课题组概况

    欢迎访问天津大学大气环境与生物能源课题组。大气环境与生物能源课题组成立于2014年6月,由天津大学环境学院刘庆岭教授组建。现已建立起一支由2名教授,3名副教授,2名讲师和多名硕博研究生组成的富有朝气的青年创新研究团队。
   课题组热忱欢迎有志于从事大气污染治理、环境纳米催化材料,生物质能源及污泥资源化利用等方面科研工作的本科生及研究生报考我组硕士或博士。

   课题组目前的主要研究方向是:


      1. 大气污染与控制。

      2. 生物质资源化利用。

      3. 污泥处理处置技术。

       4. 土壤修复与治理技术。

 

1. 大气污染与控制。


(1)可挥发性有机物(VOCs)的末端处理技术

       工业生产中排放的VOCs具有风量大,浓度低,成分复杂,不利于直接燃烧的特点。目前有效的处理方法是沸石转轮+蓄热式焚烧炉(RTO)或沸石转轮+蓄热式催化氧化(RCO)。我们研究的重点是沸石转轮中的沸石材料或吸附剂材料的制备,以及用于VOCs低温催化氧化的新型廉价催化剂的研发。


     a. 用于VOCs吸附技术中吸附剂的研发

      本课题组目前致力于对具有强VOCs吸附能力、优异疏水性能的吸附剂的制备和研发,主要包括分子筛、金属有机骨架材料、树脂等多孔材料。

     b. 用于VOCs催化氧化技术中催化剂的研发

       VOCs处理的催化剂主要以贵金属催化剂为主,虽然其处理效果优异,但由于贵金属稀少,价格昂贵,不适宜长期可持续应用。因此,本课题组主要研究低温催化氧化VOCs的非贵金属催化剂(主要以过渡金属元素为主),深入研究催化剂与VOCs之间的构效关系,开发出一系列VOCs催化氧化的高效催化剂。


(2)基于船舶尾气处理、工业废气处理和柴油机尾气后处理的脱硝关键技术研发

      利用NH3-SCR选择性催化氧化还原脱硝技术,根据移动源船舶尾气处理、工业固定源尾气处理和柴油车尾气后处理的不同特点和实际差异,研发相应的新型材料脱硝催化剂及更为高效的后处理系统。

(3)二氧化碳的分离与捕集

      团队研究课题主要以“人工碳循环”为主线,开展CO2高效分离、CO2微生物转化和CO2资源化再利用等方面的工作。主要研究方向有“低温-膜分离”耦合的非常规CO2分离技术、以碳酸氢根为纽带的新型微藻CO2固定及转化技术、耦合CO2捕集及转化工艺的优化及强化。

     a. CO2分离技术

     b. 微藻CO2固定及转化

     c. 工艺的优化及强化

     以“钙循环技术”为基础,开展CO2捕集、CO2利用和热能储存等方面的工作。主要研究方向有基于钙基吸收剂的工业源燃烧后CO2捕集、CO2捕集耦合CO2干重整制合成气、太阳能高温热化学储热。

2. 生物质资源化利用


(1)生物质催化转化技术

      能源是当今社会赖以生存和发展的基础,也是衡量综合国力和人民生活水平的重要指标,在众多的可再生能源中,生物质是地球上最丰富、最廉价且符合可持续发展要求的可再生资源。
      近年来,已经报道关于木质素的转化技术包括热解、高温气化、液化、超临界转化、生物转化等,但这些方法普遍存在反应条件苛刻,对设备要求高,成本高,产物收率低等缺点,因此研究开发一种快速、高效、绿色的木质素转化方法受到学者们的广泛关注。

