焦炉煤气常量含碳气氛对加氢脱硫催化剂活性、选择性和积炭的影响

利用微型固定床反应装置对工业Fe-Mo预加氢脱硫催化剂进行加氢脱硫(HDS)评价，研究焦炉煤气中不同常量含碳原料组分(CH₄、C₂H₄、C₂H₆、CO、CO₂)对催化剂加氢活性、选择性以及积炭的影响，并采用红外碳硫分析仪、N₂吸附-脱附、Raman以及TPRS-MS对催化剂进行表征。结果表明：在N₂气氛下，COS、CS₂和C₄H₄S加氢转化由易到难顺序为：COS>CS₂>C₄H₄S，但COS加氢转化受含碳气氛影响最明显，致使焦炉煤气加氢脱硫中COS难以完全脱除；不同气氛对硫化物加氢选择性都会产生影响，其中C₂H₄气氛对选择性影响最明显，而对H₂S收率影响最明显的是CO₂和CO；不同含碳...     

基于咖啡酸的水合肼荧光探针的合成及应用

以天然产物咖啡酸为原料，设计、合成了一种可快速识别水合肼(N₂H₄)的咖啡酸乙酯荧光探针(ED)。通过¹HNMR、¹³CNMR和HRMS对其结构进行了表征。探针ED对N₂H₄具有高选择和高灵敏性识别，检测极限为0.31μmol/L，最适pH范围为3～8，响应时间为48 s。采用HRMS和¹HNMR确定探针与N₂H₄的作用机理，结果表明，探针ED与N₂H₄作用后不饱和酮结构与N₂H₄反应后生成吡唑环。此外，探针ED与N₂H₄作用后，溶液颜色从无色变为黄色，可实现N₂H₄的“裸眼检测”，并成功用于水样中N₂H₄的检测。     

基于Langmuir-Hinshelwood动力学解析O2/CO2/H2O气氛下烟煤焦反应机理

流化床富氧燃烧湿烟气循环兼具经济与环保优势。湿烟气循环（O₂/CO₂/H₂O）条件下煤焦与O₂、CO₂及H₂O的反应同时发生。为探究O₂/CO₂/H₂O气氛下煤焦-O₂、煤焦-CO₂、煤焦-H₂O反应间的相互作用机制,在自制高精度热重实验装置上系统考察了O₂、CO₂、H₂O及其混合气氛下,典型烟煤焦在900℃的反应特性。基于吸附和脱附原理的Langmuir-Hinshelwood（L-H）机理性模型分别计算了烟煤焦与O₂、CO₂和H₂O反应的动力学参数。通过采用单独活性位点与竞争活性位点两种假设分析了O₂/CO₂、O₂/H₂O和CO₂/H₂O气氛下烟煤焦-O₂、烟煤焦-CO₂和烟煤焦-H₂O两两反应间的作用机制,揭示了H₂O分子优先吸附于烟煤焦表面活性位点,O₂分子次之,而CO₂分子相对滞后。O₂/CO₂/H₂O气氛下烟煤焦-O₂、烟煤焦-CO₂、烟煤焦-H₂O反应表现出部分竞争反应活性位点,传统的单独活性位点与竞争活性位点假设均无法准确描述其反应速率特性。基于H₂O分子优先,O₂分子次优先吸附的原理,建立了O₂、CO₂、H₂O混合气氛下煤焦反应速率L-H动力学方程,方程计算结果与实验值良好吻合。研究结果为深入分析煤焦颗粒流化床富氧燃烧特性及构建可靠、准确的燃烧反应模型提供了理论支撑。     

