氩气净化机

p　　为加大城市污水处理能力，提升小清河水质，昨天，记者在济南市华山水质净化厂了解到，目前华山水质净化厂已正式投入使用，设计日处理污水3万吨，出水将排到小清河，改善小清河水体。也可根据需求，将来为华山湖补充水源。同时，记者自济南市城乡水务局了解到，2018年，济南市共开工建设7个污水处理设施项目。到2025年前，将新增处理能力每天49.6万立方。/pp　　一部分出水改善小清河水质/pp　　“8月28日，由济南市城乡水务局牵头会同多部门对华山水质净化厂BOT项目运行情况进行了现场验收，一致认为已具备连续运行、稳定达标的能力。”据济南光大水务有限公司副总经理苏美霞介绍，华山水质净化厂自2017年9月开工建设，于今年2月完成主体施工，7月22日开始通水调试。到8月17日，各项出水指标均稳定达到或优于《特许经营协议》要求。/pp　　“目前因片区尚在开发建设阶段，片区内居民入住率尚未饱和，日处理在9000立方左右。随着人口越来越多，污水产出量也会越来越多。按照片区发展，今年应该能达到日处理1万立方。”据介绍，华山水质净化厂设计每天将处理3万吨污水，总投资约1.6亿元，占地面积2.57 公顷，服务片区14.6平方公里内约15万人口。/pp　　而华山水质净化厂的提前投运，不仅解决了华山片区污水处理的民生问题，更为小清河水质改善发挥了积极作用。下一步将有机结合南北卧牛山景区、华山湿地公园以及小清河沿岸公园的整体规划，对济南市华山水质净化厂进行绿化造景建设。项目建成后将与南侧博物馆、西侧卧牛山景区交相辉映、融为一体。“这是目前济南市唯一一个纯粹处理居民生活污水的水质净化厂。经过处理后，一部分出水将排到小清河内，改善小清河水体。而城市根据需求，也可以开闸对华山湖进行补充水源，促进华山湖循环用水。”苏美霞说。/pp　　出水达到绿化、保洁、景观等市政用水标准/pp　　记者了解到，根据济南市城市总体规划，华山片区定位为济南市城市建设的示范区、经济增长的隆起带，将华山与白泉、小清河、万亩荷塘等重要而独特的资源进行有机结合，形成涵盖鹊山、华山、白泉、黄河等传统文化的白泉-华山生态绿廊。而华山水质净化厂为华山片区配套污水处理设施，也是济南市首个全地下式水质净化厂工程，最深处能达到地下18米左右。/pp　　“为什么采用全地下呢，优势是占地空间比较少，节约土地资源。并且在景观上也将配合整个华山片区的设计风格，地表将种植绿植、提升绿化，美化环境。而处理中的一些异味、噪音等也因密封性好而减少。”苏美霞告诉记者，因厂区建在地下，设备的运行处理情况需要通过控制室24小时不间断的数据监控来监测，自动化程度较高。但这也在一定程度上节省了人力成本，目前厂内工作人员在12人左右。/pp　　而根据设计，华山水质净化厂采用预处理+AAO+MBR膜+紫外线消毒污水处理工艺，污泥处置采用浓缩脱水工艺。而MBR膜工艺则是目前国内先进的处理工艺之一，0.1微米的超滤膜能够保证出水中含较少的微生物和其他悬浮物：“可以清楚的看到，我手中浑浊的这杯是未处理地污水，而这杯纯净透明的水则是我们自出水口采集。经处理后的水可以达到绿化、喷洒、保洁、景观等市政用水的标准，是目前济南市出水水质最好的污水处理厂。”/p

