生物增强活性炭

生物增强活性炭（精选8篇）

生物增强活性炭 篇1

1 试验材料与方法

1.1 试验装置

试验原水经砂滤柱过滤进入水箱, 臭氧发生器中产生的臭氧送往臭氧化柱与原水进行充分混合, 混合后的水经过紫外发生器进行消毒后进入生物活性炭滤柱, 设置紫外发生器的目的主要是通过紫外杀菌灭活原水中的杂菌, 以尽量消除杂菌对试验效果的影响。试验采用的装置见图1。

当活性炭滤柱需要进行反冲洗时, 在反冲洗水泵的作用下, 水经由水箱进入活性炭滤柱底部, 自下往上对滤柱进行反冲洗作用, 反冲洗过程中产生的废水经由活性炭滤柱顶部的反冲洗排水管排走, 按照25~30%的膨胀度对反冲洗过程给予控制。

原水各项水质参数见表1。

1.2 分析参数与监测方法

试验中的各项水质指标分析均依照现行的规范和标准执行, 主要包括《生活饮用水标准检验法》、《生活饮用水卫生规范》和《水和废水监测分析方法》 (国家环境保护总局第四版)

试验过程中涉及的主要参数及测定方法如下:

水温:采用普通玻璃温度计。

pH值:采用pHS-2C型酸度计。

浊度:采用TSZ-1台式智能散射光浊度仪。

溶解氧 (DO) :采用碘量法。

CODMn:采用酸性高锰酸钾氧化法。

UV254:用UV756PC型紫外可见分光光度计测定水样在254nm处的吸光度值。

生物量:采用生物量磷脂法测定技术。

出水细菌总数:采用普通琼脂培养基培养计数。

2 结果与讨论

2.1 反冲洗周期与时间确定

反冲洗周期与生物增强活性炭工艺随时间的处理效果息息相关。因此, 本次试验以浊度、UV254、CODMn为分析指标, 研究生物增强活性炭对各项指标的去除效果随时间的变化, 通过处理效果的变化规律确定最佳的反冲洗周期。

过滤期间浊度随时间的处理效果变化规律见图2。分析可知, 在工艺运行的前7天, 浊度的去除率一直稳定在50%~60%, 自第7.5天后开始出现下降, 第8天时去除率急剧下降, 相对于前7天的平均去除率55%左右, 第8天的下降幅度达到30%以上。

过滤期间UV254随时间的处理效果变化规律见图3。分析可知, 在工艺运行的8天中, UV254的去除率相对比较稳定。工艺运行至第8天时, 去除率降幅仅为10%。

过滤期间CODMn随时间的处理效果变化规律见图4。由图中可以看出, 该项指标的去除随时间变化较为明显, 前7天的平均去除率约为33%, 从第8天开始, 去除率呈现大幅度下降, 到运行至第8.5天, 该工艺对CODMn的去除率降至仅为10%左右。

通过分析图2~4结果可知, 三项指标在工艺运行至7天以后, 去除率均发生变化, 浊度和CODMn的去除率降低较为明显, UV254的去除率降幅相对较小。去除率降低的原因主要为滤柱中截留了较多的杂质, 需要进行适当反冲洗, 以保障工艺持续运行的效果。综上所述, 确定反冲洗周期控制在7~8天。

反冲洗时间主要根据反冲洗出水浊度进行判断, 图5描述了活性炭滤柱反冲洗出水12min内的浊度变化规律。

由图5可知, 在进行反冲洗试验的12min内, 从整体上看其出水浊度随着反冲洗时间的增长逐渐降低, 浊度变化趋势为由快到慢。反冲洗前4分钟出水浊度降幅非常明显, 1min时浊度为30.2NTU, 而4min时降低到12.7NTU, 3min内浊度下降值达到17.5NTU, 降幅约为58%。第4min以后, 下降趋势较之前趋缓。通常认为, 当反冲洗废水浊度下降到5.0NTU时, 即可作为结束反冲洗过程的标志。由上图可知, 到11min时反冲洗废水浊度为3.96NTU, 与反冲洗进水浊度相当, 符合上述反冲洗结束的条件。又考虑到活性炭的生物增强作用, 为保证优势菌群的活性, 且为达到菌群均匀附着在活性炭表面的目的, 反冲洗时间不宜过长, 因此确定最终反冲洗时间为10min。

2.2 反冲洗周期内生物量的变化

从图6中可以看出反冲洗前后生物量损失的变化规律, 生物量的主要损失位于上层和中层, 反冲洗前后, 上层生物量约损失31.53%, 中层生物量约损失36.46%, 其主要原因是由于启动期间中上层的菌群与载体未形成有力的结合, 在反冲洗过程中易于损失。反冲洗前后的下层损失约为6%, 变化幅度较小。经分析可知, 优势菌群具有很强的适应能力, 在反冲洗后运行至第4天时, 上中下层的生物量总数已进行了较为明显的恢复和增长, 较之反冲洗刚完成时分别增长1.27倍、2.73倍和1.1倍, 在运行周期内, 于反冲洗之前时上中下层生物量分别达到峰值, 比反冲洗刚完成时分别增长4.25倍、7.08倍和6.04倍。启动初期由于优势菌种与载体的结合能力较弱, 因此反冲洗对生物量的影响较大, 当生物增强活性炭滤柱运行至第4周期以后, 工艺运行已基本稳定, 此时反冲洗对生物量的影响已微乎其微。

2.3 初滤水控制方法

初滤水一般持续的时间30~120min, 初滤水中所含污染物浓度较高, 为实现初滤水能够被过滤, 降低出水污染物浓度, 采用在生物增强活性炭工艺反冲洗和过滤之间增加让滤柱静置的一段时间。图7-图9中以浊度为考察指标, 分析了静置0、15和30min后初滤水浊度的变化情况。

当静置时间为0min进行过滤时 (见图7) , 由于反冲洗过程中滞留的杂质随过滤过程流出, 出现出水浊度高于进水浊度的现象, 不利于水处理的达标运行。而当经过一定时间的静置时 (见图8、9) , 初滤水浊度的最大值会降低。通过图7~9分析可知, 无论过滤前静置与否, 出水浊度均会出现短暂回升, 静置时间越长时, 浊度回升的时间越短, 静置0min、15min和30min时浊度回升的时间分别为13min, 3min, 2min, 由此可见静置时间的加长有利于保证出水的安全性。除了短暂的回升时间外, 浊度的整体变化趋势均为随过滤时间不断降低, 且发现静置时间越长, 达到出水浊度基本稳定的时间越短, 静置30min后较之静置0min时出水浊度可提前8分钟达到稳定值。同时发现, 适当的静置也有利于改善浊度的去除率。

3 结束语

本研究主要确定了生物增强活性炭工艺的最佳反冲洗参数, 并对工艺运行初期的初滤水控制试验方法进行了适当分析, 采用水进行反冲洗, 膨胀率控制在25%~30%, 通过反冲洗出水浊度和优势菌群活性的要求, 综合确定反冲洗时间为10min。且当滤柱的滤速为4.2m/h时, 最佳反冲洗周期为8d。通过试验也发现, 当反冲洗结束时, 生物增强活性炭滤柱静置15~30min, 待反冲洗时流化状态的活性炭滤料下沉并压实稳定后再进行过滤, 对于控制初滤水水质效果显著。

摘要：生物增强活性炭技术是在活性炭载体上通过固定从自然界中筛选的优势菌种, 增强水处理过程中的降解作用, 并且提高降解效率的一种方法和措施。通过向活性炭投加人工筛选的优势菌种进行生物增强, 不仅可以加快系统启动, 增强系统稳定性, 而且有较强抗冲击负荷能力。反冲洗包含了水流剪切摩擦、滤料颗粒间碰撞摩擦等过程, 在反冲洗过程的多重作用下, 促使老化的生物膜及杂质在强烈的剪切、碰撞作用下快速脱落, 加速优势菌株的更新, 提高活性, 对控制生物增强活性炭工艺稳定性具有重要意义。

关键词：生物增强活性炭,反冲洗,生物量,初滤水

参考文献

[1]国家环境保护总局.水和废水监测分析方法 (第四版) [M].北京:中国环境科学出版社, 2002:406~408.[1]国家环境保护总局.水和废水监测分析方法 (第四版) [M].北京:中国环境科学出版社, 2002:406~408.

