工业副产气化学链回收氢气技术研究进展

我国的工业副产气年产量巨大,是一种重要的制氢资源。由于其高杂质含量,回收其中的H_(2)需要采用复杂的工艺且成本较高,导致副产气的利用率低。相比传统方法,化学链制氢技术只需两步或三步即可制得H_(2),为工业副产气转化为高纯H_(2)提供了一条很有前景的途径。本文针对工业副产气化学链制氢技术的研究进展,讨论了工业副产气化学链制氢工艺的技术优势,总结了不同还原气对化学链制氢过程的影响。在化学链制氢反应过程中,H_(2)的反应活性优于CO,而CH_(4)的反应过程复杂,反应温度对不同气体的反应特性影响较为显著,杂质气体N_(2)和CO_(2)会对制氢过程产生不利影响。针对载氧体,高活性和稳定性载氧体是研究的重点,设计复合型载氧体、掺杂异价元素和负载离子导体等方法是改善载氧体反应性能的重要途径。总的来讲,化学链制氢技术取得了较快的进展,也为其他化学链反应研究提供了借鉴。

基于事前生命周期评价方法的低碳技术研发潜力分析

低碳技术是实现中国双碳目标的关键之一,然而从生命周期角度而言,新技术的工业应用也需要额外的资源投入并会带来新排放,碳减排效果具有不确定性,因此需通过生命周期评价(LCA)量化所有单元过程对碳足迹的贡献,指导低碳技术的工艺设计和流程优化。传统的LCA方法依赖工厂清单数据调研,可定义为技术工业化应用后的事后评价,但对于尚处于试验规模研发的技术,难以获得LCA所需数据。因此,针对尚未工业应用的新兴技术,事前LCA方法论研究将有潜力成为未来产业生态学领域的重点方向。总结了目前事前LCA方法论存在的清单数据收集、系统边界定义和结果解释等主要问题,提出事前LCA方法除应用于粗略预估新技术潜在的碳足迹等环境影响外,更重要的功能是通过量化与新技术相关的工业生态系统的碳足迹现状作为新技术研发基准目标,发现和优化环境影响较大的过程,为工业应用提出低碳设计建议。通过归纳总结具有代表性的新兴技术事前LCA案例,发现基于试验规模数据计算得到碳足迹与实际工业规模有数量级差距,因此建议在研发过程中投入少量额外人力及软硬件资源,以实现工艺过程的放大模拟,预测其工业规模能耗和投入产出清单并开展生命周期环境影响评价。最后以废弃聚氯乙烯脱氯资源化技术碳足迹评估为例,通过融合基础试验、过程模拟和事前LCA方法量化不同反应物浓度、处理量、反应器设计、运行条件等过程变量对能源与原辅料消耗、直接排放、产物收率、废弃物产生量等过程投入产出清单的影响,并实现以碳足迹作为评价指标,指导新技术低碳工艺设计和运行条件的研发。

新型吸收式制冷体系工质对溶液研究进展

吸收式制冷系统是一种低碳/零碳制冷技术,利用低品位热源(如工业余/废热、太阳能热源等)作为其驱动能源,能有效提高能源系统综合利用效率。当前商业吸收式制冷剂体系主要基于水-溴化锂和氨-水体系,水-溴化锂溶液存在腐蚀性强、易结晶和制冷效果差等问题,氨体系有毒性较强、爆炸性以及氨-水制冷设备无法小型化等缺点。新型制冷剂-吸收剂工质对的研发是设计更环保高效的新型吸收式制冷系统的核心。总结了近年来备受关注的新型工质对体系,从吸收剂角度出发,探讨了离子液体、低共熔溶剂、大分子有机溶剂以及其它吸收剂与制冷剂组成的工质对溶液热力学性质的计算和实验研究方法。特别讨论了吸收剂-制冷剂相互作用类型和机制,及其对工质对溶液热力学性质和制冷性能的影响规律。总结研究发现对于新型工质对体系,普遍存在的问题是工质对溶液对制冷剂蒸汽的吸收性能欠佳。通过调控吸收剂化学结构和工质对组成,增强吸收剂-制冷剂相互作用是进一步优化工质对体系的关键途径。该综述为优化、设计工质对溶液体系提供了参考。

