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2022年  第50卷  第5期

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2022 年 5 期目录
2022, 50(5): 1-6.
摘要:
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气化过程中,不同粒度颗粒的受热破裂方式、挥发分脱除行为、焦-熔渣相互作用等具有显著差异,导致所产生的不同尺寸的煤气化细渣具有不同的结构特征和反应特性,通过研究气流床煤气化细渣结构、性质与其粒度分布的关系可为溯源气化炉内细渣形成机制及入炉煤粒度优化提供重要依据。为此,本研究选用宁夏宁东典型GSP煤气化工艺细渣为原料,通过烘干、破碎、筛分处理,获取了粒度分别为<0.125、0.125–0.250、>0.250 mm的三种样品,分别称为小、中、大粒级样品,借助氮气吸附-脱附法、XRD、Raman光谱、TGA等表征分析手段对其理化结构及燃烧活性进行了研究。结果表明,不同粒级气化细渣在组成、结构及反应活性方面有显著差异,三种粒级样品在渣中所占比例分别22%、46%、32%,均含有大量的球状颗粒与不规则颗粒。其中,中粒级气化细渣气化程度最小,残炭含量最高,达19%,石墨化程度最低,仅为30%,比表面积最大,达87.8 m2/g,在不同的升温速率下综合燃烧特性指数最优,大粒级气化细渣以上性质则与其完全相反。显然,气化较充分的煤粉趋向于形成大粒级的气化细渣,气化程度较低的煤粉更易形成中粒级气化细渣,这为煤气化过程的研究提供了一定的依据。中粒级气化细渣在细渣中含量最多,且气化程度低、含碳量高,比表面积和孔隙率大,所以仍具有一定潜在的利用价值,这也为气化细渣的处理与处置提供了思路。
摘要:
通过高温热台原位研究气化阶段钾基催化剂对神府煤焦的催化气化作用。考察了气化温度(800−900 ℃)和催化剂负载量(4.4%、10%(质量分数))对煤焦反应性能的影响。通过热台显微镜对煤焦颗粒催化气化过程进行可视化研究并引入分形理论对煤焦颗粒表面结构进行分析,揭示分形维数所表征的气化反应性。实验结果表明,煤焦颗粒的分形维数与之碳转化率呈正相关性,即催化剂负载量一定,改变气化温度,分形维数愈大,煤焦颗粒的碳转化率越大;气化温度一定,改变催化剂负载量,分形维数愈大,煤焦颗粒的碳转化率越大;煤焦颗粒的初始气化反应速率与分形维数关系与碳转化率一致;煤焦颗粒的分形维数与煤焦球度、角度间相关性较大,存在指数关系;即分形维数随煤焦颗粒角度的增加而增大;煤焦颗粒分形维数指标可用于煤焦催化气化过程的研究。
摘要:
以高温煤焦油为原料,部分替代石油基苯酚合成可发泡性酚醛树脂,通过发泡工艺制备煤焦油酚醛泡沫。利用气相色谱质谱仪和红外光谱仪分别对高温煤焦油和酚醛泡沫进行分析表征;采用光学显微镜、热重分析仪、极限氧指数仪、导热系数仪等对酚醛泡沫的表观形貌、压缩强度、粉化率、热稳定性、阻燃性能和隔热性能进行表征。结果表明,煤焦油酚醛泡沫的压缩强度有所降低,但是泡沫的韧性提高,其粉化率下降。同时煤焦油酚醛泡沫具有良好的热稳定性,当替代率为10%−15%时,极限氧指数最高为36.1%,导热系数最低为0.034 W/(m·K)。这说明,高温煤焦油能够部分替代苯酚制备出性能优良的酚醛泡沫,为高温煤焦油的高值化利用提供了新的思路。
摘要:
将CO2作为可利用的碳资源催化转化为高附加值化学品或液体燃料对于节能减排和碳资源的循环利用具有重要意义。由于CO2分子的化学惰性及高的C–C键耦合能垒,导致CO2的选择性活化及可控转化极具挑战。近年来,随着研究的不断深入及串联催化体系的构建,世界各国研究者在CO2催化加氢制备高附加值烃类方面取得了突破性的研究进展。然而,在串联催化过程中,Fe基催化剂或金属氧化物与分子筛间的协同匹配、活性组分间的组装方式、分子筛的孔道结构及酸性、以及反应条件及气氛均对CO2加氢的产物分布影响显著。有鉴于此,本综述针对CO2加氢制备高附加值烃(低碳烯烃、异构烷烃、汽油及芳烃)的串联催化反应体系,重点介绍串联催化剂上影响CO2活化、转化及目标产物生成的关键因素以及串联催化剂的稳定性,并在此基础上对CO2催化加氢的未来和前景进行总结和展望。
摘要:
在实际工业环境中,废气(包括甲烷、乙烷以及VOCs)中通常会带有一些含硫物种,这些物种在氧化反应过程中会侵占催化剂表面活性位,引起催化剂的短暂物理失活。当有毒物质与主活性物种发生反应可引发永久性失活,从而造成催化剂的中毒失效。本文综述了贵金属、复合金属氧化物以及钙钛矿型催化剂应用于废气催化燃烧反应中的抗无机硫和有机硫性能,讨论分析了催化剂的中毒机理,提出了一些提高催化剂抗毒性的方法和手段,为开发具有高抗硫中毒特性的催化剂提供了一定的思路和方向。
摘要:
本文介绍了顺式和反式十氢萘的分子结构和反应特性,系统分析了十氢萘在不同催化体系下选择性开环的反应机理,包括在单功能酸性催化剂上的碳正离子机理,在单功能金属催化剂上的氢解反应机理以及基于酸性-金属双功能催化剂的双功能开环反应机理。总结了反应温度、载体酸性和分子筛孔径等工艺条件对十氢萘选择性开环反应性能的影响。最后提出了当前研究存在的不足之处,展望了亟需开展的研究课题。
