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2021年  第49卷  第3期

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2021-03 目录
2021, 49(3): 1-8.
摘要:
论著
摘要:
低阶煤热解焦油气通过颗粒床过滤器除尘时,过滤介质在一定程度上会影响热解焦油气的反应行为。本研究采用下行床热解反应器考察了陶瓷球(CB)、膨胀珍珠岩(EP)、活性炭(AC)和γ-Al2O3四种颗粒床过滤介质对淖毛湖长焰煤热解焦油气反应性的影响,结果表明,热解产物的分布、组成及其积炭行为受过滤介质种类的影响显著。CB、EP相对惰性,因延长了焦油气的停留时间,加剧了裂解和缩聚反应,焦油产率减小、沥青含量升高,热解气、热解水及积炭产率增加, 但焦油积炭量和化学组成没有明显变化;AC、γ-Al2O3具有较强的催化裂解活性,可明显降低焦油沥青含量和积炭量,但会使焦油向热解气、热解水及积炭转化,导致焦油产率显著下降。同时,AC、γ-Al2O3可裂解焦油气中部分含氧化合物和含氮、硫杂环化合物,使其转化为芳香烃。
摘要:
以精制煤焦油沥青为原料制备针状焦。利用bricc-m煤岩自动测试系统和RICC-Imager图像分析软件,使用打点计数方法,对煤系针状焦偏光显微结构进行定量分析。进一步利用扫描电子显微镜进行针状焦微观结构解析。结果表明,在炭化温度为490 ℃、炭化压力为0.2 MPa、反应时间为6 h条件下制备的生焦,定量分析其广域流线型结构含量为87.8%,显示出较好的光学显微结构。对比传统人工定量分析方法,使用计算机打点计数方法进行定量分析,提高了测试结果的准确性,更加高效,是针状焦显微结构识别和定量分析的有效手段。
摘要:
采用逐级化学提取和热分析方法,选取宁武煤田某洗煤厂原煤及洗选产物为研究对象,在汞质量平衡基础上对煤中汞赋存形态进行分类并验证,进而考察了洗选过程对煤中汞迁移行为和热释放的影响特性。结果表明,洗选过程在降低原煤灰分和硫分含量的同时也改变了汞的富集规律,引起了汞的重新分配;样品中汞元素与灰分和硫含量之间的线性相关性分别为0.89和0.99,原煤中汞主要以无机结合态存在,其迁移行为受控于无机矿物质迁移,洗选后矸石总汞绝对含量较原煤增加了322.8%,而精煤汞含量降低至原煤的40%,汞脱除率达到56.4%;洗煤产物中汞富集程度的差异与其在原煤中赋存形态密切相关,其中,矸石中硫化物结合态汞的占比高达56.6%,而精煤和煤泥中有机结合态汞较原煤中均有所提高;相同温度下汞在煤泥中释放率最大,矸石中最小,所有样品中汞至650 ℃均接近完全析出;煤中汞热释放特性也与其赋存形态密切相关,不同热解温度段汞热释放行为由煤中汞的固有赋存形态所决定,其中,有机结合态汞随有机质分解在300 ℃已大量逸出,而硫化物结合态汞分解温度主要为400−600 ℃。
摘要:
制备不同外在水分和原始赋存水分含量的煤体,通过模拟煤自燃升温氧化过程得到不同温度下的氧化煤样;利用原位傅里叶红外变换光谱仪测定不同氧化煤样中活性官能团的含量,研究形态水分对煤自燃过程微观官能团生成和转化的影响;利用氮吸附仪表征不同氧化煤样中比表面积大小,研究形态水分对煤自燃过程微观孔结构变化的影响;同时结合官能团与比表面积的变化规律,探讨形态水分对煤自燃过程的微观作用机制。形态水分对煤自燃过程的作用机制随着煤自燃状态发展而发生变化,表现出阶段性特征。外来水分含量和原始赋存水分都会促进酚、醇类羟基及含羧基类化合物的生成。外来水分和原始赋存水分的含量对煤自燃过程中微观比表面积、脂肪族C−H组分、含羟基化合物以及含羰基类化合物的生成和转化影响具有差异性;水分形态对微观比表面积和脂肪族C−H组分含量的变化影响具有差异性,而对含羟基化合物以及羧基化合物的生成和转化具有相似性。
