Cl_(2)和O_(2)在TiC(100)表面共吸附行为的密度泛函理论分析

基于密度泛函理论的第一性原理从头计算方法,建立了Cl_(2)和O_(2)在TiC(100)表面的共吸附模型.通过分析吸附能、电荷密度和偏态密度(PDOS)等参数,研究了Cl_(2)和O_(2)在TiC(100)表面的反应机理,发现解离后的Cl原子和O原子与TiC(100)表面的原子均成键,从而破坏了Ti—C键.Cl_(2)分子在吸附过程中充当电子的受体,得到与之成键的Ti原子贡献的电子,O_(2)分子在吸附过程中也充当电子的受体,得到C原子贡献的电子.TiC(100)表面在吸附分子后,Ti—C成键轨道上电子占据数变少,反键轨道上电子占据数增多,Ti原子与C原子之间的成键作用减弱.同时,Ti3d与Cl3s,Cl3p发生轨道重叠杂化作用,O2p轨道和C2p轨道存在较强的共振峰,Cl原子和O原子与TiC表面相互作用强烈.

工科学生科研素养要素分析与培养模式探讨

科研素养是工科学生创新能力的重要组成部分,其形成过程依赖于对科研素养核心要素与培养模式的有效认知。基于此,该文梳理了工科学生科研素养的四个关键要素,分阶段探讨了科研素养养成教育课程体系与实践活动提升科研能力的逻辑关系,并提出了科研素养培养效果的评估方法,可以为工科专业学生科研素养教育提供有益参考。

挥发性有机废气热氧化技术研究进展

挥发性有机废气(VOCs)是一种单位体积能量密度低、成分复杂、热值波动大的有毒有害大气污染物。本文分别介绍了吸附浓缩、蓄热氧化和催化燃烧3类VOCs处理工艺,并主要从工程应用与实验研究两方面对当前3类工艺在国内外的最新研究进展进行了回顾,还重点从有机废气性质和工艺特点两方面分析了不同技术的优势和制约各自发展瓶颈。通过分析比较发现吸附浓缩对复杂有机废气的适应性较强,但单位体积吸附材料利用率较低、占地面积大;催化燃烧具有起燃温度低、节能等优点,但运行成本较高且单一催化剂对组分复杂的VOCs适应性差;蓄热燃烧具有较高的热回收率,但浓度低、热值波动大的有机废气限制了其运行的稳定性;组合式工艺相比3类基本工艺综合性能较好,但系统较复杂、稳定性较差以及占地面积大。未来,对不同工艺的优势进行组合与优化将成为经济、高效和安全治理挥发性有机废气最有效的途径之一。

页岩气燃烧器燃烧特性的数值模拟

研究页岩气的清洁燃烧特性并设计优化其燃烧器对页岩气的推广应用具有重要意义。根据页岩气的特点,设计了供小型工业炉使用的200kW页岩气燃烧器,采用数值模拟的方法,研究了过量空气系数(1.05～1.35)、钝体等对页岩气燃烧的温度分布、燃烧产物、NO排放等特性的影响规律。结果表明:①随着过量空气系数增大,炉膛的峰值温度降低;②过量空气系数较大时,容易在燃烧器根部形成高温区域;③未加装钝体时,NO的生成量较大,NO的生成量随过量空气系数的增加而减小;④在燃气管出口处增加钝体后,可实现甲烷的完全转化;⑤与未加装钝体相比,炉膛温度峰值下降,钝体后形成回流区,回流的高温烟气能够有效预热喷出的燃气,减少了着火时间,温度分布较均匀,燃烧状况稳定,产生的NO浓度较低。综合考虑的结论认为,增加钝体优化后的燃烧器,当过量空气系数为1.25时的工况性能最优。

