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“青年科学家”专栏

来源：洁净煤技术

专题来自于《洁净煤技术》2024年02期，共34篇研究成果。

行业视野: 洁净煤技术
类别; 156个
关键词; 199位
专家; 34篇
论文; 16003IP
点击量; 5884次
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煤基固废制备胶凝材料研究进展及应用

作者(Author)：常瑞祺, 张建波, 李会泉, 曲江山, 李少鹏, 李占兵, 武文粉

摘要：煤矸石、粉煤灰、气化渣作为煤炭开采—化工转化—燃煤发电等过程产生的固体废弃物,年排放量超过15亿t,综合利用率约60%,主要以低端建工建材消纳为主,市场趋于饱和。随着环保政策趋近,煤基固废的资源化利用新途径开发迫在眉睫。基于煤基固废具有铝硅酸盐成分、潜在的火山灰活性和特殊的微观结构等胶凝特性,低成本高性能的低碳胶凝材料成为其规模化高值利用的新途径。综述煤基固废胶凝材料的活性激发技术及应用领域。活性激发方面,阐述了物理激发、碱激发和酸激发等活化方式对胶凝材料矿相变化的影响规律和产品性能调控,总结了现有技术的优势和需要解决的问题。应用领域方面,分析了煤基固废胶凝材料在建筑材料、道路修复、环境修复等领域的应用效果。基于上述现状,对煤基固废胶凝材料激发机理研究、组分配比优化、材料环保性能、工程应用推广等未来发展方向进行展望。研究对煤基固废制备胶凝材料具有重要的借鉴意义,为煤基固废规模化利用提供新途径。

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洁净煤技术

2024年第02期

532

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煤粉炉掺烧造纸污泥的污染物排放

作者(Author)：吕溥, 翟宏广, 郝迎志, 孟宪栋, 杨方雄, 田永静, 谭全银

摘要：燃煤锅炉掺烧是一种经济可行的污泥处置方式,由于造纸污泥有机质含量较高,采用造纸厂内已建成的燃煤供热锅炉掺烧造纸污泥,既可以减少造纸厂处理污泥的成本,又能利用污泥热能。掺烧造纸污泥可能会使锅炉产生的烟气和灰渣等固体废物中的污染物有所变化。利用造纸厂2×300MW机组锅炉进行掺烧造纸污泥试验,检测产生污染物的变化情况。掺烧试验共掺烧造纸污泥755t,燃煤与掺烧污泥的掺混比为22∶1,混合燃料相比燃煤热值稍下降。掺烧试验持续3d,对烟气、干化污泥、炉渣和粉煤灰进行样品采集,共采集掺烧前3个烟气样品、3个干化污泥样品,各采集1个炉渣粉煤灰的空白样品,共采集掺烧后6个烟气样品、16个炉渣样品及50个粉煤灰样品。检测结果显示,烟气中常规性气体污染物如NOx增加1.5倍,SO2浓度略增加,检测出重金属Ni、Zn、Ba、Se、Cr、Mn、Sb、Pb、Cu,其中重金属Ba和Zn浓度较高,空白组烟气未检测出二噁英,掺烧组二噁英类平均质量浓度为1.20pg/m3(以TEQ计)。相比空白组,掺烧后炉渣中Pb浓度增加最明显,增长2.5倍;而Cu、Ni、Co、Al、Ti重金属浓度下降,空白组炉渣中二噁英质量分数为2.10pg/g,掺烧组炉渣中二噁英质量分数为2.00pg/g;相比空白组,粉煤灰中重金属元素Ba、Mn、As浓度增加明显,增长1.5~2.0倍,而Cu、Zn、Ni、Pb、Co、Ti、Al浓度下降,空白组粉煤灰中未检出二噁英,掺烧组粉煤灰中二噁英质量分数为2.00pg/g。本次掺烧试验产生的污染物均未超过国家标准限值。