联合国儿童基金会研制的汗液净化机，能够从人的衣物中提取汗液并进行净化，将汗液转化成纯净的饮用水　　虽然有洁癖的人可能对利用人的汗液获取饮用水的想法感到恶心，但汗液净化机却非常受其他人欢迎，很多名人都亲自体验了这种净化机。瑞典足球明星穆罕默德-阿里汗(左)和托比亚斯-海森(右)是首批在锦标赛现场试喝转化自汗液的饮用水的人之一　　据国外媒体报道，联合国儿童基金会研制出汗液净化机，能够从人的衣物中提取汗液并进行净化，将汗液转化成纯净的饮用水。研制汗液净化机是联合国儿童基金会在瑞典发起的一项活动组成部分。这项活动旨在提高人们对世界很多地区清洁水短缺的关注。　　在世界上最大的国际青年足球锦标赛哥德堡杯的开幕式上，联合国儿童基金会的工作人员揭开了汗液净化机的神秘面纱。他们鼓励选手和观众将被汗水湿透的衣服交给他们或者接受一项挑战，也就是喝一杯汗液净化机产生的饮用水。一件被汗水湿透的足球衫平均可产生10毫升饮用水。　　虽然有洁癖的人可能对利用人的汗液获取饮用水的想法感到恶心，但汗液净化机却非常受其他人欢迎，很多名人都亲自体验了这种净化机。瑞典足球明星穆罕默德-阿里汗和托比亚斯-海森是首批在锦标赛现场试喝转化自汗液的饮用水的人之一。　　为了提高公众对地球上7.8亿人缺少饮用水的关注，联合国儿童基金会在瑞典发起了一项行动。目前，全世界有大约1.25亿儿童无法喝到安全的饮用水，每天有数千人因此失去了生命。联合国儿童基金会正与90多个国家的政府和机构合作，希望能够为所有儿童提供清洁的饮用水，同时在世界各地的学校和社区修建厕所。　　联合国儿童基金会瑞典分部的皮尔-韦斯特伯格表示：&ldquo 我们希望以一种新的并且有趣的方式提高人们对饮用水问题的关注。我们的汗液净化机旨在提醒人们，我们分享着相同的水。我们都以同样的方式喝水和出汗，不管我们长什么样或者说什么语言。保护水资源每一个人的责任，应该引起每一个人的重视。&rdquo 　　研制汗液净化机的想法由联合国儿童基金会、哥德堡杯组织方、创意公司Deportiv0和著名工程师安德里亚斯-哈默共同提出并实施。不过，这种净化机存在一系列缺陷。Deportiv0公司的马蒂亚斯-罗格表示：&ldquo 人们的出汗量与我们的希望相距甚远。当前，哥德堡的天气非常糟糕。我们在净化机旁安装了健身自行车，志愿者虽然疯狂地蹬自行车，但即便如此，汗液的需求量仍远远超过供应量。&rdquo 目前，联合国儿童基金会还没有批量生产汗液净化机的计划，因为在缺乏清洁水的地区，基金会采用更理想的解决办法，例如水净化药丸。5000粒水净化药丸的售价也不过21英镑(约合32美元)。

氩气吸附静态容量法是用氩气（Ar）作为吸附质，在液氩温度下用物理吸附仪测试粉体样品BET吸附比表面积，并采用多点法对检测数据进行分析处理的测量方法。氮气吸附BET法是测试固态物质比表面积的常用方法，用氮气（N2）作为吸附质，当N2在固态吸附剂表面的吸附行为符合理想的经典物理吸附模型时适用。若被测样品对N2分子存在特定吸附，则会造成比表面积测试结果的准确性、可靠性差。石墨烯是一类典型的二维碳纳米材料，具有优异的电、热和机械性能，在锂离子电池、集成电路、5G通信、新型显示等电热应用领域展现出广阔的产业应用前景。石墨烯粉体是我国商业化石墨烯产品的主要类型，由大量“石墨烯纳米片”组成，在锂离子电池电极材料、导电液、导热膜、重防腐涂料等产业领域已实现规模应用。石墨烯粉体的比表面积是影响其应用性能的关键特性参数之一，比表面积的准确可靠测定有利于石墨烯粉体的生产控制，进行应用性能调控。