静电纺丝制备内嵌FeF_(2)纳米颗粒导电碳纤维复合材料及其锂离子电池正极性能研究

转换型正极材料(FeF_(2))因高具有理论比容量、廉价与环境友好等优点而有望成为新一代锂离子电池正极材料,但其目前却受到本征导电性差、界面副反应与结构衰减等问题的严重制约。对此,本文利用静电纺丝技术将水溶性高分子聚合物负载金属氟化物前驱体,经预氧化和碳化处理后得到了内嵌FeF2纳米颗粒的导电碳纤维复合材料(FeF_(2)@NFP),并探究了针对FeF_(2)@NFP静电纺丝工艺的最佳碳化温度。在充/放电过程中,FeF_(2)@NFP的碳基质可以发挥限域作用来抑制转换反应造成的体积变化和相分离等问题,从而稳定活性物质的结构,同时导电碳纤维可以为电子传输提供“快速通道”来改善FeF_(2)的导电性。因此,FeF_(2)@NFP作为锂离子电池正极材料在0.1 A·g^(-1)电流密度下表现出了261.55 mAh·g^(-1)的首次可逆比容量以及优异的循环稳定性,在100个循环后仍有243.20 mAh·g^(-1)的剩余可逆比容量(容量保持率为92.98%).

新型高比表面积ε-MnO_(2)基化合物的制备及其用于甲苯催化燃烧性能研究

Mn基氧化物因其优异的物理化学性能而被广泛应用于催化材料中,然而低温高效锰基氧化物催化剂的开发仍然存在较大的困难。通过用酸处理由氧化还原-共沉淀法快速合成的LaMnO_(3)钙钛矿(Bulk LaMnO_(3))制得y-MnO_(2)/LaMnO_(3)催化剂(y为酸处理时间),并研究了催化剂的甲苯催化燃烧性能。结果表明,酸处理可选择性溶解Bulk LaMnO_(3)中的A-位点(La^(3+)),暴露出更多B-位点(Mn3+)并氧化生成Mn^(4+)。其中,1-MnO_(2)/LaMnO_(3)催化剂的比表面积(279.2 m^(2)/g)较Bulk LaMnO_(3)(30.61 m^(2)/g)增大9倍左右。此外,酸处理使催化剂的活性晶格氧及Mn3+含量提高,进而使催化性能增强,1-MnO_(2)/LaMnO_(3)催化剂的甲苯转化率达到90%的温度降低至248℃。

吸附法碳捕集固体胺吸附剂成型技术研究进展

吸附法碳捕集技术是实现工业过程或大气中CO_(2)分离与脱除的重要途径之一,高性能吸附剂的开发是该技术的关键。固体胺吸附剂由于其优异的CO_(2)吸附量、选择性以及较低的再生能耗,近年来受到了广泛的关注,但用于工业的成型吸附剂仍面临机械强度低、稳定性差和胺流失严重等关键难题,难以在工业中大范围的推广应用。本文分析了固体胺成型吸附剂制备面临的主要难题,重点总结了近年来国内外吸附剂成型技术的研发进展,并对固体胺工业吸附剂的发展方向进行了展望。未来固体胺吸附法碳捕集技术的研发重点在于立足吸附反应机理和工业烟气的特性,创新成型固体胺吸附剂制备技术,提升吸附剂的CO_(2)吸附量、胺效率、机械与循环稳定性,研发低能耗的配套吸附工艺和核心装置。

Mn改性Co_(3)O_(4)催化剂及其低温CO氧化反应研究

利用锰掺杂对Co_(3)O_(4)基催化剂进行改性,合成了具有不同Mn掺杂量的MnaCobOx催化剂,考察了Mn掺杂量对催化剂结构以及表面物种对CO氧化反应的影响。结果表明,随着Mn掺杂量的增加,MnaCobOx催化剂的催化活性显著增加,其变化趋势呈现为“火山型”曲线。Mn_(1)Co_(5)O_(x)催化剂表现出最佳的催化活性,80℃实现CO完全氧化。Mn掺杂提高了催化剂表面Co^(3+)含量,有利于CO的吸附和活化过程。同时,Mn掺杂也增强了催化剂的氧迁移能力,有利于CO氧化过程中CO_(2)的解吸过程和随后表面氧空位的再生过程。

