铁系元素掺杂的Pt基疏水催化剂的制备及活性研究

以炭黑为载体、乙二醇为溶剂, 利用高压微波加热法分别制备了铁系元素(即Fe、Co、Ni三种元素)掺杂的Pt基二元催化剂. 采用TEM、XRD、EDX、XPS等手段分析了催化剂的微观结构. 活性金属粒子在炭黑载体表面分布均匀; Fe、Co、Ni掺杂后, 催化剂中活性金属粒子的粒径分布变窄, 平均粒径明显减小(由4.57nm分别降低至2.17、2.41、2.55nm); 催化剂中Pt存在Pt(0)、Pt(II)、Pt(IV)三种价态. 将催化剂分散于聚四氟乙烯乳液中, 采用自然浸渍法负载于泡沫镍, 制得Pt基疏水催化剂, 考查了其对氢-水液相交换反应的催化活性. 与单一Pt基疏水催化剂相比, 过渡金属掺杂后的二元疏水催化剂对氢-水液相交换反应的催化活性明显提高. 其催化活性由高到低依次为: PtFe/C/FN>PtCo/C/FN>PtNi/C/FN>Pt/C/FN. 催化活性的提高可能主要来源于催化剂活性金属粒径的减小. 此外, H₂O分子在Fe系元素表面的解离行为也有一定的贡献.     

浸渍溶液对Pt/PTFE/泡沫SiC规整疏水催化剂性能的影响

Pt/PTFE/泡沫SiC规整疏水催化剂可用于氢-水液相催化交换反应(Liquid-phase catalytic exchange process,LPCE)进行水去氚化(Water detritiation system,WDS)。为研究浸渍溶液对该催化剂性能的影响,以丙酮、乙二醇、无水乙醇分别配制不同的氯铂酸-有机溶液,直接浸渍具有疏水性的PTFE/泡沫SiC,250°C气相还原,从而制备Pt/PTFE/泡沫SiC规整疏水催化剂。利用X射线衍射分析(X-ray diffraction,XRD)、X射线光电子能谱分析(X-ray photoelectron spectroscopy,XPS)、透射电子显微镜(Transmission electron microscope,TEM)等表征手段分析所得催化剂的结构与组成,并研究其氢-水液相催化交换性能。三种催化剂的平均粒径分别为9.3 nm、3.6 nm、6.8 nm,乙二醇对Pt粒子有保护作用,得到的平均粒径最小。Pt存在Pt(0)、Pt(II)和Pt(IV)三种价态,氯铂酸-乙醇和氯铂酸-乙二醇制备的催化剂中0价态均为主要价态,Pt(0)比例分别为47.60%和43.97%,氯铂酸-丙酮制备的催化剂中4价态为主要价态。根据LPCE性能测试结果,氯铂酸-乙二醇制备的催化剂柱效率最高,说明催化剂中Pt(0)价态比例接近时,Pt粒子粒径大小对氢-水液相催化交换反应的影响更明显。揭示乙二醇为优选溶剂。     

氢-水液相交换疏水催化剂制备及活性影响因素研究进展

氢-水液相催化交换反应（LPCE）可用于含氚废水处理、含氚重水提氚、重水升级和重水生产等工艺,疏水催化剂是实现LPCE的关键。本文对疏水催化剂的制备方法及活性影响因素进行了综述,重点介绍了Pt/C/惰性载体类疏水催化剂的研究进展,包括惰性载体、活性金属载体的选择,碳负载Pt基催化剂制备方法,详细介绍了围绕疏水催化剂制备开展的基础研究工作,如LPCE微观反应机理,活性金属微观结构与催化活性的关系等。对疏水催化剂这一领域有待解决的问题及下一步的研究方向进行了探讨。     

基于两级钯膜反应器的氚水处理技术

为了处理高浓氚水,搭建了一台氢-水同位素交换串联水汽变换的两级钯膜反应器装置,可以实现级联处理工艺。以天然水代替氚水为源项,以D₂代替H₂开展了除氢实验,最高获得了207.4的除氢因子,验证了两级钯膜反应器用于处理氚水的可行性。通常情况下,水汽变换反应的除氢因子大于氢-水同位素交换反应。其中,氢-水同位素交换中D₂/H₂O体积流量比越大,该反应除氢因子越大;氢-水同位素交换中原料侧压力越大,该反应除氢因子越大;原料水流量越大,两个反应的除氢因子均会下降。由于一级膜反应器采用氢-水同位素交换可将氚水浓度降低1个量级以上,因而可以尽量避免二级膜反应器中CO与高浓氚接触,抑制含氚有机物的生成。由此可见,两级钯膜反应器有望成为一种高效的氚水处理装置。     

