Kinetics and FTIR characteristics of the pyrolysis process of poplar wood
废污泥活性炭对重金属吸附动力学研究
固废处理与处置污泥活性炭对重金属吸附动力学研究徐炜炜㊀王㊀雷∗㊀谢芳芳㊀杨柳阳(南京工业大学环境科学与工程学院,南京210000)摘要:为处理废水中的重金属,将污泥制备成污泥活性炭,并将铁负载在污泥活性炭上,对污泥活性炭进行XRD ㊁FTIR 和BET 表征并将其用于飞灰水洗液中重金属的吸附㊂结果表明,污泥活性炭对Cr ㊁Cu ㊁Pb 和Zn 的吸附平衡时间为40min ;污泥活性炭对重金属的吸附量是随着pH 的增大而增大,在pH 大于8时,吸附量趋于平稳,本实验使用的飞灰水洗液pH 为12.31,无需调节pH ;考虑到经济和实际效益,污泥活性炭的投加量为1.5g /L 最为合适;在投加量为1.5g /L ,温度为25ħ,不调节pH 时,对Cr ㊁Cu ㊁Pb 和Zn 的去除率分别为68.88%㊁80.36%㊁82.77%和72.55%㊂拟二级反应动力学模型能更好的模拟Cr ㊁Cu 和Pb 在污泥活性炭中的吸附动力学行为,而Zn 更符合拟一级动力学模型㊂关键词:污泥活性炭;飞灰水洗液;重金属;吸附;动力学模型EXPERIMENTAL STUDY ON ADSORPTION KINETICS OF HEAVY METALS BYSEWAGE SLUDGE DERIVED CARBONXu Weiwei㊀Wang Lei ∗㊀Xie Fangfang㊀Yang Liuyang(School of Environmental Science and Engineering,Nanjing Tech University,Nanjing 210000,China)Abstract :In order to treat heavy metals in wastewater,the sludge is prepared into Sewage sludge derived carbon,and iron issupported on the Sewage sludge derived carbon.The activated carbon was characterized by XRD,FTIR and BET and used for the adsorption of heavy metals in fly ash water lotion.The results show that the adsorption equilibrium time of Sewage sludgederived carbon for Cr,Cu,Pb and Zn is 40min;The adsorption capacity of Sewage sludge derived carbon for heavy metals increases with the increase of pH.When the pH is higher than 8,the adsorption amount tends to be stable.The pH of the flyash wash water lotion liquid used in this experiment is 12.31,without adjusting the pH value;Considering the economic andpractical benefits,The optimal dosage of Sewage sludge derived carbon is 1.5g /L.When the dosage is 1.5g /L,the temperature is 25ħ,and the pH is not adjusted,the removal rates of Cr,Cu,Pb and Zn are 68.88%,80.36%,82.77%and 72.55%.The simulated secondary reaction kinetics model can better simulate the adsorption kinetics of Cr,Cu and Pb in Sewage sludge derived carbon,while Zn is more in line with the pseudo-first-order kinetic model.Keywords :sewage sludge derived carbon;fly ash wash water lotion;heavy metals;adsorption;kinetic model㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀收稿日期:2020-01-02第一作者:徐炜炜(1994-),男,硕士研究生,主要研究方向为固体废弃物处理及资源化㊂xww940915@ ∗通信作者:王雷(1978-),男,博士,教授,主要研究方向为固体废弃物处理及资源化㊂rabud@0㊀引㊀言重金属污染一直是全球关注的重要环境问题,工农业生产以及人类活动往往会产生大量含重金属的废水,对生态环境和人体健康产生危害㊂Cu 2+㊁Pb 2+㊁Hg 2+㊁Zn 2+㊁Ni 2+等是常见的水污染重金属㊂去除水体中重金属的方法有很多,包括氧化法㊁膜分离法㊁离子交换法以及化学沉淀法等[1]㊂但是这些方法在低浓度重金属废水中的处理效果差且成本较高㊂利用城市污泥制备污泥活性炭吸附重金属是一种新型的重金属处理方法㊂城市生活污水厂产生的污泥中含有大量的有机物,具有被加工成污泥活性炭的条件[2]㊂污泥中的有机物经过炭化形成污泥活性炭,可以用作吸附剂[3-5]㊂目前国内外学者对污泥活性炭进行了大量的研究,主要是利用污泥活性炭优良的吸附效果对废水中有机物[6,7]㊁重金属[8,9]及气体污染物进行去除[10]㊂范晓丹等[11]用污泥活性炭对水中Pb2+,Cu2+,Zn2+和Cd2+进行吸附去除,去除效果大于60%㊂包汉峰[12]等将污泥活性炭与两种商业活性炭做对比,得出污泥活性炭对Cu㊁Pb㊁Cr和Cd的平衡吸附量远远大于两种商业活性炭㊂Mohammadi和Mirghaffari[13]发现通过用氢氧化钾进行活化的污泥活性炭比未活化的污泥活性炭对污水中Cd的吸附效果有明显的提升㊂本文所针对的是焚烧飞灰水洗液,是一种高碱性废水㊂在25ħ时,飞灰水洗液的pH可达12.8[14]㊂焚烧飞灰水洗液中含有很多重金属,本文以大连市某污水处理厂污泥为原料制备成污泥活性炭,并将铁负载在污泥活性炭上,考察了污泥活性炭在吸附时间㊁溶液pH以及投加量对飞灰水洗液中Cr㊁Cu㊁Pb和Zn吸附量的影响,并探讨了污泥活性炭吸附飞灰水洗液中Cr㊁Cu㊁Pb和Zn的吸附动力学㊂1㊀实验部分1.1㊀实验样品本实验所用污泥取自大连市某污水处理厂,含水率为75.7wt.