[2]安东, 李伟光, 崔福义.固定化生物活性炭强化饮用水深度处理[J].中国给水排水, 2005, 21 (4) :9~12.[2]安东, 李伟光, 崔福义.固定化生物活性炭强化饮用水深度处理[J].中国给水排水, 2005, 21 (4) :9~12.

[3]乔铁军, 孙国芬.饮用水过滤工艺的反冲洗机理研究[J].净水技术, 2006, 25 (1) :39~48.[3]乔铁军, 孙国芬.饮用水过滤工艺的反冲洗机理研究[J].净水技术, 2006, 25 (1) :39~48.

生物增强活性炭 篇2

粉末活性炭-生物处理技术是一种强化生物工艺.本文介绍了该工艺的设计方法以及作者在不同化工废水处理中的应用实例,表明该技术在处理难生物降解的工业废水中有很好的应用前景,而且经济上可行.

作 者：吴浩汀 孔宇 作者单位：吴浩汀(东南大学环境工程系,南京,210096)

孔宇(南京市市政设计研究院有限责任公司,南京,210096)

增强企业的灵活性的思考 篇3

一、企业灵活性的重要意义

1. 获得优势地位。

21世纪企业的外部环境是易变性和复杂性的交织, 是一个不断变化的动态体系。拥有灵活性可以让企业对迅速变化的环境作出反应, 为企业获得竞争优势。进入21世纪, 资源日益稀缺, 科学技术突飞猛进, 市场竞争不断升温, 消费者的需求变化无常, 这一系列环境的变化使得企业很难进一步发展和维持持续的竞争优势。在不断变化的环境中, 企业依靠资金、技术等建立起来的竞争优势能够很快的被竞争对手模仿甚至超越。因而, 企业必须不断地培养自己的能力, 获得新的竞争优势。只有具备高度的灵活性, 企业才能成功的以新的优势取代或者弥补原有的竞争优势[1]。

2. 增强企业凝聚力。

企业灵活性的构建与管理的灵活性密不可分, 管理的灵活性可以调动企业内部员工的积极性和主动性, 激发企业员工的创造力, 形成相互合作的关系, 增强整个企业的凝聚力。管理方式的改变。一方面, 有利于克服官僚主义, 发扬民主, 是员工参与到企业的各项活动中来, 形成较强的凝聚力;另一方面企业灵活性有利于企业的长期发展, 有利于战略的制定。

3. 推进企业组织改革。

企业灵活性的提高, 有利于企业组织结构的改革, 二者相互影响、相互促进。增强企业的灵活性需要管理组织结构合理化的支撑, 而企业管理组织的优化需要在企业灵活性的目标下进行, 二者相辅相成, 促进企业的发展。

二、企业灵活性构建存在的问题

企业在构建灵活性过程中, 并不是一帆风顺的, 会遇到很多障碍, 产生很多问题。下面我就企业灵活性在企业建设中存在的主要问题和根本原因作一粗浅分析。

1. 生产系统不灵活。

企业在运行过程中, 由于生产制造系统的不灵活, 导致企业在遇到需求波动或者是突发事件的时候, 响应市场和危机处理的能力很弱。一方面, 企业机器等设备的过于硬性, 难以适应不同产品的制造, 转换时间过长;另一方面, 企业内部的生产标准以及产品标准难以统一, 导致企业成本居高不下, 企业灵活性运用受阻。

2. 组织冲突、文化相异。

组织企业运作实施的载体, 组织的灵活性对企业的发展具有重要作用。一些企业仅仅只是把注意力集中到技术上面, 忽略企业内部的组织与文化是否与其相一致, 造成企业运用灵活性的时候难以发挥其应有的作用, 反而增加了企业的负担。例如, 一些组织在运用灵活性时, 使得企业原本的组织更加混乱, 紧急事件不断打破企业的计划, 现有的组织和员工难以满足其需要;并且员工的不支持以及难以适应也是企业面临的困难之一。

3. 安全与成本失衡。

企业在构建自身灵活性的时候, 都希望以尽可能低的成本来获得企业尽可能高的安全性, 然而进行取舍与平衡的时候, 一方面, 企业很多时候难以进行预测与分析, 要么导致成本过高, 要么导致安全过低, 难以达到安全与成本的最优状态。另一方面, 企业在构建企业灵活性的时候包含了无效能力, 灵活性在扩大到一定程度时会导致矛盾的结果, 即灵活性越大, 企业亏损就越大。灵活性扩大化是企业灵活性增加和效益增加不成正比的重要原因, 它削弱了灵活性的使用价值。这主要是因为企业对自己的发展缺乏一个长期的规划, 对灵活性在企业的地位认识不够准确, 没有很好的定义自己本企业的灵活性战略。

4. 孤军奋战、缺乏协调。

现在大多数企业只是关注于企业各系统资源固有的灵活性, 而忽略了构成系统的其他要素的灵活性。一方面, 企业容易把自己的灵活性构建与外部环境分离, 不能适应市场环境变化的需要, 仅仅是闭门造车;另一方面, 企业和其供应链上下游的企业缺乏信息共享和沟通, 难以应对环境的变化, 从而导致企业花了大量的人力物力财力, 却只得到一个不能获得市场效益的战略。这主要是因为上下游企业没有建立一个良好的信息沟通系统, 没有进行协调, 在追求各自利益的时候忽略了整体利益。

三、企业灵活性建设的思考

面对激烈的市场竞争, 企业必须充分发挥灵活性的作用, 并且在企业运行中很好地对灵活性进行训练和培育, 才能在现实生产中面对突发事件时做应有的应急反应, 实现企业的良性发展。建设企业的灵活性, 主要从以下几个方面着手。

1. 增强替代能力。

替代能力孕育着灵活性。灵活性意味着在任何情况下都能有可行的替代选择。部件、流程以及生产系统的可替代性能够在出现短缺的时候多一些选择。尤其是在遇到供应链中断这类紧急事件的时候, 公司可以使用替代部分, 把已经损害的部分剔除出去, 使用可替代的流程或者是进行企业业务流程重组[2]。以此同时提高“三化”程度, 一般来说, 标准化部件的使用体现的是精确满足特定需求与快速的市场反应和更高的部件可获得性之间的权衡。通过“三化”, 即产品的系列化、零部件的标准化、通用化, 甚至按照完全一样的标准建立每一个半导体加工厂, 创造出可以替代的生产过程以及全世界内可以替代的加工厂, 使企业可以在不同的工厂之间来回的调节生产能力和产品, 把企业各地工厂的生产能力比集中到一个虚拟的大工厂, 以此来冲破生产瓶颈或者减小一家工厂面临突发事件的冲击。

2. 采用延迟战略。

随着客户需求的多样化, 导致制造商提供的产品种类的丰富多样, 意味着每种产品的销售量都比较小, 而且他们的需求不可加总, 每种产品的需求都是变化无常的。产品的多样化加剧了风险, 增加了制造商的库存压力和满足顾客需求的难度。一方面要进行准确的预测以避免由于缺货而造成的损失;另一方面也要避免生产过剩后降价销售的损失。采用延迟策略可以在满足消费群体的基础上, 利用生产中的规模经济以及外包来降低成本。延迟策略是建立在重新设计产品和生产流程的基础上, 先把一系列不同产品的通用核心部件首先生产出来, 然后在接到客户订单后, 按照客户的特定需求进行生产, 改变传统的仅仅按照预测进行生产, 有利于提高企业的灵活性, 以便在生产中断时的缓冲和反弹。

3. 培训灵活性的员工。

员工是一个企业的基础, 人员的素质高低直接影响到企业的竞争力。要增强企业的灵活性, 一个重要的方面就是培养灵活性的员工。现代化的生产线要求工人有很强的灵活性, 以适应它的节奏、驾驭它。例如, 可以让员工在不同的岗位工作, 也就是角色换位, 或者叫轮岗, 这样员工就有机会成为一个全才。通过轮岗, 员工就可以知道他的上游和下游是怎么做的, 他们的眼界就会开阔, 考虑问题的出发点就会是全局化的。这样就有利于整个公司灵活性的提高。员工的培养离不开柔性文化的熏陶, 企业文化是企业的灵魂。培育柔性的文化有利于更好地与系统相结合, 改变传统的硬性文化, 发挥员工工作上的个人原动力。增加其创造性成就, 使整个企业的学习能力提高。