TiO2掺杂对Na2CO3/Al2O3吸收剂CO2捕捉性能的影响

钠基固体吸收剂脱除燃煤烟气CO₂技术具有反应温度低、能耗低等优点,日益受到学术界的关注。该技术的主要不足是吸收剂的活性成分碳酸钠与CO₂的反应（碳酸化反应）活性较低。针对这一问题,本文旨在研制一种新型改性钠基固体吸收剂,采用活性氧化铝作为载体、TiO₂作为掺杂剂进行改性,利用热重分析装置、XRD、SEM和氮吸附仪研究钠基固体吸收剂的CO₂捕捉性能。结果表明：掺杂TiO₂后,钠基固体吸收剂与CO₂的反应速率加快,CO₂捕捉量增加;反应前后除TiO₂外无其他含Ti化合物生成;碳酸化反应产物为NaHCO₃和Na₅H₃（CO₃）₄;然而TiO₂掺杂过多会堵塞吸收剂的微观孔道,不利于甚至阻碍碳酸化反应的进行,因此,TiO₂的掺杂量应控制在一定的范围内。     

水合肼制氢纳米催化剂改性制备及机理研究进展

安全高效、响应迅速的在线氢源能够有效地加速质子交换膜燃料电池(PEMFCs)的商业化应用,而设计和制备安全高效、成本低廉的催化剂是实现水合肼(N₂H₄·H₂O)催化制氢作为在线氢源的关键技术。总结了催化剂的合金化改性、形貌结构的调控、载体的负载和强碱性助剂的添加等因素和催化性能之间的构效关系,从活性位点的增多和本征活性的提高等方面讨论催化性能提升原因。结合理论计算总结N₂H₄在不同金属催化剂表面上的吸附性能和分解路径等机理研究,分析了N₂H₄在不同的活性位点结构上催化活性、H₂选择性和稳定性出现差异的原因。以期实现高效催化剂特定表界面结构和活性位点的几何结构和电子结构多尺度精准调控,为实现机理指导下催化剂的结构精准设计奠定基础。     

水合肼制氢纳米催化剂改性制备及机理研究进展

安全高效、响应迅速的在线氢源能够有效地加速质子交换膜燃料电池(PEMFCs)的商业化应用,而设计和制备安全高效、成本低廉的催化剂是实现水合肼(N₂H₄·H₂O)催化制氢作为在线氢源的关键技术。总结了催化剂的合金化改性、形貌结构的调控、载体的负载和强碱性助剂的添加等因素和催化性能之间的构效关系,从活性位点的增多和本征活性的提高等方面讨论催化性能提升原因。结合理论计算总结N₂H₄在不同金属催化剂表面上的吸附性能和分解路径等机理研究,分析了N₂H₄在不同的活性位点结构上催化活性、H₂选择性和稳定性出现差异的原因。以期实现高效催化剂特定表界面结构和活性位点的几何结构和电子结构多尺度精准调控,为实现机理指导下催化剂的结构精准设计奠定基础。     

N2优先渗透ZIF-8复合膜的制备及其CO2捕集

为了获得经济节能的烟道气CO₂回收方法,制备了一种新型的N₂优先渗透ZIF-8复合膜。以柔性聚砜(PSf)多孔膜为支撑层,采用Zn²⁺与壳聚糖的交联溶液对聚砜支撑层表面改性,使Zn²⁺固定在PSf膜表面;然后与2-甲基咪唑(Hmim)配位得到ZIF-8晶种层;最后通过界面聚合法二次生长制得ZIF-8复合膜。采用FTIR、XRD及SEM对ZIF-8复合膜的形貌结构进行表征,结果显示成功制备了致密的ZIF-8复合膜。在进料气为纯气条件下,探究了二次生长时间、Zn²⁺溶液的浓度、测试时间及测试压力对ZIF-8复合膜N₂/CO₂分离性能的影响,阐明其N₂优先渗透机理;并进一步考察了混合气分离性能。结果表明：在25℃和0.1 MPa下,最优ZIF-8复合膜的N₂渗透性为523 GPU,N₂/CO₂选择性为19;同条件下混合气的N₂渗透性和N₂/CO₂选择性分别为517 GPU和18。所制备的ZIF-8复合膜可以使N₂优先渗透,实现烟道气中高浓度N₂渗透,低浓度CO₂截留在膜的上游侧。原因主要是ZIF-8复合膜含有较多的CO₂强吸附位点,使CO₂被吸附在膜内不易从膜的下游侧脱附,渗透性小,而N₂优先渗透,这为N₂优先渗透膜的制备提供了一种新思路。     

