什么是氨氮吹脱法
吹脱法多用于处理中高浓度、大流量氨氮废水，吹脱出的氨可以回收利用，但有容易结垢、低温时氨氮去除效率低、吹脱时间长、二次污染、出水氨氮浓度仍偏高等缺点，所以明确影响吹脱法的关键因素，提高氨氮去除率，对于氨氮处理成本控制、水污染得到控制、实现城市的可持续发展具有重要的意义。
一、什么是氨氮吹脱法?
氨氮吹脱法是利用气体分离定律（亨利定律）通过气体分压不同，将游离态氨氮吹脱出废水的一种方法！
1、氨氮吹脱法的原理
其具体原理是利用废水中所含的氨氮等挥发性物质的实际浓度与平衡浓度之间存在的差异，在碱性条件下使用空气吹脱，由于在吹脱过程中不断排出气体，改变了气相中的氨气浓度，从而使其实际浓度始终小于该条件下的平衡浓度，最终使废水中溶解的氨不断穿过气液界面，使废水中的NH3-N得以脱除，常以空气作为载体。氨吹脱是一个传质过程，推动力来自空气中氨的分压与废水中氨浓度相当的平衡分压之间的差，气体组份在液面的分压和液体内的浓度符合亨利定理，即成正比关系。此法也叫“氨解析法”，解析速率与温度、气液比有关。
吹脱法的基本原理是气液相平衡和传质速度理论。废水中的NH3-N通常以铵离子（NH4+）和游离氨(NH3)的状态把持平衡而存在的：
NH4++OH↹NH3+H2O
当PH为中性时，NH3-N主要以铵离子（NH4+）形式存在，当PH值为碱性，NH3-N主要以游离氨（NH3）状态存在吹脱法是在沸水中加入碱，调节PH值至碱性，先将废水中的NH4+转化为NH3，然后通入蒸汽或空气进行解吸，将废水中的NH3转化为气相，从而将NH3-N从水中去除。常用空气或水蒸气作载气，前者称为空气吹脱，后者称为蒸汽吹脱。
2、氨氮吹脱法的优缺点
优点
吹脱法用于处理高浓度氨氮废水具有流程简单、处理效果稳定、基建费和运行费较低等优点，实用性较强。
缺点
进出水需要调整PH、如果没有酸性吸收吹脱出来的氨气随空气进入大气引起二次污染、硬度高的废水结垢严重。
二、氨吹脱的装置类型
垃圾渗滤液脱氮常用的吹脱设备有曝气吹脱池、空气吹脱塔以及蒸汽蒸馏塔，采用装置的不同也将影响氨吹脱的效果，这几种吹脱装置的特性比较见下表。
三、影响因素
吹脱法一般采用吹脱池（也称“曝气池”）和吹脱塔两类设备。但吹脱池占地面积大，而且易污染周围环境，所以有毒气体的吹脱都采用塔式设备。塔式设备中填料吹脱塔主要特征是在塔内装置一定高度的填料层，使具有大表面积的填充塔来达到气—液间充分接触。常用填料有纸质蜂窝、拉西环、聚丙烯鲍尔环、聚丙烯多面空心球等。废水被提升到填充塔的塔顶，并分布到填料的整个表面，水通过填料往下流，与气流逆向流动，废水在离开塔前，氨组份被部分汽提，但需保持进水的pH值不变。空气中氨的分压随氨的去除程度增加而增加，随气水比增加而减少。影响吹脱法处理氨氮废水去除率主要是pH值、温度、气液比/吹脱水位深度、吹脱时间等因素。
1、PH
水中的氨氮，大多以氨离子（NH4+）和游离氨（NH3）保持平衡的状态而存在。其平衡关系式如下：
NH4++OH↹NH3+H2O （1）
式（1）受pH 值的影响，当pH值高时，平衡向右移动，游离氨的比例较大，当pH 值为11 左右时，游离氨大致占90％。
2、温度
氨与氨离子之间的百分分配率可用下式进行计算：
Ka=Kw /Kb=（CNH3·CH+）/CNH4+ （2）
式中：
Ka—— —氨离子的电离常数；
Kw—— —水的电离常数；
Kb—— —氨水的电离常数；
C—— —物质浓度。
由式（2）可以看出，pH 值是影响游离氨在水中百分率的主要因素之一。另外，温度也会影响反应式（1）的平衡，温度升高，平衡向右移动。表（一）列出了不同条件下氨氮的离解率的计算值。表中数据表明，当pH值大于10 时，离解率在80%以上，当pH 值达11时，离解率高达98%且受温度的影响甚微。
