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2024年  第52卷  第1期

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利用粉煤灰制备高强度无机纤维是实现其高值化利用的重要路径,由于粉煤灰硅铝含量较高,可通过添加钙铁助剂降低均质化过程中原料熔融温度,避免降温拉丝过程中结晶行为。本工作研究了空气气氛下不同含量及比例钙铁助剂对煤灰熔融性及结晶行为的影响机理。结果表明,空气气氛下氧化钙(CaO)与氧化铁(Fe2O3)不存在协同助熔效果,CaO的助熔效果优于Fe2O3。高温下Fe2O3未与硅铝组分生成低熔点矿物,而添加CaO有利于将难熔的莫来石转化为钙长石,使得粉煤灰熔点大幅度降低;然而,当CaO添加量超过30%时,生成了大量的钙黄长石,使得粉煤灰熔点迅速升高。降温过程中,铁元素以赤铁矿形式析出,析晶温度相对较低;而钙元素以钙长石形式析出,析晶温度相对较高,不利于无机纤维制备过程中纺丝操作。当CaO含量为32.46%时,粉煤灰熔点最低,且降温过程中无晶体析出,因此,在粉煤灰基无机纤维制备过程中应选择钙基助剂调控熔融性和结晶行为。
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本工作研究了有氧烘焙对玉米秸秆组成成分、烘焙产率、化学结构及微观结构等理化特性及气化特性的影响,同时考察了玉米秸秆烘焙及气化过程中碱金属的迁移转化规律。结果表明,烘焙可有效提高玉米秸秆中固定碳含量,降低H/C、O/C。相较于惰性烘焙,有氧烘焙具有更好的提质效果,结合H/C、O/C、质量产率和能量产率发现,氧气体积分数为6%时较合适。烘焙玉米秸秆气化气中CO含量、气体产率及热值随烘焙气氛中氧气含量的增加呈先上升后下降的趋势,在氧气体积分数为6%时气化品质相对较好,此时气体组分中CO体积分数为14.73%、气体产率达到1.09 L/g、气体热值达到4.93 MJ/m3。烘焙过程中碱金属在玉米秸秆中富集,并促进部分水溶态钾向醋酸铵溶态钾转化,有助于气化过程中生成更多不溶态钾,且有氧烘焙促进作用更明显。研究结果可为生物质有氧烘焙提质及气化产气的技术推广提供基础数据及技术支持。
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采用尿素热缩合法制备了氮化碳(g-C3N4),经H2O2、NH3·H2O处理、浸渍法负载Fe制得改性Fe/g-C3N4,对比研究了改性前后催化剂的CO加氢性能。结合XRD、SEM、FT-IR、CO2-TPD、CO-TPD、H2-TPR、接触角测试和N2物理吸附-脱附等系列表征,探究了表面预处理对Fe/g-C3N4催化剂织构性质以及CO加氢产物分布的影响。结果表明,不同改性方法对催化剂的织构性质和CO加氢性能影响显著。尿素热缩合法制备的g-C3N4具有典型蜂窝状结构,Fe与g-C3N4相互作用较强,且高度分散;改性前后样品均呈亲水性,且H2O2、NH3·H2O处理后亲水性增强,H2O2处理增强了表面羟基,NH3·H2O处理增加了表面氨基,促进了CO吸附,促使Fe(NCN)物相生成;预处理后的催化剂表面碱性增强。在CO加氢反应中,两步改性后的Fe/AM-g-C3N4催化剂,CO2选择性降至11.61%;Fe/AM-g-C3N4表面碱性增强,抑制了烯烃二次加氢,烯烃选择性较高,${\rm{C}}_2^=-{\rm{C}}_4^= $达32.37%,O/P值3.23。
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采用共沉淀法和浸渍法,以ZnAl混合金属氧化物为载体,制备了系列不同K/Mo物质的量比的高分散K改性NiMoS/ZnAl催化剂,并对其合成气转化制低碳醇性能进行了研究。结果表明,K的引入可以调变MoS2片层的堆积程度和尺寸,提高NiSx和NiMoS之间的协同作用,促进低碳醇合成(HAS)过程中CHx的插入和非解离CO的插入能力,有效抑制烃类和CO2的生成。其中,K/Mo物质的量比为0.6的KNiMoS/ZnAl催化剂具有最多的双层MoS2结构(33.7%)和适宜的NiSx与NiMoS协同作用,产物中总醇选择性达到69.8%,低碳醇空时产率为78.6 mg/(g·h)。
摘要:
采用两步水热合成法制备了一系列低Mo/Sn比(1∶20,物质的量比)催化剂,并考察了锡前驱体焙烧温度对甲醇氧化制甲缩醛反应性能的影响。通过XRD、Raman、FT-IR、XPS、NH3-TPD及H2-TPR等表征手段对催化剂的晶体结构、表面性质、氧化还原性及钼物种价态等进行了分析。结果表明,在Mo1Sn20-600℃Sn催化剂上,反应温度为140 ℃时,甲醇转化率及甲缩醛选择性分别达30.0%及90.0%。锡前驱体焙烧温度的变化主要影响了Mo1Sn20催化剂的结构、钼物种的价态及存在状态,进而影响其催化活性;高温焙烧的锡前驱体更有利于Mo1Sn20催化剂中甲醇活化的活性位点Mo6+物种的生成。
