木质素模型化合物的电化学催化研究:转化特性与产物选择性

酚类衍生物是生物油的关键组分,对其电催化加氢(ECH)性质的深入理解对于高效利用生物油至关重要。基于此种考量,本工作研究了生物油中代表性物质愈创木酚的电催化加氢性能,探讨了其电催化加氢的反应机制、转化率和产品选择性在不同反应条件下(温度:40−80℃,高氯酸浓度:0.2–1.0 mol/L,电流强度:(–10)–(–150)mA)的变化。同时,也探索了愈创木酚中间产物(2-甲氧基环己酮和环己酮)等对其电催化加氢的影响。结果表明,愈创木酚的ECH转化率随温度和电流强度的提高而增加,但高氯酸浓度的增加则对转化率具有相反的影响。同时发现,中间产物的存在增强了愈创木酚的电催化加氢转化率,尤其是2-甲氧基环己酮,其效果更为显著。在此基础上,对其他种酚类衍生物(包括苯酚、邻苯二酚、愈创木酚、丁香酚和香草醛)及其混合物的电催化加氢机制的进一步研究中发现,模型化合物的电催化转化率与苯环上官能团的复杂程度成反比。在其中结构最简单的苯酚具有最高的转化率(89.34%),而由于结构更复杂,香草醛的转化率最低,仅为46.79%。同时,在多组分混合物的电催化加氢研究中发现,模型化合物的协同和竞争机制将显著影响各自的转化率。

硅钨酸修饰碳载Pd催化剂对甲酸氧化的电催化性能

用络合还原法合成了用作直接甲酸燃料电池(DFAFC)中阳极碳载Pd(Pd/C)催化剂,并研究了电解液中的硅钨酸(SiWA)对甲酸在Pd/C催化剂电极上氧化的促进作用.结果表明,SiWA不但能提高Pd/C催化剂对甲酸氧化的电催化活性,而且能增加电催化稳定性.这种促进作用与SiWA浓度有关.当SiWA浓度为0.40g·L-1时,促进作用最佳.当SiWA浓度大于0.40g·L-1时,由于过多的SiWA吸附在Pd/C催化剂上而覆盖了部分Pd活性位点,反而会降低促进作用.另外,由于SiWA在Pd/C催化剂上的吸附,降低了CO的吸附量,提高了Pd/C催化剂对甲酸氧化的电催化稳定性,也促进了甲酸通过直接途径氧化.

磷钨酸对甲酸在碳载Pd催化剂上电氧化的促进作用

利用X射线能量色散(EDS)谱、X射线衍射(XRD)谱和电化学等技术研究了电解液中磷钨酸(PWA)对直接甲酸燃料电池(DFAFC)中甲酸在碳载Pd(Pd/C)催化剂上电氧化的促进作用.研究结果发现,因吸附的PWA能促进甲酸在Pd/C催化剂上的脱氢而加速了甲酸的电氧化.这种促进作用与PWA的浓度有关,当PWA的浓度低于0.15 mg/mL时,该促进作用随PWA的浓度的增加而增加;当PWA的浓度高于0.15 mg/mL时,过多吸附的PWA会覆盖过多Pd/C催化剂的活性点而使其电催化性能随PWA的浓度增大而降低.因此,当电解液中PWA的浓度为0.15 mg/mL时,Pd/C催化剂对甲酸氧化的电催化性能最好.

微生物燃料电池非生物阴极催化剂的研究进展

在微生物燃料电池(MFC)中,以氧为电子受体具有很多优点,但氧阴极还原的反应动力学慢,会造成阴极电势的损失。因此,提高阴极对氧还原的电催化活性和降低催化剂的价格是MFC非生物阴极催化剂的研究重点之一。本文综述了近年来MFC中非生物阴极氧还原催化剂的研究进展。重点讨论了贵金属Pt、过渡金属大环化合物以及金属氧化物催化剂对氧还原的电催化活性。其中,非贵金属氧化物及过渡金属大环化合物催化剂具有良好的性能,而且价格低廉,有望成为MFC非生物阴极Pt基催化剂的替代催化剂。

