华中科技大学、环境科学与工程学院

镧改性吸附材料除磷研究进展吴㊀限㊀张芸蓓㊀罗㊀凡(华中科技大学环境科学与工程学院,武汉430074)摘要:镧改性吸附材料对磷具有特异性,能够大量的除去水体中过量的磷,能有效降低水体污染和蓝藻爆发的风险㊂为了对该材料进行更深入的研究,总结了目前镧改性吸附材料的种类㊁镧改性吸附剂的吸附机理和影响除磷效果的因素,并指出了当前研究的不足和以后的研究方向㊂关键词:镧改性吸附材料;除磷;富营养化RESEARCH PROCESS OF LANTHANUM MODIFIED ADSORPTION MATERIALSIN PHOSPHORUS REMOVALWu Xian㊀Zhang Yunbei㊀Luo Fan(School of Environmental Science &Engineering,Huazhong University of Science and Technology,Wuhan 430074,China)Abstract :Lanthanum modified adsorption materials are specific to phosphorus and can effectively reduce the risk of waterpollution and cyanobacteria outbreak.In order to further study this material,this paper summarized the types of lanthanummodified adsorbents,the adsorption mechanism of lanthanum modified adsorbents and the factors affecting the phosphorus removal effect,and pointed out the shortcomings of current research and future research direction.Keywords :lanthanum modified adsorption materials;phosphorus removal;eutrophication㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀收稿日期:2019-10-30第一作者:吴限(1995-),男,硕士,主要从事废水处理和黑臭水体治理等方面的研究方向㊂wuxian@0㊀引㊀言随着人类生产生活的不断发展,越来越多的磷排放进入湖泊㊁河道等,给地表水体带来一定程度的污染[1]㊂吸附法除磷具有效率高㊁处理成本相对低且基本没有二次污染的优势,在水体修复中具有较好的应用前景[2]㊂从20世纪70年代起,镧改性吸附材料被首次提出,Melnyk 等[3]研究发现镧吸附材料的吸附pH 较为宽泛,且对磷的去除率很高㊂2000年以后对于镧改性吸附材料的研究逐步增多,渐渐成为近几年来研究的热点㊂1㊀镧改性吸附材料的吸附机理镧是第57号元素,相对分子质量为138.905,是一种稀土元素㊂镧改性吸附材料吸附磷既包含物理吸附过程也有化学吸附过程,一方面改性后的吸附材料具有良好的特性,比表面积较大,有利于吸附材料充分利用自身的空隙特性对磷元素进行物理截流㊂另一方面,镧的电子构型为[Xe]5d 16s 2,主要以+3价的形式存在,且对于一些含氧官能团比如说磷酸根等具有较强的亲和力[4,5]㊂在镧改性吸附材料的制备中,镧主要以La(OH)3㊁La 2O 3的形式负载,通常认为镧改性吸附材料的吸附机理主要是以配位体交换为主,这对镧和磷酸根形成的化合物在改性材料表面的稳定性有至关重要的影响㊂这种化学吸附过程,具有吸附速度快㊁吸附能力强㊁通常不可逆等特点[6]㊂何皎洁[7]对比La(OH)3/PAN 纤维吸附前后红外光谱发现La O H 峰位降低,O P O 键加强,并且在1055cm-1出现P O 的非弹性振动,而X 射线衍射图谱中的特征峰与LaPO 4对应(图1),认为镧与PO 3-4之间有化学吸附的作用㊂代世宇[8]的镧改性碳纳米管对比吸附前后的红外光谱和X 射线衍射图谱,证明PO 3-4与 