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2021年  第49卷  第6期

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2021-06期目录
2021, 49(6): 1-8.
摘要:
摘要:
NiFe oxyhydroxide and hydroxide have been proven to be efficient and earth-abundant non-noble metal catalysts for the oxygen evolution reaction (OER). However, the fragile nature of these oxyhydroxides or hydroxides severely reduces the long-term stability and hinders the industrial applications. Meanwhile, the poor electrical conductivity of these materials also has seriously led to the higher overpotential when applying to the OER. Herein, a novel method using polyurethane (PU) sponge as electroplating was carried out to design NiFe alloy foam with different Fe content for OER. The physical properties of NiFe alloy foams were characterized by Scanning Electronic Microscopy (SEM), Energy Dispersive System (EDS) and X-Ray Diffraction (XRD), respectively, suggesting that the porous NiFe alloy is formed with uniform distribution of Ni and Fe. The OER performance was tested by Cyclic Voltammetry (CV), Linear Sweep Voltammetry (LSV), Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS), I-t, etc. The results showed that the doped Fe could significantly improve the conductivity and OER performance of Ni foam. The NiFe alloy foam with 30% Fe exhibited 292 mV overpotential at 10 mA/cm2 and the Tafel slope 126.12 mV/decade in alkaline solution with excellent long-term stability. Without any complex electrode preparation processes and binders, NiFe alloy foam is much convenient to use as anode of water splitting in alkaline media for industrial applications.
摘要:
Pd-based catalysts have been widely used in alkaline fuel cells. However, up to now, the effects of oxidation treatment of Pd-based catalysts on their application in alkaline fuel cells have been rarely reported. In this paper, PdCo nano-metal catalyst was prepared by calcination-oxidation treatment. It was found that the mass specific activity and area specific activity of the resulting PdO-Co3O4 nano-composite for electrocatalytic oxidation of ethylene glycol in alkaline solution were 3.8 and 2.4 times that of commercial Pt/C, respectively. Compared with PdCo nanometals, the mass specific activity and area specific activity of the PdO-Co3O4 nanocomposite for the electrocatalytic oxidation of ethylene glycol in the alkaline solution increased by 1.6 and 1.2 times, respectively. The experimental and calculated results showed that the surface morphology and active center of the catalyst changed after calcination and oxidation treatment. The adsorption energies of O2 and OH on the Co doped PdO (101) surface decreased, which was beneficial to stabilize the intermediate C2H4OHO*. As a result, the energy barrier for the O−H dissociation on the Co-doped surface was reduced. The strong binding of Co doped PdO (101) with ethylene glycol and its intermediate species led to different electrochemical kinetics and reaction path to produce excellent electric catalytic activity. The synergistic effect of PdO and Co3O4 significantly enhanced the interaction between active oxygen and catalyst surface, which not only facilitates the formation of superoxide species on the catalyst surface, but also improves the redox properties of the catalyst and promotes the electrocatalytic oxidation activity of ethylene glycol. The strategy of bi/multi-metallic oxidation proposed in this paper provides a general methodology for the construction of other catalysts.
摘要:
In this study, multi-walled carbon nanotube (MWCNTs)-SiO2 composite adsorbents MWCNTs-SiO2-2, MWCNTs-SiO2-4, MWCNTs-SiO2-6 (CS2, CS4, CS6) with molar percentages of MWCNTs of 38%, 52%, and 66% were synthesized using the sol-gel method. The effects of the MWCNT content, temperature (30−60 °C), water vapor concentration (1%−5%), and the number of cycles on the adsorption capacity of toluene were studied, and an adsorption kinetics analysis was performed. The results showed that the adsorption capacity for toluene at 30−60 °C was AC (activated carbon) < CS2 < CS4 < CS6, and the adsorption capacity of CS6 to toluene was up to 50.28 mg/g. For every 10 °C increase in temperature, the penetration time decreased by 10−20 min, and the adsorption content decreased by 3.5% for every 1% increase in water vapor concentration. The phase with the fastest mass transfer rate of toluene could be described by the quasi-secondary adsorption kinetics model, in which intraparticle diffusion plays a major role. The mole percentage of MWCNTs ranged from 38% to 66%, the higher the content was, the easier it was to adsorb toluene. The functional group types of the MWCNTs-SiO2 adsorbent after regeneration did not change, and the adsorbent maintained good adsorption performance.
