活化深度对多孔碳正极材料的影响及其电化学性能研究

以石油焦为前驱体,通过碱活化的方式制备出锂离子电容器多孔正极材料,再通过调整碱焦质量比,探索不同活化深度对正极材料微观性质以及电化学性能的影响。结果表明:当碱焦比为3∶1时,QDPC系列多孔正极材料的比表面积最大,对电流密度的响应度最高,且倍率性能最好。由此推断,随着碱焦比的增加,材料的比表面积随之增大,优化了材料的孔道结构的同时,加快了离子和电子的扩散和传输速率,并为孔道内部提供了更多的储锂位点,提升了材料的电化学性能。

甲烷自热重整制合成气热力学平衡分析

使用1stOpt2.5计算软件编程计算甲烷自热重整制合成气反应平衡组成,考察温度、原料比对体系组分平衡的影响。通过计算结果指出最适宜的反应条件,为甲烷自热重整制合成气催化剂的研究与开发提供热力学依据。

反应条件对丙烷脱氢催化剂积炭行为的影响

丙烷脱氢催化剂失活原因主要是积炭。为了避免催化剂快速失活,研究了反应条件对自制的Pt-Sn/Al2O3催化剂结焦的影响,同时利用IR和Raman对失活催化剂进行了分析和表征。结果表明,温度、氢烃比和压力对催化剂的反应性能和积炭量有很大的影响。积炭的芳香性质和石墨化程度主要是由温度决定的。温度是催化剂失活的主要影响因素。

甲烷低温活化制甲醇研究进展

简要评述了当前国内外在甲烷直接部分氧化合成甲醇和甲烷经卤代后合成甲醇领域的研究进展。众多研究表明,甲烷多相催化氧化制甲醇是最具有工业化应用前景的技术,其中钼系催化剂的效果较好;以Pt、Pd配合物为催化剂的甲烷液相催化氧化法制甲醇方法具有较高的甲烷转化率和甲醇选择性,但是催化剂价格昂贵、反应条件苛刻、环境污染严重;甲烷气相均相氧化属于非催化反应,在高温高压下进行,且反应器须具备特殊的形式,结构复杂;虽然酶催化氧化法的选择性较高,但是生物酶的制备有一定难度,不适用于大范围应用,该路线目前仅限于实验室研究阶段;光催化氧化是一种环境友好的技术,反应条件温和、避免氧化剂应用,但是该类催化剂局限于半导体和盐类,还有待于进一步开发新型高效的催化剂。同时,甲烷经卤代后合成甲醇的方法对解决甲烷活化的难题具有独特优势,是一种比较有开发前景的路线,正在受到研究者们的密切关注。

Pt-Sn催化剂上异丁烷催化脱氢反应宏观动力学模型

在温度555～619℃、压力101.32～202.64 kPa、原料气空速2000～5000h^(-1)条件下,采用Pt-Sn催化剂,在积分固定床反应器中进行了异丁烷催化脱氧实验,建立了包括脱氢和裂解两个反应的异丁烷催化脱氢反应宏观动力学模型。根据实验数据,采用多元线性回归分析得到宏观动力学模型的参数,异丁烷脱氢反应的活化能约为166.78 kJ/mol,异丁烷裂解反应的活化能约为87.56 kJ/mol。统计检验结果表明,所建立的异丁烷催化脱氧反应宏观动力学模型准确可靠。

丙烷催化脱氢反应宏观动力学模型

在温度580～640℃、压力0.1 MPa、原料气空速1000～6000 h-1条件下,采用Pt-Sn催化剂,在固定床积分反应器中进行了丙烷催化脱氢实验,建立了脱氢反应宏观动力学模型。根据实验数据,采用多元线性回归分析得到宏观动力学模型的参数,丙烷脱氢反应的活化能约为78.4 kJ/mol。经统计检验,结果表明所建立的丙烷催化脱氢宏观动力学方程是可靠的。