3、气液比
气液比： 指空气（蒸汽）和吹脱对象（含氨废水）的体积比。
影响氨气从水中向大气转移的因素有两个：一是水气界面处的表面张力；二是界面处的氨浓度差表面张力最小，气态氨释放量就最大。如果形成水滴，气态氨转移量的增加将会很小。因此,反复形成水滴有助于氨的吹脱。
水和大气中氨氮的浓度差是气态氨转移的动力。为使水滴周围环境中的氨氮浓度最小，必须将空气快速循环，用含低浓度气态氨的空气搅动水滴，有助于加快氨的释放。
对确定的废水量而言，增大气体量，传质推动力相应增大，有利于氨氮吹脱去除。但气量太大，气速过高，将影响废水沿填料正常下流甚至不能流下，即引起液泛现象。因此，对一定废水量，最小液气比受液泛气速控制；但是进水量较小时，会消耗大量的能源，所以一般氨氮吹脱工艺将气液比控制在3000左右。
4、吹脱时间
减小吹脱时间，有利于加快反应速度，提高处理量，减少设备的容积。徐颖采用吹脱法处理垃圾渗滤液，吹脱段pH值为11，气液比在2000～2300，吹脱时间9h，反应条件达到最佳吹脱效率才达到52.0%。卢平等采用吹脱—缺氧—两级好氧工艺处理垃圾渗滤液，垃圾渗滤液取自香港某垃圾填埋场，氨氮浓度1400mg/L，pH值为9.5，吹脱时间12h，经吹脱后氨氮去除率为60%。傅金祥等采用吹脱法垃圾渗滤液，进水氨氮浓度1800mg/L，最佳pH值为11，最佳气液比为360∶1，空气量为3.0L/min，吹脱时间为1h，去除效率可达88.75%。由此可看出处理相同的废水最佳吹脱时间也相差很大，可能是因为采用的填料不同、装置设计的合理性等原因造成，吹脱处理后能够很好地进行后续处理和控制运行成本。
吹脱法多用于处理中高浓度、大流量氨氮废水，吹脱出的氨可以回收利用，但有容易结垢、低温时氨氮去除效率低、吹脱时间长、二次污染、出水氨氮浓度仍偏高等缺点，所以明确影响吹脱法的关键因素，提高氨氮去除率，对于氨氮处理成本控制、水污染得到控制、实现城市的可持续发展具有重要的意义。
一、什么是氨氮吹脱法?
氨氮吹脱法是利用气体分离定律（亨利定律）通过气体分压不同，将游离态氨氮吹脱出废水的一种方法！
1、氨氮吹脱法的原理
其具体原理是利用废水中所含的氨氮等挥发性物质的实际浓度与平衡浓度之间存在的差异，在碱性条件下使用空气吹脱，由于在吹脱过程中不断排出气体，改变了气相中的氨气浓度，从而使其实际浓度始终小于该条件下的平衡浓度，最终使废水中溶解的氨不断穿过气液界面，使废水中的NH3-N得以脱除，常以空气作为载体。氨吹脱是一个传质过程，推动力来自空气中氨的分压与废水中氨浓度相当的平衡分压之间的差，气体组份在液面的分压和液体内的浓度符合亨利定理，即成正比关系。此法也叫“氨解析法”，解析速率与温度、气液比有关。
吹脱法的基本原理是气液相平衡和传质速度理论。废水中的NH3-N通常以铵离子（NH4+）和游离氨(NH3)的状态把持平衡而存在的：
NH4++OH↹NH3+H2O
当PH为中性时，NH3-N主要以铵离子（NH4+）形式存在，当PH值为碱性，NH3-N主要以游离氨（NH3）状态存在吹脱法是在沸水中加入碱，调节PH值至碱性，先将废水中的NH4+转化为NH3，然后通入蒸汽或空气进行解吸，将废水中的NH3转化为气相，从而将NH3-N从水中去除。常用空气或水蒸气作载气，前者称为空气吹脱，后者称为蒸汽吹脱。
2、氨氮吹脱法的优缺点
优点
吹脱法用于处理高浓度氨氮废水具有流程简单、处理效果稳定、基建费和运行费较低等优点，实用性较强。
缺点
进出水需要调整PH、如果没有酸性吸收吹脱出来的氨气随空气进入大气引起二次污染、硬度高的废水结垢严重。
二、氨吹脱的装置类型