OH 进行了配位体交换㊂Paripurnanda [6]总结了负载金属氧化物或氢氧化物的配位体交换机理,以镧为例则可以表示为:La-OH +2+2H 2PO -4ң(La(H 2PO 4)2)++2OH-2La-OH +2+2H 2PO -4ң(La 2(HPO 4)2)2++2H 2O +2OH-ʏLa(OH)3;һLaPO 4㊂图1㊀La(OH)3/PAN 吸附前后XRD 图谱的比较㊀㊀除了配位体交换以外,还有一些其他的机理进一步促进La 对于磷酸根的去除㊂陆岩[9]等研究氧化镧的除磷机理,认为氧化镧化学性质不稳定,在水中会生成氢氧化镧再吸附磷酸根,弱酸条件下表面带正电的氢氧化镧通过库仑力吸引磷酸根:La-OH +2+H 2PO -4=(La-OH 2)+(H 2PO 4)-2La-OH +2+HPO 2-4=(La-OH 2)2+(HPO 4)2-㊀㊀Zhang 等[10]认为镧改性活性炭的吸附机理不仅仅是因为离子交换和静电引力的作用,还有La-O 引起的路易斯酸碱反应,即由O 提供电子对,La 利用空轨道作为电子对受体进行结合㊂镧除磷的机理(图2)主要是以配位体交换为主,但静电吸引㊁路易斯酸碱反应等能够促进磷酸盐的去除,提高镧改性材料的吸附效果㊂图2㊀镧改性吸附材料的除磷机理2㊀镧改性材料的分类镧改性材料的原料通常采用孔隙率较大的材料,如天然黏土材料㊁碳基材料㊁无机金属氧化物材料等㊂2.1㊀镧改性天然黏土类材料天然黏土类材料如膨润土㊁沸石㊁蒙脱土等,通常具有空隙发达㊁比表面积大的特点,且材料易获得价格便宜,通过煅烧等方式进一步处理后,其空隙结构能够得到进一步提升,使得镧元素在天然黏土材料上负载更加容易㊂Kuroki [11]等制得镧改性膨润土除磷,最大吸附容量能够达到14.0mg /g(本文中材料吸附容量均以正磷酸盐计,后同)㊂Haghseresht [12]等通过对锁磷剂Phoslock 的研究表明,镧改性材料有较好的比表面积,优良的孔道结构进一步强化了镧对磷的吸附效果,其最高吸附容量能够达到32.9mg /g㊂孟顺龙等[13]将沸石进行镧改性后研究发现改性后的沸石对高浓度和低浓度磷的废水均有较为明显的效果,最高吸附容量为7.65mg /g㊂王虹[14]制备的镧改性沸石在pH 9~12的时候除磷效果较好,其吸附动力学符合Langmuir 模型,并通过模拟得出对水中磷酸盐的最大单位吸附量为190mg /g㊂Li Bin 等[15]在沸石上加载氯化镧制备新型除磷剂,除磷效果非常好,最高吸附容量能到50mg /g㊂杨炳飞[16]研究发现在负载镧之前通过高温盐浸的方式处理沸石能够有效提高镧改性沸石的除磷效果,比不处理的沸石对磷的去除率高91.9%㊂Ning Ping [17]等发现新型镧改性沸石能够排除Cl -㊁SO 2-4等阴离子的影响,有选择性的除磷,其最大吸附容量为14.0mg /g㊂Senlin [18]制备的镧改性蒙脱土在25ħ时的吸附容量为27.89mg /g 是铝改性的蒙脱土吸附容量的1.33倍㊂2.2㊀镧改性碳基材料碳基材料如活性炭㊁石墨㊁碳纳米管等,其本身就是吸附性能较强的吸附材料,目前已经被广泛用于废水处理和天然水体的污染物的处理,但由于其本身对污染物并没有选择性,所以并不能用来吸附特定的污染物,而使用镧负载之后能够大幅提升碳基材料对磷的吸附性能㊂Liu [19]等将活性炭进行镧改性后吸附容量能够达到29.44mg /g,远高于活性炭的7.74mg /g [20]㊂Zhang [10]在活性炭纤维上负载镧制得新型材料,其吸附容量为18.33mg /g㊂代世宇[8]则是合成镧碳管薄膜来吸附废水中的磷,在低浓度磷的实验条件下基本可以将磷元素的浓度降低到5μg /L 以下,其理论吸附容量可以达到160mg /g㊂2.3㊀镧改性无机金属氧化物材料金属氧化物作为吸附剂有高吸附速率和大吸附量的特点,进行镧改性后可以通过离子交换和配位键作用来除磷㊂张洁卉[21]使用La-Fe 氧化物作除磷剂并研究其除磷效果,最大吸附容量能够达到110.81mg/g,经过反复再生以后,其吸附容量降低到61.73 mg/g㊂Yang等[22]通过化学共沉淀的方式合成出的载镧四氧化三铁吸附剂在5mg/L的初始磷溶液中吸附容量能够达到13.13mg/g,其效果是未负载镧的1000倍以上㊂杨永珠[23]也是通过共沉淀的方法制得镧铜复合氧化物最大吸附容量能够达到138.33mg/ g,通过高温真空再生以后,其吸附效能只能达到原来的58.6%㊂2.4㊀其他材料除了上面一些常见的材料类型以外还有一些其他合成材料,在负载镧之后能够有效去除废水中的磷酸盐㊂Weiya Huang等[24]使用的中空介孔硅球负载镧后,除磷的pH在3.0~8.0,最大吸附量为47.89 mg/g㊂蔺立诚[25]合成了壳聚糖/氢氧化镧复合气凝胶,其比表面积大能够达到172.74m2/g,吸附过程符合Freundlich模型,对磷的最大吸附量能够达到148.33mg/g㊂Yang等[26]使用分子筛和水合硝酸镧进行改性得到LaxSBA-15,其吸附容量为45.6mg/g,比未改性的分子筛(17.9mg/g)吸附性能大幅提升㊂石稳民等[27]制得镧负载多孔陶粒,其饱和吸附量为11.02mg/g,在高浓度和低浓度含磷条件下均有较好的处理效果㊂3㊀影响镧改性吸附剂除磷的因素3.1㊀pH水中pH影响吸附剂上镧的形态和吸附材料的表面特性,因而不同的pH会影响吸附材料的除磷效率㊂主要是因为在强酸性条件下,负载在吸附材料上的羟基态的镧很有可能溶解变成游离态的镧,导致表面镧离子脱附[28],释放到溶液中,尤其是在pH= 2.3~3.0时[29]㊂由于镧的部分流失,吸附材料与磷酸盐结合的能力有所下降,除磷效率就会大幅下降㊂随着pH逐渐升高,镧流失的问题就会有较大的改善,而且在中性或偏酸性的条件下,吸附剂表面带有大量的正电荷,对磷酸盐具有较强的吸引能力,能使磷酸盐与镧更好的结合㊂当pH过高时,溶液中有大量游离的氢氧根存在,使得吸附剂表面显负电,与带负电的磷酸根离子产生排斥作用,导致吸附剂与磷酸根之间的离子交换能力减弱,吸附容量有所下降[30],所以镧改性吸附材料在中性或弱酸弱碱的条件下有较为理想的除磷效率㊂如图3,La(OH)3/PAN纤维有效吸附范围在pH=3~8之间,当pH=4左右的时候有最大的吸附容量,而当pH<2和pH>8时,除磷效果较差[7]㊂La3+/La(OH)3负载的磁性水凝胶在pH=4.5~10.9的范围内对磷酸盐都有较好的去除效率[30]㊂图中还列举了pH对镧改性沸石[31]㊁镧改性生物炭[32]㊁镧改性碳纳米管[8]的影响,基本上有相似的规律,可见镧改性吸附材料适宜的pH范围较大㊂ˑ 镧改性沸石[31]; ʻ 镧改性生物炭[32];Ә 镧改性碳纳米管[8]; ʏ La(OH)3/PAN[7];һ La3+/La(OH)3磁性水凝胶[30]㊂图3㊀pH对不同镧改性材料的影响3.2㊀吸附温度通常镧改性吸附剂在较高的温度下会有更好的吸附效果㊂比如说负载有镧的SBA-15介孔硅材料在45ħ条件下吸附容量为26.7mg/g,高于25ħ时的吸附容量22.0mg/L[33]㊂究其原因主要是镧改性吸附剂吸附磷酸盐的过程是一个吸热过程,这一结论已经被很多实验验证[8,27,34]㊂但是仍存在一部分例外的情况,汪纯[35]的镧改性多孔硅在温度从20ħ上升到40ħ时(图4),其磷酸盐的吸附量有轻微降低,可能是温度升高后部分已吸附的磷酸盐在表面解吸附造成的,整体来看在20ħ~40ħ温度对该吸附剂无太大影响㊂Tian[18]等的镧/铝蒙脱土材料在温度升高时,吸附磷的能力随之下降,通过热力学计算其ΔH=-61.33kJ/mol,说明该材料的吸附过程为放热反应㊂所以在研究温度对改性材料的影响时仍需通过实验进行判断㊂图4㊀温度对MSF-10(镧改性多孔硅)吸附磷酸盐的影响3.3㊀竞争性离子的影响磷酸盐的竞争离子也会影响改性吸附剂的除磷效果㊂一般认为磷酸盐是通过离子交换的方式附着在吸附材料表面的吸附点位上,共存离子与镧的化合物溶度积相对较小(例如氟化镧的K sp =1.4ˑ10-18)与磷酸镧(K sp =10-24.7~10-25.7)相近时,在竞争离子浓度相对较高的情况下,同性竞争离子的存在导致部分吸附点位被竞争离子占有,减少了磷酸盐可附着的点位,所以磷酸盐的去除率有所下降,同时同性离子之间的排斥作用也会对磷酸盐的吸附产生影响[36]㊂对于阳离子来说,Ca 2+会与磷酸盐形成离子对,因而更容易被吸附,还有一部分Ca 2+在吸附剂表面形成La-P-Ca 