热再生电池堆-二氧化碳电化学还原池系统耦合特性

为了减少工业烟气中余热与CO_(2)的排放,本文提出了热再生电池堆-二氧化碳电化学还原池系统(TRBCO_(2)RR)。该系统通过串联多个非水系热再生电池(thermally regenerative battery,TRB)构建电堆,并将其用于驱动CO_(2)电化学还原(electrochemical reduction of CO_(2),CO_(2)RR)。本文研究了CO_(2)电化学还原特性、非水系TRB电堆性能及非水系TRB-CO_(2)RR系统耦合特性。研究结果表明,碳纸负载纳米银多孔电极上催化剂分布较为均匀,在-1.8V电位下(对应的槽电压为5.1V)表现出最佳的电化学还原CO_(2)性能,其CO法拉第效率达到了最佳值78.7%。为此,构建了6个子电池的串联电堆,开路电压达到7.2V左右,最大功率为235mW,在34min内放电相对稳定。运行非水系TRB-CO_(2)RR耦合系统后,电堆未出现反极现象,CO法拉第效率(73.1%)接近稳定电源所获得的最佳值。未来研究可通过优化催化剂和电堆设计,有望进一步提高耦合系统CO_(2)RR转化效率。

铜锌双金属催化剂在电化学还原CO_(2)领域的研究进展

电化学还原CO_(2)(CO_(2)ER)不仅能够实现CO_(2)的资源化利用,生产出高附加值化学品,同时也有助于推动绿色低碳发展,实现可持续发展。在CO_(2)ER领域,相较于单金属催化剂,双金属催化剂特别是Cu-Zn双金属催化剂,因其经济环保、活性位点丰富及电子结构可调等特性备受关注,这些优点使其在C—C偶联形成多碳(C2+)产物的过程中具有显著优势。综述了Cu-Zn双金属催化剂在CO_(2)ER领域的研究进展,归纳了界面协同效应、表面吸脱附和界面缺陷等因素影响CO_(2)ER过程中的电子转移或电子-质子耦合机制,进而揭示其催化生成不同还原产物的反应机理。此外,针对Cu-Zn双金属催化剂在CO_(2)ER生成特定产物过程中的性能进行分类讨论,重点探讨催化剂的制备方法以及电解池的类型对催化剂性能的影响。最后,就CO_(2)ER领域催化剂在活性、稳定性及产物选择性等方面所面临的挑战进行展望。

自支撑Bi@Cu纳米树电极高效电化学还原CO_(2)制甲酸

利用电化学方法将CO_(2)转化为高值化学品是实现碳中和目标的一条有效途径。制备高性能电极是实现CO_(2)高效转化的关键一环。常规喷涂法所制电极中催化层与集流体间的不良接触会严重影响电催化活性以及稳定性。为此,本研究结合电化学沉积和离子置换反应法,构建了一种原位生长的Bi@Cu纳米树(Bi@Cu NTs)自支撑电极。自支撑纳米树结构在降低界面电阻、确保空间结构稳定的同时,为反应提供了丰富的活性位点和发达的孔隙结构,进而实现CO_(2)分子、电解液离子以及电子的协同传输,并进一步促进电化学CO_(2)转化。实验结果表明,Bi@Cu NTs电极在电化学活性和长期运行稳定性方面表现出色。在–1.4~–0.8 V(vs.RHE)的宽工作电位窗口范围内,甲酸选择性均超过90%;在–1.2 V的工作电位下,该电极同时实现了高达97.9%的甲酸选择性和170.6 mA·cm^(–2)的电流密度。此外,该电极在–1.0 V下经过50 h持续电解,获得了超过90%的平均甲酸选择性及大于110 mA·cm^(–2)的平均电流密度,且性能未见明显衰减,稳定性优异。

Cu基催化剂电化学还原CO_(2)合成乙醇的研究进展

用电化学还原法将二氧化碳(CO_(2))转化为高能量密度的多碳化学品最近成为一个研究热点,在所有的电化学还原二氧化碳(ERCO_(2))催化材料中,Cu基材料因为对中间体CO良好的吸附性能表现出较高的C_(2)产物选择性.为此首先介绍了ERCO_(2)反应机理以及常见的反应器类型;再总结了5种代表性的Cu基催化剂(单金属、氧化物衍生、金属有机框架、合金和非金属修饰)及其在ERCO_(2)选择性合成乙醇方面的最新进展;并阐述了Cu基高活性催化剂的设计策略,如缺陷工程、形貌控制、晶面工程以及他们之间的协同效应等;最后展望了高效ERCO_(2)催化剂制备乙醇所面临的挑战和今后的发展方向.

