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2023年  第51卷  第10期

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2023 年 10 期目录
2023, 51(10): 1-8.
摘要:
摘要:
用热解和磁选相结合的方法,研究了不同热解温度下甘肃褐煤和山西次烟煤热解磁化及其半焦产物中硫和重金属的分布特性。通过ICP-OES和ICP-MS分别对半焦中的硫和重金属元素含量进行分析测定,利用XRD和SEM-EDS对半焦的矿物组成和表观形貌进行了表征。结果表明,甘肃褐煤和山西次烟煤在最佳条件下的磁选脱硫率最高可以分别达到52.37%和17.54%;这与黄铁矿在热解过程中的相变行为有关。山西次烟煤半焦的磁选脱硫率低于甘肃褐煤半焦主要是由于其伴生矿物质的赋存包裹和有机质对黄铁矿在热解过程中的转化产生了影响。Ni和Cr与Fe-S矿物的亲和性较强,其随硫更多地富集到磁性半焦中;在800 ℃时,甘肃煤和山西煤磁性半焦中Cr含量分别比非磁性半焦中多8698.25和32327.47 µg/g。低阶煤热解磁化及其半焦产物中硫和重金属的分布特性为脱除煤中硫和重金属元素提供了数据支撑和新思路。
摘要:
本研究选择一种典型糠醛渣和两种硅铝比(Si/Al)不同的气化煤,考察配入糠醛渣对两种气化煤灰熔融温度的影响,利用X射线衍射仪(XRD)分析了不同温度下灰渣的矿物质变化规律,采用热力学计算软件FactSage计算了平衡状态下的物相变化。研究结果表明,随着糠醛渣配比的增加,两种气化煤灰的熔融温度均呈现先增加后降低的趋势,其中,高硅铝比的气化煤灰增加趋势更显著。配入糠醛渣后气化灰渣难熔相由钙长石(CaAl2Si2O8)变为白榴石(KAlSi2O6),白榴石(KAlSi2O6)在1300 ℃仍以固相形式存在,导致灰熔融温度升高。硅铝比高的气化煤灰的SiO2相对含量高,其与糠醛渣中的K2O反应生成更多高熔点的白榴石(KAlSi2O6),导致其熔融温度升高趋势更显著。随着糠醛渣配比的继续增加,共气化灰渣中K2O含量增加,灰渣中形成低熔点的钾霞石(KAlSiO4),降低了灰熔融温度。
摘要:
本研究通过临氢热解方法处理委内瑞拉减压渣油沥青质,通过电感偶合等离子体质谱仪(ICP MS)、紫外-可见光光谱仪(UV-vis)、高温气相色谱-原子发射检测器联用仪(HT GC-AED)和傅里叶变换离子回旋共振质谱(FT-ICR MS)等手段分析表征反应产物,探究沥青质的分子组成与结构,以及镍和钒化合物的存在形态。实验结果表明,随着临氢热解反应温度从330 ℃升高至410 ℃,反应产物的甲苯可溶物收率由64%下降至19%,可被GC-AED检测到的镍、钒化合物的含量大幅度升高,镍和钒卟啉的分子组成分布也随反应温度的升高呈现出规律性的变化。
摘要:
以不同空速下固定床加氢反应前后的油样为研究对象,考察了渣油中铁、钙化合物在固定床加氢反应过程中赋存形态的转化行为。使用酸解-醇碱法将石油酸盐中的石油酸部分萃取出来。通过红外光谱、元素分析、核磁共振氢谱、核磁共振碳谱、高分辨率质谱等方法对石油酸结构进行表征。为了研究石油酸在受热条件下的转化,将所得到的石油酸进行热重-质谱表征,分析石油酸在热反应中的转化行为,进而推断得到铁、钙化合物在热反应中的转化行为。结果表明,首先,相对于原料样品,反应样品酸值呈现显著下降,由原料的1.01 mg/g下降到0.08 mg/g以下,表明酸性物质形态发生了反应。固定床加氢反应前后渣油中石油酸的主要成分为环烷酸,且以多聚体的形式存在。渣油在固定床加氢反应前后,石油酸出现较为明显的分解,主要产物为CO2、C3H8等物质;随着反应深度的增加,石油酸发生脱羧反应和断链反应的程度增大,使石油酸分解。
摘要:
The effects of supports (CeO2, ZrO2, MnO2, SiO2 and active carbon) on the structure and catalytic performance of Ru-based catalysts for Fischer-Tropsch synthesis to olefins (FTO) were investigated. It was found that the intrinsic characteristics of supports and the metal-support interaction (MSI) would greatly influence the catalytic performance. The catalytic activity followed the order: Ru/SiO2 > Ru/ZrO2 > Ru/MnO2 > Ru/AC > Ru/CeO2. As far as olefins selectivity was concerned, both Ru/SiO2 and Ru/MnO2 possessed high selectivity to olefins (>70%), while olefins selectivity for Ru/ZrO2 was the lowest (29.9%). Ru/SiO2 exhibited the appropriate Ru nanoparticles size ( ~ 5 nm) with highest activity due to the relatively low MSI between Ru and SiO2. Both Ru/AC and Ru/MnO2 presented low CO conversion with Ru nanoparticles size of 1−3 nm. Stronger olefins secondary hydrogenation capacity led to the significantly decreased olefins selectivity for Ru/AC and Ru/ZrO2. In addition, partial Ru species might be encapsulated by reducible CeO2 layer for Ru/CeO2 due to strong MSI effects, leading to the lowest activity.
摘要:
本实验在六方纳米片状的Co3O4(NMS-Co)上分别负载了1%含量的ZrO2、Al2O3和MnO2三种金属氧化物,制备反相催化剂模型,研究金属氧化物对钴基催化剂费托合成性能的影响。通过H2-TPD、CO-TPD以及催化剂性能评价结果发现,ZrO2和Al2O3能够显著增加NMS-Co催化剂的活性位点,在相同转化率条件下,反应温度从230℃分别降低至170、180 ℃,重质烃生成速率分别提升2.5、2倍,CH4选择性从37.8%分别降低至3.6%、12.0%。然而,MnO2使得NMS-Co催化剂CO转化率仅从30.9%增加到45.5%,CH4选择性降低至16.5%。
摘要:
The ZnO-ZrO2 catalyst was prepared by the deposition-precipitation method using ZrO2 as the carrier obtained from calcining commercial zirconium hydroxide (Zr(OH)4). And the catalytic performance was evaluated at 873 K in CO2-assisted ethane oxidative dehydrogenation reaction (CO2-ODHE). The physical-chemical properties and morphology were characterized by X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscope (SEM), Raman spectra, High-resolution transmission electron microscopy (HRTEM), X-ray photoelectron spectra (XPS), CO2 temperature-programmed desorption (CO2-TPD). The results show that ZnO were doped into the surface lattice of ZrO2 on the 5%ZnO-ZrO2 catalyst, generating highly dispersed ZnO species and oxygen-deficient regions on catalyst surface. 5%ZnO-ZrO2 catalyst could selectively breaking C−H bond instead of C−C bond, delivering excellent catalytic performance. 210 μmol/(gcat·min) of C2H4 formation rate could compare favorably with the data reported on noble metal and transition metal carbides. Additionally, the possible mechanism is discussed.
