类石墨烯碳氮分离膜氢气提纯特性的机理研究

氢气作为一种可再生、高效的清洁能源,在工业生产中必须保证纯度。膜分离技术是一种有效的手段。本工作采用密度泛函理论和分子动力学模拟方法研究了一种新型的类石墨烯碳氮(C₉N₄)分离膜对于H₂的分离提纯性能。密度泛函理论计算结果显示气体在C₉N₄分离膜上的吸附属于物理吸附。C₉N₄分离膜表现出极高的H₂渗透率和优异的选择性,300 K下H₂渗透率达到1.89×10^-5 mol·m^–2·s^-1·Pa^-1,H₂/CH₄的选择性达到10²⁴。分子动力学模拟的结果也显示C₉N₄分离膜具有良好的H₂分离特性。     

基于一种高效吸附剂的CO提纯方法研究

基于一种对CO有高吸附容量且对N₂、CH₄和CO₂有高分离系数的分子筛,利用变温变压吸附的工艺,在含H₂、N₂、CH₄、CO₂和CO等常见无机混合气体中提纯99%以上纯度的CO。实验装置采用5台吸附塔的变温变压吸附工艺,取得合格稳定的CO产品,提供了一种CO提纯工艺的改进方向,为提高大规模装置的CO提纯项目的经济性提供有价值的借鉴。     

退火预处理对中空纤维炭膜结构和性能的影响

炭膜具有优异的热稳定性、化学稳定性和气体分离性能.以聚酰亚胺中空纤维膜为前驱体，经过T_g附近退火预处理(250、300和350℃),进而高温炭化制备高性能中空纤维炭膜，研究了预处理条件对炭膜结构和气体分离性能的影响.结果表明，当退火预处理温度升高时，中空纤维炭膜的结构更加致密，其CO₂/CH₄和H₂/CH₄选择性提高，气体通量下降.尤其是当退火预处理温度为350℃时，与未经预处理的中空纤维炭膜相比，其CO₂/CH₄和H₂/CH₄选择性分别提高了98%和195%.同时，研究了渗透温度和压力对气体分离性能的影响，采用HIM(氦离子电镜)、FTIR和XRD对中空纤维炭膜的结构进行了表征.     

加热和光照条件下Ru/TiO2催化二氧化碳甲烷化研究

本研究利用浸渍法制备了Ru/TiO₂催化剂, 并在光照和加热两种条件下考察了其催化二氧化碳与氢的反应, 发现催化剂在两种条件下均可引发显著的甲烷化反应(CO₂ + 4H₂ → CH₄ + 2H₂O)。结果显示, 在光照和加热(150~350℃)条件下, CH₄为唯一含C产物。而在更高温度的加热条件下(>400℃)除了生成CH₄外, 还产生少量CO副产物, 表明反应温度对产物选择性有显著影响。随着反应温度由150℃升高到550℃, 对于不同负载量的担载Ru催化剂, CO₂转化率均先增加后降低, 其中在Ru担载量为1.5wt%Ru/TiO₂催化剂上CO₂转化率在350℃时达到最高, 为77.58%。而在温度>400℃条件下, CO的选择性也随反应温度的升高而逐渐增加。综合反应结果和XRD、XPS和N₂吸附-脱附等表征结果, 发现二氧化碳与氢在光照和加热条件下(150~550℃)反应机制不同。在光照条件下, 光激发电子首先被金属Ru捕获, 进而将吸附在金属Ru上的二氧化碳还原, 活性物种经由RuC中间体形成CH₄。而加热条件下(150~550℃), H₂先被Ru活化成氢原子, 氢原子还原吸附在催化剂表面的CO₂形成RuC中间体, 最后RuC中间体进一步加氢生成CH₄。虽然在两种反应条件下经历相同的中间体, 但是中间体的形成路径不同, 即反应物CO₂被活化的方式不同, 因而产物选择性不同。     

