一种铜铁铝复合载氧体化学链燃烧性能

利用溶胶-凝胶法制备了一种Cu-Fe-Al-O复合载氧体,以CO为还原介质,在固定床反应器上探究了该载氧体的化学链燃烧性能,以及4种还原程度下该载氧体的循环反应稳定性。结果显示：在20次化学链循环反应中,Cu-Fe-Al-O 复合载氧体对应的化学链反应中CO2产率较为稳定,约为4 mmol/g;而对比样品氧化铁在第20次化学链循环时,对应的化学链反应中CO2产率仅有0.95 mmol/g。进一步实验发现,当还原程度小于75%时,使用Cu-Fe-Al-O载氧体的化学链反应运行稳定,因为在氧化还原过程中,活性组分铜、铁与尖晶石载体存在溶出现象,限制了活性组分的聚集,因此,Cu-Fe-Al-O复合载氧体具有较高的化学链反应循环稳定性。     

基于CuFe2O4载氧体的羊肠煤化学链气化特性

以羊肠煤为燃料,CuFe2O4为载氧体,通过热重-质谱联用技术研究CuFe2O4载氧体的氧传递过程。同时考察羊肠煤(YC)与CuFe2O4载氧体的反应性能和循环稳定性。结果表明：CuFe2O4载氧体具有提供晶格氧和催化分解CO2的双功能,其氧传递过程是CuFe2O4载氧体先被还原为Cu和Fe3O4,然后Fe3O4继续被还原生成Fe。对比YC/Al2O3, CuFe2O4载氧体的加入提高了YC的气化速率。在还原过程中CuFe2O4载氧体形成的氧缺位材料CuFe2O4-δ提高气化产物中CO和CH4的摩尔累积量。通过XRD、BET和SEM-EDS分析10次循环前后载氧体的表面形貌和物质组成,表明CuFe2O4载氧体的反应活性和催化活性良好。     

铁基载氧体在化学链制氢中的应用研究

采用柠檬酸络合法和浸渍法制备铁基载氧体CeO2-Fe2O3/LaNiO3,并将其用于化学链制氢过程中。在剂烷比2:1、进水量0.1 mL、常压的实验条件下,考察反应温度对载氧体反应性能的影响。结果表明：氢气产量随Fe负载量的增加先增大后减小,最佳负载量为15%;助剂CeO2的添加,提高了载氧体的性能,使其经过100次循环后,仍保持一定的稳定性。并且5%CeO2-15%Fe2O3/LaNiO3载氧体在固定床反应器、还原温度为800 ℃、氧化温度为800 ℃、剂烷比为2:1、进水量为0.1 mL的实验条件下连续循环100次后仍保持高活性。     

基于铁酸钙载氧体的稻壳化学链气化反应特性

铁酸钙载氧体(CaFe2O4/Ca2Fe2O5,简称CF)具有弱氧化性,在化学链气化过程中对CO选择性高,且可以通过碳酸化反应捕集CO2,提高合成气的低位发热量。分别在热重分析仪和固定床反应器上对基于铁酸钙载氧体的稻壳（简称R）化学链气化反应特性进行研究,分析铁酸钙载氧体与CO2的碳酸化反应特性,考察铁酸钙载氧体与稻壳的质量比(mCF/mR)、反应温度和循环反应次数对稻壳化学链气化特性的影响,并采用XRD和SEM等手段对载氧体进行表征。结果表明：当反应温度为370~840 ℃时,铁酸钙载氧体与CO2发生碳酸化反应;当反应温度为800 ℃、mCF/mR =0.73时,反应器出口合成气的CO2产率较低,低位发热量最高;经过10次化学链循环气化反应,CaFe2O4循环再生能力良好,但铁酸钙载氧体的碳酸化反应性能下降。     

