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2021年  第49卷  第7期

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2021-07期目录
2021, 49(7): 1-8.
摘要:
论文
摘要:
采用重介质分选法得到长焰煤不同密度级分选组分,利用红外、拉曼、热重、基式流动度、静态氮吸附仪、X射线衍射仪等手段分析研究了不同分选组分对高硫炼焦煤热解过程中硫变迁及焦反应性的影响。结果表明,低密度组分含有较多的脂肪侧链,结构有序度低,而矿物质和惰质组则富集于高密度组分中。低密度级组分由于碱性矿物质含量少,脂肪侧链多,与高硫炼焦煤共热解的脱硫率明显高于高密度组分。低密度组分中的中等分子量组分对胶质体的性质影响较小,高密度组分的矿物质和惰性组分对胶质体的劣化作用更加明显,同时使焦样的微晶结构有序度降低,缺陷位增多,粒焦的反应性升高。
摘要:
以酸洗和丰次烟煤为研究对象,依次采用石油醚、二硫化碳、甲醇、丙酮和丙酮/二硫化碳对煤样进行超声五级萃取,每级萃取物和萃余物分别记为Ei和Rii=1、2、3、4、5)。通过对Ei及Ri进行FT-IR表征,借助分段分峰拟合手段分析了萃取产物的分子结构。结果表明,五级萃取物的羟基氢键结构均以自缔合羟基氢键为主;在脂肪类物质中,除第三级萃取物E3以脂肪族−CH3和不对称的−CH2伸缩振动为主之外,其余几级萃取物均以对称和不对称的−CH2伸缩振动为主;E1主要以脂肪链末端−CH3的对称弯曲振动和−CH3、−CH2的不对称变形振动为主,说明石油醚主要将煤样中易于解离的化学键断裂;五级萃取中CS2溶解了更大比例的含脂肪侧链的芳香结构。各级萃余物所含官能团种类相同,说明煤样主体结构并未因逐级萃取而发生改变。萃取对残渣中芳香结构和羟基氢键结构影响较大。其中,酸洗煤样以苯环二取代为主,而萃取后以苯环四取代为主。萃取前,酸洗煤样中羟基氢键结构以羟基醚氢键为主,而萃取后转变成以自缔合羟基氢键为主。另外,分级萃取对含氧官能团和脂肪类官能团影响较小。对比红外结构参数发现,E1、E3及R5有较高的芳环缩合度,E4的脂肪直链较长、支链较少。
摘要:
采用高压釜考察了哈密煤与塔河重油单独加氢反应性能和共加氢反应性能,探索了哈密煤与塔河渣油共加氢的可行性技术路线。实验结果表明,哈密煤具有良好的液化反应性能,合适的反应温度为445 ℃,在445 ℃、9 MPa时转化率达98.74%,油收率达68.54%;塔河渣油单独加氢在较低反应温度时表现出明显的结焦倾向,很难实现加氢轻质化,430 ℃时,转化率仅有66.38%,轻质油收率也仅有50.01%,结焦率却高达9.45%,随着反应温度升高,结焦速率加剧;哈密煤与塔河渣油共加氢时转化率较低,结焦明显,煤/油比为40∶60时转化率为97.79%,油收率为73.36%。在共加氢体系中引入具有供氢性能溶剂能够有效抑制生焦,提高转化率,实现共加氢轻质化,在煤粉添加量为45%时,塔河渣油合适的添加量为20%,原料的转化率达到98.38%,油收率为74.82%。
摘要:
The effect of desulfurizer, modified TiO2 prepared by different methods on the NO emission from inferior coal burning and the adaptability of coal type were studied by using a tube furnace. The prepared Zr-TiO2 and the char were characterized by XRD, BET, SEM, XPS, TGA, and the mechanism of denitrification was explored. The results show that the addition of desulfurizer can promote NO emission. When the combustion temperature is 850 ℃, oxygen flow rate is 40 mL/min and the desulfurizer is MgO, the NO emission is the lowest as the catalyst of 5% Zr-TiO2 prepared by impregnation method is added, which is 51.0% lower than that with addition of pure TiO2 and 84.6% lower than that with pure coal under the same conditions. The catalyst 5% Zr-TiO2 can be applied to the coal with sulfur < 3% and ash < 30%, having a wide application range. The doping of Zr can inhibit the growth of grain, enhance the active component, increase the content of adsorbed oxygen, promote the transformation of the valence states of the elements, accelerate the devolatilization of volatiles, promote the combustion, increase the specific surface area of chars, and enhance the ability of heterogeneous reduction of chars.
