《环境净化与新能源材料》复习提纲-专业硕士(总6页)

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1、环境净化与新能源材料复习提纲 2012级2013年10月1、 名词解释：容尘量；TWC；空气过滤的面速；物理吸附；化学吸附；超滤；反渗透。容尘量：过滤器容尘量描述滤料表面的积尘能力，通常将运行中过滤器的终阻力达到其初阻力一倍（或其它倍数）的数值时，或者效率下降到初始效率的85以下（一般对于预过滤器来说）时，过滤器上沉积的灰尘质量，作为过滤器的容尘量。过滤速度：分为面速和滤速，面速是指过滤器断面上通过气流的速度，其单位一般用m/s表示。面速反映过滤器的处理能力和占地面积，面速越大，过滤器的面积越小，面速是过滤器结构特性的重要参数。物理吸附：一般为单层吸附，具有：1、吸附质与吸附剂间不发生化学反应

2、；2、对吸附的气体没有选择性，可吸附一切气体；3、吸附过程极快，参与吸附的各相间常常瞬间达到平衡；4、吸附过程为低放热过程放热量与相应气体的液化热相近，因此物理吸附可看成是气体组分在固体表面上凝聚；5、吸附剂与吸附质的吸附力不强，分压减小或温度升高很容易逸出。化学吸附：1、吸附有很强的选择性，且吸附是不可逆的；2、吸附速率较慢，达到吸附平衡需相当长的时间；3、升温可提高吸附速率。反渗透 (Reserve Osmosis)：有一种膜只允许溶剂通过而不允许溶质通过，如果用这种半渗透膜将盐水和淡水或两种浓度不同的溶液隔开，如右图所示，则可发现水将从淡水侧或浓度较低的一侧通过膜自动地渗透到浓度较高的一

3、侧。如果在盐水面上施加大于渗透压的压力，则此时盐水中的水就会流向淡水侧，这种现象称为反渗透。超过滤：简称超滤，孔径0.0051.0mm(微滤孔径0.110mm)，它同反渗透一样都是利用渗透薄膜隔滤分离废水中溶解的物质，两种方法的共同点在于，两种过程的动力学是溶液的压力，压力驱动下，溶剂的分子通过薄膜，而溶解的物质阻滞在隔膜表面上。两者的区别在于，超过滤所用的薄膜（超滤膜）较疏松，透水量大，除盐率低，用以分离高分子和低分子有机物以及无机离子等，能够分离的溶质分子至少要比溶剂分子大10倍，在这种系统中渗透压已经不起作用了。2、 何为PM10和PM2.5，世界卫生组织和美国针对PM大气环境质量标准对

4、PM2.5与大气质量是如何规定的？说明PM2.5的危害性更大的原因与消除PM2.5的主要方法。可吸入颗粒物（PM10）: 一种是直接以固体形式排出的一次粒子，另一种有气态化学反应而生成的二次粒子，生活燃料、吸烟、使用驱蚊剂等。近年来，人们进一步认识到飘尘中空气动力学直径小于或等于2.5mm的细粒子(PM2.5)易于富集空气中的有毒重金属、酸性氧化物、有机污染物、细菌和病毒等，对人体健康的危害远比空气动力学直径在2.510mm之间的粒子大。3、 简述环境材料的定义及分类 环境净化材料是指：在与废物的接触中，通过物理化学变化而使废物中的有毒有害物质除去从而达到排放标准的一类材料，而有毒、有害物质本

5、身通过这些物理化学变化并不对环境产生危害。净化材料类型有多种多样，不同材料对污染物质的去除机理不同，因此可将其划分为吸附净化材料、离子交换材料、混凝絮凝材料、过滤净化材料等、化学转变材料等。4、 废水处理分为哪几级处理？分别可除去水中的哪些物质？一级废水处理通常采用物理方法，主要目的是清除污水中的难溶物质，如：砂砾、油脂和渣滓等。二级处理的主要目的是把废水中呈胶状和溶解状态的有机污染物除掉。三级废水处理，有时也称深度或高级废水处理。（1）悬浮固体物的去除；（2）可溶性有机物的去除；（3）可溶性无机物的去除：电渗析，离子交换，反渗透法；（4）磷的去除；（5）氮的去除；（6）重金属的去除。5、 活

