可生物降解聚丁二酸丁二醇酯的制备技术

马丽敏

北京化工大学/资源与环境

目前使用的一次性聚合物材料如聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯等，在自然界中很难降解，已造成了严重的白色污染。因此，合成在自然环境中能够降解的聚合物材料，已经成为当前研究的热点之一。 聚丁二酸丁二醇酯（PBS）的熔点为113℃，性能介于聚乙烯、聚丙烯之间。目前高分子量PBS的制备主要采用直接缩聚法，需要很高的真空度（0.2mmHg以下），在工业化中存在较大困难，对设备要求高。本技术建立了一种缩聚-扩链法，先以丁二酸与丁二醇进行熔融缩聚，制备特性粘度在0.5以下的PBS预聚体，再经扩链，获得特性粘度在0.7～1.0dL/g之间的PBS。这种方法原料配比较易控制，所需设备较为简单，不需要太高的真空度，便于工业化推广。技术指标PBS外观：无色或淡黄色固体；特性粘度：0.7～1.0dL/g；熔点：112～115℃。可用做生物降解地膜、食品包装材料，汽水、可乐、洗发水瓶，以及纸质食品包装盒的可降解涂层，可降解热溶胶等。本技术所得的产品与日本ShowaHighpolymer公司的BIONOLLE产品（PBS）相当，性能相近，且在扩链剂方面有创新。所得产品应用范围广泛，技术具有非常广阔的应用和市场前景。 所需设备如下： 1、聚酯反应釜：能够加热至220℃，承受1mmHg的负压； 2、真空系统：从常压到1mmHg负压可调； 3、直接造粒系统：能够进行聚合物的熔融切片、造粒。 本技术具有显显著的经济效益和社会效益。

光聚合超高分子量聚丙烯酸及其在固沙和干旱地区植树中的应用

马丽敏

北京化工大学/资源与环境

在完成产品小试验证后，利用小试产品进行了小面积的固沙试验和实验室沙模的抗压和抗剪切试验。结果表明AA和AM的共聚物固沙效果要优于PAA的均聚物。而且当分子量大于1500万时，分子量对沙模抗剪切和抗压强度的影响不显著，而固沙剂溶液的粘度随聚合物分子量的增加而显著增加。在满足固沙性能要求的前提下，确定以单体聚合浓度为7%进行产品工业生产试验，工业生产试验考核了连续三批次，共生产六吨产品。 技术指标：聚合反应的工艺流程为配料（按配方将单体、引发剂和溶剂混合）、充氮脱气30分钟、加料（将反应液加入到各个反应器中）和聚合。实际聚合中的液层厚度约为250mm,。工业试验生产线的转化率大于98.5%，与小试设备的结果相似。应用范围：甘肃治沙研究所民勤治沙站实验林的梭梭面临着退化的危险，造成梭梭林退化的主要原因有两个，一是梭梭根部的沙粒由于长期的移动，使得梭梭较发达的根系逐渐裸露出来，失去支撑作用，在较大的风沙作用下容易被吹得连根拔起，；二是大量裸露在外的根部失去了吸取水分的功能，所以保护梭梭的根部和尽可能地提供水分是挽救退化梭梭的有效途径。鉴于这种情况，将多功能保水剂，固沙剂和疏水剂组合起来，在梭梭周围做成一个雨水集流面，一方面保护梭梭根部，一方面集流沙漠里少量的雨水，减少地下水的蒸发，创造梭梭生长所需的条件。

