化学反应工程课程教学发展之浅见

面对化工行业的未来发展和化工类专业人才培养的新要求,化工专业核心课程的教与学问题值得进一步探讨。文章以化学反应工程课程为例,简要介绍了化学反应工程学科、课程教材及教学内容的发展,分析了“互联网+”环境下课程教学模式的调整,讨论了在线教育平台参与教学的情况,阐述了教学模式改革的必要性,并针对线上线下混合式教学模式下的课程考核提出了合理化建议,最后介绍了新工科背景下高校联合建设化学反应工程虚拟教研室的情况。

电内加热Pt/NPC催化剂高效催化甲基环己烷脱氢反应研究

高效储氢技术研发是实现氢能规模化应用的关键。甲基环己烷(MCH)作为理想的有机液体储氢介质,具有质量储氢密度高、储运安全方便等优势,但其脱氢过程仍存在反应温度高、效率低等难题,开发高效脱氢催化剂并引入有效的过程强化是解决上述问题的关键。以不同焙烧温度得到的氮掺杂多孔碳(NPC)作为载体,通过浸渍法制备了系列NPC负载Pt的催化剂(Pt/NPC),在新型电内加热(IEH)模式下,研究了其对MCH脱氢反应性能的影响规律。研究结果表明,随着NPC焙烧温度的升高,Pt^(2+)占比先增加后减少,并在550℃达到最大值。在MCH脱氢反应中,Pt^(2+)占比与反应速率呈近似线性正相关。在优化的Pt/NPC催化剂上,IEH模式下的释氢速率约为传统外加热(CEH)模式的3倍。组合温度测量、反应热与传热计算、性能评价和原位红外表征结果阐明了IEH模式下高的加热速率与传热速率,以及增强的MCH吸附是提升催化性能的重要原因。本研究可为新型电内加热反应方式及与之相匹配高效催化剂的设计研发提供指导。

疏水缔合聚合物的合成及溶液性能研究

采用自由基胶束聚合法 ,合成了疏水缔合型丙烯酰胺 /2 丙烯酰胺基烷基磺酸共聚物。用Brookfield旋转粘度计测定了不同疏水基含量的聚合物的溶液性能 ,同时考察了疏水缔合聚合物浓度、盐浓度、剪切速率以及温度对聚合物溶液性能的影响。实验结果表明 ,稀溶液中疏水缔合聚合物分子的缔合以分子内缔合为主 ;在临界缔合浓度以上 ,缔合以分子间缔合为主。该聚合物是一种性能优异的疏水增粘剂 ,模拟盐水条件下的粘度比清水溶液粘度有很大提高 ,表现出明显的抗盐性质 ,其临界缔合浓度约为 5 0 0mg/L。使用时可用油田采出水直接配注 ,因而在提高采收率的同时 ,还进一步降低了聚合物的用量 。

基于扫描探针显微镜(SPM)的高密度信息存储

随着信息技术的飞速发展,高密度信息存储的研究成为国际上备受关注的研究领域。扫描探针显微技术(SPM)通过改变材料的光、电、磁等局域特性可以实现纳米尺度的信息存储,成为提高信息存储密度的最有效手段之一。本文从信息存储材料和技术角度综述了基于SPM的高密度信息存储最近的研究进展,并讨论了其将来的研究与发展方向。

柴油机尾气净化催化剂的最新研究进展

柴油机尾气排放的污染物已经引起了严重的环境污染问题,催化净化技术是柴油机尾气污染治理必不可少和最有效的处理技术之一,而高效催化剂的研制和开发是催化净化技术的核心.本文以柴油机尾气中最难处理的两种污染物NOx和碳烟颗粒(PM)的催化处理技术为主线,综述了NOx的催化还原(选择性催化还原(SCR)和贮存还原(NSR))催化剂、碳烟的催化燃烧催化剂、NOx和碳烟颗粒同时消除的催化剂及柴油机尾气四效催化剂的最新研究进展,并总结性地提出了目前该研究方向存在的主要问题和发展方向.

