焙烧温度对介孔Pd/Fe(OH)_x低温催化氧化CO性能的影响

CO的催化氧化不仅在环境保护方面有着重要的作用,同时也是催化研究中最常用的模型反应,如何制备高效的CO氧化催化剂是催化领域研究的热点之一。采用十六烷基三甲基溴化铵辅助-共沉淀法制备介孔Pd/Fe(OH)_x催化剂,并研究不同温度焙烧对催化剂低温催化氧化CO性能的影响。通过N2低温吸附脱附,X射线衍射(XRD),H2-程序升温还原,透射电子显微镜(TEM),X射线能谱(XPS)等方法研究催化剂的结构与性能。研究发现,350℃焙烧得到催化剂的催化活性最佳,其中比表面积为199 m2·g-1,孔径为5.8 nm。催化剂Pd/Fe(OH)_x能在-10℃实现CO完全转化。这是由于催化剂中贵金属Pd与载体Fe(OH)_x强的相互作用使得部分载体与Pd共还原,从而使得催化剂表面具有较多的不饱和的Fe~(2+),促进了对氧的吸附和活化。即CO的吸附中心和氧活化中心分离,贵金属Pd作为CO的吸附中心,Fe(OH)_x或者Fe Ox作为氧的活化中心,从而提高了催化剂的低温反应性能。     

Cu/Si载氧体氧解耦反应动力学研究

通过机械混合法制备了Cu/Si载氧体并进行了表征,利用热重技术研究了5,10,15和20℃·min~(-1)的升温速率下载氧体的氧解耦反应特性,并采用Coats-Redfern和Starink两种方法进行了动力学分析.载氧体物相组成主要包括CuO和SiO_2,制备过程中Cu-Si的复合化合物未形成;颗粒中CuO和SiO_2交错分布,SiO_2的添加能有效抑制铜氧化物晶粒的长大,避免烧结团聚现象的发生;氧解耦反应达到起始反应温度后,始终维持较高的反应速率直至反应完成;随升温速率的增加,载氧体氧解耦反应起始、终止温度都往高温方向移动,最大反应速率数值逐渐增大.两种方法确定的反应机理函数相同,均为成核和核增长模型R3;Starink法求得的活化能较Coats-Redfern法数值偏大.     

制备铁基高温合金多孔材料的新方法

向Fe-Cr-W-Ti-Y合金粉末中添加原子比为3∶1的Fe/Al混合粉末,利用Kirkendall效应和Fe、Al反应造孔制备铁基高温合金多孔材料.研究Fe/Al混合粉末的添加量对Fe-Cr-W-Ti-Y高温多孔材料开孔隙率及孔结构的影响.结果表明,加入Fe/Al混合粉末能显著提高烧结坯的开孔隙率,但并非所加Fe/Al混合粉末含量越多越好,Fe/Al混合粉末质量分数为15％时,烧结坯开孔隙率达到最大值33％.Fe/Al混合粉添加量在15％～45％范围内,随Fe/Al混合粉末含量增加烧结坯的开孔隙率下降.     

烧结矿应用于化学链燃烧的反应特性

本文通过热重实验研究了烧结矿作为载氧体的H₂还原反应特性,将其与通过溶解法制备的Fe₂O₃/Al₂O₃载氧体进行了氧化还原反应性比较,在500~1250℃范围内研究了温度对于烧结矿还原反应过程的影响,在950℃下进行了30次循环反应实验,采用四种模型进行了反应动力学分析.结果表明,烧结矿的H₂还原转化率大于80%,可以完全再氧化,并具有良好的循环反应性能.在500~950℃范围内,随温度升高还原反应速率及最终转化率都显著增加;而当温度高于1100℃时,在反应后期还原反应速率和最终转化率有下降的趋势.在500~950℃范围内,对烧结矿的还原过程第一反应阶段(Fe₂O₃-Fe₃O₄/FeO,还原转化率< 25%)可采用二阶反应模型(M2)拟合,得到表观活化能为E=36.018 kJ·mol-1,指前因子为A₀=1.053×10-2 s -1;第二反应阶段(Fe₃O₄/FeO-Fe,还原转化率> 25%)采用收缩核模型(M4)拟合,得到的表观活化能为E=51.176 kJ·mol-1,指前因子为A₀=1.066×10-2 s -1.      