本标准给出了用氩气吸附静态容量法对产业化石墨烯粉体的比表面积进行准确测定的标准化测试分析方法，从很大程度上完善和补充国内现有石墨烯粉体测试方法标准的不足，可用于产业化石墨烯粉体的规格评价和质量控制，为推动石墨烯产业的高质量发展提供了标准技术支撑，具有重要的实用价值。一、背景对于固态样品比表面积的测定，业内通常依据国家标准GB/T 19587-2017/ISO 9277:2010《气体吸附BET方法测定固态物质比表面积》，但产业领域内根据此标准以N2作为吸附质测定石墨烯粉体的比表面积时，不同检测实验室间无法获得良好一致的检测结果，甚至在同一实验室对同一样品进行检测时，结果重复性也较差。国家标准指导性技术文件GB/Z 38062-2019《纳米技术 石墨烯材料比表面积的测试 亚甲基蓝吸附法》是针对石墨烯粉体的比表面积测试而制定的标准测定方法，但此文件中给出的测试样品需在液体中分散制样，试样处理过程复杂，影响因素繁多，从而造成实验过程的可控性及检测结果的重复性、复现性较差。本标准采用氩气吸附静态容量法来测定石墨烯粉体的比表面积，该方法具有简单、快速、准确的特点，能够有效地评估石墨烯粉体的表面性质。二、制定过程本标准涉及的技术和产业领域广泛，因此集合了国内相关领域的一批权威代表性的科研院所、检测分析平台、石墨烯粉体生产/应用企业、分析仪器厂家等产、学、研、用机构通力合作完成。牵头单位为国家纳米科学中心，共同起草单位有中国计量科学研究院、广州特种承压设备检测研究院、贝士德仪器科技（北京）有限公司、北京石墨烯研究院、青岛华高墨烯科技股份有限公司、冶金工业信息标准研究院、北京低碳清洁能源研究院、浙江师范大学、泰州飞荣达新材料科技有限公司、中国科学院山西煤炭化学研究所。起草工作组历时3年对标准技术内容的可靠性进行了充分的实验验证，深入考察了不同类型石墨烯粉体的均匀性、稳定性，样品预处理方式、准确称重和转移、脱气处理温度和时间、吸附气体选择、测试程序、石墨烯粉体是否含有微孔及如何处理、测试数据选取和分析处理等关键技术点，确保标准的技术内容具备科学性、可操作性和广泛适用性。三、适用范围本标准适用于具有Ⅱ型（分散的、无孔或大孔）和Ⅳ型（介孔，孔径2 nm～50 nm之间)吸附等温线的石墨烯粉体的比表面积测定。含有少量微孔、吸附等温线呈现出Ⅱ型和Ⅰ型相结合或Ⅳ型和Ⅰ型相结合的石墨烯粉体比表面积测定也适用。本标准描述的方法，其他类型的碳基纳米材料，如碳纳米管、碳纤维、多孔炭等比表面积的测定也可参照使用。四、主要内容本标准技术内容涵盖氩气吸附静态容量法测定石墨烯粉体比表面积的全流程，针对石墨烯粉体比表面积测定过程中的取样、称重、样品脱气处理温度和时间、测试程序设置以及比表面积计算给出了指引和规定，并在附录中给出了不同气体吸附质、不同类型石墨烯的比表面积测试实例及吸附热研究。术语和定义：包括不同类型石墨烯粉体、比表面积、气体吸附技术核心术语。一般原理：扼要介绍了氩气吸附静态容量法测量原理：以氩气为吸附质，在液氩温度（87.3 K）下通过静态容量法测量平衡状态下氩气分子的吸附等温线，采用BET多点法进行数据分析，获得石墨烯粉体样品的吸附量与比表面积。本文件应用范围包括Ⅱ型（分散的、无孔或大孔）和Ⅳ型（介孔，孔径2 nm～50 nm之间）吸附等温线以及II型和I型相结合或Ⅳ型和I型相结合的吸附等温线。