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洁净煤技术

2024年第02期

333

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失活石灰石自活化增强循环捕集CO2特性

作者(Author)：孙荣岳, 胡天骄, 尹鹏祥, 申昊, 陶成飞, 吕勋

摘要：钙循环工艺是一种低成本高效率捕集CO2技术,运行过程需不断补充新鲜吸收剂并排出失活吸收剂,实现失活钙基吸收剂原位资源化利用具有重要意义。为研究颗粒状石灰石失活后自活化特性,运用双固定床反应器制备了失活石灰石,分析了自活化后石灰石碳酸化转化率随循环次数的变化规律,采用XRD、SEM、N2吸附等分析测试手段探究了自活化提高失活石灰石循环捕集CO2性能机理。结果表明,失活石灰石置于环境中可吸收空气中水分生成Ca(OH)2,吸水率φ达100%后,继续吸水生成氢氧化钙水合物,极限吸水率为130%。不同程度自活化后的石灰石循环捕集CO2性能均有不同程度提高,随吸水率变化呈线性升高趋势。与分析纯CaCO3相比,失活石灰石对吸水率变化更敏感,随吸水率升高其循环捕集CO2性能提高更快。吸水率为130%时,自活化后石灰石循环捕集CO2性能甚至优于新鲜石灰石。微观结构分析结果显示:新鲜石灰石因高温烧结而失活过程中,CaO晶粒尺寸由41.9nm长大至72.2nm,孔隙结构发生坍塌阻塞,比孔容和比表面积显著降低。经过自活化,煅烧后的石灰石中CaO晶粒尺寸降低,原本密实的表面重新生成孔隙结构;吸水率为130%时,晶粒尺寸降至35.1nm,比孔容和比表面积分别恢复至新鲜石灰石的70.5%和107.6%,特别是10~100nm孔隙得以再生,因此失活石灰石循环捕集CO2性能恢复。虽然自活化过程会加剧失活石灰石颗粒磨损速率,但吸水率100%的自活化石灰石磨损导致直径每小时减小量仅为颗粒直径的0.55%。综上所述,自活化后的失活石灰石完全可替代新鲜石灰石,作为补充钙基吸收剂用于钙循环捕集CO2。

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洁净煤技术

2024年第02期

270

150
煤粉预热-低氮燃烧机理及颗粒物协同控制

作者(Author)：朱广庆, 胡润洁, 惠世恩, 牛艳青

摘要：通过燃烧优化有望实现煤粉高效低氮燃烧与颗粒物(PM)的协同源控制,也是完成低碳的重要清洁燃烧方式。为阐明预热-燃烧过程NO和PM生成特性和减排机理,针对预热过程中煤氮的析出、挥发分氮的转化以及预热-燃烧过程NO的生成和还原机制及PM生成展开研究。烟气中主要气体组分和PM分别采用烟气分析仪和荷电低压撞击器(ELPI+)测量和记录。结果表明,气相过量空气系数(αgas)可作为以气相反应为主的预热区反应性(氧化性或还原性)的有效判据。适当增大预热区过量空气系数(αp)会增加预热区NO生成,但明显降低整个预热-燃烧过程中NO生成。高预热温度可显著降低NO的生成,预热温度由1200K升至1600K时,NO降低效率由42.25%提高至51.44%。然而,αp持续增加将减弱NO脱除率的下降趋势。燃烧温度升高对焦炭氧化生成NO和焦炭还原NO过程均有促进作用,但对NO生成的促进作用更显著。同时,预热-燃烧降低细颗粒物生成,尤其是PM0.3生成量减少27.57%。预热-燃烧技术可实现燃烧过程中对PM和NO生成的协同源控制,对煤炭清洁燃烧有重要意义。

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洁净煤技术

2024年第02期

309

144
不同载体粒径的催化剂对甲烷氧化还原NOx特性及机理

作者(Author)：陈晨, 安东海, 宋佳霖, 程星星

摘要：通过负载的方式制备了不同粒径(10、20、30nm)Al2O3载体的催化剂,纳米级氧化铝为载体的Cu/SMA(a)(a=10,20,30)催化剂并测试了其催化效率,结果表明催化剂的甲烷催化还原NO及甲烷催化氧化效率顺序均为Cu/SMA(20)>Cu/SMA(10)>Cu/SMA(30)>Cu/Al2O3催化剂。Cu/SMA(20)甲烷催化还原NO的能力最优。进一步通过TEM、BET、XPS及NH3-TPD对催化剂的物理化学性质进行分析,TEM测试结果表明小颗粒纳米级氧化铝作为催化剂载体可更好分散作为活性组分的氧化铜,有利于增强催化剂的催化活性;XPS及NH3-TPD测试结果表明Cu/SMA(a)(a=10,20,30)催化剂相比于Cu/Al2O3催化剂拥有更多氧空位及酸性位点;且该催化剂含有发达的孔隙结构,为甲烷在催化剂作用下发生的氧化还原反应提供了更多的接触位点,同时催化剂含有较高的空位氧Oβ,增加了催化剂脱硝效率。进一步通过H2-TPR和TR-FI对反应机理进行分析,催化剂中的Cu2+物种在反应中更易被还原为Cu+,Cu+在接下来的脱硝反应中起协同作用,对甲烷催化还原NO具有促进作用,NO先与O2发生反应生成了中间态物质,随后CH4发生氧化还原反应而生成N2。

