棉秆和油页岩共热解生物炭的氨氮吸附性能研究

使用棉秆(CS)和油页岩(OS)为原料,采用共热解的方式制备了共热解生物炭,探究了对氨氮的吸附性能。考察了不同热解时间、CS和OS比例、热解温度、CS的粒径对共热解生物炭的氨氮吸附量的影响规律,确定了最佳制备条件,并研究了吸附动力学和吸附等温线模型。研究表明,棉秆和油页岩共热解后生物炭的结构特性和表面形貌有较大改善,对氨氮的吸附能力有明显的提高。最佳的制备条件是热解温度为500℃、m(棉秆)∶m(油页岩)=3∶1、热解时间为30 min和CS的粒径为0.20~0.30 mm。在投加量为10.0 g/L、pH 9.0时,最佳条件所制备炭的吸附量为4.89 mg/g,是棉秆生物炭的2.2倍。吸附过程以准二级动力学和Langmuir等温吸附模型描述。吸附机制主要包括为离子交换、静电吸附和配位作用。

准东煤分步和直接化学链燃烧特性

化学链燃烧作为高效的低碳排放燃烧技术,在提高燃料利用率和减少CO_(2)排放方面显示出其独特优势。采用Fe_(2)O_(3)/Al_(2)O_(3)载氧体,利用两段式固定床反应器开展了准东煤直接和分步化学链燃烧试验,探究了载氧体反应前后理化特性。发现准东煤热解挥发分化学链燃烧碳转化率和CO_(2)选择性随温度和载氧体与煤质量比(OC/C)增加而升高。OC/C和温度升高提高半焦化学链燃烧碳转化率,但降低CO_(2)选择性。相比煤直接化学链燃烧,在相同条件,分步化学链燃烧CO_(2)选择性大幅提高、碳转化率有所降低。反应温度800℃,分步化学链燃烧CO_(2)选择性达89.51%,相比直接化学链燃烧提升了29.18%。反应温度950℃,分步化学链燃烧碳转化率在60.40%,比直接化学链燃烧降低6.78%。与半焦反应后载氧体还原程度高于与煤热解挥发分反应后载氧体,半焦与载氧体的反应是煤化学链燃烧的限制因素之一。本研究为实现准东煤低碳清洁燃烧提供重要理论依据和技术支撑。

快速和慢速热解对棉秆生物炭理化特性及土壤持水量的影响

以新疆棉秆为原料,在300~700℃下利用快速和慢速热解方式制备了生物炭,研究了快速和慢速热解对棉秆生物炭形貌、表面官能团、pH值、元素组成的影响.利用室内土柱试验,研究了不同条件下制备的生物炭对土壤持水量的影响.结果表明:1)随着热解温度的升高,生物炭产率下降,pH值提高,孔隙度增加.快速热解生物炭具有孔隙发达、芳香性高、稳定性强的优点.2)土壤持水量随着生物炭添加量和热解温度的升高而提高.生物炭添加量为0.03 g/g时,土壤持水量分别为51.7%和49.7%,比未添加生物炭提高了32.5%和27.4%.3)添加生物炭土壤15 d后保水量仍有40.3%,远高于纯土壤,且添加快速热解生物炭的土壤保水量高于慢速热解生物炭.

