),是国家环境空气质量一级标准35μg·m~(-3)的1.9倍,两年超过国家二级标准的天数分别为119和126 d,年超标率均大于1/3;两年NO_x,SO_2及O_3的年平均浓度分别为(57.1±24.6)和(55.1±36.6),(43.1±24.0)和(35.0±21.9)及(31.1±24.9)和(48.5±37.4)μg·m~(-3).大气污染物浓度具有明显的季节变化特征,PM2.5和NO_x冬季污染最为严重,两年冬季平均值分别比两年年平均值高33.6%、59.6%和43.2%、8.5%;O_3表现为夏高冬低;SO_2春季最高且污染最轻.大气污染物日变化显示PM2.5和NO_x浓度呈双峰日变化形式,有早晚两个峰值,与城市交通高峰相对应.SO_2和O_3浓度呈单峰日变化,前者峰值出现在午前10∶00—12∶00大气对流层被打破之后,而后者峰值出现在午后16∶00局地光化学最强之时.消减各种污染源的颗粒物直接排放,消减气态污染物SO_2和NO_x的工业排放,消减机动车NO_x和VOCs等的排放,才有可能使重庆北碚的大气污染状况得到改善.     

甲烷催化还原NOx中Co基/分子筛催化剂的助剂和载体优化

采用共浸渍法制备了系列Co基/分子筛催化剂,在固定床催化反应器中考察了不同催化剂在甲烷催化还原NO_x中的催化行为,优化了Co基/分子筛催化剂的助剂和载体,并通过催化表征手段阐明了其构效关系.结果表明,Fe和SAPO-34分别作为优化助剂和载体制备得到的Co-Fe/SAPO-34催化剂具有最高的催化活性,在450℃时,NO_x的最大转化率可以达到52.7%.CO_2对Co-Fe/分子筛催化剂活性无明显抑制作用,H_2O对催化剂的活性抑制是可逆的,SO_2对催化剂活性抑制作用明显.Co-Fe/SAPO-34催化剂表面钴物种以CoO和Co(OH)_2为主,Co-Fe/ZSM-5催化剂表面钴物种则以Co_3O_4和Co(OH)_2为主,Co-Fe/Beta催化剂则可能以CoO、Co Al2O_4和Co_3O_4为主.各Co-Fe/分子筛催化剂表面Fe~(2+)/Fe~(3+)含量比依次为Co-Fe/ZSM-5(3.98)Co-Fe/SAPO-34(0.52)Co-Fe/Beta(0.43).活性组分钴物种的形态和合适的Fe~(2+)/Fe~(3+)含量比对Co-Fe/分子筛催化剂上甲烷催化还原NO_x至关重要.Co-Fe/分子筛催化剂上CH_4-SCR反应机制为:NO在Br?nsted酸位上吸附氧化成NO~+,同时CH_4在Br?nsted酸位上吸附活化成—C=O和—COO等活性物种,生成的NO~+在Co2+和Fe~(3+)等催化活性位上转化成硝酸盐等中间产物,中间产物硝酸盐与活化物种(—C=O和—COO)反应生成N_2和CO_2.