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太原理工大学学报
太原理工大学
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太原理工大学

张文栋

双月刊

1007-9432

xuebao@tyut.edu.cn

0351-6111188，6014376

030024

太原市迎泽西大街79号3337信箱

太原理工大学学报/Journal Journal of Taiyuan University of TechnologyCSCD北大核心CSTPCD
查看更多>>本学报办刊宗旨：以邓小平建设有中国特色社会主义理论为指导，坚持四项基本原则，坚持改革开放，坚持百花齐放、百家争鸣方针，努力宣传，认真贯彻执行党和国家有关科技出版的方针、政策、法规，为繁荣我校学术研究，促进学科发展，提高教学研究水平，发现和培养人才，为振兴山西经济振兴我国煤炭事业做贡献。
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    添加剂对市政污泥热处理过程中磷和重金属(共)稳定化研究进展

    李豪斐秦育红杜雨佳李皖瑶...
    1-12页
    查看更多>>摘要：[目的]市政污泥被认为是磷的"替代矿山"，热处理技术是其资源化利用和无害化处理的重要手段。总结污泥热处理过程中不同添加剂同步稳定磷与重金属的基础上，重点阐述钙基添加剂对磷和重金属的同步固化机理。[方法]从磷与重金属的化学形态分析入手，总结了二者在污泥焚烧、热解、气化和水热碳化等热处理方式中的迁移转化规律，重点归纳钙基、镁基、氯化物等不同添加剂对磷和重金属稳定化的影响机制，并关注到CaO的添加促进了非磷灰石态无机磷向磷灰石态无机磷的转化，提高磷可利用性的同时实现重金属的共稳定化。[结果]在市政污泥气化过程中探索CaO对磷和重金属的共稳定机制及三者在气化过程中的相互作用机理是未来的研究方向之一。

    市政污泥热处理磷重金属共稳定化固废资源化利用

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    Shell炉煤气化飞灰对生物质流化床气化炉壁内/外层积灰的抑制机制

    薛皓天秦育红王跃凤杜雨佳...
    13-24页
    查看更多>>摘要：[目的]生物质流化床气化炉壁积灰的抑制机制研究可为设计热效率更高、稳定运行的气化炉提供基础数据。[方法]以自主设计的沉积探针对玉米秸秆和马尾藻气化的炉壁内/外层积灰进行收集，以Shell炉煤气化飞灰(Shell灰)作为添加剂结合IC、ICP-MS、SEM和XRD等分析方法对积灰抑制特性进行定量表征分析。[结果]结果表明玉米秸秆和马尾藻气化内层积灰形成过程中，碱金属/碱土金属硫酸盐和碱金属氯化物的冷凝分别发挥了重要作用。当Shell灰在两种物料中的添加比例(质量比)分别为<15%和<10%时，相对熔点更高的白榴石和正长石等物相的形成抑制了灰颗粒间的黏附，促使外层积灰结构疏松脱落。抑制机理表明外层积灰的碱酸比(RB/A)及n(SiO2+Al2O3)均能有效反映Shell灰对外层积灰趋势的影响。

    生物质气化灰沉积抑制内层积灰外层积灰Cl

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    水煤浆循环流化床燃烧飞灰特性研究

    张代鑫张国庆刘海军黄涌波...
    25-33页
    查看更多>>摘要：[目的]准格尔煤燃烧后灰渣中Al2O3含量超过45%，具有重要的资源综合利用价值。为解决传统循环流化床锅炉燃用准格尔煤时飞灰活性差、Al2O3提取效率低等问题，提出采用水煤浆循环流化床燃烧方式改善灰渣特性。[方法]利用3 MW循环流化床燃烧试验台研究了给料方式、运行氧量、床温、一次风率等对飞灰可燃物含量的影响，并利用比表面积及孔径测定仪、扫描电镜、X射线荧光光谱仪，X射线衍射仪等对不同粒径飞灰成分和微观形貌进行分析。[结果]结果表明:随着床温、运行氧量、一次风率的增加，飞灰可燃物含量逐渐减小;水煤浆粒化燃烧的飞灰可燃物含量明显低于未粒化。飞灰中可燃物主要存在于40 μm以下颗粒，随着飞灰粒径的减小，可燃物含量逐渐增加;小颗粒飞灰大部分是由孔隙结构不发达的颗粒构成，可燃物含量较高;随着飞灰粒径的增大，飞灰比表面积和总孔容逐渐减小，平均孔径逐渐增大，粒化末煤浆的总孔容和平均孔径要小于精煤浆;对灰样进行成分分析，发现随着粒径的减小，Al2O3的含量逐渐增大，15 μm以下粒径段飞灰中Al2O3的含量达到51。77%;对灰样进行物相检索和半定量分析，活性较好的γ-Al2O3峰随着粒径的增大逐渐减弱，莫来石含量随着粒径的增大逐渐增加，使飞灰的提铝效率降低。总体来看，粒径小于50 μm的飞灰中Al2O3的含量更高同时莫来石含量更少，更适合作为提铝工艺原料。

