磁性β-环糊精硅胶基吸附剂制备及吸附性能

为研究一种用于去除亚甲基蓝(MB)染料的环保、可循环利用,且具有优良吸附性能的吸附材料,采用溶剂热法结合溶液共混法合成磁性β-环糊精硅胶基吸附剂(m-Fe₂O₃/β-CD/SiO₂),利用傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、BET法对吸附剂进行表征。通过吸附试验研究吸附时间、溶液pH值、MB质量浓度、温度和共存离子对吸附剂吸附性能的影响。结果表明：m-Fe₂O₃/β-CD/SiO₂对MB的最大吸附容量为80.00 mg/g;其对MB的吸附与准二级动力学模型和Langmuir吸附等温模型有很好的拟合关系,吸附过程是均匀表面的单层化学吸附;经5次吸附-解吸附循环试验后,吸附剂的吸附容量为初次吸附容量的71.42%;该吸附剂用于湖水中MB的吸附分离获得了较好的结果。     

基于分子动力学的镁橄榄石表面分子吸附与溶解研究

采用分子动力学模拟方法研究了镁橄榄石(Mg2SiO4)表面的吸附特性和溶解过程.计算了H2O、CO2在Mg2SiO4(O10)表面的吸附能、径向分布函数、解吸附能量壁垒,探讨了Mg2SiO4(010)表面上Mg2+、Si4+在纯水和离子浓度为1 mol/L 的NaCl、KCl、CaCl2、H3OCl、Na2CO3溶液中...     

有机/无机复合材料吸附分离CO2的模拟研究

从烟道气中分离二氧化碳对于降低大气温室效应具有极其重要的意义。构造了由聚合物6FDA-1,5-NDA和多孔性二氧化硅组成的有机/无机复合材料吸附剂模型,并用GCMC方法模拟了烟道气[n（CO2）：n（N2）=15：85]在该材料中的吸附行为。结果表明,这种复合材料吸附剂对CO2的吸附量和选择性随着聚合物含量的增加而增加。在相对较低的温度下,复合材料吸附剂对CO2的选择性随压力的升高而缓慢下降,并趋向于一个平衡值;在高温下,吸附剂对CO2的选择性基本不随压力变化。在一定的吸附压力下,CO2和N2的吸附量均随温度的升高而快速下降,但CO2吸附量下降幅度比N2快,导致吸附剂对CO2的吸附选择性随温度的升高而下降。     

钙基水合改性飞灰吸附剂脱除模拟烟气中SO2的实验研究

对燃煤电厂废弃物飞灰进行水合改性制备飞灰吸附剂,并将其用于模拟烟气中进行SO_2的脱除。实验结果表明,飞灰经水合改性后,其脱硫能力得到极大提高。在水合过程中,水合时间、飞灰、CaO和CaSO_4所占比例对改性飞灰吸附剂的脱硫效率都有一定影响。其中影响最大的因素是水合时间,水合时间越长,其脱硫效果越好。CaO和CaSO_4的加入,可以有效改善飞灰吸附剂的表面结构,从而提高吸附剂脱硫能力;BET和FTIR结果表明,水合时间越长,其孔隙结构越好,脱硫能力也越强;SO_2的主要活性吸附位为C—O—C和—OH。该改性飞灰吸附剂脱除SO_2既包括物理吸附又包括化学吸附。在最佳制备条件下制得的水合改性飞灰吸附剂的最大硫容为1430.1μg/g。     