层状铝钛硅酸盐Al-JDF-L1的合成与表征

采用Na2O-TiO2-Al2O3-SiO2-KF-H2O无机体系,在190℃、120h下水热合成出结晶性层状铝钛硅酸盐(Al-JDF-L1)。用XRD、SEM、低温N2吸附-脱附和多重EDX分析表征了产物的晶相、组成和孔结构。表征结果显示,Al-JDF-L1具有与层状钛硅酸盐JDF-L1相同的晶相、形貌结构和微孔吸附性能。当结晶产物的骨架Al/Ti原子比为0.07时,Al(Ⅲ)以AlO4四面体形式嵌入Al-JDF-L1晶体结构,形成单一相Al-JDF-L1层状晶体;当骨架Al/Ti原子比增至0.37时,Al-JDF-L1层状晶体是合成产物的主要晶相,并伴生六方结构的毛沸石竞争相。此外,1.78%(w)甲基纤维素辅助合成的Al-JDF-L1试样(骨架Al/Ti原子比为0.35)具有皱缩的表面层理结构和尺度分布较宽(2.4～35nm)的层间孔,其附加的BJH比表面积和孔隙率明显增加。

合成气直接制低碳烯烃铁基催化剂的研究进展

评述了近年来有关合成气直接制低碳烯烃铁基催化剂的研究进展,重点分析了铁基催化剂的活性相、载体、助剂对催化剂的活性、选择性等方面的影响,并对未来铁基催化剂的发展方向进行了展望。

MFI型金属硅酸盐合成、介孔改性与骨架原子脱除行为

采用无机原料合成高硅沸石ZSM-5、Fe MFI、TS-1和超高硅SH-ZSM-5(摩尔比Si/Al=402.4),通过骨架Si、金属原子(M=Al、Fe、Ti)抽提对系列H-MFI沸石进行介孔改性。借助XRD、FT-IR、UV-vis、77 K N2吸附-脱附和SEM/EDX技术,研究沸石晶体结构、金属原子嵌入率、介孔率及骨架Si、M脱除行为。结果表明,与前体相比改性沸石Si/M摩尔比降低,高选择性脱硅沸石具有多级微、介孔结构和较高织构介孔率。引入附加介孔使BET比表面积和总孔体积显著增加。同构沸石介孔形成受骨架电荷密度、嵌入金属原子种类、晶体形貌与尺度等因素的影响。骨架原子脱除效率按ZSM-5、Fe MFI、TS-1次序递减。聚集态TS-1、SH-ZSM-5因过度脱硅导致相对产率和介孔生成效率下降。

Cu-K/Al_2O_3催化剂上溴甲烷合成二甲醚的失活动力学研究

采用Cu—K／Al2O3催化剂，在固定床积分反应器上进行溴甲烷合成二甲醚的动力学实验，反应温度（463．15～523．15）K条件下，得出主反应的宏观动力学方程：r=1．1＋2．8×10^-3T-4．4exp（-RT^-21.5）K条件下，得出主反应的宏观动力学方程：r=1.1＋2.8×10^-3T-4．4exp（^-RT^-21.5）PCH3Br,主反应的活化能约为21．5kJ·mol^-1。对主反应宏观动力学方程进行统计检验，结果表明，在给定99％的置信度下，方程显著、可信。失活前后的XRD表征结果表明，催化剂晶相由CuO转变为CuBr2是导致催化剂失活的主要原因。采用独立失活机理描述催化剂失活速率方程，通过回归得到各项参数，建立了适用于Cu—K／Al2O3催化剂上溴甲烷合成二甲醚的失活动力学方程：r=[-1＋2.8×10^-3T-4.4exp（-^-RT^-21.5）PCH3Br]×exp（-2.1×10^-3t）。

低温水系电化学合成氨研究进展

氨的生产对工业发展和人类生活是至关重要的,目前仍以传统的Haber-Bosch工艺为主导,但反应条件苛刻,还会产生环境污染。电催化合成氨气是一种新型环保节能工艺,开发环境条件下合成氨电催化剂,具有重大经济价值和现实意义。综述了近年来低温水体系电化学合成氨领域的研究工作进展,讨论了以N_(2)和硝酸根水溶液为原料的电催化合成氨方法,并对电合成NH3的未来发展趋势进行了预测。

