煤焦异相还原N2O的反应机理

采用两种不同的简化煤焦模型,利用量子化学密度泛函理论研究了煤焦异相还原N₂O的反应机理。通过计算反应物、中间体以及过渡态的结构和能量明确了反应的过程,并通过热力学分析和动力学分析深入分析煤焦异相还原N₂O的反应机理。研究结果表明：单个碳原子无法体现N₂O分子在煤焦表面的吸附和脱附过程,不适于作为煤焦模型研究煤焦异相还原N₂O的反应,六环苯环簇碳基模型可以成功地研究煤焦异相还原N₂O的反应。煤焦异相还原N₂O的反应共经历三个过渡态和两个中间体将N₂O还原成N₂,N₂O分子在煤焦表面的吸附反应的活化能为51.01 kJ·mol^-1,煤焦表面吸附N₂O的过程容易进行。煤焦异相还原N₂O的反应在所研究的温度范围（298.15~1500 K）内为放热反应,可以自发发生,反应平衡常数大于10⁵,可以完全进行,认为是单向反应。煤焦异相还原N₂O的反应在所研究的温度范围（298.15~1500 K）内反应速率较快,反应活化能为43.55 kJ·mol^-1,Arrhenius表达式为1.24×10¹⁰exp（-5238.15/T）。     

亚熔盐活化含钾岩石制备球形羟基钙霞石

为资源化利用含钾岩石，以亚熔盐活化后的含钾岩石为原料，通过水热反应成功制备球形羟基钙霞石。考察了水热反应温度、H₂O与K₂O物质的量比n(H₂O)/n(K₂O)及反应时间对合成球形羟基钙霞石的影响。实验结果表明，水热反应的适宜条件为：反应温度为150℃，n(H₂O)/n(K₂O)为38.62，反应时间为12 h。活化后的含钾岩石在水热反应时先形成羟基方钠石，然后在K⁺的盐析作用下转化为球形羟基钙霞石。合成羟基钙霞石的滤液制备水合硅酸钙后，可循环利用再次对含钾岩石进行分解。对羟基钙霞石进行Cu(Ⅱ)吸附试验，最大吸附量为51.76 mg·g^-1。Cu(Ⅱ)在羟基钙霞石上的吸附动力学符合伪二阶动力学模型，等温吸附符合Langmuir模型。     

单空缺石墨烯负载的Pd单原子催化剂上NO还原的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论（DFT）方法对单空缺石墨烯负载的Pd单原子（Pd/SVG）催化剂上H₂还原NO的反应进行了研究,探究了Pd/SVG上NO还原生成N₂和NH₃的路径。在Pd/SVG上NO容易加氢形成HNO,需要的活化能为67.0 kJ·mol^-1,显示了极高的催化活性。N₂生成的有利路径为NO活化生成HNO后,HNO继续加氢生成中间体NH₂O和NH₂OH,然后NH₂OH解离生成NH₂和OH,生成的NH₂中间体结合NO形成NH₂NO,然后NH₂NO异构化形成的NHNOH再经解离生成N₂与H₂O,这个过程中的决速步骤为NH₂NO分子内氢转移生成NHNOH,能垒为144.3 kJ·mol^-1。对于NH₃的生成,从NO的活化到中间体NH₂的形成与N₂的形成过程相同,最后NH₂加氢即可形成NH₃,这个过程中的决速步骤为NH₂O加氢生成NH₂OH,能垒为86.4 kJ·mol^-1。比较生成N₂和NH₃的决速步能垒可见,Pd/SVG催化剂上NO经H₂还原更容易形成NH₃。本研究为石墨烯负载型Pd基催化剂上H₂还原NO的实验及工业应用提供理论参考。     