%,为保持污泥的性质不变,实验前放入4ħ冰箱保存㊂本次实验所用的飞灰来源于广州某垃圾焚烧厂,该灰收集于2019年,将取得的飞灰通过100目筛网均匀震动5min,将筛出的均匀飞灰放置于自封袋备用㊂1.2㊀仪器和试剂采用X射线衍射仪(XD6,北京普析通用仪器有限责任公司,中国)对污泥活性炭的晶相结构进行分析;采用傅里叶红外光谱仪(IRAffinity-1S,岛津公司,日本)分析污泥活性炭的官能团;采用全自动比表面和孔隙分析仪(TriStarⅡ,麦克默瑞提克(上海)仪器有限公司,中国)分析污泥活性炭的比表面积和孔径;采用电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-OES) (5110,安捷伦科技(中国)有限公司,中国)测量重金属浓度;实验室pH计(PHSJ-5,上海仪电科学仪器股份有限公司,中国);电子天平(SQP PrACTUM224-1CN,赛多利斯科学仪器(中国)有限公司,中国);恒温振荡器(SHA-C,常州国华电器有限公司,中国);本实验中的化学试剂均为分析纯级(AR),实验用水为去离子水(DW)㊂1.3㊀实验样品前期处理用天平准确称取50g经过100目筛网筛过后的飞灰于500mL烧杯中,然后用量筒分别以液固比(L/S)为8mL/g量取去离子水倒入装有飞灰的烧杯中㊂将烧杯置于水浴锅内搅拌,水洗温度为25ħ,水洗时间为10min㊂然后将水洗液通过0.45μm的微孔滤膜过滤取得飞灰水洗液㊂将实验室pH计校准,然后测量pH值3次,取其平均值并记录㊂并用移液枪吸取7mL飞灰水洗液于比色管中,用硝酸将飞灰水洗液酸化至pH<2,用电感耦合等离子体发射光谱仪对水洗液进行测量重金属,每个处理重复3次,取其算数平均作为最终的分析结果㊂1.4㊀污泥炭吸附实验分别称取0.5g/L㊁1.0g/L㊁1.5g/L㊁2.0g/L和2.5g/L的污泥炭于飞灰水洗液中,在25ħ恒温震荡120min,分别在10,20,40,70,120min时用移液枪吸取7mL的水洗液于离心管中,并做好记号㊂将吸附后的水洗液通过0.45μm的微孔滤膜滤去残渣,用硝酸将飞灰水洗液酸化至pH<2,用电感耦合等离子体发射光谱仪对水洗液进行测量重金属,每个处理重复3次,取其算数平均作为最终的分析结果㊂用下面公式可计算吸附量(mg/g)㊂qe=c0-cem(1)式中:q e为吸附量,mg/g;C0为溶液初始浓度,mg/L;C e为当前溶液浓度,mg/L;V为溶液体积,L;m为污泥活性炭的质量,g㊂2㊀结果与讨论2.1㊀飞灰水洗液的初始浓度将飞灰以液固比为8ml/g,水洗温度为25ħ,水洗时间10min的工况进行水洗,测得的水洗液浓度如下表㊂表1㊀飞灰水洗液的初始浓度元素Cr Cu Pb Zn浓度(mg/L)0.080.109.810.94 2.2㊀污泥活性炭的表征2.2.1㊀污泥活性炭的XRD表征如图1所示,这是污泥活性炭的XRD的图谱, XRD图谱中2θ=20.9ʎ,26.6ʎ和36.5ʎ的衍射峰对应于SiO2的特征峰;2θ=29.4ʎ,39.4ʎ和43.2ʎ的衍射峰对应于CaCO3的特征峰;2θ=37.0ʎ和46.0ʎ的衍射峰对应于Al2O3的特征峰;2θ=24.2ʎ和39.3ʎ的衍射峰对应于Fe2O3的特征峰㊂根据XRD结果可知,污泥活性炭中主要存在硅㊁铝㊁钙和铁等元素㊂图1㊀污泥活性炭的XRD 图谱2.2.2㊀污泥活性炭的FTIR 表征如图2所示,这是污泥活性炭的FTIR 图谱,图谱中波数为3300~3500cm-1的红外吸收峰是羟基( OH)伸缩振动的特征峰,波数为1550~1700cm -1的红外吸收峰是CO 键伸缩振动特征峰[15],在波数为1450~1530cm-1的红外吸收峰为CC 键的特征峰,波数为1000~1100cm-1的红外吸收峰为Si O 键的特征峰[16],可以看出Si O 键的红外吸收峰强度很大,这说明经过炭化形成的污泥活性炭中的无机元素含量很多,该结果与XRD 结果相符合㊂波长(cm -1)㊂图2㊀污泥活性炭的FTIR 图谱2.2.3㊀污泥活性炭的BET 表征如图3所示,这是污泥活性炭BET 物理吸附-脱附等温线及孔径分布,制备的污泥活性炭比表面积为23.3m 2㊃g -1,污泥活性炭滞后环属于H3型滞后环,主要是由堆积形成的狭缝孔材料㊂污泥活性炭的物理吸附-脱附等温线为典型的Ⅳ型吸附等温线,说明污泥活性炭的微观孔结构以介孔(2~50nm )为主[17]㊂根据国际纯粹与应用化学联合会IUPAC 规定,孔径小于2nm 为微孔,孔径在2~50nm 为介孔,孔径大于50nm 为大孔㊂这与计算得出的的平均孔径4nm 所吻合㊂根据孔径分布曲线,可以直观的看到污泥活性炭的孔隙结构㊂从图3(b)中可以看出,在4nm 附近出现了尖峰,而其他不同孔径的分布较为平缓,说明污泥活性炭的孔径都分布在4nm 周围,分布较为集中㊂图3㊀污泥活性炭氮气吸附-脱附等温线及孔径分布曲线2.3㊀吸附时间对重金属吸附的影响将污泥活性炭按投加量为1.5g /L 置于飞灰水洗液中,控制温度为25ħ,恒温震荡吸附120min㊂实验结果如图4所示,一共做了3组平行样,分别测出三组样的浓度并计算出吸附量,可以看出Cr 的吸附量误差在0.001~0.002mg /g,Cu 的吸附量误差在0.001~0.002mg /g,Pb 的吸附量误差在0.16~0.30mg /g,Zn 的吸附量误差在0.01~0.02mg /g,这产生的误差可能是实验操作和仪器误差所造成的,但是在允许范围内,为了数据的可信,取其算数平均数㊂从图中可以看出,无论是Cr㊁Cu㊁Pb 还是Zn,在吸附前期速度很快,Cr㊁Cu㊁Pb 和Zn 在40min 左右吸附就接近平衡,吸附量趋于稳定㊂开始时,吸附速度上升很快,是因为污泥活性炭的吸附点位较多,但是随着吸附反应的进行,可供吸附点位就逐渐减少了,重金属的吸附速度就减缓,吸附趋于平衡㊂同时,污泥活性炭表面存在的大量活性位点与重金属结合,造成污泥炭与溶液中其他重金属的排斥以及重金属进入污泥炭孔内部的扩散阻力,这些因素都使得污泥对Cr㊁Cu㊁Pb和Zn的吸附能力得到减缓[18]㊂污泥活性炭对Cr㊁Cu㊁Zn和Pb的平衡吸附量分别为0.037, 0.053,5.413,0.435mg/g㊂图4㊀吸附时间对重金属吸附的影响2.4㊀pH对重金属吸附的影响分别取6份飞灰水洗液,用硝酸将它们的pH分别调成2㊁4㊁6㊁8㊁10和12,污泥活性炭用量为1.5g/ L,在25ħ恒温振荡120min㊂实验结果如图5所示㊂一共做了3组平行样,分别测出3组样的浓度并计算出吸附量,可以看出它们的误差范围都在3%以内,这产生的误差可能是实验操作和仪器误差所造成的,为了数据的可信,取其算数平均数㊂可以看到在酸性条件下,污泥活性炭对重金属的吸附能力很低,在pH 