4. 留有适当的冗余。

一般而言, 冗余在人们印象中是一个贬义词, 是人容易误认为是浪费;尤其是在日本丰田“精益生产”的思想下, 冗余似乎在企业毫无用处。然而, 随着市场环境的多元化和动态化, 如何把精益思想和冗余进行结合, 是企业要解决的主要问题。冗余可以让企业在应对突发事件的时候, 能够留有一定回旋余地, 从而以尽可能少的成本来更好地解决问题。

企业可以通过以下两种方式来保持适当的冗余, 以增强企业的竞争力。第一, 持有一定量的安全库存, 这是一种传统的增强企业应对变化的方法。一旦发生短缺, 无法满足需要的时候, 安全库存可以作为一个缓冲, 使企业能够有一定的时间来对变化作出反应, 从而采取应对措施;但是多余的库存会增加成本, 掩盖质量问题, 所以企业应该在安全库存量和其所带来的成本之间进行权衡, 力争获得一个最优安全库存。第二, 保持冗余的产能。保持冗余的产能, 可以调节市场单机和旺季之间的需求不平衡, 同时也可以使得突发的需求得到满足, 从而可以提高产品的可得性和客户的满意度。

5. 加强知识共享和合作。

通过和供应链的其他成员之间的知识共享和和合作创新, 企业可以提高自身的反应能力, 增强自身的灵活性。通过这些活动, 企业可以更好的了解最终消费者的需求状况, 了解自身企业在供应链中的地位以及所扮演的角色, 从而能够提升企业的竞争力。很多企业通过为供应链上的其他企业提供培训等方式来实现知识共享, 例如肯德基公司利用肯德基大学为他的加盟商提供质量管理等方面的培训, 从而使整个经营店的竞争力得到了提高。而安毫泽一布施公司 (该公司是世界上最大的啤酒公司, 百威啤酒就是其旗下公司之一) 建立专门的“布施学习中心”为其950位批发商提供战略规划、财务管理、销售技巧和库存控制方面的培训。这种合作的方式不仅有利于成员之间的知识共享, 而且能够形成某些方面的统一标准, 促进各成员之间的沟通与了解。

金融危机的阴霾还未完全散去, 企业灵活性的构建显得尤为重要。增强企业灵活性有利于企业的抗风险能力和快速响应市场需求的能力的提高, 有利于企业在市场竞争中获得优势。中国的企业要把握机遇, 不断提高企业的灵活性, 努力提高自身的竞争力, 从而在市场中能够获得优势地位。

摘要：通过灵活性对企业的重要作用, 分析企业在灵活性运用中存在的问题以及原因, 探寻企业应该采取哪些措施来增强自身灵活性, 增强企业生产替代性, 实行延迟战略, 与供应链其他企业信息共享, 从而增强企业的灵活性, 形成核心优势。

关键词：灵活性,延迟战略,柔性文化

参考文献

[1]徐娜娜.利用灵活性提升企业竞争力[J].商场现代化, 2004, (23) .

[2][美]尤西.谢菲——麻省理工学院供应链管理精髓[M].杨晓雯, 等, 译.上海:上海三联出版社, 2008.

[3]徐健.供应链柔性的增强途径研究[J].南开大学学报, 2006, (2) :52.

[4]黄尚海.提高供应链柔性途径研究[J].物流科技, 2010, (1) .

生物增强活性炭 篇4

混凝土是防护工程中应用最广泛的材料之一, 但混凝土材料脆性大、易开裂、抗冲击性差。在一些承受高速冲击或爆炸 (如钻地弹的打击) 的工程中, 普通钢筋混凝土不能满足要求。目前, 采用较多的是通过纤维来增强混凝土, 形成多相复合材料, 最大限度地发挥各种材料的作用, 赋予整体结构单一材料所不具备的优良特性, 从而提高混凝土复合材料的内在品质, 改善混凝土的综合性能。本文阐述了钢丝网增强活性粉末混凝土 (Reactive Particle Concrete, 简称RPC) 的组成特点和增强作用机理, 结合试验数据研究了钢丝网增强RPC优良增强效果的本质所在, 为在防护工程中应用钢丝网增强RPC提供了依据。

1 增强机理分析

1.1 钢丝网增强RPC组分分析

RPC是一种具有高强度、高延性的水泥基复合材料[1]。1993年, 法国的P.Richard等仿效DSP (Densified Systems containing homogeneously arranged, ultrafine Particles, 即超细粒子均匀排列密实填充体系) 材料, 剔除粗骨料, 根据F.de LARRARD提出基于最大密实理论的固体悬浮模型 (SSM) , 进行了RPC配合比设计, 制备出强度及其它性能都很优异的RPC, 并在1994年旧金山的美国混凝土协会 (ACI) 春季会议上首次公开[2]。

本文所述的钢丝网增强RPC与前述RPC材料相比, 其材料和组成都有较大区别。前述RPC材料是采用钢纤维对基体材料进行增强, 而钢丝网RPC则采用多层密排的钢丝网取代钢纤维对基体材料进行增强。为此, 我们将不含钢纤维的基体材料定义为“素RPC”。

钢丝网RPC的主要成分包括:P·Ⅱ52.5级硅酸盐水泥、细集料 (河砂) 、减水剂、活性粉末 (硅粉、粉煤灰) 和钢丝网等。

(1) 水泥

减水剂是影响素RPC性能的重要成分, 在搅拌过程中, 水泥中影响减水剂使用效果的主要成分是C3A, C3A含量过高会削弱减水剂的作用。因此, 应尽量选用C3A含量较低的水泥配制素RPC。我们在初配试验中进行了P·Ⅱ52.5级与P·O 42.5级硅酸盐水泥的静态力学性能对比试验研究。并按表1的配比制作了二种水泥强度等级 (P·Ⅱ52.5级和P·O 42.5级) 的试件。由表2所示的平均试验结果可知, P·Ⅱ52.5级水泥配制的试件的抗压强度和抗弯强度分别是P·O 42.5级试件的1.5倍和2.72倍。由此, 配制钢丝网RPC选用P·Ⅱ52.5级水泥, 其C3A含量为6.4%。

(2) 集料

集料粒径的大小会对水泥浆体与集料的界面产生影响, 从而影响整体强度。因而, 我们在钢丝网RPC的研制过程中, 针对粗细集料的选择进行了对比试验。试验采用的粗集料为表面粗糙且有棱角的碎石, 最大粒径低于20mm。细集料为高石英含量的河砂, 颗粒浑圆、洁净, 细度模数在1.6～1.9间, 并具有平滑筛分曲线, 砂率约为36%。试验配制了两种含有不同集料的钢丝网RPC:A1试件中掺入了粗细两种集料, 配比见表3;A2试件中去除了粗集料, 仅使用了细集料, 且砂的体积含量高于A1试件, 配比见表4。

表5为二组试件的试验结果。由表5见, A2试件的抗压强度和抗劈拉强度分别是A1试件的1.2倍和2.84倍。由此, 我们决定在钢丝网RPC的配制中仅选用砂而不选用粗集料石子。

文献[4]研究了天然河砂和标准砂及其颗粒尺寸对RPC强度的影响。结果表明, 粗颗粒不利于RPC抗压强度的提高, 特别是在高温养护下, 其不利影响更为显著;而采用剔除了粗粒径的砂所配制的RPC, 其抗压强度有较大提高。河砂在使用前做了过筛, 以进一步去除粗大颗粒和杂质。

(3) 减水剂

水泥在加水搅拌后, 会生成一些絮凝状结构, 在这些絮凝状结构中包裹着拌和水, 会影响新拌混凝土的和易性。为保持所需的和易性, 必须相应增加拌和水量, 而用水量的增加, 会使水泥石结构中形成过多的孔隙, 严重影响硬化后混凝土的力学性能。在制备混凝土过程中加入高效减水剂能将被包裹在絮凝状结构体内的水分“解放”出来, 大大减少混凝土的拌和用水量。