化学还原法制备重质钯粉新工艺

采用国内某铂族金属钯提炼过程中的络合液为原料,通过试验探究了不同条件下制备的高振实密度重质钯粉的粒径与密度,筛选出最佳的制备工艺路线与技术条件。结果表明,以pH=8为起点,通过水合肼直接还原钯络合液生成海绵钯为晶种,再通过盐酸肼进一步还原,可制备出颗粒均匀,振实密度高达3.25 g/cm^(3)左右的高密度重质钯粉。

化学还原-生物刺激对高质量比Cr(Ⅵ)污染土壤治理及稳定化

为提高Cr(Ⅵ)污染土壤治理后的稳定性,采用化学还原剂联合乙酸钠生物刺激对高质量比Cr(Ⅵ)污染土壤进行治理和稳定化。通过测定Cr(Ⅵ)质量比、Cr形态及含量并结合XRD分析,同时对生物刺激过程中Cr(Ⅵ)污染土壤的细菌多样性变化进行监测,对比多硫化钙(Calcium polysulfide,CPS)、硫酸亚铁(FeSO4)、零价铁3种化学还原剂以及乙酸钠用量对高质量比Cr(Ⅵ)污染土壤的治理能力及稳定化效果。结果表明:质量分数为10%的FeSO4与质量比为7 g/kg的乙酸钠联用,在生物刺激50 d时对高质量比Cr(Ⅵ)的去除及稳定化效果最佳,还原率为93.58%,且能够将毒性较大的生物有效态铬全部转化为其他稳定形态的铬。XRD结果表明,两种方法联用后土壤中Cr主要以Cr(Ⅲ)的形式存在。生物刺激过程中土壤细菌群落物种分布变化明显,生物刺激50 d时,富集的细菌类群最多。

碳纤维阴极电化学还原氯霉素的效能与机理

以CAP为对象,利用碳纤维阴极研究电化学还原氯霉素的效能与机制。重点探究电流密度、pH、CAP初始浓度、电解质浓度和种类对CAP降解效果、TOC去除率和脱氯效果等影响,研究表明电流密度和电解质种类对CAP的降解效果影响较大,阴极还原的最佳反应条件为:电流密度40 mA·cm^(-2)、CAP初始质量浓度10 mg·L^(-1)、Na_(2)SO_(4)浓度0.02 mol·L^(-1)。通过循环伏安法研究发现CAP在电极表面发生直接还原与间接还原,三维荧光测试结果表明反应后水中有机物含量仍较高。利用超高效液相-四极杆飞行时间质谱对中间产物进行检测并分析CAP在阴极降解的机理,还原后的产物主要为毒性较低的芳香胺物质。电化学处理CAP主要通过脱氯还原得到毒性较低的物质,从而降低了后续处理过程产生有毒物质的风险,研究结果为电化学还原去除水中抗生素的应用提供了相关探索和技术支撑。

碳基催化材料在电化学还原二氧化碳中的研究进展

利用电化学还原技术将二氧化碳(CO_(2))转化为高能燃料或高值化学品是提升CO_(2)利用附加值、缓解CO_(2)排放压力的有效途径,也是风电、水电和太阳能等绿色能源的转化与存储方式之一,对间歇性电能“削峰填谷”意义重大。实现高效电化学还原CO_(2)的关键之一在于创制高性能的电催化材料。综述了碳基催化材料在电化学还原CO_(2)方面的研究进展,系统探讨了本征缺陷碳材料、掺杂碳材料、碳基复合材料和整体式碳材料的结构特点以及与电催化还原CO_(2)性能的构效关系,并在此基础之上,展望了碳基催化材料在电化学还原CO_(2)领域中的挑战和未来发展。