低能耗化学吸收碳捕集技术展望

低能耗的CO_(2)捕集技术对“碳减排”有重要意义。化学吸收法是工业常用的CO_(2)捕集方法,过程能耗高、成本高,限制了大规模的工业应用。近年来,随着新型吸收剂的开发和吸收解吸装置的设计,过程能耗有所降低,在我国已有多套碳捕集示范装置。然而进一步降低捕集能耗,节约捕集成本是实现“碳中和”的不变追求。本文基于溶剂化学吸收CO_(2)研究,提出以下化学吸收法的研究方向:开发广泛的相变吸收理论,构建吸收体系数据库,建立定量预测模型,以实现吸收体系的分子设计;强化气液传质,设计液相传热部件和气液分离空间,研发高效吸收解吸设备,以提升碳捕集效率;耦合化学吸收和矿化,实现原位CO_(2)吸收固定,提升过程经济性。通过化学吸收技术的系统研发,以期促进低能耗的碳捕集,助力祖国实现“碳中和”。

碳中和背景下先进制氢原理与技术研究进展

在全球大力倡导“碳中和”的背景下,发展高能效、低成本、零排放的先进可再生能源电解制氢技术将成为实现“碳中和”的关键。然而,当前化石能源制氢技术仍处于主流地位,具有成本低的优势,但存在固有的碳排放,而利用可再生能源电解水制氢则被认为是未来氢能的技术路线,近年来,主流的碱性电解制氢技术发展迅速,有望在可再生能源价格持续下降的趋势下,大幅降低其制氢成本。本文将对化石制氢和电解水制氢技术的发展背景、技术现状和前沿发展方向等进行总结、思考及探讨。针对化石燃料制氢,阐述天然气重整制氢与煤气化制氢的发展路径,评价新型化学链制氢技术在降低化石制氢碳排放上的潜力;针对电解水制氢技术,系统评估4种主流电解水路线,即碱性电解水制氢、阴离子交换膜电解制氢、质子交换膜电解制氢以及固体氧化物基电解制氢的技术特点,并对碱性电解水高温高压热力学优化、KOH高温固化以及固态复合电解质开发等电解水技术新发展做出详细的评述。在此基础上,分析未来氢能应用场景的发展方向,认为海水制氢是未来大规模氢能系统的核心,深入分析海水制氢所面临的析氯腐蚀挑战、热力学机理、低氯选择性析氧催化剂开发等关键原理与技术,并提出相关发展建议,以期促进氢能技术发展。

低水油比航空煤油RP-3水蒸气重整制氢实验研究

本文以碳氢燃料航空煤油高效制氢为目的,进行了微通道常压重整实验,研究了反应温度和水油比等反应条件对RP-3蒸汽重整的影响,重点考察了产气率、气体产物分布等特征。实验结果表明,反应温度和水油比的增加均提高了重整反应的产气率,有利于H_(2)选择性的增加。随着反应进行,碳氢产物的选择性降低,其中烯烃成为主要碳氢产物,更高的水油比具有更低的烯烷比。含水量的提高增加了H_(2)收率,800℃时水油比3相较于1和2分别增大了152.3%和134.6%;同时降低了反应产生的积炭,较好的抑制高温结焦行为。在反应温度800℃、水油比为3:1时H_(2)选择性最高达到了57.83%,并达到了34.7%的氢气收率,在该重整条件下制氢效果最佳。

Cr_(2)S_(3)催化H_(2)S分解制氢的活性与动力学研究

目的将H_(2)S分解制氢既能解决废气污染问题,又能实现其资源化的高值利用。制备中低温段高效稳定的H_(2)S分解催化剂,掌握其催化动力学行为,有助于构建硫化学链促进的H_(2)S高效分解的新工艺。方法采用溶液燃烧法制备了Cr_(2)S_(3)催化剂,通过XRD、BET和SEM/EDS等方法表征了催化剂组成和结构,同时通过实验考查其在H_(2)S催化分解制氢中的催化性能、稳定性以及反应动力学,并研究了制备时燃料比例对催化剂性能的影响。结果在φ(H_(2)S)=5%,气体空速(GHSV)=24000 h^(−1)的反应条件下,Cr_(2)S_(3)-T1.50具有最高的H2S转化率,在800℃时可达16.01%,并且无其他副反应;反应动力学分析表明,Cr_(2)S_(3)-T1.50催化H_(2)S分解的表观活化能为50.7 kJ/mol。结论溶液燃烧法制备出的Cr_(2)S_(3)催化剂在400~800℃具有极好的活性和稳定性,能够极大地降低H_(2)S分解的表观活化能。

