电化学分离技术在含盐化工尾水深度处理中的应用研究

化工尾水指的是经过企业废水处理单元(主要为生化)处理,达到当地企业废水排放标准,能够被地区或园区集中污水处理厂接纳的废水,其水质特殊,含有一定盐分(<5000mg/L),残留有机物多为生物难降解物质与毒性物质,开展针对性的深度处理技术以应对此类尾水的资源化利用意义重大。本论文设计了两种分别应对普通含盐尾水的电容除离子(CDI)电极与针对低盐有机尾水的电微滤(EMF)模块,以实现化工尾水的回用。本论文主要由以下几部分组成:(1)针对含有一定盐分的化工尾水,本文以葡萄糖与醋酸镍为前驱体,以钛片为基体,采用阳极氧化、真空诱导、无氧热解与硝酸改性,原位制备了基于二氧化钛纳米管(TiO2-NTs)并由NiOx修饰的中空碳纤维/碳膜(HCFs/CF)复合电容电极。通过扫描电镜、拉曼、X射线衍射等测试,考察了不同Ni添加量下的电极结构与形貌,详细研究了电容材料的生长过程。通过循环伏安测试与交流阻抗测试,考察了电极的电容性能与导电性能。通过除离子测试与析氧电位测定,评价了电极的实际应用性能,并确定了最佳的Ni添加量。实验结果表明,葡萄糖与四水合醋酸镍质量比为5:1的前驱体溶液,其成型后的电容电极具有良好的比电容(244.9F/g)和析氧电位(2.15V)。(2)通过优化前驱体组成与热解时间,快速制备了最佳含Ni量的未改性电极(THC-Ni)与改性电极(THC-NiOx),并与传统活性炭电容电极(ACP)比较,采用多种分析手段对比了三者的物化性能。进一步的,对各电极在多参数运行条件下(吸附时间、运行温度、流速与初始电导率)的除离子与吸附性能进行了评价与比较。同时考虑到实际应用,选取了具有代表性的化工尾水常见离子,通过电极对多离子的吸附实验,对现有的离子选择性吸附理论进行了讨论与评价。结果表明,通过快速制备得到的电极既能保持原有的稳定结构与均匀的元素分布,还具有良好的亲水性(接触角<50°)与界面电阻(0.15Ω),其比吸附量可达到13.11mg/L。此外本文认为离子淌度理论能够较为准确地预测CDI过程中电极对多种离子的选择性吸附行为。(3)针对盐分极低但含有机物的尾水,设计了兼具有机物截留与离子脱除的电微滤(EMF)模块。论文考察了跨膜压差(TMP)、错流流速和电场强度对EMF过程的影响,详细研究了电场对微滤膜抗污染性能的提高作用。研究了电场-微滤膜协同作用对荷电有机物与成垢离子的脱除行为与分离机理,并提出了各类膜滤过程中污染物与污染物、污染物与有机膜之间的相互作用模型。实验表明,电微滤相较普通微滤,其通量可稳定提高至2.86倍,对大分子荷电有机物的截留率可达95%以上,对Ca2+的去除率可达72.5%。研究表明二价阳离子与大分荷电子有机物之间的螯合键在电场力下断裂,因此极大地减轻了膜污染。(4)以改进电微滤模块作为末端控制工艺,结合电化学深度处理技术,开发了以电催化-电渗析-电微滤(EC-ED-EMF)为核心的电化学组合工艺。尾水目标污染物选取为具有代表性的难降解毒性物质(含氮杂环污染物)、大分子荷电有机物(腐殖质)与残留盐分(硫酸钠)。本论文依次考察了各工艺的去除效果与工艺间的协同作用,并跟踪了尾水在组合工艺体系内的净化过程。通过采用高效液相色谱、紫外分光光度与扫描电镜等直接测量手段,与密度泛函理论(DFT)和降解动力学等理论计算方法,综合研究了目标污染物的迁移、转化与降解过程。实验结果表明,该工艺的出水TOC可降低至3 mg/L左右,电导率仅为33μs/cm,能够满足化工尾水的高端回用需求。

医用活性炭精制工艺研究

活性炭孔隙结构复杂,吸附能力强,是一种性能优良的吸附剂.其广泛应用于食品,医疗,制药等高端领域.文章对医药领域专用活性炭的精制处理工艺进行了探讨,介绍了一种高效可行的医用活性炭精制工艺.

一种生物质综合利用的新工艺

本发明涉及一种生物质综合利用的新工艺.本发明可以合理利用丰富的生物质资源:以生物质为原料,经过部分气化产生气化气,生物质焦油和生物质半焦.生成的气化气可合成高端化学品,生物质半焦可制备活性炭或农业用生物炭(炭基肥料,缓释剂,土壤改良剂,修复剂).该工艺可将低品位的固体生物质转化成高品位的化学品.具有优化能源结构,减少温室气体排放,形成低碳环保的生产方式和消费模式,缓解资源,环境与经济发展之间的矛盾,促进社会可持续协调发展.