的三元配合物后产生了更多的吸附点位,提高除磷效果㊂而Mg 2+与Ca 2+具有类似的促进作用,但也有可能与吸附材料表面的羟基产生配位反应,减少磷酸盐的吸附点位,从而表现出抑制作用[32]㊂Liu 等[37]研究0.01g 镧改性四氧化三铁在有Cl -/SO 2-4/NO -3/HCO -3/Ac -的磷酸盐溶液(40mL,10mg /L)的除磷效果(图5),结果表明不同离子对除磷影响由大到小分别是Ac >HCO -3>SO 2-4ʈNO -3ʈCl -,尤其是HCO -3和Ac -相比较于其他离子而言对磷酸盐吸附点位的竞争作用更强㊂石稳民[27]等的镧负载多孔陶粒在几种竞争离子的体系中对磷酸盐的去除率(图6)从小到大依次为:F ->HCO -3>SO 2-4>NO -3>Cl -㊂当HCO -3和SO 2-4离子存在时,磷酸盐的去除率分别下降到76%和82%;F -离子存在时,下降最为明显,磷酸盐去除率低于20%㊂许润[32]等不仅研究了阴离子对氢氧化镧改性介孔稻壳生物炭的除磷影响,还研究了Ca 2+和Mg 2+的影响,结果发现Ca 2+对于该材料的吸附过程有促进作用,而Mg 2+仍存在抑制吸附过程的可能㊂Ң Cl -; Ә SO 2-4; ʏ NO -3;һ HCO -3; ˑ Ac -㊂图5㊀共存离子对镧改性Fe 3O 4除磷效果影响3.4㊀溶解性有机质大量研究表明,镧改性材料的除磷效果与水中Ң Cl -; Ә SO 2-4; ʏ NO -3; һ HCO -3; ˑ F -㊂图6㊀共存离子对镧负载多孔陶粒除磷效果影响DOC(溶解性有机碳)的浓度呈负相关㊂从化学平衡来看,La 在pH >4的时候会优先与腐殖质发生络合反应,这可能会导致镧改性膨润土的除磷效率达不到期望值[38]㊂Miquel [39]发现随着DOC 浓度的提高,La 与DOC 络合的量越大,且络合量的大小与DOC 的成分和pH 有一定的关系(图7)㊂pH =8比pH =7时La 与DOC 络合的量更大,与磷酸盐结合的量更少㊂当DOC 的成分由100%腐殖酸变成50%腐殖酸+50%富里酸时,La 与DOC 络合的更多,同时还发现溶液中游离态的La 浓度有明显的上升,进一步应证了其除磷效率降低的结果㊂Line Dithmer 等[40]发现随着腐殖酸浓度的升高,镧改性膨润土的吸附量从9.3mg /g 下降到0.3mg /g㊂所以在实际使用镧改性吸附剂除磷时,在投加前需要进行预投加实验,检验水体中的DOC 是否会对吸附剂的除磷效果产生较大的影响㊂但从长期来看,只要给予足够长的时间,SRP(溶解反应性磷)最终还是能够被镧改性膨润土吸附,一定程度上可以克服DOC 带来的影响[39]㊂pH =7ʒ100%腐殖酸-0%富里酸;pH =7ʒ50%腐殖酸-50%富里酸;---pH =8ʒ100%腐殖酸-0%富里酸;㊃-pH =8ʒ50%腐殖酸-50%富里酸㊂图7㊀DOC 对除磷效果的影响4㊀工程应用目前镧改性吸附材料不仅仅停留在实验阶段,欧洲㊁澳大利亚等发达地区已经有少量实际应用镧改性膨润土的案例[](表1)㊂第一次镧改性材料的实际应用是在澳大利亚的Canning River 和Vasse River,在两条河中投加镧改性膨润土后发现两条河中的总磷分别下降了45%和59%㊂除了荷兰的Het GroeneEiland lake 以外,其他水体中应用镧改性膨润土去除率均能达到85%以上,包括在国内的滇池和ALARiver(人工河)内,均能降低总磷和溶解性反应磷至一个较低的水平㊂在荷兰的Het Groene Eiland lake 投加镧改性膨润土收效甚微的原因可能是由于受到其他含氧官能团和腐殖质的影响㊂这说明在使用镧改性吸附材料之前应该提前预测水体中其他干扰物质对吸附材料的影响,通过对处理对象的全面调查才能确保投加的吸附材料能够发挥应有的作用㊂表1㊀镧改性膨润土的应用名字国家水体类型水体特征应用时间镧改性膨润土投加量/t 镧改性膨润土投加量/(kg /m 2)拉古纳尼格尔湖美国水库表面积=0.124km 2最大深度=9.5m 平均深度=3.7m201351.340.414西姆科湖加拿大雨水池表面积=0.0043km 2平均深度=2m 2008 斯坎伦溪水库加拿大水库表面积=0.034km 