空气浴条件下三水醋酸钠相变材料的储热性能实验

三水醋酸钠（CH₃COONa3H₂O）作为一种无机相变储能材料,具有潜热值高、导热性能好等优点,但是其在凝固过程中过冷度大制约了CH₃COONa3H₂O的应用。为了调节CH₃COONa3H₂O在空气浴条件下的过冷度,本文选用Na₂HPO₄12H₂O、Na₂CO₃10H₂O、Na₄P₂O₇10H₂O、Na₃PO₄12H₂O、Na₂SiO₃9H₂O、Na₂S₂O₃9H₂O和Na₂B₄O₇10H₂O这7种无机水合盐材料作为成核剂,采用步冷曲线法在高低温试验箱中进行过冷度调节实验和热循环实验。结果表明：在空气浴条件下,质量分数为96% CH₃COONa3H₂O+2% Na₂HPO₄12H₂O+2%羧甲基纤维素的复合相变材料过冷度最小,为5.6℃;将复合相变材料进行25、50和75次热循环后,其相变点温度几乎维持不变,过冷度随循环次数增加而逐渐增大,相变潜热值随循环次数的增加逐渐减小。本研究丰富了CH₃COONa3H₂O相变材料的过冷度调节方案,为其工程化应用提供了参考。     

Pebax/MIL-100(Cr)混合基质膜的制备及其在CH4/N2分离中的应用

以聚醚嵌段聚酰胺(Pebax)为聚合物基体，以铬基金属有机框架MIL-100(Cr)为填充粒子，采用溶剂挥发法制备了系列Pebax/MIL-100(Cr)混合基质膜，并用于CH₄/N₂分离研究。结果表明，固相法合成的MIL-100(Cr)的BET为1808m²/g,在0.1MPa下对CH₄的吸附量为0.5mmol/g,对N₂的吸附量为0.28mmol/g,说明MIL-100(Cr)对CH₄具有高亲和力。随着MIL-100(Cr)纳米粒子的加入，Pebax/MIL-100(Cr)混合基质膜的CH₄/N₂渗透选择性呈现先增大后减小的趋势，CH₄渗透率基本保持不变；当MIL-100(Cr)添加量为15%(wt,质量分数)时，混合基质膜的CH₄渗透性能保持在20Barrer, CH₄/N₂选择性能达到3.71。     

气相色谱法测定高纯溴化氢中的微量杂质

提出了一种溴化氢中微量气体杂质的分析方法,采用配备反吹气路的氦离子化检测器的气相色谱仪实现了高纯溴化氢中微量H₂、O₂、N₂、CO、CH₄及CO₂的分离检测。     

溶胶-凝胶法工艺参数对铜锌锡硫薄膜质量及性能影响研究

以乙酸铜(Cu（CH₃COO）₂·H₂O)、乙酸锌(Zn（CH₃COO）₂·H₂O)、氯化亚锡（SnCl₂·2H₂O）、硫脲（CH₄N₂S）为原料,按一定配比制得前驱体溶液,以三乙醇胺(C₆H₁₅NO₃)、乙醇胺（C₂H₇NO）为稳定剂采用溶胶-凝胶法旋涂制备铜锌锡硫（Cu₂ZnSnS₄）薄膜。通过扫描电镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）、X射线能谱分析（EDS）、紫外-可见-近红外分光光度计表征手段对薄膜的表面形貌、物相结构、成分组成和光学性能等进行分析。研究烧结温度、旋涂转速、稳定剂加入等工艺参数对铜锌锡硫（CZTS）薄膜的形貌、物相结构及光学性能的影响规律。结果表明,前驱体溶液浓度为0.2 mol/L,旋涂速度...     