配制钢丝网RPC使用的减水剂为上海某公司的GLENIUM SP.8CN型高效减水剂, 密度1.05kg/m3, 含固量18%。掺量在0.5%～2.5%时, 减水率可达40%。该减水剂在降低水灰比的同时, 可使水泥保持优良的和易性和坍落度, 从而使材料获得高强度和高流态。

(4) 活性粉末

在配制钢丝网RPC时, 加入了硅粉和粉煤灰两种活性粉末。

硅粉:EM920U型微硅粉, SiO2含量大于85%, 密度200～350kg/m3, 比表面积大于15m2/g, 掺量15%。由于硅粉具有颗粒细小、比表面积大和SiO2纯度高等特点, 将其掺入混凝土中, 会对混凝土的性能产生多方面的良好影响: (1) 当硅粉与高效减水剂复合使用时, 硅粉填塞在水泥颗粒之间的空隙中, 使其具有良好的级配, 降低其标准稠度下的用水量; (2) 硅粉小球形颗粒填充于水泥颗粒之间, 可有效提高混凝土的抗压强度; (3) 硅粉的加入可以减少泌水, 从而减小毛细孔的平均孔径。

粉煤灰:南京某电厂Ⅰ级超细灰。粉煤灰的粒径为0.5～100μm, 颗粒比水泥颗粒细, 且含有大量的球状玻璃体。粉煤灰中含有的可溶性硅酸等可同水泥水化时产生的Ca (OH) 2化合, 生成不溶的CaSiO3等, 这种性质称为火山灰活性。其火山灰活性受玻璃相的化学成分、比表面积等支配, 反应能长时间地进行。粉煤灰的掺入会对混凝土材料产生多方面的影响: (1) 粉煤灰中的微细颗粒能均匀分布在水泥浆内, 填充空隙和毛细孔, 改善混凝土的孔结构并提高密实度; (2) 改善混凝土拌和物的和易性; (3) 粉煤灰表面部分含有火山灰质反应生成物, 因此粉煤灰和水泥浆硬化体间能够强固地结合, 增进长期强度, 提高抗渗性和耐久性; (4) 不同水胶比条件下, 粉煤灰对胶砂强度的影响不同[7]。

(5) 钢丝网

钢丝网RPC中的钢丝网通常采用中碳钢丝和高碳钢丝编织而成, 具有强度高、弹性和耐磨性强等特点。经优化试验, 同时考虑增强效果和性价比, 我们选用了密度为7.8×103kg/m3, 拉伸强度为1150MPa的高碳钢丝编织成的钢丝网, 其结构参数为:钢丝直径0.5mm、网格边长3mm, 增强材料在钢丝网RPC中的排列层间距为5mm。

1.2 钢丝网RPC组分作用分析

钢丝网RPC中各组分作用是不同的, 其中钢丝网的作用是提高基体的抗拉强度, 阻止基体中原有微裂缝的扩展并延缓新裂缝的产生, 提高基体的变形性能从而改善基体的韧性与抗冲击性。素RPC的主要作用是使结构抗压, 粘结钢丝网格栅, 保护钢丝网格栅, 使应力传递给钢丝网格栅。

钢丝网RPC属于以高强纤维增强脆性混凝土基体。在初裂前钢丝网格栅与基体共同工作的弹性阶段, 基本可以运用复合材料细观力学理论来研究。但当基体开裂后, 基体卸荷, 荷载由钢丝网格栅承担, 按照复合材料细观力学理论, 基体开裂时的应力就是复合材料的极限强度。对钢丝网RPC来说, 这一点与通常意义上的纤维混凝土是不完全一致的。实际情况是, 当基体开裂后, 荷载将转移给钢丝网格栅承担, 复合材料仍能继续工作, 并可能承担更大的荷载, 才达到其极限强度。因此, 基体开裂后, 复合材料已不是弹性阶段的性质, 基体的作用只能通过与纤维间的界面粘结得到发挥。故钢丝网RPC的初裂强度主要由素RPC和钢丝网共同来控制, 而极限强度主要由钢丝网格栅来控制。因此, 钢丝网RPC的性能主要取决于素RPC的特性、钢丝网格栅的类型与编织构造参数、两者的相对含量和界面粘结性能等。其中界面粘结与界面效应是发挥钢丝网格栅对素RPC增强、增韧和阻裂能力的关键。虽然钢丝网编织方法可作多种改进, 但复合材料的内在强度主要取决于二维平面钢丝网与素RPC的界面粘结强度。没有界面粘结, 钢丝网在素RPC中的作用就不能够得到充分发挥。实验表明, 引起钢丝网RPC过早破坏的原因, 常常是由于界面粘结过早失效, 从而引起钢丝网格栅发生的是滑移破坏而不是拉断破坏。因此, 为充分发挥钢丝网在素RPC中的作用, 增强界面粘结, 提高界面效应是十分关键的。

1.3 界面粘结性能分析

从编织钢丝网对素RPC的增强机理来说, 主要是由于混凝土硬化后, 钢丝网格栅与混凝土之间产生了较好的粘结能力。这种粘结力可以认为由以下几个部分组成:

(1) 钢丝网与素RPC间的相互粘着力。如素RPC中水泥凝胶在钢丝表面产生的化学粘着力或吸附力, 以及素RPC在干燥收缩时也会将钢丝紧紧握裹等。在钢丝受力变形, 发生局部滑移后, 粘着力丧失。

(2) 素RPC对钢丝的摩擦阻力。不论是素RPC收缩裹紧钢丝, 还是由于外力的作用, 都会使得素RPC与钢丝间产生径向压应力, 因而会有摩擦力的存在。摩擦阻力在粘着力破坏后发挥作用。

(3) 钢丝表面为波浪形, 使得钢丝和素RPC之间产生机械咬合作用。

(4) 钢丝网格栅上网格对素RPC中集料颗粒的“锁定”阻裂作用。此外, 在相互垂直的钢丝交叉成网时, 不仅平行于拉力方向的钢丝具有抵抗拉应力的作用, 垂直于拉力方向的钢丝同样通过上述机理对拉应力起一定的抵抗作用。因此, 必须考虑垂直于拉力方向钢丝的强化作用。

依据混合律法则, 综合考虑垂直于拉力方向上的钢丝对抗拉强度的贡献和钢丝交叉纠结作用的贡献, 可得到混合律法则下钢丝网RPC的极限强度:

式中, V—横向钢丝的体积率;

V′—垂直于拉力方向钢丝的体积率;

k′—垂直于拉力方向钢丝的体积率修正系数, 0

Vf′=V+k′V′—总体积率。

依据混合率法则所得到的计算公式 (1) 只是将纤维和基体材料的性能简单相加, 并没有考虑纤维间距对抗拉强度的影响。而我们在钢丝网参数对钢丝网RPC静动态力学性能的影响试验中发现, 钢丝网对素RPC的增强效果与钢丝直径、钢丝网孔径以及层间距的变化有关。这是由于裂缝的开裂局限在由平行于拉力方向的两根钢丝和垂直于拉力方向的两根钢丝所围成的区域内, 且这四根钢丝互相纠结。在拉力的作用下, 不仅平行于拉力方向的钢丝具有阻裂作用, 垂直于拉力方向的钢丝也通过纠结和自身与基体的粘结同样具有阻裂的作用。可见, 在分析钢丝网增强作用时, 必须要考虑纤维间距所产生的影响。因此, 必须运用纤维间距理论对式 (1) 进行修正, 为此引入纤维间距影响的修正系数, 得到混合率法则与纤维间距理论相结合的钢丝网增强复合材料的极限强度公式:

式中, k—考虑了纤维间距后的修正系数, 。

相关资料显示, 当混凝土强度提高时, 变形钢筋与混凝土基体间粘结应力有显著的提高[4]。对于钢丝网增强混凝土基复合材料, 应如何优选基体材料, 以获得钢丝网与混凝土间优良的界面粘结效果, 充分发挥增强材料的力学性能, 是一项很有意义的研究内容。为比较分析基体材料性能与增强效果之间的关系, 以利于最终获得具有优良综合性能的钢丝网增强混凝土基复合材料, 笔者在结合前人工作的基础上, 开展了试验研究工作。