物理化学还原法处理-电感耦合等离子体发射光谱(ICP-OES)法测定污染土壤中的六价铬

定量分析土壤中六价铬Cr(Ⅵ)含量对于生态环境的恢复治理具有重大意义。使用机械球磨-多硫化钙(CPS)物理-化学相结合的处理方法,以电感耦合等离子体光谱仪(ICP-OES)为测试手段,测定污染土壤中的Cr(Ⅵ),同时还探讨了球磨转速、球磨时间和球料比等球磨工艺条件以及还原剂添加量对六价铬浸出浓度的影响。结果表明,当球磨速度500 r/min、球磨时间2 h、球料比12、还原剂添加量为3%时,Cr(Ⅵ)的浸出浓度可显著降低至3.0 mg/kg以下(GB 36600-2018,第一类用地筛选值),大大减少了还原剂的使用量。通过研究碱消解提取过程中的化学反应,控制pH值的条件范围,确保Cr(Ⅵ)的准确测定。同时,碳酸钠、磷酸缓冲溶液、氯化镁在提取过程中的重要作用也不容忽视;在碱消解提取过程中,计算出盐分在提取液中的理论含量,并通过稀释达到降低盐分浓度、拓宽线性范围,减小基体影响的目的。与传统化学还原法相比,物理化学法可以更快、更有效地减少和固化土壤中的Cr(Ⅵ)。

基于BP神经网络的电化学还原硝酸盐过程智能控制

电化学还原硝酸盐过程关键在于该废水处理过程中参数的有效控制。基于硝态氮电化学还原的测试数据和各参数间的相关性,得出与出水效果密切相关的四因素,即反应时间、初始浓度、初始pH和电流密度,采用BP神经网络算法建立了电化学法还原硝态氮的预测模型,并验证了模型的准确性。结果表明,4-7-1型BP神经网络网络构型最优,模型预测的去除效果与实测值相吻合,R2为0.9095。利用BP神经网络模型对参数调控,可以优化电化学处理过程:对电流密度进行阶段性调控,在相同处理量下可降低15%的能耗;在水质波动情况下进行电流密度控制,在相同处理时间内可保证出水达标。该研究结果可以为智能控制电化学去除硝态氮的过程提供参考。

电化学还原CO_(2)制备甲酸的电极材料研究

甲酸是合成许多工业产品的重要中间体,此外它还是氢气储备的重要材料。电化学还原CO_(2)是一种很有前途的制备甲酸的方法,其中电极材料起着重要作用。综述了金属、金属氧化物、金属合金和金属有机配合物对电化学还原CO_(2)制备甲酸的影响。最后,强调了开发电极材料所面临的挑战和前景。

原位化学还原技术对有机污染物的降解效果研究

某遗留有机污染场地采用原位化学还原技术进行修复,注射影响半径取3 m,在修复区域中心及其四个垂直轴向上3 m范围内共布设5个修复点位,工程地块内共布设10个修复点位,分5次注射芬顿试剂。监测井采样数据显示,原位化学还原技术对苯、氯苯及石油烃(C_(10)~C_(40))的降解效果显著,注射前期和中期储罐区苯向北侧区域迁移,后期迁移不明显。

化学还原氧化石墨烯制备高性能石墨烯自组装水凝胶(英文)

提出了一种以抗坏血酸钠为还原剂,通过化学还原氧化石墨烯制备高性能石墨烯自组装水凝胶的方法。用扫描电镜,流变及电导率测试,光电子能谱,X-射线晶体衍射和拉曼光谱等手段对该石墨烯水凝胶的结构与性能进行了表征。结果表明:化学还原氧化石墨烯对形成石墨烯水凝胶具有决定性作用。该石墨烯水凝胶具有优异的导电性(1S.m-1),机械强度和电化学性能。在1mol.L-1的硫酸电解质溶液中,通过1.2A.g-1恒电流充放电测试,石墨烯水凝胶电极的比电容高达240F.g-1。

硫酸盐热化学还原反应对烃类的蚀变作用

硫酸盐热化学还原反应(TSR)是指硫酸盐与烃类作用,将硫酸盐矿物还原生成H2S等酸性气体的过程,是高含H2S天然气形成的重要机制.由于硫酸盐热化学还原反应是热动力驱动下烃类和硫酸盐之间的化学反应,因此伴随着烃类的氧化蚀变,烃类气体的组分和碳同位素则会发生相应的变化.对四川盆地东北部下三叠统飞仙关组和渤海湾盆地古生界高含硫化氢气藏中烃类气体组分和碳同位素的研究发现,在硫酸盐热化学还原反应消耗烃类的过程中,重烃类优先参与了该反应,从而导致天然气的干燥系数增大.同时,在硫酸盐热化学还原反应过程中,12C-12C键优先破裂,12C更多地参与了该反应,而13C则更多地保留在残留的烃类中,使反应后残留的烃类中相对富集13C,烃类气体碳同位素值增重2‰～4.0‰,且重烃类碳同位素的增重幅度大于甲烷.