基于CuMn2O4载氧体的生物质化学链气化热力学分析

建立了以CuMn2O4为载氧体、松木屑为燃料的生物质（B）化学链气化模型,对CuMn2O4载氧体和松木屑之间的化学链气化反应进行了热力学模拟。研究了气化过程中CuMn2O4载氧体的还原过程,考察了燃料反应器内载氧体与生物质摩尔比(n(O)/n(B))、反应温度、水蒸气与生物质摩尔比(n(H2O)/n(B))、CO2与生物质摩尔比(n(H2O)/n(B))等因素对气化反应的影响,分析了空气反应器内载氧体晶格氧的恢复过程。热力学分析表明：CuMn2O4在气化反应中可以提供晶格氧,有效促进松木屑的气化。CuMn2O4载氧体中的Cu和Mn组分在化学链气化反应中分别按照CuO→Cu2O→Cu和Mn2O3→Mn3O4→MnO的顺序逐级被还原,并且Mn2O3优先CuO被还原。以气化系统的碳转化率和合成气产量为主要评价指标,优化的反应条件为：n(O)/n(B)为0.16,反应温度为1273 K,n(H2O)/n(B)为0.40,n(CO2)/n(B)为0.20。在空气反应器内,CuMn2O4载氧体还原后失去的晶格氧经空气氧化后可以恢复到初始状态。     

部分氧解耦煤化学链燃烧中硫的演化与分布

在实验室高温固定床反应器上,以富含黄铁矿硫的六枝煤为燃料,研究其与CuFe2O4复合载氧体在部分氧解耦化学链燃烧（CLPOU）过程中气、固相硫的演化及分布,并进一步考察反应温度、载氧体过量系数及CO2反应气氛对硫迁移转化的影响。结果表明,无论在程序升温实验或等温实验中,反应器出口气相硫仅为SO2,而固相硫组分以Cu2S为主。提高反应温度和载氧体过量系数会促进煤中硫的氧化,导致更多气相SO2的释放;而CO2反应气氛则在一定程度上抑制SO2的产生。鉴于CuFe2O4复合载氧体的高反应活性和Cu基氧化物的良好固硫特性,CuFe2O4载氧体有望实现煤化学链燃烧过程中碳、硫组分的协同在线控制。     

二氧化碳气氛中TiO_2-Al_2O_3催化乙苯脱氢制备苯乙烯:煅烧温度的影响

通过溶胶-凝胶法合成TiO2-Al2O3复合氧化物,考察了CO2气氛中催化剂煅烧温度对其乙苯脱氢制备苯乙烯性能的影响。结果表明,随着煅烧温度从500℃升高到900℃,乙苯转化率呈现峰型变化,而苯乙烯选择性逐渐增加;同时,煅烧温度的升高加快催化剂的失活。BET、XRD和Raman光谱表征结果显示,随煅烧温度的增加,催化剂比表面积逐渐减小,TiO2晶粒逐渐增大,但TiO2保持锐钛矿相不变。     

直接球磨法制备铈基载氧体用于甲烷化学链重整制合成气性能研究

采用直接球磨法和共沉淀法制备了Ce_7Fe_3O_δ载氧体,并用直接球磨法制备了不同Ce、Fe、Cu比例的铈铁铜载氧体,对载氧体进行H_2-TPR、XRD表征。在固定床反应器中,考察了制备方法、铜掺杂量对氧载体在甲烷化学链重整制合成气中的性能的影响。结果显示,在恒温实验中,与共沉淀法相比,直接球磨法制备的Ce_7Fe_3O_δ载氧体有较好的反应活性,其CO选择性达到最大90%。与Ce_7Fe_3O_δ载氧体相比,添加铜之后复合载氧体晶格氧的释放速率、CH_4转化率、CO选择性均得到提高,其中Ce_7Fe_3Cu_(0.5)O_δ载氧体具有较好的反应活性。直接球磨法制备的Ce_7Fe_3Cu_(0.5)O_δ载氧体经过5次循环反应后,表现出较好的反应活性和稳定性,其CO平均选择性保持在80%左右。     