基于铁基载氧体的甲烷化学链燃烧数值模拟

基于Gibbs自由能最小化原理,建立了以Fe2O3为载氧体的甲烷化学链燃烧模型,研究了流化床燃料反应器内反应物摩尔比、温度以及操作压力对反应产物分布和载氧体反应活性的影响,并揭示了其反应机理.结果表明:当Fe2O3与CH4反应物摩尔比保持在12左右,反应器温度控制在850～900℃范围时,出口处CO2的摩尔分数达到最大值;提高反应器温度降低了载氧体的反应活性;增加反应器操作压力有助于提高载氧体的反应活性,但同时由于促进了CH4的重整反应而导致CO2摩尔分数的降低.     

烟气循环烧结过程料层温度及NOx排放模拟模型

 为了研究烟气循环条件影响料层的热状态及减排机理,依据烟气循环烧结过程主要反应的热力学和动力学、气-固传热规律以及气体流体力学,建立了烟气循环烧结料层温度及NO_x排放的数值模拟模型。试验验证结果表明,模型计算的料层温度、气体组分(O₂、CO、NO)等与试验检测值吻合较好,料层温度及NO排放浓度相对误差在±5%以内;根据模拟模型分析可知,烟气循环烧结中影响NO排放的主要因素是烟气循环中O₂和CO浓度,随着O₂浓度的降低和CO浓度的上升,燃料氮氧化反应速率明显下降,NO-CO还原反应速率升高,烟气中NO平均排放浓度降低。     

铁基载氧体化学链燃烧还原过程的数学模型

为了研究铁基载氧体的反应特性,基于未反应缩核模型建立了移动床内铁基载氧体颗粒还原过程的一维数学模型.模型中考虑了铁基载氧体与H2、CO的多级还原反应,气体组分体积分数模拟值与实验值的平均误差为6.9%,总还原度的平均误差为11.2%.研究表明:铁基载氧体在移动床反应器内最终还原度约为23%,主要进行的反应是第一级和第二级还原反应,第一级和第二级还原度分别为95%和40%;提高反应器内温度、选择合适的载氧体粒径及气固比有助于增加反应的深度,提高合成气及铁基载氧体的利用率,载氧体粒径建议取1~2 mm.      

高硫精矿配比对烧结矿性能的影响

 相比进口富矿粉,精矿品位较高,可广泛应用于铁矿石烧结工序。为了探究高硫精矿对烧结矿产质量的影响以及精矿中硫元素对烧结过程的影响,利用烧结杯试验装置进行了高硫精矿配比在25%~45%范围内的烧结杯试验。并通过微观结构、技术指标及冶金性能等方面表征了高硫精矿配比对烧结矿性能的影响。试验结果表明,精矿配比为25%时,烧结矿还原的界面反应条件较差,硅酸盐相阻碍了还原气体的扩散,致使烧结矿还原度为77.80%,软化开始温度为1 200 ℃,软熔带透气性能恶化。精矿配比为30%时,烧结利用系数提升至1.19 t/(m2·h)、垂直烧结速度达到22.22 mm/min。精矿配比为40%时,有效改善了烧结矿还原性能,恶化了低温还原粉化性能。精矿配比为45%时,烧结利用系数最高,为1.20 t/(m2·h),还原性能和低温还原粉化性能适宜。整体而言,在试验范围内,适当增加高硫精矿配比有利于提升烧结矿的还原性能和荷重软化熔滴性能,但精矿配比为45%时烧结矿的熔滴S特性值为281.02 kPa·℃,透气性能恶化。烧结烟气方面,精矿配比为40%时,烧结烟气的CO₂和NO_x含量较高,烧结过程氧化性气氛较强,降低了烧结矿中铁橄榄石等低还原性矿物含量,恶化了低温还原性能。烟气分析结果表明,高硫精矿烧结时硫元素基本都进入烧结烟气中,并未恶化烧结矿性能。     