携带nosZ Ⅱ基因的非反硝化菌缓解土壤N2O排放的研究进展

氧化亚氮是主要的温室气体之一,农田土壤是重要的人为N₂O排放源,探索合理的农田N₂O减排措施是亟待解决的重大课题。反硝化过程中N₂O还原为N2是目前已知的唯一的生物途径的N₂O汇,利用能够还原N₂O的微生物菌群是减缓农田土壤N₂O排放的潜在途径,对催化N₂O还原功能基因nosZ的研究表明N₂O还原菌存在两种基因型。本文主要综述了两种类型的N₂O还原菌具有不同的系统发育特征、生理学特性,以及N₂O还原的酶促动力学,相比较而言,具有nosZⅡ型的N₂O还原菌表现出更强的环境适应性,因此是有竞争力的土壤N₂O汇的潜在菌群。     

添加V_2O_5催化制备碳化铁的动力学

研究了923～1073 K的温度范围内,1%V2O5添加剂对70%(ψ)H2 30%(ψ)CH4与铁矿石反应的动力学.运用未反应核模型,求出了不同温度下反应的表观速率常数及反应的表观活化能.结果发现添加V2O5与否铁矿石还原阶段的反应活化能变化不大,表明添加V2O5对铁矿石的还原反应促进作用较弱;添加1%V2O5的试样碳化反应活化能由72 kJ/mol降低到46.5 kJ/mol,减少了35%,说明V2O5对铁碳化反应有较强的促进作用.     

1,1'-二羟基-5,5'-联四唑合成机理的理论计算

为了研究由二叠氮基乙二肟(DAzGO)合成1,1′-二羟基-5,5′-联四唑(H_2DHBT)的反应机理,采用密度泛函理论(DFT),在B3LYP/6-31G(d)基组水平上计算了酸性条件下DAzGO分子成环反应的反应物、过渡态和产物结构,获得反应能垒。结果表明,DAzGO分子的成环为两步成环的亲电反应,其中第一个基元反应是决速步,反应能垒为86.94kJ/mol;氢离子和水分子的存在将反应能垒降低了30.46kJ/mol,氢离子和水分子可以促进成环反应。DAzGO的成环反应在丙酮、水、乙醚中的决速步能垒分别为87.03、90.08、72.59kJ/mol;溶剂的极性越小,对DA_2GO分子成环反应的促进作用越大,乙醚为最佳反应溶剂。     

短程硝化过程中硝化速率与N2O产生速率的关系

N₂O是3种主要的温室气体之一,污水的生物脱氮过程是N₂O产生的一个主要人为来源。通过对不同条件下生活污水短程硝化过程中N₂O的产生情况进行研究,考察了短程硝化过程中硝化速率(AOR)与N₂O产生速率(N₂OR)之间的关系。结果表明:随着DO水平的提高,AOR逐渐上升,N₂OR则呈现先增加后减少的趋势;最大N₂OR出现在DO为0.6 mg·L^-1时,为1.29 mg N₂O-N·(g MLVSS)^-1·h^-1。低DO水平下AOR的提高会引起N₂OR的增加;但高DO水平下较高的AOR不一定产生较多的N₂O。不同条件下,N₂O的产生途径不同,引起N₂OR的变化。在DO较低时,N₂O的产生以NH₂OH/NOH途径为主,AOR的提高会促进N₂O产生;随着DO的增加,N₂O的产生途径主要为AOB的有氧反硝化作用,此时较高的DO水平会对这一反应造成抑制,虽然反应过程中AOR较高,但N₂OR处于较低水平。     

利用TG-FTIR研究造纸黑液碱木质素的热解机理

采用热重-傅里叶红外光谱（TG-FTIR）联用的分析方法对造纸黑液碱木质素的热解失重特性和产物生成特性进行了研究。结果表明：碱木质素热解失重过程可分为3个阶段,其中200~500℃是碱木质素主要的热解挥发阶段,反应符合一级反应动力学模型,利用Coats-Redfern动力学模型计算得出不同升温速率下热解主反应的表观活化能为39.3~43.1 kJ/mol。FTIR的实时分析结果表明：碱木质素热解的气态产物主要有H₂O、CO₂、CO、CH₄、甲醇、酚类和N₂O;产物中的CH₄、甲醇、酚类和N₂O主要在300~500℃区间内释放,随着热解温度的升高,这些气态产物在420℃附近集中释放,且产量达到最大。     

