CeO2/Al2O3催化剂的制备表征及在污水处理中的应用

为了提高臭氧催化氧化污水深度处理的效率,分别利用CeO_2和Al_2O_3作为活性组分和载体制备掺杂型CeO_2/Al_2O_3催化剂,通过X-射线衍射、透射电镜、N2吸附脱附曲线、X射线光电子能谱等方法对催化剂性能进行表征,考察CeO_2/Al_2O_3催化活性的变化,分析催化臭氧化去除有机物的作用机制。结果表明,制备的掺杂型CeO_2/Al_2O_3催化剂具有较大的比表面积、孔容和孔径,分别达到125 m2/g、0.242 2 cm3/g和7.777 8 nm。催化剂的活性组分主要为高度结晶化立方萤石结构的CeO_2,煅烧并未改变CeO_2的结构晶型。当进水化学需氧量(Chemical oxygen demand)为70~80 mg/L,催化剂用量为110 g/L,臭氧浓度为18 g/m3,p H值为7.8时,COD去除率最高42.8%。较高的催化效率归功于活性物质CeO_2中同时具有Ce3+和Ce4+,加速了臭氧生成更多的强氧化性?OH,催化剂的多孔结构为有机物的降解提供了充足的反应空间。催化剂使用寿命长,当催化剂重复使用5次后,COD去除率仍保持40%以上。     

低温等离子体耦合Fe2O3催化剂去除粮食仓储环境中磷化氢

为了探究低温等离子体（Non-Thermal Plasma,NTP）耦合催化剂对粮仓中磷化氢（PH3）的去除效果,该文采用介质阻挡放电低温等离子体与催化剂耦合的反应装置,研究了NTP与Fe2O3催化剂耦合对PH3去除率的影响,并对耦合反应后的催化剂进行表征,分析产物及反应机理。结果表明,载体和催化剂与NTP耦合改变了NTP的放电状态,提高了PH3去除率;不同载体负载Fe2O3后,在输入功率超过53 W时,NTP与Fe2O3催化剂耦合对PH3去除率均高于无填充,Fe2O3/Al2O3与NTP耦合效果最好,去除效率达到了100%。耦合前后催化剂的表征结果表明,耦合反应之后,Fe2O3/Al2O3催化剂的比表面积降低了11.23%,Fe3+/(Fe2++Fe3+)含量提高了21.06%,Osur/(Olatt+Osur+Oads)含量减少了2.24%,Fe含量降低了4.69%,P含量增加了4.34倍。产物分析表明耦合后生成的主要产物为磷酸。研究结果表明NTP耦合Fe2O3/Al2O3催化剂具有很好的PH3去除效果,为粮食仓储行业去除磷化氢提供理论依据。     

碱/碱土金属对纤维素热解特性的影响

为了解碱/碱土金属(AAEM)及存在形态对生物质热解特性的影响,用4种金属的不同盐溶液浸渍微晶纤维素,进行热重分析和管式炉热解试验。结果表明,AAEM能够促进纤维素在低温下热解,降低热解速率并提高固体焦产率;能降低纤维素热解的表观活化能,活化能随AAEM含量的增加而降低;使热解气体中的CO及C2体积分数降低、CO2和CH4体积分数提高。4种金属元素对纤维素热解催化能力的顺序为:K>Na>Mg,Ca。碱金属的存在形态对其催化能力有影响,乙酸盐金属对热解反应温度、产物的影响显著大于氯化物金属,并使纤维素热解过程分为两段,增加热解气体中H2的含量,而氯化物金属会降低气体中H2的含量,其催化能力易受到添加量的影响。生物质中以有机结合态存在的碱金属对热解过程的影响大于以无机态存在的同种金属。生物质催化热解气化过程及产物分布受金属种类及其存在形态的影响。     