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Cu-Al spinel oxide as a sustained release catalyst gradually releases active metal Cu during the methanol steam reforming reaction, whose catalytic behavior depends strongly on the surface structure of the catalyst. In this context, Cu-Al spinel solid solution is synthesized by a solid phase ball milling method, followed by treating with acidic and basic solutions in order to modulate the surface composition and structure, thereby to further improve the catalytic performance. Nitric acid is effective for the removal of both surface dispersed Cu and Al oxide species, whereas sodium hydroxide is only effective for the removal of Al oxide species, and ammonium hydroxide shows the weakest effect, removing a very small amount of Cu and Al species. Accompanying with the loss of Cu and Al species, the catalyst surface undergoes structural reconstruction, showing a redistribution of Cu species. Consequently, the copper releasing behavior varies drastically. The catalytic testing results show that the nitric acid and ammonium hydroxide treated catalysts present improved activity, where in the former also shows better stability. Sodium hydroxide treatment has a negative effect on the sustained releasing catalytic performance. In combination with the characterization results of the tested catalysts, it is found that both the copper particle dimension and the microstructure strain of sustained released copper play important roles in the catalytic performance. The findings of this report provide a practical method for the improvement of the sustained releasing catalysis.
摘要:
Catalytic combustion is an effective approach to remove volatile organic compounds, in which the development of highly active and durable catalyst is extremely crucial. Herein, a series of CuMnCex/Al2O3/cordierite monolithic catalysts were synthesized by using the ultrasonic-assisted impregnation method. The physicochemical properties were comprehensively characterized via the BET, XRD, SEM, EDX, H2-TPR, O2-TPD, XPS and EPR techniques. The results showed that the catalytic activity of CuMnCex/Al2O3/Cor for toluene combustion was strongly affected by the Ce content. The CuMnCe2/Al2O3/Cor monolithic catalyst showed the best catalytic activity with toluene conversion of 90% at 263 °C under toluene concentration of 1 g/L and space velocity of 78000 mL/(g·h). Meanwhile, the well-dispersed CeO2 in the CuMn matrix not only improved the content of oxygen vacancies and the mobility of oxygen species, but also enhanced the low-temperature reducibility of the catalyst. Moreover, the CuMnCe2/Al2O3/Cor monolithic catalyst exhibited an excellent stability in the long-term test and cycle ability test.
