孔活性炭储存CH4的分子模拟

吸附天然气被认为是未来最具有发展前景的CH₄储存方式之一,其中的关键是寻找合适的吸附剂,使其具有良好的CH₄吸脱附性能。以纳米多孔碳材料作为多孔活性炭的结构,采用巨正则蒙特卡洛（GCMC）和平衡分子动力学（EMD）的方法研究CH₄在纳米多孔碳材料中的吸附和扩散行为,通过考察不同因素的影响,期望获得高的CH₄吸附量和自扩散系数。其中,研究的主要因素有：构成多孔碳材料的石墨片微元的大小、多孔碳材料的不同密度、多孔碳材料的表面基团改性。结果表明：多孔碳材料对CH₄的吸附受石墨片微元种类和混合比例的影响不大;在所研究的多孔碳材料密度范围内,存在最优密度,能够获得最大的CH₄吸附量,此最优密度在0.50 g·cm^-3左右,但是多孔碳材料的表面经羟基修饰后,最佳材料密度发生了偏移,此时最优密度在0.72 g·cm^-3左右;此外,经表面改性后的多孔碳材料吸附量大小顺序为：CH₃ > OH > CO > COOH;对于CH₄在多孔碳材料中的扩散,总体规律是低的密度,并且经过COOH修饰,其CH₄自扩散系数最大。     

不同燃料SOFC的理论电池电动势及其性能

以NH₃以及3% H₂O增湿的H₂、CH₄、C₃H₈和煤炭地下气化(underground coal gasification,UCG)气为燃料,用最小Gibbs自由能法计算平衡气体组分和理论电池电动势,并测试在NiO-GDC‖GDC‖Ba_0.9Co_0.7Fe_0.2Nb_0.1O_3-δ(B_0.9CFN)阳极支撑固体氧化物燃料电池(SOFC)中的电池开路电压、电池性能和长期稳定性。结果表明,以上述气体作燃料的SOFC热力学计算理论电动势均高于1.05 V,而由于GDC电解质在还原气氛下存在电子电导,导致碳氢燃料在NiO-GDC‖GDC‖B_0.9CFN阳极支撑电池中的开路电压略小。中低温下,碳氢燃料相对缓慢的动力学过程和GDC电解质快速的氧离子传输速率,使得以UCG气、CH₄和C₃H₈为燃料的电池实际积炭比理论预测少。以UCG气为燃料的SOFC在500、550、600和650℃的最高功率密度分别高达0.151、0.299、0.537和0.729 W·cm^-2,在0.6 V恒压放电120 h后性能没有明显衰减,且阳极表面无积炭产生,表明直接UCG气SOFC具有广阔的应用前景。     

AC/X-G吸附剂的制备及CH4/N2吸附分离性能

采用浓度为0.2g·ml^-1的葡萄糖溶液对13X沸石/活性炭复合材料(AC/X)进行碳沉积,研究沉积次数对复合吸附剂(AC/X-G)孔结构、表面性质和CH₄/N₂吸附分离性能的影响。通过X射线衍射,77K下的N₂吸附/脱附,扫描电镜,CO₂-TPD以及红外光谱表征样品的晶型、孔结构和表面性质,在298K、100kPa下对其CH₄和N₂吸附等温线进行测定,并将吸附结果与文献中碳材料和13X沸石的吸附性能进行比较。结果表明:随着沉积次数的增加,AC/X-G吸附剂中X型沸石的相对含量降低,微孔比表面积和微孔体积减少。AC/X-G的表面被碳膜覆盖,碱量降低,但出现强碱位和含氧基团C-O键。AC/X-G的CH₄和N₂吸附量下降,但吸附分离系数提高,沉积3次的样品AC/X-G-3的CH₄/N₂吸附分离系数达到3.0,表面的含氧基团有利于提高复合材料的CH₄/N₂吸附分离性能。     

钙钛矿阳极固体氧化物燃料电池在CO–CO2燃料下的性能和稳定性

以原位析出纳米Co–Fe颗粒的La_0.4Sr_0.6Co_0.2Fe_0.7Nb_0.1O_3–δ(LSCFN)钙钛矿为阳极,考察了直接使用CO–CO₂燃料时的阳极结构演变、单电池电化学性能和稳定性。结果表明:在CO燃料中,ABO₃钙钛矿结构LSCFN转变为A₂BO₄层状钙钛矿结构;在CO中引入少量CO₂后,LSCFN则以单钙钛矿结构为主,并有效抑制了碳沉积。单电池在CO燃料下的最大功率密度可达0.6 W/cm²(850℃),并在n(CO):n(CO₂)=5:1(摩尔比)燃料下运行超过100 h。     