硅胶的改性及其脱碳性能研究

以稀硫酸溶液改性硅胶得到新型CO2吸附剂,探究CO2静态吸附中的硫酸浓度(cs)与吸附温度(ts)对CO2吸附量的影响,得到了最佳制备与吸附条件:cs=0.125 mol·L-1,ts=20℃,此时CO2吸附量可达33.97 mL·g-1.为了揭示吸附剂结构性能,分析吸附机制,对吸附剂进行氮气吸脱附分析,结果表明:硫酸溶液的浸渍具有清理硅胶孔道与扩孔效果,增加硅胶表面羟基数量,对CO2吸附有着良好的促进作用,有效地降低了CO2吸附温度的敏感性.通过对改性吸附剂的吸附动力学与热力学分析,表明改性后吸附剂符合准二级动力学模型.在不同吸附温度下,热力学参数保持VH0>0,VS0>0,VG0<0,表明反应是吸热过程,改性后吸附反应正向自发,温度越高自发进程越快.另外吸附剂重复使用10次后仍然保持较高吸附效果,为工业应用提供了可能.     

水在金属镁表面吸附的第一原理研究

采用第一性原理赝势平面波方法,通过Materials Studio软件中的castep模块,研究了水分子在Mg(0001)表面吸附行为,揭示了镁合金钝化机理。研究了水分子在Mg(0001)表面顶位T1、桥位B2、穴位H3、穴位F4吸附情况,重点研究水分子置于T1位置的3种情况,即:水分子平行镁表面T1p,水分子垂直表面T1v,水分子所在平面与镁表面有一定倾斜T1i。计算给出了吸附能、电荷密度、差分密度、水的键长键角,分析了结构的稳定性和原子间的成键情况。结果表明:水分子在Mg(0001)表面吸附时候,氧原子与表面成键,且在顶位吸附且吸附构型是倾斜时最稳定。吸附能为-0.429 3 eV(=-41.21 kJ/mol),并且吸附能大于40 kJ/mol,吸附为化学吸附。吸附过程中表面镁原子的电子向水分子转移,使镁表面电位向正方向移动,会使镁产生钝化。吸附使水分子键长增长,键角增大,即水中各原子间作用减弱,可与Mg形成水合分子或MgO、或Mg(OH)2,从而发生钝化。     

真空变压变温耦合吸附过程捕集烟道气中CO2的研究

研究了用六步真空变温变压耦合吸附工艺(VTSA)捕集烟道气中CO2的过程。考察了不同再生温度和压力下用VTSA工艺分离CO2的效果。在压力为10kPa和温度为423K的再生条件下,烟道气中CO2的纯度由15.0%增至93.4%,同时具有95.4%的回收率。对六步VTSA工艺过程进行了模拟,并通过实验结果对模型进行验证。最后模拟了一个不包含降温过程的五步VTSA工艺,以提高吸附剂的产率。     

水滑石与氢氧化镁纳米晶的液相法制备及其生成机制

研究了纳米晶镁铝水滑石Mg6Al2(OH)16CO3·4H2O与 Mg(OH)2 的液相法制备及其物相变化.X射线衍射(XRD)和透射电镜(TEM)分析表明,在制备温度分别为30 ℃的低温和190 ℃的高温,可获得纯度大于99%的氢氧化镁针状纳米晶,在45~150 ℃的中间温度范围,可获得纯度大于 99%的镁铝水滑石针状纳米晶.合成温度由35 ℃提高到45 ℃时,生成物相由氢氧化镁变成镁铝水滑石相;合成温度由 170 ℃提高到190 ℃时,生成物相由镁铝水滑石相变成氢氧化镁相.提出低温时生成物的变化与瞬间生成无定形态的Mg(OH)2 有关,无定形态的Mg(OH)2 沉淀为Al13(OH)7 32 中铝离子以及CO2-3 扩散进入Mg(OH)2提供了更为有利的条件.高温时生成物的变化,是由于温度的升高,使含结晶水的镁铝水滑石纳米晶中间层中的高极性水分子堆积所要求的一定的物理条件受到破坏所致.     