Ni/Al_2O_3及La改性Ni/Al_2O_3催化CO浆态床甲烷化性能

采用等体积浸渍法制备了Ni/Al2O3及La改性的Ni-La/Al2O3催化剂,并考察了其浆态床CO甲烷化反应性能。借助XRD、H2-TPR、CO-TPD、H2-TPD等对催化剂进行了表征。结果表明,La助剂改性制备的Ni-La/Al2O3催化剂较Ni/Al2O3催化剂具有更高的CO甲烷化活性,La助剂的添加促进了Ni物种在载体表面的分散,降低了还原温度,增强了催化剂对CO和H2的吸附能力。La助剂的添加次序对甲烷化活性影响较大,采用共浸渍法制备的催化剂具有最佳的甲烷化活性,CO转化率达到96.3%,CH4选择性和时空收率分别达到87.1%和179.6 m L·kg-1·h-1,优于先浸渍Ni后浸渍La或先浸渍La后浸渍Ni制备的催化剂。     

yCu/TixSn1-xO2脱硝催化剂协同氧化CO的性能及反应机理

钢铁工业烧结过程产生的NO_x和CO会对环境造成极大威胁，针对这两种有害气体的同时去除技术具有良好的发展前景。本文制备一种yCu/Ti_xSn_1-xO₂催化剂，采用氨选择性催化还原NO_x技术(NH₃-SCR)协同治理CO,该催化剂对NO_x还原和CO氧化都具有较高活性；并通过XRD、XPS、Raman、NH₃-TPD、O₂-TPD、In-situ DRIFTs等表征方法深入探究NH₃-SCR协同氧化CO的反应机理。结果表明：催化剂表面的酸性位点先与NH₃结合形成活性物质，而后与硝酸盐反应，符合Eley-Rideal(E-R)机理；对于CO氧化反应，Cu能提供CO的吸附位点，并与催化剂表面的晶格氧反应生成CO₂,其中间产物为碳酸氢盐和碳酸盐，符合MvK机理的反应特征。该催化剂的研发对于烧结烟气超低排放具有重要的工业应用价值。     

锂改性尖晶石锰酸锂的循环伏安特性及其电化学性能研究

用LiMn2O4和碳酸锂制备了锂改性的锰酸锂产物，循环性能和比容量测试结果表明随着碳酸锂加入量的增加，循环稳定性逐渐增强，而比容量有逐渐下降的趋势。循环伏安测试结果表明，LiMn2O4及其改性产物具有两对氧化还原峰。随着碳酸锂加入量的增加，两对氧化峰和还原峰峰电位差呈逐渐下降趋势，说明了锂脱嵌的可逆性越来越好；氧化（或还原）峰之间的分形变得不明显，峰形逐渐宽化，说明锂离子两步脱嵌过程变得越来越不明显。研究表明锂离子脱出和嵌入的总量随着碳酸锂量的增加而减少。XRD结果显示，随着碳酸锂加入量的增大，晶格常数逐渐降低，晶格逐渐收缩，结构稳定性增强。     

WC-Co基硬质合金烧结过程中的脱氧行为

硬质合金的碳含量是影响组织和性能的重要因素,研究其烧结过程中的脱氧行为是实现硬质合金碳含量和磁性能可控的关键。通过球磨制备了各种原料粉末以及硬质合金混合料,采用X射线光电子能谱(XPS)分析氧化物种类,通过热分析质谱联用仪(DSC-TG-MS)表征烧结过程碳氧反应的热量和重量变化以及气体释放信息,详细研究了WC-Co基硬质合金烧结过程的脱氧行为。结果表明,在球磨增氧作用下,混合料中形成了CoO、WO₃、Cr₂O₃、Ta₂O₅等氧化产物。在高温碳氧还原过程中,CoO和WO₃在450～800℃依次被还原。晶粒抑制剂Cr₃C₂和TaC会在烧结过程中被钨氧化物氧化,氧化产物在800～1050℃被还原,对烧结过程产生重大影响。研究结果可为烧结工艺的优化提供依据。     

达钢烧结配矿试验研究

根据达钢烧结生产实际情况,研究了钒钛铁精矿配比对烧结过程和烧结矿冶金性能的影响。结果表明：在烧结杯实验条件下,随着钒钛铁精矿配比增加（达到12%）,垂直烧结速度会下降（低于25mm/min）,低温还原粉化指标也会变差。综合考虑,钒钛铁精粉比例目前控制在5%左右为宜。     

原位反应合成法制备TiC/2618复合材料的工艺研究

利用原位反应合成法（即XD法）制备了不同成分配比的TiC/Al预制块,然后通过熔铸法制备了TiC/2618复合材料,并通过X—ray衍射技术和透射电镜分析方法对预制块和复合材料进行了研究,结果表明：（1）Al、Ti、C粉末的配比直接影响其烧结产物的组织成分及含量,当C%较高时,产物中除α（Al）和TiC相外还含有Al4C3相;烧结产物的致密度随Ti%的减少而增大,高含Ti%量的预制块因其低密度、不利于熔铸而不适于制作复合材料。（2）熔铸法制备TiC/2618复合材料是可行的。     