NiW/SAPO-11催化剂对煤焦油加氢尾油模型化合物二十烷加氢异构性能的影响

以SAPO-11分子筛为载体,采用机械化学法制备Ni系催化剂,引入W调节其电子结构、晶粒尺寸与形态分布以及催化剂的孔结构、酸性与酸量等,基于对XRD、TEM、BET、NH3-TPD、吡啶吸附红外等结果的深入分析,探究催化剂NiW配比对催化剂性质和煤焦油加氢尾油模型化合物正二十烷(n-C_(20))加氢异构性能的影响规律。结果表明,Ni/SAPO-11负载W后,比表面积不同程度增加,W质量分数为0.5%时比表面积达到最大值149 m^(2)/g;Ni的平均粒径减小,W质量分数为1%时降至最小值4.43 nm,比Ni/SAPO-11减小36%,且Ni^(0)的含量和表面酸量均最高。此外,W促进了Ni的还原,使得还原峰温向低温方向移动。XPS分析表明,随着W含量的增加,Ni^(0)的结合能降低,W5+的结合能升高。二十烷(n-C_(20))的加氢异构产物分布显示,3Ni1W/SAPO-11作用下n-C_(20)的转化率和异二十烷(i-C_(20))的收率均最高,分别为88.23%和75.72%,且以单支链异二十烷(Mono-i-C_(20))为主,收率达71.65%。在线取样结果显示,n-C_(20)在金属位点与酸功能的双重作用下先生成单支链异构体,随着反应的进行向多支链异构体转化,不稳定的多支链异构体会进一步裂解成小分子烷烃。

油页岩改性生物炭对磷酸盐的吸附特性

为解决磷回收困难和固体废弃物难处理的问题,文章以棉秆和油页岩为原料,采用共热解法制备了油页岩改性生物炭(OS-CS),利用SEM-EDS,BET,FT-IR等测试手段对其进行了理化特性分析,考察了热解温度、吸附剂用量、溶液pH值等因素对OS-CS的磷酸盐吸附性能的影响,并研究了OS-CS的吸附动力学和吸附等温线模型。研究结果表明:进过改性后,OS-CS的结构性能和表面形貌有较大改善,对磷酸盐的吸附能力有明显的提高;在投加量为4.0 g/L、溶液pH值为5.0时,OS-CS的磷酸盐最大吸附量为7.01 mg/g,是棉秆炭的2.47倍,油页岩半焦的3.52倍。OS-CS吸附磷酸盐过程主要以拟二级动力学和Langmuir等温吸附模型进行描述,吸附机理主要包括表面沉淀、配体交换和静电吸引。油页岩改性生物炭复合材料为磷酸盐的去除和固体废弃物的资源化利用提供了新思路。

淖毛湖煤和棉秆共热解协同效应分析

煤和生物质共热解过程中,填料方式会显著影响挥发分之间相互作用及产物分布。分析分隔放置(Case 1)、机械混合(Case 2)、煤在棉秆上层(Case 3)和煤在棉秆下层(Case 4)4种填料方式下淖毛湖煤(NMH)和棉秆(CS)共热解产物的分布、组成及性质,并结合分形理论研究共热解半焦的孔隙特征,探究共热解协同效应。结果表明,NMH和CS协同作用因填料方式不同而变化,填料方式对共热解产物分布及性质影响大。用Case 4方式时,共热解焦油产率最高,为15.94%,较理论计算值增加3.89%,正协同效应最显著。此时,CS热解产生的富氢组分及时与NMH热解挥发物发生交互作用,导致H_(2)、CH_(4)和C_(2)~C_(4)产量较理论值降低,共热解焦油产率增加。不同填料方式对共热解焦油中轻油馏分均产生负协同作用。含氧化合物相对含量减少可能是因为共热解过程促进脱氧反应(如脱羧和脱羰基化等),进一步生成脂肪烃,减少含氧官能团发生交联反应;在共热解中,·H自由基与活性含氧基团产生正协同作用,促使焦油中O、N、S原子向固体或气体产物转移。由半焦分形结果可知半焦分形维数D_(1)和D_(2)均在2~3间,说明半焦粗糙度和孔结构均满足分形结构基本特征。对于Case 3和Case 4方式,位于下层样品半焦的表面更粗糙。用Case 3方式所得CS-C孔隙更小;而Case 4方式所得NMH-C孔隙更不均匀,孔结构更复杂。

基于微型流化床的油页岩与棉秆共热解特性及其动力学

采用微型流化床反应分析仪分析油页岩与棉秆共热解特性,探讨不同热解温度和混合比例对H_(2)、CH_(4)、CO、CO_(2)释放特性的影响,并利用等转化率法求解动力学参数,研究共热解过程中的相互作用。结果表明,油页岩和棉秆的单独热解气体释放特性存在明显差异,而在等温共热解过程中,棉秆的添加能加快反应的转化率,提高气体生成速率。通过Friedman-Reich-Levi方法计算气体生成活化能,结果显示共热解活化能明显低于理论值,表明共热解能提高原料热解反应性,促进气体的生成。