聚四氟乙烯改性亲水膜工艺及处理应用

马丽敏

北京化工大学/资源与环境

随着城市规模迅速膨胀，淡水资源严重缺乏、工业废水处理率低，城市的生态环境恶化成为制约城市发展的主要问题。以北京为例，数据显示目前人均占有用水量不足300立方米，不及国际公认的缺水下限的1/3，仅为全国平均水平的1/8。这其中，工业用水量所占的比重很大。而冷却水用量占工业用水的60～65%。因而，解决好冷却水循环回用的问题，可以对城市的发展带来促进作用。在冷却水处理中，需要去除水中的钙镁等结垢性离子。这些离子通常是通过水处理剂使之沉淀，再利用固液分离技术来实现的。传统的固液分离技术（如澄清池等）中存在占地体积大、分离效率低、适用面窄、操作弹性小、对微细颗粒无法去除等缺点。由于传统固液分离技术缺点较多，人们一直关注新型分离技术的开发及应用，因此利用膜实现的微滤技术得到了迅速的发展。微滤技术是利用微孔膜本身极小的微孔（孔径一般为0.1～10微米）对颗粒的吸附、截留、筛分等作用进行分离。微滤技术的核心为膜材料的选择，在众多的膜材料中，由于聚四氟乙烯(PTFE)不吸水、熔点高(327℃)、使用温度范围广(-200～260℃)，具有不燃性及热稳定性、摩擦系数小，尤其具有耐化学性(能耐许多高腐蚀性介质)、耐气候性及抗电性等，因此成为国内外表面过滤首选材料。PTFE膜极低的表面张力可以降低膜污染，并使膜的清洗操作更为简便。但PTFE膜的强疏水性却限制了其在水溶液体系处理中的应用。本技术基于配位键合理论对常规的聚四氟乙烯疏水膜进行改性，得到亲水性聚四氟乙烯膜，用于水处理领域中的微滤技术，新技术应用前景广阔。 技术指标：1、过滤后溶液SS<1mg/L；2、可在强酸、强碱、强氧化性、强溶剂性条件下应用；3、操作压力0.05～0.15Mpa；4、处理温度5～150℃；5、处理通量1～1.1m3/m2·hr；6、使用寿命≥1年。应用范围：可以适用于工厂循环水处理、污水处理及其它涉及固液分离过滤技术的领域。市场分析：随着人们环保意识的增强、各项环保制度规定的日益严格、水资源的严重缺乏，对工业及生活废水的资源化处理已成为当务之急，尤其是对于工业废水的处理迫在眉睫。而本工艺具有过程简单易行、能耗低、分离速度快、分离效率高、使用周期长等优点，因此，本项目具有广泛市场应用前景。效益分析：利用本技术改性的亲水聚四氟乙烯膜，成本较低，整个处理工艺设备简单，投资少，操作成本低，与传统技术相比能耗大大降低，具有显著的经济效益。

电石渣烟气脱硫工艺的改造和应用

马丽敏

北京化工大学/资源与环境

本着“因地制宜、以废治废、变废为宝、发展循环经济”原则,利用电石渣替代石灰石作为脱硫剂,达到了废物综合利用。目前,我国烟气脱硫工艺主要采用石灰石-石膏湿法脱硫,该工艺相对简单、运行稳定可靠,但是脱硫剂石灰石价格比较高,运行成本约占脱硫装置的30-35%,为了提高电厂运行经济效益,降低运行成本,采用电石渣法替代石灰石法相当必要的,用电石渣替石灰石进行脱硫,一方面大大减少了电石废渣的排放,降低了对环境的污染,取得了很好的环境效益;另一方面采用了价格低廉的脱硫剂,降低了运行成本,同时减少了石灰石矿的开采,降低了有限资源的消耗,对石灰石矿产资源进行了有效保护,同时也降低石灰石-石膏法中C02的排放量,获得经济效益的同时还获得了良好的环境效益及社会效益。通过对现有烟气脱硫技术的现状比较,充分利用当地的特点,将企业的电石渣循环利用,选用电石渣-石膏湿法进行烟气脱硫,具有以废治废,变废为宝的优点,减少了污染物的排放,同时也降低了生产运行费用。采用电石渣-石膏湿法脱硫的工艺路线后,根据烟气中二氧化硫的含量,设计了脱硫塔,并制定了严格的操作规程,如液气比、烟气流速等。同时将生成的亚硫酸钙通入空气强制氧化成硫酸钙,并从脱硫塔底部用浆液泵抽出,经过二级脱水后,得到含水量为10%的脱硫石膏。通过改造后第一阶段在FGD入口SO2浓度≤2000mg·Nm-3(使用原煤全硫含量≤0.8%)的前提下,脱硫出口SO2浓度降低到≤50mg·Nm-3。第二阶段新、老吸收塔在FGD入口SO2浓度≤3500mg·Nm-3(原煤的全硫含量≤1.5%)的前提下,脱硫出口SO2浓度降低到<50mg·Nm-3,脱硫效率达到98.6%,满足了环保指标要求。最后,针对本次脱硫改造工程的运行情况进行了叙述,通过计算生产运行成本和二氧化硫减排量,得到与石灰石法相比每年节约成本约880万元,二氧化硫排量降低了841.5吨／年,因此电石渣作为脱硫剂具有良好的经济效益和环保效益。