无烟煤化学链燃烧过程燃料氮转化释放特性

基于赤铁矿石载氧体,在小型单流化床反应器上,开展煤挥发分和焦炭的化学链燃烧研究,探讨挥发分氮和焦氮在化学链燃烧过程中的转化特性。研究表明:燃料氮释放的中间产物HCN和NH₃与铁矿石载氧体具有较高的化学反应亲和性,易于被载氧体氧化生成N₂和NO。淮北无烟煤挥发分氮转化过程中,NO是唯一的氮氧化物,反应器出口中间产物NH₃的释放份额略高于HCN。在煤焦化学链燃烧还原过程中,部分燃料氮释放的中间产物HCN和NH₃被铁矿石氧化导致少量NO的生成,还原过程中无N₂O的释放;较高的还原反应温度加速了NO的生成。减少进入载氧体氧化再生过程的焦炭量可减少空气反应器NO和N₂O的生成。     

LaMnO3/生物炭催化剂低温NH3-SCR催化脱硝性能研究

以La-Mn钙钛矿氧化物为活性组分,生物炭为载体,利用浸渍法制备负载型脱硝催化剂LMO/BCNA。利用固定床反应装置考察了催化剂的催化活性以及耐硫耐水性能,100～250℃范围内,NO转化率>80%,N₂选择性>90%,225℃时NO转化率最高,为95.8%,对应的N₂选择性为95.4%。与氧化物相比,负载型催化剂的催化活性大幅提升,同时也扩宽了工作温度区间;生物炭载体的引入,减弱了催化剂对H₂O、SO₂的吸附,增强了耐硫耐水性能。应用稳态动力学方法构建催化反应动力学模型,在实验条件范围且O₂含量为5%时,催化NH₃-SCR反应过程中NO、O₂、NH₃的反应级数分别为0.66、0、0,并得到LMO/BCNA催化的反应活化能为25.52 k J/mol,低于商用钒钨钛催化剂的化学反应活化能(40～94 k J/mol)。     

MIL-101Cr-F/Cl用于N2O的捕集研究

氧化亚氮（N₂O）是仅次于CO₂和CH₄的第三大温室气体,对其捕集具有资源回收和减排温室气体的双重价值。本文通过添加氢氟酸和盐酸合成了末端具有不同阴离子的MIL-101Cr材料：MIL-101（Cr）-F和MIL-101（Cr）-Cl,通过XRD、BET、SEM等对样品进行了表征,测试并分析了两种样品对N₂O和N₂的吸附性能,进行了选择性和吸附热的计算以及混合气体的穿透模拟。研究结果表明,MIL-101（Cr）-Cl拥有目前最高的N₂O吸附容量（6.43 mmol/g,298 K）和N₂O/N₂选择性（267）,混合气体（N₂O/N₂=0.1%/99.9%）穿透模拟结果显示MIL-101（Cr）-Cl具有更加优异的微量N₂O捕获能力。     

巯基修饰Cu-MOFs材料的制备及其汞吸附性能

为高效对废水中的Hg²⁺进行吸附，采用电化学法合成Cu-BDC金属有机骨架材料，并进行-SH修饰，制备SH-Cu-BDC材料，用于对含Hg²⁺废水的吸附研究。通过EDS与IR红外对修饰前后样品的表征分析可知，-SH基团成功修饰到Cu-BDC材料上；N₂吸附实验表明，修饰后的SH-Cu-BDC材料出现微孔结构且比表面积增大；SEM分析表明，电化学合成Cu-BDC材料具有独特花状结构，修饰后SH-Cu-BDC材料表面均匀分布着触角状物质；10 mg SH-Cu-BDC对20 ml浓度为300 mg·L^-1的Hg²⁺溶液进行吸附，当pH=5，60 min时吸附饱和，最大吸附量为585 mg·g^-1；SH-Cu-BDC材料对Hg²⁺的吸附符合拟二级反应动力学方程和Langmuir吸附等温模型，该吸附过程是以表面吸附为主的扩散过程，且符合单分子层吸附规律；吸附再生实验表明，SH-Cu-BDC作为吸附剂可重复使用，且具有一定的稳定性。     