超低浓度煤层气能源化利用技术研究进展

超低浓度煤层气由于甲烷含量低、浓度变化大,常规技术难以实现有效利用,世界上几乎所有超低浓度煤层气都没有经过利用而直接排向大气,不仅造成了能源的浪费,而且污染了大气。为此,综述了国内外超低浓度煤层气作为能源利用的技术、方法和机理,分析了国内外把超低浓度煤层气作为辅助燃料、主要燃料及其浓缩技术的优点和不足之处,重点介绍了超低浓度煤层气作为主要燃料的研究和应用现状,同时提出除了要加强超低浓度煤层气燃烧机理研究之外,还应对利用技术的适应性和运行的可靠性进一步研究的建议,为减少超低浓度煤层气在世界范围尤其是在我国的排放和能源化利用提供了技术支撑。

超低浓度煤层气在流态化蓄热装置中的燃烧特性

超低浓度煤层气中甲烷体积分数低于5%,常规技术很难加以利用,而含有石英砂颗粒的流态化蓄热装置对超低浓度煤层气的燃烧利用提供了平台。为此,采用数值模拟的方法,研究了含有不同甲烷浓度的超低浓度煤层气在流态化蓄热装置中的燃烧特性,并和绝热燃烧时的工况进行了对比,分析了燃烧特性、蓄热特性、氮氧化物生成等变化规律。结果表明,流态化蓄热装置在煤层气的体积分数不低于3%时可以维持燃烧;与采用绝热工况相比,采用蓄热颗粒之后,燃烧反应向布风板方向移动,并主要发生在蓄热颗粒组成的床层以内;燃烧后氮氧化物排放量极少。

低甲烷浓度煤层气部分预混式旋流燃烧器燃烧特性的实验研究

针对低甲烷浓度煤层气的特点,设计了150kW部分预混式旋流燃烧器,实验研究了燃烧器结构对低甲烷浓度煤层气燃烧的影响,考察了低甲烷浓度煤层气在燃烧器内的速度分布特性、旋流强度及甲烷浓度变化对温度分布的影响规律。结果表明：加装钝体结构的旋流燃烧器在燃用甲烷体积分数为20%的煤层气时,火焰长度降低,射流刚性增强,燃烧高效稳定;Z轴的逆轴向速度梯度范围随着直旋配风比的增加逐渐增大,射流刚性提高,中心回流区域变大;R轴的逆轴向速度梯度范围随着距离燃烧器喷口距离的增加逐渐缩小,回流区域变小,卷吸高温烟气的能力下降,不利于高效稳定燃烧;燃烧器喷口中心处的旋流强度随热负荷的增加而逐渐增大;当热负荷增加到50%以后,旋流强度随过量空气系数的增大而小幅度波动;当煤层气中甲烷体积分数为20%~30%时,随着甲烷浓度的增加,燃烧器出口的火焰形状呈现出变短变窄的趋势,燃烧稳定性提高,出口温度不超过1 000K,可以有效避免喷口被烧坏。

超低浓度煤层气在流化床燃烧过程中相间的传热传质特性

气泡相和乳化相间的传热传质对超低浓度煤层气在流化床中的燃烧有重要的影响。基于流化床内能量平衡和质量平衡的建立了数学模型,结合催化动力学实验,研究了相间传热传质系数的变化,分析了床层温度、颗粒粒径、气泡直径、进气甲烷浓度对相间的传热传质特性的影响。研究表明:床层温度、颗粒粒径增加时,传热系数减小、传质系数增大、出口处无量纲甲烷浓度减小;存在一个临界气泡尺寸使相间的传热系数最大,颗粒粒径增大时,临界气泡尺寸略减小、出口处无量纲甲烷浓度增加;进气甲烷浓度对传热传质系数影响较小。