2平均深度=7m2008~2009180.53滇池中国试验区表面积=0.002km 2最大深度=11m 平均深度=5m2006105人工渠中国人工渠表面积=0.008km 2平均深度=2.5m201040.5坎宁河澳大利亚蓄水河段最大深度<3m2001~200245 瓦塞河澳大利亚蓄水河段最大深度<3m2001~200240 育苗水库澳大利亚水库库容=10,000m 34 乌基镇污水处理厂澳大利亚污水处理池表面积=0.0014km 2平均深度=1m 2008洛根河澳大利亚人工湿地表面积=0.04km 2平均深度=2m2008200.5拉乌布拉肯湖荷兰采砂湖表面积=0.04km 2最大深度=15m200818t 镧改性膨润土2tPAC0.45kg /m 2镧改性膨润土0.05kg /m 2PAC 赫特格罗内埃兰湖荷兰采砂湖表面积=0.05km 2最大深度=4.5m 平均深度=2.5m2008~200914.10.282格林岛弗莱明顿湖英国自然湖泊表面积=0.15km 2最大深度=2.9平均深度=0.75m2010250.159克拉通水库英国水库表面积=0.09km 2平均深度=2.8m2009240.2675㊀小结与展望目前水体富营养化问题十分突出,如何高效去除水体中的磷元素是当下紧迫的任务之一㊂镧改性吸附材料作为最近几年研究的热门种类繁多,其吸附机理主要以配位体交换为主,具有除磷效率高㊁产物稳定且环境友好的特点㊂目前实际应用中主要以锁磷剂Phoslock(镧改性膨润土)较为成功,其他镧改性吸附材料鲜有实际工程应用的文献报道㊂由于实际黑臭水体中的污染成分较为复杂,可能在实际应用镧改性吸附材料的效果无法达到实验室那样较好的处理水平㊂为了促进镧改性吸附材料的应用,应在许多方面进行更深入的研究㊂1)为了避免共存离子和有机质等对镧改性吸附材料的除磷效果产生负面影响,可以通过引入其他元素负载在改性材料上或配合其他药剂的使用来降低影响㊂2)可以通过对材料的进一步改性,使得改性材料能够同时具有除磷和除氮的能力,增加改性材料的应用范围㊂3)由于现在少有研究可高效分离回收利用的吸附材料[42],在以后的研究中可以探索高效回收吸附材料的解决办法,通过循环使用吸附材料的方式降低投加成本,这样才能更好的实现镧改性吸附材料的应用价值㊂参考文献[1]㊀MIQUEL L,FRANK V O.Controlling eutrophication by combinedbloom precipitation and sediment phosphorus inactivation[J].Water Research,2013,47(17):6527-6537.[2]㊀SABINO DE GISI,GIUSY LOFRANO,MARIANGELA GRASSI,et al.Characteristics and adsorption capacities of low-cost sorbentsfor wastewater treatment:A review[J].Sustainable Materials andTechnologies,2016,9:10-40.[3]㊀MELNYK P B,NORMAN J D,WASSERLAUF nthanumpre-cipitation:alternative method for removing phosphates fromwastewater[C]ʊHaschke J M.Eick H A.Proc Rare Earth ResConf,11th.NTIS,Springfield,Cleveland,OH,USA,1974:4-13.[4]㊀GREENWOOD N N,EARNSHAW A.Chemistry of the Elements[M].Elsevier,2012.[5]㊀EVANS C H.Biochemistry of the Lanthanides[M].SpringerScience&Business Media,2013.