大于8时,吸附量趋于平稳㊂这是因为当pH值较低时,溶液中存在着大量的H+,这会与污泥活性炭表面的活性基团结合,此时污泥活性炭表面的活性位点被H+所占据,对飞灰水洗液中的重金属不能充分的吸附,所以吸附能力较弱㊂当溶液中的pH升高时,污泥活性炭表面的H+发生了解离,使得原本被H+占据的活性位点暴露出来,对飞灰水洗液中的重金属吸附能力加强[19]㊂所以污泥活性炭的吸附量是随着pH的增大而增大的㊂由于飞灰水洗液的pH在12.31左右,所以不必改变其pH,可以直接进行吸附㊂2.5㊀投加量对重金属吸附的影响分别按投加量为0.5,1.0,1.5,2.0,2.5g/L,温度为25ħ的条件对飞灰水洗液进行吸附实验㊂如图6-9所示,这是Cr㊁Cu㊁Pb和Zn单独用污泥炭吸附的曲线以及拟合吸附量随时间变化曲线㊂随着投加量的增加,在飞灰水洗液中,无论是Cr㊁Cu㊁Pb还是Zn,它们在溶液中的浓度都逐渐降低,去除效率越来越高,这是因为污泥活性炭可供吸附的活性位点变多了,Cr㊁Cu㊁Pb和Zn的最低浓度分别为0.022, 0.015,1.5244,0.2501mg/L,去除率分别为72.50%㊁84.81%㊁84.46%和72.93%㊂针对Cr㊁Cu㊁Pb和Zn 来说,在前40min里,吸附已基本完成,后面已基本达到吸附的平衡㊂但是从吸附量随时间变化曲线中可以看出,污泥炭对Cr㊁Cu㊁Pb和Zn的吸附量最高的投加量分别为1.0,0.5,0.5,0.5g/L㊂这表明污泥活性炭所提供的活性位点没有完全被利用,单位质量的吸附量就变小了㊂结合去除效率以及经济,选择采用1.5g/L的投加量,此时Cr㊁Cu㊁Pb和Zn的去除率分别达到68.88%㊁80.36%㊁82.77%和72.55%㊂图5㊀pH对重金属吸附的影响ʏ 0.5g /L; Ә 1.0g /L; һ 1.5g /L; ▼ 2.0g /L; Ң 2.5g /L㊂图6㊀Cr 的污泥炭吸附曲线(a)以及吸附量随时间变化曲线(b)2.6㊀动力学分析应用拟一级动力学模型和拟二级动力学模型,来拟合污泥炭吸附水洗液中重金属的过程㊂它们的方程如下[20]:d q t d t=k 1(q e -q t )(2)㊀㊀k 1是拟一级动力学反应常数,q e 是平衡吸附量㊂两边积分,q t =0,t =0和q t =q t ,t =t ,得到ln(q e -q t )=k 1(q e -q t )(3)㊀㊀二级动力学模型的表达式为:d q t d t=k 2(q e -q t )2(4)㊀㊀k 2是拟二级动力学反应常数㊂对两边积分可得:t q t =1k 2q e2+1q e()t (5)㊀㊀上述两个模型包含了吸附的所有过程,如薄膜扩散㊁吸附㊁还有分子扩散㊂所以它们都是拟模型㊂两个模型的参数分别由ln(q e -q t )对时间t 作图,t /q t 对时间t 作图确定㊂结果显示在图10~13㊂两个模ʏ 0.5g /L; Ә 1.0g /L; һ 1.5g /L; ▼ 2.0g /L; Ң 2.5g /L㊂图7㊀Cu 的污泥炭吸附曲线(a)以及吸附量随时间变化曲线(b)ʏ 0.5g /L; Ә 1.0g /L; һ 1.5g /L; ▼ 2.0g /L; Ң 2.5g /L㊂图8㊀Pb 的污泥炭吸附曲线(a)以及吸附量随时间变化曲线(b)ʏ 0.5g /L; Ә 1.0g /L; һ 1.5g /L; ▼ 2.0g /L; Ң 2.5g /L㊂图9㊀Zn 的污泥炭吸附曲线(a)以及吸附量随时间变化曲线(b)型的拟合结果由表2给出㊂图10 13给出的是用拟一级反应动力学方程和拟二级反应动力学方程拟合的污泥炭吸附飞灰水洗液中重金属的动力学直线方程㊂从表2可以看出,Cr㊁Cu 和Pb 更符合拟二级反应动力学模型,R 2都在0.99以上,而Zn 更符合拟一级动力学模型㊂并且,可以从理论方程计算出的理论平衡吸附量(q e,cal )与实际吸附量(q e,exp )的差别来判断㊂针对Cr㊁Cu 和Pb 来说,用拟二级反应动力学模型计算出的理论平衡吸附量与实际吸附量更接近,而Zn 用拟一级反应动力学模型计算出的理论平衡吸附量与实际吸附量更接近㊂所以,拟二级反应动力学模型更适合描述污泥炭吸附飞灰水洗液中Cr㊁Cu 和Pb 的过程㊂可以根据拟二级反应的动力学的机理,可以推断出,污泥活性炭对飞灰水洗液中Cr㊁Cu㊁Pb 和Zn 的吸附过程中包括物理吸附和化学吸附,并且是以化学吸附为主[21]㊂拟一级反应动力学模型更适合描述污泥炭吸附飞灰水洗液中Zn 的过程㊂表2㊀拟一级动力学反应和二级动力学反应的拟合参数比较项目投加量/(g/L)q e,exp/(mg/g)拟一级动力学模型拟二级动力学模型R2q e,cal/(mg/g)R2q e,cal/(mg/g)Cr 0.50.04820.94760.02480.99820.0492 10.04870.91540.01740.99950.0492 1.50.03670.89280.01200.99960.0371 20.02880.89010.00990.99920.0290 2.50.02320.87130.00710.99970.0233Cu 0.50.11500.74710.03480.99550.1176 10.07000.77460.03750.99820.0714 1.50.05290.80430.01450.99900.0537 20.04150.78880.01800.99920.0420 2.50.03350.76210.04580.99950.0338Pb 0.515.04020.88457.17820.995715.4918 17.90860.9630 4.81890.99698.12671.5 5.41340.87142.16010.9983 5.52362 4.14070.8547 1.48530.9985 4.2170 2.5 3.31420.77670.79590.9987 3.3725Zn 0.5 1.01000.9925 1.13710.83010.455510.57740.97310.70900.90850.37331.50.43510.98350.43940.91930.289620.33510.98450.39760.95880.26852.50.26950.97460.26430.98670.26183㊀结㊀论1)用污泥炭吸附水洗液中重金属时,在刚开始吸附时,吸附速度很快,然后渐渐趋于平缓,飞灰水洗液中Cr㊁Cu㊁Pb和Zn的吸附平衡时间为40min㊂此时污泥活性炭对Cr㊁Cu㊁Zn和Pb的平衡吸附量分别为0.037,0.053,5.413,0.435mg/g;污泥炭的吸附量是随着pH的增大而增大的,在酸性条件下,污泥炭对水洗液中重金属的吸附量很低,当pH大于8时,吸附量趋于平稳,本次实验所使用的飞灰水洗液呈碱性,pH为12.31,所以无需改变其pH㊂随着污泥炭的投加量变多,污泥炭对重金属的吸附量也逐渐变多,但是单位质量的活性炭吸附量却不是变多的,考虑到经济和实际效益,投加量1.5g/L最为合适,此时Cr㊁Cu㊁Pb和Zn的去除率分别达到68.88%㊁80.36%㊁82.77%和72.55%㊂2)对污泥活性炭吸附水洗液中重金属做动力学分析,Cr㊁Cu和Pb更符合拟二级反应动力学模型,R2都在0.99以上,而Zn更符合拟一级动力学模型㊂ʏ 0.5g/L; Ә 1.0g/L; һ 1.5g/L; ▼ 2.0g/L; Ң 2.5g/L㊂图10㊀Cr的拟一级动力学模型(a)和拟二级动力学模型(b)ʏ 0.5g/L; Ә 1.0g/L; һ 1.5g/L;▼ 2.0g/L; Ң 2.5g/L㊂图11㊀Cu的拟一级动力学模型(a)和拟二级动力学模型(b)ʏ 0.5g /L; Ә 1.0g /L; һ 1.5g /L; ▼ 2.0g /L; Ң 2.5g /L㊂图12㊀Pb 的拟一级动力学模型(a)和拟二级动力学模型(b)ʏ 0.5g /L; Ә 1.0g /L; һ 1.5g /L; ▼ 2.0g /L; Ң 2.5g /L㊂图13㊀Zn 的拟一级动力学模型(a)和拟二级动力学模型(b)参考文献[1]㊀易倡锐,汪彩文,孟杨.