单分散Co3O4@SiO2核壳催化剂的制备及N2O催化分解性能

N₂O是一种重要的温室气体,且对臭氧层有很大的破坏作用,而直接催化分解法是除去N₂O最经济有效的方法之一。针对目前报道较多的钴氧化物催化剂活性较差的问题,将包覆型Co₃O₄核壳材料引入N₂O直接催化分解反应,利用核壳结构的限域特性与壳层的多孔孔道使Co₃O₄分散性增加,粒径减小,金属载体相互作用与接触反应界面增强,从而提高了催化剂在N₂O直接催化分解反应中的低温活性。此外,还制备了一系列不同金属含量的Co₃O₄@SiO₂球形核壳催化剂来研究包覆结构对催化剂性能的影响,通过X射线荧光光谱（XRF）、透射电镜（TEM）、X射线衍射（XRD）、N₂物理吸附、H₂-程序升温还原（H₂-TPR）等表征,证实在保证稳定单分散核壳结构的前提下,活性Co₃O₄位点越多,催化剂反应活性越好。     

重型柴油机主要含氮化合物的排放特性

采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)技术,研究了加装选择性催化还原SCR装置的重型柴油机主要含氮化合物排放,重点探索了不同工况下主要含氮化合物NO、NO₂和N₂O的排放特性。结果表明:未加装SCR的原机,随负荷的增加,柴油机NO排放持续上升,NO₂排放先升后降,N₂O排放很少。加装SCR后该柴油机NO与NO₂排放均明显下降,标定转速下NO₂排放降幅较大,主要是其NO₂/NO值稍高导致快速SCR反应较多的原因。由于存在SCR副反应,与原机相比,柴油机N₂O排放比原机平均增加2倍以上,最大转矩转速下N₂O排放升幅更高。N₂O排放随负荷的增加而上升,主要是排温升高导致NH₃氧化生成N₂O反应速率增加的原因。加装SCR后,该机排气中的NO/NO_x值要明显低于原机状态,而外特性的NO₂/NO_x值和N₂O/NO_x值高达12.8%和20.7%,均远高于原机的3.0%和0.5%。     

Nd-Cr/Al_2O_3催化剂上苯直接氧化制苯酚的动力学研究

研究了苯直接氧化制苯酚反应的动力学行为。推测了Nd-Cr/Al2O3催化剂上过氧化氢氧化苯为苯酚的反应过程,建立了该反应动力学数学模型,模型很好的解释了实验结果。结果表明,在实验条件下,该羟基化反应对反应物苯、氧化剂过氧化氢和催化剂用量都是一级反应,反应的活化能为24.41 kJ/mol。     

甘油氢解用固体超强碱负载的铜催化剂

用浸渍-燃烧法制备了固体超强碱MgO-CaO和MgO-SrO负载的高分散铜基催化剂,并将其用于甘油氢解制备1,2-丙二醇的反应。N₂吸附、X射线衍射、透射电子显微镜、H₂程序升温还原和N₂O氧化吸附及CO₂程序升温脱附等表征实验结果显示:Cu粒子均分散于Cu/MgO-CaO(或者Cu/MgO-SrO)催化剂的表面;与Cu/MgO相比,Cu/MgO-CaO和Cu/MgO-SrO具有更强的碱性,可以加速甘油的转化。上述结果表明,甘油氢解反应中铜催化剂的活性随碱性的增强而增加。     