钴基催化剂上氢解反应的研究

制备了一系列不同金属含量的Co/SiO2加氢催化剂,考察了催化剂非原位还原条件、进料空速、氢分压变化对其氢解反应影响。结果发现,钴基催化剂在非原位还原后进行反应时有氢解反应伴随发生。催化剂上金属含量越高、还原温度升高和还原时间延长,氢解反应越明显;较高的进料空速及较高的氢分压有助于抑制氢解反应的发生。

石油焦应用及脱硫技术进展

随着电动革命的兴起及“双碳”目标的确立,石油焦在锂电负极材料及高等级预焙阳极等高附加值应用领域获得长足发展,但是新兴石油焦高附加值的应用对石油焦中硫质量分数有严苛的要求。石油焦中硫质量分数过高,会对石油焦的高价值应用产生负面影响。对主要的石油焦脱硫技术,包括溶剂萃取脱硫法、高温煅烧脱硫法、氧化脱硫法、碱金属化合物脱硫法、加氢脱硫法、微生物脱硫法及过程强化辅助脱硫法等的研究现状进行了归纳与总结。研究发现,过程强化辅助脱硫法的脱硫率可以达到93.6%,可将石油焦中硫质量分数由7.57%降至0.48%。石油焦脱硫技术应遵循最大程度保持脱硫后石油焦本体结构不被破坏的原则,因此氧化脱硫法耦合过程强化辅助脱硫法是具有工业应用前景的石油焦脱硫技术。

碱酸改性处理方案对介孔β沸石孔分布和织构性质的影响

采用水热碱蚀-碱溶滤-酸洗逐级处理方法对Hβ沸石进行介孔改性研究。借助XRD、N2吸附-脱附、SEM、TEM等技术考察了改性方法对改性沸石的介孔形成、介孔孔分布和织构性质的影响;建立了半经验粒内介孔体积分率模型,分析了织构介孔在基质结晶性和体积构成上的差异。实验结果表明,改性沸石具有较高的比表面积和介孔率及倾向于均一化的介孔分布。水热碱蚀导致介孔孔分布趋于均一化;碱溶滤脱硅是沸石产生介孔的关键步骤;酸洗脱铝具有拓孔作用。当Na OH溶液浓度由0.1 mol/L增至0.3 mol/L时,经水热碱蚀-碱溶滤-酸洗-铵交换处理得到的改性沸石的粒内介孔体积比率均保持在70%以上。

碱金属修饰的MoVTeO_x/SiO_2上异丁烷选择氧化制MAL反应研究

采用常规浸渍法制备了相同含量碱金属(Li、Na、K和Cs)修饰的负载型MoV0.8Te0.23MmOx/SiO2催化剂,在对催化剂进行异丁烷选择氧化制甲基丙烯醛(MAL)反应性能评价的基础上,采用BET、XRD、Raman和H2-TPR等表征技术分别考察了催化剂的比表面积、相结构、表面氧物种和可还原性等,并将实验结果与催化剂的性能进行了关联。研究表明:在反应温度为420℃时,Cs与Mo摩尔比为0.2的催化剂上MAL的收率最高;经Cs修饰的3%MoV0.8Te0.23Ox/SiO2催化剂中出现了晶相TeO2物种,在反应过程中,TeO2中的Te-O活性位被还原后能快速得到体相晶格氧的补充,从而促进晶格氧的传递。

双碳基电极锂离子电容器的研究进展

锂离子电容器结合了锂离子电池和超级电容器的优点,可用于新能源储能等领域。双碳基电极锂离子电容器是现阶段的主要研究方向之一,其正负极均采用碳基电极材料,利用不同碳基材料的储能优势,不仅具有资源丰富、原料环保及安全性高的优点,而且具有优越的电化学性能。首先介绍了不同双碳基电极锂离子电容器的储能机理,并进一步阐述了各种碳基正极和负极材料的性能特点、改进方向和研究现状,最后展望了未来的研究方向及可行方案。