碱金属掺杂对NiFeAlO4载氧体结构及反应特性的影响

采用溶胶-凝胶法和浸渍法制备了碱金属掺杂的尖晶石结构NiFeAlO4载氧体,考察了制备方法、碱金属种类、碱金属掺杂比例对NiFeAlO4载氧体结构、煤化学链燃烧特性和循环稳定性的影响。结果表明,溶胶 凝胶法制备的钾掺杂NiFeAlO4载氧体具有更好的反应性,当载氧体与煤质量比为20∶1时,掺杂质量分数为5% K2CO3的NiFeAlO4载氧体与煤反应的碳转化率为99%,高于NiFeAlO4载氧体与煤反应时的碳转化率（87%）。与NiFeAlO4载氧体相比,掺杂质量分数为5% K2CO3的NiFeAlO4载氧体呈现出更好的循环稳定性,主要归因于碱金属K的掺杂改善了载氧体的反应活性,对载氧体的团聚有抑制作用,且反应前后载氧体晶相结构保持不变。     

溶胶-凝胶法制备NiFe2O4载氧体及其化学链制氢反应性能

采用溶胶-凝胶法制备了NiFe2O4载氧体,并应用于化学链制氢（CLH）反应过程,通过正交实验方法考察了原料配比、溶液pH值、凝胶温度等制备条件对载氧体物化特性和制氢性能的影响。结果表明：柠檬酸与金属离子摩尔比(RCAMI)是影响载氧体前驱体空间结构的主要因素,进而影响载氧体晶型构成、比表面积及其化学链制氢性能;溶液pH值影响柠檬酸络合物水解缩聚速率,并通过强化或抑制热解气反应阶段CH4裂解积炭来影响制氢过程H2纯度;凝胶温度提高可强化载氧体前驱体离子成核速率,但会导致生成溶胶不稳定,影响制备载氧体晶型结构及比表面积,较低凝胶温度有利于载氧体晶格氧释放。适用于化学链制氢的NiFe2O4载氧体制备条件为：RCAMI为1,pH值为7,凝胶温度为60 ℃;制得H2纯度接近100%。     

助剂负载量和焙烧温度对K/CuAl复合氧化物催化分解N_2O性能的影响

采用共沉淀法合成了CuAl类水滑石,焙烧后得到CuAl复合氧化物,再等体积浸渍K2CO3溶液,制得K改性CuAl复合氧化物催化剂K/CuAl;采用XRD,BET,H2-TPR,XPS等技术对K/CuAl催化剂进行了结构表征,考察了K负载量和焙烧温度对K/CuAl催化剂在有氧气氛中催化分解N2O活性的影响。实验结果表明,负载K显著提高了CuAl复合氧化物催化分解N2O的活性,其中K与Cu的原子比为0.10、400℃焙烧的K/CuAl催化剂的活性最高,该催化剂在N2O分解反应中表现出了较好的稳定性,在500℃下连续反应10 h,有氧气氛中N2O转化率接近90%,而有氧有水气氛中N2O转化率接近60%,说明K的引入显著提高了催化剂的抗氧及抗水性能。     

喷雾成型TS-1分子筛催化剂的制备及其性能

制备了喷雾成型TS-1分子筛催化剂,并采用FT-IR、XRD、N2物理吸附、SEM等手段对其进行了表征,考察了SiO2 质量分数、焙烧温度、焙烧时间、焙烧气氛等工艺条件对其催化环己酮氨肟化反应活性的影响。结果表明,与TS-1原粉相比,喷雾成型TS-1分子筛催化剂的骨架保留了MFI的拓扑结构,其比表面积及微孔孔体积有所降低,颗粒粒径明显增大;适宜的制备条件为焙烧温度800℃、焙烧时间4 h、焙烧气氛O2、SiO2质量分数6%,此条件下制得的成型TS-1分子筛催化环己酮氨肟化反应的环己酮转化率及环己酮肟选择性均可达99%。该成型催化剂较TS-1原粉在分离方面有明显的优势。     