摘要:
采用量子化学的方法,利用量子化学软件Gaussian09和GaussView,在B3LYP/6-311G(3df, 3pd)理论水平下,对砷/氢/氧体系燃烧反应的微观机理进行研究。优化了13个基元反应的反应物、中间体、过渡态以及产物的构型,并通过振动频率和内禀反应坐标验证反应真实性。采用KiSThelP软件包基于传统过渡态理论拟合计算出动力学参数。本研究对砷燃烧体系中部分重要基元反应进行研究,便于后续建立砷的燃烧动力学模型。
摘要:
采用两段反应器对油页岩热解释放的一次挥发分产物进行不同热态条件下的二次反应特性研究,考察第二段温度、气氛与停留时间对油气收率及品质的影响。研究结果表明,转化温度对油气产率的影响最明显,在优化第一段热解反应条件的基础上,当反应器第二段温度由600 ℃提高到650 ℃时,油页岩热解油产率下降15%(质量分数,下同),气体产率增加约20%。与氮气气氛相比,水蒸气作为第二段反应气氛能够提高液体油品收率约5%,并且热解油主要集中在馏程 < 350 ℃的汽柴油馏分。结合GC-MS分析表明,停留时间0−3 s二次反应主要为裂解过程,水蒸气能够提高油品中芳烃含量,同时抑制芳烃缩聚;3−5 s二次反应主要为缩聚过程,焦炭生成量增加,汽柴油馏分收率保持稳定,VGO馏分油收率下降约30%。
摘要:
铁基催化剂在费托合成反应中对高附加值α-烯烃具有高选择性,然而,催化剂容易由于碳沉积而失活,并且高CO2选择性明显降低了合成气的碳利用效率。为此,本文开发了一种简单有效的铁基催化剂制备方法来解决这一问题。具体地说,采用水热法制备了平均粒径约580 nm Fe3O4微球,并将其与GO在溶液中超声混合,离心、干燥后即得到Fe/GO催化剂。GO引入能使大的Fe3O4微球在反应过程中逐渐演变成小尺寸碳化铁纳米粒子(约9.1 nm),有效地抑制了催化剂的烧结和积炭。催化剂显示了优异的活性、稳定性和高α-烯烃选择性。表征结果表明,K加入到Fe3O4微球中,催化剂在演变过程中形成了更高的ε′-Fe2.2C含量(约为58.9%),有利于显著降低CO2选择性。
摘要:
超声辅助浸渍法制备了SBA-15分子筛负载三组分非晶态Co-Ni-B,研究了其对1-辛烯氢甲酰化制壬醛反应的催化性能。SBA-15负载纳米非晶态Co-Ni-B,增加了Co-Ni-B的分散;且非晶态Co-Ni-B转化为晶体的温度升高约280 ℃,耐热稳定性增强。Co-Ni-B/SBA-15催化剂,其中,Co = 17.22%,n(Ni)/n(Co) = 0.157,n(B)/n(Co + Ni) = 0.434,用于120 ℃、5 MPa条件下氢甲酰化反应,间歇反应4 h,1-辛烯完全转化,壬醛选择性91.24%;相比Co-Ni-B,副产物减少一倍。催化剂重复使用五次,活性稳定。
摘要:
A series of metal phosphides including MoP, WP, CoP and NiP was prepared by temperature-programmed reduction with hydrogen from different phosphorus precursors. The effect of phosphorus precursor and feed H2/CO ratio on the catalytic performance of metal phosphides in the methanation was investigated. In comparison with diammonium hydrogen phosphate (DAP), phytic acid (PA) as a chelating agent can effectively disperse the metal precursor, reduce the reduction temperature, promote to form pure phosphide phase, and give the phosphide catalyst a higher surface area and a smaller particle size; as a result, the metal phosphides prepared with PA as a phosphorus precursor exhibit higher catalytic activity in methanation. In addition, the catalytic activity of various metal phosphides in methanation follows the sequence of MoP > WP > CoP > NiP. A high H2/CO ratio in the feed is favorable for the methanation over the phosphide catalysts; the selectivity to methane increases with an increase in the H2/CO ratio.