[6]㊀PARIPURNANDA LOGANATHAN,SARAVANAMUTHUVIGNESWARAN,JAYA KANDASAMY,et al.Removal andRecovery of Phosphate From Water Using Sorption[J].CriticalReviews in Environmental Science and Technology,2014,44:847-907.[7]㊀何皎洁.纤维基镧复合材料高效除磷控菌方法的研究[D].哈尔滨:哈尔滨工业大学,2017.59-77.[8]㊀代世宇.镧改性碳纳米管材料的制备与吸附除磷效能研究[D].哈尔滨:哈尔滨工业大学,2018.23-51.[9]㊀陆岩,刘艳磊,姜恒,宫红.氧化镧对磷酸根的吸附及其机理研究[J].化工科技,2014,22(1):45-48.[10]㊀ZHANG LING,WAN LIHUA,CHANG NING,et al.Removal ofphosphate from water by activated carbon fiber loaded withlanthanum oxide[J].Journal of Hazardous Materials,2011(190):848-855.[11]㊀KUROKI V,BOSCO G E,FADINI P S,et e of a La(Ⅲ)-modified bentonite for effective phosphate removal from aqueousmedia[J].Journal of Hazardous Materials,2014,274:124-131.[12]㊀HAGHSERESHT F,WANG SHAOBIN,DO D D.A novellanthanum-modified bentonite,phoslock,for phosphate removalfrom wastewaters[J].Applied Clay Science,2009,46(4):369-375.[13]㊀孟顺龙,胡庚东,瞿建宏,等.镧/铝改性沸石去除富营养化水体中磷的研究[J].生态环境学报,2012,21(11):1875-1880.[14]㊀王虹,锆改性粘土和镧改性沸石的固磷作用研究[D].上海:上海海洋大学,2016.55-71.[15]㊀LI B,LU X,NING P,et al.Nitrogen and phosphate removal byzeolite-rare earth adsorbents[J].2009:599-602. 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室内天然气泄漏扩散的模拟研究卢鉴莹;喜玲玲;蔡磊;管延文;余露;李伟杰;张晓华;吴勇;王敏晔【摘要】利用Fluent软件进行室内天然气泄漏扩散的模拟计算.分析可燃区域随泄漏时间的变化规律,研究泄漏时间、窗户位置及门窗开启程度对天然气泄漏扩散的影响.计算结果表明:门窗关闭的情况下,可燃区域的体积会达到一个最大值.门窗开启的情况下,最终会达到一个稳定的状态.随着泄漏时间的增加,室内天然气的体积分数不断增大,当门窗全部开启的时候,天然气体积分数最终会稳定在4.55％.门窗开度越大,越先达到稳定,稳定时室内天然气体积分数越低.窗户位置一定范围的变化不影响室内燃气质量分数分布,只改变流场.对燃气泄漏报警器的安装位置进行优化模拟.【期刊名称】《煤气与热力》【年(卷),期】2017(037)009【总页数】6页(P18-23)【关键词】室内天然气;泄漏扩散;数值模拟;燃气泄漏报警器【作者】卢鉴莹;喜玲玲;蔡磊;管延文;余露;李伟杰;张晓华;吴勇;王敏晔【作者单位】华中科技大学环境科学与工程学院,湖北武汉430074;华中科技大学环境科学与工程学院,湖北武汉430074;华中科技大学环境科学与工程学院,湖北武汉430074;华中科技大学环境科学与工程学院,湖北武汉430074;华中科技大学环境科学与工程学院,湖北武汉430074;华中科技大学环境科学与工程学院,湖北武汉430074;华中科技大学环境科学与工程学院,湖北武汉430074;中国市政工程中南设计研究总院有限公司,湖北武汉430010;浙江省城乡规划设计研究院,浙江杭州310030【正文语种】中文【中图分类】TU996.91 概述随着环境问题的加剧，天然气的应用越来越被寄予厚望[1]。

