2023年第5期最具影响力论文
文摘
科学
2024-10-24 10:22
浙江
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作者邹正康1，郭晓1，梁莎1,2,*，许笑笑1，段华波1,2，杨家宽1,2,3
2. 固废处理处置与资源化技术湖北省工程实验室
3. 煤燃烧国家重点实验室
摘要：
随着我国城镇化水平持续提升，市政污泥的年产量已经超过7000万t。市政污泥中除了有机组分和营养元素外，还含有致病菌、重金属等污染物，存在潜在的环境风险。随着污泥产量逐年增长，污泥处理处置“无废城市”建设面临的突出难题。近年来，随着污泥热转化技术的研究和发展不断深入，其在污泥处理和处置方面展现出较大的应用潜力。本文综述了典型污泥热化学转化技术的研究和示范应用进展，重点总结了污泥焚烧、热解、气化和水热处理等热化学转化技术的基本特点、影响参数、产物组成及热转化产物的资源化利用途径等方面的最新研究成果，同时，对污泥与其他有机固废协同处置的研究和应用进展进行了总结。此外，还对不同污泥热化学转化技术的碳排放强度和水平以及其核算方法进行了总结分析。在此基础上，对污泥热化学转化技术未来的研究方向提出了展望，以期为选择及优化污泥的处理和处置方法提供参考。
作者罗振宁1，徐斌1，唐玉霖1，何欢1，朱斌2，张天阳1,*
单位
1. 同济大学 环境科学与工程学院 水利部长三角城镇供水节水及水环境治理重点实验室2. 上海城投水务(集团)有限公司
摘要：
城市给水厂产生的污泥量大、有机物含量低、无机污染风险高，其绿色低碳处理和资源化利用已成为我国供水行业实现“双碳”目标进程中亟待解决的重要问题之一。本文从国家行业政策与给水厂污泥性质等方面进行了讨论分析，并归纳了处理方法和资源化利用发展趋势。目前，常用的给水厂污泥处理方法包括水体排放、市政排污和陆地填埋等。然而，这些方法存在环境风险、堵塞设施、占用土地、碳排放量大等难题。基于城市给水厂污泥的特性，其潜在的资源化利用方法包括合成吸附材料、混凝/沉淀材料、再生盐材料、建筑材料和农林材料等。若能突破上述关键技术，实现给水厂污泥从“处理”到“资源化利用”的途径转变，将对我国城市供水行业的绿色低碳运行起到重要推动作用。
作者张天宇1,2，何晓满1,2，章斐然3，解佳乐1,2，刘丽敏1,2，林日琛1,2,*，肖睿1,2
单位
1. 东南大学 能源与环境学院
2. 能源热转换及其过程测控教育部重点实验室
3. 江苏省工程咨询中心有限公司
摘要：
二氧化碳还原制备高附加值化学品及燃料是实现零碳排放的重要技术手段，但如何高效、可持续地将二氧化碳转化为更高值的长链分子仍是巨大挑战。相较于传统热化学等技术手段，电催化还原可以在更温和条件下实现产物的高选择性，并且可与生物转化技术耦合，将短碳链分子转化为具有更高附加值的长碳链产物。本文系统综述了二氧化碳电还原过程中电极、催化剂、离子交换膜和电解质四个方面的研究现状，并探讨了影响其性能的关键因素。通过调整铜基催化剂的电子结构、表面结构和配位环境，可以有效强化碳-碳偶联反应，从而可显著提高安培级别的电流密度下C2+产物的法拉第效率。随后介绍了电还原二氧化碳耦合生物发酵延长碳链方面的研究进展，主要从原位耦合和异位耦合两个角度阐释了该耦合技术的优势与挑战。
作者翁志奇，邓斌，张鑫伟，李国能*，郭文文，汤元君，郑友取
单位
浙江科技学院 能源与环境系统工程系
摘要：
为提高电动汽车动力电池包在高温环境下的安全性，设计并测试了一个热电制冷系统，采用了自行开发的肋柱型散冷器，安装了6个热电制冷模块，并采用循环冷却水进行热端散热。在测试中，当输入功率为273.6W时，热电制冷系统的能效比随散冷风速和冷却液流量的增加迅速增加，然后趋于稳定，最佳的散冷风速和冷却液流量分别为2.5m/s和33.3mL/s,系统最大能效比为0.26。针对于一个储电量为36kW·h的锂电动力电池包，电池包箱体内的温度在不同的产热率(50～200W)下的降温幅度均超过20℃。动力电池包在200W的产热率下，其内部温度从68℃降低到45℃以内，表明设计的热电制冷系统可有效降低动力电池包内的温度，从而提高电动汽车的安全性。