不同催化剂对生物质半焦低温气化效果的影响

生物质气化技术是将低品位的生物质能转换成高品位能源的有效途径。该文以稻壳和麦秸半焦为试验对象,进行了低温下生物质半焦的水蒸气气化试验,研究了浸渍法制备的碱金属催化剂和气化温度对生物质半焦气化行为的影响。结果显示,对于稻壳半焦气化而言,相同负载量的K基催化剂的催化效果明显优于Na基催化剂,相比非催化时稻壳半焦的碳转化率分别提高了18.2%和13.5%,差异明显。增加K2CO3负载量有利于半焦气化反应的进行,但负载量不宜超过30%。不同的煅烧温度,催化剂的活性组分存在形式有较大差别,负载量为30%的K基催化剂在800℃煅烧后具有最佳的催化效果。相同条件下,麦秸半焦的气体产率和碳转化率均较高,在700℃下添加该催化剂时分别达到130.0mol/kg和95.9%,相比非催化时分别提高了57.0%和34.1%。随着温度的降低,气体产率和碳转化率均明显下降,该文催化条件下的半焦气化温度不宜低于700℃。研究结果可为生物质低温气化高效催化剂的选择提供理论依据。     

金属改性生物炭基催化剂催化生物质热解制备生物基芳烃

为了提高芳烃的产率,提高生物油的品质,该研究采用金属改性的生物质来源的活性炭为催化剂,催化生物质热解二维气相重整制备芳烃,探讨了金属的种类(Al、Cu、Zn、Ni)以及金属的负载量(1％、5％、10％)对热解产品的产率以及选择性的影响,同时采用X-射线衍射仪、比表面积和孔径分布仪、化学吸附仪、扫描电子显微镜、傅里叶红外...     

添加H2O2改性和HNO3/H2SO4改性生物质炭对一种酸性水稻土吸附Cd (Ⅱ)的影响

选择稻草、玉米秸秆和油菜秸秆作为制备生物质炭的原料，分别用H2O2和HNO3/H2SO4对生物质炭进行改性处理，以未改性的生物质炭和HCl处理的生物质炭作为对照。按土重3%的比例向采自安徽郎溪的酸性水稻土中添加上述生物质炭，在经历一个干湿交替周期后，进行Cd(Ⅱ)吸附/解吸实验，研究添加生物质炭对水稻土吸附Cd(Ⅱ)的影响及其机制。结果表明，两种改性方法均有效增加了生物质炭表面的质子结合位点数，且HNO3/H2SO4改性对生物质炭表面羧基官能团的扩增效果更显著。官能团的增加使得添加了HNO3/H2SO4改性生物质炭的水稻土对Cd(Ⅱ)的专性吸附能力显著增强。因此，添加HNO3/H2SO4改性生物质炭可以作为酸性水稻土吸附固定重金属Cd的一种新型方法。     

基于热解-重整-燃烧解耦三床气化系统的生物质催化制富氢气体

生物质催化气化是将生物质转换成富氢气体的有效途径。该研究提出了一种由热解反应器、重整反应器和提升管燃烧器三部分构成的解耦三床生物质气化(decoupled triple bed gasification,DTBG)工艺。在实验室规模的DTBG气化反应装置上,以水蒸气为气化剂,以橄榄石为原位焦油裂解催化床料,进行了生物质水蒸气催化气化试验,考察了生物质种类、重整器温度、生物质进料速率对气化效果的影响规律,并且对气化副产物焦油的特性进行了分析。试验结果表明,生物质原料的挥发分对气化产物分布的影响很大,原料挥发分含量越高,气体产率越高,碳转化率越高,气体中的H2和CO体积分数越大、CO2体积分数越低。当重整器温度由750升高到850℃时,气体产率从0.91增加到1.08 m3/kg,焦油质量浓度从19.1降低到7.3 g/m3,同时气体品质大幅度提升。随着生物质进料速率的增加,产气中H2体积分数大幅度增加,CO2体积分数大幅度降低,但是焦油质量浓度基本不变。当重整器温度为800℃,白松木屑进料速率为220 g/h时,H2和CO体积分数分别达到了42.2%和14.6%,产气中焦油质量浓度为10.1 g/m3。气化焦油的主要成分为多环芳烃,其中萘含量最高。当重整器温度从700℃升高到850℃时,焦油中单环化合物几乎全部分解,3~4环多环芳烃化合物逐步降低,萘的相对含量从54.7%升高到75.6%。该研究结果可为大规模气化装置的设计、运行以及优化提供理论指导。     

