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2016年  第44卷  第6期

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研究论文
摘要:
利用X射线衍射 (XRD) 研究了1100-1500℃条件下弱还原性气氛下胜利褐煤和高平无烟煤煤灰中矿物质的变化, 利用Siroquant定量软件计算了高温灰样中矿物质和无定形相的含量, 结合化学成分分析, 利用差减法计算了煤灰中无定形相的化学组成。结果表明, 利用XRD、Siroquant软件并结合化学成分分析, 可以对煤灰中的矿物质及无定形相进行定量分析, 并可获得不同温度下无定形相的化学组成变化。不同温度范围内煤灰中无定形相的形态不同, 当温度低于1100℃时, 煤灰中无定形相主要是未结晶或结晶度较差的氧化物, 而随着温度的升高, 矿物质发生熔融并形成了玻璃态物质, 此时的无定形相则是以熔融的硅酸盐和硅铝酸盐为主。煤灰的硅铝比越低, 高温下越容易生成莫来石。
摘要:
通过热力学平衡模拟计算煤燃烧过程中铍的形态转化, 采用高温真空管式炉进行含铍化合物与矿物的固固反应实验, 以及富铍煤中加入添加剂的燃烧实验, 通过X射线衍射仪 (XRD)、X射线荧光探针 (XRF) 以及电感耦合等离子质谱仪 (ICP-MS) 揭示煤燃烧过程中铍的迁移转化规律。结果表明, 模拟计算发现铍只与含铝化合物反应生成BeAl2O4和BeAl6O10, 同时固固反应实验也印证了这一结论, 但反应温度在1000℃左右, 明显高于模拟计算温度650℃。添加Al2O3的富铍煤在燃烧时, 由于铍与Al2O3发生反应, 铍的释放率明显降低, 最高降低33%以上; 添加了伊利石的富铍煤, 由于伊利石与铍的反应温度高于Al2O3, 其抑制作用弱于Al2O3; 而高岭石由于与铍的反应温度过高, 在高岭石与铍发生反应产生抑制效果之前, 部分铍已经在燃烧过程中释放出去, 因此, 抑制效果最差。
摘要:
以Fe-Ni/ATP为催化剂, 在小型固定床反应器上考察其在褐煤煤焦"一步法"制天然气过程中的催化性能。结果表明, 在2MPa、650℃反应条件下, Fe4Ni2/ATP4具有较好的催化气化和甲烷化性能, 甲烷选择性为24.75%, 较Fe4/ATP6的选择性提高了58.76%;且在五次循环实验过程中, 碳转化率和CH4时空产率保持稳定, 具有较高的稳定性。载体ATP中的CaO具有明显的气化催化效果; Fe与水蒸气反应生成的H2可快速提高反应器内H2分压, 促进煤焦直接加氢甲烷化和CO甲烷化; Ni降低了催化剂的还原温度并形成铁镍合金活性组分, 提高了催化剂的甲烷化催化性能。
摘要:
采用石英管固定床反应器, 考察了1123K, CH4/N2=1:4的状态下, 煤焦表面官能团对甲烷裂解的影响。煤焦表面主要含有羟基、羰基和醚键等官能团, 分别通过氢氧化钡、苯肼和碘化氢溶液对煤焦表面进行化学处理, 除去煤焦表面相应的官能团, 研究处理后煤焦的催化活性, 得出煤焦中官能团对甲烷裂解的影响。氢氧化钡处理煤焦后, 煤焦中部分羟基被氢氧化钡消耗, 甲烷初始转化率和氢气初始收率分别为90.5%和65.2%, 说明煤焦中的羟基不利于甲烷的裂解。通过苯肼处理煤焦中羰基并使之转化, 甲烷初始转化率和氢气初始收率分别为55.4%和42.9%, 说明煤焦中的羰基对甲烷裂解有利。碘化氢处理煤焦后, 煤焦中的醚键转化成羟基, 甲烷的转化率和氢气收率都明显下降, 说明醚键的存在对甲烷裂解同样有利。随着反应时间的延长, 甲烷的转化率和氢气的收率降低, 催化剂逐渐失活。反应前后煤焦电镜扫描照片表明, 甲烷裂解生成的积炭沉积在煤焦表面, 堵塞煤焦的孔道, 煤焦的比表面积减小, 催化活性降低。
摘要:
以稻秸秆和玉米秸秆为原料, 考察了弱还原性气氛以及550-1300℃生物质中矿物质的变化, 并采用FactSage软件对生物质中矿物质在高温下的演变行为进行了模拟。结果表明, 生物质灰中Na和K元素的存在形式相对稳定, 部分以气态氯化物的形式挥发出去, 部分存在于低熔点硅酸盐或硫酸盐中; Si元素与Ca、Fe、Mg和Al四种元素形成的硅酸盐的变化形式较多, 主要形成辉石、橄榄石和黄长石三类物质, 随着温度的升高, 部分辉石会转化为橄榄石与黄长石, 此三类物质相互作用易形成熔点较低的共熔体而导致矿物质的熔融。方石英和莫来石是导致稻秸秆流动温度高于玉米秸秆的主要原因, 莫来石最终转化为斜铁辉石、铁尖晶石和钙长石等熔点较低的矿物质。
摘要:
采用先浸渍Ce后浸渍Cu的方法制备了活性炭 (AC) 负载CuCe催化剂, 考察了焙烧温度对CuCe/AC催化剂表面结构及其催化甲醇气相氧化羰基化合成碳酸二甲酯 (DMC) 性能的影响, 并采用XRD、XPS和H2-TPR等表征分析了活性组分含量和价态等性质。结果表明, 催化剂中高价态的Cu2+逐渐被还原为低价态的Cu+和Cu0, 催化剂中发生Cu2+→Cu+→Cu0的还原变化过程。催化剂经450℃焙烧处理后, 催化剂中仍然存在一定量的Cu2O晶相, 表明Ce与Cu的相互作用抑制了部分Cu2O的还原。当焙烧处理温度为300℃时, 催化剂中的Cu+含量达到最高, 此时催化剂的活性达到最优, DMC的时空收率、选择性以及甲醇转化率分别为143.4mg/(g·h)、85.2%和4.1%。
摘要:
Chemical-looping steam methane reforming (CL-SMR) is a novel method proposed on the base of chemical looping combustion (CLC) technology. In the CL-SMR scheme, methane is partially oxidized to syngas (H2/CO(molar ratio)=2.0) by the lattice oxygen in reformer reactor in the absence of gaseous oxidant, and then the reduced oxygen carrier is oxidized by steam to produce hydrogen in steam reactor. The use of perovskite type oxide LaFeO3 as an oxygen carrier in CL-SMR was studied. While the basicity of CaO/MgO modified oxygen carriers, LaFeO3-CaO and LaFeO3-MgO, were also synthesized aiming to increase specific surface area, thermostability, and resistance to coke formation. The synthesized oxides were characterized by X-ray diffraction (XRD), H2-temperature-programmed reduction (H2-TPR), Brunauer-Emmett-Teller (BET) surface area and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). Three oxygen carriers exhibited high active and selective for syngas production from methane, and maintained perovskite type over cyclic redox operations. The LF-CaO sample is the best candidate for the CL-SMR of the three samples judging from the reactivity, selectivity, and resistance to carbon formation. It showed good regenerability during 5 redox reactions.
摘要:
Nickel immobilized on organically modified montmorillonite (Ni/OMt) was prepared by impregnation method and used as the catalyst for hydrogen production from ethanol steam-reforming; the Ni/OMt catalyst was characterized by XRD, FT-IR, H2-TPR, SEM, XPS and N2 adsorption-desorption. The results indicate that in comparison with the catalyst of nickel supported on unmodified montmorillonite (Ni/MMT), the Ni/OMt catalyst exhibits higher surface area and pore volume as well as higher nickel dispersion with smaller metallic particle size. For the ethanol steam-reforming over Ni/OMt, the conversion of ethanol keeps at 100%, with a selectivity of 70% to hydrogen during the 30h reaction test at 773K;however, over the unmodified Ni/MMT catalyst, severe carbon deposition is observed after reaction for only 10h, accompanying with catalyst deactivation and the formation of byproducts such as acetaldehyde and ethylene. The modification of MMT with cetyltrimethylammonium bromide (CTAB) can significantly improve the stability of the Ni/OMt catalyst in ethanol steam-reforming and reduce the carbon deposition rate by immobilizing highly dispersed nanoparticle Ni on the interlayers of OMt; the selectivity to ethylene and acetaldehyde is also greatly depressed.
