CuO载氧体对煤化学链燃烧中汞迁移的影响

研究了在“CuO+煤”、“SiO₂+煤”、“煤”实验中燃烧和汞迁移规律。结果表明：在化学链燃烧还原反应器中载氧体与煤反应后,主要气体组分为CO₂,并含有少量CO、CH₄、H₂等挥发物;汞在还原反应器中主要以单质汞(Hg⁰)的形式进行释放,“CuO+煤”实验中Hg⁰释放量占总汞量的22.6%,远低于对照组;CuO促进了燃烧过程中汞迁移至载氧体形成颗粒态汞(Hg^P),CuO载氧体表面的O_α有利于汞转化吸附于载氧体表面,形成吸附态的HgO,一部分CuO被还原时,暴露的吸附位点较多,有利于Hg⁰的氧化。     

烟气成分NO和HCl影响活性炭纤维吸附汞的量子化学计算

构建四碳环单层石墨结构作为活性炭纤维(ACF)模型,应用密度泛函理论B3LYP方法,在lanl2dz基组水平上研究了烟气成分NO和HCl对ACF表面吸附汞的微观机理.结果表明:吸附NO和HCl后,ACF表面形成稳定的新构型ACF—NO和ACF—Cl;NO和HCl在ACF表面的吸附属于较强化学吸附,吸附能分别为119.48kJ/mol和348.68kJ/mol;NO和HCl被ACF表面的活性区域直接吸附,形成稳定性较强的化学键,并均匀分布在ACF表面,从而使ACF表面活性区域增加,促进了ACF表面对单质汞的吸附.     

臭氧耦合双金属催化剂共同氧化NO和VOC的研究

通过等体积浸渍法合成一系列M-MnO_x/γ-Al₂O₃催化剂(M=Ce、Co、Cr、Fe),用于低温催化臭氧共同氧化NO和邻二甲苯(o-C₈H₁₀)的研究,试验发现,Fe/Mn催化剂表现出最高的催化氧化活性,最佳的温度区间为60～100℃;在NO与邻二甲苯共同存在时,臭氧优先将NO氧化为NO₂,之后NO₂深度氧化与邻二甲苯初步氧化同时进行,最后多余的臭氧将邻二甲苯初步氧化生成的小分子有机物氧化为CO与CO₂;催化剂对不同初始污染物浓度适应性良好,研究结果可为臭氧一体化脱除烟气污染物的工业化推广应用提供依据。     

钙基吸附剂固定床吸附烟气中Hg~0的试验研究

在小型模拟燃煤烟气Hg吸附和形态转化试验台上研究了几种钙基吸附剂对模拟烟气中Hg的脱除效果。结果表明:Ca(OH2)对单质汞的吸附主要是物理吸附;CaO对单质汞的吸附则是物理吸附和化学吸附共同作用的结果;SO2和HCl可以通过与钙基吸附剂发生反应提供活性位或者将Hg0氧化成Hg2+来促进对汞的吸附,HCl对汞的促进作用更强;加入高锰酸钾浸渍煅烧改性后,由于化学吸附的发生,钙基类物质的吸附能力有所提高。     

铁酸铜尖晶石催化甲醛氧化的性能研究

通过溶胶-凝胶-自蔓延燃烧法制备了系列Cu_xFe_3-xO₄尖晶石催化剂。采用XRD和XPS表征方法对催化剂晶相结构及表面元素价态进行了分析,考察了Cu_xFe_3-xO₄催化甲醛的氧化效率。采用密度泛函理论探究了甲醛吸附在CuFe₂O₄表面的最稳定构型和吸附机理。结果表明,Cu_xFe_3-xO₄催化剂主要由Cu-Fe尖晶石相和部分CuO、Fe₂O₃相组成。Cu_0.5Fe_2.5O₄催化甲醛氧化效率最佳,在温度高于250℃时氧化效率达到90%以上。甲醛在CuFe₂O₄(100)表面的吸附属于化学吸附,吸附能为 -107.15 kJ/mol。     

微波合成碳载铂用于氧还原电催化

质子交换膜燃料电池阴极氧还原反应(ORR)动力学迟缓,因此,开发高活性、低成本的ORR电催化剂对燃料电池发展具有重要意义。本文利用微波法,在氢氧化钠/乙二醇的溶液中还原氯铂酸合成了铂纳米颗粒(Pt NPs);随后,将其与Vulcan XC-72R炭黑混合,制备了高分散性的碳载铂(Pt/C)催化剂。透射电镜结果表明,Pt NPs在炭黑表面均匀分布,平均粒径约为2.8 nm,略小于商业Pt/C催化剂(约3 nm)。进一步,探究了微波功率、分散溶剂以及载碳时有或无HCl对制备催化剂分散性和氧还原活性的影响。电化学测试表明,相较于商业Pt/C催化剂,优化的微波Pt/C催化剂展现出更为优异的ORR催化活性。在0.1 mol/L HClO₄电解液中,微波Pt/C催化剂的半波电位较商业Pt/C催化剂高出9 m V,其在0.9 V (vs. RHE)处的质量活性和面积活性为0.109 A/mg和0.127 mA/cm²,均分别高于商业Pt/C催化剂的0.093 A/mg和0.118 m A/cm²。此外,微波Pt/C催化剂具有比商业Pt...     