茭白秆水解制备高价值呋喃平台化合物研究

生物质转化为高价值呋喃平台化合物是生物质资源利用的重要方式。以工业副产物偏钛酸作为固体酸催化剂,将茭白秆转化为5-羟甲基糠醛(HMF)和糠醛,研究物理活化、溶剂体系等对茭白秆水解性能的影响,并优化反应工艺条件。结果表明,茭白秆具有更低的木质素含量和纤维素晶型结构,比茭白叶更容易被物理活化。在200℃、30 min的反应条件下,球磨活化的茭白秆获得了最高的HMF和糠醛收率,分别为11.66%和7.30%。反应动力学分析表明,偏钛酸催化球磨茭白秆转化的活化能低,相较于文献报道的其他木质纤维素生物质,球磨茭白秆的高值化转化具有优势。

基于碱热处理联合工艺的真实生物质制高纯氢气及其三组分影响研究

生物质碱热处理(ATT)制氢技术具有工艺简单、条件温和的特点,是一种高效的热化学制氢技术。本文采用ATT、催化蒸汽重整与碱吸收的联合工艺实现真实生物质向高纯H_(2)的直接转化,重点探究真实生物质类型以及三组分(纤维素、半纤维素和木质素)相互作用对ATT过程和联合工艺制氢效果的影响。结果表明:真实生物质ATT制H_(2)产量与三组分的含量有关,通过ATT联合工艺制备了高产量和高纯度的H_(2)(>99.9%),该工艺对于不同的真实生物质具有普适性。真实生物质中的木质素软化熔融会阻碍纤维素和半纤维素转化为焦炭,纤维素和半纤维素生成的活性炭会促进木质素衍生炭的碱化反应,从而影响ATT过程中H_(2)和CH_(4)的生成速率峰值和峰值温度,而三组分之间的相互作用对真实生物质ATT及其联合工艺中H_(2)和CH_(4)的产量影响较小。

红土镍矿矿渣制备磷酸铁锂及其锂离子电池正极性能研究

红土镍矿中具有丰富的金属资源,经过矿石冶炼提取镍金属后会产生大量的矿渣,不仅造成严重的环境污染,还浪费了大量的铁资源。针对以上问题,本工作探索了一条新的综合利用思路,用红土镍矿矿渣制备磷酸铁锂,实现金属资源高价值的回收利用。本工作表明,目前由红土镍矿矿渣制备的磷酸铁锂为纳米球状颗粒,X射线衍射及其精修结果也证明了该磷酸铁锂良好的结构组成。电化学结果表明该磷酸铁锂与商用磷酸铁锂的性能几乎一致,在1C下能释放148.5mAh·g^(-1)的比容量,循环500圈容量保持率高达98.5%。此外,利用弛豫时间分布解析红土镍矿矿渣制备的磷酸铁锂的电化学交流阻抗谱,表明该材料具有较好的动力学行为。综上所述,本工作提出了一条极具经济价值和应用价值的红土镍矿矿渣回收思路,为含铁资源更好的综合利用提供新的实验支持。

磷石膏矿化封存CO_(2)技术进展及固碳潜力评估——以湖北省宜昌市为例

湖北省宜昌市磷石膏堆存量巨大,极具矿化封存CO_(2)的物质基础,而磷石膏固碳方法侧重点各有差异,需综合评价磷石膏矿化封存CO_(2)技术,确定宜昌市磷石膏固碳方法,评价其固碳潜力。全面收集磷石膏固碳相关文献,采用对比、借鉴、总结工作手段,总结了磷石膏矿化封存CO_(2)技术方法,根据磷石膏中Ca参与矿化封存CO_(2)的形式,将该技术分为磷石膏氨水法和磷石膏热分解制备钙基法;前者适合工业化集约式矿化CO_(2),但需合适的原料生产线,而后者适合便携式自发捕集,但需还原剂参与反应且耗能较高并有毒尾气需细致处理。综合宜昌磷石膏堆场条件,认为宜昌宜采用磷石膏氨水法。常压磷石膏氨水法矿化试验的最优条件,即氮硫比为2、反应温度为40℃、反应时间为60 min、固液比为100 g/L、氨水浓度为1.5 mol/L。该条件下磷石膏矿化CO_(2)的转化率可达95.9%,测算宜昌市磷石膏的固碳潜力可达2938.8万t。