    准格尔煤水煤浆循环流化床灰渣提铝灰渣综合利用

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    基于CFD-DEM方法的煤气化渣气流分级提炭模拟研究

    李向阳张乾李乐白慧...
    34-43页
    查看更多>>摘要：[目的]煤气化渣提炭分质是实现其减量化、无害化、资源化利用的重要手段，气流分级法因其能够高效处理细粒级物料且无废水、废气排放而具有独特优势。[方法]基于CFD-DEM模拟，研究卧式涡轮气流分级机内气固流动状况，探明进气方向和涡轮转向的匹配关系，明确炭颗粒和灰颗粒的流动机制。优化涡轮气流分级机中进气口方向，预测入口气速和涡轮转速对气化细渣气流分级提炭效率的影响。[结果]结果表明:涡轮气流分级机的进气方向对流场分布和气化细渣提炭效率有显著影响。切向进气口易导致在分级区和淘洗区产生相互干扰的次级漩涡，影响气化渣炭和灰颗粒分离效率。优化切向进气为垂直向上后，避免了淘洗区和分级区相互干扰，消除了涡轮和叶片之间次级漩涡，改善并稳定了分级区内的流场，提高了气化细渣提炭效率。在优化后的涡轮气流分级机中，通过匹配入口气速与涡轮转速，富炭渣产品中的炭含量可达80。95%，炭回收率可达59。83%。

    煤气化渣气流分级机CFD-DEM流场特性颗粒运动特征

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    粉煤灰作为土壤改良剂吸附黄土高原红黏土中的磷

    高江奇段润斌逯新宇李育珍...
    44-53页
    查看更多>>摘要：[目的]为应对黄土高原及类似环境敏感地区的土壤磷污染，开发粉煤灰回用技术。[方法]通过批处理实验，将粉煤灰作为改良剂，系统研究投加量、pH、初始磷浓度、时间和温度对不同比例粉煤灰改良的红黏土吸附磷的影响。[结果]吸附等温模型、动力学模型及热力学分析结果表明，粉煤灰的添加显著提高了红黏土对磷吸附的最大容量，加快了红黏土磷吸附反应速率并改变了吸附动力学机理，提高了吸附过程的自发性。该研究为解决黄土高原红黏土磷污染与粉煤灰可持续处置问题提供了新思路。

    吸附模型吸附性能黏土矿物黄土Weber-Morris模型

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    3D打印反刍仿生结构对餐厨垃圾厌氧发酵产甲烷性能的影响

    左欢孙辰
    54-61页
    查看更多>>摘要：[目的]随着社会经济发展，城市固体废弃物中餐厨垃圾占比增加。通过厌氧发酵制取生物甲烷是餐厨垃圾能源化利用的关键技术之一。针对厌氧发酵反应器长期运行不稳定、抗外界扰动能力较弱的问题，利用3D打印技术和柔性硅胶材料制作反刍仿生部件，并将其应用于连续搅拌罐式反应器中，以期改善反应器的运行性能。[方法]根据反应器中是否添加仿生部件设置实验组(Ruminant)和对照组(Control)，通过调节有机负荷和试验温度等参数，探究仿生部件增强厌氧发酵产甲烷量及稳定性的影响作用。[结果]实验结果表明，在45℃的温度扰动中，仿生部件有效稳定了微生物群落结构，从而保证了反应器运行的稳定性。Ruminant组没有积累丁酸，pH维持在6。7～7。6，Ruminant 组比CH4产量最高为217 mL·g-1·L-1·d-1，比Control组高39％。