CaO催化PE热解及H2O对催化过程影响的ReaxFF MD研究与机理分析

结合反应分子动力学（ReaxFF MD）模拟方法和自行开发的全自动ReaxFF反应机理分析软件（automatic reaction mechanism analyzer, AutoRMA）深入探究了CaO催化聚乙烯（PE）热解及H₂O对催化过程的影响,通过热解产物分析、热解过程反应路径追踪和C―C键及C―H键时序变化分析来揭示反应机理。结果显示,CaO作为催化剂提高了PE的热解反应速率,有效降低了PE热解过程中C―C键和C―H键断裂的活化能,使其分别从316.88 kJ/mol和430.13 kJ/mol降低到22.24 kJ/mol和30.87 kJ/mol,并促进了PE向轻质油和气体分子的转化;CaO对自由基和碳链上的非饱和碳原子的吸附及解离可以有效促进PE的热解;但H₂O存在时由于其自身与CaO结合会抑制CaO的催化作用,同时H₂O主要通过取代反应以羟基的形式存在于烃类产品中,水分含量（质量分数）为PE的50%时导致10%的油品中含有氧元素,降低产品质量,也会导致液相产品中存在大量的水分, 因此应避免热解的废PE携带水分。研究表明,ReaxFF MD结合AutoRMA有助于对PE等聚合物催化热解机理的深入理解,进而优化反应体系。     

污水处理系统氧化亚氮削减与资源化利用的研究现状与展望

介绍了污水处理系统中脱氮过程中N₂O的生成途径、排放机制和影响因素,并评估了基于减量化措施的排放策略对N₂O削减效果的影响。目前,研究主要集中在控制曝气与碳源投加策略等工艺条件以减少N₂O排放。随着污水资源化利用的发展,还阐述了N₂O主流能源回收利用工艺的研究进展,以CANDO工艺为代表的定量调控生成气体策略。对N₂O资源化应用的新型技术进行了展望,并探讨了以N₂O为电子受体参与聚羟基脂肪酸酯合成,将其进一步应用于生物质合成利用策略的可行性,为实现N₂O的控制减排和资源化利用提供了新的思路。     

富钙废渣配煤对焦炭溶损反应的影响

将1%富钙碱渣配入焦煤中制备焦炭,采用自制小型垂直固定床反应器研究了900~1200℃下所得焦炭的溶损反应过程. 结果表明,碳素溶损率小于15%时焦炭的溶损反应速率基本不变,碳素溶损率大于15%时溶损反应速率逐渐减小. 焦炭反应后的比表面积随碳素溶损率增加先增大后减小,在溶损率约为15%时最大. 配入富钙碱渣提高了焦炭的溶损反应速率,增大了焦炭的反应性,溶损温度越高,溶损速率增幅越大. 用随机孔模型描述了焦炭的溶损反应动力学过程,基础焦炭和添加1%碱渣的焦炭的溶损反应表观活化能分别为132.15和103.81 kJ/mol.     

O2/H2O燃烧方式下石灰石的间接硫化反应特性

利用水平管式炉和热重实验台架,对O₂/H₂O、O₂/N₂和O₂/CO₂ 3种不同燃烧方式下石灰石的间接硫化反应特性进行了研究。重点探究了燃烧方式、水蒸气浓度对石灰石间接硫化反应的影响规律与机理。同时,对硫化产物进行了X射线荧光光谱（XRF）、X射线衍射（XRD）、孔结构特性和扫描电镜（SEM）分析。结果表明,O₂/H₂O燃烧方式相比于相同氧浓度下的O₂/N₂和O₂/CO₂燃烧方式,石灰石间接硫化反应的钙转化率在化学反应控制阶段基本相同,在扩散控制阶段O₂/H₂O燃烧方式下的钙转化率有显著的提高。主要原因是水蒸气促进了硫化反应后期产物层内的固态离子扩散。此外,O₂/H₂O燃烧方式下,不同的水蒸气浓度对石灰石的钙转化率基本没有影响。