在煤炭清洁转化中的超临界应用技术

马丽敏

北京化工大学/资源与环境

我国煤炭资源丰富，原煤可采储量占世界的12.8%，排名世界第三位。煤炭是我国能源结构的重要支撑，因此煤炭清洁转化对我国能源产业发展以及环境保护具有重要意义。超临界流体（supercriticalfluid，简称SCF）是指温度、压力均高于其临界温度和临界压力的流体。SCF兼具气体和液体的优点，其密度接近液体，具有较大的溶解能力；其粘度接近气体，具有很强的流动性能；其扩散系数接近气体，具有很高的扩散速度；此外，超临界流体绿色、环保、无污染、可回收利用，尤其是超临界水和超临界二氧化碳，价廉易得。北京化工大学化工学院将超临界技术开发应用于煤炭、化工材料、医疗制药、环境保护、食品卫生等领域。在煤炭方面用于煤发电、煤气化、煤液化、煤干燥等行业，不仅可以实现煤炭的高效转化，更为重要的是，能够有效减少环境污染，实现资源利用的可持续发展。 超（超）临界发电技术是通过提高锅炉中蒸汽初参数，改善热循环效率，从而达到提高发电效率的目的。超临界煤催化气化技术是指煤在超临界气化剂（通常为水）的作用下经过一系列的化学反应过程，产生出富含氢气、一氧化碳、甲烷等混合气体的过程。超临界催化气化主要特点是气化合成气中氢气含量高，特别适用于煤制氢项目，能够有效降低后续制氢装置能耗，提高制氢效率。煤液化技术是煤炭清洁利用的重要途径，也是缓解我国石油供需矛盾的一项可行有效的技术。目前工业上比较成熟的煤液化技术主要是直接液化和间接液化。使用超临界技术对煤进行液化，是指将煤炭粉碎到一定粒度后，用处于超临界状态的溶剂将煤中可溶性物质（绝大多数有机质）提取出来得到气体、液体和固体的方法。煤液化生成的气体作为高热值的燃烧气体使用；液体可加氢精制成柴油或经过提纯得到高价值化工产品；固态残煤可以作为廉价的吸附剂。超临界煤液化实现了温和、绿色环保条件下煤炭的全面综合利用，提高了经济效益。超临界干燥技术利用超临界流体扩散系数高的特点，使其快速地进入被干燥物体的内部，温和、高效地与水分子进行交换起到干燥物料的作用，并且不破坏干燥物形状和结构。因此，超临界流体干燥技术在煤干燥方面有重要的应用价值。

膜吸收去除二氧化碳技术

马丽敏

北京化工大学/资源与环境

目前国内发电厂主要是燃煤发电，煤炭的燃烧使发电厂废气中含有大量的二氧化碳（CO2），占工业CO2总排放量的30%左右，造成了严重的大气污染和温室效应。燃煤电厂中二氧化碳的处理已成为目前急需解决的问题，因此燃煤电厂废气中二氧化碳的捕集成为目前的研究热点之一。燃煤电厂尾气脱CO2理论上有吸收分离法、吸附法、膜分离法、膜基吸收法和低温蒸馏法等。国际能源署在上世纪90年代对上述几种脱CO2法的调查研究表明,对烟道气脱CO2较有前途的是“膜基气体吸收法”。膜吸收技术是膜技术与气体吸收技术相结合的膜过程,通常使用疏水微孔中空纤维膜将气体与吸收液隔开。用于分隔气液两相的疏水微孔膜的可用材料广泛，可以为聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚丙烯等。利用膜吸收技术捕集CO2与传统的吸收塔相比，膜吸收可以对气、液两相流速宽范围独立控制，而且气液接触面大，能耗低，避免了液泛、雾沫夹带、沟流、鼓泡等现象发生。另外，膜吸收技术更有利于燃煤电厂尾气中CO2的回收后再次利用，利用膜吸收技术回收的CO2纯度高，可达到95%以上，可应用于食品、医药等行业，为社会创造了更多的经济价值和社会效益。 本技术以疏水中空纤维膜为气液两相间分隔界面，其较强的疏水性能可以防止液相的泄漏，另外所用膜材料能耐受强酸强碱的长期腐蚀，给膜吸收设备提供了更长的使用寿命。而所采用的中空纤维膜组件还具有气液接触面积大、设备体积小等优点。以MEA、MDEA等醇胺溶液为吸收剂，膜解吸过程相对简单,与传统的方法相比具有设备投资低、分离效率高、使用周期长等优点，是具有广大前景并值得推广的技术。 技术指标：所用吸收剂：MEA、DEA等醇胺类吸收剂；处理前CO2含量≤10%；处理后CO2含量≤0.3%；去除能力：99%；吸收剂回用方式：加热解吸循环；吸收剂热解吸温度：60～80℃；装置使用寿命1～2年。应用范围：可广泛应用于燃煤发电厂尾气中CO2的回收处理、烟道气处理及相关领域。市场分析膜吸收法捕集CO2技术能耗低，占地面积小，在操作上存在很大的优势；另外，吸收CO2的吸收剂可经过加热等方法进行循环利用，捕集的CO2浓度较高，市场前景相当广阔。效益分析：本技术设备简单、投资少、操作成本低，与传统技术相比能耗大大降低，而且回收的CO2纯度较高，经过净化之后可再次应用于医药、食品、化工等行业，具有显著的经济效益。

