部分填充床燃烧器中庚烷均相/异相耦合燃烧

在微小型燃烧器内进行了正庚烷的预混燃烧实验,研究三种不同的燃烧模式,即均相燃烧(HMC)、异相燃烧(HTC)、均相燃烧与异相燃烧同时发生的耦合燃烧(CC),包括三种燃烧模式下不同输入功率(P=20～70W)和当量比(Φ=0.55～2.5)的正庚烷的稳燃范围、转化率、燃烧效率、气相产物分布特性、壁面最高温度以及壁面沿程温度的特性。结果表明：CC模式的稳燃范围最小且同时受到HMC贫燃极限和HTC富燃极限的限制。HMC和CC燃烧模式下正庚烷转化率较高,在Φ≤1.6时,转化率超过90%。HTC工况下正庚烷转化率仅为16%～31%,产物CO₂选择性高,其他可燃气体基本没有。当Φ≥1.0时,CC的燃烧效率大于HMC,其原因在于CC模式下不完全燃烧产物(如H₂、CO、C₂H₄、C₂H₂等)含量较小,完全燃烧产物CO₂含量高。三种燃烧模式的最高壁面温度呈现出T_max-HMC>T_max-CC>T<...     

Pt/ZSM-35催化长链正构生物烷烃加氢裂化/异构化制航空煤油

以生物质油加氢脱氧得到的长链正构生物烷烃为原料，考察了H-MCM-49、H-ZSM-5、H-ZSM-22和 H-ZSM-35这4种不同分子筛催化剂的物化性质及其加氢裂化/异构化制生物航空煤油的性能。在此基础上，以H-ZSM-35分子筛为载体，制备并表征了一系列低负载量（0.1%、0.2%和0.3%）的Pt/ZSM-35双功能催化剂，以长链正构生物烷烃转化率、C₉~C₁₆产物选择性、生物航空煤油收率和异正比为指标，对其加氢裂化/异构化制生物航空煤油反应性能进行了评价，并对反应工艺条件进行优化。结果表明：H-ZSM-35的强酸中心强度高、酸量大，其结构中较小的孔口和较大的球型笼使其具有一定的容烃量和较好的择形性能，0.1%~0.3% Pt负载后， Pt/ZSM-35双功能催化剂表现出很好的加氢裂化/异构化活性和选择性。采用0.1% Pt/ZSM-35双功能催化剂在反应条件为320℃、1MPa、0.7h^-1、氢油比840∶1时，长链正构生物烷烃的转化率为84.3%，生物航空煤油收率达41.1%，产物异正比为1.34。81h长运转测试结果表明，该催化剂具有很好的稳定性。     

甲烷与正丁烷微小尺度催化燃烧性能比较

对微圆管内甲烷和正丁烷在Pt/ZSM-5上的催化燃烧进行实验研究,获得并分析了二者的稳燃范围、产物浓度、壁温分布和壁面散热等燃烧性能。发现在富燃条件下甲烷和正丁烷能够在大当量比下实现催化自稳燃烧。相同流量下正丁烷稳燃当量比范围宽于甲烷,贫燃范围在0.4附近。流量由200 ml·min^-1增大至1000 ml·min^-1,甲烷和正丁烷转化率出现大幅下降。在实验范围内,正丁烷和甲烷的转化率差异不大。化学当量比条件下随流量增大,正丁烷的转化率在600 ml·min^-1开始高于甲烷。甲烷和正丁烷能够在散热比例高达70%的情况下自稳催化燃烧且转化率在95%以上。相同流量下,与甲烷相比,正丁烷催化燃烧的壁温、散热功率和散热比例都更高。整体来看,正丁烷催化稳燃范围较甲烷略宽,两者转化率曲线相近,放热功率和壁面散热功率相差较小,正丁烷在必要时可作为甲烷的替代燃料。     

