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2022年  第50卷  第10期

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2022 年 10 期目录
2022, 50(10): 1-8.
摘要:
摘要:
高温固体氧化物电解CO2技术可以同时实现CO2资源化利用与可再生能源电力的转化和储存,是一种高效、绿色、灵活的CO2转化利用技术。该技术可将CO2转化为CO和O2,在化工合成和载人深空探测领域极具很好的应用前景,正逐渐成为环境与能源领域的研究热点。本综述对高温固体氧化物电解CO2技术的原理、电堆系统、应用领域、效率、经济性以及减排潜力进行了分析与总结,并就目前限制固体氧化物电解CO2技术工业化应用的关键材料、性能衰减和制约因素等问题进行了重点分析,展望了发展趋势和研究重点,以期为相关领域的学者提供参考。
摘要:
萘在高温煤焦油中的含量可达10%以上,以萘为原料进行催化缩聚是制备中间相沥青和功能炭材料的有效途径。本研究以无水AlCl3为催化剂,系统研究了萘在不同温度(90−170 ℃)及AlCl3与萘物质的量比(1∶100−30∶100)条件下的常压聚合过程。结果表明,当温度低于110 ℃时,缩聚产物主要由多联三环化合物构成,重质产物仅占29.5%;温度为150 ℃时,缩聚产物以四至五环迫位芳香缩合物为主,中质组分含量保持在50%;温度为170 ℃时,缩聚产物中存在大量六环芳香核,原料转化率高达90.7%,而且产物具有良好的流动性及在THF中的溶解性,有利于高温热缩聚及后续石墨化工艺。本研究在提出“齐聚-热解-稠环化”反应机理基础上,考察了催化萘聚合产物的结构与组成:当AlCl3与萘物质的量比为1∶100时,对萘短链齐聚进行模拟,可得二至七级萘齐聚物,而将AlCl3与萘物质的量比提升至10∶100时,萘受AlCl3催化热解可产生乙炔和甲基萘。该研究阐明了萘沥青前驱体的形成机理,为进一步萘催化缩聚制备中间相沥青的产物控制和沥青缩聚轻组分的循环再利用提供理论依据。
摘要:
Direct methanol fuel cell (DMFC) is a potential commercial fuel cell technology that is presently hindered by the expensive noble metal materials of the anode. Developing a method to obtain a uniformly dispersed metal phosphide catalyst with narrow size distribution is still a challenge. In this work, cobalt oxide was deposited on carbon cloth (CC) through atomic layer deposition (ALD), then cobalt phosphide was obtained after the phosphorization process. By changing the number of ALD-based ozone pulses (ALD-O3) for CC, the nucleation and growth modes of cobalt oxide (ALD-CoOx) on the CC were regulated, and CoPx nanoparticles with small particle size and uniform distribution were obtained. The optimized CoPx-based catalyst with 40 cycles of ALD-O3 treatment (CoPx/40-CC) exhibits excellent activity (153 mA/cm2) toward methanol electrocatalytic oxidation reaction in the alkaline solution, which is higher than the catalyst prepared by impregnation (Imp-CoPx/CC), although the CoPx loading of CoPx/40-CC is lower than that of Imp-CoPx/CC. The results indicate that the enhanced activity benefits from the small particle size and the uniform CoPx distribution, which promote the electron-transfer and mass transport kinetics of the methanol electro-oxidation process.
摘要:
开发用于析氧反应(OER)的高性能非贵金属催化剂有望提高电解水制氢的效率,促进氢能的开发利用。本研究采用简便的一步溶剂热法在泡沫镍(NF)上原位生长NiC2O4-Co(草酸镍钴)双金属电催化剂,可应用于高效的析氧反应。在1 mol/L KOH溶液中,自支撑NiC2O4-Co1双金属催化剂在10 mA/cm2下的析氧过电位仅为278 mV,塔菲尔斜率为65 mV/dec,并显现出优异稳定的OER性能。NiC2O4-Co双金属催化剂优异的性能归因于优化的电子结构,增大的比表面积,快速的界面电荷转移能力,以及OER过程中Ni位点和Co位点之间的协同效应。
摘要:
本研究通过液相纳米铸造法,以SBA-15为硬模板,蔗糖为碳源,四硫代钼酸铵(ATTM)为MoS2前驱体,合成了三维有序介孔结构少层MoS2/C复合材料。该催化剂的三维有序介孔结构提供了较高的比表面积并为电化学析氢反应(HER)提供了物质和电子传输的通道,无定形碳的限制作用使少层MoS2薄片均匀分散,暴露大量MoS2的边缘活性位点,避免MoS2团聚的发生,并增加了材料的导电性。在酸性条件下实现高效析氢,电流密度为10 mA/cm2时,过电位为165 mV,Tafel斜率为91.1 mV/dec。本研究为构建高比表面积和少层MoS2均匀分散的三维结构HER催化剂提供了依据。
摘要:
采用共沉淀法在常温下合成了具有高光催化活性的ZnxCd1-xS固溶体光催化剂,研究了其在模拟光下降解垃圾渗滤液(LFL)的最佳工艺条件和光催化分解废水的产氢性能,以及Zn原子含量、光催化剂的投入量和光照时间对LFL中COD去除率及产氢速率的影响。结果表明,当Zn∶Cd = 1∶1时,ZnxCd1-xS光催化剂的降解及产氢性能最优;在常温条件下,Zn0.5Cd0.5S投入量为1.0 g/L,光照3 h时,渗滤液中COD的去除率最高可达30.85%。使用Zn0.5Cd0.5S对降解后的垃圾渗滤液进行光催化分解产氢,当投入量为0.6 g/L,光照3 h的产氢量为1533 µmol,产氢速率可达8312 µmol/(g·h),明显高于光催化分解纯水制氢的产氢量;经过三次产氢循环后,其产氢量仍能保持在初始产氢量的83%以上。
摘要:
采用水热法制备出不同氧化石墨烯(GO)复合比例的TiO2/GO催化剂,并进行了SEM、TEM、XRD、UV-vis、XPS、拉曼光谱、光电流表征分析测试。结果显示,TiO2与TiO2/GO晶型都是锐钛矿型,GO在与钛酸丁酯水热反应制备TiO2/GO时部分被还原成还原氧化石墨烯(RGO),性质更接近于石墨烯,有利于光电子转移。复合材料TiO2/GO晶粒尺寸减小,吸附氧/晶格氧的比例增高,利于NO的氧化,禁带宽度缩小,吸收可见光能力更强,光电子响应能力得到提高。可见光下评价了对复合材料的光催化脱硝性能。GO的复合比例为1.5%时所得催化剂光催化脱硝性能最好。在氨氮比为1∶1时,脱硝效率为88.6%,与水热自制TiO2相比提高了30%,比商用V-Ti-W催化剂的效率提高了40%,且复合材料的抗干扰能力明显优于商用V-Ti-W催化剂。机理分析也表明,NO的氧化速率对光催化脱硝反应进程起到了关键作用,且氨气的存在可以加快对NO2的还原。
摘要:
采用浸渍法制备了Cu-Ce双金属系列分子筛催化剂(Cu-Ce/SAPO-34),在催化剂评价装置上考察了不同质量比Cu/Ce的分子筛催化剂选择性催化还原NO的性能。通过XRD、SEM、NH3-TPD、XPS、in-situ DRIFTS等多种表征手段对催化剂的结构及微观特性进行了分析。结果表明,改性后Cu-Ce/SAPO-34催化剂脱硝性能良好,具有较宽的活性温度窗口,当Cu、Ce的含量均为4%时,分子筛催化剂脱硝效率最好,在325−500 ℃脱硝效率均在80%,在400−500 ℃时,脱硝效率达到了99%以上。双金属Cu-Ce氧化物物种高度分散于催化剂表面,SAPO-34的晶体结构未受影响,且活性物质和载体之间产生较好的相互作用。4Cu-4Ce/SAPO-34具有适量的酸性位点,该配比对催化剂的脱硝性能和稳定性具有积极作用,在NH3-SCR反应过程中遵循E-R机理。
摘要:
采用实验及量子化学方法探究了O2和SO2对As2O3在W-Cu/γ-Al2O3催化剂表面吸附特性的影响。实验结果表明,O2促进了As2O3在催化剂表面的吸附,随着SO2体积分数的增加,As2O3的吸附量表现出先升高后降低的趋势。为进一步探究烟气组分对气相砷吸附的影响机理,采用密度泛函理论(DFT)方法,模拟了预吸附不同气体后催化剂表面As2O3的吸附。结果表明,O2对气相砷的促进影响主要归因于吸附氧的形成。预吸附的O原子明显增强了临近原子的吸附活性,而预吸附的O2分子则主要通过提供吸附活性位点促进As2O3的吸附。SO2在W-Cu/γ-Al2O3表面形成了${{\rm{SO}}^{2-} _4}$${\rm{HSO}}^-_4 $,改变了基底表面的势场,从而促进了As2O3的吸附。随体积分数的进一步增加,SO2与气相As2O3的竞争吸附作用增强,As2O3吸附量减少。
摘要:
Oxidation treated carbon materials for exploiting highly efficient and stable loaded catalysts have been proven to be valid. In this work, the surfaces of carbon aerogels (CA) were functionalized with different oxidizing agents, i.e., H2O2 and HNO3. A series of Ru-supported catalysts on carbon aerogels (CA) with/without functionalized were prepared by the impregnation strategy. The impact of oxidation treatment on the texture features of carbon aerogels, the types and contents of formed surface oxygen-containing functional groups, the metal-support interactions and the Fischer-Tropsch synthesis reaction performances of the catalysts were systematically investigated. Our results showed that Ru/CA catalyst without oxidation treatment displayed the highest initial activity but the poor stability, while the Ru/CA-H2O2 catalyst exhibited excellent activity and C5+ selectivity. The oxidation treatment increased the carbon aerogels defects, thereby broadening the specific surface area. The increased content of oxygen-containing functional groups on the surface enhanced the interaction between the support and Ru nanoparticles and improved the stability of the catalyst. Nevertheless, the excessive oxygen-containing functional groups on the surface decreased the activity and the C5+ selectivity of carbon aerogels-loaded Ru catalysts.