摘要:
本研究用溶剂热法合成了三种暴露不同晶面的Co基催化剂,排除载体、助剂、晶粒尺寸等参数的影响,通过程序升温脱附、原位拉曼光谱、原位漫反射红外光谱等表征手段和化学瞬变反应技术,对不同晶面Co催化剂在费托反应过程中CO活化行为进行了研究。结果表明,CO的活化在不同晶面的Co基催化剂上具有结构敏感性。Co(10-11)晶面上CO以直接解离的方式进行活化,且CO解离生成的碳物种部分形成积炭,其余碳物种加氢生成CHx;Co(0001)晶面上CO以氢助解离的方式活化,大量解离为积炭,少量碳物种氢化为CHx;Co(11-20)晶面上CO直接解离,该催化剂上CO弱解离得到微量的积炭,其余碳物种在氢的存在下生成微量的CHx中间体。
摘要:
将超临界法制备的钛副族纳米金属氧化物(TiO2、ZrO2、HfO2)分别与ZSM-5分子筛和石英砂混合得到双功能催化剂(Ti/HZ、Zr/HZ、Hf/HZ)和金属氧化物催化剂(Ti/Si、Zr/Si、Hf/Si)。研究了金属氧化物的晶体结构、表面氧空位和合成气吸附性能对金属氧化物催化剂和双功能催化剂催化CO加氢性能的影响。结果表明,双功能催化剂可以直接催化合成气制芳烃。金属氧化物表面氧空位浓度、氧空位电子性质和金属氧化物的H/C比(CO和H2吸附量之比)共同决定着金属氧化物表面中间体产物的种类。ZrO2表面的碳氢氧(CHxO*)中间体产物有利于Zr/HZ获得芳烃高选择性(71.15%),而TiO2和HfO2中的CH3*则导致Ti/HZ和Hf/HZ的催化产物CH4选择性较高。
摘要:
The activation of C−H bonds of CH4 is a key step for the conversion of methane to chemical commodities. Loading Ni onto ZrO2 is regarded as a relatively efficient way to harness the beneficial electronic property and the fine dispersion of the Ni catalyst for CH4 dissociation. Herein we demonstrate the crucial role of Ni13 catalyst supported on ZrO2 for the dissociation of CH4. The density functional theory (DFT) results show that the ZrO2 supported Ni13 stabilizes all species better and facilitates CH4 activation. The stepwise dehydrogenations of CH4 on Ni13-ZrO2(111) exhibits longer C−H bond lengths of ISs , lower Ea, and smaller displacements between the detaching H and the remaining CHx fragment in TSs . In addition, they are also thermodynamically more feasible. However, without the ZrO2 support on Ni13, the opposite results are obtained. Consequently, the ZrO2 modified Ni13 is more superior to the original Ni13 in CH4 dehydrogenation. The electronic analysis combining DFT calculations confirmed that the larger overlap between C 2p and Ni 3d, and the electron transfer of Ni→C cause the weaker C 2p−H 1s hybridization. In addition, the reduction of electron transfer of H→C leads to a stronger interaction between Ni and C along with a weak C−H bond. Hence, the ZrO2 support serves as the d-band electron reservoir at Ni13 and it is benefit to the activation of C−H bonds in CH4 dehydrogenation.