NaCl对疏水缔合聚合物溶液性质的影响研究

研究了NaCl对疏水缔合聚合物溶液性质的影响。结果表明,所合成的疏水缔合聚合物的特性粘数随NaCl浓度的增加而降低,其表观粘度则先降低后增加,继续增加NaCl浓度,溶液粘度降低,但仍保持很高的粘度。环境扫描电镜(ESEM)研究表明,疏水缔合聚合物在去离子水体系中会形成网状结构,而在NaCl浓度为5g·L-1的溶液中,ESEM照片显示疏水缔合聚合物的结构为致密的树枝状结构,且存在一临界缔合浓度。

Co_(0.2)/Ce_(1-x)Zr_xO_2催化剂的制备、表征及其催化碳烟燃烧反应性能

采用微孔扩散-共沉淀法制备了不同Ce/Zr摩尔比的Ce1-xZrxO2(x=0,0.2,0.4,0.5)固溶体,并以此为载体用超声波助分散等体积浸渍法制备了Co0.2/Ce1-xZrxO2催化剂,考察了催化剂中Ce/Zr比对其催化柴油车尾气碳烟颗粒物燃烧反应性能的影响.结果表明,在催化剂与碳烟颗粒松散接触条件下,Co0.2/Ce1-xZrxO2催化剂催化碳烟颗粒物燃烧的活性非常高.其中Co0.2/Ce0.8Zr0.2O2催化剂活性最高,T10,T50,T90和SmCO2分别为316oC,385oC,413oC和99.9%.这与目前文献报道的松散接触条件下活性最高的担载Pt催化剂相近.应用X射线衍射、透射电镜、扫描电镜、紫外-可见漫反射和傅里叶变换红外光谱技术对Ce1-xZrxO2固溶体及Co0.2/Ce1-xZrxO2催化剂进行了表征.结果表明,Ce1-xZrxO2固溶体由纳米级小颗粒组成(平均粒径在10nm左右).适量的Ce/Zr比有利于改善立方尖晶石型Co3O4在Ce1-xZrxO2固溶体表面的分散,从而提高催化剂活性.程序升温还原结果表明,Co0.2/Ce0.8Zr0.2O2催化剂具有最优的低温还原特性,与它具有最高的催化活性相一致.

疏水缔合聚合物溶液形态的研究

用环境扫描电镜(ESEM)和动态光散射仪(DLS)对疏水缔合聚合物溶液形态进行了分析。结果表明,随着NaCl浓度的增加,实验所合成的疏水缔合聚合物的表观粘度先降低后增加而后再降低,但仍保持很高粘度。疏水缔合聚合物在去离子水体系中无论浓度高低均形成了空间网状结构。盐水体系中,当NaCl浓度为1000mg/L时所形成的结构与去离子水中的结构类似,均为网状结构,而在NaCl浓度为5000mg/L时,ESEM照片显示疏水缔合聚合物的结构为致密的树枝状结构。疏水缔合聚合物的浓度越大,其表观流体力学半径就越大,从而造成其增粘能力越强。

Fischer-Tropsch合成钴基催化剂研究进展

综述了近年来钴基催化剂在费托合成反应中的研究进展。重点评述了钴源、负载量、载体、助剂、制备方法、焙烧和还原条件等因素在负载型钴基催化剂制备过程中对催化剂活性、选择性控制等方面的影响,概述了钴基催化剂在费托合成反应中的催化机理,并对今后催化剂的研究提出了一点建议。

Cr掺杂ZSM-5双功能催化剂的制备及其催化裂解正丁烷

采用原位合成的方法制备了Cr掺杂的ZSM-5分子筛,研究了Cr含量对于正丁烷催化裂解性能的影响。利用X射线衍射(XRD)、N2吸附脱附、紫外可见漫反射光谱(UV-Vis)、拉曼光谱(Raman)、氨程序升温脱附技术(NH3-TPD)和吡啶红外(Py-FTIR)等表征手段研究了分子筛的结构、Cr物种的存在状态以及分子筛的酸性。研究结果表明,部分Cr进入分子筛的骨架,以单分散的形式存在,当Cr含量较低时,Cr的引入对于分子筛的弱酸性没有太大的影响。少量Cr的引入会极大提高正丁烷的转化率和乙烯、丙烯的收率,当Cr/Al摩尔比为0.04,反应温度为650℃时,正丁烷的转化率达到99.2%,乙烯、丙烯的收率达到53.8%,分别比未改性的ZSM-5高15.5%和5.0%。这可能是由于Cr活性组分的脱氢性能和分子筛的酸性形成协同作用,促进了正丁烷的高效转化。

SBA-15介孔分子筛担载的钒基氧化物催化剂对乙烷选择氧化性能

用等体积浸渍法制备了SBA-15担载的钒基(V/SBA-15)和钾修饰的钒基氧化物(K-V/SBA-15)催化剂,使用氮气吸附、小角X射线衍射(XRD)、紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)和紫外激光拉曼光谱对这些催化剂的结构进行表征,并评价了这些催化剂对乙烷选择氧化的活性与选择性.实验结果表明介孔结构SBA-15对乙烷选择氧化的活性优于常规的SiO2;对于SBA-15担载的V/SBA-15和K-V/SBA-15催化剂,极低钒担载量(nV∶nSi≤0.1∶100)时隔离的四配位钒氧化物是乙烷选择氧化生成醛类化合物的活性物种,高钒担载量(nV∶nSi≥2.5∶100)时聚合的和微晶态的钒氧化物是乙烷氧化脱氢或深度氧化的活性物种.