作者菅月诚1,2，彭娜娜1,2，高艳珊1,2,*，王强1,2
单位
1. 北京林业大学 环境科学与工程学院 水体污染源控制技术北京市重点实验室
2. 北京林业大学 环境科学与工程学院 污染水体源控制与生态修复技术北京市高等学校工程研究中心
摘要：
随着全球气候变化问题的日益严重，我国做出了“双碳”目标的承诺。目前，我国尚未从根本上解决PM2.5污染问题，与此同时，O3污染逐渐加剧，各地PM2.5和O3复合污染事件频发。因此，持续改善PM2.5和O3污染问题对保护人民健康和实现碳中和目标方面具有重要意义。为了更好地理解和应对PM2.5污染问题，本文概述了NOx和NH3排放以及二次有机气溶胶对PM2.5污染的影响；同时，总结了当前排放源（氮氧化物、挥发性有机物）和气象要素（温度、相对湿度、紫外辐射强度、风速和边界层高度等）对O3污染影响的研究，为改善我国O3污染以及制定减排策略提供方法和理论支撑。此外，综述了我国在PM2.5和O3复合污染区域研究、化学影响机制以及协同减排等方向的研究进展，旨在为我国空气质量改善以及“双碳”背景下PM2.5和O3复合污染的协同治理提供相关参考和指导。
作者杨直渝1，朱科1，许镇浩1，张晓蝶1，严凯1,2,*
2. 华南农业大学 岭南现代农业科学与技术广东省实验室
摘要：
近年来，随着生活水平的提高，我国药品生产和使用量急剧增加；同时个人护理产品的消费量也在快速增长，由此引发水环境中持续存在药物和个人护理产品等新污染物，其中抗生素类药物污染尤为突出。目前，基于过硫酸盐的高级氧化法，因其具有反应时间短、降解效率高、适用范围广等优点，被视为一种具有应用前景的水净化技术。本综述首先详细介绍国内抗生素的使用和污染现状，剖析抗生素的来源和迁移过程，其次系统阐述过硫酸盐的活化体系(热活化、辐射活化、超声活化、金属/非金属催化剂非均相活化等),再次深入探讨过硫酸盐高级氧化技术对抗生素的降解机理(自由基和非自由基机制),最后对该技术仍存在的问题进行了分析，对未来研究方向进行了展望。本文以期为活化过硫酸盐高级氧化技术在降解抗生素的实际应用中提供一定的参考。
作者王勇1，吴昊峰2，金艳1，罗贵铃1，巢艳红1,2，朱文帅2,*
单位
1. 江苏大学 药学院
2. 中国石油大学(北京) 重质油国家重点实验室
摘要：
为减少工业制药废水中的土霉素污染，采用绿色、快速的球磨工艺一步合成了铁掺杂氮化硼纳米片（Fe-BN）,并研究了其对制药废水中土霉素的去除性能。利用球磨的物理机械力，同步实现商品氮化硼的高效剥离和铁基活性中心的掺杂。通过XRD、FTIR、XPS、TEM、N2-吸附脱附曲线等表征分析吸附剂Fe（5%）-BN的理化性质，并系统研究了其对土霉素（OTC）的吸附性能和机理。结果表明：Fe（5%）-BN的比表面积在球磨45min后提升了3倍以上，Fe元素主要以Fe2O3的形式掺杂在BN片层结构中，OTC在Fe（5%）-BN上的吸附容量相较其前驱体商品氮化硼提升了约7.7倍；吸附符合准二级动力学模型和Freundlich等温线模型，吸附过程为自发吸热，吸附机理主要是阳离子桥作用、静电相互作用和π—π作用；经过4次吸附-解吸循环后，OTC的去除率仍高于94%,循环稳定性良好。
作者张仕凯，罗沧海，郑园，肖垚，陈东*
单位
浙江大学 能源工程学院
摘要：