Zn/Cu单晶转换MOF材料的CO2/CH4分离性能研究

CO₂的捕获和分离具有重要的工业和环境意义。采用溶剂热法,以羧基和路易斯碱位点功能修饰的配体和锌离子构筑了阴离子型金属有机框架材料{[Zn₂(N)·(DMF)₃·(CH₃)₂NH₂]·(DMF)₂}_n (NEM-7-Zn)。为了提高骨架的稳定性,通过金属离子置换工艺,将NEM-7-Zn转化为高稳定性的铜基框架材料NEM-7-Cu。采用EA、PXRD、TGA及比表面积分析等技术对多孔材料进行综合表征,并测定了NEM-7-Cu对二氧化碳、乙炔和甲烷单组分气体的吸附等温线。实验结果表明,NEM-7-Cu不仅具有较高的CO₂ 吸附性能（74 cm³·g^-1）,更表现出优异的CO₂/CH₄（11.5）和C₂H₂/CH₄（7.1）吸附选择性。通过巨正则Monte Carlo方法（GCMC）计算得到CO₂在NEM-7-Cu中的主要吸附位点为功能基团羧基与路易斯碱位点附近以及Cu的金属团簇附近。     

淀粉基多孔碳材料的制备及其吸附CO2/CH4性能

以淀粉为原料,使用水热法将其碳化后用活化剂KOH对其活化,制备了淀粉基多孔碳材料,并对其进行结构表征和CO₂/CH₄的吸附性能测试,计算吸附热以及材料对CO₂/CH₄的吸附选择性,讨论了碳材料结构对其吸附性能的影响。结果表明：在制备过程中,随着活化剂KOH用量比例的增大,所制得的材料其比表面积和孔容增大,其孔径分布也就越宽。所制得的碳材料其比表面积可达2972 m²·g^-1。这些淀粉基多孔碳材料对水蒸气的吸附等温线呈现出Ⅳ类等温线。所制备材料对CO₂吸附容量主要取决于其孔径小于0.8 nm的累积孔容（Vd < 0.8 nm）。材料的超微孔的孔容越大,其对CO₂吸附容量也越大。所制备的C-KOH-1材料在101325 Pa和298 K条件下,对CO₂的吸附量达到4.2 mmol·g^-1,其对CO₂的吸附热明显高于其对CH₄吸附热,其对CO₂/CH₄吸附选择性为3.7～4.26,同时本文通过对材料的水蒸气吸附等温线进行测试,结果表明所得材料主要表现为中等憎水性,这对材料在实际工况的应用奠定了基础。     

CeO2-β-CD改性阳极微生物燃料电池处理抗生素废水的性能研究

为了提高微生物燃料电池的性能，提出采用纳米级氧化铈(CeO₂)和β-环糊精(β-CD)进行阳极改性的方法。采用溶液浸泡法制备CeO₂-β-CD改性碳毡阳极，以制药废水为阳极液，以驯化污泥为微生物菌种，对比分析3种不同阳极对双室微生物燃料电池性能的影响。结果表明，采用CeO₂-β-CD改性阳极的微生物燃料电池的稳态电流密度、最大功率密度、150 h的发电能量及对制药废水的化学需氧量(COD)去除率分别约为0.22 A·m^-2、0.073 W·m^-2、86.26 J和68%，较采用未改性碳毡阳极的微生物燃料电池分别提高了266.7%、114%、522.4%和94%。CeO₂-β-CD改性阳极显著提高了微生物燃料电池的产电能力和废水处理效果。     

甲烷干气重整（Ni/MgAl2O4）@SiO2催化剂的制备及抗积碳性能研究

采用烷基偶联剂水解法制备（Ni/MgAl₂O₄）@SiO₂催化剂,探究Ni、SiO₂质量分数对催化剂的甲烷干气重整（DRM）反应活性和抗积碳性能的影响。在常压、750℃、V（CH₄）∶V（CO₂）∶V（N₂）=5∶5∶1、GHSV=26 400 mL/(g_cat·h)条件下进行DRM反应,（10Ni/MgAl₂O₄）@5SiO₂催化剂表现出最好的反应性能,CH₄转化率为77%,CO₂转化率为90%。通过TEM、SEM等表征发现,SiO₂可以包覆在Ni/MgAl₂O₄催化剂表面,阻碍Ni晶粒团聚,增大催化剂的抗积碳性能。将该催化剂在严苛条件[V（CH₄）∶V（CO₂）∶V（N₂...     

