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2021年 第49卷  第9期

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2021-09 目录
2021, 49(9): 1-8.
摘要:
摘要:
利用ZnCl2溶液将两种气煤分别分选为不同镜质组含量的四种组分,通过核磁共振波谱(13C NMR)、煤岩分析仪、X射线荧光光谱(XRF)和基氏流动仪等表征分析了分选组分的炭结构、显微岩相组成、灰成分和胶质体行为,结合X射线光电子能谱仪(XPS)探讨了不同气煤分选组分对高硫煤硫分热变迁行为及焦炭中形态硫分布的影响。结果表明,随着气煤中镜质组含量的增加,脂肪碳比例增大,热解过程中挥发分释放量增多,其中的氢自由基促进了形态硫的分解且及时稳定生成的硫自由基,形成含硫气体释放,使焦中硫含量降低;气煤中低密度组分的最大流动度最大、塑性区间最宽,与高硫煤共热解过程中胶质体稳定性最好;气煤中碱性矿物质主要富集在高密度组分中,导致共热解焦中硫化物硫和硫酸盐硫增加;共热解过程中,富集气煤中镜质组和选用碱性矿物质易脱除的煤种有利于焦中硫分的降低。
摘要:
为深入理解CO2对NO异相还原的影响,本研究基于密度泛函理论,对CO2参与下的煤焦-NO异相还原反应机理进行研究,并选取armchair苯环模型模拟焦炭表面。结构优化采用B3LYP-D3/6-31G(d)方法,单点能计算采用B3LYP-D3/def2-TZVP方法。研究表明,CO2吸附后形成的羰基与吸附态NO反应生成CO2,继而CO2脱附为后续NO吸附及N2脱附提供邻近的碳活性位点。热力学研究表明,无CO2参与条件下,反应放热853.9 kJ/mol,决速步能垒为297.0 kJ/mol;CO2参与条件下,反应放出593.7 kJ/mol的热量,决速步能垒为214.1 kJ/mol。动力学研究表明,在298.15–1800 K的温度下,CO2参与条件下的反应速率常数大于无CO2参与条件下的反应速率常数。综合热力学和动力学研究结果发现,CO2对NO的异相还原反应具有促进作用。
摘要:
首先对花生秸秆、高粱秸秆和芦苇三种农业废弃物进行了水洗预处理,再利用固定床反应器进行了热解实验,借此考察水洗前后碱金属和碱土金属(AAEMs)和纤维组成的变化及其对农业废弃物热解特性的影响。研究发现,水洗可脱除52.7%−92.6%的钾和一半左右的中性溶解物(NDS)。AAEMs和NDS的脱除对热解农业废弃物热解产生综合影响,含AAEMs和NDS较多的花生秸秆影响尤为明显。AAEMs的脱除遏制脱羧基、脱羰基、脱氢及挥发分二次缩聚反应,而NDS的脱除直接影响气体和液体的产率和组成。对于所有三种农业废弃物,水洗后均有利于提高生物油和生物炭产率,但气体产率降低;水洗后生物油中含氧化合物增多,其中,糖类和呋喃类增幅最大,而烃类、含氮化合物减少。水洗后,花生秸秆的CO2、CO和CH4产率均明显降低,而生物油中长链脂肪酸的占比增大。
摘要:
