【摘要】：工業(yè)廢水量大面廣、成分復(fù)雜,包含了工業(yè)生產(chǎn)原料、中間產(chǎn)物等分子態(tài)污染物、反應(yīng)過(guò)程夾帶的催化劑等固態(tài)顆粒物以及設(shè)備滴漏的油相不溶物等不同尺度的細(xì)顆粒物。這導(dǎo)致了影響廢水分離的因素較多,分離過(guò)程非常復(fù)雜。同時(shí),廢水中細(xì)顆粒物的高效分離對(duì)改善以煤化工為主的新能源出現(xiàn)的氣候變化、環(huán)境破壞等問(wèn)題發(fā)揮著重要的作用。預(yù)涂過(guò)濾對(duì)復(fù)雜成分污水的細(xì)顆粒物去除、回收展現(xiàn)了其廣闊的前景,屬于該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。但是應(yīng)用傳統(tǒng)宏觀評(píng)價(jià)方法研究復(fù)雜的過(guò)濾過(guò)程已難以滿足現(xiàn)代分離發(fā)展的要求。本文開(kāi)發(fā)了快速、定量研究過(guò)濾過(guò)程中分離多尺度細(xì)顆粒物的檢測(cè)方法。基于表面增強(qiáng)拉曼光譜技術(shù)(SERS)的快速現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)優(yōu)勢(shì),發(fā)揮微流控技術(shù)作為基礎(chǔ)研究工具的特長(zhǎng),針對(duì)廢水中細(xì)顆粒物的復(fù)雜成分,研究了過(guò)濾過(guò)程中出現(xiàn)的不同組分的分離過(guò)程：溶解態(tài)分子的吸附過(guò)程、油水兩相在顆粒物之間形成的微通道內(nèi)的萃取過(guò)程及固體顆粒在預(yù)涂層內(nèi)的過(guò)濾截留過(guò)程。制備了具有SERS活性的多孔微球,開(kāi)發(fā)了單顆粒表面吸附污染物現(xiàn)場(chǎng)定量檢測(cè)方法；設(shè)計(jì)的動(dòng)態(tài)層流萃取系統(tǒng),實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)了萃取過(guò)程中不同階段油／水界面離子運(yùn)動(dòng)情況；設(shè)計(jì)的新型SERS納米示蹤器,檢測(cè)了預(yù)涂過(guò)濾過(guò)程中過(guò)濾懸浮液中顆粒的運(yùn)動(dòng)軌跡,并進(jìn)一步將快速檢測(cè)方法應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中。取得了如下研究進(jìn)展：(1)制備具有SERS活性的多孔微球利用紫外光通過(guò)“一步法”同時(shí)完成固化聚合單體、還原包裹在乳液?jiǎn)误w中的H202及還原單體周圍的硝酸銀,制備了具有良好的SERS活性的多孔微球。首先采用自制的微流控毛細(xì)玻璃管裝置先制備O/W乳液模板,通過(guò)精確調(diào)控H202的濃度來(lái)控制生成H20及O2的速度,使得乳液模板固化的同時(shí)還原的02從模板中逸出,從而在微球表面及內(nèi)部形成各種交聯(lián)錯(cuò)雜的微納孔道,制備的多孔微球平均孔徑為4μm,比表面積高達(dá)31 m2/g。在形成多孔微球的同時(shí)原位還原硝酸銀生成的銀納米顆粒沉積在多孔微球表面,使其具有良好的SERS活性,SERS增強(qiáng)因子(EF)達(dá)3.8×106。功能化的多孔微球?yàn)閱晤w粒表面污染物的現(xiàn)場(chǎng)定性、半定量快速檢測(cè)奠定了基礎(chǔ)。(2)在線定量檢測(cè)吸附在單顆粒表面的污染物選取一個(gè)典型的分離過(guò)程：動(dòng)態(tài)旋流吸附過(guò)程作為實(shí)驗(yàn)室研究系統(tǒng),首次實(shí)現(xiàn)了SERS技術(shù)的單顆粒表面污染物在納克級(jí)別的定量檢測(cè)。首先,應(yīng)用制備的具有SERS活性的多孔微球在旋流吸附工藝中完成吸附過(guò)程,通過(guò)便攜式拉曼光譜儀現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)并獲取微球表面污染物的SERS光譜。其次,通過(guò)物料平衡計(jì)算得到吸附在單位質(zhì)量多孔微球上的污染物質(zhì)量。最后,建立一條污染物特征峰處SERS強(qiáng)度與多孔微球表面吸附的污染物質(zhì)量的雙對(duì)數(shù)曲線,通過(guò)該標(biāo)定曲線可以現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)檢測(cè)單顆粒表面污染物。將上述快速檢測(cè)方法應(yīng)用于實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)檢測(cè)中,檢測(cè)得到單個(gè)多孔顆粒表面吸附聯(lián)苯胺的量為7.8 ng,進(jìn)一步驗(yàn)證了單顆粒表面污染物的定量檢測(cè)方法,為工業(yè)生產(chǎn)中顆粒表面定性、定量檢測(cè)提供了一個(gè)簡(jiǎn)單、快速的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)方法。(3)基于SERS技術(shù)在線監(jiān)測(cè)動(dòng)態(tài)層流萃取過(guò)程結(jié)合微流控及SERS技術(shù)在線監(jiān)測(cè)了動(dòng)態(tài)層流萃取過(guò)程�；诼入x子對(duì)銀納米顆粒的促團(tuán)聚作用,發(fā)揮微流控技術(shù)中層流擴(kuò)散體系對(duì)氯離子萃取時(shí)間的精確控制及萃取過(guò)程的精細(xì)剖分定位,通過(guò)R6G特征峰處的SERS強(qiáng)度來(lái)在線監(jiān)測(cè)層流擴(kuò)散系統(tǒng)中不同擴(kuò)散時(shí)間、不同擴(kuò)散位置的氯離子濃度變化,從而實(shí)現(xiàn)氯離子萃取過(guò)程的實(shí)時(shí)檢測(cè)及氯離子動(dòng)力學(xué)的研究。同時(shí),通過(guò)改變油相中氯離子濃度、萃取條件實(shí)現(xiàn)了氯離子萃取效率的調(diào)控。建立的動(dòng)態(tài)層流萃取在線檢測(cè)方法,同樣適用于能夠引起金、銀納米顆粒團(tuán)聚的其他離子,為提高工業(yè)生產(chǎn)中提高油水萃取效率提供強(qiáng)有力的理論支持及技術(shù)指導(dǎo)。(4)預(yù)涂過(guò)濾過(guò)程SERS檢測(cè)及調(diào)控通過(guò)微流控裝置小試及中試實(shí)驗(yàn),結(jié)合SERS技術(shù)研究了影響預(yù)涂壓濾過(guò)程的因素及調(diào)控方法。在經(jīng)典的過(guò)濾過(guò)程中引入助濾劑進(jìn)行前期預(yù)涂,以此來(lái)調(diào)控過(guò)濾過(guò)程中濾餅的比阻,解決經(jīng)典過(guò)濾過(guò)程中因?yàn)V餅比阻增大過(guò)快而導(dǎo)致過(guò)濾快速終止的難題。同時(shí)引入SERS技術(shù)用來(lái)檢測(cè)過(guò)濾顆粒在不同預(yù)涂層中隨著過(guò)濾液運(yùn)動(dòng)的軌跡,確定最佳助濾劑中位粒徑,最佳預(yù)涂厚度及最佳預(yù)涂懸浮液質(zhì)量濃度。過(guò)濾液含固量可達(dá)到100 ppm以內(nèi)。通過(guò)小試實(shí)驗(yàn)研究結(jié)合中試放大實(shí)驗(yàn),成功開(kāi)發(fā)預(yù)涂過(guò)濾分離技術(shù),并將該技術(shù)應(yīng)用于甲醇制烯烴催化劑回收工程中。
【圖文】：

