基于镁基燃煤烟气碳捕集的太阳能-燃煤互补发电系统设计

燃煤等化石能源电站CO₂排放量巨大,开展燃煤电站碳减排是实现双碳目标的必经之路。碱金属基固体吸收剂捕集CO₂具有再生能耗低、选择性高等优点。但依靠电站自身能量实现碳捕集,能效代价巨大,对此提出利用槽式太阳能集热驱动镁基碳捕集再生,避免燃煤发电单一碳捕集的效能损失,同时将碳酸化放热替代电厂抽汽加热给水,提升发电量。基于某典型燃煤电站开展系统设计及分析,计算设计系统引入槽式太阳能和碳捕集系统带来的增发功率,比较设计系统、单一燃煤碳捕集系统及参比系统的总出功。结果表明,相比单一燃煤碳捕集系统,设计系统避免了46.4 MW发电功率损失,同时借助碳酸化放热,发电功率提升了46.2 MW。设计系统较单一燃煤碳捕集和单一光热发电的简单叠加系统发电功率增加了44 MW,实现了1+1>2的集成效果。典型日分析下考虑1 d中太阳直射辐射强度的变化,设计系统可通过调控碳捕集过程避免辐照过高/过低对系统稳定运行的影响,典型日下系统平均碳捕集量达135.6 t/h,增发功率达23.2 MW/h,实现了系统的变工况高效运行。设计系统避免了电站自身碳捕集带来的效能损...     

钙基热化学储能体系装备与系统研究进展

近年来,由于可持续发展的需要,太阳能等清洁可再生能源的大规模应用被提上日程。为解决太阳能受天气、昼夜等因素影响造成的不能持续稳定供能的问题,许多学者提出将储能系统整合至太阳能发电中,将太阳能热量以某种方式存储起来,需要时释放,从而使系统能持续运转。其中,热化学储能由于能量密度高,材料能够长期稳定储存与运输等优势,成为储能领域中新兴的研究热点。在众多的热化学储能材料中,基于CaCO₃/CaO与Ca(OH)₂/CaO体系的钙基热化学储能系统材料安全性高,成本较低且易于获得,十分具有发展潜力。本文对这两种钙基热化学储能体系的原理与材料进行了简单介绍,综述了该领域先进反应器设计与系统集成控制方面的国内外发展状况,探讨了目前研究面临的挑战与机遇,提出了钙基热化学储能技术的今后研究与发展方向的建议。     

碱金属基固体材料捕集燃煤电站二氧化碳研究进展

二氧化碳的捕获、利用和储存最近收到了极大的关注,被公认为是一种减少化石燃料燃烧中二氧化碳排放的重要选择。相对于传统的醇胺法,碱金属基固体材料捕捉燃煤电站烟气中CO_2被认为是一种有前景的二氧化碳捕集技术。本文将从捕集原理,碱金属基固体材料研究进展,工程化进展三个方面介绍该项技术。     

高性能碳基储能材料的设计、合成与应用

电化学储能器件的性能很大程度上决定于其电极材料。碳材料具有来源广泛、化学稳定性好、易于调控、环境友好等优点,被广泛应用于各类能量存储系统,但仍存在能量密度低、倍率性能差等问题。本文从碳材料孔结构调控、杂原子掺杂、与金属氧化物复合三个角度,综述了构建高性能碳基储能材料的设计合成策略,介绍了其在锂/钠离子二次电池、超级电容器等领域的研究进展,对几种方法策略的优缺点进行了总结,并对未来的研究方向进行了展望。本文对高性能碳基储能电极材料的设计开发具有积极意义。     

