MnFeO3和MnFe2O4氧载体在稻草化学链气化中的应用

通过溶胶凝胶燃烧法合成了MnFeO₃和MnFe₂O₄两种锰铁复合氧载体。通过原位红外实验探究其与稻草的化学链气化过程,发现其加速了稻草热解产物的析出,并通过气化反应促进CO和CO₂的产生,提高了碳转化率。固定床实验结果表明MnFeO₃和MnFe₂O₄在与水蒸气耦合气化的条件下大幅提高了合成气中H₂和CO的产率,气化效率分别达到94.49%和92.76%。并通过XRD分析,发现MnFeO₃和MnFe₂O₄在气化过程主要还原为(Fe,Mn)O,且在氧化反应后能回到初始晶相。在固定床的10次循环实验以及SEM的结果表明,MnFeO₃在循环反应中逐渐形成的颗粒状多孔结构有利于维持稳定的气化效率,而MnFe₂O₄由于团聚和烧结作用形成了块状结构,气化效率呈缓慢下降趋势。因此,认为MnFeO₃在生物质化学链气化中具有更好的适用性。     

基于CoFe_2O_4载氧体的生物质化学链气化反应特性

在热重分析仪和固定床反应器上对基于CoFe_2O_4载氧体的生物质化学链气化反应特性进行了研究,考察了载氧体与生物质质量比、水蒸气、反应温度对生物质化学链气化反应特性的影响,同时也对载氧体的循环反应性能进行了研究。通过XRD及SEM对新制备的和反应后的载氧体进行了表征。热重结果表明:CoFe_2O_4能够提供晶格氧,有效促进生物质气化。当CoFe_2O_4与生物质质量比为0.8,水蒸气体积分数为50%,温度为900℃时,气化反应效果最好。5次循环反应后,仍能获得较高品质的合成气,载氧体能够循环再生且未出现明显烧结团聚。     

K_2CO_3修饰钙基载氧体的煤化学链气化反应特性

以膨润土(Bentonite)为载体,采用机械混合-浸渍法制备了Ca SO4-K2CO3/Bentonite(Ca KBen)复合载氧体。在流化床反应器中,以水蒸气作为气化、流化介质,考察复合载氧体Ca KBen与不同煤种的化学链气化反应特性,并对该载氧体的循环特性、作用机理及气化动力学方程进行了研究。结果表明:复合载氧体Ca KBen适用于不同煤种的化学链气化过程。900℃时,与纯煤气化相比,Ca KBen化学链气化的碳转化率提高17.88%,反应时间缩短10 min,复合载氧体Ca KBen表现出良好的反应活性和催化性能。十次循环实验过程中,冷煤气效率稳定在85%以上,表明复合载氧体Ca KBen具有良好的循环特性。XRD、SEM分析表明十次循环实验后,钙基载氧体的晶相结构稳定,主要以CaS O4形式存在,K+主要以K2CO3形式存在,载氧体表面变得疏松多孔,该结构有利于化学链气化反应的进行。活性位扩展模型很好地体现了复合载氧体Ca KBen与煤化学链气化的动力学规律,验证了气化过程中CaS O4与K2CO3具有协同作用。     

碳包覆MnFe_2O_4(MnFe_2O_4@C)纳米球的制备及其对重金属离子[Cu(Ⅱ)、Pb(Ⅱ)]的去除

以FeCl_3·6H_2O与Mn(CH_3COO)_2·4H_2O为原材料,用乙二醇作为溶剂,通过简易的水热方法制备出MnFe_2O_4纳米球;然后以葡萄糖作为碳源制备出MnFe_2O_4@C复合材料。所制备材料的形貌和微观结构经过SEM和TEM表征,其表征结果显示MnFe_2O_4@C复合材料的形貌是直径约为200~300 nm的微球,且一层厚度约为3~5 nm的碳层均匀的包覆在MnFe_2O_4微球的表面。同时还探究了MnFe_2O_4@C复合材料对水溶液中Cu(Ⅱ)、Pb(Ⅱ)的吸附性能。实验结果表明,当溶液pH为8时,MnFe_2O_4@C磁性吸附剂对Cu(Ⅱ)、Pb(Ⅱ)的去除效率分别达到了93.9%和98.2%;此外,MnFe_2O_4@C磁性吸附剂的再生性能研究结果显示,在循环使用三次以后,MnFe_2O_4@C吸附剂对Cu(Ⅱ),Pb(Ⅱ)的去除效率仍然可以达到80%和90%以上,相比于首次使用,其去除效率只有轻微的降低。     