新的革命性道路＂。因此，如何提高分離過(guò)程效率及降低分離能耗是解決當(dāng)前能源短缺、逡逑環(huán)境污染問(wèn)題的關(guān)鍵，也是應(yīng)對(duì)未來(lái)能源可持續(xù)發(fā)展的機(jī)遇與挑戰(zhàn)Ｗ。逡逑煤化工生產(chǎn)為例，圖１．１為典型的甲醉制稀怪（ＤＭＴＯ）生產(chǎn)工藝流程簡(jiǎn)圖逡逑甲醇在催化劑作用下生成反應(yīng)氣，反應(yīng)氣與催化劑在反應(yīng)器和再生器出口進(jìn)行初分離。逡逑由于反應(yīng)產(chǎn)物中含水比例較大，反應(yīng)產(chǎn)物攜帶催化劑粉末、水蒸氣進(jìn)入急冷塔、水洗塔，逡逑急冷水對(duì)反應(yīng)氣進(jìn)行冷卻并進(jìn)一步分離攜帶的催化劑，冷凝后的重姐分同時(shí)被分離。催逡逑化劑被水洗塔洗涂后單獨(dú)引出并進(jìn)行液固分離。反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)水洗塔后進(jìn)入后續(xù)分離程序逡逑逐級(jí)分離得到不同的產(chǎn)品。在整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中，至少需要２５種Ｗ上的分離過(guò)程，包括：逡逑旋流分離、過(guò)濾分離、離必分離等場(chǎng)分離過(guò)程及精溜、萃取、吸附等傳質(zhì)分離過(guò)程。逡逑‘。。逡逑下邐￣心＾——？Ｃ３０逡逑Ｉ邐Ｍｅｔｈａｎｏｌ邐＞〔２邋０逡逑Ａｉｒ邐Ｉ邐？巧執(zhí)分逡逑圖１．１甲醇制病炫（ＤＭＴＯ）工苦流程圖逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１．１邋Ｆｌｏｗ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ＤＭＴＯ邋ｐｒｏｃｅｓｓ逡逑上述實(shí)例充分說(shuō)明了分離過(guò)程在煤化工、石油化工生產(chǎn)中的重要性。提高分離效率、逡逑

（譬如球形納米顆粒）時(shí)，稱之為局域表面等離激元（ＬＳＰＲ）。１９７８年，ＭｏｓｋｏｖｉｔｓＰ７ｌ逡逑等人通過(guò)理論和實(shí)驗(yàn)證明，粗糖Ａｇ電極表面得到的增強(qiáng)拉曼信號(hào)歸功于表面等離激元。逡逑具體示意圖如圖１．４所示，，當(dāng)具有一定頻率的入射光照射在金屬納米顆粒表面時(shí)，金屬逡逑表面的電子會(huì)發(fā)生震蕩，當(dāng)電子震蕩的頻率與入射光頻率恰巧匹配時(shí)，二者就會(huì)發(fā)生共逡逑振效應(yīng)，使得金屬表面的局部電磁場(chǎng)X椙�，磦蝤产生很强的雅＿b覺(jué)椙啃в�。辶x希鈴危洛濉鰣危牛睿�？ｎｃ＊ｄｎＭｑw澹停溴危義希у澹В裕隋危。祝埽粒蟈�，邋，邋，邋＇Ａ}駑義希危埽遙澹悖簦潁椋沐危橐灰誨巍蹂義��！義希捎遙停錚耄媯悖酰脲

本文編號(hào)：2693858