热解-重整-燃烧解耦的煤气化特性

采用热解、重整、燃烧解耦分离的解耦三床气化(decoupled triple bed gasification,DTBG)系统,以橄榄石为原位焦油裂解催化床料,进行了煤催化气化实验。研究了煤种、煤进料速率、重整器温度以及水碳比(S/C)对煤热解焦油裂解/重整反应的影响。结果显示:随着煤挥发分含量增加,气体产率、碳转化率、冷煤气效率以及产气中的H2含量增加。由于半焦不参与气化反应,导致碳转化率和冷煤气效率偏低。煤和催化剂比例的改变会影响气体产率和产气组成,当煤的进料速率从0.12 kg/h增加到0.30 kg/h时,气体产率从0.28 m^3/kg增加到0.46 m^3/kg,H2含量从28.4%增加到50.5%。重整器温度的升高有利于促进煤焦油裂解转化,从而增加气体产率。当重整器温度为850℃、S/C为1.0时,气体产率达到了0.60 m^3/kg,橄榄石催化剂有效地降低了焦油含量,焦油产率仅为2.11g/m^3。S/C的升高增强了焦油水蒸气重整反应,但引入过量的水蒸气会导致反应器内气体的流速加快,缩短了反应物的停留时间和反应时长,减缓了焦油水蒸气重整反应的反应程度。

课程思政有机融入化工类专业核心课程的案例

化工类专业核心课程涉及化工传递过程、化工原理、化学反应工程、化工热力学、计算机化工应用、化工工艺学等,可挖掘的课程思政元素非常之多,需要相关教师尤其是党员教师结合各方面思政学习,善于总结、善于引申,有意识开展课程思政的积累和实践。同时也要求教师本人具有一定的思政知识储备,才能在对专业知识进行分析凝练时,迅速准确地融入课程思政点,避免“专业知识”和“课程知识”两张皮,避免毫无关联地生搬硬套。文章基于新疆大学化工学院化工系教师党支部关于课程思政的主题讨论,给出了化工类专业核心课程的课程思政挖掘与布局案例。

和田市城区PM2.5化学组成特征及来源分析

为了解中国极干旱区域和田市城区大气PM_(2.5)的组成特征及污染水平,于2014年1—12月采集和田市城区大气PM_(2.5)样品,并用气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)、离子色谱仪(IC)、电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)及元素分析仪分析其中PAHs(多环芳烃)、金属元素、水溶性无机离子、OC(有机碳)和EC(元素碳)等化学组分.结果表明,采样期间和田市城区大气PM_(2.5)质量浓度年均值为(770.11±568.01)μg/m^3,呈夏季最高、冬季最低趋势;金属元素、水溶性无机离子、OC、EC、∑_(16)PAHs(总多环芳烃)分别占PM_(2.5)质量浓度的15.292%、9.789%、4.246%、0.331%、0.015%.利用PMF(正交矩阵因子分解法)分别对PM_(2.5)中PAHs和金属元素、水溶性无机离子、OC、EC进行来源解析表明,PAHs主要来源为煤和汽油燃烧排放(13.91%)、生物质燃烧(33.98%)、天然气燃烧(52.11%);金属元素、水溶性无机离子、OC、EC的主要来源为土壤尘(56.49%)、油类燃烧(25.49%)、机动车排放(10.09%)、燃煤及生物质燃烧(7.93%).研究显示,采样期间沙尘对和田市城区大气PM_(2.5)组成影响较大,是该地区大气污染来源的主要因素.