论文
摘要:
以云南弥勒褐煤为研究对象,采用元素分析、傅里叶变换红外光谱、13C固体核磁共振波谱以及X射线光电子能谱等现代分析技术,获取了弥勒褐煤的结构参数信息。其中,芳香度为38.79%,芳香环取代基数量为3。芳香碳结构主要为苯和萘,脂肪碳结构以甲基、亚甲基为主;氧主要存在于醚氧、羧基和羰基中;氮主要以吡咯氮和吡啶氮的形式存在;硫主要为硫酚或硫醇。根据分析结果,构建出弥勒褐煤的分子结构模型,分子式为C147H148O36N2S。采用半经验法PM3基组和密度泛函理论M06-2X泛函对分子构型进行优化,优化后的模型立体构型显著,且芳香层片在空间上呈现不规则排列,各芳香环之间主要通过甲基、亚甲基、甲氧基以及脂肪环连接。模拟FT-IR光谱和模拟 13C NMR波谱均与实验谱图吻合良好,证明了弥勒褐煤分子模型的准确性和合理性。
摘要:
本研究通过热重与高温热台显微镜分析了神木煤焦颗粒的原位气化行为,探究了单颗粒NaAlO2催化剂的原位催化作用,并结合SEM-EDX探究了碱金属的分布。结果表明,在气化初期,面积法与热重法得到的碳转化率曲线较为一致;在气化后期,煤焦中灰分会形成颗粒的骨架,在气化过程中使煤焦颗粒面积不发生变化,灰分阻碍气化剂向煤焦扩散,使气化速率降低,通过面积法计算的碳转化率小于热重法。单独的NaAlO2颗粒也具有催化作用,距离催化剂颗粒越近,碱金属的迁移量越大,煤焦颗粒的气化反应性越好,NaAlO2颗粒在900 ℃下迁移距离大于840 μm。
摘要:
对阳泉3号无烟煤4张HRTEM图像的条纹长度、取向和堆垛分布进行了定量表征。结果表明,条纹分布特征均符合无烟煤的煤级特点。对图片1中3个不同微晶结构区域的条纹进行统计,结果表明,1号区域中,晶格条纹较短平均长度为0.87 nm,整体条纹取向分布杂乱,但短条纹之间以及长条纹之间仍各自存在小范围的有序排列,堆垛最大层数仅4层;3号条纹区域中,晶格条纹较长平均为1.01 nm,取向在135°−180°有较高富集,比例达62.46%,同时堆垛最大层数可达到6层;2号区域条纹分布特征则介于1号和3号之间。大部分条纹表现出弯曲的形态,可能其中有杂元环以及脂肪环的存在。FT-IR和 13C NMR的数据表明,脂肪结构多以脂肪环形式存在,其在短条纹拼接形成长条纹的过程中发挥着重要作用。
摘要:
碱金属是生物质热解过程的重要影响因素。本研究以含不同赋存形态碱金属的水稻秸秆(RS)为研究对象,采用热重-质谱联用仪(TG-MS)和热裂解-气质联用仪(Py-GC/MS)研究其热解特性、小分子气体的释放规律及原位热解焦油组成变化规律,以揭示不同赋存形态碱金属在热解过程中的作用机理。结果表明,随水稻秸秆碱金属脱除程度的提高,热解过程中小分子释放温度向高温区域偏移,碱金属对小分子逸出过程存在催化作用。而不同赋存形态的碱金属对焦油组分的影响不同。水溶性碱金属抑制了醇类物质的产生而促进酮类和醛类的生成。离子交换态碱金属在不同温度下对油品组成的影响不同,在300 ℃热解时抑制了醛类和醚类的产生,促进了酯类和酮类的生成,而热解温度高于400 ℃后则相反。动力学分析表明,水溶性碱金属离子和交换态碱金属均会降低生物质热解活化能。
摘要:
为探究高倍率循环流化床气化过程中生物质中碳微观结构及气化活性演变规律,在实验室固定床反应装置上对稻壳进行了高循环倍率气化过程模拟,并对稻壳热解焦及其不同次数循环气化后样品的孔隙结构、碳微观结构及气化活性进行了研究。结果表明,随着循环次数的增加,焦的比表面积呈现先增大后减小的趋势,但不同次数循环后焦的BET比表面积均明显高于稻壳热解焦。随着循环气化过程的进行,焦中碳的ID1/IG不断减小,即焦中碳结构有序程度不断提高,而AD3+D4相对含量则先减小后稍有增加,但与热解焦相比均有所减小。在实验条件下不同次数循环后焦的气化活性均优于其热解焦,且随着循环次数的增加,焦的CO2气化反应活性不断提高。
摘要:
以中间基属FCC油浆的抽出油为原料,采用实沸点减压蒸馏切割为每20 ℃一个窄馏分,测量其密度、残炭和运动黏度等基本物性,并结合元素分析、核磁共振波谱以及全二维气相色谱/飞行时间质谱等考察了窄馏分中芳烃组成和结构的变化。结果表明,随着沸点升高,窄馏分的密度、残炭、运动黏度均呈现递增趋势,沸点达420 ℃后变化尤为明显;440 ℃之前窄馏分中的芳烃主要以三、四环为主,其后五环芳烃含量急剧增加。FCC油浆中的芳烃具有较高的缩合度且芳环上仅含有少量较短的烷基侧链;油浆窄馏分中的杂原子化合物主要以硫化物和氧化物为主,氮化物和卤化物含量较低。
摘要:
以某原油及其对应的减压渣油、加氢原料和加氢产品为研究对象,通过柱色谱分离法和溶剂抽提法,对油样中铁和钙化合物在组分中的含量、分布以及存在形态进行了研究。研究结果表明,柱色谱分离过程中,油样中的含铁或钙的化合物在色谱柱上产生吸附,损失了58%的铁化合物和76%的钙化合物;溶剂抽提法能够有效减少组分中金属元素的损失。原油中97%以上的铁和钙分布在减压渣油馏分中,减压渣油中60%−90%的铁和钙分布在胶质、沥青质组分中。渣油加氢反应过程中,铁、钙化合物主要是从胶质中得到脱除,整体脱除率接近30%,铁化合物更易结合在沥青质中而难以脱除。原油经过常减压蒸馏后,油溶性铁相对分布由95.6%降低为64.7%,水溶性铁相对分布由4.4%升高为35.3%。经过加氢反应后,38%左右的油溶性铁在反应中转化为水溶性铁,30%左右的油溶性钙在反应中转化为水溶性钙。
摘要:
1,2-戊二醇(1,2-PeD)和1,5-戊二醇(1,5-PeD)是高附加值精细化学品,用途广泛。以糠醛及其衍生物为原料经催化加氢制备1,2-PeD和1,5-PeD是绿色的生产工艺,具有良好的应用前景和研究价值。本文系统综述了国内外以糠醛及其衍生物糠醇、四氢糠醇为原料制备1,2-PeD和1,5-PeD的研究现状,重点总结了应用于糠醛、糠醇和四氢糠醇催化加氢制备1,2-PeD和1,5-PeD的催化剂,从催化剂类型、不同催化体系辅助酸/碱催化反应机理、活性金属与掺杂过渡金属氧化物间的协同催化、掺杂过渡金属氧化物的酸性以及不同催化体系中催化剂的构效关系等方面进行了详细阐述,并在此基础上对该研究方向的发展趋势进行了展望。为开发新型、高效、稳定催化糠醛及其衍生物加氢催化剂体系提供了理论指导和有益的借鉴。
摘要:
在完全液相法制备工艺中,考察不同Si含量对浆状CuZnAl催化剂上合成气直接制备二甲醚性能的影响。其中,SA0.5催化剂(Si/Al=0.5)显示了最优异的催化性能,CO转化率为63.31%,二甲醚选择性为72.96%,在反应480 h过程中催化剂催化性能稳定。通过X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)和氮气吸附-脱附表征发现,Si的引入促进了催化剂Cu物种颗粒的分散及比表面积的增大,提高了CO转化率。此外,氢气程序升温还原(H2-TPR)和X射线光电子能谱(XPS)表征揭示了Cu物种与催化剂其他组分(Si物种)之间存在电子相互作用,抑制了Cu物种还原,催化剂表面富集更多Cu+物种,有利于甲醇合成,同时有效地抑制了水煤气副反应产物CO2的生成。再者,SA0.5催化剂表面富集了大量的Al物种(AlOOH),有利于甲醇脱水,促进二甲醚的生成。总之,浆状CuZnAlSi体系中Cu+和AlOOH协同催化作用,提高了催化剂活性及二甲醚选择性。
摘要:
铜锰复合氧化物是常用的氧化反应催化剂,一般认为铜锰尖晶石是活性组分;同时氧化铜和氧化锰也具有催化活性,但性能较差。研究表明,发现Cu1.5Mn1.5O4和CuO的协同效应能促进CO的催化氧化。催化剂以柠檬酸络合法制备,采用氮气吸附-脱附、XRD、H2-TPR、TEM、CO-TPD和O2-TPD等手段对系列催化剂进行了表征,测试了对CO氧化的催化性能。结果表明,CuO修饰的Cu1.5Mn1.5O4具有最好的催化性能和最高的单位表面活性(以单位表面积CO转化率计),表明CuO与Cu1.5Mn1.5O4存在协同作用。认为协同作用源自CuO活化的O2和Cu1.5Mn1.5O4活化的CO结合生成CO2提高了活性。