电化学还原TiO_2制备金属钛及反应过程的研究

采用熔盐电解法,在900℃熔盐CaCl2中以烧结TiO2为阴极,石墨棒为阳极制备出了金属钛。研究了不同温度下烧结阴极的形貌及其对电解反应的影响。结果表明:600℃下烧结4h的阴极具有良好电化学反应性能;电解过程中脱氧速度不均匀;TiO2电极的还原是由外向内,由高价向低价再到金属分步进行的;电解还原过程电流效率低约为15%。阴极的孔隙大小和颗粒尺寸会影响电极的反应速度。

高温熔盐中氧化物乏燃料的电化学还原研究进展

干法后处理流程可应用于快堆乏燃料后处理。由美国开发的熔盐电解精炼流程是目前最具应用前景的干法后处理流程之一。为了将电解精炼流程应用于氧化物乏燃料后处理,需要将氧化物乏燃料转化为金属。目前电化学还原是应用最广的氧化物乏燃料还原方法,但是该过程仍然存在亟待解决的关键科学与技术问题。本文针对氧化物乏燃料电化学还原研究进展进行综合阐述,主要包括过程简介、研究现状及电化学还原机理等几个方面。

化学还原法中制备条件对超细银粉形貌的影响

以AgNO3为原料,抗坏血酸为还原剂,明胶或油酸为高分子保护剂,通过化学还原法制备超细银粉。考察了酸碱度pH值、保护剂种类、催化剂等反应条件对超细银粉形貌的影响。结果表明,反应酸碱度条件对银粉颗粒形貌有决定性影响。当pH值为2时,银粉颗粒为片状;pH值为4时,银粉颗粒为树枝状;pH值为7时,银粉颗粒为类球形。明胶的加入可促进银离子的还原,也更有利于得到形状规则的球形银粉。NH4OH作为催化剂对银粉颗粒的形貌也有一定的影响。

化学还原法制备纳米银粒子及其表征

采用化学还原法,通过一系列条件实验,借助紫外-可见分光光度计(UV-vis)得到最佳实验条件,在最佳实验条件下制得紫黑色溶胶,在40℃下真空干燥3h,获纳米银粉。制备的纳米银粉用X射线衍射仪(XRD)和透射电镜(TEM)分析表明,其粒径大小分布范围窄,形状为单一球形,平均粒径为18nm。

甲烷和固态硫酸钙的热化学还原反应模拟实验初步研究

碳酸盐岩地层中常伴有硫酸盐岩的沉积,在一定的温度和压力条件下,干酪根热降解生成的气态烃与硫酸盐岩接触后发生热化学还原反应(简称为TSR反应),使气态烃消失,这可能是造成生气死亡线的主要原因之一。本文对CH4-CaSO4热化学还原反应的热力学问题进行了探讨,发现该反应能够自发进行,而且升高温度对反应有利。利用高温高压模拟装置对CH4-CaSO4反应体系进行了初步的模拟实验研究,通过微库仑、气相色谱和傅里叶变换红外光谱(FT-IR)等分析手段对实验结果进行了进一步验证。结果表明,甲烷和固态硫酸钙能够发生热化学还原反应,生成硫化氢、碳酸钙和水。最后,将CH4-CaSO4反应体系同国内外的研究工作进行了对比,认为本实验研究能够更好地补充和完善TSR反应体系,解释地质条件下工业气藏的死亡线问题。

铁-三乙醇胺媒质中靛蓝的间接电化学还原

铁-三乙醇胺(Fe-TEA)可作为媒质用于间接电化学法还原靛蓝.本工作采用循环伏安法研究了靛蓝在Fe-TEA媒质中的电化学行为,比较了石墨、银、镍、不锈钢四种阴极材料的电催化性能,探讨了靛蓝间接电还原的机理.此外,还进行了一组L9(34)正交电解实验,通过正交实验分析了各因素对电流效率的影响.实验结果表明:在Fe(III)-TEA媒质中,以不锈钢网为阴极可实现靛蓝的间接电化学还原,最高电流效率可达44.7%.在实验所设计因素水平范围内,对电流效率影响最大的因素为Fe(III)-TEA媒质浓度.在靛蓝的间接电还原过程中存在一种靛蓝自由基,该自由基能起到靛蓝电还原的媒质作用,在一定实验条件下,该靛蓝自由基的媒质作用可以大于Fe(III)-TEA.