炭载Pd-P催化剂对甲酸氧化的电催化性能

用黄磷作原料,制备了具有不同Pd-P原子比的碳载Pd-P(Pd-P/C)催化剂,并且使用X射线衍射(XRD)和能量色散X射线光谱仪(EDX)等手段对制备的催化剂进行了表征,总结了P含量对Pd-P合金纳米粒子的粒径和晶体结构的影响。电化学测试结果表明,甲酸在Pd/C、Pd1P6/C和Pd1P8/C催化剂上,氧化峰峰电位由低到高依次为Pd1P6/C﹤Pd1P8/C﹤Pd/C,电化学稳定性顺序为Pd1P6/C>Pd1P8/C>Pd/C,Pd1P6/C催化剂对甲酸氧化的催化性能最佳,适量的P掺杂能够增强Pd/C催化剂对甲酸氧化的电催化活性和稳定性,因此,Pd-P/C催化剂是一类具有应用前景的直接甲酸燃料电池(DFAFC)阳极催化剂。

磷钨酸对甲酸在碳载Pt催化剂上电氧化的促进作用

用X射线能谱(EDS)、X射线衍射(XRD)和电化学等测试技术研究了电解液中的磷钨酸(PWA)对甲酸在碳载Pt(Pt/C)催化剂电极上氧化的促进作用。结果表明,PWA不但能提高甲酸在Pt/C催化剂电极上氧化的电催化活性,而且也能提高其电催化稳定性。这种促进作用与电解液中PWA的浓度有关,当电解液中PWA的质量浓度为0.10 g/L时,这种促进作用最佳。这主要是由于电解液中PWA质量浓度>0.10 g/L时,吸附到电极表面的PWA的量太多,占据了Pt/C催化剂电极中Pt表面的部分活性位点,从而降低了催化剂的电催化性能。

电沉积制备MnO2催化剂及其在微生物燃料电池中的应用

通过电沉积的方法获得了一种具有均匀孔隙结构的海绵状二氧化锰催化剂,结合扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)等手段表征了所制备材料的表面形貌、结构及元素构成和赋存价态,采用线性伏安扫描(LSV)法对电沉积材料的电化学性能进行分析,考察其催化氧还原反应的活性,最后以合成的材料为阴极催化剂,构建微生物燃料电池系统,考察其在微生物燃料电池中的应用效果。结果表明,以电沉积二氧化锰为阴极催化剂的微生物燃料电池最大功率密度为975.6 mW/m^2,是以商业二氧化锰为阴极催化剂的电池的1.7倍;这表明作为一种经济、高效、环境友好的阴极氧还原催化剂,电沉积法制备的二氧化锰为实现阴极催化剂的低成本制备以及微生物燃料电池放大化推进提供了新的研究途径。

炭载Pt-P催化剂对甲醇氧化的电催化性能研究

通过NaH2PO2自分解方法制备了高分散性的Pt-P/C催化剂,并且使用X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)等表征手段对催化剂进行了表征,NaH2PO2的加入可有效降低催化剂的粒径,约为2.3nm。此外,亦用多种电化学测试手段测试了P的掺杂对甲醇的电催化氧化性能的影响,测试结果表明PtP/C催化剂不但能够增强催化剂对甲醇催化氧化的活性,而且还能够提高催化剂的稳定性。该测试结果表明Pt-P/C催化剂是一类具有潜在应用前景的直接甲醇燃料电池阳极催化剂。

表面改性炭材料在微生物燃料电池中的应用(英)

研究了在空气阴极微生物燃料电池中修饰方法如硝酸处理和硝酸-氨水酸碱等对XC-72R作为阴极氧还原催化剂催化活性的影响,并且使用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、Boehm滴定法和X射线光电子能谱(谱(XPS)等手段对催化剂进行了表征.FTIR测试证明硝酸处理可引入含氧基团氨水处理可引入含氮基团.另外,还测试了含有不同表面官能团的XC-72R对氧还原的活性,并将其作为阴极催化剂用在MFC中,测试了电池性能.实验表明,经酸碱修饰的XC-72R作为空气阴极MFC的催化剂具有很好的应用前景.

直接甲酸燃料电池Pd阳极催化剂及其电催化稳定性

直接甲酸燃料电池(DFAFC)中Pd阳极催化剂对甲酸氧化具有很好的电催化活性,但电催化稳定性较差,因此,对Pd催化剂电催化活性和稳定性的影响原因和机理的研究已经成为DFAFC阳极催化剂的研究重点,本文综述了DFAFC中Pd催化剂和Pd基复合催化剂的研究和发展概况.主要介绍了Pd催化剂的优缺点、稳定性及提高稳定性的方法和机理等,为Pd催化剂和Pd基复合催化剂的实际应用奠定基础.