摘要:
Hollow tungsten carbide and cobalt spheres (HTCCS) with cobalt concentration of 6% were prepared by spray conversion and reduction carbonization methods. The HTCCS with diameters of about 8-18μm were covered with 0.3-1.0μm microporous. The Pd/WC catalyst was prepared through the replacement reaction between Co nanoparticles on the surface of HTCCS and PdCl4. The electro-catalytic performances for formic acid electro-oxidation were investigated by cyclic voltammetry and chronoamperometry. It exhibited the low onset potential, excellent catalytic activity and stability compared with Pd/C due to the larger electrochemical surface area (ECSA) and the synergistic effect between Pd and WC.
摘要:
采用固相反应法制备了具有尖晶石结构的LiMn2O4/TiO2系列催化剂, 探讨了TiO2、Li/TiO2、Mn/TiO2、LiMn2O4及LiMn2O4/TiO2等不同组成催化剂的甲烷氧化偶联反应性能, 采用XRD、XPS、CO2-TPD和H2-TPR等表征方法对该系列催化剂进行了分析。结果表明, 具有尖晶石结构的LiMn2O4化合物具有较高的甲烷氧化偶联催化活性, 在775℃、0.1MPa、7200mL/(h·g), CH4:O2(体积比) 为2.5的条件下, 甲烷转化率可达25.8%, C2选择性可达43.2%。TiO2的存在不仅进一步提高了甲烷转化率和C2选择性, 还有效抑制了甲烷完全氧化形成CO2的过程。负载8% LiMn2O4的LiMn2O4/TiO2催化剂性能达到最优, 此时甲烷转化率达到31.6%, C2选择性为52.4%, CO2选择性降低到26.3%。考察了不同焙烧温度对催化剂活性的影响, 850℃为LiMn2O4/TiO2催化剂的最佳焙烧温度。
摘要:
采用负压沉积沉淀法制备了纳米Au/HZSM-5催化剂前体, 研究了深床焙烧和等离子体焙烧两种方法, 以及焙烧温度和焙烧气氛对催化剂中纳米金粒径和催化性能的影响, 并采用ICP、TEM、XRD、UV-vis、XPS等表征方法对催化剂金粒子进行了物化性能表征, 采用合成气羰基化制乙酸甲酯反应表征催化性能。结果表明, 不同焙烧方法和不同焙烧温度及气氛对负载型纳米Au/HZSM-5催化剂中金粒径、形貌、物化性质和催化性能有明显影响。其中, 以等离子体焙烧方法在500℃氮气气氛下制备的纳米1.86%Au/HZSM-5催化剂中的金粒径最小, 为2-5nm。用于催化合成气羰基化制乙酸甲酯反应, 原料中CO的转化率为67%, 乙酸甲酯选择性可达78%。
摘要:
通过超声辅助共沉淀法制备了具有高比表面积、大孔容和大孔径的CeO2-Al2O3复合载体, 并以此制备了一系列负载型Pt/CeO2-Al2O3催化剂, 采用XRD、氮吸附、NH3-TPD、SEM和TEM等方法对复合载体和催化剂进行了表征; 以甲基环己烷为模型化合物, 考察了Pt/CeO2-Al2O3催化剂的脱氢性能, 研究了载体中Ce/Al物质的量比及反应温度对其催化脱氢性能的影响。结果表明, 当Ce/Al物质的量比为0.5时, Pt/CeO2-Al2O3催化剂在450℃下具有较高的脱氢性能; 甲基环己烷转化率达到88.53%, 甲苯的选择性达94.63%。
摘要:
采用共沉淀法制得分别以NaOH、Na2CO3和Na2CO3/NaOH为沉淀剂的CuZnAl-1、CuZnAl-2和CuZnAl-3催化剂, 采用X射线衍射 (XRD)、N2吸附-脱附、H2-程序升温还原 (H2-TPR)、热重和NH3-程序升温脱附 (NH3-TPD) 等方法对催化剂进行了表征, 并在固定床反应器上研究了沉淀剂对CuZnAl催化剂糠醛气相加氢制糠醇选择性的影响。结果表明, 糠醛加氢在三种催化剂上均有较高转化率, 而CuZnAl-3催化剂对糠醇有较高选择性。沉淀剂对CuZnAl催化剂的物相结构、比表面积、酸性和氧化还原性均有较大影响。以Na2CO3/NaOH为沉淀剂得到的CuZnAl-3催化剂具有适宜的比表面积、CuO晶相、较弱的酸性位, 且表面CuO易于还原, 这些因素有利于催化反应生成糠醇。CuZnAl-3催化剂上糠醛气相加氢制糠醇优化工艺参数为:常压、反应温度180℃、氢醛物质的量比为5:1、糠醛体积空速0.3h-1; 糠醛转化率为99.4%, 糠醇选择性为98.3%。
摘要:
考察了碱处理、先碱后两步酸处理对HZSM-5分子筛物化性质以及苯与甲醇烷基化反应性能的影响。结果表明, 碱处理在脱除分子筛中非骨架硅的同时, 提高了晶孔的利用率, 也中和了分子筛的强酸中心, 使催化剂活化甲醇的能力减弱, 苯与甲醇反应活性降低; 先碱后两步酸处理既脱除了分子筛中的非骨架铝, 也恢复了一部分强酸中心, 提高了苯与甲醇的反应活性。进一步考察了先碱后两步酸处理中不同碱浓度的影响, 结果表明, 适宜浓度的碱处理后再两步酸处理, 一方面, 能脱除分子筛的非骨架硅铝物种, 使分子筛的颗粒粒径更加均匀; 另一方面, 分子筛的强酸中心有所减少, 降低了催化剂的积炭失活速率, 苯转化率提高15%以上。
摘要:
以复合离子液体[Et3NH]Cl-AlCl3-CuCl为催化剂, 在连续搅拌釜式反应器中进行了异丁烷与2-丁烯烷基化反应; 利用氘代异丁烷同位素示踪法研究了催化反应机理。结果表明, 在离子液体中异丁烷烷基化的反应诱导期较短; 三甲基戊烷产物主要源于异丁烷的自烷基化、丁烷/丁烯的直接烷基化以及C12+中间体的裂化反应, 而大部分二甲基己烷是仲丁基碳正离子与丁烯加成的产物。
摘要:
以分步浸渍法在固定MoO3、CoO含量 (质量分数) 为13.50%、2.11%的条件下, 通过改变磷酸浓度, 制备了不同P负载量的Co-Mo/γ-Al2O3催化剂。考察了不同的P负载量催化剂对内蒙古赤峰中温煤焦油加氢脱硫性能的影响。并以NH3程序升温脱附 (NH3-TPD)、X射线衍射 (XRD)、X射线光电子能谱 (XPS) 等手段对催化剂的结构性质进行了表征。结果表明, 适宜的P负载量可减弱活性组分与载体间的相互作用, 利于活性组分均匀分散在载体表面, 改善了催化剂的还原、硫化性能和酸性分布, 从而提高了催化剂的加氢脱硫活性。当磷酸质量分数为4%时, 催化剂表现出最佳的加氢脱硫性能, 硫脱除率达到96.98%。不同P负载量Co-Mo/γ-Al2O3催化剂加氢脱硫活性对应的磷酸浓度顺序为:4% >2% >6% >1% >0 >8%。
摘要:
采用孔道内水解法制备了WO3-TiO2/SBA-15催化剂用于光催化氧化柴油脱硫, 利用XRD、SEM、EDS、N2吸附-脱附、FT-IR、TG-DTA和UV-vis等技术对该催化剂进行了表征, 考察了WO3和TiO2负载量、焙烧温度和焙烧时间对其光催化氧化脱硫性能的影响。结果表明, WO3和TiO2负载量分别为1.6%和15%, 焙烧温度500℃, 焙烧时间为3 h条件所制备的催化剂性能最佳; 在该条件下制备的WO3-TiO2/SBA-15催化剂仍保持SBA-15的六方介孔结构, 模拟柴油的脱硫率高达87.9%, 且具有良好的回收再生性能。
摘要:
在模拟SCR反应器烟气组分下, 考察了过渡金属改性掺杂对SCR催化剂单质汞 (Hg0) 氧化性能的影响。采用N2吸附-脱附和X射线衍射 (XRD) 对催化剂理化性能进行表征。结果表明, 金属改性掺杂减小了催化剂的比表面积和总孔容, 但对催化剂的孔径分布没有太大的影响。XRD谱图中出现了微弱的过渡金属氧化物衍射峰。8% Ce/SCR和8% Cu/SCR催化剂表现出了相对稳定和高效的Hg0氧化效率, 而8% Co/SCR催化剂Hg0氧化效率受温度影响较大。金属改性掺杂的催化剂在低NH3和NO烟气组分中表现出较好的Hg0氧化效率, 当烟气组分中存在HCl时, 促进更加明显; 而当催化剂在高NH3和NO烟气组分条件下, 即使有HCl的存在对Hg0氧化效率影响也不大。