氨基化聚乙烯醇/明胶树脂吸附Cu(Ⅱ)的实验研究

为了回收电解废液中的金属铜,以聚乙烯醇、明胶为原料,制备了聚乙烯醇/明胶交联聚合物(PVA@GEL),再接枝改性试剂3-氨基-三甲氧基硅烷,制备了氨基化聚乙烯醇/明胶树脂(PVA@GEL-NH₂)。采用FT-IR、SEM及EDS对产物进行表征,考察了吸附液酸度、初始质量浓度、吸附时间对PVA@GEL-NH₂吸附Cu(Ⅱ)性能的影响。结果表明,PVA@GEL-NH₂为纳米粒子的聚集体,常温下,溶液p H=5.0、Cu(Ⅱ)初始质量浓度为50mg·L^-1、吸附时间为120min时,PVA@GEL-NH₂对Cu(Ⅱ)的吸附量为49.49mg·g^-1,回收率达到98.98%。PVA@GEL-NH₂对Cu(Ⅱ)的吸附行为,符合Langmuir等温吸附模型和二级动力学吸附模型,在混合溶液中对Cu(Ⅱ)具有较好的选择性,对实验用电池混合废水中Cu(Ⅱ)的吸附回收率达到92%以上。     

CO2/CH4/N2在沸石13X-APG上的吸附平衡

采用磁悬浮热天平测量了CO₂、CH₄与N₂在沸石13X-APG上的吸附等温线,温度为293、303、333和363 K,压力为0～500 kPa。对吸附平衡实验数据采用multi-site Langmuir模型和Sips模型进行拟合,均得到良好的拟合效果,非线性回归得到吸附热等模型参数,可为变压吸附工艺过程的开发提供基础热力学数据。将沸石13X-APG吸附分离性能与文献中报道的吸附材料(如沸石分子筛、活性炭、金属有机骨架材料和介孔硅分子筛)性能相比较。通过比较CO₂、CH₄与N₂吸附容量以及相对分离系数,探讨CO₂/CH₄(垃圾填埋气或者CO₂强化煤层甲烷回收气)体系、CO₂/N₂(燃煤电厂、水泥厂以及焦炭厂烟道气)体系以及CH₄/N₂(煤层气)体系吸附分离的高效材料,为未来二氧化碳吸附捕集和甲烷吸附回收提供基础数据。     

原位双金属纳米颗粒YST复合阳极的构筑及其直接碳催化性能研究

研究了原位Cu析出和CuCo双金属析出的钇掺杂钛酸锶（YST）材料在作为直接碳燃料电池（DC-SOFCs）阳极时的结构及性能。首先采用燃烧法制备系列Co掺杂的Y_0.08Sr_0.92Ti_0.9-xCu_0.1Co_xO_3-δ（x = 0,0.1,0.2,0.3）阳极材料。通过XRD、SEM、TEM等表征材料微观结构，结果表明Co掺杂量达到0.2时，氢气还原后的阳极材料析出均匀分布的CuCo双金属纳米颗粒。电导率测试表明CuCo双金属纳米颗粒有效提高了材料的电导率。CO氛围下的阻抗测试表明，析出CuCo双金属纳米颗粒的Co0.2阳极材料具有最小的极化阻抗，催化活性优于其他阳极材料，以其作为阳极的电池在800℃和碳为燃料时，最大功率密度可达591 mW·cm^-2，且具有良好的稳定性，是一种优异的DC-SOFC阳极材料。     