共聚聚酰亚胺热重排改性薄膜的制备及气体分离性能

采用二胺2,2-二(3-氨基-4-羟基苯基)六氟丙烷(APAF)经硅烷化后与4,4-二氨基二苯醚分别以7∶3,5∶5,3∶7摩尔比和二酐4,4′-(六氟异丙烯)二酞酸酐进行共聚，通过化学亚胺化后得到溶解性好、相对分子质量高、成膜性好的3组共聚聚酰亚胺膜，经过350℃～400℃热处理后，得到不同的热重排改性膜，采用FTIR光谱等手段进行表征.结果表明，所合成的硅烷化聚酰亚胺随着共聚的APAF含量的增加对CO₂/CH₄的选择性得到提升；而随着热处理温度的升高，其CO₂的渗透系数增加，CO₂/CH₄的气体选择性提高.噁唑环的转化使得聚合物分子链刚性增强，从而达到改善膜的气体分离性能.400℃热处理下得到的热重排(7∶3)膜相较于前驱体膜，CO₂的渗透系数从32.82 Barrer提升到275.62 Barrer,提高了8.4倍，热重排后的膜对CO₂/CH₄的气体分离性能超过2008年Robeson上限.     

Pd掺杂量对有机无机杂化SiO2膜H2/CO2分离性能和水热稳定性能的影响

以1,2-二(三乙氧基硅基)乙烷(BTESE)为前驱体、PdCl₂为钯源, 制备Pd掺杂有机无机杂化SiO₂(POS)溶胶, 涂膜后在水蒸气氛围中煅烧, 制备得到POS膜。采用X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、N₂吸附-脱附和透射电子显微镜(TEM)对POS粉体的微观结构进行表征。考察了钯/硅摩尔比(n(Pd/Si)=0.1、0.5和1)对POS膜的气体分离性能与水热稳定性能的影响。结果表明: 随着Pd掺杂量的增加, POS膜的H₂渗透率逐渐增大, H₂/CO₂的理想选择性逐渐下降。经100 kPa水蒸气处理180 h后, 采用n (Pd/Si)=1制备的POS膜的H₂渗透率达到1.62× 10^-7 mol·m^-2·s^-1·Pa^-1, H₂/CO₂理想分离因子达到13.6, 表明该膜具有较好的H₂渗透性能、H₂/CO₂分离性能和水热稳定性能。     

Effect of CH4 and H2 on CVD of SiC and TiC for possible fabrication of SiC/TiC/C FGM

SiC and TiC coatings were deposited by CVD on graphite substrates and the effect of the variation of the methane (CH₄) and hydrogen (H₂) ratio on deposition was investigated. SiCl₄, TiCl₄ and CH₄ were used as sources of Si, Ti and C. In case of the SiC coatings, stoichiometric SiC was obtained when the ratios of CH₄/(SiCl₄ + CH₄)andH₂/(SiCl₄ + CH₄) are 0.4 and 10, respectively. Stoichiometric TiC was also obtained under similar conditions. In order to obtain non-stoichiometric materials for possible fabrication of functionally gradient materials (FGM), a change of microstructure and composition was observed with changes of the CH₄ and H₂ ratio. As a result, SiC, TiC and C contents were more easily controlled by a change of the H₂ ratio compared to the CH₄ ratio for SiC and TiC deposition. It has been verified that the change of the H₂ ratio is more desirable for possible manufacturing of SiC/TiC/C FGM.     

Dissociation process of CH4/H2 gas mixture during EACVD

The dissociation process of CH₄/H₂ gas mixture during EACVD has been investigated using Monte Carlo simulation for the first time. The electron velocity distribution and H₂ dissociation were obtained over a wide range: 100<E/N<2000 Td. The variation of CH₄ dissociation with CH₄ concentration in the filling gas has been simulated. The electron velocity profile is asymmetric for the component parallel to the field. Most electrons possess non-zero velocity parallel to the substrate. The number of atomic H is a function of E/N. There are two peaks at E/N=177 Td and 460 Td. The appropriate E/N is suggested to be 500–800 Td for low temperature deposition. The main diamond growth precursor is proposed to be CH₃ and CH₃⁺.     