不同底物对微生物燃料电池产电性能的影响

为了探讨污水中复杂有机质对微生物燃料电池性能的影响,该文通过选取同等浓度的乙酸钠、葡萄糖、庶糖、D-木糖、可溶淀粉5种原料,进行了微生物燃料电池产电性能的试验研究。在体积质量为8g/L条件下,以乙酸钠、葡萄糖、D-木糖、蔗糖和淀粉构建的MFC(生物燃料电池)中,乙酸钠电池内阻64?,最大体积功率密度达到3.7W/m3;葡萄糖电池内阻84?,最大功率密度2.67W/m3;D-木糖电池内阻为167?,最大功率密度为1.37W/m3;蔗糖电池内阻为68.3?,最大功率密度为2.4W/m3;淀粉内阻236?,最大功率密度1.36W/m3。结果表明:MFC可利用各种含糖有机物进行产电,在同等条件下,底物越简单,电池启动时间越短,内阻越小,输出功率大,库仑效率大。

直接甲酸燃料电池炭载Pd阳极催化剂的稳定性

用X射线衍射和电化学方法研究了在甲酸溶液中浸泡一段时间后的Pd/C催化剂的结构和电催化性能,发现在甲酸溶液中浸泡15 d后,Pd/C催化剂中Pd粒子的相对结晶度由1.73增加到3.34,平均粒径由4.4 nm降低到1.8 nm,对甲酸氧化的电催化活性和稳定性降低,甲酸氧化的峰电流密度由9.3 mA/cm2降低到6.7 mA/cm2.这可能是由Pd/C催化剂中的Pd在甲酸中会有一定的溶解和Pd/C催化剂能催化分解甲酸引起的.

ZnS光催化剂对不同偶氮类染料光降解的光催化性能的比较

在表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)存在时,合成了ZnS光催化剂。采用X射线衍射和透射电子显微镜等测试技术结果表明,制得的ZnS粒子尺寸均一,无团聚现象,平均粒径约为3.5nm。研究了ZnS光催化剂在紫外光下对不同染料的光催化降解效率,结果表明,ZnS光催化剂对一些含—N—N—基团的偶氮类染料,如甲基橙(MO)、酸性嫩黄(AY)、酸性橙Ⅱ(AOⅡ)光催化降解效率高达88%以上,甲基红(MR)的光催化降解效率也达59.63%。表明—N—N—基团容易降解。染料分子本身的吸光性也起一定的作用,虽然二甲酚橙(XO)和亚甲基蓝(MB)分子中均不含—N—N—基团,但由于XO的最大吸收峰分布于430nm的紫外光区,其光催化降解效率可达43.83%,而MB最大吸收峰分布于664nm可见光区,因此,其光催化降解效率则非常低。

直接种间电子传递对缓解厌氧消化抑制效应的研究进展

厌氧消化是将生物质废弃物进行资源化利用的有效途径之一。然而,复杂的原料性质以及反应器高负荷的运行条件会使厌氧消化过程产生多种抑制效应,易导致反应器运行不稳定,产气效率低等问题。因此,提升厌氧消化反应器运行性能、减缓抑制效应成为当前的研究热点。区别于以氢气和甲酸为媒介的间接种间电子传递(Mediated Interspecies Electron Transfer,MIET)过程,微生物间的直接种间电子传递(Direct Interspecies Electron Transfer,DIET)能够在菌群间直接进行电子转移,传递效率更高。DIET的建立有助于强化厌氧反应的稳定性,提高反应效率,减缓抑制效应。基于此,该文总结了DIET的研究进展,分析了主要的种间电子传递机制,探讨了DIET对不同类型抑制效应的缓解作用,归纳了DIET潜在微生物的富集效果;在此基础上展望了DIET在减缓厌氧消化抑制效应方面的重点研究方向和应用前景。

生物质碳基催化剂对微生物燃料电池的影响

为了确定生物质碳阴极催化剂对微生物燃料电池(microbial fuel cells,MFCs)产电性能的影响,以马尾藻、江篱、青贮能源草为原料,分别制备了生物质碳阴极催化剂材料,以XC-72R活性炭粉作对照,通过傅立叶红外光谱仪(FT-IR)、BET(brurauer-emmett-teller)比表面积分析仪、X射线光电子能谱仪(XPS)、EDX(energy dispersive X-Ray spectroscopy)等对生物质碳阴极催化剂材料进行了分析与表征,研究了它们对空气阴极微生物燃料电池阴极氧还原反应的催化效果以及对微生物燃料电池产电性能的影响.结果表明:四种碳基材料催化剂中,马尾藻生物碳催化剂的含氮基团质量分数高达4.04%,它对氧还原的催化性能最好.