机械球磨法制备NiMo催化剂及其在菲加氢中的应用

采用机械球磨法制备NiMo催化剂,通过XRD、XPS等表征其结构,探究Ni/(Ni+Mo)比对催化剂组成和结构及菲加氢性能的影响。结果表明,该法制备的催化剂活性组分Ni和Mo的分散性好,为孔径集中分布于2−10 nm的介孔催化剂。随Ni/(Ni+Mo)比增加,催化剂的比表面积和Mo^(IV)含量呈现出先增加后降低趋势,均于0.33处达到最高。适量Ni促进Mo硫化形成NiMoS活性相,过量的Ni会形成Ni_(x)S_(y),覆盖活性位点,降低加氢活性。恒定Ni/(Ni+Mo)比为0.33,催化剂的比表面积随Ni、Mo含量增加明显降低,而MoIV含量增加。增加硫化剂硫代硫酸铵(ATS)的用量,可同时提高催化剂的比表面积和Mo^(IV)的含量。Ni/(Ni+Mo)比对菲转化率的影响表现出与催化剂中Mo^(IV)含量相一致的变化趋势,当Ni/(Ni+Mo)比为0.33时,菲转化率达最高值74.7%。在该比例下,Ni、Mo含量及S/Mo比分别增至4.8%、16%和4.5时,菲的转化率达96.5%,八氢菲和全氢菲的总选择性和产率分别为83.9%和80.9%,且菲主要从侧环进行深度加氢形成全氢菲。

低温煤焦油沥青组分组成与结构分析

以低温煤焦油沥青为原料,依据四组分分析法,将其分为饱和分(Sa)、芳香分(Ar)、胶质(Re)和沥青质(As)。基于X射线光电子能谱(XPS)、核磁共振(NMR)、傅立叶变换红外吸收光谱(FT-IR)、元素分析(EA)、相对分子质量(GPC)及紫外(UV)等分析结果,采用改进的Brown-Ladner法计算各组分的结构参数。结果表明:就分子量而言,As(5008)>Re(1042)>Sa(771)>Ar(602);Sa、Ar、Re和As中C=O的相对含量依次增加,C-O含量变化趋势与之相反,其中Sa以C—OH为主,As则富含C=O;Sa中的N全部以氨-N形式存在,Ar和As的含氮基团则以吡啶-N镶嵌于芳香层中,Re中的N存在3种形态,其中吡咯-N的比例高达55%;Re和As中,S以砜和硫酸酯2种形态为主,质量分数之和高于75%;就芳香取代度而言,As(σ=0.42)>Re(σ=0.35);Ar、Re和As中环烷环数、芳香环数和杂原子含量均依次增加。

Fe改性Zr基蒙脱土对新疆和丰煤热解行为的影响

采用机械球磨法制备不同Fe盐改性Zr基蒙脱土催化剂,通过X射线衍射仪(XRD)、物理吸附仪(BET)、化学吸附仪(NH_(3)-TPD、H2-TPR)和X射线光电子能谱仪(XPS)分析其组成和结构。结果表明,与24ZrAM相比,以FeCl_(3)·6H2O和FeCl2·4H2O为铁源时,3Cl−-24ZrAM和2Cl−-24ZrAM中生成了Fe–O–Zr结构。Fe的硫酸盐存在时,催化剂的比表面积显著减小。引入Fe后,催化剂的总酸量均降低,3Cl−-24ZrAM的酸量与强酸强度最高。H2-TPR显示,3Cl−-24ZrAM、2Cl−-24ZrAM和3NO_(3)^(-)-24ZrAM中Fe2O3还原为Fe3O4的温度均低于500℃。在固定床反应器中考察了催化剂对新疆和丰煤热解行为及含不同桥键模型化合物的断键机制的影响。与24ZrAM相比,不同Fe源改性蒙脱土均能降低焦油中沥青的质量分数,其中,3Cl−-24ZrAM的裂解活性最高,轻质焦油分率增加至63%,比24ZrAM提高了18.9%,轻油和酚油质量分数分别为24ZrAM的1.3倍和1.4倍,长链烃含量进一步降低,降幅为0.7%。引入Fe后,苄基苯基醚(BPE)、联苄和联苯的转化率分别比24ZrAM提高了5%、1.6%和43.9%。