氩气吸附静态容量法检测示意图（图1）、不同类型的吸附等温线图（图2）附下。取样和称重：取样量应大于样品的最小取样量，并根据仪器说明书综合考虑取样量。取样量宜使总表面积处于10 m2～120 m2范围。表观密度较大的样品可直接取样；表观密度小、易飘洒的样品，宜震实后取样，且选用较大体积的测试样品管。称重时需对精密电子天平进行校准，并注意气体回填、环境温度变化等因素的影响。标准中给出了如何称取不同类型石墨烯粉体的推荐操作。脱气条件和测试程序：测定前，应通过脱气除去样品表面的物理吸附物质，同时要避免表面发生不可逆的变化。脱气温度应低于样品的热分解温度，用热重分析法确定合适脱气温度。脱气时间由样品管内的真空度决定，推荐在脱气温度下样品管内的真空度最终达到≤1 Pa。标准中给出了如何确定脱气温度和时间、详细的测试程序和应满足的要求，以及不同类型测试样品的数据点选取原则和注意事项等。实验数据处理：详细给出了基于BET多点物理吸附法计算比表面积的方法和要求，及测试样品分别在含微孔、不含微孔情况时，如何对测试数据进行处理和分析。检测报告：基于测试过程和测试结果，安全要求给出检测报告并对测试结果进行不确定度分析。测试实例：附录中详尽给出了具有典型代表性的不同类型石墨烯粉体的测试实例，并展示了用不同吸附质气体（氩气、氮气、氧气、二氧化碳、氪气）顺序进行吸附时，测试样品所表现出的吸附行为差异，实验数据明确表明某些石墨烯粉体测试样品对N2分子存在特定吸附情况。通过研究不同类型石墨烯粉体吸附N2和Ar时的吸附热差异，进一步验证了石墨烯粉体存在对氮气的特异性吸附行为的存在，表明了选择Ar作为吸附质采取氩气吸附静态容量法测定石墨烯粉体比表面积的必要性。五、理论依据浅释在石墨烯粉体测试样品均匀性、稳定性满足测试要求的前提下，用氮气吸附BET法测量石墨烯粉体比表面积的准确性、可靠性较差的原因在于N2存在特定吸附行为：由不同生产厂家、不同生产工艺的产业化石墨烯粉体，通常不可避免的含有片层内缺陷、片径边缘位错、晶界等，从而造成处于特定位点上的碳原子活跃程度存在明显差异。此外不同表面改性生产工艺也会造成石墨烯粉体样品表面功能基团（如-OH）的差异。用具有四极矩的N2分子作为吸附质，会与石墨烯粉体中的活跃碳原子或极性吸附基团间形成特定吸附，使得形成不符合理想经典物理吸附模型的分子排列取向，造成多点吸附曲线的线性相关性较差，导致比表面积测试结果的准确性、可靠性也较差。氩气分子是单原子气体分子，电子已完全配对且不存在任何成键轨道，通常认为其不具有化学活性。氩气分子不存在四极矩，作为吸附质在石墨烯粉体材料表面吸附时，对样品表面结构或官能团的敏感性低，其吸附行为符合理想经典物理吸附模型，所以在液氩温度下进行比表面积测定时，可用经典BET理论进行计算。由于氩气与氮气的极化率和分子尺寸极为相似，他们的非特定吸附性质也极为相似，在非极性吸附剂上，氮的吸附热和氩的吸附热几乎相等。本标准用不同类型、不同表面修饰、不同极性的石墨烯粉体样品进行详细的试验验证，证实了采用Ar作为吸附质测定石墨烯粉体比表面积的科学性和合理性。本文作者： 刘忍肖 教授级高工；国家纳米科学中心 中科院纳米标准与检测重点实验室Email: liurx@nanoctr.cn 闫晓英 工程师； 国家纳米科学中心 技术发展部Email：yanxy@nanoctr.cn