      木质素为生物质三种组分中结构最为复杂的一个,它由多种具有不同苯环结构的单元通过 C-C 键及 C-O 键相互连接而成,进而形成一个错综复杂的三维高分子化合物。

      本课题组通过设计合适的催化剂体系,高选择性地对木质素加氢还原,实现由木质素资源制备芳香族酚类化合物,从而作为化石资源的替代品应用于各个领域。

(2)木质纤维素废物制备高值平台化合物

      本研究着眼于木质纤维素废物中占比90%以上的三大成分,开展半纤维素催化转化制备糠醛、γ-戊内酯以及衍生物,纤维素催化转化制备5-羟甲基糠醛、乙酰丙酸、γ-戊内酯及其衍生物,木质纤维素制备催化转化过程的催化剂载体等工作,实现木质纤维素废物制备高值平台化合物的全组分利用。

3. 污泥处理处置技术


(1)污泥减量化与资源化利用技术

      a. 给水厂污泥制备纳米复合吸附材料

      本研究以给水厂污泥为原材料,将污泥中所含的铁盐和铝盐及剩余部分进行分离,采用不同方法制备得到一种具有磁性的污泥基纳米铁铝复合材料,并用于水中氟和砷的去除。该研究在实现给水厂污泥充分资源化的同时,还为高效除氟和除砷提供一条新途径,最终达到“以污治污”的目的。

      b. 市政污水处理厂污泥厌氧发酵制备挥发性有机酸

      本研究考察了不同水平浓度聚合氯化铝对污泥厌氧发酵产酸的影响,并从有机物溶解过程、污泥絮体结构变化等方面探讨了聚合氯化铝影响产酸的潜在机制,实现污泥高效资源化利用,为污泥的资源化处理处置提供新的方向。

      c. 高原市政污水厂污泥溶胞减量及回流增碳

      剩余污泥中含有大量的资源类物质,如何高效溶胞然后回流工艺实现增碳是本研究的重点。本研究以拉萨市污水厂污泥为研究对象,结合超声波和NaOH各自的特点和优势,研究了不同方法对剩余污泥溶胞破解的效果;采用超声+NaOH+A2O工艺法对破解后的污泥液回流A2O工艺增碳,分析超声+NaOH+A2O组合工艺处理污水的效果,评价超声+NaOH+A2O组合工艺的污泥减量效果。

(2)污泥高干电脱水与污泥重金属电淋洗技术和设备

      在城市污水处理过程中会产生大量的污泥,其含水量高达95%-99.5%。普通机械脱水无法满足污泥后续处置的要求。针对这一瓶颈问题,采用无滤布电渗透脱水方法进一步降低含水率至60%以下,减少污泥体积,且降低污泥后续干化、焚烧的热能消耗,并开发出操作简单、运行可靠、经济适用的固定电极推送式电脱水设备。同时,在此基础上提出电渗透淋洗技术,淋洗并去除污泥中的重金属,开发研制固定电级推送式电淋洗设备,实现注酸、淋洗和脱水的多种作用,设备操作简单,体积小,快速高效。

4. 土壤修复与治理技术


(1)土壤复配与改良技术

      在人口不断增长,全球荒漠化形势严峻,耕地逐渐减少的情况下,采用手段修复治理土壤具有重要意义。重点利用污泥及秸秆、沼渣等其他生物质,与粉煤灰、建筑废料、沙性土、生土等相混合,经无害化处理、发酵稳定、元素调质、机械团粒等手段,制造或复配人造土壤,用于园林种植、生物质能种植等的土壤改良、表层土替代等,实现了废弃物资源化利用。

(2)污染土壤修复技术

      提出沸石碳等新型吸附材料,用于土壤中重金属、有机污染物等的净化分离,并与动电修复相结合,通过材料回收再利用提升污染物在环境中的流动性,实现土壤中污染物的净化分离。

研究成果
成员介绍
刘庆岭,博士,教授
Tel: 022-8740-1255
E-mail:
liuql@tju.edu.cn
个人简介:2008年毕业于大连理工大学,2008-2010年就职于瑞典斯德哥尔摩大学多孔材料研究中心任博士后研究员,2011-2013年就职于美国特拉华大学化学工...
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