精细化工、环境保护、生物药物等领域通常对化学反应连续性、选择性、安全性等有较高要求，尤其是在涉及强放热反应时，控制不当极易引起火灾甚至爆炸。强化传热传质是解决这些问题的关键。相较于传统的釜式反应器，微反应器具有传质传热效率高、反应参数控制精准、可连续化操作和高效安全等优点。本文总结了微反应器在化工过程的应用，首先分析了微反应器的结构特点与优势，其次总结了强化流体流动、减小传热距离和增大传热比表面积、选择高性能冷却介质以及高导热材料等强化传质传热策略。然后介绍了微反应器在典型强放热反应中的最新应用，包括过氧化反应、硝化反应和重氮化反应。最后总结了微反应器技术的机遇和挑战，从而为微反应器在工业生产领域的设计、制造、应用提供指导。
作者张屿1，赵义军1,*，曾光2，张文达1，张林瑶1，孙绍增1
单位
1. 哈尔滨工业大学 能源科学与工程学院
2. 中电投东北能源科技有限公司
摘要：
在双碳战略下，氨作为新型零碳燃料逐渐受到关注。针对氨燃烧存在着火困难、火焰速度低、可燃性范围较窄的问题，本文从氨的基础特性出发，总结了改善燃料活性（掺混燃烧、富氧燃烧）、热质传递强化和辅助燃烧等强化燃烧技术对火焰传播速度的影响，探究了强化燃烧过程的影响因素及其作用机理。掺混燃烧可以显著提高氨燃烧速度，其中氢气是最有效的强化燃烧剂，随着掺氢比的增加，氨/空气层流火焰速度呈指数型增加；随着碳基燃料掺混比提高，氨/空气层流火焰速度多呈线型增加。富氧燃烧可以显著提升氨燃烧速度，且不会产生碳排放。随着氧化剂氧含量的增加，层流火焰速度呈线性增加。调控燃烧参数的强化燃烧能力有限，而采用辅助燃烧技术则可以针对氨燃烧的不同工况和结构进行灵活调整并实现燃烧的精准强化。在未来氨燃料强化燃烧技术发展中，针对改善燃料活性，可以调整燃料掺混、喷射策略；针对强化热质传递过程，可以优化设计燃烧器结构、燃烧组织方式和调控燃烧参数。此外，可以结合新兴的辅助燃烧技术共同强化氨燃烧并拓宽稳燃边界，在强化燃烧的同时结合NOx排放控制技术，这是实现氨清洁高效燃烧的重要途径。
CoFe2O4/MnO2活化过一硫酸盐降解盐酸四环素的研究
摘要：
针对四环素类抗生素污染物在水中不断累积，对人体健康和生态环境造成严重危害这一问题，本研究制备了CoFe2O4/MnO2新型复合材料，并将其作为高效过一硫酸盐（PMS）活化剂，用于降解水体中的盐酸四环素（TCH）。降解结果表明CoFe2O4/MnO2-PMS体系具有突出的TCH去除效率，反应40min后，去除率可达92.7%,远高于单一催化剂-PMS体系。影响因素实验结果显示，CoFe2O4/MnO2-PMS降解体系具有广泛的pH适用性，并且在各种阴离子的存在下仍能保持较高的降解活性。此外，CoFe2O4/MnO2-PMS降解体系具有良好的稳定性和可重复利用性，在5次循环后仍保持较高的催化活性和TCH降解率。机理分析表明CoFe2O4/MnO2复合材料在催化PMS降解TCH的过程中，存在Co2+/Co3+、Fe3+/Fe2+和Mn3+/Mn4+的价态循环并参与电子转移过程，从而使得活化过程中SO4-·和·OH被充分释放，并通过一系列典型的链式反应高效降解TCH。
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《能源环境保护》创刊于1987年，双月刊，ISSN 2097-4183/CN 33-1264/X，是由中国煤炭科工集团有限公司主管、中煤科工集团杭州研究院有限公司主办的环境类学术期刊。主编由中国工程院高翔院士担任。主要刊载与能源环境保护有关的基础科学、技术科学及其交叉学科领域的学术论文。已被瑞典开放存取期刊目录（Directory of Open Access Journal，DOAJ）、美国《化学文摘》（Chemical Abstracts, CA）、美国《乌利希期刊指南》（Ulrichweb）、欧洲学术出版中心（EuroPub）等数据库收录，连续6年入选《煤炭领域高质量科技期刊目录》T2级。在“双碳”目标下，将进一步聚焦学术前沿、荟萃科学发现、追踪最新动态、汇集最佳成果，推进降碳、减污、绿色低碳发展。
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编辑｜邵方嫄
审核｜金丽丽