基于化学链燃烧的转炉放散煤气利用研究

在固定床反应器和热重分析仪上对浸渍法制备的过渡金属氧化物载氧体MnO_2/Al_2O_3、Fe_2O_3/Al_2O_3和CuO/Al_2O_3与转炉放散煤气中CO的反应特性进行了研究,并结合比表面积分析、脉冲化学吸附和扫描电镜等手段表征了CuO/Al_2O_3的循环寿命性能。结果表明,在上述三种载氧体中CuO/Al_2O_3表现出了最佳的反应活性,反应进行2min时的CO转化率在225℃以上的反应温度下就能达到90%。在350℃、还原反应空速4000 h~(-1)和氧化反应空速159 h~(-1)的条件下,CuO/Al_2O_3能够保持良好且稳定的CO脱除性能和机械强度,因而具有良好的循环寿命。据此,提出了基于化学链燃烧的转炉放散煤气利用新工艺,本工艺可安全利用间歇排放的转炉放散煤气,并实现对用户的连续供热。     

磁性MnFe_2O_4@Al_2O_3对废水中铜的吸附行为研究

制备核壳磁性吸附剂MnFe_2O_4@Al_2O_3用于含铜废水的吸附实验研究。结果表明,MnFe_2O_4@Al_2O_3可有效去除水中的铜离子,在MnFe_2O_4@Al_2O_3投加质量浓度2.0 g/L、Cu~(2+)质量浓度20 mg/L、pH为6.0、吸附时间180 min的条件下,Cu~(2+)去除率达97%。MnFe_2O_4@Al_2O_3对Cu~(2+)的吸附过程符合伪二级动力学方程,为多层化学吸附。VSM分析表明MnFe_2O_4@Al_2O_3具备超顺磁性的优势。     

铁基复合载氧体煤化学链气化反应特性及机理

以水蒸气作为气化/流化介质,在流化床中研究了两种铁基复合载氧体的化学链气化反应特性及循环特性,并对气化过程中的反应机理、动力学方程进行了推断。结果表明:温度为920℃时,添加不同修饰物的铁基复合载氧体与煤焦气化的反应活性依次为Fe4Al6K1>Fe4Al6>Fe4Al6Ni1。在多次循环实验过程中,合成气成分保持稳定,表明Fe4Al6K1复合载氧体循环特性良好。XRD谱图分析表明,六次氧化还原实验后的铁基载氧体氧化态仍为Fe₂O₃。K⁺主要以铁酸钾形态存在,该结构有利于促进化学链气化反应。利用高斯函数对气化反应速率进行了峰拟合,拟合结果表明化学链气化主要分为3个阶段:化学链作用阶段、煤气化阶段以及Fe₃O₄向FeO转变的气化阶段。     

基于CoFe2O4载氧体的生物质化学链气化反应特性

在热重分析仪和固定床反应器上对基于CoFe₂O₄载氧体的生物质化学链气化反应特性进行了研究，考察了载氧体与生物质质量比、水蒸气、反应温度对生物质化学链气化反应特性的影响，同时也对载氧体的循环反应性能进行了研究。通过XRD及SEM对新制备的和反应后的载氧体进行了表征。热重结果表明：CoFe₂O₄能够提供晶格氧，有效促进生物质气化。当CoFe₂O₄与生物质质量比为0.8，水蒸气体积分数为50%，温度为900 ℃时，气化反应效果最好。5次循环反应后，仍能获得较高品质的合成气，载氧体能够循环再生且未出现明显烧结团聚。     

高铝矾土改性对稻草热解与气化特性的影响

在固定床中研究了高铝矾土改性剂及其浓度和反应温度对稻草热解产气特性的影响,选取固定床中最佳实验条件,在流化床中研究了改性高铝矾土床料对稻草气化特性及焦油产率的影响。结果表明,不同物质改性的高铝矾土对稻草热解产气特性的影响不同,4种物质提高稻草热解产气能力的顺序为CaCl2相似文献   

MFe_2O_4铁氧体燃烧合成及其热处理过程中亚稳相的Mōssbauer谱研究

采用燃烧合成法制备了ZnFe_2O_4。Ni-ZnFe_2O_4和MnFe_2O_4尖晶石型软磁铁氧体粉体。通过Mssbauer谱对燃烧合成产物及其热处理后的物相组成进行分析。研究结果表明,燃烧合成MFe_2O_4(Mo为Mg~(2 ),Mn~(2 ),Ni~(2 ),Zn~(2 )等)是在非平衡状态下进行的,其特点是燃烧温度高,降温速率快,因而使产物中存在部分亚稳相和中间相。燃烧合成的MnFe_2O_4在1100℃热处理2 h后,产物中的Fe_2O_3与Mn的氧化物几乎未发生反应生成尖晶石相;1200℃热处理2 h的产物经空气和水中淬火后,均可得到结构较为完整的单相MnFe_2O_4铁氧体,但与传统固相反应法的本质区别是阳离子趋向反型分布,说明MnFe_2O_4的形成与周围气氛及温度有着十分重要的关系。     