新型Na/CFx可充电池催化剂的制备与性能

类似于锂/氟化碳（Li/CF_x）电池，钠/氟化碳（Na/CF_x）电池具有低廉的价格和较高的能量密度，是未来锂离子电池的理想替代选项。但是Na/CF_x电池目前还存在着极化大和循环性能差等问题。为解决以上问题，在CF_x阴极中加入催化剂成为改善电池电化学性能的一个重要途径。分别采用水热法和溶胶-凝胶法制备了催化剂材料Co₃O₄-TiO₂和ZrO₂，并对其进行了表征。分别将TiO₂、Co₃O₄、Co₃O₄-TiO₂以及ZrO₂ 4种催化剂材料按10%（质量比，下同）加入CF_x正极中并组装成电池，然后对电池进行了恒流充放电、交流阻抗以及循环伏安等电化学性能测试。实验结果表明，加入4种催化剂后，Na/CF_x电池的放电比容量得到明显提升。其中，ZrO₂催化剂表现出最佳的催化性能。经过100次后循环后，含有ZrO₂的Na/CF_x电池的放电比容量为167.3 mAh·g^-1，极大地改善了钠/氟化碳电池的循环性能。     

Mo2C/Cu共负载TiO2光催化CO2还原性能

光能驱动CO₂还原技术有望减少CO₂排放并同时提供高价值化学燃料，缓解能源转型带来的压力。发展高活性光催化剂是实现该技术应用的关键，负载贵金属是提高其光催化效率的有效途径，但由于贵金属成本昂贵、储量稀少等原因，限制了其大规模使用。因此，发展贵金属替代品对光催化CO₂还原具有重要意义。Mo₂C是一种具有与贵金属相似的电子结构的过渡金属碳化物，采用尿素还原方式制备了Mo₂C和Cu共负载TiO₂光催化剂，结合物理化学性质分析，对其在紫外光下的光催化活性进行评价。结果表明，在TiO₂上负载Mo₂C后，在CO₂催化转化过程中显著促进H₂和CH₄的产生，而Mo₂C和Cu共沉淀可抑制H₂产生并促进CO₂进一步转化为CH₄;光照4 h后，其CH₄累计产量达...     

用于HC-SCR还原NOx的Cu基分子筛催化剂研究进展

烃类化合物选择性催化还原(HC-SCR)是一种有效的脱硝技术，但是在较低温度下Cu基分子筛催化剂用于HC-SCR催化还原NO_x存在催化活性较低、活性温度窗口较窄的问题。本文针对铜/分子筛催化剂选择催化还原NO_x的研究进展，系统介绍了负载型Cu基分子筛催化剂在HC-SCR应用中的反应机理以及载体、负载Cu含量、制备工艺、还原剂、H₂O和SO₂对催化活性的影响。发现掺杂与铜产生协同作用的金属助剂有助于提高低温催化活性。最后提出了制备具有优异低温催化活性的HC-SCR铜基分子筛催化剂的策略和今后开发高效性能催化剂的研究方向，例如适当增加Cu负载量、控制Si/Al比以及进一步提高金属活性组分的分散性。     

甲烷为燃料的固体氧化物燃料电池阳极催化剂研究进展

综述了以甲烷为燃料的固体氧化物燃料电池(SOFC)阳极催化剂研究进展,介绍了传统的镍基复合催化剂,添加其它过渡金属Cu、Co、Fe等的复合催化剂和新型的钙钛矿型离子电子混合导体阳极材料体系的性能,提出了阳极极化、催化活性、积碳等存在的问题,展望了以甲烷为燃料的SOFC应用前景.     

Ru和Cu协同催化湿式氧化处理氨氮废水

采用化学还原法制备了RuCu/TiO₂双金属催化剂,并探究了Ru和Cu的协同作用对催化湿式氧化（CWAO）无害化处理氨氮废水催化性能的影响。研究结果表明,Cu的添加可有效改善Ru/TiO₂催化剂的N₂选择性,而Ru的存在可有效提高Cu/TiO₂催化剂的催化活性。反应条件为0.5 MPa、150℃、[NH₃]₀=1000 mg·L^-1、pH=12、模拟废水处理量为33 L·（kg cat）^-1·h^-1时,1Ru2Cu/TiO₂能使废水的氨氮转化率和N₂选择性分别高达87.7%和85.9%。表征结果表明：Ru和Cu的协同在催化氧化氨氮废水过程中起了关键作用,主要体现在：Ru和Cu的强相互作用导致1Ru2Cu/TiO₂催化剂具有良好的抗流失性能,进而使得催化剂具有良好的稳定性;Ru和Cu的电子转移使得1Ru2Cu/TiO₂具有适中的亲氧性能,有效提高了催化剂的催化活性。     