大量数据表明，天然气既是一种较清洁的燃料，又是一种存在安全隐患的燃料。

当天然气泄漏到空气中，会向周围扩散，当天然气的体积分数处于爆炸极限范围内时遇到点火源会发生燃烧或爆炸事故，造成大范围的破坏[2-4]。

土木学院土木工程与力学学院共有教职工190余人，其中：中国工程院院士2人（双聘），国家教学名师1名，长江学者讲座教授1名，博士生导师38人，教授43人，副教授70余人。

学院下设力学系、建筑工程系、道路与桥梁工程系、工程管理系以及交通工程系等5个系。

拥有“控制结构湖北省重点实验室”和“工程结构分析与安全评定湖北省重点实验室”，拥有建设部批准的“建筑工程隔震减震产品检测中心” 、湖北省建设厅批准的“土木工程质量检测中心”（一级资质），建设部批准的“全国监理工程师培训中心”，以及学校重点研究平台“工程计算与仿真中心”、“工程管理研究中心”等。

承办了《固体力学学报》中英文版，其中《固体力学学报》英文版是我国最早受SCI检索的学报之一，承办了《华中科技大学学报（城市科学版）》，该学报于2005年被国家新闻出版署评为我国权威期刊。

学院跨越力学、土木工程、交通工程及管理科学与工程4个一级学科，有力学和土木工程学科两个博士后流动站。

有力学、土木工程两个一级学科博士和硕士学位授予权，以及工程管理博士学位授予权，和道路与铁道工程硕士授予权、交通运输规划与管理硕士授予权，即共有11个博士学位点授予权和13个二级学科硕士学位点授予权。

其中，力学和土木工程为湖北省一级学科重点学科，桥梁与隧道工程为建设部重点学科。

同时还培养3个领域的工程硕士：即建筑与土木工程，项目管理、和交通运输工程。

目前，在读硕、博士研究生达500名。

在科学研究与社会服务方面，形成了自己的特色，主要研究方向有：工程结构隔震、消能减振及主动控制；疲劳与断裂；工程计算与仿真计算；数字化施工集成关键技术及其应用；工程结构的损伤智能检测与寿命评估；地基处理技术；基础应力波检测技术；大跨度桥梁结构理论与实践；土木工程中的数值计算方法与虚拟仿真技术等。

在“建筑物隔震成套技术”、“轨道交通集成关键技术”、“工程结构损伤检测集成系统”、“拱桥结构分析与设计”等方面取得了国际先进、部分国际领先的科研成果。

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