Fe_2O_3,SiO_2,Al_2O_3对磷石膏化学链燃烧反应的影响研究

合成气作为现代化工的基础原料,可通过化学链气化技术制得。利用湿法磷酸工业的副产物—磷石膏作为载氧体,通过热重分析仪和管式炉研究在N_2条件、水蒸气作为气化剂的条件下,SiO_2、Al_2O_3和Fe_2O_3对化学链燃烧过程中合成气的产出量的影响。实验结果表明:高温条件有益于合成气的产出,Fe_2O_3的加入对CO气体的产出有明显的影响,而SiO_2则更利于H_2的产出,而Al_2O_3的加入对合成气的整体产出量有促进作用。     

Co-Fe2O3[104]铁基载氧体优化体系作用下褐煤化学链燃烧特性

前期研究发现高弥勒指数晶面载氧体Fe₂O₃[104]具有高的化学链燃烧反应特性,且Co对煤及其热解中间产物具有催化气化和催化转化作用。通过正交实验优化制备Co-Fe₂O₃[104]/Al₂O₃载氧体体系结构,开展Co-Fe₂O₃[104]/Al₂O₃与褐煤的化学链燃烧,揭示载氧体与褐煤发生化学链燃烧的特性。结果表明:形貌控制制备的高弥勒指数晶面铁基载氧体Co-Fe₂O₃[104]/Al₂O₃(质量分数10%)促进了褐煤化学链燃烧过程中氧的迁移速率以及载氧体的还原程度,进而显著提高了载氧体与褐煤化学链燃烧的反应速率及反应效率。进一步通过CO多循环化学链燃烧反应、XRD和TEM表征了Co-Fe₂O₃[104]/Al₂O₃(10%)的可再生性及反应稳定性。     

煤焦加压化学链气化反应特性和机理

采用机械混合法制备的Fe₂O₃/膨润土为载氧体,在加压固定床中进行煤焦化学链气化试验和动力学研究,借助拉曼和N₂吸附等温线表征手段,分析压力对煤焦反应活性及煤焦碳结构和孔结构的影响,讨论煤焦加压化学链气化反应机理。结果表明：系统总压从0.46MPa增加至0.80MPa时,煤焦化学链气化反应速率从0.0159min^-1提高至0.0309min^-1;水蒸气分压增加75%,H₂/CO摩尔比值增加74%。煤焦加压化学链气化过程可以用随机孔模型（RPM）描述,系统总压增加有利于内部扩散。系统总压增大煤焦的比表面积增加,水蒸气分压增大煤焦的反应活性提高,因而提高了煤焦化学链气化反应速率。     

煤焦化学链气化过程中神木煤灰对铁基载氧体反应特性及结构的影响

以水蒸气为气化剂、Fe_4Al_6(Fe_2O_3:Al_2O_3质量比4:6)为载氧体,在高温间歇流化床中添加神木煤灰模拟串行循环流化床,研究煤灰累积对煤焦化学链气化过程中载氧体反应性能及结构的影响.结果表明,在800~900℃的化学链气化过程中,添加5%~15%(w)神木煤灰可降低Fe_4Al_6载氧体还原反应的温度、提高其还原反应速率.添加15%神木煤灰可明显促进煤焦水蒸气气化,提高煤焦碳转化率.Fe_4Al_6载氧体还原反应温度为950~1000℃、系统中含20%神木煤灰及1000℃、系统中含15%神木煤灰时,神木煤灰易与Fe4Al6载氧体反应生成Fe_2SiO_4,Fe Al_2O_4,Ca Fe_4Al_2O_(10)和CaAl_8Fe_4O_(19)等低熔点物质,使Fe_4Al_6载氧体孔堵塞、表面烧结.     

基于Aspen plus对气流床以CO_2制高浓度CO能力的研究

借助Aspen plus软件,在进料粉煤10 kg/h、氧气流量6. 3 kg/h、CO2与水蒸气流量1. 5 kg/h、气化压力3. 5 MPa、温度1 450℃的反应条件下,对添加CO2部分替代水蒸气气流床粉煤气化反应的性能进行探究,结果表明CO2/H2O质量比为0. 4时,固定床生产工艺比较发现:合成气总产量、(CO+H2)浓度、CO浓度以及CO2比耗在相同条件下比固定床工艺平均分别高出2. 147 Nm3/h、12. 44%、4. 55%和92. 582 Nm3/k Nm3(CO+H2)     