选择性加氢催化剂载体氧化铝的热稳定性研究

采用CO2气体成胶法制备出氧化铝载体,研究了磷、硅改性对载体的晶型、比表面积、孔结构、压碎强度等的影响。结果表明,所制备拟薄水铝石较纯净,不存在其他杂晶型;改性剂的添加有效改善了γ(δ,θ,α)-Al2O3等几种晶型的转变温度,且加入改性剂的载体在1 250℃焙烧后仍存在θ(α,δ)-Al2O3多种晶型;随焙烧温度的升高,载体比表面积、孔容逐渐减小,平均孔径逐渐增大,磷改性载体即使在1 250℃高温焙烧,比表面积和孔容仍可分别保持在27.46 m2/g,0.31 cm3/g;随焙烧温度的升高,载体的堆密度先减小后增大,压碎强度则呈上升趋势,磷的添加对载体的堆密度和强度无明显影响。     

焙烧温度对超细CuO/ZnO/Al_2O_3催化剂性能及结构的影响

草酸盐胶体共沉淀法超细催化剂的后处理条件（焙烧温度）明显影响催化剂的性能，发现焙烧温度为３５０℃的催化剂活性最高。催化剂的结构分析表明，ＺｎＯ２和Ｃｕ４Ｏ３２种物相对催化剂活性有重要影响。     

焙烧温度对TiO_2/γ-Al_2O_3催化剂气相酯交换合成碳酸甲丙酯性能的影响

在连续流动气固相反应条件下,考察了焙烧温度对TiO2/γ-Al2O3催化剂催化碳酸二甲酯(DMC)和丙醇气相酯交换合成碳酸甲丙酯(MPC)反应的影响,并采用X射线衍射、傅里叶变换红外光谱、氨程序升温脱附、X射线光电子能谱等技术对TiO2/γ-Al2O3催化剂进行了表征。实验结果表明,在500℃下焙烧的Ti质量分数为5%的TiO2/γ-Al2O3催化剂对DMC和丙醇气相酯交换合成MPC反应的活性最好,DMC转化率可达54%,MPC选择性为90%。表征结果显示,Ti主要以Ti4+的形式存在于TiO2/γ-Al2O3催化剂表面;随焙烧温度的升高,TiO2/γ-Al2O3催化剂中的一水软铝石逐渐转化为γ-Al2O3,同时,钛酸四丁酯分解,TiO2含量增加,有利于提高TiO2/γ-Al2O3催化剂的活性;TiO2/γ-Al2O3催化剂的酸强度随焙烧温度的升高而减弱。     

干燥及焙烧温度对加氢裂化催化剂的影响

采用浸渍法在不同干燥和焙烧温度下制备一系列WNi型加氢裂化催化剂,采用N2-物理吸附、NH3-TPD、XRD、TPR等手段对催化剂进行表征,并用十二烷为模型化合物考察催化剂的加氢裂化性能。结果表明：随着焙烧温度的增加,催化剂的比表面积略有降低,孔径变大,孔体积变化不大;随着焙烧温度的增加,催化剂的酸量呈先增加后降低的变化趋势,在400 ℃时达到最大值,当焙烧温度提高到600 ℃时,金属组分在载体表面发生聚集;加氢裂化催化剂的活性随着焙烧温度的增加呈先增加后降低的变化趋势,峰值出现在焙烧温度为500 ℃处。说明适宜的焙烧温度有利于提高催化剂的催化性能,当催化剂经过高温焙烧时,会对其活性产生抑制作用。干燥温度由200 ℃降到120 ℃时,催化剂的孔体积和孔径提高,比表面积略有降低,酸量基本不变,催化活性提高。