铝电解大修渣废旧阴极炭的处理技术研究现状及展望

铝电解槽大修渣废旧阴极炭的无害化处理和资源化利用是电解铝行业实现绿色可持续发展的瓶颈所在。介绍了铝电解废阴极炭中的有毒组分及有毒元素的迁移规律,重点总结了高温火法、液相浸出法和协同处理法的原理、研究现状及优缺点,并对未来发展趋势进行了展望。

废白土制备有机膨润土处理炼油碱渣废水

采用十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)对废白土进行改性,制成了有机改性膨润土,研究了其对炼油碱渣废水的处理效果。结果表明:所制得的有机改性膨润土可显著吸附炼油碱渣废水中的有机污染物,使废水的COD值从14173.2 mg/L降到3300 mg/L,COD去除率达到76.72%。

缺陷型电催化剂在氧还原反应中的应用

氧还原反应(ORR)在现代能量转换和先进合成技术中扮演着至关重要的角色。对于燃料电池及金属-空气电池而言,ORR在提升能量效率和增强稳定性方面发挥着不可或缺的作用。此外,在绿色合成过氧化氢的过程中,ORR同样发挥着不可替代的作用。然而,ORR的缓慢动力学特性限制了这些技术的发展,因此需要合适的催化剂来调控和加速该反应变得尤为迫切。在众多催化剂中,贵金属催化剂因具有良好的导电性、高的电化学活性和优异的稳定性等优点而展现出较好的ORR性能,但这些催化剂因价格昂贵和地球储量低等限制了大规模应用的可行性。因此,探索和开发非贵金属基ORR催化剂,尤其是通过缺陷工程策略来对非贵金属催化剂的性能进行调控和优化至关重要。在深入阐述ORR机理的基础上,综述了含缺陷的非贵金属催化剂在ORR研究中的最新进展,分别探讨了边缘缺陷、空位、拓扑缺陷等本征缺陷及杂原子掺杂对催化活性的影响。同时,梳理了这些缺陷在促进特定电子转移路径中所起到的关键作用。此外,对单原子催化剂、双原子催化剂及金属氧化物中存在的缺陷在ORR中的应用潜力进行了综述。最后,对ORR催化剂的未来研究方向进行了展望,指出含缺陷非贵金属材料由于独特的结构和组成,在催化ORR中会展现出广阔的应用前景。

关于在本科生中系统开展学术前沿讲座的思考

在本科生中系统开展学术前沿讲座,可以增强学生的创新意识,激发学习兴趣,提高分析和解决问题的能力,并使他们对学科前沿与发展趋势有切实了解,这对于创新型人才培养具有重要意义。本文在论述在本科生中系统开展学术前沿讲座必要性的基础上,对于如何开展学术前沿讲座提出了四点建议。

包覆型Fe基纳米催化剂制备及对低阶煤直接液化的影响

采用两相-水热合成法,制备了油酸包覆型Fe_2O_3(OA@Fe_2O_3)和油胺包覆型Fe_2O_3(OLA@Fe_2O_3)催化剂试样。TEM,TGA,XRD和IR等分析表征表明,其粒径分别约为5 nm和3 nm,Fe_2O_3含量为53. 40%和66. 62%(wt.%),无机部分和有机部分形成核-壳结构。以商用Fe_2O_3为参比,通过新疆淖毛湖煤样高压加氢液化实验,考察了油酸钠和油胺作为包覆剂对Fe_2O_3催化性能的影响。结果表明,不仅两试样的煤样转化率均超过96%,液化率分别提高了8. 64%和8. 34%,气产率分别降低了5. 78%和6. 34%,催化液化性能相差无几;而且OLA@Fe_2O_3试样的沥青烯和前沥青烯残碳率低于商用Fe_2O_3的,而OA@Fe_2O_3试样则高于商用Fe_2O_3的,表明前者对沥青质的轻质化作用强。故作为包覆剂,价格相对低廉的油胺可以替代油酸钠。

氧化锌/石墨烯复合物的固相制备及气敏、光催化应用

通过室温固相法制得氧化锌/石墨烯(ZnO/G)复合材料,并利用X射线衍射仪、透射电子显微镜和荧光光谱仪等对复合材料进行表征。考察了ZnO/G复合材料的气敏和光催化性能,并与ZnO进行了比较。结果表明,将ZnO/G复合材料制成气敏元件,其比ZnO对于乙醇蒸汽有更高的响应灵敏度和较好的选择性。复合材料对水溶液中罗丹明B也有较好的光降解性能,在紫外光照射80 min后,其对染料有机物的降解率达94%以上,优于纳米ZnO。