摘要:
采用浸渍法制备了Ni/SSZ-13催化剂,并研究了催化剂的CO2甲烷化反应性能。通过N2物理吸附-脱附、X射线衍射、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线光电子能谱等表征分析方法对催化剂的质构特性及物理化学性质进行了研究。结果表明,Ni/SSZ-13催化剂在250 ℃开始表现出CO2甲烷化催化活性;在450 ℃,Ni/SSZ-13表现出最佳的催化反应活性,CO2转化率和CH4选择性分别为70%和95%。SSZ-13载体表现出长方体结构,孔结构主要为微孔,并含有部分介孔,为镍物质的分散提供较大的比表面积。煅烧后的催化剂在500 ℃的还原过程中,NiO被H2还原成金属Ni,金属Ni是CO2甲烷化的主要活性组分。
摘要:
以含甲苯的模拟气化燃气(SGG)为对象,在介质阻挡放电耦合Ni/γ-Al2O3反应器上开展同时甲苯脱除及SGG甲烷化实验研究。考察了反应温度、H2/CO比、H2O添加的影响。结果表明,等离子体耦合催化可在400 ℃实现高效的同时甲苯脱除与SGG甲烷化。H2/CO比为3.2时,甲苯脱除率与焦油脱除率可达100%和97%,CO转化率与CH4选择性可达88%和97%,甲苯脱除与SGG甲烷化过程能量效率可达9.7 g/(kW·h)和17.3 mol/(kW·h)。高H2/CO比与H2O添加可促进甲苯脱除和SGG甲烷化,降低催化剂积炭量并提升积炭石墨化程度,其中,高H2/CO比还可提升SGG热值,获得高甲苯脱除及SGG甲烷化过程能量效率;而H2O添加会降低热值且难获得高CH4选择性,同时不利于SGG甲烷化过程能量效率的提升。此外,SGG甲烷化会抑制甲苯的脱除,而甲苯因浓度较低对甲烷化过程的影响较小。
摘要:
以超纯靶材为原料,采用超高真空双靶共溅射系统制备出粒径分布为8.3−12.5 nm,Pt负载量为0.1 mg/cm2的PtTi作为催化剂。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、耐用性压力测试(DST)和计时电流(I-t)方法对所制备的PtTi催化剂结构、催化活性及耐久性进行研究,并探究Ti添加量对Pt基合金催化剂电催化性能的影响。结果表明,其最高的电化学活性面积(ECSA)为186.14 m2/g,且经600 ℃原位退火后,直接乙醇催化氧化峰电流密度为1448 A/g,1100 s的稳定电流密度值为147.47 A/g,3000次耐久性压力测试的衰减率为8.6%。本工作研究的催化电极具有优异的催化活性和高稳定性的特性,它可应用于直接乙醇燃料电池(Direct ethanol fuel cell, DEFCs)电极的使用,具有极高的应用潜力。
摘要:
Electrocatalytic water splitting is one of the most prospective technology for hydrogen production. Molybdenum disulfide (MoS2), as one of the most promising non-noble metal electrocatalysts, suffers from the disadvantages of limited catalytic sites and weak conductivity which urgently needs to be further optimized. Herein, the C3N4-Ti4O7-MoS2 heterostructure is constructed through a simple hydrothermal strategy. The interfacial interaction between the active components leads to more exposed active sites, the redistribution of the surface charge, the optimization of the hydrogen adsorption kinetics and stability, which makes up the typical shortcomings of MoS2. The results indicate that the interface effect endows C3N4-Ti4O7-MoS2 catalyst with excellent electrocatalytic activity for hydrogen evolution reaction (HER). The current density of 50 mA/cm2 for HER is obtained at the overpotential of 300 mV, with the lower Tafel slope (54 mV/dec) and stable catalytic activity over 33 h, which is much better than that of the pure MoS2. This work indicates that the interface effect, as an effective strategy for rational design of MoS2-based electrocatalysts, is crucial to the future development of catalytic hydrogen production.