模拟酸雨对赤红壤磷素及Ca2+，Al3+，Fe2+淋失特征的影响

本研究通过室内土柱试验,研究了不同强度和持续时间的模拟酸雨淋溶下,赤红壤磷素淋失量及部分阳离子（Ca2+、Al3+、Fe2+）的释放程度和特征。结果表明:经pH 2.0、pH 3.0、pH 4.0、pH 5.0模拟酸雨持续淋溶 34 d后,淋溶液pH值变化并不明显（＞0.05 ）,而对Ca2+、Fe2+的溶出有显著的促进作用,Ca2+、Al3+、Fe2+ 溶出量均随 pH 值的降低而升高,Al3+ 和 Fe2+ 淋失量在pH 2.0时均有骤增现象。随淋溶时间的增加,土壤可溶态磷的淋失量表现为先增加后逐渐降低;随着pH值的降低,土壤磷淋失总量也表现为先增加后降低,pH4.0的酸雨有助于促进土壤磷的释放,pH＜4.0时土壤磷的淋失减少。相关分析发现淋溶液中磷淋失总量与Al3+和Fe2+溶出量均呈显著负相关（r1=0.6531, r2=0.5107）,和Ca2+总溶出量相关关系不显著（r3=0.1287）,表明高强度酸雨降低了土壤磷淋失量可能与酸雨作用导致活性铁、铝的大量释放,增加了磷的活性吸附点位,从而增加了对磷酸根离子配位吸附与固定有关。     

生物质炭添加对不同pH紫色土硝化作用及N2O排放的影响

生物质炭施用可能对土壤中氮素硝化过程和N₂O排放产生影响。本研究通过室内培养试验,研究铵态氮肥与玉米秸秆生物质炭施用量(0、1%、2%、5%、10%,m/m)对酸性(pH 5.10)和石灰性(pH 8.15)紫色土氮素硝化率、净硝化速率及N₂O排放特征的影响。结果表明:①酸性和石灰性紫色土生物质炭处理平均净硝化速率相比对照分别降低了33.7%～93.7%和7.5%～40.9%,生物质炭添加抑制了酸性和石灰性紫色土硝化作用,在酸性紫色土中生物质炭对硝化作用的抑制作用随施用量的增加而增强,在石灰性紫色土中无明显规律。②与对照相比,酸性紫色土N₂O累计排放量在1%生物质炭和2%生物质炭处理下降幅分别为15.9%和27.7%,在5%和10%生物质炭处理下增幅分别为60.1%和93.2%;石灰性紫色土生物质炭各处理N₂O累积排放量均显著高于对照。③综合考虑,在酸性紫色土中1%、2%生物质炭施用对硝化作用抑制和N₂O减排综合效果最好,但在石灰性紫色土中无明显抑制和减排效果。     

钼基催化剂活性特征及其催化柴油机碳烟氧化特性

为探究钼基催化剂的表面活性相结构,采用浸渍法制备了不同钼负载量纳米级MoO3/TiO2催化剂,通过比表面积分析仪(BET,brunner-emmet-teller)、傅里叶红外光谱分析(FT-IR,fourier transform infrared spectrometer)、X射线衍射仪(XRD,X-ray diffractomer)以及扫描电镜(SEM,scanning electron microscope)对催化剂的物化特性进行了表征。同时,为探究钼基催化剂改善碳烟催化氧化特性,以Printex-U碳黑作为实际发动机颗粒的替代物,利用热重分析法探究钼基催化剂对碳烟的催化氧化特性,并基于Starink法定量表征碳烟催化氧化反应过程。结果表明:较低钼负载量时,活性组分MoO3主要以非晶态或小晶态存在。当负载量超过10%时,催化剂表面开始出现正交晶系MoO3结晶区,所有样品均以稳定的钼氧双键形态存在在松接触状态下,具有低熔点性质的MoO3仍表现出良好的催化效果。随着MoO3/TiO2催化剂上钼负载量的增加,碳烟氧化特征温度随之降低,催化剂活性呈递增趋势,其并未受阈值效应与比表面积的制约,仅与活性组分MoO3含量呈正比关系。催化剂Mo∶Ti质量比为40∶60表现出最高的催化活性,与无催化剂状态相比,此时催化剂碳烟的起燃温度、峰值温度、燃尽温度分别降低了约84.4、122.6和122.7℃。Starink法热力学分析得到催化剂活性序列为无催化剂Mo∶Ti(质量比为5∶95)Mo∶Ti(质量比为10∶90)Mo∶Ti(质量比为20∶80)Mo∶Ti(质量比为40∶60)。因此,负载型钼基催化剂的催化活性随其质量负载量的增加而增加。     