摘要:
采用浸渍法制备Zn、Ga和Mg金属改性的H-ZSM-5双功能催化剂,考察了金属种类(Zn、Ga和Mg)和磨木木质素种类(杉木针叶材磨木木质素(CF-MWL)、杨木阔叶材磨木木质素(P-MWL)和玉米秸秆草本植物磨木木质素(CS-MWL))对木质素催化热解过程中轻质芳烃产率的影响。结果表明,在三种磨木木质素中,杉木磨木木质素(CF-MWL)具有最高的碳含量(59.90%,质量分数)和高位热值(23.05 MJ/ kg),而玉米秸秆磨木木质素(CS-MWL)中的氢含量(6.51%,质量分数)和有效氢碳比(0.43)最高。催化热解结果显示,与未改性的H-ZSM-5相比,Ga/H-ZSM-5和Zn/H-ZSM-5促进了轻质芳烃的形成,而Mg/H-ZSM-5则抑制轻质芳烃生成;其中,Zn/H-ZSM-5对三种MWL催化热解制取轻质芳烃的产率最高,分别达到3.122 × 109 a.u./mg (CF-MWL)、2.916 × 109 a.u./mg(P-MWL)和2.865 × 109 a.u./mg(CS-MWL);在三种MWL中,杉木磨木木质素(CF-MWL)催化热解制备BTX的选择性产率最高,达到65.02%。催化剂表面的积炭分析结果显示,催化热解过程中生成的积炭优先占据H-ZSM-5的强酸位点,并且大部分集中于H-ZSM-5的外部。
摘要:
为了提高木质素催化热解所得芳烃的产率,本研究以碱木质素为原料,在碱木质素炭和ZSM-5的二元催化体系下进行快速热解实验,选取催化剂比例、热解温度、热解时间等为实验变量,探究碱木质素热解产物中芳烃的变化规律以及碱木质素炭和ZSM-5协同催化作用机理。结果表明,碱木质素催化热解所得芳烃的产量从17 mg/g(未加炭)提高到33 mg/g(炭添加量为1 g),产率增加了近一倍。通过不同工况研究发现,碱木质素快速热解制备芳烃的最佳条件是:碱木质素∶碱木质素炭∶ZSM-5 = 1∶1∶1, 热解温度为500 ℃,热解时间为10 min。机理分析表明,热解过程中碱木质素炭主要起断键作用,而ZSM-5起择形芳构化作用,两者协同作用得到更高的芳烃产率。
摘要:
以不同晶型的MnO2为催化剂进行5-羟甲基糠醛(HMF)氧化反应,并将催化活性较高的α-MnO2与Fe3O4复合制备磁性MnO2-Fe3O4复合氧化物,采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)、NH3/CO2程序升温脱附(NH3/CO2-TPD)及吡啶吸附红外光谱(Py-FTIR)对催化剂的结构和性质进行表征和分析。结果表明,复合后的催化剂仍保持α-MnO2和Fe3O4基本结构,但催化剂中活性中心Mn4+·O2−离子对数量增加,使其对HMF氧化反应的催化活性相对α-MnO2和Fe3O4显著提升。对HMF氧化制备2,5-呋喃二甲酸(FDCA)的反应条件进行优化,复合催化剂Mn8Fe3Ox对HMF表现出良好的催化活性,在最优化条件下,HMF可完全转化,FDCA收率为76.9%。
摘要:
采用浸渍法将活性氧化钙颗粒负载在介孔二氧化硅(KIT-6)表面,制备了酯交换反应催化剂CaO/KIT-6,并研究了其在大豆油与甲醇酯交换制备生物柴油反应中的催化性能。通过X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、CO2程序升温脱附(CO2-TPD)等测试手段对催化剂进行表征。在酯交换反应中,当醇油物质的量比为12、反应温度为65 °C、催化剂用量为8%、Ca/Si原子比为0.4、反应时间为2 h时,生物柴油转化率达到99.9%,CaO/KIT-6重复使用五次后催化活性仍保持在90%以上。与CaO及其他负载型催化剂相比,CaO/KIT-6催化剂在较低醇油物质的量之比、较短反应时间展现出更高的催化性能和良好的重复使用性。