玉米芯-污泥基改性复合活性炭对废水中Cd 2+的吸附特性[J].河南科技,2019,663(1):140-142.[2]㊀柯玉娟.污泥活性炭的制备㊁表征及其对Cr(Ⅵ)㊁Cu(Ⅱ)的吸附研究[D].东华大学,2009.[3]㊀NGAMBIA A,IFTHIKAR J,SHAHIB I I,et al.Adsorptivepurification of heavy metal contaminated wastewater with sewagesludge derived carbon-supported Mg(Ⅱ)composite [J].Scienceof the Total Environment,2019,691:306-321.[4]㊀PAULINA,GODLEWSKA,ANNA,et al.Adsorption capacity ofphenanthrene and pyrene to engineered carbon-based adsorbents produced from sewage sludge or sewage sludge-biomass mixture invarious gaseous conditions [J ].Bioresource Technology,2019,280:421-429.[5]㊀WEI J,LIU Y,LI J,et al.Removal of organic contaminant bymunicipalsewagesludge-derivedhydrochar:kinetics,thermodynamics andmechanisms [J ].Water Science andTechnology,2018,78(4):947-956.[6]㊀SMITH K M,FOWLER G D,PULLKET S,et al.Sewage sludge-based adsorbents:a review of their production,properties and use inwater treatment applications [J ].Water Res,2009,43(10):2569-2594.[7]㊀ZOU,JUNYU,SONG,et al.Preparation of low-cost sludge-basedmesoporous carbon and its adsorption of tetracycline antibiotics[J].Water Science and Technology:a Journal of the InternationalAssociation on Water Pollution Research,2019,79(4):676-687.[8]㊀ROZADA F,OTERO M,MORAN A,et al.Adsorption of heavymetals onto sewage sludge-derived materials [J ].BioresourTechnol,2008,99(14):6332-6338.[9]㊀CHEN X G,JEYASEELAN S,GRAHAM N.Physical and chemicalproperties study of the activated carbon made from sewage sludge[J].Waste Manage,2002,22(7):755-760.[10]㊀CHA J S,CHOI J C,KO J H,et al.The low-temperature SCR ofNO over rice straw and sewage sludge derived char [J].Chem EngJ,2010,156(2):321-327.[11]㊀范晓丹,洪惠,张襄楷.微波法再生污泥活性炭对水中重金属的吸附特性[J].净水技术,2015(3):43-46,56.[12]㊀包汉峰,杨维薇,张立秋,等.污泥基活性炭去除水中重金属离子效能与动力学研究[J].中国环境科学,2013,33(1):69-74.[13]㊀LI X,LI W G,WANG G Z,et al.Preparation,characterization,and application of sludge with additive scrap iron-based activatedcarbons.Desalination and Water Treatment,2015,54(4/5):1194-1203.[14]㊀RUNDONG LI,YANLONG LI,TIANHUA YANG,et al.A newintegrated evaluation method of heavy metals pollution control during melting and sintering of MSWI fly ash [J ].Journal of Hazardous Materials,289(2015):197-203.(下转第583页)。
代谢工程改造酵母生产多不饱和脂肪酸的研究进展
第3期庄森炀等：磷酸锆辅助催化水解菌糠制备纳米纤维素晶体的性能·871·简便高效、设备腐蚀性小等优点，同时以食用菌产业的废弃物菌糠为原料制备高附加值的纳米纤维素，不仅能延长食用菌产业链条，提高菌糠的利用率，从而提高食用菌生产的效益，而且实现废物再利用，变废为宝，形成农业循环经济，从而净化生产环境，促进生态农业的发展。
（1）通过单因素探索实验及正交实验得较优工艺条件：超声时间5h、温度75℃及稀硫酸浓度为12.269%，CNCs的得率为42.80%。
（2）菌糠纳米纤维素晶体呈棒状，直径10～30nm。
与天然纤维素相比，菌糠纳米纤维素晶体的FTIR谱图的特征峰无明显变化，说明CNCs基本化学结构未改变。
菌糠纳米纤维素晶体仍属于纤维素Ⅰ型，结晶度由63.79% 增加到81.04%。