Effects of different catalysts on steam gasification ofbiomass char at low temperature

生物质气化技术是将低品位的生物质能转换成高品位能源的有效途径。该文以稻壳和麦秸半焦为试验对象,进行了低温下生物质半焦的水蒸气气化试验,研究了浸渍法制备的碱金属催化剂和气化温度对生物质半焦气化行为的影响。结果显示,对于稻壳半焦气化而言,相同负载量的K基催化剂的催化效果明显优于Na基催化剂,相比非催化时稻壳半焦的碳转化率分别提高了18.2%和13.5%,差异明显。增加K2CO3负载量有利于半焦气化反应的进行,但负载量不宜超过30%。不同的煅烧温度,催化剂的活性组分存在形式有较大差别,负载量为30%的K基催化剂在800℃煅烧后具有最佳的催化效果。相同条件下,麦秸半焦的气体产率和碳转化率均较高,在700℃下添加该催化剂时分别达到130.0 mol/kg和95.9%,相比非催化时分别提高了57.0%和34.1%。随着温度的降低,气体产率和碳转化率均明显下降,该文催化条件下的半焦气化温度不宜低于700℃。研究结果可为生物质低温气化高效催化剂的选择提供理论依据。     

膨润土褐铁矿改性白云石催化松木棒气化工艺优化

针对白云石催化剂在生物质催化气化过程中易碎、易产生积碳失活问题,为提高其催化活性、抗积碳和再生性能,采用固定床下吸式气化炉试验系统,以Fe-Dol-Ben(膨润土/褐铁矿改性白云石)为催化剂,松木屑废料经成型为棒状颗粒为原料,进行高温水蒸气催化气化试验。研究气化温度(700～1000℃)、铁含量(质量分数为5%～20%)以及催化剂使用次数(1～4)等因素对松木棒催化气化性能及催化剂表面积碳影响。试验结果表明,水蒸气和松木棒的质量比(气料比)为1,催化剂的铁质量分数为15%,气化温度为900℃时气化气中氢气的体积分数达到最大值58.38%,Fe-Dol-Ben催化剂积碳量随气化温度升高逐渐减小,试验区间内1 000℃时达到最小值,较700℃减少了80%。气化气中氢气的体积分数随铁含量增加呈先增加后降低的趋势,积碳量呈先降低后增加,在铁质量分数为15%催化效果较好。Fe-Dol-Ben催化剂较相同条件下分别用膨润土及改性前白云石催化时积碳量分别减少了80.6%和53.6%。对催化剂进行再生再利用试验表明,使用后的Fe-Dol-Ben催化剂进行700℃煅烧再生后,其晶相与催化前基本相同,将其多次再生循环利用,随着使用次数的增加气化气中氢气的体积分数逐渐降低,催化剂的积碳量逐渐增大,使用4次并用于催化气化时氢气的体积分数仍接近50%,保持较好催化效果。综合气化效果、积碳量及经济性因素,Fe-Dol-Ben铁质量分数为15%,气化温度选取900℃为较理想工况。该研究可为改性白云石Fe-Dol-Ben催化剂的研制及生物质高温水蒸汽催化气化技术提供参考。     

组合酶催化体系产氢气的研究进展

氢是一种燃烧值高无污染的燃料。无细胞组合酶催化体系是以碳水化合物和水为底物,通过13种酶协同催化,生成2种产物：氢气和二氧化碳。该体系理论上1 mol葡萄糖可生成12 mol氢气,是微生物厌氧发酵的3倍。该文介绍了无细胞组合酶催化体系的发展历程、组成酶的特征、酶催化的步骤,最后对该体系优缺点和工业化应用进行了探讨。     