摘要:
Herein, SiO2 supported metallic Ni (Ni/SiO2) and bimetallic Ni-Zn (NixZn/SiO2) (x represents the Ni/Zn atomic ratio) catalysts were prepared by the incipient wetness impregnation method and their activities were tested in vapor phase hydrodeoxygenation (HDO) of anisole under 0.1 MPa. The characterization results show that Ni-Zn alloy forms in NixZn/SiO2 after reduction at 550 °C, and a suitable Ni/Zn atomic ratio (30) leads to smaller alloy particle size and consequently more H2 adsorption amount than others. In the HDO reaction, the formation of Ni-Zn alloy facilitates the direct deoxygenation pathway and suppresses CO methanation and C−C bond hydrogenolysis, which is ascribed to the isolation effect of the Ni atoms by the oxophilic Zn ones. Ni30Zn/SiO2 gives not only higher anisole conversion but also higher selectivity to benzene than Ni/SiO2. Therefore, the introduction of a suitable amount of oxophilic Zn in Ni/SiO2 promotes the HDO of anisole to benzene. Finally, we propose that the Ni30Zn/SiO2 deactivation is related to the oxidation of Ni-Zn alloy and carbon deposition on the catalyst surface.
摘要:
采用有机溶剂热法制备了系列TiO2改性的钒磷氧催化剂,利用TEM、XRD、XPS、NH3-TPD及CO2-TPD对催化剂结构及表面物化性质进行了表征,以醋酸甲醛合成丙烯酸为探针反应对催化剂的反应性能进行了评价。结果表明,与未改性的钒磷氧催化剂相比,TiO2的加入显著改变钒磷氧催化剂的(${I_{{{\rm{V}}^{{\rm{5 + }}}}/{{\rm{V}}^{{\rm{4 + }}}}}} $)/IV比值,当TiO2的前驱体为金红石相并且Ti/V物质的量比为2.0时,(${I_{{{\rm{V}}^{{\rm{5 + }}}}/{{\rm{V}}^{{\rm{4 + }}}}}} $)/IV比值达到最高,因此,该催化剂具有最高的丙烯酸收率(18.0%)和丙烯酸生成速率(6.61 mmol/(g·h)),表明对于TiO2改性的钒磷氧催化剂,V5+与V4+的氧化还原循环在催化醋酸甲醛制丙烯酸反应过程中起主要作用。
摘要:
通过工业分析、元素分析和傅里叶红外光谱测试基于循环流化床的新疆准东煤(ZDC)气化灰渣(FA:飞灰;BA:底渣),获得灰渣的基本性质和官能团种类。结果显示,BA的灰分含量高达99.30%,而FA的固定碳和碳元素含量较高,分别为69.30%和73.78%。进一步采用Raman、XRPES和SEM表征ZDC和FA的碳质形式和表面形貌,利用TG-DTG技术考察ZDC和FA的热解、燃烧和气化反应特性。XRPES结果显示,FA表面C元素含量为89.42%,主要以>C−C<和>C−H的形式存在,而O元素主要以>C=O的形式存在。碱土金属Ca与上述涉碳官能团结合,导致FA无序程度较高。SEM观察到熔融矿物质球形颗粒附着和镶嵌在FA表面和孔道中,导致表面粗糙多孔。热转化特性显示,FA的热解和燃烧最大失重速率峰温度均较ZDC明显升高,表明FA的热解和燃烧性能降低。然而,FA的100%碳转化率所用气化时间仅为ZDC的一半,气化性能显著提高,原因在于FA具有发达的孔道结构、较多的无定形碳及丰富的活性位点,强化了气化剂CO2的扩散过程。因此,FA可直接回收用作循环流化床的气化原料。
摘要:
有机胺捕集CO2是一种有效的燃烧后碳捕集(PCC)技术,同时CO2矿物碳酸化是一种安全和稳定封存CO2的方法。本研究通过将两种方式结合,以MEA/MDEA混合胺溶液作为CO2吸收剂,以CaO作为CO2矿化原料,研究了不同混合胺溶液配比、温度、反应时间和CaO添加比例等条件下混合胺溶液耦合CaO吸收-矿化CO2性能。结果表明,在常温常压下CaO可对MEA/MDEA溶液中吸收的CO2进行有效矿化并同时实现MEA/MDEA溶液的再生;并且经过五次循环吸收-矿化实验后,MEA/MDEA溶液仍保持了较高的CO2转化率(77.4%)和CO2循环负荷(1.03 mol/L)。FT-IR和XRD表征分析表明,CaO的添加向MEA/MDEA溶液中提供了大量Ca2+和OH,可分别与溶液中的${\rm{CO}}_3^{2-} /{\rm{HCO}}_3^- $、质子化胺反应生成碳酸钙沉淀和游离胺,从而同时完成对CO2的矿化和MEA/MDEA溶液的化学再生;并且得到的固体产物主要成分为碳酸钙,方解石是其主要晶型。