可逆固体氧化物电池La0.2Sr0.8TiO3–δ基纤维燃料极的浸渍改性

开发适合可逆操作的高性能燃料极材料对可逆固体氧化物电池的发展至关重要。为解决La_xSr_1–xTiO₃燃料极材料催化活性差及离子电导率低等问题,采用静电纺丝技术直接制备富含连通孔洞的La_0.2Sr_0.8TiO_3–δ (LST)/氧化钇稳定型氧化锆(YSZ)复合纤维,构建了以LST骨架为电子通道主路、YSZ颗粒为离子通道穿插的三维网络混合导体通路,并通过浸渍Ce_0.9M_0.1O_2–δ (M=Fe、Co、Ni)纳米颗粒对燃料极骨架修饰改性,增强燃料极与电解质层间的界面结合,研究不同浸渍物对纤维基燃料极催化活性的影响。结果表明：浸渍Ce_0.9Ni_0.1O_2–δ的燃料极兼具有较强的氢氧化能力和氢还原能力,在浸渍物和Ni纳米颗粒析出的共同作用下,单电池在850℃、3%(体积分数) H₂O/H₂下...     

高分散SiO2/石油沥青基多孔碳用于锂离子电池负极

二氧化硅(SiO₂)作为锂离子电池负极材料具有理论容量高、放电电位低、成本较低等特点，但存在导电性差、充放电过程体积膨胀严重以及容量衰减过快等问题。以石油沥青为碳源，利用硅烷偶联剂KH-540对纳米α-Fe₂O₃模板剂进行表面化学包覆，然后将硅源修饰模板剂与碳源混合，经碳化、酸洗等步骤得到高分散SiO₂/石油沥青基多孔碳(SiO₂/PC)。所得SiO₂/PC作为锂离子电池负极材料，在1 A·g^-1电流密度下，循环900圈后仍具有640 mA·h·g^-1的高可逆比容量。研究结果表明，高度纳米化的SiO₂在高温碳化过程原位生成，紧密牢固地负载于多孔碳表面，提高了其导电性，同时能够有效缓解SiO₂在充放电过程中的体积膨胀，抑制SiO₂的团聚或粉化，从而表现出优异的电化学性能。     

三维石墨毡阳极自呼吸微流体燃料电池性能数值模拟

针对采用三维石墨毡可渗透阳极的空气自呼吸无膜微流体燃料电池,建立了三维等温稳态数学模型,对电池中燃料及电解液的流动和传输、电极过程动力学及电荷传递过程进行了模拟,计算获得了具有石墨毡阳极的微流体燃料电池内的传质和燃料渗透特性,研究了石墨毡厚度及反应物（燃料和电解液）流量对电池性能的影响。结果表明：当入口流量为333 μl·min^-1时,采用石墨毡可渗透阳极相比碳纸和碳布可渗透阳极,极限电流密度和极限功率密度分别提升12%和50%;电池电压为0.8 V时燃料渗透引起的寄生电流密度仅占电流密度的0.86%。电池性能随着石墨毡电极厚度增加而升高,但增幅逐渐减小;反应物流量增大,电池的性能先增加后逐渐趋于稳定。     

复合阳极Ni-Fe/Ce0.9Gd0.1O1.95在阴极支撑单电池的性能及其表征

为了提高固体氧化物燃料电池在中温条件下的电性能,探索了一种双金属阳极的阴极支撑单电池。单电池以La_0.6Sr_0.4CoO₃（LSC）-Ce_0.9Gd_0.1O_1.95（GDC）为阴极支撑体,旋涂了甘氨酸-硝酸盐法制备的La_0.9Sr_0.1Ga_0.8Mg_0.2O_3-δ（LSGM）电解质及Sm_0.2Ce_0.8O_1.9（SDC）缓冲层,涂覆了由硬模板法和浸渍法结合制备的Ni-Fe/GDC双金属阳极。对制备材料进行了XRD和微观形貌分析,单电池电化学测试在800 ℃和750 ℃下,以氢气为燃料的最大功率密度达0.73 W/cm²和0.64 W/cm²,以甲烷为燃料时达0.41 W/cm²和0.40 W/cm²。测试后的SEM表明,阳极具有多孔的微观结构,金属颗粒均匀包覆蠕虫状GDC,保证了单电池具有较高的发电性能。