热重法分析不同纳米CeO2 粒径和添加量对燃油热动力学的影响

采用恒温热重法研究纳米燃油的蒸发特性,并求解纳米燃油蒸发过程的活化能、蒸气压和蒸发焓等热动力学参数。以正十四烷(C14)作为基液燃油、十六烷基三甲基溴化铵为分散剂,配制粒径分别为20和50 nm、质量分数分别为50和100 mg/L的CeO_2纳米燃油。结果表明:在燃油蒸发过程中,由于纳米粒子具有较低的比热容,从外界吸收的热量被加快向液体内部传递,延滞了气液自由界面处液体分子的挥发,因此纳米燃油蒸发需要更大的活化能,且随着纳米粒子尺度减小或质量分数增加而增大,20 nm Ce50、20 nm Ce100、50 nm Ce50和50 nm Ce100纳米燃油较基液分别增大了5.6%,9.3%,3.2%和6.8%。纳米粒子的加入增大了燃油的表面张力,阻滞液相分子向气相扩散,因而其蒸气压降低,其中20nm Ce100纳米燃油较C14降低了18.1%。此外,由于燃油分子与纳米粒子之间的范德华力及氢键作用,纳米燃油蒸发所需的蒸发焓升高,20 nm Ce100纳米燃油较基液增大了16.7%。纳米燃油热力学基础物性参数研究可为其应用提供重要的基础数据。     

不同金属离子对生物质发酵产氢的影响

为揭示不同金属离子在生物质发酵产氢中的作用规律,以混合菌群发酵产氢为研究对象,采用正交试验设计的方法,考察了7种金属离子对生物质发酵产氢的影响。通过对不同金属离子质量浓度及相互关系对发酵产氢影响的综合比较,获得以下结论：促进混合菌群发酵产氢的金属离子组成为：Fe2+ 20 mg/L,Zn2+ 0 mg/L,Ni2+ 1 mg/L,Mg2+ 10 mg/L,K+ 100 mg/L,Fe3+ 100 mg/L,Mn2+ 1 mg/L;H2与CO2、总产气量存在显著的正比关系,与糖利用率无直接关系;以PDB（马     

镁碱度对土壤微生物生物量及氮素矿化的影响

土壤剖面中Mg2+的大量存在是土壤发生碱化的原因之一。测定了疏勒河昌马冲积扇缘镁碱化盐渍土土样的Mg2+碱度、Mg2+/Ca2+、pH值、HCO3-+CO32-等化学性质指标,分析了这些化学性质指标对土壤微生物生物量碳(氮)及其潜在可矿化氮的影响。结果表明:微生物生物量碳、微生物熵、微生物生物量氮随Mg2+/Ca2+、Mg2+碱度的升高而线性下降,而潜在可矿化氮随Mg2+/Ca2+、Mg2+碱度的升高而指数下降;另外,微生物生物量C/N与Mg2+/Ca2+和Mg2+碱度的反向变化关系说明,Mg2+碱化盐渍土环境中细菌在微生物群落中占优势。总之,高Mg2+碱度对土壤微生物而言是一种严重的胁迫环境,它使得微生物生物量变小、活性显著降低。     

Effects of land-use type and nitrogen addition on nitrous oxide and carbon dioxide production potentials in Japanese Andosols

Land-use type and nitrogen (N) addition strongly affect nitrous oxide (N₂O) and carbon dioxide (CO₂) production, but the impacts of their interaction and the controlling factors remain unclear. The aim of this study was to evaluate the effect of both factors simultaneously on N₂O and CO₂ production and associated soil chemical and biological properties. Surface soils (0–10 cm) from three adjacent lands (apple orchard, grassland and deciduous forest) in central Japan were selected and incubated aerobically for 12 weeks with addition of 0, 30 or 150 kg N ha^–1 yr^–1. Land-use type had a significant (p < 0.001) impact on the cumulative N₂O and CO₂ production. Soils from the apple orchard had higher N₂O and CO₂ production potentials than those from the grassland and forest soils. Soil net N mineralization rate had a positive correlation with both soil N₂O and CO₂ production rates. Furthermore, the N₂O production rate was positively correlated with the CO₂ production rate. In the soils with no N addition, the dominant soil properties influencing N₂O production were found to be the ammonium-N content and the ratio of soil microbial biomass carbon to nitrogen (MBC/MBN), while those for CO₂ production were the content of nitrate-N and soluble organic carbon. N₂O production increased with the increase in added N doses for the three land-use types and depended on the status of the initial soil available N. The effect of N addition on CO₂ production varied with land use type; with the increase of N addition doses, it decreased for the apple orchard and forest soils but increased for the grassland soils. This difference might be due to the differences in microbial flora as indicated by the MBC/MBN ratio. Soil N mineralization was the major process controlling N₂O and CO₂ production in the examined soils under aerobic incubation conditions.