碳基二氧化碳吸附材料研究进展

近年来，以CO₂为主的温室气体在大气中的浓度持续增加，温室效应日益加剧。二氧化碳捕集、利用与封存(CCUS)是实现碳中和的托底技术，二氧化碳捕集成本占整个CCUS全链条的70%左右，开发低成本二氧化碳捕集技术是推动CCUS技术应用推广的重中之重。虽已开发多种先进材料(如沸石、金属有机骨架、介孔二氧化硅和聚合物)以应对二氧化碳捕集，但对活性炭(ACs)的研究仍是主流。碳材料具有来源广泛、价格低廉、孔隙结构丰富、物理化学性质稳定等优点，是一种极具应用潜力的二氧化碳吸附材料。现有碳基吸附材料仍存在二氧化碳吸附容量低、吸附选择性差等缺点，制约了其在二氧化碳捕集领域的应用，国内外研究人员开展了大量的碳基吸附材料改性工作，以满足工业应用需求。通过梳理碳基吸附材料造孔和表面改性两方面介绍了近几年国内外研究进展，总结了现有的物理活化法、化学活化法、模板法等造孔方法以及表面氧化、氮杂化、硫杂化、金属杂化等改性方法，并全面分析了不同方法的优缺点。针对目前的造孔技术，综合考虑选用更低成本的软模板剂和更易处理的硬模板剂；而在众多改性方法中，氮杂化改性和金属杂化改性目前研究较多，也是最有可...     

碳基材料电催化合成氨的研究进展

氨作为重要的肥料和能源载体,传统合成方法(如哈伯-博斯工艺)的高能耗和二氧化碳排放问题促使人们寻求更环保、低能耗的替代方法。电化学氮还原反应(ENRR)被认为是一种有前景的方法。然而,ENRR仍面临着一些挑战,包括催化剂的产率和法拉第效率(FE)受到析氢反应(HER)和氮还原反应(NRR)竞争的影响。近期的研究集中在改进电催化剂以提高其活性和选择性。本文结合电催化机理,综述了碳基材料在NRR反应的研究现状,为寻找更高效、更环保的氨合成方法提供了重要的指导和启示,有望为未来的ENRR研究和环境友好型氨生产的发展奠定基础。     

碳基材料脱硝催化剂的研究进展

综述了近几年碳基材料在氨气选择性还原（NH₃-SCR）技术上取得的相关研究成果,列举了以活性炭、活性炭纤维、碳纳米管、石墨烯为脱硝载体的负载型催化剂的研究现状,分析了烟气中的水和二氧化硫对SCR催化剂活性的影响,对碳基材料催化剂今后的发展方向做出展望。     

固废源CaO基CO2捕集材料的制备与捕集性能研究进展

CO₂捕集技术是当前应对全球气候变化、缓解温室效应的重要途径。利用含钙固体废弃物制备高效CaO基CO₂捕集材料有利于实现固废资源高值化利用、以废治废和清洁生产,具有重要的环境效益、经济效益和社会效益。基于固废源高效廉价CaO基CO₂捕集材料的良好应用前景,本文介绍了工业废渣、生物质和其他含钙固体废弃物的产生与资源化利用现状,综述了CaO基吸附剂的捕集原理、碳酸化动力学过程和CO₂捕集性能,对比了以不同含钙固体废弃物为前驱体制备CaO基吸附剂的吸附-脱附循环性能和不同改性方法对其吸附稳定性的影响,从经济角度分析了固废源CaO基吸附剂在钢铁厂、燃煤电厂和生物制氢中的应用潜力,展望了固废源CaO基CO₂捕集材料的应用前景和发展方向。该文旨在为固废源CaO基吸附剂前驱体的选择、吸附性能的提高和固废吸附材料的工业应用提供帮助。     

太阳能热化学储能研究进展

太阳能热发电技术对缓解全球资源紧张和改善环境有广阔的应用前景,大规模高温无损储热是太阳能热发电系统的关键。本文通过对显热储能、潜热储能和热化学储能3种热能储存方式的比较,认为热化学储能方法由于储能密度高,且可长期在环境温度下无热损储存,因而为太阳能热发电中的高温热能储存提供了一种潜在的方法。并对热化学储能在太阳能热力发电的应用上进行了技术经济分析,综述了几种有前景的热化学储能体系的研究进展,总结了各种储能体系的现存问题。根据热化学储能方法在实用化过程中存在的技术经济问题,指出了热化学储能技术的未来研究方向是储能反应器的设计、能量储存/释放循环性能探究、储能体系的选择及热化学储能系统的中试放大研究等。     