小晶粒ZSM-22的可控合成及其催化长链正构生物烷烃制航空煤油性能

由生物脱氧油制生物航空煤油具有较大应用潜力和发展前景,为了提高生物航煤的收率,开发性能更好的加氢裂化/异构化催化剂是关键。本文采用水热合成法,在低温陈化、加入晶种、提高合成凝胶的碱度或加入有机碱条件下,合成了平均c轴尺寸在100~330nm的小晶粒ZSM-22分子筛,进行了XRD、SEM、N₂物理吸附、NH₃-TPD和吡啶红外表征,并以生物质油加氢脱氧得到的长链正构生物烷烃为原料,考察了不同晶粒尺寸 ZSM-22催化剂催化裂化和异构化制生物航空煤油的性能。结果表明,通过提高碱度合成的小晶粒H-ZSM-22 具有较强的酸中心,较多可及的强B酸中心数量,其长链正构烷烃转化率可达80%以上。在此基础上,制备的Pt/ZSM-22催化剂具有较高的Pt分散度,表现出很好的加氢裂化/异构化性能,其长链正构烷烃的转化率高达97.79%,生物航煤收率达50.25%,航煤产物异正比为7.55。     

前驱体转化法可控制备γ-二氧化锰及其催化燃烧甲苯性能

采用前驱体转化法将四氧化三锰分别与硝酸、硫酸、醋酸进行歧化反应,制备了3组γ-二氧化锰催化剂（Mn-N、Mn-S、Mn-A）,研究了不同酸对产物结构和形貌的影响。通过X射线衍射（XRD）、扫描电镜（FE-SEM）、透射电镜（HR-TEM）、氮气吸附-脱附、X射线光电子能谱（XPS）、氢气程序升温还原（H₂-TPR）和氧气程序升温脱附（O₂-TPD）等表征方法系统分析了各产物的物化性质,并采用甲苯催化燃烧作为探针反应用于评估γ-二氧化锰催化剂的活性。结果表明,经硝酸处理得到的催化剂Mn-N具有最佳的甲苯催化燃烧活性,在质量空速为40 000 mL/（g·h）条件下,起燃温度T₁₀（对应转化率为10%）为190 ℃,完全燃烧温度T₉₀（对应转化率为90%）为229 ℃。这可能与其具有较大比表面积、较高的锰（Ⅲ）和吸附氧物种含量、较好的可还原性和晶格氧流动能力有关。此外,经过连续30 h的稳定性实验,Mn-N仍可保持良好的催化活性。     

正构生物烷烃在Pt/ZSM-5催化剂上选择性加氢裂化制备液体生物燃料

开发了一种通过正构生物烷烃在Pt/ZSM-5催化剂上的选择性加氢裂化来制备高品质液体生物燃料的新方法.生产得到的液体生物燃料包含了煤油、汽油和柴油,分离后可直接作为航空燃料或车用燃料使用.以商业ZSM-5分子筛为载体,制备和表征了不同组成的Pt/ZSM-5催化剂.采用转化率、煤汽比和异构率为指标,考察了温度、压力和空速等条件对反应的影响,比较了不同组成时催化剂的催化性能.结果表明:对于同一催化剂,裂化产物异构率随转化率增加而增加;除转化率外,异构率还与酸性位的烯烃被覆度相关;当采用0.7%Pt/ZSM-5(硅铝比50)为催化剂时,在4MPa、320℃、1h^-1、氢油体积比1500:1的反应条件下,原料转化率即可达到82%,产物中煤油含量为43.6%,异构率为1.29,汽油含量为38.0%.     

甲烷与正丁烷微小尺度催化燃烧性能比较

对微圆管内甲烷和正丁烷在Pt/ZSM-5上的催化燃烧进行实验研究,获得并分析了二者的稳燃范围、产物浓度、壁温分布和壁面散热等燃烧性能。发现在富燃条件下甲烷和正丁烷能够在大当量比下实现催化自稳燃烧。相同流量下正丁烷稳燃当量比范围宽于甲烷,贫燃范围在0.4附近。流量由200 ml·min~(-1)增大至1000 ml·min-1,甲烷和正丁烷转化率出现大幅下降。在实验范围内,正丁烷和甲烷的转化率差异不大。化学当量比条件下随流量增大,正丁烷的转化率在600 ml·min~(-1)开始高于甲烷。甲烷和正丁烷能够在散热比例高达70%的情况下自稳催化燃烧且转化率在95%以上。相同流量下,与甲烷相比,正丁烷催化燃烧的壁温、散热功率和散热比例都更高。整体来看,正丁烷催化稳燃范围较甲烷略宽,两者转化率曲线相近,放热功率和壁面散热功率相差较小,正丁烷在必要时可作为甲烷的替代燃料。     