Carburization performance of Incoloy 800HT in CH4/H2 gas mixtures

Carburization performance of Incoloy 800HT has been studied after cyclic and isothermal exposures to CH₄/H₂ carburizing gas mixtures at high temperatures for 500 h. At 800 °C in 2% CH₄/H₂, Incoloy 800HT suffered external oxidation and carburization, the external continuous layer of reaction products consists primarily of Cr₇C₃, Mn_1.5Cr_1.5O₄, and FeCr₂O₄ with Fe(Cr, Al)₂O₄ as a minor phase. At 1100 °C in 10% CH₄/H₂, external carburization did not occur likely due to high carbon dissolution in the alloy substrate at this temperature. A thermodynamic analysis indicated that 1000 °C was an approximate critical temperature, below which the environment should result in mixed oxidizing/carburizing behavior, while above this temperature reducing carburizing behavior should occur. The experimental results approximately agree with the thermodynamic analysis. Metal dusting was not observed under highly carburizing conditions (a_C>1). The size and morphology of Cr-rich phases (or Cr-carbides) are both temperature- and time-dependent, while the external continuity is more temperature-dependent rather than time-dependent.     

Investigation of a new In2O3-based selective H2 gas sensor with low power consumption

The nanometer-size In₂O₃ was synthesized via a reverse microemulsion. A new catalytic combustion-type In₂O₃-based H₂ gas sensor was developed based on the technology for fabricating the direct-heating-type sensor and a surface-modifying process. A dense SiO₂ layer near the surface of the sensor was formed by chemical vapor deposition (CVD) of hexamethyldisiloxane (HMDS). The SiO₂ layer, which acted as a molecular sieve, reduced the penetration of large molecular, such as C₂H₅OH, CH₄, i-C₄H₁₀, into the sensing layer, resulting in the improvement of selectivity to H₂. The sensitive properties and the working mechanism of the sensor were presented. The In₂O₃ nanoparticles prepared by microemulsion were characterized by transmission electron microscopy and X-ray diffraction.     

Sensitivity enhancement for H2 gas detection using a SnO2–Ag2O–PdOx nanocrystalline system

Thick film H₂ sensors were fabricated using SnO₂ loaded with Ag₂O and PdO_x. The composition that gave highest sensitivity for H₂ was in the wt.% ratio of SnO₂:Ag₂O:PdO_x as 93:5:2. The nano-crystalline powders of SnO₂–Ag₂O–PdO_x composites synthesized by sol–gel method were screen printed on alumina substrates. Fabricated sensors were tested against gases like H₂, CH₄, C₃H₈, C₂H₅OH and SO₂. The composite material was found sensitive against H₂ at the working temperature 125 °C, with minor interference of other gases. H₂ gas as low as 100 ppm can be detected by the present fabricated sensors. It was found that the sensors based on SnO₂–Ag₂O–PdO_x nanocrystalline system exhibited high performance, high selectivity and very short response time to H₂ at ppm level. These characteristics make the sensor to be a promising candidate for detecting low concentrations of H₂.     

WS2/g-C3N4异质结光催化分解水制氢性能及机制

通过溶剂蒸发和二次高温煅烧石墨相碳化氮(g-C₃N₄)纳米片和WS₂纳米片混合物构建WS₂/g-C₃N₄异质结,该异质结保留g-C₃N₄和WS₂主体结构的同时,在界面处形成化学键,确保该异质结的化学稳定性和热稳定性。光催化分解水制氢实验表明,WS₂纳米片含量为3wt%时光催化制氢速率高达68.62 μmol/h,分别是g-C₃N₄纳米片和WS₂纳米片的2.53倍和15.29倍,表明异质结的构建可大幅提升g-C₃N₄的光催化性能,循环实验表明该异质结在5次循环实验后光催化性能没有明显下降,表明该异质结的稳定性较好。光电性能测试表明异质结的构建不仅提高激发电子的转移效率,同时抑制激发电子空穴的复合率,大幅提升激发电子的利用效率,致使光催化分解水制氢速率较g-C₃N₄纳米片和WS₂纳米片大幅提升。      