燃煤电站砷的全流程控制技术研究进展

采用文献计量学方法对近18年燃煤砷的文献进行整理,分析其研究特点和趋势,综述了燃煤砷在燃烧前、燃烧中和燃烧后控制技术的相关研究进展,总结当下燃煤电站砷污染控制技术的不足,并对未来燃煤砷控制技术的研究提出建议。     

储能用生物质基先进碳材料的研究进展

简述了生物质基碳材料的储能机理及常用的制备方法；综述了形貌、类石墨结构、孔道以及表面官能团和杂原子掺杂等影响生物质基碳材料储能性能的规律和机理；最后对储能用生物质基碳材料未来的发展趋势和研究方向进行了展望。     

碳基全固态离子选择性电极材料研究进展

离子选择性电极作为一种常见的电位型化学传感器,具有结构简单、制作成本低、易微型化、可穿戴化等特点,被广泛应用到工业分析、环境监测、生物医疗等领域。固态转导层作为全固态离子选择性电极的组成部件之一,对电极的性能起着至关重要影响。碳基材料具有良好的离子-电子信号转换效率和化学稳定性,被认为是理想的固态转导层材料。本文阐述了碳基材料在全固态离子选择性电极中的响应机理,综述了石墨烯、碳纳米管、多孔碳材料及其他碳基材料作为固态转导层材料的研究进展,分析对比了上述材料的导电性、电容性、比表面积、疏水性等性能,并展望了其未来的发展趋势。     

碳基材料吸附去除废水中铬的研究进展

作为种类繁多且廉价的环境友好型高效吸附剂,碳基材料在含铬废水的吸附处理中有广泛应用。本文对活性炭、生物质炭、石墨烯、碳纳米管、碳基复合材料等用于吸附水中铬的实验研究,以及相关的吸附热力学及动力学的研究成果进行综述,对比了含铬废水吸附处理的工艺参数,分析了其吸附机理。     

介质阻挡放电等离子体改性碳基材料研究进展

介质阻挡放电等离子体因其高效、经济和易操作等优点, 使得其在材料表面改性方面得到了广泛的应用, 同时表现出良好的应用前景。碳基材料由于其许多良好的物化性能, 使得其在很多领域都得到了很好的应用。而经DBD改性后的碳基材料表现出更好的物化性能, 应用更加广泛。主要综述了DBD在改性碳基材料方面的研究现状, 包括活性基团的引入, DBD改性对碳基材料界面结合能、吸附性能、物理结构及其对负载组分分散度的影响。指出改性过程中仍然存在的许多不够完善之处, 提出许多需要进一步深入研究的问题, 如DBD改性对碳基材料物化性能影响的机理研究, 并展望了DBD改性碳基材料技术未来的发展前景。     

钙基材料捕集CO2强化煤水蒸气气化制氢研究进展

煤炭大规模燃烧产生的CO₂加剧了全球气候变暖和温室效应,钙基材料强化煤气化制氢技术能在捕集CO₂的同时获得较高浓度的H₂,工业应用前景良好。基于国内外钙基材料强化煤气化制氢技术的研究进展,论述了钙基材料强化煤气化制氢技术的系统流程,综述了钙基材料在系统中的CO₂捕集和强化制氢反应特性和活性降低机理,总结了改善钙基材料循环稳定性、CO₂捕集性能和催化制氢性能的方法,介绍了钙基材料强化煤气化过程中碱金属等微量元素的迁移路径,论述了微量元素对钙基材料在煤气化过程中脱碳/强化制氢活性的影响特性,分析了流态化和超临界气化条件下钙基材料对煤气化制氢特性的影响,介绍了基于热力学模拟的系统能量和经济性计算,归纳了钙基材料强化煤气化制氢系统和其他可再生能源系统的耦合性能及其对制氢特性的影响。基于当前钙基材料强化煤气化制氢技术的研究进展和潜在挑战,对未来可能的研究方向进行展望,认为筛选添加剂能多方位提高钙基材料的反应性能,采用解耦气化和煤/生物质共气化技术能实现更高的制氢性能和气化转化率,研究煤中...     