摘要:
采用共浸渍法制备PtZn/β-x(x为SiO2/Al2O3物质的量比)分子筛双金属催化剂,探究了β分子筛中硅铝比对丙烷非临氢脱氢反应性能的影响。采用XRD、BET、HAADF-STEM、NH3-TPD、C3H6-TPD等一系列表征技术对催化剂的物相结构、表面性质及其对丙烷非临氢脱氢反应性能的影响进行了研究。结果表明,催化稳定性随载体中Si/Al比的增大而提高(稳定性顺序:PtZn/DeAl-β > PtZn/β-40 > PtZn/β-30 > PtZn/β-25),而催化剂的强酸位点数量(PtZn/β-30 > PtZn/β-40 > PtZn/β-25 > PtZn/DeAl-β),在一定程度上受硅铝比的影响,与丙烯选择性顺序相反。因此,分子筛的Si/Al比对催化剂的性质有重要的调变作用,当催化剂强酸位点较少、丙烯吸附较弱、比表面积较大时,有助于提高丙烷转化率、丙烯选择性和催化稳定性。
摘要:
采用硅铝比相近的Y分子筛、ZSM-5分子筛和β分子筛分别负载贵金属约0.5% Pt 制备催化剂,通过XRD、XRF、TEM、N2物理吸附-脱附、NH3-TPD、Py-FTIR、27Al核磁等手段研究了不同拓扑结构分子筛晶体结构、元素组成、孔结构、酸性以及Al分布的差异,进而考察了拓扑结构对催化剂催化正十二烷异构化反应性能的影响。结果表明,当硅铝比接近时,ZSM-5分子筛总酸量及骨架铝比例最高、平均孔径最小,Y分子筛总酸量及骨架铝比例最低、平均孔径最大,而β分子筛的总酸量、骨架铝比例以及平均孔径介于两者之间,说明不同拓扑结构分子筛硅铝原子组合方式不同,不仅影响孔道结构和孔口尺寸,而且会因为铝所处位置的不同而影响酸性;在正十二烷异构化反应中,Pt/ZSM-5催化剂活性最高且主要发生的是外表面无选择性反应,Pt/Y催化剂活性最低且异构化反应主要在孔道内,而Pt/β催化剂活性介于两者之间,异构化反应发生于孔口处以锁匙反应为主。
摘要:
This article investigates the promoting effect of gallium (Ga) on the activity of Ga-WOx/SBA-15 catalyst for cis-cyclooctene epoxidation with H2O2. The optimal catalyst of 0.3Ga-WOx/SBA-15 offered a turnover frequency (TOF) of 112 h–1, which was nearly two times than that of WOx/SBA-15 (57 h–1). The low apparent reaction activation energy for 0.3Ga-WOx/SBA-15 (49.6 kJ/mol vs 64.0 kJ/mol for WOx/SBA-15) was also in line with its superior performance. Kinetic analysis demonstrated stronger adsorption of H2O2 on 0.3Ga-WOx/SBA-15 surface, facilitating the H2O2 activation. Based on the characterizations and catalytic performance, the improvement of Ga was attributed to the increase of Lewis acid sites and the enhancement of electrophilicity. Furthermore, the metal hydrogen peroxide (M-OOH) was identified as the primary intermediate.
摘要:
开发高性能低成本的析氢电催化剂有望提升电解水制氢效率,实现大规模产氢,促进氢能的开发及利用迫在眉睫。二硫化钼(MoS2)在析氢催化领域展现出一定潜能,通过对其改性以提高催化活性从而替代铂基催化剂成为近年来的研究热点。本研究采用一步溶剂热法合成Ni原子改性的MoS2电催化析氢(HER)催化剂,该催化剂在酸性条件下具有良好的催化活性及优异的稳定性。当基准电流密度为10 mA/cm2时,240 ℃下制得的20Ni@MoS2过电位仅为190 mV,塔菲尔斜率为162 mV/dec,优于单一的MoS2催化材料。
摘要:
本研究采用溶剂热法,在泡沫镍(NF)基底上原位合成出Fe掺杂的硒化镍和硫化镍复合材料(Fe-NiSe@NiS/NF)。得益于Fe掺杂优化的电子结构、NiSe和NiS间的协同效应以及高效的电荷转移速率,Fe-NiSe@NiS/NF在1 mol/L KOH溶液中表现出优异的OER性能。在过电位为330 mV时可实现电流密度150 mA/cm2,且电压在稳定40 h后没有发生显著改变。
摘要:
本研究通过溶剂热法成功制备还原氧化石墨烯包覆Fe2O3空心球复合物(Fe2O3@rGO),并对其结构和性能进行了表征和测试。结果表明,包覆型Fe2O3@rGO负极材料由于内部存在大量的Fe−O−C键,明显提升了电子传输速率,同时石墨烯的物理限域显著降低了电极材料的粉化速率,因此,包覆型Fe2O3@rGO电极材料表现出优异的倍率性能(在大电流5 A/g下具有514 mA·h/g的可逆容量)和长循环寿命(在0.5 A/g下循环500圈后,容量保持987 mA·h/g,保持率为81.1%)。此项工作为制备高倍率、长寿命的石墨烯复合负极材料提供了一种有效策略。
摘要:
采用水热法制备了Mo掺杂的Zn0.5Cd0.5S并使其与Ti3C2纳米片复合,通过XRD、SEM、TEM、XPS、UV-vis DRS、荧光光谱和瞬态光电流表征方法分析了光催化剂的晶体结构、表面组成、微观形貌和光电性能。结果表明,Mo的掺杂改变了Zn0.5Cd0.5S的晶格和能带结构,Ti3C2的负载增加了光催化活性位点并加快了电子转移速率。在可见光照射下,通过降解四环素溶液同时产氢考察了光催化剂的活性。在Mo掺杂与负载Ti3C2的协同作用下,60 min内,四环素(TC)的降解率可达70%,氢气产量达883 μmol/(g·h)。自由基捕获实验证明,光催化降解过程的主要活性物质为光生空穴,产氢过程为光生电子。