耦合显热回收过程的Shell气流床粉煤气化过程模拟研究

为优化Shell气化炉的气化性能,利用Aspen Plus软件建立了Shell气流床粉煤气化过程的平衡模型,包括热解、燃烧、气化、冷煤气激冷与废热锅炉显热回收4个模块,研究了氧煤比和水蒸气煤比对Shell气化炉气化性能的影响。结果表明:随着氧煤比的增加,H₂和CH₄含量降低,CO₂含量先缓慢增加后快速增加,CO含量和冷煤气效率呈现先增加后减小的趋势;随着水蒸气煤比的增加,H₂和CO₂含量增加,CO和CH₄含量下降,冷煤气效率先迅速增加而后缓慢下降;神府煤最佳的氧煤比和水蒸气煤比分别为0.86和0.05。     

Al2O3基多孔隔热材料表面Al2O3/MoSi2涂层的制备及其性能

采用刷涂法在Al₂O₃基多孔隔热材料表面制备Al₂O₃/MoSi₂涂层,涂层以硅溶胶作为粘结剂,纳米Al₂O₃与Al₂O₃纤维作为耐高温组分,MoSi₂为高发射率组分。通过SEM、XRD对Al₂O₃/MoSi₂涂层微观表面结构、物相组成进行分析。研究纳米Al₂O₃与Al₂O₃纤维的质量比和MoSi₂含量对Al₂O₃/MoSi₂涂层耐温性能的影响,并对Al₂O₃/MoSi₂涂层的抗热震性能、发射率进行表征。结果表明,当纳米Al₂O₃与Al₂O₃纤维的质量比小于1∶1时,热考核后Al₂O₃/MoSi₂涂层表面无裂纹产生;当纳米Al₂O₃与Al₂O₃纤维的质量比在1∶2~1∶4之间时,Al₂O₃/MoSi₂涂层中的纤维网络较完整。MoSi₂的含量为20%时,Al₂O₃/MoSi₂涂层抗热震实验循环25次后表面保持完好,热考核后在2.5~25 μm波段的平均发射率在0.85左右,具有较高的发射率。      

微波辅助溶剂热法制备磷酸钙微球和多面体

磷酸钙材料具有良好的生物相容性, 被广泛应用于生物材料领域。本研究以Ca(CH₃COO)2、NaH₂PO₄?2H₂O和双亲嵌段共聚物PLA-mPEG为原料, 通过微波辅助120℃水热反应30 min, 合成了自组装结构磷酸钙微球。以相同的反应原料, 在水和乙二醇混合溶剂中, 通过微波辅助120℃溶剂热反应30 min, 制备了具有多面体结构的磷酸钙。通过X射线粉末衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)和热重分析(TG)对所制备样品的物相和形貌进行了表征。研究发现乙二醇的加入对磷酸钙的结构和形貌具有显著的影响。以牛血红蛋白为模型, 研究了所制备的两种不同磷酸钙材料的蛋白吸附效果。磷酸钙材料的牛血红蛋白吸附量随装载溶液中牛血红蛋白浓度的增加而增大, 随样品制备过程中的乙二醇加入量的增加而减小。     

银掺杂三氧化钨复合上转换材料的制备与表征

WO₃本身在紫外光下具有很强的光催化性能,在可见光下能力较弱。为了改善其光催化性能,通过热解法和水热法分别制备出WO₃颗粒和WO₃纳米管基体,采用水热还原法制备出不同质量比的WO₃与Ag复合的光催化剂。以罗丹明B为目标降解物,对其光催化性能进行了测试。结果表明:热解法制备的WO₃与Ag的复合并未改善其光催化性能,水热法制备的WO₃纳米管在与银复合后一定程度上提高了WO₃的光催化效果。为了进一步提高其催化效率,把Ag/WO₃与上转换材料NaYF₄∶Yb,Er进行了复合,并对其进行了光催化实验。实验证明Ag/WO₃与上转换材料NaYF₄∶Yb,Er质量比为0.25时,在暗反应过程中罗丹明B浓度有明显的下降。通过实验表明与上转换材料NaYF₄∶Yb,Er的复合使其具有了良好的吸附性能,在对处理环境污染起到了一定作用。