柴油车尾气四效催化净化技术研究进展

从四效催化转化器和四效催化剂2个方面概述了用于柴油车尾气(主要污染物包括烃类、一氧化碳、颗粒物和氮氧化物)处理的四效催化技术的国内外研究进展情况,并探讨了其主要难点与发展前景。

三维有序大孔钙钛矿LaFeO_3催化剂的制备及其催化炭黑颗粒燃烧性能

采用水油两相双引发剂的无皂乳液聚合法制备了羧基改性的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)聚合物微球,并以此为模板,采用胶体晶体模板法制备了三维有序大孔(3DOM)钙钛矿LaFeO3催化剂.同时采用柠檬酸络合燃烧法制备了纳米钙钛矿LaFeO3催化剂.通过傅里叶红外光谱、扫描电镜、X射线衍射和激光粒度仪等方法对样品进行了表征.采用程序升温氧化反应评价了催化剂对模拟柴油机炭黑颗粒催化燃烧的活性.结果表明,制备的羧基改性PMMA聚合物微球固含量约为10%,表面羧基含量约为3mmol/g.微球粒径分布均匀,且可通过调节反应条件得到不同的粒径,可控范围在300～700nm.所制得的3DOM钙钛矿LaFeO3催化剂以六方有序的方式排列,其孔径及孔径收缩率分别为300nm和32%,大孔孔壁平均厚度约50nm.该催化剂对炭黑颗粒催化燃烧的T10,T50,T90和SmCO2分别为340,412,458oC和99.8%,性能优于纳米LaFeO3催化剂.

稀土改性HZSM-5分子筛催化裂解混合C4烃制低碳烯烃性能的研究

用浸渍法制备了稀土改性HZSM-5分子筛催化剂（简称RE/HZSM-5）,研究了RE/HZSM-5对混合C4烃（包括C4烷烃和C4烯烃）裂解活性及低碳烯烃收率的影响。结果表明,RE改性后HZSM-5分子筛催化剂的裂解活性明显增加,轻稀土改性HZSM-5分子筛比重稀土改性的表现出更好的增产低碳烯烃裂解性能。在0.1MPa,重时空速（WHSV）=1.2×104mL/h.g^-1条件下,轻稀土La、Pr、Nd、Sm、Gd改性HZSM-5分子筛催化剂上混合C4烃催化裂解产物中乙烯和丙烯总收率在625℃时达到最高,分别为54.66%、54.32%、53.32%、54.15%和54.06%,比相同条件下未改性的HZSM-5高3%~4%。重稀土中只有Yb/HZSM-5表现出较好的裂解活性,裂解产物中乙烯和丙烯总收率在600℃时达到最高,为54.80%。用红外光谱（FT-IR）,氨程序升温脱附（NH3-TPD）和吡啶吸附红外光谱法（Py-IR）法对RE/HZSM-5分子筛进行了表征,结果表明催化剂的总酸量、B酸与L酸的比值与催化活性之间存在密切关系。

加氢脱氮催化剂及反应机理研究进展

介绍了各馏分油品中含氮化合物的分布规律和特点,概述了加氢脱氮反应过程中含氮化合物进行加氢和C-N键断裂的反应机理及典型含氮化合物的反应网络;总结了传统加氢脱氮催化剂及其载体的制备、改性和调变方法,论述了新型金属碳化物、氮化物、磷化物催化剂的结构特性及各类催化剂的加氢脱氮反应性能。关联了催化剂的物理化学性质对加氢脱氮反应的影响,提出了高活性加氢脱氮催化剂的研制思路和途径。

担载钒氧化物催化剂对丙烷选择氧化性能

用等体积浸渍法制备了SBA-15担载的钒基氧化物催化剂,使用X射线衍射(XRD)分析、氮气吸附、紫外激光拉曼、傅里叶变换红外(FTIR)光谱和紫外-可见漫反射(UV-Vis DRS)光谱对催化剂的结构进行了表征,并评价了催化剂对丙烷选择氧化的活性与选择性.实验结果表明SBA-15载体对丙烷选择氧化的活性优于常规的SiO_2载体.SBA-15担载的低载量催化剂是高分散的催化剂体系,在低钒载量(n(V)/n(Si)<2.5%)时,催化剂具有规则的六方介孔结构.低钒载量(n(V)/n(Si)<0.1%)时,隔离四配位的钒氧化物是丙烷选择氧化生成醛类化合物的活性物种;高钒载量(n(V)/n(Si)>2.5%)时,聚合六配位的钒氧化物和微晶钒氧化物是丙烷脱氢或深度氧化的活性物种.