参考文献[1] TANG L，HUANG B，LU Q，et al. Ultrasonication-assistedmanufacture of cellulose nanocrystals esterified with acetic acid[J].Bioresource Technology，2013，127：100-105.[2] LU Q，TANG L，LIN F，et al. Preparation and characterization ofcellulose nanocrystals via ultrasonication-assisted FeCl3-catalyzedhydrolysis[J]. Cellulose，2014，21（5）：3497-3506.[3] TORVINEN K，SIEVÄNEN J，HJELT T，et al. Smooth and flexiblefiller-nanocellulose composite structure for printed electronics applications[J]. Cellulose，2012，19（3）：821-829.[4] OKAHISA Y，ABE K，NOGI M，et al. Effects of delignification inthe production of plant-based cellulose nanofibers for optically transparent nanocomposites[J]. Composites Science and Technology，2011，71（10）：1342-1347.[5] ZAMAN M，LIU H，XIAO H，et al. Hydrophilic modification ofpolyester fabric by applying nanocrystalline cellulose containing surface finish[J]. Carbohydrate Polymers，2013，91（2）：560-567.[6] GAO W，LIANG J，PIZZUL L，et al. Evaluation of spent mushroomsubstrate as substitute of peat in Chinese biobeds[J]. InternationalBiodeterioration & Biodegradation，2015，98：107-112.[7] 汪水平，王文娟. 菌糠饲料的开发和利用[J]. 粮食与饲料工业，2003（6）：37-39.[8] 李加友，苗淑杏，姚祥坦. 蘑菇菌糠二次增效发酵及其作物栽培应用[J]. 食用菌学报，2008，15（3）：75-79.[9] BAHETI V，ABBASI R，MILITKY J. Ball milling of jute fibrewastes to prepare nanocellulose[J]. World Journal of Engineering，2012，9（1）：45-50.[10] 刘鹤，王丹，商士斌，等. 纤维素纳米晶须与水性聚氨酯复合材料的性能[J]. 化工进展，2010，29（s1）：236-239.[11] NIDETZKY B，STEINER W. A new approach for modelingcellulase-cellulose adsorption and the kinetics of the enzymatic hydrolysis of microcrystalline cellulose[J]. Biotechnology and Bioengineering，1993，42（4）：469-479.[12] 饶小平. 晶态混合磷酸锆的超分子插层组装[D]. 重庆：西南师范大学，2004.[13] 李颖，刘可，华伟明，等. 苯磺酸修饰的层柱磷酸锆的制备及催化应用[J]. 高等学校化学学报，2011，32（3）：731-737. [14] 卢麒麟. 巨菌草制备纳米纤维素的研究[D]. 福州：福建农林大学，2013.[15] ALEMDAR A，SAIN M. Isolation and characterization of nanofibersfrom agricultural residues-wheat straw and soy hulls[J]. BioresourceTechnology，2008，99（6）：1664-1671.[16] OH S Y，YOO D I，SHIN Y，et al. Crystalline structure analysis ofcellulose treated with sodium hydroxide and carbon dioxide by meansof X-ray diffraction and FTIR spectroscopy[J]. Carbohydrate Research，2005，340（15）：2376-2391.[17] QUA E H，HORNSBY P R，SHARMA H S S，et al. Preparation andcharacterisation of cellulose nanofibres[J]. Journal of Materials Science，2011，46（18）：6029-6045.CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS 2016年第35卷第3期·872·化工进展代谢工程改造酵母生产多不饱和脂肪酸的研究进展孙美莉，刘虎虎，邬文嘉，任路静，黄和，纪晓俊（南京工业大学生物与制药工程学院，材料化学工程国家重点实验室，江苏南京 211816）摘要：多不饱和脂肪酸因其在食品和医药领域的广泛作用而得到人们极大的关注，当前利用微生物发酵生产多不饱和脂肪酸具有诸多优点，由于酵母生产迅速且生物量较高，利用酵母生产多不饱和脂肪酸已成为人们关注的热点。
Study of the kinetics of nucleation and growth
Study of the kinetics of nucleationand growthNucleation and growth are two fundamental processes that occur in many systems, from chemical reactions to the formation of crystals. Understanding the kinetics of nucleation and growth is essential for predicting and controlling the properties of materials. In this article, we will explore the principles behind these processes and examine some of the experimental techniques used to study them.First, let us consider nucleation, which is