2 试验

2.1 试验内容和试件制作

试验制配了C60、C80和C100的混凝土作为基材, 配比参见表6。

抗压试件尺寸为100mm×100mm×100mm, 抗弯试件尺寸为400mm×100mm×100mm, 抗劈拉试件尺寸为100mm×100mm×100mm。增强用的钢丝网是用直径0.5mm的高碳钢冷拔钢丝以3mm的网格编织而成, 其尺寸略小于试件尺寸, 分别为:95mm×95mm和395mm×95mm。每个试件均匀布设9层钢丝网, 其体积含钢量约为1%。试件制作后标养28d。

2.2 试验方法和试验设备

试验按GB1T17671-1999《水泥胶沙强度检测方法 (ISO法) 》进行。抗弯试验采用30t液压式万能材料试验机进行三点加荷试验, 跨距300mm;抗压试验采用200t压力试验机;抗劈拉试验采用60t压力试验机, 将试件对称放置于试验机的两个支撑上, 开动试验机, 使压头从上方缓慢接触试件, 再缓慢加压, 直到试件断裂或出现裂纹, 压力无法再上升为止, 读取试验机的数据。

2.3 试验结果

试验结果见表7和图1, 其中表7中的强度提高率计算均是以对应素混凝土的强度为衡量标准。表中σb表示复合材料的抗弯强度, 单位MPa;σcu表示复合材料的抗压强度, 单位MPa;σspl表示复合材料的抗劈拉强度, 单位MPa。

3 结果分析

(1) 随着混凝土强度等级的提高, 其素混凝土的抗弯强度、抗压强度和抗劈拉强度均相应有所增大, 但从图1 (a) 、 (b) 和 (c) 的比较可以发现, 随着混凝土强度等级的提高, 素混凝土的上述三项性能强度增大的幅度相对均较平缓。这主要是由于基材本身的性能是由素混凝土的配比决定的, 试验结果与实际情况是相符的。

(2) 对于不同强度等级的混凝土, 通过钢丝网增强后, 所获得的钢丝网混凝土相对于各自的基材素混凝土, 其各项力学性能均有较大幅度的提高, 复合材料的抗压、抗弯和抗劈拉强度分别较基体材料提高达29.4%～87.5%、51.9%～88%和81%～150%。这主要是由于在素混凝土中加入钢丝网作为增强材之后, 由于钢丝网的桥接作用, 一方面对混凝土内部裂纹的发生和扩展起到了限制约束作用, 另一方面通过基体材料的传递作用, 很大一部分外力, 转嫁给钢丝网来承受, 从而使钢丝网混凝土复合材料表现出了上述力学性能的改善。

(3) 随着混凝土强度等级的提高, 其抗弯抗压和抗劈拉性能强度增大的幅度 (绝对值) 也越来越大, 从曲线反映出有一个陡然上升的趋势, 这一点在抗弯和抗压强度上表现得更为明显。这主要是因为随着混凝土标号的提高, 混凝土与钢丝网的单丝纤维间的界面粘结强度增大了, 这样更有利于钢丝网桥接作用的发挥。

4 结论

(1) 通过钢丝网增强混凝土可有效改善混凝土的各项力学性能。

(2) 通过配制高强混凝土, 提高界面粘接强度, 可充分发挥钢丝网的力学性能, 获得高性能的混凝土复合材料。

(3) 考虑纤维间距影响的修正系数, 结合混合率法则与纤维间距理论, 钢丝网RPC的极限强度计算公式为。

摘要：为研究钢丝网RPC的增强效果, 分析了钢丝网RPC的组分特点和作用机理, 指出了基体材料和增强材料间的界面粘结性能是影响增强效果的关键因素之一。通过对钢丝网RPC界面粘结性能的分析, 得到了混合律法则下钢丝网RPC的极限强度计算方法;开展了钢丝网增强不同强度等级混凝土材料的抗压、抗弯和抗劈拉等常规静态力学性能试验, 比较了复合材料中基体材料性能对增强效果的影响。结果显示, 在相同的增强模式下, 随着混凝土强度等级的提高, 基体材料和纤维间的界面粘接性能得到了改善, 更有利于发挥钢丝的桥接作用, 可使复合材料表现出更为优异的抗压、抗弯和抗劈拉强度。

关键词：钢丝网RPC,力学性能,静态试验,增强机理

参考文献

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生物质原料活性炭制备新法 篇5

能源是人类社会赖以生存的物质基础。随着生活水平的不断提高, 人们对能源的需求也不断加大, 煤炭、石油等传统化石能源消耗迅速, 资源短缺日益严重。开发和利用新能源及可再生能源, 是我国能源的长期发展战略, 也是保证我国经济稳定、可持续发展的政策措施之一。

生物质是一种典型的可再生能源, 地球上每年通过植物光合作用固定的碳元素达2000亿吨。据估算, 中国生物质资源生产潜力可达650亿吨/年, 折合33亿吨标准煤, 相当于每年化石资源消耗总量的3倍以上。国内大部分生物质资源 (农作物秸秆等) 被直接焚烧, 造成资源的大量浪费, 同时也造成环境的严重污染。

直接碳燃料电池是一种将燃料碳的化学能通过电化学氧化过程直接转化为电能的装置, 属于一种高温燃料电池, 具有理论效率接近100%、污染物排放少、固体碳燃料来源广泛、碳燃料能量密度高、电池结构简单等优点。

仲兆平等组成的课题组长期以来从事生物质综合利用、大气污染控制及新能源方面的研究工作, 承担了多项国家自然科学基金、“973”计划和“863”计划项目。在总结前人研究的基础上, 率先提出了DCFC燃料的要求、制备方法, 并辅以相关的实验进行验证, 为今后的研究工作提供了理论依据并积累了实践经验。

生物增强活性炭 篇6

1. 特点及应用。

臭氧的化学构成是由三个氧原子组成的,它是一种比较活跃的气体,颜色通常呈淡紫色,在一定环境下能够分容易形成氧气。臭氧的密度较大,是氧气的1.5倍,臭氧的溶解度也非常大,是氧气的10倍左右。正因为臭氧具有极强的氧化能力,因此它在化学元素排名中仅此与氟,位列所有化学元素第二。臭氧的主要技术特点取决于其本身具有的特性:一是具有非常强的氧化能力,能够将在水处理工艺中难以消除的杂志进行彻底去除;二是具有非常快的氧化反应速度,能够有效的缩小常用设备或者构筑物的体积;三是具有无污染性,臭氧在使用完后迅速的分解成为氧气,不会咋成空气的污染,而且还增加了水中的溶解氧;四是具有除臭、除味的作用,除了能够进行杀毒、杀菌,还能够有效的除臭、除味。

2. 活性炭吸附特性与净水工艺。

常用的活性炭是以煤质、木质等为主要原料,通过化学、物理活化工艺制造而成。活性炭微孔发达,孔径10-105A0,拥有巨大的比表面积,一般700～1600m2/g。所以,活性炭的吸附能力非常强,被广泛用于水的净化中,能够对有机物、无机物、离子型和非离子型的杂质进行消除。在西方国家的水处理厂通常会使用颗粒活性炭,能够将水中的总有机碳含量降低20～30%。一般活性炭对溶解性有机物吸附的有效范围为:分子大小在100A0～1000A0之间;分子量400以下的低分子量的溶解性有机物。极性高的低分子化合物及腐殖质等高分子化合物难于吸附。若有机物的分子具有一样的大小,那么,脂肪族化合物的吸附能力低于芳香族化合物,直链化合物吸附能力低于支链化合物。