用于丙烷催化燃烧的PdxPty-ZSM-5/Cordierite整体式催化剂

以ZSM-5分子筛、铝溶胶、硝酸钯、硝酸铂和水为原料制备分子筛浆料，采用真空抽提-一次涂覆法在堇青石蜂窝陶瓷载体表面制备出Pd_xPt_y-ZSM-5/Cordierite整体式催化剂，考察了Pd负载量、ZSM-5分子筛的硅铝比和Pd/Pt质量比对整体式催化剂的丙烷催化燃烧性能的影响，并用超声波振荡、SEM、XRD、H₂-TPR和C₃H₈-TPD等手段对整体式催化剂进行了表征。当球磨时间为60 min，分子筛浆料固含量为38%时，整体式催化剂的涂层上载量可达到178 g?L^-1，涂层脱落率低于0.5%。Pd₂Pt₃-ZSM-5/Cordierite整体式催化剂（贵金属总负载量为1.2 g?L^-1）对于丙烷的催化燃烧具有较好的催化活性（T₅₀=259℃，T₉₀=323℃）和稳定性，具有良好的工业应用前景，其中较低的ZSM-5分子筛硅铝比以及Pd和Pt之间的相互作用增加了对丙烷的吸附能力和表面活性氧物种的数量，从而提高了整体式催化剂的催化活性。     

NbO x 掺杂对Pt/TiO2催化燃烧氯乙烯的促进作用

通过制备Pt/Nb _x /TiO₂研究了NbO _x 在催化燃烧氯乙烯中的作用;采用XRD、XPS、H₂-TPR、NH₃-TPD与Py-FT-IR表征了NbO _x 对于催化剂组织结构、氧化还原以及酸碱性的影响。负载NbO _x 可促进Pt/TiO₂反应性能的提高,当Nb/Ti摩尔比为0.09时,即Pt/Nb_0.09/TiO₂可在246℃实现90%氯乙烯的转化;与Pt/TiO₂相比,达到相同转化率的温度向低温偏移69℃。NbO _x 也影响了催化燃烧过程中的含氯副产物的总浓度和分布。催化剂表征结果发现NbO _x 的引入可进一步增加Pt与载体（TiO₂）之间的相互作用,提高催化剂的表面活性氧物种的浓度,进而促进了催化剂氧化还原性能的提高。催化剂表面的总酸量随着NbO _x 含量的增加而降低,尤其是表面Lewis酸量。因此,催化剂表面的酸量和酸分布不是决定反应性能的唯一因素,而低温的氧化还原性更有利于催化剂性能的提高。     

NbO x 掺杂对Pt/TiO2催化燃烧氯乙烯的促进作用

通过制备Pt/Nb _x /TiO₂研究了NbO _x 在催化燃烧氯乙烯中的作用;采用XRD、XPS、H₂-TPR、NH₃-TPD与Py-FT-IR表征了NbO _x 对于催化剂组织结构、氧化还原以及酸碱性的影响。负载NbO _x 可促进Pt/TiO₂反应性能的提高,当Nb/Ti摩尔比为0.09时,即Pt/Nb_0.09/TiO₂可在246℃实现90%氯乙烯的转化;与Pt/TiO₂相比,达到相同转化率的温度向低温偏移69℃。NbO _x 也影响了催化燃烧过程中的含氯副产物的总浓度和分布。催化剂表征结果发现NbO _x 的引入可进一步增加Pt与载体（TiO₂）之间的相互作用,提高催化剂的表面活性氧物种的浓度,进而促进了催化剂氧化还原性能的提高。催化剂表面的总酸量随着NbO _x 含量的增加而降低,尤其是表面Lewis酸量。因此,催化剂表面的酸量和酸分布不是决定反应性能的唯一因素,而低温的氧化还原性更有利于催化剂性能的提高。     