花状五水合碳酸镁的制备及形成机理研究

以菱镁矿为原料,磷酸二氢钾为添加剂,通过水溶液法合成了花状五水合碳酸镁,利用扫描电子显微镜、X射线衍射和FT-IR对晶体的微观形貌、晶相组成进行了分析,探讨了热解时间对晶体形貌的影响,分析了其形成机理,研究了五水合碳酸镁的晶体结构.结果表明,热解时间为30min时,可获得长15~30μm,宽100~500nm的花状五水合碳酸镁.五水合碳酸镁晶体中Mg2+呈两种不同的八面体配位,分别构成水合络阳离子Mg(H2O)2+6和络阴离子〔Mg(H2O)4(CO2-3)2〕2-,其化学式为Mg(H2O)6·Mg(H2O)4(CO2-3)2.磷酸二氢钾在五水合碳酸镁表面的吸附作用,改变了各晶面的表面能和生长速度,促使其异质成核并逐渐叠合形成花状体.     

两种工业用Al_2O_3吸附剂的结构和性质的研究

对用于净化对苯二甲酸生产中循环氮气的氧化铝吸附剂G(德国制)和W(国产),进行了结构和性质的研究。根据经不同温度熔烧的样品的X光衍射图,确定G的主要物相为η-Al_2O_3,混有少量薄水铝石;W的主要物相为薄水铝石,混有少量拟薄水铝石。这一结论又通过再水合后样品的X光衍射图得到肯定。这两种氧化铝吸附剂在孔结构,表面性质和吸附性能上都显示出明显的差别。故在应用时不宜轻易互换替代。     

锆基金属有机框架的绿色合成及其对染料废水的吸附性能

传统锆(Zr)基金属有机框架(MOFs)材料大多使用有毒的配体和溶剂合成,在去除污染物的同时引入新的污染物。采用水热法合成了以L-天冬氨酸(LA)为配体的Zr基MOFs材料MIP-202,以期开发一种绿色环保且具有优异吸附性能,并可循环利用的吸附剂。以亚甲基蓝(MB)为去除对象,研究pH、吸附时间、温度和共存离子对MIP-202吸附性能的影响,拟合了动力学和热力学参数,并考察了吸附剂的循环利用性能和实际应用效果。结果表明：吸附容量随pH的升高而增大;吸附过程属于放热反应,并遵循准二级动力学和Langmuir吸附等温式,最大吸附容量为192.31 mg/g;吸附性能受共存离子的影响较小;5次循环使用后吸附容量仍有初始吸附容量的85.10%。模拟纺织废水试验表明该吸附剂具有实际应用价值。     

西沙严酷海洋大气环境下AZ31镁合金的长周期腐蚀行为

通过现场暴露实验,研究了AZ31镁合金在西沙海洋大气环境下暴露4 a的长周期腐蚀行为.利用扫描电镜观察表面、截面的腐蚀产物以及去除腐蚀产物后的腐蚀形貌,并用能谱分析及X射线衍射仪对腐蚀产物的元素含量及相组成进行分析.研究结果表明,AZ31镁合金在西沙海洋大气环境下发生了较为严重的腐蚀,4 a内的平均腐蚀速度为11.95μm·a-1.Cl-和CO2在镁合金的腐蚀过程中起着至关重要的作用.吸附液膜中的Cl-主要破坏镁合金的保护膜,使镁合金发生阳极溶解;而CO2则会中和阴极反应产生的碱性离子并与Mg(OH)2发生反应生成含不同结晶水的Mg5(CO3)4(OH)2·xH2O表层腐蚀产物.由于表层腐蚀产物阻挡了CO2和Cl-向镁合金表面的传输,靠近基体处的腐蚀产物主要为Mg(OH)2.     