二、臭氧化-生物活性炭技术的研究与应用

1. 应用概况。我国生物活性炭技术的研究开始与七十年代,随着社会的不断发展,国内陆续建立了一些深度纯净水厂,他们都是应用了该项技术。大庆石化总厂、吉林前郭炼油厂依据哈尔滨建筑大学两个实验结果,将目前常用的生活用水系统采用的处理工艺进行了更新改造,改造后的处理量分别是2万m3/d、1万m3/d。实际运行后发现,经过净化以后的COD含量从滤后水的4-6mg/L,下降到2.5mg/L以下;经分析观察色质联机的离子流色谱图,经过净化工艺处理后的水,含油有机物的浓度大量减少,同时,总类也减少较多,水的浊度变为4.6度,色度变为10度,下降到零度,其水的质量可以达到国际标准。2.发展趋势。目前,臭氧化-生物活性炭工艺主要问题是臭氧投加方式选择、量的掌握以及如何提高接触反应设备的效率。预臭氧、主臭氧、后臭氧是臭氧投加工作中位置划分,它么之间具有不同的作用。在工程施工应用中,采取何种投加位置,使用多少投量进行分配优化,这些都是要认真考虑的。更要将采取的原水水质进行全民的、长时间的进行调查和分析,在充分掌握了,水处理过程中对于臭氧有机物及还原物质的量的使用,将作为测量臭氧起始需求量的基础,作为工程应用施工设计的主要根据。使用常用净化设备进行正常工作运行状态后,采取臭氧的接触反应方式,来进行化学衡算接触反应过程。在测量尾气排放中和水中的的臭氧含量时,主要做好分析臭氧接触反应效率,并且做好确定臭氧的适宜投放量。在臭氧化技术应用过程中,臭氧化出水和副产物升高已成为首要解决的问题。经科研人员研究发现,在使用臭氧作为加工原料的过程中,臭氧易产生溴酸盐、甲醛等有害副产物。当水中存在Br-时,臭氧会将其氧化成亚溴酸盐、溴酸盐、溴仿等溴化有机副产物。据国际癌症研究机构研究发现溴酸盐已被确定能够致癌的化合物之一,WHO组织要求日常饮用的水中,其溴酸盐的含量最大是25μg/L,同时,美国权威组织EPA也规定目前饮用水中溴酸盐的最大污染物水平为10μg/L。现阶段,对于水中溴酸盐的控制是该技术应用中的待解决的主要问题,当今,常有降低溴酸盐含量的主要方法是:臭氧多点投加法、改变水的化学条件法、生物过滤等方法。在城市自来水的管道中,由于AOC的存在造成管道中滋生了许多细菌,同时,造成在管网中产生结垢腐蚀和生物膜的出现。

结论:臭氧化-生物活性炭技术主要的优点是:高效率、技术先进,应用广泛,对已经被有机物所污染的水源具有较大的净化作用,非常值得推广应用,在以后的发展中,他将会在饮用水的深度净化方面应用更为广泛。

摘要：本文主要对臭氧化-生物活性炭技术的现状进行了介绍分析,同时提出了改技术的工艺目前存在的问题及今后发展的主要方向。

生物增强活性炭 篇7

进入20世纪80年代以来,由于科学技术的迅猛发展,人们对水泥基复合材料提出了越来越高的要求。纤维增强水泥(Fiber reinforced cement,FRC)是以水泥净浆或砂浆为基体,以纤维为增强体所组成的复合材料。纤维在其中起着阻止水泥基体中微裂缝扩展和跨越裂缝承受拉应力的作用,因而使复合材料的抗拉与抗折强度以及断裂能较未增强的水泥基体有明显的提高,而且更能明显增强其抗侵彻和抗爆破的能力。

国内外近几年才开始对高性能混凝土(High perfor-mance concrete,HPC)热性能方面进行研究[1,2,3,4]。文献[5]指出钢纤维与聚丙烯纤维复掺能显著改善高温后HPC的剩余力学性能;文献[6,7,8] 指出掺聚丙烯纤维的HPC在温度低于400℃时强度降低幅度较小,温度高于400℃时强度显著降低,聚丙烯纤维能显著改善高强混凝土的抗爆裂性能;文献[9]指出了湿含量对混凝土高温后力学性能的影响。

活性粉末混凝土(Reactive powder concrete,RPC)是一种超高强、低脆性、耐久性优异的新型水泥基复合材料[10],热养护时强度为200MPa左右,400℃高温养护可达800MPa。国内外学者从材料性能、掺量、配合比、养护制度、胶结体系等方面做了很多研究工作,但其在高温条件下的力学性能和机理却少见报道。本实验研究了不同掺量的钢纤维、聚丙烯纤维和PVA纤维以及纤维复掺在热养护和高温养护(400℃)条件下对RPC力学性能的影响。

1 实验

1.1 试验原料

水泥:P.O42.5R普通硅酸盐水泥,平均粒径为13.8μm;石英砂:粒径范围为80～600μm,平均粒径为250μm,其ω(SiO2)≥99%;硅灰(Silica fume,SF):挪威埃肯硅灰,灰白色球状粉末,ω(SiO2)≈92%,平均粒径为0.2μm,比表面积1.8×104m2/kg;超细粉煤灰(Ultra-pulverized fly ash,UPFA ):四川省江油电厂分选的Ⅲ级粉煤灰,经振动球磨80min制得,平均粒径6.34μm;原状粉煤灰(Fly ash,FA):四川省江油电厂分选的Ⅲ级粉煤灰,经筛分得到,粒径为80～45μm;高效减水剂(KS-JS50):四川柯帅外加剂有限公司生产的KJ-JS聚羧酸型高效减水剂,固含量为50%,减水率大于30%;钢纤维:天津市贝瑞克丝钢纤维厂提供;高模复合纤维(PVA纤维):上海博宁工程纤维材料有限公司提供;聚丙烯纤维(Polypropylene fiber):泰安同伴工程塑料有限公司提供。纤维的物理性能见表1。

1.2 试验方法

将称好的水泥、硅灰、UPFA和FA倒入砂浆搅拌锅中干拌1min,加入石英砂搅拌1min,再加入一半纤维搅拌2min,然后将用一半水溶解的高效减水剂倒入搅拌锅慢搅2min,之后将另一半纤维加入搅拌2min,再加入另外一半水搅拌2min,最后快搅4min。搅拌后注入40mm×40mm×160mm的三联胶砂试模中,振动成型。标准养护24h后拆模,编号后分别养护,测7天强度。养护分为热水养护和高温养护。

(1)热水养护:

在90℃热水中养护3天,自然冷却后放在室内至测试龄期;

(2)高温养护:

在90℃热水中养护3天后将热养护的试块直接放入预热100℃的高温炉以1℃/min的速率加热至相应温度,保温6h后自然冷却,取出放至测试龄期。

对经过热水养护和高温养护到达龄期的试件按GB/T17671-1999《水泥胶砂强度检验方法(ISO)法》进行抗折、抗压强度测定。试验配比如表2所示。

注:(1)S为钢纤维,p为聚丙烯纤维,P为PVA纤维,各代码后的数字为纤维的体积掺量,4 中S的体积掺量为3%; (2)配比中FA作为骨料,水胶比为Water/(Cement+UPFA+SF)

2 结果及讨论

2.1 纤维种类和掺量对RPC强度的影响

2.1.1 不同纤维单掺对RPC强度的影响

图1反映了不同掺量的不同纤维在90℃和200℃养护时的RPC强度值。纤维的加入能跨越裂缝承受拉应力,有效阻止水泥基体中微裂缝的扩展。随纤维掺量的增加,RPC的抗压和抗折强度逐渐增大。对于钢纤维,高温养护使水泥的水化产物与钢纤维的粘结强度增加,200℃养护时的RPC抗压和抗折强度始终高于90℃养护时的(对于抗折强度,当钢纤维的体积掺量小于0.3%时200℃养护时的强度低于90℃养护时的,可能是由于误差原因所致)。对于PP纤维,由于其熔点为160～180℃,200℃养护时使PP纤维熔解,填充于基体内部的孔隙,增加体系密实度,导致抗压强度增大。当PP纤维的体积掺量为1.5%时,抗压强度达242.6MPa。而PVA纤维由于尺寸较小,填充基体内较大的孔隙,使密实度增加,强度提高,但增长幅度较小。同时由于配制RPC时采用较低的水灰比(0.16),硬化体系自由水含量很少,甚至不含自由水,在200℃养护时基本不会因水分挥发导致孔隙增大和产生收缩裂缝,避免了普通高强混凝土因湿含量较大,高温养护使自由水分蒸发产生的收缩裂缝对其强度的影响。