用于电催化氧还原制备双氧水的催化剂的研究进展

H_(2)O_(2)及其水溶液双氧水具有强氧化性,被广泛应用于造纸、污水处理和消毒等方面。全球对H_(2)O_(2)的需求量与日俱增,但传统的蒽醌法工艺复杂、成本高、效率低,氢氧直接合成法又存在很大的安全隐患。因此,电催化氧还原这种新型、绿色且安全的原位合成H_(2)O_(2)方法近年来受到广泛关注。氧还原反应(ORR)是多电子反应,中间体复杂且难以测量,机理研究困难。ORR存在两种竞争的反应路径,两电子路径得到H_(2)O_(2),而四电子路径生成H2O。两电子氧还原反应(2e~-ORR)的反应效率取决于催化剂的活性、选择性和稳定性。目前贵金属基催化剂(如Au、Pd)对2eORR显示出较好的催化性能,但昂贵、稀缺的特性限制了它们的广泛应用。当前关于电催化氧还原制备H_(2)O_(2)所用催化剂的研究主要集中于三方面:(1)减少贵金属的负载。将惰性金属与活性金属相结合,得到了许多性能优异的合金材料,如Pt-Hg等。(2)发展非贵金属催化剂。碳基催化剂的缺陷、表面氧官能团(C=O、C-O等)、杂原子掺杂(N-、S-等)和过渡金属掺杂(Co、Fe等)都能够提高H_(2)O_(2)的选择性与催化活性。(3)发展非贵金属复合催化剂。非贵金属复合物催化剂(如MnO_2/C、CoS_2/C)可促进电子转移,提高H_(2)O_(2)的选择性。本文系统介绍了2e~-ORR的机理及测试方法,简要总结了近年来用于2e-ORR制H_(2)O_(2)的贵金属基催化剂、碳基催化剂和非贵金属复合催化剂的研究进展,并在此基础上对电催化氧还原制双氧水未来的研究方向进行了展望。

分级多孔炭的制备及其作为超级电容器电极材料的研究进展

分级多孔炭由于同时具有不同类型的孔结构、较大的比表面积、低廉的价格以及优异的电化学性能等特点,在高效储能领域显示出巨大的应用优势。它既可以直接作为超级电容器的电极材料与电解液形成双电层电容进行电荷存储,又可以与非碳基材料进行复合形成赝电容进行电荷存储。因此多孔炭材料一直是电化学储能元件中不可或缺的电极材料。在介绍不同孔径多孔炭对能量储存发挥具体作用的基础上,本文对近年来分级多孔炭的制备方法、以及改进其电化学性能的方式进行了总结,并对分级多孔炭用作超级电容器电极材料未来发展作出展望。

煤直接液化残渣衍生碳材料的研究进展

系统介绍了煤直接液化残渣(CLR)的基本性质,总结了CLR在制备高附加价值碳材料领域的最新研究进展,包括由CLR制备多孔碳、碳纳米管与碳纤维、含碳复合物、中间相沥青及所得碳材料在催化、电化学储能、吸波等领域中的应用,并在此基础上对CLR的未来研究方向进行了展望。

用于CO氧化的铜基催化剂研究进展

系统地介绍了用于CO氧化的催化剂种类、反应类型和反应机理,着重对铜基催化剂(单金属氧化物、双金属氧化物、多金属氧化物)用于该反应的研究进展进行总结,分析了对催化性能产生影响的因素,并在此基础上,对铜基催化剂用于CO氧化的研究方向进行了展望。

疏水SiO_(2)气凝胶颗粒的制备与性质研究

以廉价的无机材料Na_(2)SiO_(3)(硅酸钠)为硅源,经溶胶-凝胶与冷冻干燥过程制得SA(二氧化硅气凝胶)颗粒,探究硅源质量分数对SA颗粒性质的影响,优化制备条件。为克服SA颗粒的亲水性,引入TMCS(三甲基氯硅烷),使材料获得良好的疏水性(水接触角为121°),极低的密度(0.063 g/cm^(3)),出色的导热系数[0.0398 W/(m·K)]和热稳定性。提出一种通用和简单的方法制备SA颗粒并进行改性,在建筑隔热保温领域有较大的应用潜力。

氧化铋/石墨烯复合物的室温固相制备与光催化性能

采用室温固相法成功制备得到纳米Bi2O3和Bi2O3/石墨烯纳米复合物,利用拉曼光谱仪等表征手段对所得产物进行表征。研究结果表明,纳米Bi2O3为球状颗粒,尺寸为100~300nm,颗粒团聚,Bi2O3/石墨烯复合物的形貌尺寸约为100nm,球状颗粒负载于层状的石墨烯上。研究了所得产物对水溶液中甲基橙的光催化降解性能。结果发现Bi2O3与石墨烯复合后,光催化性能有一定提升。在紫外光照射下,Bi2O3/石墨烯在60min即可实现对污染物的完全降解。

纳米镍铁双金属的制备及其处理硝基苯酚废水研究

应用室温固相反应法制备了Ni Fe双金属纳米材料,利用XRD、SEM等技术对合成材料进行了表征,并考察了所合成纳米材料对废水中对硝基苯酚(4-NP)的催化还原性能。结果显示,合成的Ni50Fe50双金属对4-NP的催化还原效果最好,反应速率常数为0.417 min-1,活化能为7.514 k J/mol。Ni Fe双金属纳米材料可作为潜在的优良催化剂用于4-NP废水的处理。