摘要:
为探究催化剂的孔结构对催化剂脱硝活性的影响,采用溶胶凝胶法分别制备了三维有序大孔-介孔(3DOM-m) CeTiOx、三维有序大孔(3DOM) CeTiOx、三维有序介孔(3DOm) CeTiOx及无序孔(DM) CeTiOx等四种不同孔结构的催化剂。NH3-SCR测试结果表明,催化剂活性依次为3DOM-m CeTiOx>3DOm CeTiOx>3DOM CeTiOx>DM CeTiOx,3DOM-m CeTiOx表现出更优异的催化活性,NO转化率在60000 h−1、250–400 ℃时超过90%。通过XRD、SEM、BET、NH3-TPD、in-situ DRIFTS等技术对催化剂进行表征分析。结果表明,催化剂的比表面积并不是决定CeTiOx脱硝活性的主导因素。3DOM-m CeTiOx具有高度有序的大孔-介孔结构、丰富的Brønsted酸酸性位点,进而提高了催化剂的脱硝活性。3DOM-m CeTiOx催化剂在NH3-SCR反应过程中同时遵循E-R机理和L-H机理。
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甲酸 (FA) 因其H含量较高 (4.4%)、易产H2、可经小平台化合物合成等优势受到广泛关注,而γ-Mo2N/C对FA沿H2和CO2路径分解具有非常高的选择性,产生CO极少,显示出较高的应用价值。基于此,本研究采用对苯二胺和钼酸铵水溶液经前驱体制备γ-Mo2N/C催化剂,并对其FA分解性能进行了原位评价,采用热重分析 (TG)、X射线衍射 (XRD)、傅里叶变换红外光谱 (FT-IR)、扫描电镜 (SEM)、透射电镜 (TEM) 等表征手段对催化剂的结构和表面官能团进行了分析,利用DFT对FA在γ-Mo2N (200) 晶面的吸附构型进行了计算,在此基础上,对催化剂性能及FA在其表面的分解机理进行了研究。结果表明,γ-Mo2N/C在较低温度下即可表现出极高的催化活性,提高γ-Mo2N在C载体上的分散性能有效改善FA转化率。对苯二胺与钼酸铵的物质的量比为4∶1时,催化性能最佳,在160 ℃、100 h的FA分解实验中,催化剂性能稳定、H2选择性高(N2 40 mL/min, CO<5.0×10−5)。而DFT计算表明,FA中O−H键的H原子与γ-Mo2N/C (200) 晶面上N原子结合的可能性更大,而C=O键的O原子更有可能与γ-Mo2N/C (200) 晶面上Mo原子结合。上述结果有助于明确FA在γ-Mo2N/C作用下的分解机理,也显示出非贵金属催化剂γ-Mo2N/C在FA分解制H2方面潜在的应用前景。
摘要:
光催化矿化难降解污染物(如苯酚)需要羟基自由基(·OH)进行开环反应。本研究通过Al掺杂削弱了TiO2表面对氧物种的吸附,有效促进光致·OH的生成。同时,Al元素还能降低TiO2的导带能级,继而降低半导体-助催化剂界面电子转移势垒而促进还原半反应。由于正负电荷的强关联性,还原半反应中电子的快速转移可提高半导体内空穴浓度,加快·OH的生成。此外,通过将催化剂固定在反应器的光入射内壁,还能避免由污染物竞争光吸收所引起的光子损失。基于这些优点,有望实现废水中低浓度苯酚的高效光催化矿化。
摘要:
为了提升Zn0.5Cd0.5S的光催化产氢性能,采用水热法制备了Ni-MOF改性Zn0.5Cd0.5S复合光催化剂,通过XRD、SEM、TEM、XPS等分析方法对制备样品的结构及光电化学性能进行了表征,并研究了其光催化垃圾渗滤液混合页岩气返排废水制氢的可行性及动力学特征。结果表明,Zn0.5Cd0.5S主要呈现为纳米颗粒状结构,Ni-MOF主要由长约为10 µm、宽约为9 µm的超薄方形片构成,当Ni-MOF与Zn0.5Cd0.5S复合时,Zn0.5Cd0.5S纳米颗粒沉积在Ni-MOF方形片的表面,粒径显著降低,减少了Zn0.5Cd0.5S纳米颗粒的团聚,光吸收范围出现了蓝移,但仍然具有优异的可见光响应能力。质量分数为15%的Ni-MOF/Zn0.5Cd0.5S在垃圾渗滤液混合页岩气返排废水中展现出最优的光催化产氢性能,模拟太阳光照射3 h产氢量达1887 µmol,产氢过程遵从零级反应动力学模型,产氢速率为685.9 µmol/h,约为Zn0.5Cd0.5S的5.7倍。
摘要:
二氧化碳(CO2)是一种主要的人为温室气体,主要由化学、热电和钢铁工业以及运输等部门产生。大气层中CO2浓度的增加是导致诸多环境问题的主要原因,如全球变暖、海平面上升和全球气温升高。然而,CO2作为一种可再生、廉价和无毒的化学原料,可用来生产具有高附加值的化学品,进而降低碳浓度。五元环碳酸酯由于其优越的物理化学特性,如高沸点、高偶极矩和生物降解等性能而被广泛应用。由环氧化合物和CO2合成环碳酸酯是迄今为止研究较多的方法。然而,由于CO2的高热稳定性和动力学惰性,使其作为反应原料需要大量的能量投入,可能导致的结果是CO2浓度是一个净增长过程。因此,利用CO2作为C1构筑单元是一个长期的挑战。本工作基于CO2固定反应机制,概述了各种类型的均相和多相催化剂在CO2固定反应合成精细化学品环状碳酸酯中的研究进展,包括有机催化剂、离子液体、金属有机框架化合物、多孔有机聚合物等。目前,几乎所有类别催化剂均可以在室温和低压力下,以实验室规模成功地使用纯CO2将其固定到末端环氧化合物上,对于非末端环氧化合物通过更高的温度和压力以实现相应转化。同时,分析了催化剂在多取代环氧化合物或生物衍生环氧化合物转化、低浓度CO2转化和实现工业化三个方面所面临的挑战,并提出了未来相关研究努力的方向。