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洁净煤技术

2023年第11期

408

199
碳基二氧化碳吸附材料研究进展

作者(Author)：于航, 孟洪, 杨祥富, 金君素

摘要：近年来,以CO2为主的温室气体在大气中的浓度持续增加,温室效应日益加剧。二氧化碳捕集、利用与封存(CCUS)是实现碳中和的托底技术,二氧化碳捕集成本占整个CCUS全链条的70%左右,开发低成本二氧化碳捕集技术是推动CCUS技术应用推广的重中之重。虽已开发多种先进材料(如沸石、金属有机骨架、介孔二氧化硅和聚合物)以应对二氧化碳捕集,但对活性炭(ACs)的研究仍是主流。碳材料具有来源广泛、价格低廉、孔隙结构丰富、物理化学性质稳定等优点,是一种极具应用潜力的二氧化碳吸附材料。现有碳基吸附材料仍存在二氧化碳吸附容量低、吸附选择性差等缺点,制约了其在二氧化碳捕集领域的应用,国内外研究人员开展了大量的碳基吸附材料改性工作,以满足工业应用需求。通过梳理碳基吸附材料造孔和表面改性两方面介绍了近几年国内外研究进展,总结了现有的物理活化法、化学活化法、模板法等造孔方法以及表面氧化、氮杂化、硫杂化、金属杂化等改性方法,并全面分析了不同方法的优缺点。针对目前的造孔技术,综合考虑选用更低成本的软模板剂和更易处理的硬模板剂;而在众多改性方法中,氮杂化改性和金属杂化改性目前研究较多,也是最有可能实现碳基吸附材料大规模放大生产的途径之一。

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洁净煤技术

2023年第11期

582

231
煤基炭膜处理废水的研究进展

作者(Author)：韩倩, 刘志铭, 杨小芹, 林喆, 秦志宏, 孔维维

摘要：煤炭碳含量高、储量丰富且价廉易得,是优质的炭膜原料。以煤炭为原料制备的煤基炭膜用于废水处理时具有分离效率高、工艺操作简单、重复性好、处理废水种类多和可用于大规模工业化处理等显著优点。煤基炭膜依靠其筛滤和吸附作用可去除废水中尺寸在0.05~10.00μm的主要污染物,但对于粒径远小于膜孔的有机污染物或重金属离子去除能力较低。此外,单一煤基炭膜分离在长周期工作后由于污染物在膜内外表面吸附累积,出现膜分离能力与膜抗污性降低等问题。因此,通过选用特定的煤基炭前驱体、支撑体和添加剂等制备原料,以及优化制备工艺条件,以达到改善炭膜孔径大小与分布、提高炭膜亲水性的目的。同时,利用煤基炭膜的导电性,在传统炭膜分离工艺的基础上采用与电化学或高级氧化工艺耦合的方法提高处理各种废水的能力并解决膜污染问题,如耦合电化学氧化、电吸附、电气浮和电芬顿氧化等。这些耦合技术在提高膜分离效率的同时增强膜的抗污性能,降低能耗,是煤基炭膜应用于废水处理的新发展,对煤炭高效清洁利用和工业化废水处理具有重要意义。基于此,综述了近十几年来处理废水用煤基炭膜的制备,以及电化学或高级氧化工艺耦合膜分离技术应用于废水处理的原理、特点及研究进展,并展望了煤基炭膜未来处理废水的研究方向。

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洁净煤技术

2023年第11期

458

175
准东煤燃烧过程中钠迁移转化机制研究进展

作者(Author)：马瑞, 魏博, 范卫东, 姚强, 谭厚章, 姚洪, 朱权, 乌晓江, 孔成栋, 马小晶

摘要：近年来,中国西部准噶尔盆地发现的大量低阶准东煤田引起广泛关注。准东煤田是中国目前发现的最大整装煤田,已探明储量3900多亿t,足够供应中国近100a的煤炭消耗。准东煤具有低灰、低硫、反应活性好、储量大、易开采等特点,是未来煤化工、火力发电的优质燃料。然而准东煤中含有大量碱金属钠,钠在燃烧过程中极易挥发,致使锅炉受热面极易发生沾污、结渣等问题,特别是氯化钠和硫酸钠的迁移会引起一系列灰相关的问题,严重制约了准东煤的大规模、高效清洁利用。综述了准东煤的分布及煤质特征,以及钠的赋存形态及测量方法,详细探讨了钠的内部、外部转化机理,以及煤中无机元素如硅铝酸盐、氯、钙、钾等对钠转化的影响,总结了反应条件如温度、压力、反应气氛、颗粒尺度、添加剂对钠迁移特性的影响。尽管已进行了试验、热平衡计算、模拟等多项研究,但准东煤碱金属释放及迁移引起的灰相关问题仍未从根本上得到解决,对其原因的了解还不够全面,重点回顾研究进展,揭示其形成原因。

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洁净煤技术

2023年第10期

840

298

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