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工业电化学与膜过程研究小组 发表时间:2017-05-27 09:02:40 流览量:102次 分享到:
 课题组负责人简介

      张伟明,博士,副教授,硕士生导师,中国膜工业协会电驱动膜专业委员会委员,中国科学院宁波材料所客座副研究员。2003年于中国科大获材料和计算机科学双学士学位。2008年于中科院化学所获物理化学博士学位,师从万立骏院士。同年加入美国通用电气研发中心(GE Global Research)电化学过程实验室,任研究员,主要从事水净化/脱盐以及工业废水处理技术的研究。2010年加入温州大学,从事科研与教学工作。   

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 研究方向

     工业电化学;膜过程;水净化(脱盐);工业废水处理和资源回收;纳米材料与器件

 标志性成果

     近年来在以第一作者或通讯作者的身份在Adv. Mater., Adv. Funct. Mater., Anal. Chem., J. Membr. Sci.等国际权威期刊上发表论文近20篇,多篇论文引用超过700次。获多项中国和美国发明专利授权,在铝箔行业废酸废水回收处理方面已初步形成了专利群。作为项目负责人获得了国家自然科学基金和浙江省自然科学基金资助。同时与多家企业开展了长期深入的合作,帮助其进行生产工艺改进,减少废水排放及实现资源回收再利用,目前兼任了北京京润环保科技股份有限公司的总工程师,扬州宏远电子有限公司的技术副总等职位。2014年入选扬州绿杨金凤人才计划,2015年入选江苏省“双创计划”。

 研究内容

课题组掌握多种膜分离系统,尤其是电解、电渗析、超滤、纳滤等模块的设计、加工、运行等全过程。目前实验室已有多套计算机控制的全自动电解、电渗析及压力膜测试系统,进行了一些较为深入的基础理论研究,并与大型电容箔生产企业扬州宏远集团开展深入合作,利用膜法对电容箔行业腐蚀废酸的处理及回收再利用问题进行了一系列研究。

1. 海岛上的淡水资源易受到海水咸潮入侵影响而受到污染。这些被污染的咸水浓度仍远远低于海水,其与海水存在的浓度差可以产生能量来驱动另一个脱盐过程来淡化这些咸水。小组自主设计实现了一个不需要消耗电能等外界能量的自脱盐集成膜堆,在同一个膜堆中集成了反渗析与电渗析两个不同的功能区。当海水和咸水被引入系统之后,两股水流之间的浓差能被回收得到一个离子电流,这个离子电流直接驱动脱盐部分,得到了达标的饮用水。相关研究结果已经发表于脱盐领域权威期刊(Desalination, 2015, 392:52-58)。

2.本小组利用电渗析技术在获取彩色打印机的无盐染料方面取得进展,展现出高效低价的优势。染料分子与膜的微观作用,膜的结垢机理及缓解机制都得到系统的研究,膜堆具备长期工作的稳定性。通过电渗析技术,酸性蓝9中,几乎全部的SO42和96%的Cl被除去。最终的固体染料成本低至$0.097/kg。相关结果发表于膜行业顶级期刊(J. Membr. Sci., 2015, 493:28-36)。

3.通过整合超滤及双极膜电渗析系统,本小组还实现了原子经济的超高碱度聚合氯化铝的连续生产过程开发。该过程可直接以Al(OH)3粉体及HCl溶液为原料,得到超高碱度聚合氯化铝产品溶液,相关研究工作已经发表于化学工程类著名期刊(Ind. Eng. Chem. Res., 2014, 53(34): 13467-13474)。

4.本小组还初步验证了扩散渗析与双极膜电渗析联用在废酸回收方面的可行性,结果表明这种联用是实现废酸零排放回收处理的有效途径。该结果也已整理发表在膜行业顶级期刊(J. Membr. Sci., 2013, 432:90-96),并已获得中国专利授权(ZL 201210556068.9)。

5.本小组还帮助企业成功解决了电极箔行业化成段己二酸铵清洗水回收利用问题。利用膜分离技术将己二酸铵清洗废水中的水资源与己二酸铵溶质分离,得到己二酸铵浓度降低的洁净回收水以及浓度增加的己二酸铵浓缩液分别加以回用,大大减少了企业在此工段需要的新鲜纯水量、废水排放量以及购买新己二酸铵的成本。本项目的成果已获得中国专利授权(ZL 201210226436.3)。

6.自主设计实现了一套集成电解系统,可将腐蚀废酸中的AlCl3直接转化为高碱度高纯度的聚合氯化铝产品,甚至可以生产纯净的氯化羟铝,其中Al13含量高于99%,杂质阴离子(主要是Cl-氧化生成的ClO3-副产物)小于3.5%。该过程生产成本较低,很有可能成为可行的大规模生产方法得到推广。相关的研究成果已经整理发表于化学工程类国际著名期刊(Ind. Eng. Chem. Res., 2012, 51:11201-11206),并已获得中国专利授权(ZL 201210065324.4)。



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