6、性炭纤维的制备方法与结构特征。活性炭纤维：活性炭纤维具有优异的结构与性能特征，其比表面积大，孔径分布窄，是近几十年来发展起来的一种高效吸附材料。制备：活性炭纤维是有机纤维经高温碳化活化制备而成的一种多孔性纤维材料。它比表面积高是碳纤维的几十至几百倍；碳化温度较低，拉伸强度小于500MPa。活性碳纤维首先以编织形式制备，黏性编织物被用作前驱体，热解并经活化而制成活性炭纤维织物。有黏胶基、酚醛基、聚氯乙烯基、PVA基、聚酰亚胺基、聚苯乙烯基等活性炭纤维。6、 汽车尾气中有哪些污染物？分别用哪些催化剂来消除？为了减少贵金属的使用，科学工作者进行了哪些重要探索？ 物主要包括：一氧化碳、碳氢化合物、氮氧

7、化合物、二氧化硫、烟尘微粒（某些重金属化合物、铅化合物、黑烟及油雾）、臭气（甲醛等）。 CO + O2CO2 (1) CxHy +(x+y)O2xCO2+ yH2O (2) NO2 + xCON2 + xCO2 (3) CO + H2OCO2+H2 (4) 2NOx +2xH2N2+2xH2O (5) CxHy + xH2O xCO + (x+y/2)H2 (6)日本FCC开发出了采用湿式抄纸法的尾气净化用纸催化剂。该公司一直在制造离合器用摩擦材料，并且拥有制造摩擦材料的湿式抄纸法技术。应用该技术该公司开发了尾气净化用催化剂材料（纸催化剂）。纸催化剂无需使用原来采用的高价贵金属，就可成功净化尾

8、气的催化剂。其特点是耐热性能高，即使在1000时，净化性能也不会发生变化。 7、 常用的蜂窝陶瓷是如何制作的？活性涂层主要成分是什么？稀土在其中起什么作用？堇青石蜂窝陶瓷的制备：一般由挤出成形制备，包括1）混合原料与粘结剂、2）用水和其它添加剂塑化、3）挤压成形、4）干燥、5）烧成。活性涂层：Washcoat, g-Al2O3，涂层中加入一些稳定剂CeO2, ZrO2, La2O3,BaO, CaO, SrO等抑制氧化铝的相变。稀土对氧化物的稳定作用:稳定热处理过程中的晶粒生长,抑制相变8、 空气净化纤维过滤技术的作用原理是什么？对过滤材料有何要求？纤维过滤技术：空气中的尘埃粒子，或随着气流作

9、惯性运动，或作无规则布朗运动，或受某种力的作用而移动。当运动中的粒子撞到其它物体上，物体表面存在的范德华力使它们粘在一起。对过滤材料的要求：既能有效地拦截尘埃粒子，又不对气流形成过大的阻力。非均匀排布的纤维材料复合这一要求，杂乱交织的纤维形成对粉尘的无数屏障，纤维间宽阔的空间允许气流顺利通过。过滤材料有：玻璃纤维、聚丙烯纤维、聚酯纤维、植物纤维等。矿物材料制成的纤维中，除玻璃纤维外所有的其它材料均因安全原因而被淘汰。对于小于10mm的颗粒物，目前最经济、最有效的方法之一是纤维过滤技术。9、 空气过滤器的类型有哪几种？一般可将过滤器分为三种类型，即粗放过滤器、中效过滤器和高效过滤器（或亚高效过滤

10、器）。粗放过滤器：用于阻挡10mm以上的沉降性微粒和各种异物；中效过滤器：主要阻挡110mm的悬浮性微粒以免其在高效过滤器表面沉积而很快将过滤器件堵塞；高效过滤器（或亚高效过滤器）：主要用于含量最多、用粗放和中效都不能或很难过滤掉的1mm以下的亚微米级微粒。10、 混凝的作用机理有哪两种？以废水中胶体微粒带负电荷，投加低分子电解质硫酸铝作混凝剂进行混凝说明。混凝原理：一种是双电层作用；另一种是化学架桥作用。双电层作用：这一原理主要考虑低分子电解质对胶体微粒产生电中和，以引起胶粒凝聚。以废水中胶体微粒带负电荷，投加低分子电解质硫酸铝作混凝剂进行混凝说明。(a)Al3+是高价阳离子，在带负电荷的胶