2.1.2 纤维复掺对RPC强度的影响

图2为配比4(见表2)中不同纤维复掺即A、B、C、D、E与S3.0、P1.0、p1.0单掺时的抗压抗折强度的比较。由图2可知,在90℃和200℃养护时,钢纤维和PP纤维复掺有利于提高混凝土的强度,而且随PP纤维掺量的减少,抗折和抗压强度逐渐降低。因为随PP纤维的减少,熔解后可以填充孔隙的聚合物的量减少,孔隙率增加,所以强度降低。400℃养护时,虽然强度较200℃养护时的降低,但仍高于90℃养护时的,与文献[1,2,3,4,5,6,7,8,9,10]的试验结果相反。

2.2 水灰比对纤维增强RPC高温强度的影响

图3为不同水灰比在不同温度条件下养护的强度值。在相同温度条件下,随水灰比降低,水化凝胶孔数量减少,强度提高。当水灰比为0.16时由于水灰比相对较大,生成的C-S-H凝胶量相对较多。当温度由200℃升高到400℃时,C-S-H凝胶大量失水,水分蒸发导致体积结构疏松,强度由265MPa降低到226.8MPa。当水灰比减小到0.14和0.12时,体系湿含量较低,生成的C-S-H凝胶较少,高温失水较少,对密实度影响较小,生成硬硅钙石对强度的贡献大于孔隙增加导致的强度减少,在400℃养护时强度反而提高,达到333.4MPa。

2.3 纤维增强混凝土的应力应变分析

图4为不同掺量的不同纤维在90℃和200℃养护时RPC的应力-应变曲线。纤维增强混凝土的断裂曲线分为3个部分。(1)初裂阶段:从开始施加应力至基体产生裂缝阶段;(2)纤维增强阶段:初裂后将应力传递到纤维上,使应力继续增加,纤维被逐渐拔出;(3)应力降低阶段:裂缝继续产生,纤维继续被拔出,直至断裂。图4中OA、AC、CE 和OB、BD、DF分别为钢纤维体积掺量为3%在200℃和90℃养护时的初裂阶段、纤维增强阶段、应力降低阶段。由图4可知,虽然在200℃养护的RPC基体的断裂强度(OA段11.6MPa)低于90℃养护时的(OB段25.4MPa),但由于高温条件下,水化C-S-H部分失水转化成硬硅钙石[11],提高了基体和纤维的粘结强度,并未出现应力增加速度减小的阶段。但高温养护使基体脆性增加,最终导致200℃养护C点的应力峰值(44.9MPa)低于90℃养护时D点的应力峰值(51.1MPa)。聚合物纤维由于在高温下熔解,与RPC基体融于一体,使其应力-应变曲线的变化趋势与热养护时基本一致,随基体强度的降低而降低。

图5为1%PP 纤维与3%钢纤维复掺在不同温度下的应力-应变曲线,由图5可知,PP纤维与钢纤维复掺在200℃养护时具有较好的韧性和较高的抗折强度,400℃养护时由于C-S-H凝胶大量失水,水分蒸发导致基体孔隙增加,密实度降低,虽然抗折强度达到了40.8MPa,但纤维的抗裂增韧效果显著降低,达到峰值后,应力变化速度加快。

2.4 纤维增强混凝土的SEM分析

图6(a)和(b)为钢纤维(3%)在90℃和200℃养护时的SEM照片。

由图6(a)和(b)可知,钢纤维在90℃养护后拔出时纤维表面黏附的RPC基体材料较少,不能将纤维完全覆盖;而200℃养护时,由于粘结强度的提高,使拔出的纤维表面粘结了一定量的RPC基体材料。图6(c)和(d)为PVA纤维(1.5%)在90℃和200℃养护时的SEM照片。图6(e)和(f)为PP纤维(1.5%)在90℃和200℃养护时的SEM照片,从图6中可以看出,在90℃养护时,2种聚合物纤维均保持着原来的单丝束状,混凝土断裂后表面黏附极少量基体材料;而在200℃高温养护时,聚合物纤维熔解,在基体内部形成三维网络结构,覆盖在基体材料的表面,或者融入基体,从而增加混凝土的强度和密实度,提高混凝土的力学性能。

3 结论

(1)纤维能跨越裂缝承受拉应力,有效阻止水泥基体微裂缝的扩展,作用效果随纤维掺量的增加而增加,不同纤维在不同养护温度下对RPC的作用机理不同,除高温条件下生成硬硅钙石增加强度外,钢纤维强度随粘结强度的提高而提高,而聚合物纤维则通过填充基体内的孔隙提高强度。

(2)钢纤维有利于提高RPC强度,对抗折强度的贡献大于对抗压强度的贡献,当其体积掺量为3%时,90℃和200℃养护时的抗压和抗折强度分别为51.1MPa、44.9MPa和178.9MPa、210.2MPa;PP纤维和PVA纤维在90℃和200℃养护时对抗折强度的贡献不大;当体积掺量小于1%时,抗折强度有所降低,但高温熔解后在基体内形成网络结构,填充孔隙,使抗压强度提高;当200℃养护、PP纤维体积掺量为1.5%时,强度达242.6MPa。

(3)钢纤维和聚合物纤维复掺在200℃养护既有利于抗压强度的提高,也有利于抗折强度的提高。当体积掺量为3%的钢纤维和体积掺量为1.5%的PP纤维复掺时,水胶比为0.12,400℃养护时抗压强度进一步提高,达333.4MPa。

参考文献

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生物增强活性炭 篇8

活性炭(Activated carbon,简称AC)是一种利用生物有机物质(如木材、焦炭、石油焦、各种坚果壳等)制备的具有发达孔隙结构和大比表面积的多孔炭材料[1]。随着工业的发展,对活性炭的需求越来越多,在很多领域里都用到活性炭。以木材为原料的传统的活性炭的制备已受到林业发展的限制,因此,利用多种生物质为原料来制取活性炭越来越被重视。目前,各种生物质制取活性炭的研究已在不断地进行,有些已经转换为生产力。这样,不仅能够使废弃物充分利用,而且还能够满足对活性炭不断增加的需求。

本文就国内外生物质的研究制备和应用方面的现状及生物质活性炭在不同领域的应用作一概述。

1 生物质制取活性炭的优缺点

生物质制取活性炭与传统的煤制取活性炭比较,由于其原料是农林废弃物和工业废弃物,所以原料来源丰富,价格低廉。与原料煤相比,生物质无黏结性、无需破黏等特殊处理,制取活性炭的工艺过程简单。由于利用生物质制取活性炭是1种新的研究方向和新的工艺,不可避免地存在着缺点。利用生物质制取活性炭,对装置要求较高,制取的活性炭没有煤制取活性炭所具有的良好的吸附性能和机械强度。煤制取的活性炭比生物质活性炭更容易再生,抗磨损性强,流体阻力相对较小。

2 生物质制取活性炭制备方法

生物质制取活性炭也和煤制取活性炭一样,有物理法和化学法。

物理法是把原料炭化以后,用水蒸气、CO2、空气、烟道气等在700℃~1 100℃下进行活化的方法。物理活化法所得产品的形状以颗粒状为主,其孔径分布以微孔居多,更适合于液相和气相中分子量和分子直径较小的物质的吸附。它的基本原理是炭化在惰性氛围气中经过热分解放出挥发酚而变成炭化产物,而后,将炭化产物用水蒸气、CO2等在700℃~1 100℃下进一步活化制成具有发达的孔隙及与其相应比表面积的活性炭。物理方法的一般流程见图1。即原料经过干燥、炭化,再经过预处理工段(破碎筛选),再经过活化工段(活化),然后进行洗涤,最后进行后处理工段(干燥、粉碎),就可以得到活性炭产品。

在实际生产中,大多采用高温水蒸气作活化剂。其优点在于用水蒸气作活化剂,使炭表面纯净,生产工艺简单,不存在设备腐蚀和环境污染[2]。又因反应吸热,不会使物料在活化中局部过热而影响收率。其缺点是,因耐火材料和木炭的传热系数小,易造成管内物料温度不均,活化不一致而影响产品质量的稳定。另外,因其依靠碳原子氧化形成孔隙结构,故活性炭的收率不高,且活化温度较高。