Pt/TiO_2/ZSM-5催化剂的制备及其催化转化正丁烷

采用溶胶-凝胶法和等体积浸渍法,分别对ZSM-5分子筛进行Ti O2改性和Pt负载,获得了具有脱氢-裂解双功能的Pt/Ti O2/ZSM-5催化剂,采用XRD、N2吸附-脱附、TEM、XPS和NH3-TPD对样品的晶体结构,孔结构、形貌、活性金属价态和酸性质等进行了表征,并研究了正丁烷在此催化剂上催化转化制备低碳烯烃的反应规律。研究结果表明,Ti O2的引入,一方面使得改性后的ZSM-5分子筛获得了额外的酸性中心,特别是强酸性位含量的增加,有助于促进正丁烷的活化;另一方面Pt与Ti O2之间存在＂金属-载体＂强相互作用（SMSI）,在H2还原气氛下,Pt能够促进Ti O2的还原,生成Ti3＋物种,而Ti3＋的存在增加了Pt周围的电荷密度,降低了Pt对低碳烯烃（2C^=-3C^=）的吸附能力,抑制了深度脱氢和生焦反应,从而提高双功能催化剂对烯烃的选择性。当H2还原温度为450℃时,Pt/10Ti O2/ZSM-5催化剂在625℃下的正丁烷转化率为76.1%,低碳烯烃（2C^=-3C^=）收率为50.9%,分别比Pt/ZSM-5催化剂提高了16.7%和12.6%。

C_4/C_5烃催化裂解制低碳烯烃的研究进展

从催化剂类型、裂解工艺、催化裂解的影响因素和裂解机理4个方面对国内外C4/C5烃催化裂解制低碳烯烃的研究进行了综述。催化裂解制低碳烯烃催化剂主要采用ZSM-5分子筛系列催化剂,在此基础上发展了酸改性或水热改性高硅ZSM系列分子筛及介孔MCM-41分子筛。总结了国内外C4/C5烃的裂解工艺,认为影响催化裂解的主要因素是裂解原料、催化剂类型及工艺条件。目前,裂解机理主要是自由基与碳正离子机理相结合的机理。并简述了本课题组目前有关C4烷烃催化裂解的主要研究进展。

金属有机骨架材料MIL-53(Al)负载纳米Pd颗粒:一种CO氧化的活性催化剂(英文)

通过等体积浸渍法制备了金属有机骨架材料MIL-53(Al)(MIL:Materials of Institut Lavoisier)负载纳米Pd催化剂.采用X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)和X射线光电子能谱(XPS)等手段对催化剂的结构进行了表征.催化剂在反应前后XRD衍射峰保持不变,说明载体MIL-53(Al)具有良好的稳定性.采用TEM对催化剂进行表征,结果表明,MIL-53(Al)的多孔晶体结构有助于形成高度分散的纳米Pd颗粒,样品2.7%(w)Pd/MIL-53中Pd颗粒的平均粒径为2.21 nm.该催化剂在CO氧化反应中表现出较高的催化活性,115°C达到完全转化.同时催化剂可循环使用,多次反应后催化活性和催化剂结构都保持稳定.

L/W复合分子筛的合成及在催化裂化汽油加氢改质催化剂中的应用

报道了一种新型复合分子筛L/W的制备、表征及应用.采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、红外光谱(IR)、氮气吸附-脱附、吡啶红外光谱(Py-IR)、氢气程序升温还原(H2-TPR)及拉曼光谱(Raman)等手段系统地比较了复合分子筛与机械混合分子筛的差异.结果表明,机械混合分子筛中的L和W分子筛均以独立相存在,而复合分子筛中L分子筛是部分生长在W分子筛之上的;并且复合分子筛表现出了更大的比表面积和孔径以及更适宜的酸性分布,这有利于反应物的扩散,增强了B酸与L酸的协同效应.在催化裂化反应中,复合分子筛催化剂比机械混合分子筛催化剂具有更高的脱硫活性(脱硫率93.3%)以及更低的辛烷值损失(ΔRON=-1.15).