11、体微粒的吸引下，由扩散层进入吸附层，使z电位降低。于是带电的胶体微粒趋向电中和，消除了静电斥力，降低了它们的悬浮稳定性，当再次互相碰撞时，即凝聚结合为较大的颗粒而沉淀。(b)Al3+在水中水解最终生成Al(OH)3胶体，当pH8.2时，带正电。它与废水中的带负电的胶体微粒互相吸引，中和其电荷，凝结成较大的颗粒而沉淀。(c) Al(OH)3胶体有长的条形结构，表面积很大，活性较高，可吸附废水中的悬浮颗粒，使呈分散状态的颗粒形成网状结构，成为更粗大的絮凝体（矾花）而沉淀。化学架桥作用原理：这一原理是考虑到胶体微粒对高分子物质具有强烈的吸附作用而提出来的。当废水中加入少量的高分子聚合物时，聚合物分子

12、即被迅速吸附结合在胶体微粒表面上。开始时，高聚物分子的链节吸附在一个微粒表面上，该分子未被吸附的一端伸展到溶液中去。这些伸展的分子链节又会被其它的微粒所吸附，于是形成一个高分子链状物同时吸附在两个以上的胶体微粒表面的情况。各微粒依靠高分子的连接作用构成某种聚集体，结合为絮状物，这种作用称为黏结架桥作用。11、 废水处理中常用吸附法，何为吸附平衡与吸附容量？吸附平衡与吸附容量：如果吸附过程是可逆的，当废水和吸附剂充分接触后，一方面吸附质被吸附剂吸附；另一方面一部分已被吸附的吸附质由于热运动的结果，能够脱离吸附剂表面，又回到液相中去。前者称为吸附过程，后者称为解吸过程。当吸附速度和解吸速度相等时，

13、即单位时间内吸附的数量等于解吸数量时，则吸附质在液相中的浓度和吸附剂表面的浓度都不再改变而达到吸附平衡。此时，吸附质在液相中的浓度称为平衡浓度。吸附剂对吸附质的吸附效果，一般用吸附容量和吸附速度来衡量，所谓吸附容量是指单位质量的吸附剂所吸附的吸附质的质量。在一定温度下，吸附容量随吸附质浓度的提高而增加。12、 反渗透的装置有哪几种？ 反渗透的装置有板框式、管式、螺卷式和中空纤维式四种。板框式反渗透装置的构造与压滤机相类似。整个装置由若干圆板一块一块地重叠起来组成。圆板外环有密封圈支撑，使内部组成压力容器，高压水串流通过每块板。圆板中间部分是多孔性材料，用以支撑膜并引出被分离的水。每块板两面都装

14、上反渗透膜，膜周边用胶黏剂和圆板外环密封。管式反渗透装置：其结构与多管交换器相仿，如右图所示。它是将若干根直径1020mm，长13m的反渗透管状膜装入多孔高压管中，管膜与高压管之间衬以尼龙以便透水。高压管常用铜管或玻璃钢管，管端部用橡胶密封圈密封，管两头有管箍和管接头以螺栓连接。螺卷式反渗透膜装置：由平膜做成。在多孔的导水垫层两侧各贴一张平膜，膜的三个边与垫层用胶黏剂密封呈信封状，称为膜叶。将一个或多个膜叶的信封口粘接的接受淡水的穿孔管上，在膜与膜之间放置隔网，然后将膜叶绕淡水穿孔卷起来便制成了圆筒状膜组件。中空纤维反渗透装置：右图是中空纤维膜制成的一种反渗透装置。中空纤维的外径50-200m

15、m ，内径25-42mm将其捆成膜束，膜束外侧覆以保护性格网，内部中间放置供分配原水的多孔管，膜束两端用环氧树脂固定。将其一端切断，使纤维呈开口状，并在多孔一侧放置多孔支撑板。将整个膜束装在耐压圆筒内，在圆筒的两端加上盖板，其中一端为穿孔管进口，而放置多孔支撑板的另一端为淡水排出口。13、 超过滤的原理与作用机制。超过滤：简称超滤，孔径0.0051.0mm(微滤孔径0.110mm)，它同反渗透一样都是利用渗透薄膜隔滤分离废水中溶解的物质，两种方法的共同点在于，两种过程的动力学是溶液的压力，压力驱动下，溶剂的分子通过薄膜，而溶解的物质阻滞在隔膜表面上。两者的区别在于，超过滤所用的薄膜（超滤膜）较