微型流化床中萘催化裂解生成H_(2) 和CH_(4) 反应动力学研究

生物质气化是生物质能代替化石能源中最具吸引力的方法之一,而生物质气化焦油中萘是最稳定、难以分解的环烃之一。选取萘作为气化焦油模型化合物,利用浸渍法制备了Cu/Ni负载橄榄石催化剂(15Ni/O、9Cu/6Ni/O、15Cu/O),在微型流化床反应器(MFBRA)中,采用模型拟合法计算了萘催化裂解生成H_(2) 和CH_(4) 的动力学参数,评价了双金属催化剂的性能。结果表明,所选的机理函数G(16)、G(20)和G(24)均满足不同催化剂催化裂解萘生成H_(2) 和CH_(4) 的反应。不同CuO和NiO质量分数的催化剂H_(2) 的生成活化能(Ea)值大小顺序为SiO_(2)> 15Ni/O>橄榄石> 15Cu/O> 9Cu/6Ni/O,CH_(4) 的Ea值大小顺序为橄榄石> 15Ni/O> SiO_(2)> 9Cu/6Ni/O> 15Cu/O。萘在9Cu/6Ni/O催化剂上裂解生成H_(2) 的Ea值均小于其他催化剂,说明双金属负载橄榄石催化剂对萘的催化裂解反应催化性能更好。

基于TG-FTIR的油页岩与棉秆共热解特性研究

油页岩与棉秆的共热解在高效转化油页岩和利用农业废弃物方面具有潜在的应用价值。本文采用热重红外联用(TG-FTIR)技术,对吉木萨尔油页岩和农业废弃物棉秆秸秆进行了共热解特性研究。主要考察棉秆加入量对吉木萨尔油页岩失重特性、失重速率及挥发分析出演变行为的影响。结果表明,棉秆的加入能够显著促进油页岩的热解,使油页岩解程度加深。油页岩和棉秆质量比为1:3时,实际失重率相较于理论值降低了1.42%。失重速率较理论值增加0.19%/min。棉秆和油页岩共热解过程存在一定的协同效应。共热解逸出产物中H_(2)O和C-H键强度相较于单独热解明显减少。

棉秆半焦与载镍橄榄石固-固化学链反应动力学研究

本实验利用微型流化床反应分析仪(MFBRA)研究了棉秆半焦(CSC)与载镍橄榄石(Ni/olivine)的固-固化学链反应特性,利用模型拟合法在等温条件下对29种模型函数进行拟合计算,从中选取了最优的三种模型,计算出棉秆半焦和载氧体的固-固反应动力学。结果表明,CO和CO_2是CSC与Ni/olivine反应的主要气体产物,固-固反应过程中,先析出CO后再析出CO_2,CSC并不会完全转换成CO_2,产气中CO的浓度比CO_2大;随着反应温度的升高,产气中CO和CO_2的浓度和产率增加。CO、CO_2和CSC利用三种不同模型函数计算出来的活化能平均值分别为27.5、46.4和69.8 kJ/mol。利用热重研究了CSC和Ni/olivine非等温反应特性及动力学,结果表明,CSC和Ni/olivine的反应从750℃开始,在890℃时反应速率达到了峰值,非等温反应活化能为72.05 kJ/mol,这与MFBRA等温动力学活化能基本相似,说明生物质化学链气化过程中,半焦和镍基载氧体的固-固反应较容易发生。

Ru掺杂BiOBr空心微球的原位合成及其光催化CO2还原和有机污染物降解性能研究

采用水热法原位合成了Ru掺杂BiOBr空心微球(Ru/BiOBr)复合光催化剂,并对其进行了XRD、SEM、TEM、EDS、DRS、EIS等表征.结果表明,所合成的BiOBr材料是由许多小厚度的交错纳米片自组装而成的,同时Ru纳米颗粒成功负载到BiOBr表面,该复合材料对还原CO2和降解有机模拟污染物(罗丹明B,RhB)具有良好的光催化性能.当Ru的掺杂量为0.4%时复合材料的光催化活性最佳,4 h后甲醇产量可达1103μmol/gcat,并且60 min内对RhB的降解率达到98%.除此之外,还讨论了复合材料的光催化机理和稳定性.