亲水性PVDF油水分离超滤膜的制备技术

马丽敏

北京化工大学/资源与环境

含油污水是一种严重的环境污染源,每年全世界范围内都会产生大量的含油污水。含油污水化学需氧量(COD)高,若不经过有效处理就排放到环境中,会造成严重的环境污染和生态破坏。膜法处理含有污水与传统方法相比,具有不需加入其它试剂、浓缩产物易于回收或处理、分离过程受油的组成的影响小、设备费用和运转费用低等优点,具有较大的优势。膜法处理含油污水要求膜具有较高的亲水性或者较高的疏水性,但是常见的疏水膜材料有水通量低和易污染的缺点,常见的亲水膜材料又往往具有成膜性能差或者在水中稳定性差的缺点,因此本课题采用成膜性能良好的聚偏氟乙烯(PVDF)进行亲水改性,以期得到机械强度、成膜性能及油水分离性能均良好的超滤膜。制备的中空纤维膜具有良好的性能,纯水通量可达400L·m-2·h-1以上,对煤油浓度为50mg·L-1的含油污水的截留率可达95%以上,对浓度范围在5～100mg·L-1之内的含油污水均有较高的截留率,且具有良好的抗污染能力,机械强度也符合使用要更多。

废润滑油再生基础油生产工艺技术

马丽敏

北京化工大学/资源与环境

该课题组利用了由符合行业标准的润滑油使用后形成的废润滑油为原料，开发一套废润滑油再生基础油生产工艺技术。包括废润滑油原料的预处理、高真空蒸馏(含短程蒸馏)及后精制等工艺技术的开发。所生产的再生润滑油基础油产品的色泽、粘温指数、闪点等产品指标达到国家相关行业规定的再生油基础油标准或使用要求

规模化沼气工程沼液、沼渣减量化及资源化利用

马丽敏

北京化工大学/资源与环境

沼气工程是一种有效处理有机废弃物的工程技术,尤其是在畜禽粪污处理和高浓度有机污水处理方面效果显著,在国内外得到了大力推广应用。近年来,随着养殖业和农产品加工业向大型化发展以及沼气作为新能源开发利用,我国沼气工程正朝着大型化、产业化方向发展。沼气工程在处理有机废弃物的同时又能够产生清洁能源,处理后的沼液沼渣还可能成为有机肥料。但实际工程中这些废弃物往往不能得到预期的“就地直接利用”,带来很多负面影响：①沼液中含有大量的N、P、K营养元素、生理活性物质(BAC)、数量庞大的微生物菌群以及其它无机离子和极微量的重金属成分等。这些物质成份复杂、含量未知,直接用作肥料灌溉,难以发挥最好的效用,弊大于利;②沼液直接农业利用受季节性影响明显,且由于贮存和运输等原因,没有足够的田地及时消纳,只能直接排放造成环境污染；③沼液、沼渣在农田施用时,没有规范性的技术指导,一旦施用量过大,超过土地承载能力和作物利用能力,便会造成二次污染。因此沼液、沼渣问题已经成为制约规模化沼气工程产业化推广的瓶颈。本项目围绕规模化沼气工程存在的沼液、沼渣减量及其高附加值利用等问题开展研究,通过系统分析与测定沼液中的主要组分、生理活性物质及其物理化学和生物学特性；结合沼气工程厌氧发酵液回流工艺和沼液营养物质浓缩与水资源回收技术应用研究,显著减少沼气工程沼液沼渣排放量,有效实现发酵液中营养物质与水资源分离回收；系统考察了沼液作为有机营养液、沼渣作为有机肥和人工基质在农业应用的效果,解决沼液、沼渣的消纳问题,有效提高沼液、沼渣的附加利用价值,对于促进规模化沼气工程的可持续发展具有重要意义。