    仿生部件厌氧发酵温度扰动甲烷生成3D打印

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    氮化碳光催化降解水中双氯芬酸的机制研究

    刘子昂高艺芳刘超李文军...
    62-71页
    查看更多>>摘要：[目的]石墨相碳氮化合物(g-C3N4，GCN)在光催化降解水中有机污染物方面被广泛应用。传统的GCN由于比表面积低和活性位点少等问题限制了其实际应用。[方法]为改良氮化碳性能，以尿素为前驱体，采用热聚合法成功制备光催化剂氮化碳(PCN)，利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)等表征了PCN的形貌、元素组成、晶体结构、电化学性能等，并探究了其在模拟太阳光下对目标污染物双氯芬酸(DCF)的降解行为和机制。[结果]结果表明，PCN的比表面积(133。963 m2/g)明显高于传统GCN(2。605 m2/g)，约为GCN的67倍。PCN(0。20 g/L)在pH为5时10 min内即可实现DCF(10 mg/L)100%的催化降解。自由基淬灭实验证实超氧自由基(·O2-)和羟基自由基(·OH)是主要的活性氧(ROSs)物种，通过基于福井指数的密度泛函理论(DFT)计算并结合中间产物的测定确定了 DCF的降解路径。可重复利用实验表明，PCN能保持较高的稳定性，具有广阔的应用前景。

    石墨相碳氮化合物双氯芬酸尿素光催化密度泛函计算

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    CuO/Cu4O3@C复合材料在电催化还原CO2中的性能研究

    张金男郭天宇祁彧王红涛...
    72-79页
    查看更多>>摘要：[目的]电催化CO2还原反应(CO2RR)为高价值的化学品目前广受关注。为了提高电催化活性和选择性，制备具有优异CO2RR性能的催化剂十分必要。[方法]选用麦麸为原料制成生物质炭(C)，进一步采用简单的水热法制备生物质炭耦合铜氧化物复合电催化剂，并对其进行物化表征和电化学性能测试。[结果]结果显示，在-1。08 V(vs。RHE)的电压下，样品CuO/Cu4O3@C-2在饱和CO2 的0。5 mol/L KHCO3 溶液中，C2H4 的法拉第效率最大(46。32%)。另外在-1。08 V(vs。RHE)时进行了11。5 h的CO2RR稳定性测试，该样品同样展现了优异的稳定性。[结论]研究结果为合成CO2RR成本低廉、高电化学性能的催化剂提供了一种可行的策略。

    铜氧化物生物质炭电催化还原二氧化碳乙烯

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    氮掺杂生物质炭耦合氧化铜材料用于电催化还原CO2

    郭天宇张佳宁白德豪张金男...
    80-87页
    查看更多>>摘要：[目的]电催化技术将CO2 转化为高附加值燃料和化学品具有广阔的应用前景。然而，开发具有性能优异的电催化剂仍具有巨大的挑战性。[方法]采用麦麸皮为生物质炭前驱体，利用热解法制备氮掺杂生物质炭材料(NC)，进一步通过水热法与CuO进行耦合，构筑了一系列的CuO@NC复合材料。采用多种表征手段，对其晶相、微观形貌和结构及元素价态进行分析，并通过电催化还原CO2反应来探讨其电催化性能。[结果]结果表明，在160℃合成温度下获得的复合催化剂(CuO@NC-160)对乙烯有较高的选择性，在-1。18 V(vs。RHE)时，法拉第效率为26。85%。研究为制备廉价、高效的CuO基电催化剂提供了一种可行路径。

    CuO生物质炭二氧化碳电催化还原

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    RH精炼过程中合金熔化混匀现象的水模型研究

    许智博陈超王佳李怡宏...
    88-97页
    查看更多>>摘要：[目的]在RH精炼处理的不同阶段，根据需要会加入大量合金，以调整钢液成分，其在RH中的运动、熔化及均匀分布，决定了精炼过程的生产节奏。[方法]通过水模型实验与数值模拟，研究了NaCl饱和溶液与NaCl颗粒分别作为示踪物质，在RH装置内的传输过程及混匀现象。以KCl溶液冷冻制备的盐球类比重型合金，研究其由真空室顶部进入RH后的运动及混匀过程。[结果]结果表明:颗粒与溶液在各点处的无量纲浓度曲线变化趋势一致，颗粒方案的响应时间和第一峰值时间略晚于溶液方案，第一峰值浓度也较低，这和颗粒溶解过程有关。当溶液体积或颗粒质量增加后，在下降管出口处盐水溶液的浓度曲线第一峰浓度较大且峰值时间较短。颗粒作为示踪物质时的混匀时间均远高于(接近2倍)同等盐分溶液的方案。在RH加入盐球时，其在真空室底部短暂停留后流入下降管，随后停留在钢包底部直至融化，期间缓慢释放盐分，使得钢包底部区域达到混匀的时间较长。在实际RH精炼过程中，加入重型难熔合金后，应注意钢包底部区域物质的混合规律。

    合金RH水模型熔化混匀

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