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2020年  第48卷  第3期

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论文
摘要:
针对新疆褐煤具有较高内水的问题,制备了阴离子AKD改性剂和非离子AKD改性剂,对褐煤颗粒进行疏水改性。研究了改性前后煤粒表面化学成分、孔隙分布、亲疏水性和Zeta电位等煤粒表面特性,并结合NSF分散剂在改性前后煤粒表面吸附量大小,探讨了改性前后褐煤水煤浆的成浆性、流变性和稳定性。结果表明,改性后煤粒孔隙结构降低,煤粒表面碳的相对含量增加,氧的相对含量降低,煤水界面接触角增加,煤粒疏水性能增强。NSF分散剂在改性煤表面吸附量增加,煤粒表面负电性增强。由阴离子AKD改性煤、非离子AKD改性煤制备的水煤浆最大成浆质量分数从原煤56.6%分别增加至61.0%、62.5%,浆体析水率从原煤13.97%分别降低至7.45%、7.89%,同时改性后煤粒制备的浆体均表现出剪切变稀的假塑性流体。因此,改性煤粒更容易制备高浓度、低黏度、高稳定性且易于储存和运输的水煤浆。
摘要:
利用密度泛函理论,研究了焦炭催化作用下CO还原NO的化学反应机理,优化得到了均相反应路径以及在Zigzag和Armchair型焦炭表面上的异相反应路径中所有驻点的几何构型与能量,并对三条反应路径进行了动力学分析。结果表明,均相NO还原反应的活化能为254.06 kJ/mol,而Zigzag型与Armchair型焦炭表面NO异相还原反应的活化能分别为86.94与52.16 kJ/mol,说明焦炭在NO还原反应中能够起到催化作用。在焦炭表面进行的CO还原NO的反应路径经历N2形成、N2释放及两步CO2释放四个阶段,最终生成一个N2分子与两个CO2分子。此外,通过对比不同路径下异相反应的能量变化与动力学参数可知,焦炭表面结构对NO还原反应特性存在较大影响;与Zigzag型焦炭表面相比,基于Armchair型焦炭表面的NO还原反应决速步能垒值更低且反应速率更快,表明在Armchair型焦炭表面上的NO还原反应更易进行。
摘要:
以玉米秸秆为原料,以去离子水为介质,研究水相循环对玉米秸秆水热液化成油特性的影响。循环过程中不额外添加去离子水,对循环前后的水相产物、生物原油和固体产物进行对比研究发现,水相循环产生有机酸的富集效应,促进酮酚类的转化,两者共同作用提高生物原油和固体产物的产率和品质。具体表现为:水相循环对水相pH值影响较小(3.62-3.91),但可以使乙酸和丙酸等有机酸不断累积,同时使酮类、酚类化合物含量逐渐减少;水相循环可以使生物原油产率从20.42%逐步提高至24.31%,且可略提升油品质;水相循环可以使固体产物的碳含量由60.94%提升至61.74%。
摘要:
选取聚丙烯(PP)和竹屑作为废塑料与生物质的典型代表,在热重分析仪和固定床台架上研究了塑料掺混比例对混合热解失重特性、动力学机理、产物分布行为等特性的影响,并分析了混合热解时生物质和废塑料间的协同作用机制。结果表明,随着塑料掺混比例的增加,混合热解终止温度由501℃降低至471℃,主要热解温度区间缩短;混合热解所需活化能呈现先减小后增大的趋势,在塑料掺混比例为0.25时取得最小值。通过对比实验数据和理论数据发现,生物质与废塑料混合热解具有很强的协同作用:该协同作用降低了生物质反应所需能量,增加了废塑料反应所需能量,降低了混合热解过程的总活化能;此外,协同作用促进大分子挥发分转化为小分子气体,促进芳烃、烷烃等烃类生成,抑制CO2、苯酚、羧酸、呋喃和酮类等含氧物质生成。
摘要:
通过并流沉淀法制备出La:Cu:Zn:XX=Zr、Al、Zr+Al)(类)钙钛矿型催化剂,并使用NaBH4作为还原剂进行液相还原。将催化剂装填在固定床反应器中并用于CO2加氢制甲醇的性能评价,并通过一系列表征方法对催化剂的物化性能进行了测试。结果表明,所制备的催化剂主要具有La2CuO4(类)钙钛矿结构,并且在该结构中掺入元素后将导致(类)钙钛矿结构的空间扭曲。经NaBH4还原后,结构中存在金属铜物种和部分未还原的高价态铜物种,在反应过程中会发生高价态铜物种的还原。相比于LaCuZn催化剂,Al元素的引入提高了CO2的转化率,Zr元素的引入,降低了催化剂的催化活性,Al和Zr元素同时引入提高了CO2转化率和甲醇的收率。LCZA催化剂CO2转化率最高,LCZ催化剂甲醇选择性最高,LCZZA催化剂甲醇时空收率最高。CO2转化率和催化剂的Cu的比表面积、Cu的分散度、(Cuα++Cu0)/Cutotal呈正相关;催化剂Cuα+的结合能越远离Cu+,相应催化剂的甲醇选择性越高。
摘要:
采用共沉淀法分别制备了不同F-T组分(Fe、Co、Ni)改性的KCuZrO2催化剂,并用于催化CO加氢合成异丁醇。通过BET、XRD、TEM、XPS、H2-TPR、CO-TPD以及in-situ DRIFTS对催化剂进行了表征。结果显示,F-T组分的加入促进了乙醇和丙醇的形成,但是对异丁醇选择性影响不同。结果表明,Fe促进了催化剂中各组分的分散,活性组分Cu在催化剂表面发生了富集,提高了H2/CO活化吸附;另外,KFeCuZrO2的催化剂表面含有较多的C1物种,有利于乙醇和丙醇进一步发生β-加成反应得到异丁醇,而Co和Ni改性的催化剂上缺少足够的C1物种,因此,异丁醇的选择性并未明显增加。Co的引入对催化剂结构以及Cu的分散影响不大,但是Co改性后催化剂性能有所下降,其原因是催化剂发生了失活;Ni添加后催化剂比表面积有所减小,且催化剂表面Cu/Zr物质的量比也降低到0.19,催化剂粒径增大,Cu-Zr之间相互作用减弱,异丁醇选择性降低。
摘要:
ZSM-5 zeolite is considered as an effective catalyst in the synthesis of trioxane from formaldehyde. In this work, a series of ZSM-5 zeolites with different SiO2/Al2O3 molar ratios were used in the synthesis of trioxane from formaldehyde; through characterization by XRF, XRD, SEM, NH3-TPD, Py-FTIR and 27Al MAS NMR, the effect of acidity including the Brønsted and Lewis acid sites on the catalytic performance of ZSM-5 zeolites in the trioxane synthesis was investigated. The results indicate that the ZSM-5-250 zeolite with a SiO2/Al2O3 molar ratio of 250 exhibits excellent catalytic performance in the synthesis of trioxane. The ZSM-5-250 zeolite owns sufficient amount of Brønsted acid sites which are active for the synthesis of formaldehyde to trioxane; meanwhile, it has few Lewis acid sites and can then effectively inhibit various side-reactions like the Cannizzaro or Tishchenko reactions. Moreover, the ZSM-5-250 zeolite displays high stability with a single-pass lifetime of 114 h and can be regenerated easily through calcination at 550℃.
摘要:
基于密度泛函的第一性能原理计算方法研究了单层MoS2分别与MoSe2、MoTe2、WS2进行合金化, 以及加入2%应力条件下, 对光催化裂解水性能的影响。计算结果表明, 单层MoS2通过与MoSe2、MoTe2、MoWS2进行合金化, 并施加压应力两种手段进行调控, 可使带隙变大的同时, 提高CBM(conduction band minimum)带边位置, 从而提高光催化分解水的效率。通过能带和态密度的计算表明, 合金元素原子形成的不是孤立能级而是能带, 对载流子寿命影响小。
摘要:
选取了高岭土、累托土、蒙脱土和伊利石四种天然硅铝矿物,采用热活化、碱熔活化、亚熔盐活化及拟固相活化四种方法对上述四种矿物分别进行活化,对比了不同活化方法对天然硅铝矿物活化效果的影响。结果表明,亚熔盐活化及拟固相活化都具有良好的活化效果,而且能耗较低,明显优于热活化和碱熔活化。其中,拟固相活化由于能耗更低且更有利于实现工业操作,因此,是最具发展前景的天然硅铝矿物活化方法。对比四种天然硅铝矿物,高岭土、累托土及蒙脱土的晶相结构更容易被解聚,而伊利石稳定性更高,经亚熔盐活化及拟固相活化后,活化产物中也只有极少量的高反应活性的硅、铝物种,因此,伊利石不是理想的分子筛合成原料。
摘要:
以氢氧化铜和拟薄水铝石为原料,通过固相法合成了Cu-Al尖晶石,研究了合成温度、合成时间、Cu/Al物质的量比对尖晶石的生成、晶相组成和还原性能的影响。结果表明,配位缺陷的Cu-Al表面尖晶石在400℃已经生成,难还原尖晶石Cu2+和易还原尖晶石Cu2+分别在700和800℃已生成,尖晶石含量随合成温度升高而不断增多,生成Cu/Al物质的量比不等的富Al尖晶石固溶体,至1200℃生成计量比尖晶石CuAl2O4,因此,尖晶石还原性能随合成温度显著变化。Al适度过量时(Cu/Al(molar ratio)=1:3),在950℃生成难还原Cu2+物种含量较高(约为25.9%)的尖晶石固溶体;Cu过量时在1200℃生成CuAlO2,两者都比计量尖晶石CuAl2O4难还原。另外,延长合成时间也能促进尖晶石生成。非等温动力学分析表明,Cu-Al尖晶石的生成随温度表现出三个动力学区域,即700-850、850-950和950-1200℃,表观活化能分别为85.2、304.4和38.1 kJ/mol。当温度低于950℃时生成的产物层较薄,反应物通过产物层的扩散可认为是一维扩散;超过950℃后产物层变厚,反应物接近于三维发射扩散。
摘要:
以程序升温碳化法合成β-Mo2C载体,采用原位沉淀法制备负载量不同的Au/β-Mo2C催化剂,利用XRD、STEM和氮气吸附-脱附等手段对Au在载体表面的分散性、微观形貌及孔结构等进行表征,并在逆水煤气变换(RWGS)反应中对其高温热稳定性进行了研究。XRD表征结果表明,在34.44°、38.02°、39.44°、52.12°、61.53°、69.62°和74.65°处出现了β-Mo2C对应的(100)、(002)、(101)、(102)、(110)、(103)和(200)晶面的X射线特征衍射峰;同时,未出现Au物种的特征吸收峰,说明Au负载量较低的0.1%和0.5%的催化剂上Au纳米粒子的分散性较好。STEM表征结果也显示,当负载量较低(0.5%、1.0%和2.0%)时,金纳米粒子以2 nm左右的原子簇形式均匀分散并锚定在β-Mo2C载体上。氮气吸附-脱附表征结果表明,催化剂具有良好的介孔结构。反应评价结果表明,0.2% Au/β-Mo2C催化剂在RWGS反应中具有较好的催化活性和较高的CO选择性,且反应后孔结构良好,Au纳米粒子仍然均匀分散,说明Au/β-Mo2C催化剂在此反应中具有较高的催化性能和高温热稳定性。
摘要:
以MoO3为前驱物,CH4/H2为碳源,采用程序升温直接还原碳化法制备不同碳化终温(640、660、680、700和720℃)的碳化钼催化剂,通过XRD、N2吸附-脱附、SEM、TEM、XPS和Raman表征研究碳化钼的物理性质和结构性质,并研究不同碳化终温碳化钼对喹啉加氢脱氮的催化性能。结果表明,不同碳化终温的碳化钼催化剂均为β-Mo2C,碳化终温可显著改变碳化钼表面物种含量、平均孔径和介孔分布。碳化终温为680℃时,催化剂碳化程度较高,表面氧物种含量最低,表面C/Mo物质的量比最高,对应的催化活性也最佳,在340℃、4 MPa条件下,喹啉的转化率和脱氮率均高达99%以上,芳香族类化合物的选择性可达37.8%,显示出较低的芳环破坏性。表面组成尤其是表面氧对于β-Mo2C上喹啉加氢脱氮反应途径的调控至关重要。
摘要:
通过溶胶-凝胶法将脯氨酸基低共熔溶剂负载到硅胶上制得DESs/SG型催化剂。采用FT-IR、XRD、SEM/EDS及N2吸附-脱附等手段对催化剂的结构进行表征。结果发现,低共熔溶剂可以成功负载到硅胶中,硅胶的比表面积和孔体积有所下降,而孔径增大。以DESs/SG为吸附剂和催化剂,H2O2为氧化剂,研究其对模拟油中的二苯并噻吩的脱除性能,考察了低共熔溶剂负载量、反应温度、n(H2O2)/n(S)比、催化剂用量、含硫化合物的类型以及催化剂循环使用次数对脱硫效率的影响。结果表明,在最优脱硫条件下,DESs/SG对二苯并噻吩、4,6-二甲基二苯并噻吩和苯并噻吩的脱硫率分别为97%、96.5%和46.4%;催化剂循环使用九次后,催化脱硫效率仍高达89.4%。
摘要:
采用超临界水热合成方式极速合成一种H4SiW12O40/Bi2WO6光催化剂,通过X射线衍射(XRD)、场发射扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、比表面积及孔隙度(BET)测定对所合成催化剂的结构和性质进行了考察,并以吡啶含量为15 mg/g的模拟油对光催化剂的脱氮效果进行评价。结果表明,该光催化剂为二维纳米片自组装成的三维球状结构,其中,H4SiW12O40与Bi2WO6不是简单的固载关系而是在超临界水热条件下生成一种新的晶相,正是由于这种晶相的存在,使得H4SiW12O40牢固固载在Bi2WO6光催化剂本体上的同时,对光生载流子进行了有效疏导,提升了H4SiW12O40/Bi2WO6光催化剂的使用寿命和光催化活性。本研究针对光催化剂制备周期与晶形发育的矛盾,将超临界水热技术与光催化剂模板导向合成技术有机结合,在获得良好晶形异质结构H4SiW12O40/Bi2WO6光催化剂的同时明显缩短了光催化剂的制备周期,从而降低了催化剂的制备成本,攻克了光催化剂工业化应用的主要矛盾,所制备的H4SiW12O40/Bi2WO6光催化剂轻质油脱氮效率达97%以上。