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。     

电Fenton活化过硫酸盐降解甲基肼废水

伴随我国航天事业的迅猛发展,航天工业产生的甲基肼推进剂废水对环境的危害逐渐凸显。为提升甲基肼废水的去除效能,采用电Fenton激活过硫酸盐去除甲基肼废水。研究了Na₂S₂O₈与甲基肼摩尔比浓度、电流强度、初始pH、背景离子种类及初始甲基肼浓度对甲基肼降解效能的影响,结果表明,在Na₂S₂O₈与甲基肼摩尔比浓度为2.0、电流强度0.05 A、初始pH=5、NaCl背景下,甲基肼10 min内的降解率为96.4%。自由基捕获结果证明,·OH和·SO^-₄是电Fenton强化过硫酸盐去除甲基肼体系中的主导活性自由基。     

联合发射光谱与动力学计算的非热等离子体重整CO2-CH4机理

非平衡等离子体重整CO₂-CH₄制合成气是实现2种温室气体资源化利用的新兴技术途径。综合采用发射光谱分析、反应动力学计算和连续质谱对常温常压介质阻挡放电(DBD)非热等离子体重整CO₂-CH₄反应途径进行探索。比功率S_EI为52 J/cm³时,可得到CH₄和CO₂转化率最大分别为22.8%和9.4%。稳态气相产物连续质谱在线分析表明,C₂H₄为C₂烃生成重要中间体,CH₄比例越高C₂烃生成量越大,且按C₂H₆2H₄2H₂顺序升高。发射光谱检测到·CH、·C₂自由基和CO、CO■特征谱线,·CH相对强度随比功率增加明显降低,CO■相对强...     

二氧化碳还原用甲酸脱氢酶的研究进展

CO₂的还原和资源化利用是缓解温室效应的重要手段。生物催化剂对反应和底物具有高选择性，因此被用于构建高效的CO₂还原系统。其中，甲酸脱氢酶(FDH)，特别是某些烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD⁺)依赖型/金属辅因子(W或Mo)的甲酸脱氢酶，能够可逆地将CO₂还原成甲酸盐。该文首先介绍了甲酸脱氢酶的特性及分类，其次综述了CO₂还原用甲酸脱氢酶的活性位点及催化机制、FDH的分子改造、全细胞生物催化CO₂还原为甲酸盐的最新进展，为CO₂还原用生物催化剂的研究提供了启示，为以CO₂为原料构建可行的CO₂还原系统来生产增值的燃料和化学品提供了理论基础。     

硅铝比和金属离子对ZSM-5吸附CO2/N2的Monte Carlo模拟的影响

通过调节硅铝比和引入金属离子构建了Si₉₆O₁₉₂、NaAlSi₉₅O₁₉₂、Na₂Al₂Si₉₄O₁₉₂、Li₂Al₂Si₉₄O₁₉₂、K₂Al₂Si₉₄O₁₉₂分子筛模型,并用MonteCarlo模拟CO₂和N₂吸附。结果表明,硅铝比降低和金属离子量增加可提供更多的吸附位点,CO₂吸附量逐渐增加,CO₂/N₂选择性显著提高。CO₂吸附位点主要集中在Na⁺附近和孔道中。在低压力下,分子筛吸附量主要由不同金属离子与CO₂分子之间的相互作用决定;随着压力增加,吸附量由分...     