甲烷化学链重整是一种利用载氧体(金属氧化物)的部分氧化能力以实现甲烷重整制取合成气的工艺,同时氧化过程中利用水蒸气氧化,还原态的载氧体在恢复晶格氧的同时分解水蒸气制氢。利用溶胶-凝胶法制备载氧体CeO2/LaFeO3,通过X射线粉末衍射和程序升温还原等材料表征方法分析该载氧体的结构特点以及供氧能力,借助于固定床反应实验探讨了组分比例、反应温度对该载氧体反应性能的影响。实验结果表明,CeO2的含量对该载氧体的供氧能力有着显著影响,合适的反应温度不仅有利于甲烷活化,而且能够促进载氧体中晶格氧的迁移,从而提高载氧体的选择性。当CeO2的添加量为10%,反应温度为850 ℃时,该载氧体的反应性能最优,甲烷转化率可以达到94%,H2选择性和CO选择性分别可以达到90%、83%。在连续的氧化-还原循环中保持稳定的反应性能和结构。
摘要:
采用四种分子筛进行纤维素和淀粉催化转化反应,并借助X射线衍射、铝核磁、吡啶吸附红外光谱和NH3-TPD等手段,对分子筛酸性质及孔道结构在催化纤维素和淀粉转化过程中的作用规律进行了研究。结果表明,Hβ分子筛上合适的B酸和L酸强度、数量及孔道结构使纤维素和淀粉主要反应生成糠醛。HY分子筛因酸性相对较弱,无法有效催化纤维素转化,但能有效催化淀粉生成5-羟甲基糠醛。H-mordenite和HZSM-5分子筛没有足够的L酸位,使纤维素和淀粉反应生成的葡萄糖无法异构为果糖,抑制了果糖进一步转化为糠醛或5-羟甲基糠醛的反应。5-羟甲基糠醛的生成取决于分子筛的酸性质,糠醛的生成除了由分子筛的酸性质决定,还需要合适的孔道结构。
摘要:
采用水热晶化法合成了一种高比表面积且富含不饱和五配位铝位点的棒状Al2O3,并利用等体积顺序浸渍法使钨物种先以低聚合态纳米簇的形式锚定在Al2O3载体表面。通过高温热处理方式使铂物种以小粒径高分散的形式与钨物种紧密接触,极大地加强了铂和钨物种之间的相互作用程度,有利于更多活性位结构的产生,显著地提高了甘油氢解制1,3-丙二醇(1,3-PDO)的催化活性。其催化反应性能评价结果表明,在固定床反应器中,反应温度160 ℃,压力5.0 MPa,10%甘油水溶液连续进液时,Pt-WOx/Al2O3催化剂的甘油转化率为75.2%,1,3-PDO的收率达到了33.1%。
摘要:
纳米催化正在面临技术上的革命,对金属纳米颗粒的尺寸分布及形貌结构等的精准控制提出了更高的要求,原子层沉积(ALD)由于可实现原子尺度的精准控制而为这一问题的解决提供了参考。本文综述了ALD技术在纳米催化中的研究进展,回顾了ALD的发展历史、基本原理和主要设备及工艺,介绍了ALD常见底物及得到的催化剂结构类型。重点阐述了ALD所得催化剂的分类及其在热催化、电催化及光催化领域中的应用。分析了ALD目前面临的挑战,并对未来发展进行了展望。
摘要:
在NH3选择性催化还原(NH3-SCR)反应中,由于具有宽温度窗口和良好的水热稳定性,金属负载型分子筛是具有广泛应用潜力的脱硝催化剂。本文综述了Cu基和Fe基分子筛催化剂在NH3-SCR领域的研究进展,总结了催化剂的结构特征和NH3-SCR性能指标,并对相应的金属活性位点和反应机理进行了归纳。此外,系统介绍了密度泛函理论(DFT)计算在NH3-SCR反应机理中的应用及反应动力学的研究方法,并对比了不同催化剂体系下的表观动力学参数,为进一步研究金属负载型分子筛催化剂的NH3-SCR反应机理提供方法与思路。
摘要:
以原子层沉积技术与气相转晶法相结合的方法,制备出ZIF-8/Pt/SiO2催化剂。该催化剂中Pt纳米颗粒沉积在SiO2纳米线表面,进一步通过气相法被厚度可控的ZIF-8纳米薄膜包覆后形成三明治结构。通过XRD、TEM、BET、ICP-MS、XPS、CO-DRIFT等表征对催化剂结构进行了系统的分析,以1-庚炔加氢为探针反应研究了ZIF-8薄膜对Pt催化性能的影响。结果表明,Pt颗粒高度分散在SiO2纳米线上,所制备的ZIF-8薄膜厚度可控,能够实现Pt/SiO2纳米催化剂表面的均一、保形性包覆。ZIF-8薄膜改变了Pt电子状态,提高了 Pt表面电子密度。在1-庚炔加氢反应中,ZIF-8包覆后, Pt催化庚炔加氢制庚烯的选择性由14%增加到70%。此外,降低ZIF-8纳米薄膜厚度能够提高反应的活性,几乎不影响烯烃的选择性。
摘要:
采用不同浓度六氟硅酸铵(AHFS)对FER型分子筛进行同晶置换改性,制备了一系列具有不同酸类型、酸密度及可接近性等特征的改性FER分子筛样品,运用XRD、N2吸附-脱附等温线等方法对其织构性质进行表征,通过NH3-TPD和Py-FTIR关联改性FER分子筛的酸性质,并结合反应评价系统探究了改性FER分子筛酸中心与丁烯(1-丁烯、异丁烯)骨架异构化反应间的构效关系。结果表明,根据产物收率确定,以1-丁烯和异丁烯分别作为原料时其骨架异构化的最佳反应温度均为350 ℃,以异丁烯作为原料时副反应更为明显。在脱铝过程中,由于脱铝剂和分子筛中的非骨架铝羟基物种的相互作用,产生了强弱不同的两种新Lewis酸中心,在反应过程中上述两种Lewis酸中心促进了异丁烯齐聚-裂化反应的进行,进而降低了主反应的选择性。
摘要:
以堇青石蜂窝陶瓷为基体,纳米氧化物(CeO2γ-Al2O3、SiO2)为涂层载体,通过悬浮涂渍法和溶胶-凝胶法两步制得LaCoO3/CeO2/堇青石、LaCoO3/γ-Al2O3/堇青石、LaCoO3/SiO2/堇青石三种整体式催化剂。通过XRD、SEM、XPS、H2-TPR、UT和N2 吸附-脱附等技术,对样品的物相、微观形貌、元素成分、氧化还原性、黏附强度、质构性能进行了表征分析。通过催化燃烧VOCs实验评价了整体式催化剂的催化活性、高温稳定性、停机/重启循环稳定性和水汽稳定性。实验结果表明,三种催化剂均显示出良好的催化活性和稳定性,涂层类型会造成催化性能的差异。其中,LaCoO3/CeO2/堇青石催化剂表现出最优的性能。当甲苯体积分数为0.1%、空速为18000 mL/(g·h)时,其达到50%和90%转化率时温度分别为158和214 ℃;在转化率为90%的温度下经历72 h的稳定性测试(高温、停启循环、水汽)后,甲苯转换率仅降低7%。表征结果显示,CeO2纳米涂层有助于形成多孔蓬松结构的催化层, 同时催化剂具有较高的吸附氧比例、较强的低温还原性以及良好的黏附性。
摘要:
本研究以固废煤矸石为主要原料,通过对其进行破碎、球磨、酸洗处理、造粒成球和煅烧得到煤矸石载体,经液相负载与原位碳热还原制得Fe3O4负载的陶瓷复合微波吸收材料,并且研究了Fe3O4负载量对复合材料结构及电磁性能的影响规律。结果表明,当焙烧温度为600 ℃、前驱体溶液浓度为1.25−1.5 mol/L时,复合材料的微波吸收性能最佳,涂层厚度为2.0 mm时的最低反射损耗值和有效吸收带宽分别可达−20.1 dB和4.7 GHz,主要归因于复合材料良好的阻抗匹配与衰减特性。本实验制备流程简单,为固废煤矸石的回收利用提供了新思路,同时也可以降低微波吸收材料的生产成本。
摘要:
近年来,金属有机骨架(MOFs)逐渐用于析氧反应(OER)领域。在以往研究中,MOFs通常作为前驱体在高温下热解制备金属氧化物/多孔碳复合材料以提高OER性能。虽然金属氧化物/多孔碳复合材料显示出较高的催化活性,但是它们需要复杂的制备工艺和高温条件。因此,寻找一种不经过热解处理可以直接用作OER的高效能MOFs催化剂是有意义的。结果表明,以Co-ZIF-67/NF、Ni-MOF-74/NF和Fe-MIL-101/NF为OER的催化剂时,在1 mol/L KOH溶液中电流密度达到10 mA/cm2所需过电位分别为377、383和272 mV。Fe-MIL-101/NF的电荷转移电阻(Rct)为1.53 Ω,小于Co-ZIF-67/NF(32.40 Ω)和Ni-MOF-74/NF(43.78 Ω)。因此,随着催化剂的Rct逐渐增大,OER过程中的电荷传递能力降低,即快速的电荷转移速率是Fe-MIL-101/NF具有优异OER活性的主要原因。另外,不经热解处理的Fe-MIL-101/NF(272 mV)的OER活性明显高于商业RuO2/NF(302 mV),说明具有快速电荷转移速率的MOFs可以不经煅烧作为OER的高效催化剂。
摘要:
以H2WO4和EDA为前驱体,通过机械搅拌与原位固相热解,得到WO3/C中间体,通过高温硫化得到WS2/C复合材料。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)等仪器分析方法对制备的WS2/C复合材料结构和形貌等进行表征。同时对材料进行了电催化稳态极化曲线(LSV)、塔菲尔斜率(Tafel)、循环稳定性(CP)和电化学阻抗(PEIS)和电化学活性表面积(ECSA)测试,分析了催化剂的电催化性能。结果表明,当WS2/C复合材料的电流密度为10 mA/cm2时,过电位为179 mV,Tafel斜率为98 mV/dec。
摘要:
高效、低成本催化剂是实现以氨硼烷(NH3BH3, AB)为化学储氢材料水解产氢的关键。本文采用简单的浸渍还原法,制备了石墨烯负载的Co-CeOx 纳米复合物(Co-CeOx /graphene)催化剂,对其氨硼烷水解产氢的催化性能进行了研究。结果表明,Co与CeOx 之间存在强的协同电子效应,同时高分散的纳米Co-CeOx 粒子与石墨烯之间存在强的金属--载体相互作用,因而所制备的Co-CeOx /graphene催化剂对氨硼烷水解具有良好的催化活性和循环稳定性。Co-CeOx /graphene催化剂上氨硼烷水解的活化能( Ea )为39.5 kJ/mol,反应转化频率(TOF)为45.1 min−1,分别为纯Co及Co/graphene催化剂上的12倍与9倍之多,高于大多数已报道的非贵金属催化剂。
摘要:
通过电催化的方式将二氧化碳资源化利用是缓解或解决目前人类面临的生态危机的理想途径之一。开发廉价高效的催化剂是推动电催化二氧化碳还原走向工业化的关键。一氧化碳是重要的工业原料,利用CO2还原制备CO具有重要的研究意义,但能够将CO2转化为CO的高活性贵金属催化剂难以大规模应用,地球储量丰富的Zn基催化剂是具有潜力的替代者。然而,Zn基催化剂还原活性仍然难以满足现实需求且种类不够丰富。作者将ZnOHF材料引入到电催化CO2还原中,通过简单水热合成法制备了不同尺寸的ZnOHF纳米棒并利用流动型电解池测试其性能。纳米棒较大的比表面积以及材料表面F原子的存在使其具有良好的催化活性,流动型电解池的使用加速了反应传质过程,在−1.28 V (vs. RHE)电势下,R2-ZnOHF纳米棒的CO法拉第效率最高为76.4 %,CO分电流密度为57.53 mA/cm2