PET乙二醇低温醇解及单体结晶纯化研究

我国废旧聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)每年产生量达上千万吨.这些废料产生量大,质量轻,堆放空间大,自然分解困难,已对人类的生存环境造成了严重的污染.PET化学再生是实现废旧PET循环最有效的途径之一,而乙二醇醇解法因反应条件温和,醇溶剂挥发性低,副产物少等特点,有望被应用在实际工业生产中.但由于PET在醇解过程会被高温氧化,加之部分PET原料含有较多添加剂及染料,使得醇解得到的对苯二甲酸乙二醇酯(BHET)单体颜色往往较深,以此为原料再聚合的PET(rPET)无法满足高端应用.鉴于此,本文针对PET乙二醇醇解反应中存在的高温氧化致色和PET原料致色的问题制定了两种不同的应对策略,即通过引入助溶剂强化PET乙二醇醇解,实现PET乙二醇低温醇解,以避免在反应过程中因温度过高而生成其他有色副产物;同时开发出新型的结晶脱色方法以实现BHET和有色杂质的高效分离,并以此为基础构建出适用于真实,复杂体系的脱色纯化新工艺,以实现废旧PET纤维的闭环回收再生.主要研究内容及成果如下: (1)开发乙腈辅助的PET乙二醇低温醇解新过程,采用低共熔溶剂催化剂取代传统的Zn(OAc)2催化剂,在最优反应条件下(1.0g PET,4.0g7,二乙醇,4.0g乙腈,0.04g催化剂,900C和12h),PET转化率和BHET收率分别可达96.1%和90.1%,成功地将PET乙二醇醇解反应的温度由1800C降至900C以下,且实现了催化剂和溶剂的高效回收再利用. (2)考察了不同助溶剂辅助醇解过程的PET转化率和BHET收率,发现助溶剂的溶胀作用能够促进PET乙二醇醇解过程在低温条件下进行.研究了乙腈辅助PET乙二醇低温醇解过程的"S型"反应曲线,并将反应分为诱导期,发展期和稳定期三个阶段,发现诱导期时长的对数与相应的反应温度呈线性关系,并成功利用这一线性关系预测其他反应温度的诱导期.通过电子顺磁共振(EPR)表征确认了乙腈辅助PET乙二醇低温醇解过程中有单线态氧的形成,并通过自由基淬灭实验证实了单线态氧的存在与乙二醇低温醇解反应的顺利进行密切相关. (3)开发了结晶纯化工艺用于BHET的脱色纯化,实现了BHET与染料杂质的高效分离,染料脱除率均高于97.5%,且通过调节结晶条件,严格控制结晶过程的冷却速率,能够获得形态更好,尺寸更大的BHET晶体,其染料脱除率高达99.9%.研究了BHET晶体中分散染料的分布情况,发现乙酸乙酯为溶剂重结晶获得的BHET晶体内部没有分散染料残留,仅有少量分散染料(不足50ppm)吸附在晶体的表面,表明乙酸乙酯重结晶的脱色纯化机制与溶剂的物理性质(BHET的溶解度)有关.且通过核磁共振氢谱表征证实了BHET,分散染料和结晶溶剂间不存在氢键作用,其优异的脱色纯化性能并非由分子间的化学相互作用导致. (4)将乙酸乙酯重结晶与活性炭吸附联用,减少了纯化过程中BHET的损失量和活性炭吸附剂的用量,同时实现了深色PET纤维醇解产物的深度脱色,纯化后的BHET与白色PET纤维醇解产物的色差AE+仅为0.28,表明其中的有色杂质已被完全脱除.将纯化后的BHET聚合,制备得到的rPET色度显著改善,有望应用于废旧PET纤维的化学再生.

一种活性炭滚动筛

本实用新型提供一种活性炭滚动筛,包括机架和转轴,转轴倾斜的设置在机架上,转轴上设有筛筒,筛筒由筛网绕卷而成,筛筒的高端设有进料管,筛筒的低端设有出料管,筛筒的外表面紧固有若干个抱箍,筛筒的内壁上设有导流板,转轴为内部中空结构,转轴的一端通过联轴器连有电机,转轴的另一端连有高压气管,转轴位于筛筒内的侧壁上设有出气孔,筛筒的外侧罩有筛罩.本实用新型可以在中空的转轴中通入高压空气,高压空气通过转轴侧壁上的出气孔吹入到筛筒中,将粘附在筛筒上的活性炭颗粒吹落;筛筒内壁上导流板的设置,能够加快筛筒内部活性炭颗粒的搅动,使得筛分速度加快;抱箍的设置增加了筛筒的抗冲击力,延长了滚动筛的使用寿命.