CeO_2@SiO_2微球吸附剂的制备及对氟离子的高效吸附

为研究真空旋转蒸发技术制备CeO_2@SiO_2新型吸附剂对氟离子的吸附行为,使用多孔二氧化硅微球为载体,分别采用四水合硫酸铈、六水合硝酸亚铈和七水合氯化亚铈为铈源,采用BET、XRD和SEM-EDS等对合成材料进行性能表征,并通过静态吸附实验分析了担载量、p H值、吸附时间、液固比和氟离子浓度对CeO_2@SiO_2吸附性能的影响。结果表明:以七水合氯化亚铈为铈源制备的CeO_2@SiO_2新型吸附剂对氟离子去除效果最佳,其最佳合成温度为75℃,二氧化硅微球添加量为4 g时,获得最佳担载量;该吸附过程均符合准二级动力学模型、颗粒内扩散模型和Freundlich等温模型;在p H=3、吸附时间1 h和液固比为0. 15 g/100mL的条件下,CeO_2@SiO_2新型吸附剂对氟离子获得较好的去除效果,在Freundlich模型中n=5. 142,该过程为优惠吸附。     

污泥基吸附剂的制备及吸附铜离子的性能

以焦化污水处理过程产生的剩余污泥为原材料,采用水热炭化法和热解法将其制成污泥基吸附剂,并研究其对重金属Cu2+的吸附性能。采用正交实验法确定水热炭污泥基吸附剂的最佳制备条件是反应温度170℃、反应时间1.5 h、水与湿污泥之比是15 m L:95 g;在水热炭化之后的热解温度为600℃,制得热解炭污泥基吸附剂。通过比表面分析仪、扫描电子显微镜、傅里叶红外光谱仪、X射线衍射仪等分析手段,对污泥基吸附剂进行吸附性能分析,初步探究吸附机理。采用污泥基吸附剂对Cu2+的吸附实验表明,水热炭化法制得的污泥基吸附剂对Cu2+的吸附率70.26%,水热炭化法联合高温热解法制得的污泥基吸附剂对Cu2+的吸附率为96.80%,为焦化废水剩余污泥的处理处置和综合利用提供了参考。     

MgZnAl复合金属氧化物对Cr(Ⅵ)的吸附

采用共沉淀法合成了Mg2ZnAl-CO3水滑石,并用XRD、TG-DTA、IR和TEM进行表征.以其为前驱体,经焙烧制得吸附剂,对模拟废水中的Cr(Ⅵ)进行了吸附研究.结果表明,吸附的最佳实验条件为:温度为35℃,pH为6,吸附时间为40min,Cr(Ⅵ)初始浓度为120mg/L.在最佳吸附条件下,吸附剂对废水中Cr(Ⅵ)的饱和吸附容量为31.44mg/g,相应的吸附去除效率为86.90%.     

CO、N2在金属Y表面的吸附行为

对Y原子采用相对论有效原子实势(RECP/SDD),C、O、N原子采用6-311 G**基函数,利用B3LYP方法计算了YCO和YN2分子的微观结构以及不同温度下的热力学函数.以气态分子总能量中的振动能EV代替该分子处于固态时的振动能量,以电子运动和振动运动熵SEV代替分子处于固态的熵的近似方法,计算了不同温度下金属Y与CO、N2反应的ΔHΘ、ΔSΘ、ΔGΘ及反应平衡压力,导出了反应平衡压力与温度的关系.计算得出在标准条件下,YCO(s)的生成焓为-69.88 kJ.mol-1,YN2的生成焓为-46.34 kJ.mol-1.比较YCO(s)、YN2(s)和YH2(s)的G ibbs自由能ΔGΘ,可得到在常压及298.15~998.15 K温度条件下,吸附平衡压力pH2Kp(CO)>Kp(N2).比较YCO(s)和PdCO(s)的G ibbs自由能ΔGΘ以及YN2(s)和PdN2(s)的Gibbs自由能ΔGΘ,得到在常压及298.15~998.15 K温度条件下,Y对CO和N2的吸附弱于Pd对CO和N2的吸附.由此,可以认为在纯钯中加入钇,一方面增强了H2在合金膜表面的吸附,另一方面减弱了杂质气体CO和N2的吸附,从而有效提高了渗氢速率.     