16、疏松，透水量大，除盐率低，用以分离高分子和低分子有机物以及无机离子等，能够分离的溶质分子至少要比溶剂分子大10倍，在这种系统中渗透压已经不起作用了。其主要去除机理是筛滤作用，工作压力低（0.070.7MPa）。反渗透膜所用的薄膜致密，透水量低，除盐率高，具有选择透过的能力，用以分离分子大小大致相同的溶质和溶剂，所需的工作压力高（大于2.8MPa）。其去除机理，在反渗透膜上分离过程伴随有半透膜、溶解物质和溶剂之间复杂的物理化学作用。14、 画出光催化的原理图，标出导带、价带与氧化、还原反应。用公式1240/Eg（Eg是半导体的带隙）可以估计半导体的吸收带边界。我们知道锐钛矿相二氧化钛和六方氧化锌

17、的带隙分别是3.2eV和3.37eV，其对应的吸收带边界分别是多少？二氧化钛用哪三种晶相？15、 最常用和有效的无机抗菌剂是什么？如何制备？其抗菌机制是什么？无机抗菌剂如氧化锌、银系抗菌剂等（汞盐和铅盐已经较少用了）。沸石经过研磨，过60-80目筛，用一定浓度的盐酸溶液对沸石活化，活化时间为1小时，搅拌，银源为硝酸银。将活化沸石分散在去离子水中，边搅拌边加入硝酸银溶液，交换一定时间后，减压抽滤，水洗数次，干燥备用。适当升高温度，让反应温度稍高于室温有助于提高所得抗菌剂的性能，较合适的负载量为2左右。可产生活性氧自由基，自由基有很强的氧化性。银离子能破坏微生物中的蛋白质，抑制其复制和生长。16、

18、 要使储氢材料达到实用的目的，必须满足哪些要求？实用的储氢材料是由氢化物生成热为正的吸热性金属（如Fe、Ni、Cu、Cr、Mo等）和生成热为负的放热性金属（如Ti、Zr、Ce、Ta、V等）组成多元金属间化合物，其中过渡金属元素对氢化反应时氢分子分解为氢原子的过程起着重要的催化作用。17、 说明下图中储氢材料的压力-组成等温度线的物理意义。氢分子在金属表面离解为氢原子后，随后氢原子进入金属间隔的间隙，形成固溶体，称为a相。相当于OA段，A点为a 相最大溶氢量。达到A点后，氢化反应开始，此时金属中氢浓度显著增加，而氢压几乎不变，反应生成金属氢化物，成为b相，至B点氢化反应结束。AB段为两相共存后，

19、压力恒定，等温线上出现一个平台。其对应的压力为平衡压力，浓度（H/M）为金属氢化物在相应温度时的有效氢容量。18、 太阳能光伏电池有哪几类，其光电转换效率如何？染料敏化的太阳能电池的结构特点和需要解决的主要问题是什么？太阳能电池是利用太阳光与材料相互作用直接产生电能的，是对环境无污染的可再生能源。无机太阳能电池、有机太阳能电池和光化学电池三类。DSSCs电池的结构:1. 介孔二氧化钛等n型半导体在透明导电的玻璃上构成光阳极;TiO2 10mm, FTO 300 nm.2. 二氧化钛不吸收可见光,需要用钌的配合物作为敏化剂对氧化钛进行敏化,氧化钛起电子输送的作用。3. I3-/I-溶解在乙晴等溶

20、剂中构成液体电解质,绝缘的聚合物spacer 10 mm.4. 阴极为镀铂的导电玻璃.DSSCs需要研究的主要问题:1. 通过结构、成分等的精确控制进一步提高阳极材料的性能；开发更稳定和效率更高的敏化剂（N3，N719，N745）；二氧化钛等的低温烧结，使其可用于柔性基材。2. 发展新的固体电解质（离子液体）或绿色溶剂，更高性能的黏结剂，解决起封装问题。3.光阳极上如何更有效利用阳光：迎光面的减反射、电极层做成梯度膜其中远离光的一层对光有更强的反射作用.4. 对电极的制作，减少铂的用量. 19、 简述近年来新出现的碘化甲基铵铅(钙钛矿相)敏化太阳能电池的原理，其在材料方面的创新主要有哪些？效率最高能已达到多少？20、 胶体的结构可以分成哪三部分？何为电位离子和反离子？结合胶体结构理论来阐述有哪些方法可用来除去水中的胶态颗粒？