Cd对V-Mo/Ti脱硝催化剂性能的影响

为明确燃煤烟气飞灰中Cd元素对V-Mo/Ti脱硝催化剂性能的影响,采用浸渍法,制备V-Mo-Cd/Ti催化剂。采用X射线衍射(XRD)、N₂-吸附脱附、H₂-程序升温还原(TPR)、X射线光电子能谱(XPS)和NH₃-程度升温脱附(TPD)等手段,研究了Cd对催化剂物理化学性能的影响。同时,在固定床微型反应器上考察了不同催化剂的脱硝性能。结果表明：Cd会降低催化剂的比表面积。相比V-Mo/Ti催化剂,V-Mo-Cd/Ti催化剂上的V⁵⁺物种减少,V⁵⁺/(V³⁺+V⁴⁺+V⁵⁺)比率降低。此外,Cd还会造成催化剂的O_α/(O_α+O_β)比率和表面酸量的降低。因此,V-Mo-Cd/Ti催化剂的脱硝活性低于V-Mo/Ti催化剂。通过将V-Mo/Ti催化剂中MoO₃的质量分数由3%提升至5%,可以有效减小Cd对催化剂的负面影响。     

氧缺陷影响铁基载氧体氧化-还原行为的分子动力学模拟

铁基载氧体是化学链燃烧中最受青睐的金属载氧体。构造了氧化铁载氧体的S完整表面和S^1*、S^2*、S^3*三种代表性缺陷表面,基于密度泛函理论(density function theory, DFT),首先计算分析了氧缺陷对CO在α-Fe₂O₃表面上吸附反应的影响,即对比了完整和缺陷α-Fe₂O₃(0 0 1)表面上CO的吸附和生成物CO₂的解离;其次将反应后的载氧体构型表面进行O₂吸附反应的模拟;继而对此载氧体一个循环及过程中铁基载氧体表面的积碳趋势进行了模拟分析。通过吸附能、反应能垒和反应能等参数的比较,结果显示,在铁基载氧体表面还原、积碳、氧化反应中,S^1*类氧缺陷具有更好的反应活性和抗积碳性能,具有良好的循环反应性能。该模拟研究为缺陷类型铁基载氧体的制备及其反应条件的确定提供指导。     

过渡金属掺杂对MnOx-CeO2低温SCR性能的影响

通过水解驱动氧化还原法合成了掺杂过渡金属的2Mn-Ce-M(M为Fe,Cu,Ni,Cr)催化剂,考察了过渡金属掺杂对低温SCR脱硝性能的影响．其中2Mn-Ce-0.2Cr催化剂比表面积较大,氧化还原能力适中,具有丰富的酸性位点和氧空位、最高的化学吸附氧含量及酸位强度,有利于低温下NH₃-SCR反应的顺利进行．2Mn-Ce-0.2Cr催化剂的低温NH₃-SCR活性最好,能在100～225℃的宽温度区间内保持80%以上的NO_x转化率,在125℃时NO_x转化率更是达到99.1%,为中低温催化还原烟气中的NO_x提供了新思路．此外,2Mn-Ce-0.2Cr还具有良好的抗硫抗水能力,在150℃下,加入40×10^-6的SO₂反应5 h,其催化活性稳定在98%;在3%的水蒸气下,其效率保持在95%以上．     

火焰合成Pt修饰CuO氧载体低温化学链燃烧特性

采用火焰喷雾热解方法(FSP)合成了Pt修饰CuO纳米氧载体材料(FSP-Pt/Cu O),首先通过XRD、SEM等表征手段分析了Pt/CuO的结构和组成;通过热重分析仪、化学吸附仪对比研究了FSP合成的CuO、Pt/CuO以及商用CuO纳米颗粒的化学链燃烧反应性能．结果表明,FSP-Pt/CuO氧载体材料与H₂、CO、CH₄的还原反应温度能够分别降低到200℃、105℃、290℃以下．进一步考察了H₂、O₂不同浓度对Pt/CuO氧载体还原、氧化特性的影响,并测试了Pt/CuO氧载体的低温化学链燃烧循环稳定性．最后通过Pt/CuO氧载体颗粒表面的氢溢流原理对低温化学链燃烧过程进行了模型机理解释．     