Pt/C催化剂的高压微波法制备及氢同位素交换性能研究

以异丙醇为分散溶剂与还原剂,采用高压微波加热法制备了Pt/C催化剂,研究了不同实验条件对Pt尺寸的影响,利用XRD、TEM对催化剂进行了表征。再将Pt/C催化剂和聚四氟乙烯混合,负载至泡沫镍上得到疏水催化剂,研究其对氢 水液相催化交换反应的催化性能。结果表明：加入保护剂乙酸钠、羟基乙酸钠、柠檬酸氢二钠后,Pt/C催化剂的活性金属团聚现象减少,Pt平均尺寸明显减小（由4.4 nm分别降低到2.3、2.5、2.3 nm）;升温速率对Pt尺寸影响较大,随着升温速率的提高,活性金属Pt的尺寸减小;而pH的变化对Pt粒子的尺寸影响较小。加入保护剂有利于氢 水交换反应的催化剂活性,Pt尺寸为2.3～4.4 nm时,催化剂活性随Pt尺寸减小而提高。     

聚变能源中的氚化学与氚工艺研究进展及展望

核聚变被认为是人类社会未来的理想能源，对社会、经济的可持续发展具有重要的战略意义。氘氚聚变反应具有反应截面大、反应速率高、点火温度低及释放能量大等优点，是目前聚变研究的主要目标，而高效的氘氚燃料循环工艺与技术是实现聚变能源商业应用的基础。本文主要介绍氘氚燃料循环所涉及的等离子体排灰气中氚的快速回收、氚的增殖与提取、大规模氢同位素分离、氚测量等相关氚化学与氚工艺的研究进展及展望，以期对未来聚变能源氚工厂相关技术的研究提供借鉴和参考。     

水热炭球的制备与表征

以葡萄糖为原料,采用水热碳化技术,制备了富含含氧官能团的水热炭球,并采用SEM和FTIR等技术手段对产物的表面形貌和表面官能团结构进行了表征。结果表明：水热炭球的尺寸受葡萄糖溶液浓度、反应温度和有机单体的掺杂等因素影响较大,制得的炭球表面存在丰富的含氧官能团,使其具有良好的亲水性和化学活性。     

产氚锂陶瓷的研究现状

本文概述了几类典型的锂陶瓷粉体制备、成型方法和释氚性能,分析了影响锂陶瓷释氚性能的因素,比较了锂陶瓷的成型方法及国内外锂陶瓷释氚性能研究的差距,提出了国内锂陶瓷发展方向。     

还原温度对Pt/PTFE/泡沫SiC规整疏水催化剂性能的影响

为研究还原温度对Pt/PTFE/泡沫SiC规整疏水催化剂性能的影响,以200、225、250、275、300℃为还原温度,氯铂酸-乙醇溶液为浸渍溶液,采用浸渍-气相还原法制备Pt/PTFE/泡沫SiC规整疏水催化剂。利用接触角测试仪分析还原温度对催化剂疏水性能的影响,利用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、透射电镜(TEM)等表征手段分析所得催化剂的结构与组成,并研究其氢-水液相催化交换(LPCE)性能。结果表明:还原温度的变化对催化剂疏水性能没有影响;还原温度200、225℃时催化剂中Pt粒子团聚现象严重,Pt粒子粒径大,分散性差;还原温度250、275、300℃时催化剂中Pt粒子粒径分散性较好;还原温度275℃时催化剂中Pt粒子粒径较窄,平均粒径最小,为6.2nm。Pt存在Pt(0)、Pt(Ⅱ)和Pt(Ⅳ)三种价态,还原温度275℃下催化剂中0价Pt所占比例高达72.50%,还原程度高。LPCE催化交换性能也表明,还原温度275℃时催化剂柱效率最高。揭示275℃是所选取还原温度中的最佳还原温度。     

应用于等离子体排灰气处理的甲烷水汽重整反应的热力学分析

Tokamak装置中的等离子体反应一段时间后,需对产生的排灰气进行净化处理,以回收其中的氘氚。目前拟采用甲烷水汽重整反应将化合态的氘氚转化为单质并回收。本文运用Gibbs自由能最小化方法,对应用于等离子体排灰气处理的水汽重整反应进行热力学分析,考查反应温度、原料比例、反应压力、O₂、CO₂、H₂、CO等因素对反应平衡的影响,确定了适宜的反应条件,即反应温度范围650～700 ℃,压力1×105 Pa,水碳比1.5～2.0。此外,原料气中O₂或CO₂的存在有利于减少积碳的生成量,并获得较高的氢同位素平衡转化率;H₂的存在对重整反应的热力学平衡无明显影响;CO的存在会使积碳量增加,对反应产生不利影响,在进入重整反应器前应将其去除。