CO2/N2置换-降压强化开采天然气水合物

将天然气水合物中的CH₄置换为CO₂水合物是未来能源生产和温室气体控制的一种创新方法,但通常条件下CO₂对水合物中CH₄的置换效率较低,因此采用混合气联合降压强化置换的开采方法被提出。模拟(海底静水压力)在三轴应力约束状态下,通过注入固定比例[n(CO₂)∶n(N₂)=4∶1]的置换气体,研究降压强化置换过程中储层气相组分、CH₄开采率与CO₂封存率的变化。结果表明：CO₂+N₂联合降压强化置换法大幅度提高CH₄水合物置换效率,CH₄置换率相较于传统置换法的15.2%提升至35.22%,其中N₂直接贡献率占8.66%。通过降压强化,显著增强分解后期阶段气体扩散效果,提高CH₄开采率与CO₂封存率,对提高水合物转换开采具有良好的应用前景。     

Zn/Cu单晶转换MOF材料的CO2/CH4分离性能研究

CO₂的捕获和分离具有重要的工业和环境意义。采用溶剂热法,以羧基和路易斯碱位点功能修饰的配体和锌离子构筑了阴离子型金属有机框架材料{[Zn₂(N)·(DMF)₃·(CH₃)₂NH₂]·(DMF)₂}_n (NEM-7-Zn)。为了提高骨架的稳定性,通过金属离子置换工艺,将NEM-7-Zn转化为高稳定性的铜基框架材料NEM-7-Cu。采用EA、PXRD、TGA及比表面积分析等技术对多孔材料进行综合表征,并测定了NEM-7-Cu对二氧化碳、乙炔和甲烷单组分气体的吸附等温线。实验结果表明,NEM-7-Cu不仅具有较高的CO₂ 吸附性能（74 cm³·g^-1）,更表现出优异的CO₂/CH₄（11.5）和C₂H₂/CH₄（7.1）吸附选择性。通过巨正则Monte Carlo方法（GCMC）计算得到CO₂在NEM-7-Cu中的主要吸附位点为功能基团羧基与路易斯碱位点附近以及Cu的金属团簇附近。     

CH4-CO2低温等离子体重整制合成气的研究

为了探究CH₄-CO₂低温等离子体重整制合成气的反应特性,考察了添加气体、放电电压、放电频率、CH₄与CO₂物质的量比和原料气流量对重整反应的影响,在优化单纯等离子体作用下CH₄-CO₂重整反应条件的基础上,开展了等离子体与NiO-CeO/TiO₂-MgO催化剂协同转化CH₄-CO₂的实验。结果表明,实验体系中添加Ar或N₂,放电引发的亚稳态Ar^*或N₂激发态粒子,可促进反应物转化和目标产物生成,且Ar对CH₄-CO₂重整反应的促进作用优于N₂;在单纯等离子体作用、Ar体积分数25%,放电电压17.0 kV,放电频率9.0 kHz, CH₄与CO₂物质的量比1∶2,气体总流量60 mL/min条件下,CH_4<...     

水合物法平衡级分离CO2/N2流程模拟分析

化石燃料燃烧排放烟气中CO₂的量占CO₂总排放量的75%,为了缓解CO₂导致的全球温室效应,需将CO₂/N₂中的CO₂分离出来。水合物法分离是一种高效、低能耗的CO₂/N₂分离技术。本文研究了水合物法平衡级分离CO₂/N₂过程中,进料CO₂体积分数、反应条件与反应特性三者间的关系,利用CPA-SRK方程+Chen-Guo模型对其进行平衡级分离流程模拟分析。经计算发现,进料干基CO₂体积分数对水合物法分离CO₂/N₂工艺的反应压力、平衡级级数均有较大影响。随着体积分数的增加,反应压力呈减小趋势,减小幅度随体积分数增加而减小,当进料CO₂体积分数小于20%时,压力下降较快,当体积分数大于50%时,压力降低幅度变小。温度为277K时,CO₂体积分数小于10%时,需四个水合物平衡级分离才能得到满足要求的气样;当体积分数为10%~20%时,需三个水合物平衡级分离;体积分数大于30%时为两个水合物平衡级分离。温度对水合分离的反应压力有较大影响,但对所需平衡级分离级数的影响并不大。随着温度的升高,水合反应压力呈增加趋势,增加幅度随进料干基CO₂体积分数的增加而降低。针对所研究气样,在不同温度下,均需三个水合物平衡级分离才能达到工艺要求。     