低浓度煤层气流态化燃烧技术的研究进展

低浓度煤层气由于热值低、流量变化大,利用较困难,大部分都未经处理就直接被排放,不仅浪费资源,而且还污染环境,引起了国内外的密切关注。较之常规的煤层气利用技术,以惰性颗粒和催化颗粒为床料的流态化燃烧技术具有热容量大、燃料适应性广的特点,在低浓度煤层气燃烧利用方面表现出巨大的潜力。为此,综述了该技术的研究现状,分析了惰性颗粒和催化颗粒作用下,床层温度、进气浓度、流化风速及气固两相流对其燃烧特性的影响,介绍了在流化床中催化燃烧反应的模型及其动力学特性,探讨了杂质性气体对气固催化反应的作用机制,明确了SO_2作用下硫酸铜的生成是催化剂硫中毒的根本原因,提出了相应的抗硫中毒措施,讨论了水蒸气对低浓度甲烷催化燃烧的影响。最后,就该技术的未来发展进行了分析与展望,得出的认识如下:①后续的研究应该侧重颗粒尺寸变化对流态化燃烧带来的影响;②应寻找更加廉价、催化活性更优的催化剂替代;③对惰性颗粒下低浓度甲烷流态化燃烧,缺乏燃烧机理分析,需要进一步从理论角度进行深度挖掘。

CFB炉内煤层气/煤矸石混合燃烧特性研究

用煤层气作为循环流化床的给煤风和播煤风,与煤矸石一起按热值比2:8送入炉膛密相区下部,会使煤矸石的着火更快,并在循环流化床密相区中部形成局部高温区,利于保持密相区的温度,使煤矸石的燃烧更稳定。

煤基新材料——煤基石墨烯的制备及石墨烯在导热领域应用研究进展

以石墨烯等为代表的具有优良物性和高附加值的新型材料得到越来越广泛的研究和应用,煤作为一种低价的高碳资源可通过不同的物理或化学方法制备成石墨烯及其化合物,使煤炭达到清洁高效利用,形成高附加值的煤基新材料。本文首先对石墨烯的制备方法进行综述进而引出煤基石墨烯的制备方法。煤基石墨烯是以煤炭为原料转化而成的石墨烯,通过高温热处理后,采用常规石墨烯的制备方法获取煤基石墨烯。随后对石墨烯具有超高的导热性能机理进行分析。随着电子工业的快速发展,越来越多的高性能电子产品面临越来越大的散热困境。石墨烯的导热系数是目前已知材料中最高的,远超常规金属。利用石墨烯具有超高的横向导热机理,其单质或化合物可作为电子元器件理想的散热材料,逐渐取代传统金属导热材料,应用前景广阔。再分别对少数层石墨烯、石墨烯的复合材料、氧化石墨烯的复合材料在导热领域方面的研究进展及性能表现进行综述。其中石墨烯的复合材料的导热能力更强,应用范围更广。借助外力使石墨烯纳米片取向与传热方向对齐,可极大提高石墨烯复合材料导热能力。为进一步扩大石墨烯的应用范围、增强石墨烯平面外导热能力,可将石墨烯与碳纳米管结合。最后对煤基石墨烯的制备及石墨烯在导热领域的研究方向及发展前景进行了展望。

超低浓度甲烷在Cu/γ-Al_2O_3催化颗粒流化床中的燃烧特性

采用流化床燃烧技术,使用自制Cu/γ-Al2O3颗粒作为催化剂床料,实验研究了超低浓度甲烷在流化床中催化燃烧时床层温度(450～700℃)、流化风速比ω(1.5～4)、进气甲烷体积分数(0.3%～2%)等对甲烷燃烧效率的影响。结果表明,床层温度是影响甲烷催化燃烧反应的关键因素,甲烷的转化率随着床层温度的升高而增加;床层温度达到650℃时,甲烷含量低于1%的超低浓度甲烷其转化率超过95%,继续提高床层温度至700℃且控制流化风速比ω≤2可以实现甲烷的完全转化;甲烷转化率随着流化风速和进气甲烷浓度的增加而降低,当ω>3.5时,温度对甲烷转化的影响减弱,未燃烧的甲烷含量增大。动力学实验发现,床层温度较低时,催化反应受动力学控制,测得催化反应的活化能Ea为1.26×105J/mol,反应级数m为0.73,当温度t>450℃时,扩散作用影响显著,反应级数增大。