碳基材料活化PMS降解新污染物研究进展

自然环境中新兴有机污染物（ECOs）的存在和去除引起广泛关注，如持续性有机污染物、抗生素、内分泌干扰物等对水生生物和人类产生存在潜在生态风险。过硫酸盐型高级氧化工艺因具有较强氧化降解污染物和选择去除特性，同时兼具广泛pH适应范围而受到广泛关注，而构建适宜的材料结构以实现过硫酸盐体系的高效活化是有效降解新污染物的关键。碳基材料因具有较丰富的官能团分布和结构稳定性，是高效活化过硫酸盐（PMS）的重要催化材料选择。本论文系统总结了可用于活化硫酸盐体系碳材料的结构特点及其活化机制，揭示了碳基材料活化PMS过程存在的自由基和非自由基途径，也对其在高活化效能和绿色环保应用方面的研究前景进行了展望。     

碳基材料处理含钍(Ⅳ)废水的研究进展

钍矿石作为核电行业的重要工业原料,开采和利用过程中产生的含钍废水,其放射性和毒性不得不引起重视。碳基材料作为吸附质在采用吸附法处理含钍废水的研究中发挥着重要作用。本文介绍了活性炭、氧化石墨烯、碳纳米管等碳基材料在处理含钍废液的研究进展。讲述了影响碳基材料吸附钍离子的关键因素和碳基材料吸附钍离子的作用原理。     

燃煤电站与光伏余热辅助胺法脱碳系统集成

为应对全球变暖问题,对现有燃煤电站进行碳捕集改造以及大力发展清洁能源势在必行。化学吸收法在碳捕集技术中发展最为成熟,但其再生能耗极高严重影响了燃煤电站自身的发电效率,因此有学者提出通过清洁能源辅助碳捕集的利用方式,其中光热辅助碳捕集应用最为广泛,但该利用方式未发挥单一光热的利用潜力。通过利用聚光光伏发电过程中产生的大量低品位废热辅助碳捕集可以提高光伏系统效率同时对低品位废热进行了有效利用。基于此构思了聚光光伏-光伏余热直接辅助碳捕集的新系统,建立了聚光砷化镓-余热辅助胺法脱碳的能量转化模型,验证了聚光光伏余热在质和量上都具有直接辅助胺法脱碳的潜力,依据热耗灵敏度分析优化了胺法脱碳系统关键参数,其最低热耗可达3.7 GJ/t,分析了电池工作温度及辐照强度对系统碳捕集性能以及光电效率的影响规律,确定了电池最优工作温度为140℃。将新系统集成于典型600 MW燃煤电站,并与参比系统比较可得:相较于单一燃煤碳捕集,电站发电效率提升6.01个百分点,同时增加光伏发电185.2 MW;相较于单一光伏发电,光伏发电量降低15.79 MW,但占接收太阳能60%的余热得到了有效利用,可实现CO₂捕集461.75 t/h。新系统在典型日的光伏日均发电为61.8 MW,日均碳捕集量为155.6 t/h,为实现年碳捕集保证率达80%以上,需要约4 km²以上的聚光面积。新系统利用光伏余热代替了原本从电站低压缸抽汽,消除了碳捕集对电站的能源惩罚,同时将高品位的太阳能转化为电,并对低品位的光伏余热进行对口利用。系统最终实现了太阳能的高效利用以及化石能源的并行清洁利用。     

高强水泥基材料研究进展

高强水泥基材料是水泥基材料的一个重要发展分支.通过介绍高强/高性能混凝土、高致密水泥基均匀体系、无宏观缺陷水泥、活性粉末混凝土等高强水泥基材料的发展、特点、制备方法以及研究应用进展,归纳总结出了水泥基材料高强化的途径,并且指出了高强水泥基材料发展方向与亟待解决的问题.