摘要:
利用CaO基吸附剂直接从高温烟气中捕集CO2因成本低、吸附性能好等优点成为CCUS(碳捕集、利用与封存)的重要技术之一。但CaO基吸附剂在碳酸化/煅烧吸脱附循环过程中存在易烧结的问题,导致其吸附性能急剧下降。本研究针对CaO基吸附剂全面总结了其吸附CO2的动力学、热力学及烧结机理,并重点综述了世界各国研究者在CaO基吸附剂抗烧结改性方面所做的研究,指出了各种方法的优点及其局限性。结果表明,水合作用改性可使吸附剂崩塌而获得更大的比表面积;酸溶液改性会在制备过程产生更多的气体和小分子物质提高吸附剂孔隙率;掺杂改性可以促进CaO对CO2的吸附和扩散,还可作为骨架分离CaO颗粒。经比较,掺杂改性工艺简单、性能好,是比较有前景的改性方法,以含钙固废制备抗烧结改性吸附剂是发展方向。
摘要:
通过浸渍法制备了γ-Al2O3负载镍、锰、钴等不同金属氧化物催化剂,在25 ℃、200000 mL/(gcat·h)的空速条件下,研究了其臭氧催化分解性能。结果表明,10%NiO/γ-Al2O3催化剂催化活性最佳,20 h内臭氧转化率高于96%。借助XRD、XPS、TEM、SEM-EDS、H2-TPR等表征手段,揭示出在NiO/γ-Al2O3催化剂表面形成的镍铝尖晶石结构可能是其优良臭氧分解性能的内在原因。此外,揭示出在不同过渡金属氧化物负载型催化剂上臭氧分解机理不同,相关研究为镍、锰等过渡金属氧化物催化剂催化分解臭氧的反应机理提供了新思路,并为开发高效的臭氧分解催化剂提供了指导。
摘要:
以某300 MW超低排放燃煤机组现场脱硫浆液为研究对象,考察了浆液中汞迁移转化及添加剂对其影响行为,探讨了固相石膏中汞的热释放特性和环境风险。结果表明温度升高仅导致气相Hg0增加,而浆液pH升高会导致气相和固相中汞含量均有增加,Cl$ {\rm{SO}}^{2-}_{4} $浓度升高既可以抑制浆液中汞还原为Hg0也可以促进固相石膏中汞含量增加,而$ {\rm{SO}}^{2-}_{3} $浓度升高虽然有利于汞富集于固相但会引起Hg2+部分转化为Hg0。Na2S、EDTA-2Na或DTCR-4添加剂与Hg2+反应分别生成HgS、Hg(EDTA)2或[ −Hg-DTCR] −n,使浆液中75%以上汞转移至固相石膏中,并抑制了Hg2+还原为Hg0,其中DTCR-4对汞的固化效果最好,但热稳定性依次为Gypsum + EDTA-2Na < Gypsum + DTCR-4 < Gypsum + Na2S < Gypsum,主要原因是所生成Hg(EDTA)2、[ −Hg-DTCR] −n和HgS(black)的稳定性差异所致。进而采用TCLP、SPLP和MEP三种方法获得了样品中汞的化学稳定性为Gypsum < Gypsum + Na2S < Gypsum + EDTA-2Na < Gypsum + DTCR-4,其原因是石膏中水溶态汞、酸溶态汞和可氧化态汞含量的差异所致。
摘要:
乙烯作为重要的化工原料,在传统蒸汽裂解生产乙烯的过程中,会产生乙炔、乙烷等副产物,如何有效地将这三种烃类气体分离至关重要。本文基于密度泛函理论系统探究了石墨炔膜对三种气体的吸附、选择和渗透性能,并结合吸附作用分析和约化密度梯度分析,探索了三种气体分子穿透过石墨炔膜的相互作用类型、强度以及作用区域,并给出了分离性能的量子力学解释。结果表明,石墨炔膜常温下对乙炔/乙烯、乙炔/乙烷、乙烯/乙烷的选择性分别可以达到2 × 105、4 × 107、165;乙炔在常温下的渗透率约为6.54 × 10−5 mol/(m2·s·Pa),高出工业标准约五个数量级,乙烯渗透率在400 K左右时达到工业标准。通过量子力学角度分析,气体分子与石墨炔膜相互作用区域在气体分子与石墨炔骨架上的中心位置之间,作用类型主要表现为范德华作用,随着气体分子逐渐穿透靠近石墨炔膜的过程中,相互作用逐渐增强,作用强度乙炔 < 乙烯 < 乙烷,与能垒计算结果保持一致。
摘要:
以325目鳞片石墨为原料,采用改进Hummers法合成氧化石墨(GO),再以尿素为氮源,通过水热法制备了氮掺杂还原氧化石墨烯(N-rGO)载体,然后通过浸渍法制备出负载型Ni/N-rGO催化剂。通过N2吸附-脱附、XRD、SEM、H2-TPR等测试方法对所制备的催化剂进行表征分析。以苯酚选择性加氢制备环己酮为反应体系,在反应温度150 ℃、压力0.4 MPa、时间2.0 h的条件下,对比了N-rGO、还原氧化石墨烯(rGO)、活性炭(AC)等载体负载Ni催化剂的加氢性能。结果表明,N-rGO载体不但具有较大的比表面积和适宜的孔结构,而且N-rGO和金属镍之间有较好的协同作用,Ni/N-rGO催化剂展现出优异的催化活性和选择性。
摘要:
以火山岩为基体材料,硝酸铝、碳酸氢铵为原料,采用原位生长技术,成功制备火山岩孔道中交织生长棒状γ-氧化铝的火山岩基多孔材料,应用XRD、SEM、N2吸附-脱附、TG-DSC等技术表征该材料的结构与性质,并研究其对刚果红的吸附性能。研究表明,硝酸铝溶液通过扩散吸附填充到火山岩基体材料孔道中,焙烧后形成无定型相氧化铝。水热处理及焙烧时,形成的氧化铝依次转变为碱式碳酸铝铵和γ-氧化铝。制备棒状γ-氧化铝/火山岩基多孔材料的最佳反应条件为碳酸氢铵溶液浓度0.8 mol/L,反应温度140 ℃,反应时间4 h。火山岩孔道中堆积的棒状γ-氧化铝晶粒直径为50−150 nm,长度3−10 μm,该多孔材料孔容为0.1 mL/g,比表面积为47 m2/g。当刚果红溶液浓度为500 mg/L,多孔材料投加量为2 g/L时,刚果红脱除率达96%,吸附量为243 mg/g。