垃圾渗滤液脱氮常用的吹脱设备有曝气吹脱池、空气吹脱塔以及蒸汽蒸馏塔，采用装置的不同也将影响氨吹脱的效果，这几种吹脱装置的特性比较见下表。
三、影响因素
吹脱法一般采用吹脱池（也称“曝气池”）和吹脱塔两类设备。但吹脱池占地面积大，而且易污染周围环境，所以有毒气体的吹脱都采用塔式设备。塔式设备中填料吹脱塔主要特征是在塔内装置一定高度的填料层，使具有大表面积的填充塔来达到气—液间充分接触。常用填料有纸质蜂窝、拉西环、聚丙烯鲍尔环、聚丙烯多面空心球等。废水被提升到填充塔的塔顶，并分布到填料的整个表面，水通过填料往下流，与气流逆向流动，废水在离开塔前，氨组份被部分汽提，但需保持进水的pH值不变。空气中氨的分压随氨的去除程度增加而增加，随气水比增加而减少。影响吹脱法处理氨氮废水去除率主要是pH值、温度、气液比/吹脱水位深度、吹脱时间等因素。
1、PH
水中的氨氮，大多以氨离子（NH4+）和游离氨（NH3）保持平衡的状态而存在。其平衡关系式如下：
NH4++OH↹NH3+H2O （1）
式（1）受pH 值的影响，当pH值高时，平衡向右移动，游离氨的比例较大，当pH 值为11 左右时，游离氨大致占90％。
2、温度
氨与氨离子之间的百分分配率可用下式进行计算：
Ka=Kw /Kb=（CNH3·CH+）/CNH4+ （2）
式中：
Ka—— —氨离子的电离常数；
Kw—— —水的电离常数；
Kb—— —氨水的电离常数；
C—— —物质浓度。
由式（2）可以看出，pH 值是影响游离氨在水中百分率的主要因素之一。另外，温度也会影响反应式（1）的平衡，温度升高，平衡向右移动。表（一）列出了不同条件下氨氮的离解率的计算值。表中数据表明，当pH值大于10 时，离解率在80%以上，当pH 值达11时，离解率高达98%且受温度的影响甚微。
3、气液比
气液比： 指空气（蒸汽）和吹脱对象（含氨废水）的体积比。
影响氨气从水中向大气转移的因素有两个：一是水气界面处的表面张力；二是界面处的氨浓度差表面张力最小，气态氨释放量就最大。如果形成水滴，气态氨转移量的增加将会很小。因此,反复形成水滴有助于氨的吹脱。
水和大气中氨氮的浓度差是气态氨转移的动力。为使水滴周围环境中的氨氮浓度最小，必须将空气快速循环，用含低浓度气态氨的空气搅动水滴，有助于加快氨的释放。
对确定的废水量而言，增大气体量，传质推动力相应增大，有利于氨氮吹脱去除。但气量太大，气速过高，将影响废水沿填料正常下流甚至不能流下，即引起液泛现象。因此，对一定废水量，最小液气比受液泛气速控制；但是进水量较小时，会消耗大量的能源，所以一般氨氮吹脱工艺将气液比控制在3000左右。
4、吹脱时间
减小吹脱时间，有利于加快反应速度，提高处理量，减少设备的容积。徐颖采用吹脱法处理垃圾渗滤液，吹脱段pH值为11，气液比在2000～2300，吹脱时间9h，反应条件达到最佳吹脱效率才达到52.0%。卢平等采用吹脱—缺氧—两级好氧工艺处理垃圾渗滤液，垃圾渗滤液取自香港某垃圾填埋场，氨氮浓度1400mg/L，pH值为9.5，吹脱时间12h，经吹脱后氨氮去除率为60%。傅金祥等采用吹脱法垃圾渗滤液，进水氨氮浓度1800mg/L，最佳pH值为11，最佳气液比为360∶1，空气量为3.0L/min，吹脱时间为1h，去除效率可达88.75%。由此可看出处理相同的废水最佳吹脱时间也相差很大，可能是因为采用的填料不同、装置设计的合理性等原因造成，吹脱处理后能够很好地进行后续处理和控制运行成本。
1.内质网：
（1）粗面内质网：附着有核糖体，和蛋白质的合成和加工有关。
（2）滑面内质网：与脂质（主要是磷脂）合成有关。
2.核糖体：
（1）组成：Pr和rRNA
（2）附着态的核糖体合成分泌蛋白；游离态的核糖体合成胞内蛋白。
3.高尔基体：
（1）对植物的作用：与细胞壁的合成有关（纤维素），因此在有丝分裂末期活跃。