化学法是把化学药品加入原料中,在惰性气体介质中加热,进行炭化和活化的一种方法。化学活化法所得产品的形状以粉状为主,其孔径分布可通过调节化学活化剂的配比进行控制,比较灵活。既可制造出以微孔为主的产品,也可制造出富含中孔(过渡孔)的产品,比较适合于吸附液相中分子量和分子直径较大的物质。化学方法活性炭的成熟工艺为氯化锌(Zn Cl2)法。国内活性炭生产厂大多采用该法,其活化原理为:Zn Cl2在炭化活化中有脱水作用,使有机木质原材料的氢、氧元素以水的形式溢出,如此可降低炭化活化温度,改变热解路线,另外,Zn Cl2溶液对木质原料有溶解、侵蚀作用,故可顺利渗透到原料内部,到达木质原料中纤维形式的细孔中,以实现完全活化。活化过程中Zn Cl2多数留在炭中起骨架作用,而形成的炭则沉积在骨架上。当最后用水洗掉Zn Cl2后,则炭形成多孔,从而具有吸附、脱色作用。化学方法的一般流程见图2。即原料经过预处理工段(浸渍),再进行活化工段(炭化活化),然后进行洗涤,最后进行后处理工段(干燥、粉碎),就可以得到活性炭产品。

化学方法的优点在于制备的活性炭孔隙率大,且可通过调整活化剂的浓度生产不同孔径的活性炭,活化时间短、活化反应易控制、产物比表面积大。另外用Zn Cl2做活化剂,炭化活性温度低、易操作、能耗小,同时Zn Cl2可回收循环利用。但因在炭化活化时有部分Zn Cl2进入大气,回收工段还要使用挥发性盐酸,这对大气均有一定程度的污染,另外,化学法对设备腐蚀性大。

一直以来,利用物理法制取的活性炭的使用量不断增加,特别是颗粒活性炭。据称,使用量的年均增长率为5%~10%。化学法制取的活性炭的使用量变化不大,甚至有下降的趋势。物理法之所以成为生产活性炭的主要方法,是由于化学法有如下一些缺点[3]:

a)存在着由于从各个生产工序中产生的酸性气体,特别是氯气对金属材料的腐蚀及污染环境的问题;

b)生产装置所使用的材料几乎都需要耐腐蚀,成本高;

c)所使用的化学活化剂回收不充分时,重金属离子有残留在活性炭中的危险性,用途受到限制;

d)适于吸附气体的微孔少;

e)产品绝大多数为粉末状。

不同方法、不同原料制取的活性炭的性能比较见表1。

3 影响生物质制取活性炭性能的因素

利用生物质来制取活性炭的过程,主要有如下几种影响因素:生物质原料、活化温度和活化剂种类等。利用生物质制取活性炭的原料主要有秸秆、稻壳、花生壳、核桃壳等。利用花生壳制备活性炭的工艺早在20世纪90年代中期就有报道。以花生壳为原料制备的活性炭对水体中的重金属离子有很好的吸附性能,例如:Hg(Ⅱ),Pb(Ⅱ),Cu(Ⅱ)等。利用小麦秸秆为原料制备的活性炭则具有较强的脱色力。利用稻壳为原料制备的活性炭具有很强的净化能力。利用核桃壳为原料制备的活性炭,具有较高的吸附性能。由此可见,利用不同原料制备的活性炭在性能方面各有不同。原料对制备的活性炭的性能有很大的影响。

关于活化温度与活性炭性能的关系。厉悦,等[9],利用KOH活化稻壳制备的活性炭,在活化温度为750℃时,其他工艺参数相同的条件下,稻壳活性炭的吸附性能最好。欧阳娜娜,等[10]用核桃壳活性炭的吸附性能,随着活化温度的升高而增强,但当达到一定值时又逐渐下降。当活化温度升至600℃时,核桃壳活性炭对碘的吸附达到最大值。总的看来,活化温度是影响活性炭性能的一个重要因素,且不同的原料和工艺过程,需要不同的活化温度。在同一个工艺过程中并不是活化温度越高越好,存在着一个最佳活化温度。

活化剂种类的不同,所制取活性炭产品的性能也有很大的差异。杨性坤,等[11]利用Na2S和Na3PO4做活化剂,产品的吸附力较大,但产品收率较低。但采用Zn Cl2做活化剂时,产品收率最高,吸附力相差不多。在相同浓度下,采用H3PO4作活化剂时,活性炭的收率低于采用Zn Cl2活化的工艺。对几种不同活化剂的比较,采用Zn Cl2为活化剂达到效果最佳。采用不同的工艺过程不同的活化剂,制取活性炭达到最佳效果的情况是不相同的。

4 生物质制取活性炭的应用

随着利用生物质制取活性炭的研究和工艺的不断发展,各种不同性能的生物质活性炭被应用于不同领域。由于利用不同的原料和不同的工艺进行制备,进而得到了不同性能的生物质活性炭。

4.1 烟秆活性炭处理含Cu(Ⅱ)废水

高建培,等[12]采用微波加热氯化锌法制备的烟秆活性炭,对废水中的Cu(Ⅱ)具有很好的吸附作用。随着活性炭投入量的增加,Cu(Ⅱ)的去除率增大。当活性炭用量增加到10g/L时,Cu(Ⅱ)的去除率达到最大,达到世界卫生组织推荐的饮用水中Cu(Ⅱ)的最大高浓度为1.5 mg/L的要求。另外,烟秆活性炭对亚甲基蓝脱色力均超过国家标准一级品的指标[13]。

4.2 椰壳活性炭脱色

利用椰壳[14]为原料制备的活性炭对蔗糖溶液有较佳的脱色作用。因为椰壳活性炭具有比表面积大、高纤维、高密度、毛细孔分配均匀和吸附力强的特点,非常适于脱色处理。一直以来,许多的工厂采用SO2对糖液进行脱色处理,这就造成了这些产品SO2超标,而且也污染环境。采用椰壳活性炭脱色处理,不仅解决了此类产品SO2的超标问题,而且不会污染环境。另外,活性炭具有再生能力,多次再生使用,既经济又具有现实意义。

4.3 稻壳活性炭脱色及吸附作用

王万森,等[15]采用微波法制备稻壳活性炭,是1种新型生产活性炭的工艺,不同于普通物理法与化学法。这种工艺制备的稻壳活性炭,无污染,工艺简单,生产成本低。用这种工艺制备的稻壳活性炭对亚甲基兰脱色效果佳,高于LY216-79.783标准15倍。人们知道香烟中的焦油、烟气烟碱对人体有害,利用稻壳活性炭就可以对香烟中的焦油、烟气烟碱起到良好的吸附作用。该工艺过程不仅有较好的经济效益,而且已具备工业化生产条件。

4.4 污泥制备活性炭的应用

利用城市污水厂二沉池回流污泥为原料,采用水蒸气活化法能够制备出性能良好的活性炭吸附剂。当投加一定量污泥制备的活性炭在染料废水中时,染料中的废水色度去除率将近100%,且对废水的COD去除效果也很好。利用城市污水厂的污泥制取活性炭,是一种符合循环经济理念的污泥处置方式。这种工艺过程和所得产品,有效地处理处置了污泥,解决了污泥处理的一大难题,实现了变废为宝。

5 结语

由于工业的迅速发展,越来越多的领域中要用到活性炭。不同的生物质活性炭的研究和应用实例,使我们看到利用生物质制取活性炭是行之有效的工艺。在解决活性炭的需求的同时,还可使农林废弃物和工业废弃物变废为宝,这既可节约资源,又有利于改善环境。由于制取工艺的限制,生物质制取活性炭还需要进一步研究。但结合我国的现状来说,生物质制取活性炭有一定的发展潜力,是很有研究价值的。

摘要：叙述了利用生物质为原料制取生物质活性炭的2种方法——物理法和化学法及生物质活性炭与煤质活性炭的优缺点。指出,由于能源的缺乏和环保意识的增强,生物质制取活性炭较煤质活性炭更有优势。