铁基载氧体的污泥化学链气化过程中氮迁移热力学模拟与实验研究

基于吉布斯自由能最小化原理,采用HSC Chemistry 6.0软件,对污泥化学链气化过程中NO_x前驱物（NH₃和HCN）与Fe₂O₃载氧体的氧化还原行为进行了热力学模拟。基于污泥热解实验中NO_x前驱物的含量,计算载氧体与污泥的摩尔比（OC/SS）对NH₃、HCN以及NH₃和HCN混合气氧化过程的影响。热力学模拟结果表明：Fe₂O₃能显著促进NO_x前驱物的氧化和裂解,主要生成N₂,几乎无NO_x生成;当NH₃、HCN以及混合气（NH₃和HCN）分别作为还原剂时,其最优OC/SS分别为0.02、0.04和0.05;由于HCN还原性强于NH₃,其氧化速率较快。基于Fe₂O₃/Al₂O₃混合物（FeAl）载氧体,实验对比了污泥化学链气化与污泥热解过程中NO_x前驱物的释放特性,发现Fe₂O₃能显著降低烟气中NO_x前驱物的产率,NH₃和HCN产率分别下降32%和62%。实验结果与热力学模拟结果一致。     

Meso-四(3-甲基吡啶基)锰卟啉的合成及其放氧性能

本文报道了Meso-四(3-甲基吡啶基)锰卟啉的合成,并以它为光敏剂,氧化钌为催化剂,苯醌为电子受体,采用正交法进行了可见光放氧性能试验。试验表明,体系有较高放氧活性,提出了可能的四电子放氧机理。     

燃煤烟气中Hg/Cl均相与非均相氧化机理

建立了燃煤烟气中Hg/Cl均相与非均相氧化动力学模型,其中非均相模型涉及到飞灰中未燃尽炭表面上的8个不可逆基元反应.将均相模型与非均相模型有效地结合起来形成多相反应模型,预测实际燃煤烟气中汞的形态分布.考虑了烟气成分、降温速率以及飞灰负荷对汞氧化的影响.结果表明,模拟预测结果与实验数据吻合较好,H_2O通过反应StCl(s)+H_2O→HCl+OH+StSA(s)抑制了汞的氧化.反应路径分析显示燃煤烟气中Hg/Cl氧化的主要反应路径是Hg~0→StHgCl(s)→HgCl_2.Hg0的氧化过程是:Hg~0首先在未燃尽炭表面上被氯化活性位氧化成StHgCl(s),然后被进一步氧化成HgCl_2并释放到烟气中.     

Ni-xFe/Mayenite促进CO2-CH4重整的稳定性调控实验研究

采用湿法混合-浸渍法制备了一系列 Ni-xFe/mayenite(Ca₁₂Al₁₄O₃₃)催化剂,并在 700 ℃、常压、CH₄/CO₂为 1 的条件下进行了干重整实验研究．系统考察了金属负载量、金属组分等对干重整活性和稳定性的影响．其中7.5% Ni-0.1Fe/mayenite 能够得到接近热力学平衡值的 CO₂和 CH₄转化率(分别为 90.1%、86.0%),氢碳比为0.94.Ni-x Fe/mayenite 的活性随着 Ni 负载量从 5%增加到 10%显著提高;进一步增加到 30%时,活性提升有限．Ni 负载量较高的 Ni/mayenite 更容易发生碳沉积,导致反应器堵塞,而 Ni-x Fe/mayenite 在干重整过程中稳定性显著提高．Fe 掺杂提高催化剂表面氧浓度,形成 Ni-Fe 合金有利于 Ni 位点分散,抑制 CH₄过快裂解;钙铝石作为载体,促进了 CO₂与金属之...     

柴油机排气的O2-NO2对碳烟氧化的协同效应

柴油机排气温度低于873 K时难以直接氧化碳烟,使得柴油机颗粒捕集器（DPF）要实现低温、高效率的再生面临严峻考验．为了明确DPF内O₂-NO₂快速氧化碳烟的反应机制,基于量子化学与化学动力学,采用微观机理结合宏观分析的手段,探究了O₂-NO₂协同氧化碳烟的机理,并对碳烟的氧化进行定性与定量分析．研究表明：O₂-NO₂对碳烟的活性位有竞争吸附作用,NO₂的吸附能明显高于O₂,但O₂与碳烟更易形成C（O）及活性O*.NO₂易与O₂产生的C（O）反应,生成的NO3-可有效氧化活性C*,实现O₂-NO₂对碳烟氧化的协同效应;中等温度为742 K时,O₂与芘基（A4-）反应生成A4O的量保持最多,且O₂与NO₂摩尔分数比为1/2时,A4-的10 s...     