铁酸盐粘结相熔化速率及对烧结强度的影响

 考察了添加SiO2和Al2O3对铁酸钙（铁酸一钙CaO·Fe2O3和二铁酸钙CaO·2Fe2O3）熔化速率的影响。同时考察了铁酸盐添加SiO2和Al2O3对以其为粘结相的烧结试样强度的影响。试验结果表明：铁酸一钙中添加SiO2和Al2O3促进了熔体的形成;而二铁酸钙添加SiO2和Al2O3则抑制了其熔体的形成。在CF中添加SiO2和Al2O3对烧结试样强度的影响中,当添加w(SiO2)=2%和w(Al2O3)=4%时获得相对较大的烧结强度;而在CF2中添加SiO2和Al2O3则对烧结试样强度有不利影响。     

还原-氧化法制备亚微米WO_3的研究

利用循环还原-氧化工艺制备亚微米级的WO_3粉末,采用扫描电镜观察WO_3粉末形貌,用激光粒度分析仪分析其粒度分布。结果表明,通过控制反应温度和保温时间进行多次还原-氧化反应,能够获得亚微米WO_3粉末。     

机械合金化-加压烧结制备Fe3Al金属间化合物

采用机械合金化-加压烧结在1250℃制备相对密度为99%、晶粒尺寸为300～700nm的Fe3Al烧结体材料.研究了球磨过程中Fe-Al粉末的结构转变及烧结体Fe3Al的微观结构和力学性能.Fe3Al材料的室温压缩屈服强度和压缩应变分别为1900MPa和14%,硬度61HRC,横向断裂强度和断裂韧度KIc分别高达1300MPa和49 MPa·m1/2.Fe3Al材料优异的室温力学性能来源于晶粒细化、组织均化效应.     

高镧钼合金稀土相研究

稀土元素的添加对钼的性能提高至关重要,因此为了研究镧在MoO_2、钼粉及钼镧合金中的存在形式及变化,采用固-固混合法将10%La_2O_3以固体颗粒形式加入二氧化钼中,在H_2中还原制备出稀土镧掺杂钼粉,经等静压、烧结制成掺镧钼合金。利用SEM、EDS、XRD等检测手段对不同阶段下样品的形貌、组成、结构及稀土的存在形式进行了分析。结果表明:La_2O_3添加到MoO_2后,以二氧化钼碎屑和氧化镧形成的团聚体形式存在或氧化镧团聚态存在。经还原稀土镧以La(OH)_3和少量La_6Mo_2O_(15)形式存在于钼粉中,烧结后以La_2O_3形式存在于钼合金中并均匀存在于钼晶粒晶界上。稀土镧在烧结过程中存在长大现象,其尺寸从纳米级增长到亚微米级。     

羟基聚合磷硫酸铁絮凝剂的制备及其絮体分形特征研究

以钛白粉副产品绿矾（FeSO4&#183;7H2O）为主要原料,采用微生物催化氧化法制备聚合磷硫酸铁（PFPS）,研究了Fe^2＋初始质量浓度、pH、培养温度、接种量对细菌生长和氧化Fe^2＋的影响,考察了不同制备参数——磷铁物质的量比（n（PO4^3-）／n（Fe））、羟铁物质的量（n（OH^-）／n（Fe））对PFPS絮体分形维数的影响。结果表明：细菌氧化Fe^2＋的最佳条件为Fe抖初始质量浓度8．52g／L,pH-2,培养温度35℃,接种量10％;当n（PO4^3-）／n（Fe）=1／20,n（OH^-）／n（Fe）=2／5时,絮体的分形维数值最大,絮凝效果最好。采用该聚合磷硫酸铁净化实验室模拟的高岭土废水（100NTU）,絮凝效果优于聚合硫酸铁（PFS）。     

TiCxOy固溶体的导电性能和物相研究

以TiC为还原剂,根据试验产物TiCxOy的碳氧比(x/y),按照TiO2+TiC→TiCxOy+CO(g)反应的化学计量配比与TiO2粉末混合,在1 000～1 500℃进行真空烧结。XRD分析结果表明,反应产物为类似TiC晶格结构的TiCxOy固溶体,并且原料的碳氧比要满足x/y>1.5。热处理后所得的固溶体具有优良的导电性能。