微生物燃料电池混合菌群的产电特性与分布

将不同来源的污泥进行组合构建混合接种物的微生物燃料电池(MFC),通过比较微生物燃料电池的产电性能寻求更为优良的微生物群落,结果表明:将华南农业大学资源环境学院新肥室沼气池污泥、湖南省祁东县淹水稻田土和燕京啤酒厂废水处理二沉池污泥混合作为组合接种物的MFC性能较优,其最大输出电压0.59 V,最大功率密度10.81 W/m3。利用PCR-DGGE技术解析该电池阳极表面优势微生物的群落,分析发现阳极生物膜中占优势的菌种为Gammaproteobacteria菌纲中的Shewanella,其次为Pseudomonas aeruginosa,还存在Verrucomicrobiae和Flavobacteria菌纲的微生物。

葡萄糖浓度对微生物燃料电池产电性能的影响

以葡萄糖为碳源,研究不同浓度对微生物燃料电池产电性能的影响。结果表明:葡萄糖的较佳浓度范围为0.5~4.0g/L,启动时间3~6d,运行稳定,且持续时间长,葡萄糖浓度为0.5g/L的MFC的电动势为0.75V,电池内阻为47.8Ω,最大体积功率为5.3W/m^3;浓度为1.0g/L的MFC的电动势为0.71V,内阻为56Ω,最大功率密度4.0W/m^3;浓度为2.0g/L的MFC的电动势为0.70V,内阻为86Ω,最大功率密度为2.67W/m^3;浓度为4.0g/L的MFC的电动势为0.64V,内阻为99Ω,功率密度2.25W/m^3。

用乙二胺四乙酸和Pt(NO3)2制备Pt/C催化剂及其形成机理

采用乙二胺四乙酸(EDTA)作添加剂,Pt(NO3)2作前驱体制备了Pt/C催化剂,通过多种方法进行测试,并对形成机理进行了探讨.结果表明,加入的EDTA不能与Pt2+配位形成络合物,而是通过静电作用与Pt2+结合,使生成的Pt粒子不易团聚,得到的Pt/C催化剂中Pt粒子分布均匀,平均粒径约为3 nm.所制得的Pt/C催化剂对甲醇氧化具有很好的电催化活性和稳定性.

菌株Dysgonomonas mossii的分离及产电特性

为了获得一株产电菌株,并研究其产电性能。采用厌氧分离法从微生物燃料电池中分离出一株新的产电菌株LY-2,通过菌株形态、生理生化特性及16S rDNA系统发育分析做分类学鉴定,采用循环伏安扫描及菌种在微生物燃料电池中产电情况做产电特性验证。结果表明,该菌与Dysgonomonas mossii最相近,命名为Dysgonomonas mossii LY-2。循环伏安扫描显示,该菌具有电化学活性,接种到微生物燃料电池中,以牛肉膏为燃料产生的最大电压为0.61V,最大功率密度为104.3mW/m2,具有在微生物燃电池中产电研究和应用的前景。

生物柴油生产中甲醇脱水的NaA分子筛膜研究

以水热法合成的NaA分子筛膜为研究对象,通过分离甲醇/水溶液、扫描电镜观测(SEM)及X射线衍射仪(XRD)等分析方法,对该膜的性能进行分析与实验验证。研究结果表明:按照物质的量之比Na2O:Al2O3:SiO2:H2O=48∶1∶5∶4500的配比,载体放置方式垂直向下,90℃水热合成4 h制备NaA分子筛膜,50℃分离95%甲醇/水溶液,分离系数最高达64.87。5次渗透汽化反应后,NaA分子筛膜仍表现出渗透汽化性能,为甲醇精馏及生物柴油低能耗生产提供可能。