硫化氢对碳基吸附汞的影响机理研究

应用密度泛函理论B3PW91方法,计算了H2S在碳基固体表面的吸附结构和吸附能,并研究了单质汞在含硫碳基表面的吸附和HgS在碳基表面的吸附.研究结果表明,H2S倾向于解离吸附在碳基表面,属于较强的化学吸附.解离吸附形成的AC—S和AC—SH不直接与单质汞反应,但碳基表面S的存在会增加邻近吸附位的吸附活性,从而增强了碳基对汞的吸附能力,使其更倾向于化学吸附.HgS在碳基表面的吸附形式有解离吸附和非解离吸附,其中平行位解离吸附是主要的吸附形式.     

Fe3+交联的预包覆Fe3O4纳米粒子改性rGO自支撑膜的储锂性能

本工作采用Fe³⁺对含有氧化石墨烯(graphene oxide,GO)预包覆Fe₃O₄的GO自支撑膜进行改性处理制备Fe³⁺诱导交联的预包覆Fe₃O₄纳米粒子复合热还原型氧化石墨烯自支撑膜(Fe³⁺@Fe₃O₄/r GO)。采用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)等测试手段表征材料组成、结构与形貌,并研究Fe³⁺@Fe₃O₄/r GO自支撑膜作为锂离子电池负极的储锂性能。结果表明球状Fe₃O₄纳米颗粒被GO片层紧密包裹,且经过Fe³⁺诱导交联的Fe³⁺@Fe₃O₄/r GO自支撑膜稳定性显著提高;电化学结果表明,在电流密度为100 m A/g恒...     

新型铁素体耐热钢抗蒸汽氧化性能对比研究

研究了新型铁素体钢G115钢及对比材料T92钢在650℃/27 MPa的超临界蒸汽中的氧化行为。氧化2 000 h后,用扫描电镜(SEM)及能谱仪(EDS)分析氧化膜表面及横截面形貌、微观结构和元素分布,用电子背散射衍射(EBSD)对氧化膜结构和物相进行表征。结果表明：G115钢的抗蒸汽氧化性能较T92钢优;2种铁素体钢氧化后生成的氧化膜结构类似,氧化膜可以分为3部分,氧化膜外层为粗大的柱状Fe₃O₄,氧化膜内层为Fe-Cr尖晶石和少量的Fe₃O₄,内氧化物区为FeO+Cr₂O₃混合物;氧化到2 000 h, 2种铁素体钢氧化膜外层中的孔洞增多,氧化膜中产生了贯穿性裂纹等缺陷,氧化膜的剥落倾向增大。     

TiO2纳米纺锤体负载Pt在氧还原反应中的应用

燃料电池中催化剂的稳定性是影响其实际应用的关键问题之一。本研究合成了锐钛矿型纺锤状TiO₂纳米材料,并负载纳米Pt制备了TiO₂-Pt双组分复合催化材料。将其制作成电极材料后,进行了TEM、XRD、拉曼光谱、电化学特性分析。结果表明：TiO₂-Pt材料中Pt纳米颗粒的TEM形貌与TiO₂的表面亲和力有关;该双组分催化剂呈现出两个单独的氧还原反应（ORR）峰;在负载Pt后,材料电荷传输电阻明显减小,使得TiO₂-Pt中TiO₂纺锤体组分上的ORR性能明显增强;紫外光可同时促进TiO₂-Pt中两组分的ORR性能;TiO₂-Pt比炭黑负载Pt具有更好的稳定性。     

燃煤脱汞技术研究进展

自二十一世纪以来,汞已经成为继CO2之后又一对全球环境产生危害的污染物,脱汞技术已成为全球研究热点。文中从汞危害性和全球汞污染现状出发,以烟气中汞的三种形态为切入点,重点评述国内外单质汞、二价汞、颗粒汞脱除技术的研究发展现状。介绍了利用现有设备脱除单质汞、二价汞、颗粒汞的途径;并重点介绍了以吸附剂喷入技术和SCR脱汞技术为代表的单质汞的脱除技术,分析了飞灰、活性炭、活性焦、粘土等吸附剂的工作原理和优劣;探讨了影响SCR催化剂活性的因素及V-W-Ti体系催化剂和Mn Ox基催化剂在SCR脱汞技术中的应用。