掺杂Ce、Zr对CO_2钙基吸附剂循环特性的影响

利用湿法混合-煅烧法将元素Ce、Zr掺杂到CO2钙基吸附剂中,利用热重分析仪(TGA)研究了24种改性钙基吸附剂吸附CO2的循环特性。研究发现:CeO2散布在CaO晶粒之间可抑制晶粒融合,对吸附剂烧结有一定的阻碍作用;CeO2可明显提高吸附剂在扩散控制阶段对CO2的吸附速率,原因在于CeO2中丰富的氧空位可促进CO2以离子迁移的方式穿过表面产物层到达内部与CaO反应;吸附剂中CeO2含量越高,稳定性越强;ZrO2与CaO高温化合成具有高塔曼温度的CaZrO3,均匀分散在CaO晶粒间,构成稳固的支撑骨架,有效抑制了吸附剂烧结。

湿法脱硫塔内流场均匀性影响因素及其评价方法

由于湿法脱硫塔内烟气速度分布对气液接触混合有决定性影响,利用基于面积加权平均速度和质量加权平均速度的速度均匀指数λ和速度相对标准差C_V计算脱硫塔内的流场均匀性,确定合适的评价指标,研究了入口烟气速度和液气比对塔内烟气均匀性的影响规律。结果表明:2种评价指标均能很好地反映流场均匀性,综合考虑确定用速度均匀指数作为评价指标;速度均匀指数与入口烟气速度呈负相关,与液气比呈正相关;当液气比达到12.08 L/m^3时,速度均匀指数几乎不再增大;入口烟气速度越小,浆液整合作用越高效,入口烟气速度越大,烟气被有效整合所需的浆液量也越大,因此将入口烟气速度控制在较低范围可降低液气比,进而减少系统能耗。

硫中毒对Cu/γ-Al_2O_3催化含硫低浓度甲烷燃烧特性的影响

采用浸渍法制备了质量分数11.32%Cu/γ-Al2O3催化剂,采用固定床反应器,考察了SO2浓度（0-0.02%）对低浓度甲烷（体积分数,3%）催化燃烧特性的影响,通过反应前后催化剂的微观结构及化学成分检测,结合理论分析,探讨了催化反应的硫中毒原因。研究表明,SO2的通入导致了Cu/γ-Al2O3催化剂活性及稳定性的降低,在同一反应温度下,甲烷转化率随着SO2浓度的增加而下降。SEM、EDS、FT-IR、XRD表征结果表明,SO2会导致Cu/γ-Al2O3催化剂表面出现结块现象,催化剂表面有硫元素的累积,且以硫酸盐的形式存在,其主要成分为硫酸铜（CuSO4）。在富氧条件下,SO2分子及氧离子在Cu^2＋上吸附所形成的硫酸铜,附着在催化剂表面,形成一层坚硬的外壳,是产生硫中毒现象的根本原因。

CaO／MgO和CaO／Ca9Al6O18同时捕集CO2／SO2的循环吸收特性

以葡萄糖酸钙与葡萄糖酸镁及L-乳酸铝为前驱物,湿法制得了四种CaO/MgO和CaO/Ca9Al6O18吸收剂,并进行了同时捕集CO2/SO2的实验。考察了吸收剂种类、质量配比、SO2浓度及煅烧温度等对吸收剂吸收性能的影响。结果表明,CaO/MgO(质量比为75%/25%)吸收剂和CaO/Ca9Al6O18(质量比为75%/25%)吸收剂分别保持了最好的吸收CO2能力和最好的循环稳定性。SO2严重阻碍了吸收剂对CO2的捕集。SO2浓度越高,吸收剂吸收CO2能力下降的越快,但同时吸收SO2的转化率也越高。数次循环后,总的Ca利用率开始上升,且SO2浓度越高,上升趋势越明显。煅烧温度对CaO/MgO吸收剂和CaO/Ca9Al6O18吸收剂循环吸收特性的影响略有不同。