船用残渣型燃料油脱硫技术进展

随着2020年国际海事组织(International Maritime Organization,IMO)船用燃料油限硫政策的施行,船用残渣型燃料油的脱硫技术受到了业界的较大关注。重质原料油是船用残渣型燃料油的主要组成部分,重质原料油脱硫技术分为加氢技术和非加氢技术。加氢技术主要有固定床、沸腾床(膨胀床)、悬浮床(浆态床)及移动床等。非加氢技术主要有碱金属化合物脱硫、选择性氧化⁃萃取/热解/过程强化脱硫、电化学脱硫、生物脱硫及钠法脱硫等。加氢脱硫技术中,固定床加氢技术更适合现阶段生产硫质量分数≤0.5%的船用残渣型燃料油,若要生产硫质量分数≤0.1%的船用残渣型燃料油,则需要控制原料油中硫质量分数或进行油品调和。非加氢脱硫技术中,选择性氧化⁃超声辅助及钠法脱硫技术均可直接生产硫质量分数≤0.1%的重质原料油,但钠法脱硫技术具有更好的应用前景。

高硫石油焦脱硫及活化制备活性炭研究

采用微波辅助加热对高硫石油焦脱硫及活化制备活性炭,通过FTIR,XPS,XRD以及拉曼光谱对脱硫前后石油焦中硫的赋存形态及硫化物存在形式进行表征,考察了工艺条件、碱焦质量比及原料种类等对活化脱硫效果和石油焦基活性炭品质的影响。实验结果表明,高硫石油焦中硫主要以噻吩类硫、硫醇硫醚类硫、亚砜类硫和无机盐类硫存在;在900℃、碱焦质量比3条件下,石油焦脱硫率达96.2%,可以制备出硫含量仅为0.33%(w)、比表面积高达2858 m^(2)/g的高比表面积活性炭。拉曼光谱分析结果表明,石油焦原料石墨晶粒越小,越容易活化,制得的活性炭产品比表面积越高。

高硫石油焦脱硫与预焙阳极研究及探讨

使用化学脱硫剂A对金陵高硫石油焦进行脱硫,分别考察反应温度、反应时间及剂焦比对高硫石油焦脱硫效果的影响。通过脱硫工艺的调整,可以将高硫石油焦中总硫质量分数从8.72%降至3%以下,甚至更低。进一步考察低剂焦比对脱硫效果的影响,当实验条件为反应温度900℃、反应时间20 min及剂焦比0.5时,可将石油焦中硫质量分数降至2.38%,脱硫后石油焦的比表面积为295.45 m^(2)/g、孔体积为0.15 cm^(3)/g,孔隙结构不是特别发达。脱硫后石油焦的金属含量呈一定程度下降,Ca,Fe,Ni,V,Na的脱除率分别为70.15%,77.12%,15.20%,57.64%及47.65%,明显改善石油焦作为预焙阳极的空气及二氧化碳反应性,进而明显降低电解铝行业的二氧化碳排放量。脱硫剂A与石油焦反应后生成的固相产物中包含脱硫石油焦及反应过程中生成的一些盐类。

异丁烷脱氢反应的热力学分析

利用HSC5.0软件对异丁烷脱氢反应进行热力学分析,计算了异丁烷脱氢过程中各反应的平衡常数和不同温度、压力及氢烃比的异丁烷脱氢反应的平衡转化率。结果显示,裂解反应平衡常数比脱氢反应大约3个数量级,在热力学上裂解反应更易进行。在异丁烯异构化产物中,trans-C4H8生成的平衡常数最大,cis-C4 H8其次,1-C4 H8生成的平衡常数最小,与实际反应组成不同。由此证明,1-C4 H8、trans-C4 H8和cis-C4 H8不是由异丁烯直接异构而成,而是异丁烯异构为1-C4H8,1-C4H8再异构为trans-C4H8和cis-C4H8。由温度、压力及氢烃比等因素对平衡转化率的影响,计算出异丁烷脱氢反应的最佳条件为550～610℃、常压以上、氢烃比0.5～2。