γ-叔丁基过氧丙基三甲氧基硅烷的制备及表征

以过氧化氢叔丁醇和3-氯丙基三甲氧基硅烷为原料,以三氯化铁为催化剂在甲苯溶剂中首次了合成γ-叔丁基过氧丙基三甲氧基硅烷。利用红外吸收光谱、¹H核磁共振谱以及质谱对产物表征,确定其结构。通过研究催化剂种类、反应物配比、反应时间以及反应温度等因素对合成反应的影响,探讨出实验最佳方案为:反应时间8h,反应温度40℃,n(过氧化氢叔丁醇):n(3-氯丙基三甲氧基硅烷)=1.2:1,催化剂用量为3-氯丙基三甲氧基硅烷质量的1.5%。在此条件下,产物产率最高为42%。     

H2O2/乙腈体系下MgO催化环己酮Baeyer-Villiger绿色氧化合成ε-己内酯的研究

在H₂O₂/乙腈体系下以沉淀法制备的MgO为催化剂催化Baeyer-Villiger（B-V）氧化环己酮合成ε-己内酯,考察了制备条件和反应条件对环己酮转化率和己内酯收率的影响。根据实验结果,Mg(NO₃)₂·6H₂O为前体,在煅烧温度为600℃、煅烧时间为2 h时制备MgO氧化性能最佳,由X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）进行了分析,可知随温度升高MgO粒径逐渐增大,500~800℃范围内,MgO晶粒尺寸由9.53 nm增大到29.49 nm。在n（催化剂）∶n（环己酮）=0.45∶1、n（乙腈）∶n（环己酮）=12∶1、n（双氧水）∶n（环己酮）=10∶1、70℃、6 h时获得环己酮转化率95.2%及ε-己内酯收率83.1%。对双氧水B-V氧化环己酮机理进行了深入的研究,采用在线原位红外光谱对反应进行实时监测与分析,验证了其过氧缩酰胺反应路径。     

CeO2复合改性ZSM-5分子筛用于催化甲醇制丙烯研究

在甲醇制丙烯(MTP)反应中,ZSM-5分子筛较强的酸性易使甲醇与ZSM-5接触发生氢转移、芳构化等二次反应,堵塞孔道,使得其微孔结构更加不利于分子的扩散,加速催化剂积碳失活,导致丙烯选择性和丙烯/乙烯(P/E)比值下降。因此,本文利用催化活性较高的CeO₂对ZSM-5分子筛进行复合改性以达到有效降低其酸性并增大介孔的目的来提高丙烯选择性和P/E比。通过XRD、NH₃-TPD和N₂吸脱附技术表征,研究了不同ZSM-5硅铝比(摩尔比)、两相质量比(m(CeO₂)/m(ZSM-5))对CeO₂/ZSM-5复合催化剂物化性质的影响。在反应温度480 ℃、重时空速2.6 h^-1、N₂流量100 mL·min^-1、常压纯甲醇进料的条件下,考察了所制备的复合催化剂催化MTP的性能。结果表明,硅铝比为250、m(CeO₂)/m(ZSM-5)为1∶4的复合催化剂比以往研究结果具有更优异的MTP催化性能,甲醇转化率为99.9%,丙烯选择性为42.78%,P/E比为6.3。     

ZSM-5沸石分子筛膜的制备及脱盐性能研究

淡水资源日益短缺,发展膜法海水淡化技术是满足世界淡水供应需求的重要途径,但是寻找合适的膜材料依然是人类面临的挑战。ZSM-5沸石分子筛膜（简称沸石膜）具有规则的孔道结构、合适的孔径尺寸（0.51~0.56 nm）以及可调变的硅铝比,在有机物脱水分离应用中展示了优异的选择性及良好的渗透性和稳定性。基于其孔径尺寸介于水分子和盐离子之间,其在海水淡化脱盐领域也具有应用潜力。在大孔α-Al₂O₃载体上采用二次生长法制备了ZSM-5沸石膜,考察了晶化时间与合成液的硅铝比对ZSM-5沸石膜成膜和渗透蒸发脱盐性能的影响,并采用XRD、SEM、EDS与水接触角表征了合成膜的相结构与结晶度、骨架组成表面特性等膜的结构性质。结果表明：通过二次水热法采用合成液摩尔配比为n（Al₂O₃）∶n（SiO₂）∶n（Na₂O）∶n（NaF）∶n（H₂O）=0.05∶1∶0.21∶1.01∶55的合成液在175℃下晶化48 h为最佳的合成条件,制备了Si/Al比为10、接触角为17.5°的亲水纯相致密ZSM-5沸石膜,并在75℃下对3.5%（质量）的NaCl水溶液进行了渗透蒸发测试,水的通量和盐离子截留率达到8.35 kg·m^-2·h^-1和99.99%,且性能在60 h的时间依存性测试后依然稳定,表现出了很高的海水淡化工业应用潜力。     