the process by which a new phase or crystal is formed from a homogeneous solution or gas. Nucleation occurs when the concentration of particles in the solution or gas exceeds a certain critical value, leading to the formation of small clusters of particles. These clusters continue to grow by the addition of more particles until they reach a critical size, at which point they are stable and can continue to grow without further nucleation.The kinetics of nucleation can be described using a variety of models, depending on the nature of the system and the experimental conditions. One commonly used model is the classical nucleation theory, which assumes that the nucleation rate is proportional to the concentration of particles in the solution and the free energy barrier for nucleation. The free energy barrier depends on factors such as the surface energy between the new phase and the existing phase, the size of the critical nucleus, and the temperature of the system.Experimental methods for studying nucleation include microscopy techniques such as transmission electron microscopy (TEM) and scanning electron microscopy (SEM), which can be used to observe the formation and growth of clusters. X-ray diffraction (XRD) can also be used to identify the crystal structure of the new phase.Now let us turn to growth, which is the process by which the clusters formed during nucleation continue to increase in size. Growth occurs when particles in the solution or gas are able to attach to the surface of the cluster and become incorporated into thecrystal lattice. The rate of crystal growth is determined by the concentration of particles in the solution or gas, the surface area of the crystal, and the diffusion coefficient of the particles.The kinetics of growth can be described using the Lifshitz-Slyozov-Wagner (LSW) theory, which assumes that the rate of crystal growth is inversely proportional to the cube of the particle size. This means that smaller particles grow faster than larger particles, leading to a decrease in the overall particle size distribution over time.Experimental methods for studying crystal growth include techniques such as time-resolved XRD, which can be used to monitor the evolution of the crystal structure over time. In situ optical microscopy can also be used to observe the growth of individual crystals in real time.In summary, the study of the kinetics of nucleation and growth is essential for understanding the behavior of materials in a wide range of applications. The principles behind these processes are complex, but can be described using mathematical models such as classical nucleation theory and the LSW theory. A variety of experimental techniques are available to study these processes, including microscopy, XRD, and optical techniques. By combining theoretical models with experimental data, researchers can gain a detailed understanding of the mechanisms behind nucleation and growth, and develop new materials with tailored properties.。