摘要:
以1-甲萘和均三甲苯为原料经固体酸催化的异构化-烷基转移耦合反应制备2-甲萘及二甲基萘。对MWW、BEA、FAU、MFI拓扑结构分子筛的催化性能进行对比研究,对反应机理进行探讨。采用XRD、BET、SEM、NH3-TPD、Py-FTIR及ICP等方法对催化剂结构物性进行了表征。与具有十元环特征孔道的MFI分子筛相比,具有十二元环特征孔道的MWW、BEA、FAU分子筛表现出更好的催化活性。BEA结构分子筛具有较高的二甲基萘选择性,而MWW结构分子筛具有较高的2-甲萘选择性并表现出优异的催化稳定性。在MWW结构分子筛中,HMCM-22的1-甲萘转化率达到70.27%,2-甲萘收率达到66.69%。而HMCM-56上则同时获得35.74%的2-甲萘收率和19.00%的二甲基萘收率。该研究为以中国丰富的碳十资源为原料制备高端聚酯单体2,6-二甲基萘开辟了颇具潜力的技术路线。
摘要:
炭基氧还原催化剂因其具有成本低、导电性能好,结构可调控、电化学稳定性好等特点在电催化氧还原领域应用广泛。本研究以不同结构(叶、茎)的生物质(苋菜)为原料,通过一步热解法制备炭材料,结合X射线衍射仪、拉曼光谱、X射线光电子能谱以及线性扫描伏安法等物理化学特性分析所制备材料的电催化氧还原反应性能。结果表明,相对于茎源炭,叶源炭(比表面积为732.31 m2/g)的杂原子掺杂更为丰富,特别是其较高的P、S和N共掺杂,尤其是石墨氮和吡啶氮的总含量明显提升。这也使得其在较宽的pH区间(酸性、中性、碱性溶液)表现出优异的氧还原活性(起始还原电位:0.529、0.215、−0.046 V(vs. SCE))。这表明生物质原料自身特性对热解后炭材料的组成、形貌和结构有较大影响,叶源生物炭因其具有更为丰富的杂原子掺杂使得其在催化燃料电池氧还原领域具有广阔的应用前景。
摘要:
采用四种不同的方法制备了一系列含$ {\rm{SO}}^{2-}_{4} $改性Ce-Fe-Ox催化剂,并研究其NH3选择性催化还原NOx的催化活性。结果表明,水热法制备的Ce-Fe-Ox(Fe-HT)可提高其催化性能。其优异的SCR性能与硫酸的加入有关,$ {\rm{SO}}^{2-}_{4} $的加入会导致CeO2晶体的弱化,提高其催化活性。Fe和Ce协同作用可提高催化剂的氧化还原能力,进而提高化学吸附氧的含量、Ce3+/(Ce4+ + Ce3+)和Fe3+/(Fe3+ + Fe2+)的比例,从而提高催化性能。过量的硫酸盐会导致Fe3+和Ce3+的下降,降低催化性能。
摘要:
为了研究N2O在氨选择性催化还原脱硝(NH3-SCR)过程中的形成途径及其选择性受压力影响的变化规律,采用原位光电离质谱研究方法结合流动管反应器,对3Mn10Fe/Ni催化剂NH3-SCR反应体系中气相物种进行了原位检测并获得了各组分的质谱图,进一步分析了不同工况、温度和压力条件下N2O选择性以及NOx和NH3转化率的变化规律。研究结果表明,N2O形成主要来源于非选择性催化反应(NSCR)和吸附态NH3氧化(NSNO)反应,其中,100−250 ℃由NSCR占据生成N2O的主导地位,250−400 ℃两种形成途径贡献相当,400−500 ℃ NSNO成为主要来源。此外,低压降低了催化剂在低温区的脱硝活性,却促进了在高温区通过NSNO反应生成N2O的形成途径。
摘要:
以分子结构和性质与二噁英相似的二苯并呋喃为模型化合物,椰壳炭为吸附剂,在120 ℃条件下进行了吸附实验。将硝酸改性后的样品分别在300、500、800 ℃进行热处理,比较了原始样品和改性后的椰壳炭对二苯并呋喃的吸附能力。并利用BET、TPD-MS、元素分析等手段对改性前后椰壳炭的物理化学性质进行了表征。结果表明,硝酸改性后椰壳炭表面含氧官能团增多,抑制了其对二苯并呋喃的吸附,其中,内酯基对二苯并呋喃吸附的影响最大,通过热处理,减少含氧官能团的含量,可提高椰壳炭对二苯并呋喃的吸附容量。