（2）对动物的作用：对来自内质网的Pr进行加工分类包装运输。
4.溶酶体
（1）对内：分解衰老损伤的细胞器
（2）对外：吞噬杀死侵入细胞的病毒或病菌。
（3）溶酶体内含有多种水解酶，不是合成。
⚠️1⃣️核糖体是Pr合成的唯一场所，内质网是Pr合成和加工的场所。
2⃣️有氧呼吸的主要场所在线粒体，光合作用的场所是叶绿体。
（1）粗面内质网：附着有核糖体，和蛋白质的合成和加工有关。
（2）滑面内质网：与脂质（主要是磷脂）合成有关。
2.核糖体：
（1）组成：Pr和rRNA
（2）附着态的核糖体合成分泌蛋白；游离态的核糖体合成胞内蛋白。
3.高尔基体：
（1）对植物的作用：与细胞壁的合成有关（纤维素），因此在有丝分裂末期活跃。
（2）对动物的作用：对来自内质网的Pr进行加工分类包装运输。
4.溶酶体
（1）对内：分解衰老损伤的细胞器
（2）对外：吞噬杀死侵入细胞的病毒或病菌。
（3）溶酶体内含有多种水解酶，不是合成。
⚠️1⃣️核糖体是Pr合成的唯一场所，内质网是Pr合成和加工的场所。
2⃣️有氧呼吸的主要场所在线粒体，光合作用的场所是叶绿体。
科普 |# PVDF# 在新能源电池中的应用
新能源电池包括动力电池、数码电池、储能电池、 轻型机动车电池等，相比早期的铅酸，镍氢电池，以锂电池为主的新能源电池具有污染小，单位重量充电容量高，循环无记忆效应等特点。
作为一种清洁、高效和经济的储能产品，在过去的十几年当中，已经广泛应用于数码产品、移动电源、笔记本等电子设备，医疗电子、光伏储能、铁路基建、安防通讯、勘探测绘等工业领域，以及航空航天、卫星导航、高能物理等领域。
聚偏氟乙烯（PVDF），分子式-(CH2-CF2)n-，既有 C-F 键也有 CH 键，其中 C-F 键提供结构稳定性，C-H 键提供可溶解性，使得其易加工。因此 PVDF特别适合用于被溶剂溶解制成涂料、粘性胶液的形态使用，如涂料、锂电池隔膜涂层、 光伏背板涂层、锂电正极连结剂。
PVDF的熔点 170℃，热分解温度 310℃以上，长期使用温度-40～150℃，具有优良的耐化学腐蚀性、耐高温色变性、耐氧化性、耐磨性、柔韧性以及很高的耐冲击性强度。
在锂电池行业，PVDF主要用作粘结剂、隔膜和隔膜涂层。
锂电池是采用石墨或其他碳素材料作为负极，以含锂的化合物作正极的可充电电池。主要由正极、负极、电解液、隔膜、外壳等部分构成。
隔膜是电池的正负极之间的隔离板，防止正极、负极活性物质相互接触，产生短路。在电化学反应时，隔膜会保持必要的电解液，形成离子移动的通道。 这对隔膜的低厚度、孔隙率、透气阻力、内阻、穿刺强度、机械强度、孔径，以及良好的化学和热稳定性等方面都提出了很高的要求。
当电芯外部发生短路，电芯内部会产生高热，质量好的隔膜，会将细孔关闭，使锂离子不能通过，电化学反应终止或近乎终止。
由于拥有良好的回弹性、气密性，PVDF 薄膜性能优异，是锂电池隔膜的理想材料。PVDF耐化学腐蚀性、对电解液具有良好的亲和性、孔径大小合适、热传导性差，不会因高温容易短路。
在隔膜上涂覆PVDF，使得隔膜能够与电极紧密结合，隔膜的热收缩性增强，提高膜强度，降低隔膜的厚度。同时也能够减少游离态电解液，起到提高耐高温性能、增加电解液保液量、增加高压状态下电池安全性。
锂电池的粘结剂是用来粘结和保持电极活性物质，一般锂离子电池中的正极材料是含锂的氧化物，磷酸铁锂、三元锂等材料都呈颗粒状，要想在电池中做正极，需要用粘结剂将小颗粒粘在一起。粘结剂起到了将活性物质与箔材、活性物质与活性物质之间、活性物质与导电剂之间粘结起来的作用，虽然用量少，但作用不可替代。
目前主要的锂离子电池粘结剂有PVDF、PVA、SBR等。