博士申请用研究计划英文模板
pH-Responsive Biodegradable Polymers for Intracellular Drug DeliveryA。
Proposed area of researchThe aim of this proposed PhD project is to develop and evaluate pH responsive, endosomolytic polymers for efficient intracellular delivery of biological drug payloads. There is a need to better understand the mechanisms of entry into the cell cytoplasm and nucleus in order to design optimal delivery systems for biological molecules. On the one hand，this would open up significant opportunities to deliver potent drug payloads against intracellular targets to positively impact human health。
In addition the project aims to develop a more general understanding of the rules governing the uptake of biological molecules into cells。
This project proposes to investigate the use of synthetic， biodegradable polymers for intracellular delivery of drug payloads （including siRNA，therapeutic peptide and antibody) against a well-validated intracellular drug target, such as Bcl—2. The novel pH-responsive polymers have been desig ned by Dr Rongjun Chen’s Lab to mimic the activity of viruses, both in their cell entry and endosomal escape mechanisms. Using cancer cell lines （Jurkat or HL—60 cells) as a model system， the polymers would be tested with a variety of different biological payloads in a quantitative comparison of their ability to enter the cell and trigger apoptosis and subsequently cell death。
几种典型城市生活垃圾的热解特性和动力学分析
几种典型城市生活垃圾的热解特性和动力学分析陈义胜;李姝姝;庞赟佶;刘素霞【摘要】针对四种不同的城市生活垃圾原料:木屑、稻草、橡胶和塑料在不同升温速率(10、20、30、40 ℃/min)下进行的热重分析试验,探讨生物质热解的影响因素.通过热重曲线分析城市生活垃圾的热解规律,并使用阿伦尼乌斯公式和Coats-Redfern积分法计算热解反应动力学参数.研究结果表明:几种典型的城市生活垃圾热解过程分三个阶段:干燥预热、快速失重和缓慢失重阶段.随着升温速率的增加,热解曲线向高温区移动,升温速率升高对热解过程总失重量影响不大;但是提高升温速率会加快热解反应过程.塑料相对于其他三种物质热解失重峰值温度高出120℃以上,塑料的活化能远大于其他三种物质,是四种城市生活垃圾最难热解的物质.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2015(015)035【总页数】6页(P179-184)【关键词】城市生活垃圾;热解特性;热重分析;动力学【作者】陈义胜;李姝姝;庞赟佶;刘素霞【作者单位】内蒙古科技大学能源与环境学院,包头014010;内蒙古科技大学分析测试中心,包头014010;内蒙古科技大学能源与环境学院,包头014010;内蒙古科技大学能源与环境学院,包头014010;内蒙古科技大学分析测试中心,包头014010【正文语种】中文【中图分类】TK6生物质是一种重要的可再生能源，生物质热解气化产生的油和气在一定程度上可以代替石油或天然气。
生物质能源是清洁能源，与化石燃料相比生物质能有低氮和低硫的优点，许多生物质能如农业、林业、市政固体和工业废物可以用来作为生产生物质燃气的原料[1]。
城市生活垃圾是人类日常生活和工业生产所排放的固体废弃物，可造成大气、土壤、和水污染等环境问题。
如果通过适当的技术加以利用，有机垃圾就会成为潜在的生物质能资源[2]。
现有的城市生活垃圾处理方式有焚烧、堆肥和卫生填埋等，但焚烧会导致更严重的二次环境问题，堆肥和卫生填埋效率低占地面积较大，特别对塑料、橡胶等组分很难降解。
核桃壳纤维素降解的FTIR特征
第44卷第3期2008年3月林业科学SCIE NTI A SI LVAE SI NIC AE V ol 144,N o 13Mar.,2008核桃壳纤维素降解的FTIR 特征3邹局春1 郑志锋1,2 凌 敏1 张宏健1(11西南林学院木质科学与装饰工程学院 昆明650224;21东北林业大学材料科学与工程学院 哈尔滨150040)摘 要: 以傅里叶红外光谱(FTIR )为分析手段,研究以苯酚为溶剂、酸催化条件下核桃壳纤维素降解过程中其主要化学基团特征随反应时间的变化。
结果表明:上述过程虽然可以用液化来描述,但本质上是核桃壳纤维素的降解反应,纤维素分子链降解为低聚糖及葡萄糖等低分子物质,最终导致吡喃环开环。
关键词: 核桃壳;纤维素;降解;FTIR中图分类号:T Q35211 文献标识码:A 文章编号:1001-7488(2008)03-0129-06收稿日期:2006-08-02。
基金项目:国家自然科学基金(30371132)资助项目。
3张宏健为通讯作者。
本文的FTIR 测试得到了东北林业大学生物质材料科学与技术教育部重点实验室的支持,在此深表谢意。