微波诱导等离子体技术制备rGO@S复合正极及其在高倍率锂硫电池中的应用

锂硫电池具有高能量密度、低成本和环境友好等优势,有望满足市场日益增长的需求。然而,其正极材料中的活性物质硫存在溶解穿梭等问题,限制了锂硫电池的大规模应用。本文利用氧化石墨(GO)作为碳源、升华硫作为硫源,通过微波诱导等离子体技术(MIP)快速高效(30-40 s)地制备得到了还原氧化石墨烯负载硫纳米颗粒锂硫电池复合正极材料(rGO@S),其中,rGO褶皱卷曲、相互连接的层片状结构,有利于电解液中的锂离子向电极材料中扩散和迁移,同时有利于提高电极材料的导电性,且rGO上的含氧官能团也能够起到对硫纳米颗粒的固定作用,有利于电极材料循环稳定性的提升。得益于其独特的形貌结构,rGO@S在电池测试中表现出优异的倍率性能和良好的循环稳定性。在0.1 A·g^(-1)的电流密度下,rGO@S的可逆比容量为1036 mAh·g^(-1),当电流密度增大到8 A·g^(-1)其可逆比容量仍高达832 mAh·g^(-1),且经过8 A·g^(-1)的超大电流密度充放循环,当电流密度回到0.1 A·g^(-1)时,其可逆比容量迅速恢复至1040 mAh·g^(-1),几乎没有容量衰减。

生态敏感性评价在生态文明建设中的运用研究——以四川省蓬安县为例

以四川省蓬安县为例,基于GIS空间分析技术,结合蓬安当地实际,选取水源涵养、土壤保持能力和生物多样性进行生态敏感性评价,获得蓬安县区域敏感性现状图,并以此为基础构建生态安全格局,该格局注重区域的内在机理与周围的相对联系,保证各生态环境功能区成为具有各自特点、功能和生命活力而又彼此联系的有机体,为其生态文明建设过程中重点领域和重点工程设计规划提供基础支撑,阐明了生态敏感性评价在生态文明建设中的运用,为县级生态文明建设规划做出了贡献。

基于工业化与信息化融合的四川秦巴山区可持续发展研究

四川秦巴山区属国家生态保护区和限制开发区,工业发展水平处于初期向中期的过渡阶段,主要是初级加工为主的资源开发型产业。信息化的基础设施建设相对较为薄弱,区域内未实现互联互通,服务能力不足。信息化与工业化"两化"融合程度不够,尚不能满足四川秦巴山区走工业绿色、低碳、循环发展的需求。结合四川秦巴山区特有的条件,根据中共四川省委提出的连片开发、整体扶贫、精准扶贫的发展战略以及国家相关的政策,以全球视野、创新思维提出了"两化融合",以信息化发展带动工业转型升级,以工业化发展促进信息化进程,同步推进工业化发展与信息化发展,努力构建两化融合的现代产业发展体系,走工业绿色化、信息智能化的低碳发展道路。

四川秦巴山区信息化建设研究

受自然地理条件限制,四川秦巴山区信息化发展水平还处于初级阶段,同中国的大城市相比,存在着很大的差距,数字鸿沟突出,并呈现出日益拉大的趋势。在全球信息化的大环境下,加强信息化建设奠定了该地区绿色循环发展的基础,是实现传统产业转型升级的核心手段,是改善民生的必然要求。通过对四川秦巴山区信息化建设现状以及信息化发展存在问题的分析,提出了信息化建设要紧密结合现状,依托重点城镇逐步向山区延伸,达到片区全覆盖;以"互联网+"着手,以科技创新为支撑,从而实现该地区经济的循环跨越式发展。

新银合欢在四川盆地高速公路边坡防护中的应用

公路边坡防护和绿化效果与植物种类密切相关。原产热带的固氮植物新银合欢具有繁殖容易、生长快、根系深、能高密度生长的特性,并且高生长能被中亚热带冬季低温有效控制,近20多年来被广泛应用于四川盆地高速公路边坡固坡和绿化,效果显著。基于多年研究观察,综述了新银合欢用于四川盆地高速公路边坡绿化的情况。