摘要:
本研究采用水热结晶法合成了孪晶HZSM-5分子筛,并在表面外延生长Silicalite-1(S-1)纯硅沸石,制备了HZSM-5@Silicalite-1核壳结构催化剂。与孪晶HZSM-5相比,HZSM-5@Silicalite-1核壳结构催化剂在甲苯甲醇烷基化反应中表现出优异的催化性能。在470 ℃、0.1 MPa和临氢反应条件下,HZSM-5@40Silicalite-1催化剂的甲苯单程转化率为8.5%,对二甲苯选择性为98.4%。进一步研究了核相HZSM-5与S-1壳层前驱体固液质量比对表面S-1晶体生长的影响,同时考察了S-1壳层对孪晶HZSM-5催化性能的影响。通过SEM、XRD、XRF、液体静态吸附、N2吸附-脱附、NH3-TPD、Py-FTIR等表征实验对核壳材料的结构和酸性质进行了详细研究。
摘要:
A bifunctional catalyst of Ru5/ASA-TiO2 was prepared by using a novel silicon-aluminum (ASA)-TiO2 amorphous composite, which was synthesized by a steam-assisted method, as the support. X-ray diffraction (XRD), pyridine adsorption infrared (Py-FTIR), ammonia-temperature-programmed desorption (NH3-TPD), scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and other methods were used to characterize the structure and the acidity of the prepared catalyst. Using diphenyl ether as the lignite-related model compound, the reaction activity of the Ru5/ASA-TiO2 for the catalytic hydrogenolysis of 4–O–5 type ether bonds was investigated under a mild condition. The results show that the weak acid and/or the Lewis acid rather than the strong Brønsted acid mainly contribute to improve the conversion rate and the benzene yield of the catalytic hydrogenolysis of diphenyl ether. The reaction temperature can influence the relative content of various types of acids to significantly affect the selectivity of the hydrogenolysis products of diphenyl ether. The conversion rate of diphenyl ether is greater than 98% while the benzene yield is 67.1%.
摘要:
As ammonia slip becomes more serious with the traditional deNOx application, ammonia-free technologies have received more and more attention recently. Cu-K bimetal loaded activated carbon catalysts were prepared by equivalent-volume impregnation method for the direct reduction of NO and showed good NO reduction performance in a wide temperature range under temperature-programmed surface reactions (TPSRs) conditions in aerobic and anaerobic environments. The catalysts were characterized by BET, SEM, XRD, XPS, H2-TPR, Raman and FT-IR techniques and the NO reduction mechanism was analyzed. Experimental results show that the active functional groups formed on the surface of activated carbon are the important intermediate products and play a key role in the reduction reaction. The presence of O2 greatly promotes the formation of the intermediate, C(O) (Oxygen-containing functional groups on the carbon surface), leading to the increase reduction rate of NO. The bimetallic oxides catalysts are obviously effective to directly reduce NO. When the ratio of copper: potassium is 2∶1, the NO reduction efficiency is about 90% at 300 °C. The catalytic activity mainly depends on the redox cycle of CuO/Cu2O, and the potassium inhibits the agglomeration of copper on the surface of carbon materials and enhances the catalytic reactivity of Cu.