摘要:
以天然有机二元羧酸草酸(OA)作为氢键供体,各种聚合度的聚乙二醇(PEG)作为氢键受体,构建出羧酸功能化低温共熔体(DES),将其用于催化α-蒎烯水合制备α-松油醇的反应中。傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、核磁共振氢谱(1H NMR)、热重分析(TGA)等表征证实了OA与PEG之间氢键的形成。DES中PEG组分的存在对其酸强度影响较小,但随PEG分子量和用量的增加,DES总酸量减小,从而降低其催化活性。研究表明,分子量最小的PEG200与OA制备的OA/0.6PEG200 DES具有较佳的催化 α-蒎烯水合反应性能,在DES催化剂用量0.03 mol(以OA计),α-蒎烯用量0.06 mol,水用量0.3 mol,反应温度75 ℃,反应时间8 h的优化条件下,获得81.5%的α-蒎烯转化率及51.2%的α-松油醇选择性。催化剂相反应结束后静置冷藏过夜即可分层分离,且循环使用性能良好。该OA/0.6PEG200 低温共熔体制备简单,原子经济性高,为一步法催化α-松油醇的清洁制备开辟了新路线。
摘要:
利用乙酸钠和柠檬酸钠对ZSM-5分子筛进行脱硅改性处理,并通过XRD、SEM、NH3-TPD、27Al MAS NMR、吡啶吸附红外光谱和N2吸附-脱附等表征手段对ZSM-5分子筛结构、酸量、比表面积及孔体积等物化性质进行表征分析。结果表明,碱改性使分子筛的孔径增加且形成合适的微-介孔结构,同时,使L酸量和B酸量明显降低。当乙酸钠溶液浓度为0.5 mol/L时,改性的分子筛在形成大量介孔结构的同时具有合适的B/L值,使催化剂的寿命延长并展现出最优的催化性能。与微孔ZSM-5相比,使用寿命由20 h延长到74 h,芳烃最高产率从20.97%提高到40.05%。
摘要:
An investigation of hydrotalcite-derived ternary Mg-Al-Ce oxides as catalysts for vapour phase condensation of ethanol to 1-butanol in a flow reactor under atmospheric pressure was carried out. The Mg-Al-Ce oxide systems with Mg/(Al + Ce) ratio from 1 to 4 were synthesized and characterized by XRD, SEM, NMR, and XPS. The study of acid-base characteristics of the systems with different Mg/(Al+Ce) ratio by NH3/CO2 quasi-equilibrium thermal desorption techniques shows that the ratio of the catalyst oxide components (Mg, Al, Ce) can provide acid/base capacity ratio close to 3 for the effectivity of the target process. The highest selectivity 68% is reached over Mg-Al-Ce oxide catalyst with the ratio of Mg/(Al+Ce) = 2.