由于抗氧化还原能力强、热稳定性好、易于分散的特点，PVDF是目前使用最为广泛的锂电正极粘结剂，占比高达90%以上。
PVDF还具有优良的机械性能和加工性，有很强的晶化能力，可以提高粘结剂材料本身的内聚强度和初粘力，有利于粘结。
锂电级的 PVDF 具有一定的合成难度，制作工艺分为悬浮法与乳液法，对于技术以及生产设备的要求都较高。此外，锂电级 PVDF 对铝、铜、钙、锂等各类杂质含量要求较为苛刻，因此需要进行提纯，工艺壁垒较高。目前国内只有巨化股份、中化蓝天、东岳等少数几家企业能生产。
新能源电池包括动力电池、数码电池、储能电池、 轻型机动车电池等，相比早期的铅酸，镍氢电池，以锂电池为主的新能源电池具有污染小，单位重量充电容量高，循环无记忆效应等特点。
作为一种清洁、高效和经济的储能产品，在过去的十几年当中，已经广泛应用于数码产品、移动电源、笔记本等电子设备，医疗电子、光伏储能、铁路基建、安防通讯、勘探测绘等工业领域，以及航空航天、卫星导航、高能物理等领域。
聚偏氟乙烯（PVDF），分子式-(CH2-CF2)n-，既有 C-F 键也有 CH 键，其中 C-F 键提供结构稳定性，C-H 键提供可溶解性，使得其易加工。因此 PVDF特别适合用于被溶剂溶解制成涂料、粘性胶液的形态使用，如涂料、锂电池隔膜涂层、 光伏背板涂层、锂电正极连结剂。
PVDF的熔点 170℃，热分解温度 310℃以上，长期使用温度-40～150℃，具有优良的耐化学腐蚀性、耐高温色变性、耐氧化性、耐磨性、柔韧性以及很高的耐冲击性强度。
在锂电池行业，PVDF主要用作粘结剂、隔膜和隔膜涂层。
锂电池是采用石墨或其他碳素材料作为负极，以含锂的化合物作正极的可充电电池。主要由正极、负极、电解液、隔膜、外壳等部分构成。
隔膜是电池的正负极之间的隔离板，防止正极、负极活性物质相互接触，产生短路。在电化学反应时，隔膜会保持必要的电解液，形成离子移动的通道。 这对隔膜的低厚度、孔隙率、透气阻力、内阻、穿刺强度、机械强度、孔径，以及良好的化学和热稳定性等方面都提出了很高的要求。
当电芯外部发生短路，电芯内部会产生高热，质量好的隔膜，会将细孔关闭，使锂离子不能通过，电化学反应终止或近乎终止。
由于拥有良好的回弹性、气密性，PVDF 薄膜性能优异，是锂电池隔膜的理想材料。PVDF耐化学腐蚀性、对电解液具有良好的亲和性、孔径大小合适、热传导性差，不会因高温容易短路。
在隔膜上涂覆PVDF，使得隔膜能够与电极紧密结合，隔膜的热收缩性增强，提高膜强度，降低隔膜的厚度。同时也能够减少游离态电解液，起到提高耐高温性能、增加电解液保液量、增加高压状态下电池安全性。
锂电池的粘结剂是用来粘结和保持电极活性物质，一般锂离子电池中的正极材料是含锂的氧化物，磷酸铁锂、三元锂等材料都呈颗粒状，要想在电池中做正极，需要用粘结剂将小颗粒粘在一起。粘结剂起到了将活性物质与箔材、活性物质与活性物质之间、活性物质与导电剂之间粘结起来的作用，虽然用量少，但作用不可替代。
目前主要的锂离子电池粘结剂有PVDF、PVA、SBR等。
由于抗氧化还原能力强、热稳定性好、易于分散的特点，PVDF是目前使用最为广泛的锂电正极粘结剂，占比高达90%以上。
PVDF还具有优良的机械性能和加工性，有很强的晶化能力，可以提高粘结剂材料本身的内聚强度和初粘力，有利于粘结。
锂电级的 PVDF 具有一定的合成难度，制作工艺分为悬浮法与乳液法，对于技术以及生产设备的要求都较高。此外，锂电级 PVDF 对铝、铜、钙、锂等各类杂质含量要求较为苛刻，因此需要进行提纯，工艺壁垒较高。目前国内只有巨化股份、中化蓝天、东岳等少数几家企业能生产。
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