超声改性的CuO/Al_2O_3-MgO催化剂结构及其超低浓度甲烷催化燃烧性能

采用普通浸渍和超声改性的方法分别制备了CuO/Al2O3-MgO催化剂,用于超低浓度甲烷的催化燃烧,并利用SEM、XRD、XPS、H2-TPR等技术对催化剂进行表征,研究了超声改性作用对催化剂的结构和性能的影响。结果表明,与普通浸渍法制备的催化剂相比,在超声改性的CuO/Al2O3-MgO催化剂上,甲烷的转化率得到提高,燃烧特征温度降低。随着超声时间的延长和超声功率的增加,催化剂的催化活性均呈现先增大后减小的趋势;催化剂制备的最佳超声工况为功率150 W、时间20 min。超声改性可使催化剂的比表面积和孔容积增大,表面催化活性较高的Cu+浓度增加,活性组分CuO由晶相向非晶相转变、分散度增大,晶粒粒径变小、分布更均匀;这使得甲烷催化燃烧的表观活化能下降、催化剂活性得到增强。

高雷诺数时分隔板对圆柱涡致振动的影响

钝体后安装分隔板是一种有效的被动控制技术,针对弹性支撑的圆柱-分隔板系统,采用有限体积法,求解雷诺平均的Navier-Stokes方程和使用Spalart-Allmaras一方程湍流模型,对非稳态湍流的圆柱-分隔板系统绕流进行数值计算。研究高雷诺数(1.5×104<Re<8×104)下,1D(D为圆柱直径)长的分隔板对圆柱涡致振动及其近尾迹流动特性的影响,将结果与没有分隔板时的圆柱绕流进行对比。结果表明,高Re数时分隔板的存在并没有减小圆柱振幅,振幅随Re数增加而持续增大;圆柱-分隔板结构的振动频率比单独的圆柱绕流时低,振动频率与固有频率比值保持在0.4附近;圆柱-分隔板结构后尾流旋涡出现2S模式,而没有分隔板时为2P模式。分隔板推迟尾流区剪切层间的相互作用,对圆柱涡致振动的抑制作用随着速度的降低逐渐加强。

CaO/MgO和CaO/Ca_9Al_6O_(18)吸收CO_2的循环反应特性研究

钙基吸收剂是CO2捕集技术中常用的吸收剂,但随着循环次数的增加,天然钙基吸收剂循环反应特性下降明显.采用葡萄糖酸钙(Ca(C6H11O7)2)与葡萄糖酸镁(C12H22MgO14)及L-乳酸铝([CH3CH(OH)COO]3Al)作为前驱物,通过湿法混合的方法处理,制得了5种新型钙基吸收剂,试验研究了其吸收CO2的循环吸收能力及循环稳定性,分析了吸收剂组分、煅烧温度、煅烧气氛等条件对新型吸收剂循环反应特性的影响规律.研究结果表明,选用此前驱物制备的吸收剂,其循环反应特性明显高于传统的钙基吸收剂;其中,CaO/MgO(75wt%/25wt%)吸收剂具有最好的循环吸收能力,CaO/Ca9Al6O18(75wt%/wt25%)吸收剂具有最好的循环稳定性.通过研究煅烧条件对这两种吸收剂循环反应特性的影响,得到:850℃时,吸收剂表现出最佳的反应特性,而随着温度的升高,吸收剂的循环吸收能力有所下降;煅烧气氛对吸收剂循环吸收特性的影响与煅烧温度有显著的关系.

浅析博士后与合作导师的关系及在合作中存在的问题

合作导师是提高博士后培养质量的关键,是知识传递者、能力培养者,是博士后学术研究的领路人和科学创新的咨询师。中国博士后制度建立以来,为国家培养了大批年轻的复合型人才,但博士后制度仍存在一些不容忽视的问题。博士后的培养要从用人转变为育人,让博士后在项目或科学实践中得到真正的锻炼,培养创新型科研人才。