Degradation of Cellulose of W alnut Shell B ased on FTIR CharacteristicsZ ou Juchun 1 Zheng Zhifeng 1,2 Ling M in 1 Zhang H ongjian 1(11Faculty o f Wood Science and Decoration Engineering ,Southwest Forestry Univer sity Kunming 650224;21Material Science and Engineering College ,Northeast Forestry Univer sity Harbin 150040)Abstract : By means of FTIR ,the cellulose of walnut shell was liquefied and degraded under acid catalyst in the presence of phenol firstly.The variation of main chem ical groups of liquefied and degraded products of cellulose as a function of reaction time based on FTIR characteristics was discussed in this paper.Results from FTIR spectra showed ,although the course of reaction could be described by liquefaction ,the process was a degradation of cellulose essentially ;cellulose was degraded to low m olecular fragments such as olig osaccharides ,and the pyranoid ring was broken at last.K ey w ords : walnut shell ;cellulose ;degradation ;FTIR近些年来,液化降解已成为生物质利用的主要途径之一,但国内外学者对”液化”定义的认知却各有所见。
磷石膏低温分解研究及进展
磷石膏低温分解研究及进展谢龙贵马丽萍*陈宇航戴取秀崔夏许文娟（昆明理工大学环境科学与工程学院，云南昆明650093）摘要：磷石膏是磷化工中产生量最大的工业废渣，其大量堆存导致严重的环境污染，同时也造成土地和硫资源的大量浪费。
将其用于制硫酸联产水泥能很好的解决磷石膏的堆存问题，然而，磷石膏热分解的高能耗成为了该项技术推广应用的瓶颈，因此，不少学者对磷石膏的低温分解做了一定的研究，研究表明，反应气氛和外加助剂对磷石膏分解温度的降低具有显著贡献。
关键词：磷石膏；低温分解；研究进展The Research Progress of Low-temperature Decomposition ofPhosphogypsumXIE Longgui, MA Liping*,CHEN Y uhang, DAI Quxiu, CUI Xia, XU Wenjuan(Faculty of Environmental Science and Engineering ,Kunming University of Science and Technology，Kunming 650093,China)Abstract: Phosphogypsum is the largest industrial solid waste of phosphorous chemical industry. Its store up in quantity causes serious environmental pollution, moreover, great amount of land and sulfur are wasted. To use phosphogypsum to produce sulphuric acid and cement can decrease its storage volume at a large extent, however, the decomposition of phosphogypsum under high temperature becomes the limits to popularize this technology. Lots of scholars have done a great amount of work to lower the decomposition temperature, the results showed that the reaction atmosphere and some additives do a significant contribution to lower the decomposition temperature.Keywords: Phosphogypsum, Low-temperature decomposition, Research progress基金项目：国家高技术发展计划“863”项目（2007AA06Z321）。
三乙烯二胺分解温度
三乙烯二胺分解温度1. 引言三乙烯二胺（triethylenetetramine，简称TETA）是一种重要的有机化合物，主要用于金属腐蚀抑制剂、染料、胶粘剂等领域。
在工业生产和应用中，了解其分解温度对于控制产品质量和安全性非常重要。
本文将对三乙烯二胺的分解温度进行全面详细、完整且深入的讨论。
2. 三乙烯二胺的性质三乙烯二胺的化学式为C6H18N4，相对分子质量为146.23。
它是一种无色液体，有强烈的胺气味。
三乙烯二胺是由乙二胺通过缩合反应合成而成，具有四个胺基团，因此具有较强的碱性。
3. 三乙烯二胺的分解反应三乙烯二胺在高温下会发生分解反应，产生氮气、氨和其他气体。
分解反应的化学方程式如下：C6H18N4 → 4NH3 + 2N2 + 3C + 9H2根据该方程式可以看出，三乙烯二胺的分解反应产生了大量的氨气和氮气，并释放出碳和氢。
4. 影响三乙烯二胺分解温度的因素三乙烯二胺的分解温度受到多种因素的影响。
以下是一些可能影响分解温度的因素：4.1 温度温度是影响三乙烯二胺分解反应速率的重要因素。
随着温度的升高，分解反应的速率会增加。
因此，较高的温度会导致更快的分解速度。
4.2 压力压力对于三乙烯二胺的分解温度的影响相对较小。
在常压下，三乙烯二胺的分解反应已经可以发生。
然而，在高压下，分解反应可能会更加剧烈。
4.3 催化剂某些催化剂可以加速三乙烯二胺的分解反应。
例如，金属催化剂如铜、铁等可以提高分解反应的速率。
催化剂通过提供反应表面和降低反应活化能来促进分解反应的进行。
4.4 其他因素除了上述因素外，还有其他因素可能会影响三乙烯二胺的分解温度，如溶剂、反应物浓度等。
这些因素的具体影响需要进一步的研究和实验。
5. 实验测定三乙烯二胺的分解温度为了确定三乙烯二胺的分解温度，可以进行实验测定。
以下是一种可能的实验方法：5.1 仪器和试剂•热分析仪（如差热分析仪）•三乙烯二胺样品•惰性气体（如氮气）供应装置5.2 实验步骤1.准备三乙烯二胺样品，并确保其纯度和质量。