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【学术聚焦】“固废综合处置与协同利用技术研究”创新团队近期发表系列最新研究成果

作者:刘静欣来源:环境学院 阅读:发布时间:2021-11-01审稿:李进平

开发餐厨垃圾沼渣资源循环利用技术,践行“以废治废”绿色低碳发展理念。近期,环境工程学院李进平教授带领的“固废综合处置与协同利用技术研究”创新团队(以下简称“团队”)针对餐厨垃圾沼渣资源化利用在Bioresource Technology, Renewable Energy, Waste Management, Separation and Purification Technology等环境领域国际知名期刊上发表了一系列最新研究成果。

我国每年餐厨垃圾产生量已超过1亿吨,且仍呈上升趋势,为实现餐厨垃圾的减量化和资源化,多省市正积极新建和发展餐厨垃圾厌氧发酵处理厂。在现行沼气工程中,有机物转化效率仅为13%~65%,大量难降解有机成分和无机组分留存于沼渣中,成为制约沼气工程推广与发展的难点之一。目前,国内外对餐厨垃圾沼渣的处理仍主要停留于焚烧发电、堆肥、填埋等阶段,不但无法充分利用其中蕴含的丰富的有机质资源,而且其较高的盐分、氨氮含量也对空气、土壤和水体造成了威胁。

团队刘静欣博士以第一作者在Renewable Energy(IF=8.001)上发表了题为Evaluation on thermal treatment for sludge from the liquid digestion of restaurant food waste的论文。该文章对武汉某餐厨垃圾厌氧发酵厂所产沼液污泥进行了细致的理化特性分析,在此基础上提出采用热解、燃烧等热处理技术进行能源化回收的策略,考察了热解、燃烧过程中挥发性产物释放规律,并对所得固体产物的使用性能进行了分析。研究结果认为,热解是一种过程污染较为可控的方法,所得热解炭材料在环境、能源等领域具有广阔的应用前景。

文章DOI链接https://doi.org/10.1016/j.renene.2021.07.022

在领域TOP期刊Bioresource Technology(IF=9.642,T2)上发表了题为Preparation of biochar from food waste digestate: Pyrolysis behavior and product properties的论文,该论文第一作者为刘静欣博士,通讯作者为李进平教授,武汉纺织大学为唯一完成单位。该文章对餐厨垃圾沼渣的物化性质进行了充分详尽的研究,采用Starink非等温反应模型分析了热解过程动力学,TG-FTIR-MS检测表明H2O、CO2、CO、NO、NO2、烃类等是该沼渣热解过程中释放的主要物质,对所得生物炭材料的多维度的分析表征显示,该材料具有丰富的孔道结构和表面官能团,水溶性较低,材料特性受热解温度影响很大,此外,该材料继承了餐厨垃圾重金属含量低、Ca/N/P含量高的特点。本项研究提供了大量的基础数据,有助于提升餐厨垃圾厌氧发酵副产品再利用价值,促进沼气工程的推广与发展。

文章DOI链接https://doi.org/10.1016/j.biortech.2020.122841

在此基础上,研究团队进一步将餐厨沼渣生物炭材料(FWDB)运用到印染废水中典型有机污染物活性艳红X-3B的氧化降解过程中,通过系统的实验研究了FWDB/PMS、FWDB/PDS体系去除X-3B的作用,并探究了FWDB对PMS、PDS所产活性氧种的影响、X-3B降解路径等关键科学问题,为印染废水中典型有机污染物的高级氧化降解工艺提供来源广泛、价格低廉的催化材料,实践“以废治废”的循环经济理念。近期该研究成果相继在Waste Management(IF=7.145)、Separation and Purification Technology(IF=7.312)刊发。

Waste Management刊发的论文Engineered biochar derived from food waste digestate for activation of peroxymonosulfate to remove organic pollutants第一作者为研究生黄思勉同学,刘静欣博士和李进平教授为共同通讯作者。研究结果表明,FWDB/PMS体系反应的主要活性位点为石墨碳结构、氮掺杂结构以及生物炭上的酮结构,反应过程中产生了硫酸根自由基、羟基自由基、超氧自由基、单线氧等多种活性氧种,且FWDB具有良好的循环使用性能。

文章DOI链接https://doi.org/10.1016/j.wasman.2020.04.009

Separation and Purification Technology刊发的论文Peroxydisulfate activation by digestate-derived biochar for azo dye degradation: Mechanism and performance第一作者为刘静欣博士,通讯作者为李进平教授和梅萌博士。研究结果表明,FWDB/PDS体系主要的反应位点主要为石墨碳结构、氮掺杂结构以及生物炭表面的羟基与羧基,过程中产生的活性氧种为硫酸根自由基、羟基自由基、超氧自由基、单线氧等,该降解过程受水体中杂质离子影响较小。

文章DOI链接https://doi.org/10.1016/j.seppur.2021.119687

研究团队简介:

固废综合处置与协同利用技术研究创新团队是环境工程学院李进平教授带领的一支年轻的科研团队,团队立足当前国家建设资源节约型社会和“无废社会”需求,抢抓长江生态大保护战略机遇,践行绿色发展和可持续发展理念,大力推动资源循环利用技术研发和应用技术攻关。团队主要研究方向包括大宗工业固体废弃物处理及资源化利用、有机固废处理处置及能源化利用、城市污泥/淤泥处理与处置新技术、废弃纺织品资源循环利用及污染物环境行为和数值模拟新技术等。

目前团队成员20余人,其中青年博士5人,在读研究生12人,国际留学生2人。团队先后培养硕士研究生20余人,联合培养博士研究生1人。近年来,团队围绕城市固体废物处理处置,特别是基于热处理技术在固废领域的应用开展了系统深入的理论研究和应用研究,多项技术和成果应用于市政污泥、河湖淤泥、印染污泥、工业废渣、电子废弃物、农林废弃生物质、废旧纺织品等固体废弃物的减量化、资源化和无害化处理处置工程实践,产生了良好的社会效益和环境效益。近年来,团队先后获批主持国家自然科学基金项目4项,结题1项,在研3项,获批主持其他省部级项目13项,经费总计超400余万元。自2018年以来,团队共计在Journal of Hazardous Materials,Bioresource Technology, Journal of Cleaner ProductionWaste ManagementScience of the Total Environment等国际知名学术期刊发表高水平论文25篇,其中JCR一区论文16篇,团队科研成果稳步产出。

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编辑:程鹏
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