摘要:
As a global pollutant, mercury emission is increasingly restricted in recent years. It is urgent to explore a new and efficient mercury removal technology for coal-fired power plants. A new acid-assisted electrochemical oxidation (AEO) technique for mercury removal was proposed using platinum plate as cathode and fluorine-doped tin dioxide (FTO) glass as anode. The effects of acid type, acid concentration, applied direct current (DC) voltage, electrolyte type, SO2, NO and O2 on the Hg0 removal efficiency were carried out. The results indicated that the mercury removal efficiency increased with the increase of DC voltage and nitric acid concentration. When the concentration of nitric acid increased to 0.15 mol/L, the mercury removal efficiency remained unchanged. SO2 and NO inhibited the removal of Hg0 in AEO system, but the inhibition was reversible. Compared with the mercury removal efficiency under single experimental conditions, the mercury removal efficiency of electrochemical oxidation can reach 96% under the experimental conditions of 0.1 mol/L nitric acid and 4V DC voltage, suggesting that the synergistic effect of nitric acid and DC voltage plays a key role. According to the experimental results, the mechanism of Hg0 removal in AEO system was analyzed. At the anode, Hg0 was oxidized by hydroxyl radical (OH) generated by the oxidation reaction on the anode surface. At the cathode, dissolved oxygen or O2 adsorbed on the surface of Pt is reduced to form anionic superoxide radicals (${\rm{O}}_2^- $). Moreover, parts of ${\rm{O}}_2^- $ would produce OH with the aid of electron at acidic condition. Free radicals capture experiments showed that O$_2^- $ and OH were the main active substances for the removal of Hg0 by acid-assisted electrochemical method. The research is helpful for the development of effective electrochemical techniques for industrial mercury removal and recycling of industrial acid waste.
摘要:
CO2是导致全球气候变暖的主要温室气体之一,但同时又是丰富的C1资源,故其高值化利用受到了人们关注。环状碳酸酯是电池及电容器的优良介质,在工业生产中应用极为广泛。因此,从环境保护和资源利用的角度看,将CO2转化为环状碳酸酯具有重要的意义。本工作合成了一系列聚苯乙烯树脂负载的咪唑类非均相催化剂,考察了此类催化剂在高压反应釜中催化二氧化碳环加成反应的活性。结果表明,催化剂PS-TBIM-PCIMBr2表现出优秀且稳定的催化活性,PS-TBIM-PCIMBr2在固定床连续反应器上可以连续运行500 h,反应依旧可以获得91%的产率。
摘要:
CO2的化学转化作为碳减排的有效手段受到了广泛关注,近年来,通过热催化工艺将CO2加氢转化为乙醇已经取得了突破性的进展,但仍然存在乙醇选择性及产率低、副产物较多等问题。本工作对热催化CO2加氢制取乙醇的研究进展进行了综述,主要评述了以分子筛、金属氧化物、钙钛矿、二氧化硅、有机框架及金属碳化物等为载体的催化剂应用,分析了不同金属间的协同作用对CO2转化过程的影响以及各类活性物种的介入对于CO2加氢制取乙醇反应的促进作用,总结出能够有效促进C–C键偶联以及CO2吸附和活化的催化剂体系。在此基础上分析了影响CO2加氢制取乙醇的各种因素,并对反应机理进行了讨论。该综述为CO2加氢制备乙醇的催化剂设计、合成工艺条件优化以及催化机理的探究提供参考。