N2和CO2惰化丙烯爆炸极限参数实验研究

为得到惰化条件下丙烯的爆炸极限参数的变化规律,采用标准的可燃性气体爆炸极限测试装置(GB/T 12474—2008),测试研究了N₂和CO₂对丙烯的爆炸极限、临界氧浓度和最小氧浓度的影响,并绘制了C₃H₆-N₂/CO₂-Air爆炸三角形图,对比分析了N₂和CO₂对丙烯爆炸极限参数的惰化效果。结果表明,添加N₂和CO₂都会缩小丙烯爆炸极限范围,减小爆炸的危险度。N₂惰化条件下,丙烯爆炸上下限重合时N₂添加量为49%,临界氧浓度为9.79%;在CO₂惰化条件下,丙烯爆炸上下限重合时,CO₂的添加量为34%,临界氧浓度为12.94%。在丙烯浓度不变的情况下,发现CO₂惰化氛围下的最小氧浓度值均高于N₂惰化条件下的。两种惰化工况下的丙烯爆炸三角形结果显示,在CO₂惰化的爆炸区域明显小于N₂惰化下的;当添加惰性气体使丙烯处于完全惰化状态时,CO₂的窒息比和添加量均小于N₂。本文的实验数据及结论可为进一步研究丙烯爆炸和工业丙烯安全防爆工作提供理论基础。     

干馏层气氛对半焦结构及其CO2气化活性影响

固定床煤气化炉中气氛对干馏层生成半焦的活性影响较大。对不同气氛下制得的半焦进行了CO₂气化活性实验，并采用拉曼光谱和氮吸附对半焦进行了表征。结果表明：与N₂气氛下制得的半焦相比，通入其他气体可以提高半焦的CO₂气化活性，单组分中H₂O气氛下制得的半焦的CO₂气化活性最强，双组分中CO₂+H₂和CO+H₂O气氛下制得的半焦的气化活性明显增加，而且双组分气氛下的CO₂气化活性比前者强；半焦比表面积的增加有利于其CO₂气化活性的提高，但半焦化学结构的变化对其CO₂气化活性的提高作用更明显。     

光催化还原CO2的机理与MgO在吸附转化方面的应用

由于CO₂的过量排放而引发的温室效应已成为当今世界面临的重要环境问题,将CO₂还原转化为高附加值化学品和燃料是解决这一问题的有效途径。其步骤包括吸收入射光子;电子-空穴对的产生、分离和转移;CO₂分子在表面上的吸附、活化和转化。基于MgO可增强CO₂在表面的吸附进而促进后续的光催化还原,介绍了光催化还原CO₂的机理以及MgO在CO₂还原与吸附等方面的应用研究。MgO表面化学吸附的CO₂分子变得不稳定,其反应活性高于线性CO₂分子,因此显著提高CO₂的转化效率,可见其在CO₂吸附与转化等方面具有良好的发展前景。     

新型CO2低温捕集与N2/O2分离复合系统性能分析

提出了一种CO₂低温捕集液化与N₂/O₂分离的新型复合系统,并且对该系统的性能以及优势进行了分析。这一系统不仅将CO₂低温捕集液化与N₂/O₂的分离结合起来,而且能达到降低能耗与减少投资的目的。采用理论分析和软件模拟相结合的方法,对该系统进行可行性分析。结果显示,这一新型系统不仅能量消耗低于传统醇胺吸收捕集CO₂的系统,该新型复合系统捕集1 t CO₂耗能3.29 GJ·t^-1,而传统MDEA吸收法耗能4.11 GJ·t^-1。而且在该系统中,CO₂分离液化的同时,可以获得副产物N₂与O₂。本研究阐明了一种CO₂低温捕集液化与N₂/O₂分离复合系统的新思想。