CaO/MgO和CaO/Ca9Al6O18吸收CO2的循环反应特性研究

钙基吸收剂是CO2捕集技术中常用的吸收剂,但随着循环次数的增加,天然钙基吸收剂循环反应特性下降明显.采用葡萄糖酸钙(Ca(C6H11O7)2)与葡萄糖酸镁(C12H22MgO14)及L-乳酸铝([CH3CH(OH)COO]3Al)作为前驱物,通过湿法混合的方法处理,制得了5种新型钙基吸收剂,试验研究了其吸收CO2的循环吸收能力及循环稳定性,分析了吸收剂组分、煅烧温度、煅烧气氛等条件对新型吸收剂循环反应特性的影响规律.研究结果表明,选用此前驱物制备的吸收剂,其循环反应特性明显高于传统的钙基吸收剂;其中,CaO/MgO(75wt%/25wt%)吸收剂具有最好的循环吸收能力,CaO/Ca9Al6O18(75wt%/wt25%)吸收剂具有最好的循环稳定性.通过研究煅烧条件对这两种吸收剂循环反应特性的影响,得到:850℃时,吸收剂表现出最佳的反应特性,而随着温度的升高,吸收剂的循环吸收能力有所下降;煅烧气氛对吸收剂循环吸收特性的影响与煅烧温度有显著的关系.     

贝壳脱除垃圾焚烧烟气中氯化氢的实验研究

为解决海岛生活垃圾焚烧中消除HCl问题,研究贝壳代替传统钙基吸附剂可行性。利用贝壳、Ca(OH)_2和Ca CO_3对高温模拟烟气进行HCl吸附实验,讨论了温度、吸附剂成分、吸附反应平衡和Ca/Cl物质的量之比对吸附剂脱氯性能的影响。结果表明,温度高于700℃时,贝壳的脱氯效果优于Ca(OH)_2和Ca CO_3;贝壳与钙基吸附剂脱氯规律有相似之处,高温下,Ca(OH)_2首先转化为Ca CO_3来发挥吸附作用;而贝壳主要成分为Ca CO_3;温度高于700℃时,贝壳吸附HCl反应的平衡浓度与Ca(OH)_2和Ca CO_3相当或更低;综合热值、脱氯效率等因素,最佳贝壳投加量为垃圾总量的9%～13%。     

CO2水合固化相变的热力学特性

CO2水合固化反应热的确定是实现煤体CO2水合固化防突的关键。依据ClausiusClapeyron方程和三参数对应态原理,建立CO2水合固化反应热计算模型;利用CO2水合分离实验装置,结合定温压力搜索法测定CO2水合分离相平衡参数;由CO2水合固化反应热计算模型得到实验设计体系的反应热,分析相平衡参数和SDS促进剂对CO2水合固化反应热的影响。结果表明:CO2水合固化反应具有较高反应热,且反应热的大小与相平衡参数和促进剂浓度有关。相平衡温度和相平衡压力越低,反应热越大;SDS浓度越高,反应热越低。该研究为CO2水合固化提供了技术参考。     

原位漫反射红外光谱研究CO、CO2在Rh-Mn-Li/SiO2催化剂上的化学吸附

在温度25~300℃和压力0.1~3.0 MPa范围内,利用原位漫反射红外光谱法研究了CO和CO2在Rh-Mn-Li/SiO2催化剂上的化学吸附。在0.1 MPa和25℃时CO在该催化剂上存在线式、孪生和桥式吸附,以桥式吸附为主,3种吸附均能快速达到吸附平衡。压力保持0.1 MPa,温度由25℃升至300℃时,线式比桥式先脱附,至265℃时,3种吸附基本脱附完全;当温度维持205℃不变而压力逐步由0.1升至3.0 MPa时,线式吸附增量较少,桥式吸附增量较多;CO2在0.1 MPa,25℃时就能发生快速的解离吸附,即CO2→CO O,其吸附行为表现为CO的线式吸附,但吸附峰与纯CO吸附时不同;当温度稳定在25℃而压力逐步升至2.5 MPa时,不仅CO2吸附量增大,而且其2052 cm-1吸附峰有向高波数移动的趋势。