摘要:
稳定高效双金属催化剂的研究对于合成气直接合成乙醇具有重大意义,但也存在一定的挑战。本研究采用尿素辅助凝胶法和初湿浸渍法,制备了系列RhCu/P25双金属催化剂,并进行合成气直接制乙醇性能研究。研究表明,Rh改性的Cu基催化剂可以有效促进乙醇的生成,然而Rh和Cu活性位点之间紧密接触时,反应产物以甲烷和甲醇为主,乙醇含量甚微。RhCu/P25双金属催化剂反应性能的减弱与Rh和Cu活性位点上CO分子吸附受到抑制相关。当采用物理混合的方式增大Rh和Cu活性位点的空间距离时,CO分子的吸附明显增强,催化活性以及乙醇选择性提高。
摘要:
构建了CH4-O2-N2-H2O反应体系,对介质阻挡放电条件下甲烷水蒸气重整和部分氧化制氢反应过程进行了研究,考察了H2O/CH4物质的量比、O2/N2物质的量比、气体总流量、放电电压及放电频率等参数对制氢效率的影响,并基于发射光谱原位诊断法分析了反应机理。结果表明,甲烷转化率和氢气产率随着H2O/CH4物质的量比、O2/N2物质的量比和放电电压的增加而增加,而随着反应气体总流量的增加而减小,随着放电频率的增加先增大后减小,在9.8 kHz处取得最大值。在H2O/CH4物质的量比1.82、O2/N2物质的量比2.1、总流量136 mL/min、放电电压18.6 kV及放电频率9.8 kHz的条件下,甲烷转化率与氢气产率分别达47.45%和21.33%。甲烷和水蒸气等反应物分子通过电子解离产生CHx·、H·、OH·、O·等自由基,进而通过自由基间的碰撞反应生成H2;H·自由基一方面来源于CH4的电子解离;另一方面来源于水蒸气一次解离以及OH·的进一步离解。部分氧化反应主要表现为O2电子解离形成的O·自由基以及水蒸气一次反应产物OH·自由基进一步离解形成的O·自由基对CH2·自由基的氧化。
摘要:
以天然鳞片石墨为基材,采用高氯酸插层氧化制备了膨胀石墨(EG),利用乙二醇液相还原法在其表面负载了Pt纳米颗粒;采用XRD、TEM、SEM及循环伏安曲线(CV)等手段对其形貌、结构及对甲醇的电催化性能进行了表征研究。结果表明,Pt纳米颗粒的平均粒径为2.56 nm,均匀地分布在膨胀石墨载体表面,而片状结构的膨胀石墨载体能明显提升其电催化活性和抗CO中毒性能;相同条件下,该膨胀石墨负载纳米Pt催化剂的质量活性比和电流密度分别是商用JM Pt/C的1.24倍和1.5倍。
摘要:
以纳米二氧化硅 (SiO2) 为模板,以三聚氰胺为前驱体,采用固相反应法制备一系列介孔蜜勒胺 (melem) 材料。通过调控硬模板剂和前驱体的用量,最终得到一系列高比表面积 (40−92 m2/g) 和孔体积 (0.179−0.407 cm3/g)的介孔 melem材料。将其作为催化剂用于1, 4 -丁二醇二缩水甘油醚 (BDODGE) 与CO2的环加成反应中,结果表明,随着比表面积增大,催化剂活性相比未加入模板剂的melem样品有了显著提高。三聚氰胺与纳米SiO2的质量比为2时制备的催化剂,在130 ℃、20 h、2.0 MPa条件下,BDODGE转化率为99.3%,环碳酸酯选择性为99.5%。
摘要:
为了研究HNO3改性对活性炭(AC)低温脱硝机理的影响,采用HNO3在不同温度下对AC进行改性处理,改性前后样品在30−250 ℃进行脱硝活性测试,通过程序升温脱附(TPD)和瞬态响应实验对脱硝机理进行分析。结果表明,AC上NO转化率随反应温度升高逐渐降低再趋于稳定,反应物的吸附是速率控制步骤。含氧基团增加促进了NH3的吸附,但这部分吸附态NH3在30 ℃时几乎不参与反应,随反应温度升高不同程度活化,在30−90 ℃反应物的吸附是速率控制步骤,90 ℃后吸附态NH3的活化是速率控制步骤。
摘要:
塑料废弃物数量日益增加,实现低能耗、高值化利用是促进塑料废弃物回收利用的关键。在380 ℃设定温度和(1−5) ×105 Pa初始压力条件下分别开展聚乙烯高压热裂解和催化热解实验,记录反应过程温度曲线,分析聚乙烯高压热裂解/催化热解产物分布。研究结果表明,反应过程中反应物相态是影响热解反应历程的重要因素;因反应路径而异,压力变化对聚乙烯热裂解和催化热解产生不同程度的影响。聚乙烯高压热裂解实验过程中存在飞温现象,飞温峰值随初始压力的增加呈现单调增加的趋势;峰值温度的升高带来聚乙烯断链程度的加深,即获得更多小分子量产物。在相同设定温度和初始压力条件下的聚乙烯高压催化热解实验中不存在飞温现象,利用锌负载的ZSM-5催化剂实现聚乙烯高选择性制备芳香烃,液体产物中单环芳烃占比达82.53%,积炭产率在1.5%以下。