壳聚糖/MnFe2 O4通孔气凝胶的光催化性能研究

壳聚糖(CS)是一种天然生物高分子材料,因其可再生与可降解的优点在众多领域得到广泛应用。通过液氮辅助成型工艺制备了具有通孔结构的CS/MnFe_2O_4气凝胶,首先利用水热法制备MnFe_2O_4纳米颗粒,再利用液氮构筑温度梯度诱使冰定向生长形成CS/MnFe_2O_4水凝胶,最后利用冷冻干燥获得具有放射状通孔结构的CS/MnFe_2O_4气凝胶。为了提高气凝胶的稳定性,利用戊二醛作为交联剂对CS/MnFe_2O_4气凝胶进行化学交联。利用SEM和XRD分别表征了材料的微观结构和结晶结构,MnFe_2O_4的加入显著地增加了CS通孔气凝胶对亚甲基蓝的光催化性能.当MnFe_2O_4含量为20%时,CS/MnFe_2O_4通孔气凝胶对亚甲基蓝的光催化效率为57%。     

基于化学链制氧的煤气化集成系统工艺参数分析

利用化学链制氧（chemical looping air separation,CLAS）取代传统空气分离制氧技术,提出了基于化学链制氧的煤气化集成系统。以Mn2O3/Mn3O4为氧载体,依据Gibbs自由能最小化原理,利用Aspen Plus对该集成系统进行模拟研究。结果表明,当还原温度高于840℃时,还原程度和粗煤气温度不随还原温度增加而发生明显变化,H2、CO和CH4流量及含量变化趋势较平缓,冷煤气效率为80%左右;随CO2循环比增大,水蒸气用量逐渐减少,粗煤气中H2流量和含量降低,CO流量和含量升高,CH4流量和含量基本不变,冷煤气效率升高,粗煤气温度降低。气化压力变化对粗煤气中H2、CO和CH4流量和含量无明显影响,气化压力升高会降低冷煤气效率,提高粗煤气温度。     

再生水处理中预沉积吸附剂对缓解膜污染的作用研究

以缓解超滤膜污染为目标,选择3种含铁吸附剂MnFe_2O_4、Fe_3O_4和FeO_xH_y,究其对卵清蛋白(OVA)的吸附特征和去除效果及对膜污染的缓解作用。结果表明,3种含铁吸附剂对OVA的吸附速率存在差异,初期吸附速率常数MnFe_2O_4Fe_3O_4FeO_xH_y,整个过程吸附速率常数MnFe_2O_4FeO_xH_yFe_3O_4;预沉积MnFe_2O_4和FeO_xH_y可以有效降低膜污染,预沉积Fe_3O_4对膜污染没有缓解作用,反而加剧了膜污染程度;MnFe_2O_4的对OVA的吸附效果最佳,MnFe_2O_4最适合作为预沉积吸附剂缓解超滤膜污染。预沉积3种含铁吸附剂均不会造成出水中铁含量超标。     

预涂层吸附-超滤处理再生水有机物效能及膜污染机制

将铁酸锰(MnFe_2O_4)和四氧化三铁(Fe_3O_4)2种吸附剂预沉积在超滤膜上过滤再生水模拟溶液,考察预沉积对膜污染及其膜出水水质的影响。结果表明,2种吸附剂的适宜投加量均为0.45 g/L;在适宜投加量下,Fe_3O_4预沉积比单独超滤提高膜比通量20.1个百分点,效果优于提高膜比通量9.3个百分点的MnFe_2O_4;MnFe_2O_4预沉积和超滤膜的组合工艺有67.3%的TOC去除率,改善效果高于达到的41.1%的TOC去除率的Fe_3O_4;吸附剂预沉积在超滤膜上会形成预涂层,平滑致密的预涂层可吸附和截留污染物,有效减少膜污染,投加量0.45 g/L的Fe_3O_4形成的预涂层比投加量0.45 g/L的MnFe_2O_4更有效的阻止了膜污染。预沉积技术可以改善膜通量和膜出水水质。     

基于NiFe_2O_4载氧体的化学链蒸汽重整制氢实验研究

采用并流共沉淀法合成了具有尖晶石结构的NiFe_2O_4载氧体,研究了其在化学链蒸汽重整制氢过程中的氧化-还原反应性能。并利用X射线衍射(XRD)、拉曼光谱分析(Raman)、扫描电镜(SEM)、H_2程序升温还原(H_2-TPR)和热重分析对NiFe_2O_4载氧体进行表征和分析。结果表明,还原态载氧体在水蒸气气氛中可恢复部分晶格氧,热重实验进一步发现合成载氧体的反应活性显著高于商业载氧体,且其在约14 h的连续实验中展现了优异的循环反应性能。固定床实验表明,载氧体能显著促进生物质挥发分中大分子中间热解产物转化为小分子气体,特别是初次焦油的催化裂解,从而明显改善气体品质。由于Fe-Ni协同效应,经CO还原后的载氧体具有较强的制氢能力,每克还原态载氧体可产生232 mL纯氢。由于热力学限制使还原态载氧体在水蒸气气氛中只能恢复部分晶格氧至Ni、Fe3O4和Ni1-xFe2+xO4的三元混合物相。