Pd-β/MCM-41复合分子筛加氢裂解废食用油性能研究

以碱处理β沸石作为硅铝源,以CTAB为模板剂,合成了β/MCM-41介孔-微孔复合分子筛,以其为载体制备Pd-β/MCM-41复合分子筛催化剂,利用XRD、N₂吸附-脱附、NH₃-TPD和XRF等技术对其进行了表征,并与γ-Al₂O₃、USY、ZSM-5等载体制备的催化剂比较了废食用油加氢裂解活性。结果表明：β/MCM-41复合分子筛同时具备β沸石和MCM-41分子筛的结构,β/MCM-41为载体时,Pd-β/MCM-41催化剂具有适宜的中强酸性中心,适宜的孔道分布结构,催化剂加氢裂解废食用油的活性最高。此外还考察了催化剂制备条件对废食用油加氢裂解反应的影响,结果表明：采用离子交换法制备负载量2%的Pd-β/MCM-41复合分子筛催化剂、焙烧温度为500 ℃时,催化剂对废食用油加氢裂解的效果最好。此时,原料油的转化率可以达到85.9%,生物汽油的收率可以达到16.4%,生物柴油的收率达到17.8%,且此催化剂水热稳定性较好,再生性能良好,工业化应用前景较好。     

Fe2O3催化无烟煤燃烧燃点降低机理的实验研究

利用TG-DTG法和DTA法研究了无烟煤催化燃烧时燃点的变化情况,结果表明Fe2O3可使无烟煤的燃点降低。基于无烟煤燃点的形成原因和催化热解过程,研究了催化热解过程中热解转化率、热解气组成、半焦表面结构的变化情况,结果表明Fe2O3促进了无烟煤的热解,热解转化率、热解气的组成明显变化,热解气热值增加。催化热解产生的半焦表面形貌粗糙,颗粒细碎,比表面积大。由于热解过程直接影响到点燃过程,因此通过催化热解的研究,可知催化燃烧过程中均相燃烧（热解气燃烧）提供给异相燃烧（半焦燃烧）的热量高于非催化燃烧。同时催化热解所得半焦的吸附氧气能力强,在低温时吸附氧气的速率较快,缩短了达到点燃时所需氧气浓度的时间,进而降低了无烟煤的燃点。     

生活垃圾与花生壳水热炭化物的燃烧特性研究

以生活垃圾（MSW）与花生壳（PS）共水热炭化产物的理化性质研究为切入点,采用热重分析法探究炭化物的燃烧特性及反应动力学,结果表明：炭化物在燃烧过程中出现3个失重峰,第二个失重峰的损失程度最大,超过了燃烧总失重的50%。同一炭化温度条件下,随着PS掺混占比的增加,燃烧越彻底,热重曲线逐渐偏向高温区。随着升温速率的提高,炭化物的着火温度、燃尽温度、燃烧特性指数均提高。MSW与PS混合共水热炭化的炭化物在燃烧过程中存在协同作用。生活垃圾掺混花生壳,随着炭化温度的升高（180~260℃）,固定碳含量与燃烧特性指数S均先增后减,最小着火能量（E_αi）先减后增。MSW与PS按质量比5∶5掺混,在220℃的条件下共炭化,升温速率为40℃/min时,其产物220MSW5PS5的燃烧特性指数最高（5.727×10^-6 min^-2·℃^-3）,最小着火能量最低（89.55 kJ/mol）。