湿法脱硫中多硫离子分离方法的建立

多硫离子S_(x)^(2-)是湿式催化氧化脱硫技术中H2S向单质硫转化的中间产物,在脱硫环境中,析硫反应和副盐反应存在平行竞争关系,S_(x)^(2-)的存在形态及浓度是评价两个竞争反应程度的前提条件。本文通过紫外-可见分光光度法(UV-vis)、液相色谱-质谱仪(LC-MS)和高效液相色谱(HPLC)方法可实现对S_(x)^(2-)的存在形态及各形态浓度定量测定的目标。结果表明:UV-vis法可测定出S_(x)^(2-)的总浓度;甲基化法可将S_(x)^(2-)的各个形态进行捕捉,LC-MS和HPLC法可将各形态的甲基化多硫化物分离,且S_(x)^(2-)的硫原子数(2—10)越大保留时间越长;结合UV-vis建立的标准曲线和HPLC上各个形态S_(x)^(2-)出峰的相对强度,推算出溶液中各形态S_(x)^(2-)的绝对浓度;多硫化钠溶液主要以S_(4)^(2-)、S_(5)^(2-)、S_(6)^(2-)、S_(10)^(2-)为主,其中浓度和pH对S_(x)^(2-)的影响较小,而温度过高不利于S_(x)^(2-)的生成,从而不利于单质硫的生成。这一项工作为进一步从源头上研究副盐成因及加快析硫反应的研究奠定了基础。

封装型Ni基催化剂制备及其原位提质煤热解焦油的性能

为实现煤热解焦油原位轻质化,分别用原位封装法和浸渍法制备Ni基催化剂,并考察这两种催化剂对热解焦油原位催化提质的影响。与不加催化剂相比,Ni含量2%Ni/HZSM-5可使焦油中轻质组分产率由5.8%提至6.9%,而相同Ni含量的Ni@HZSM-5可使轻质焦油产率提至7.6%。进一步分析Ni/HZSM-5和Ni@HZSM-5催化剂对焦油各馏分产率的影响,结果表明,2种催化剂均使焦油中重质组分明显降低,沥青质产率分别由5.4%降至1.3%和2.0%,但相较Ni/HZSM-5,Ni@HZSM-5使焦油中轻油和酚油产率分别上升38.5%和25.5%,萘油产率也有所上升,说明封装法制备的Ni基催化剂可使焦油中轻质组分最大程度保留。因为在Ni/HZSM-5中焦油裂解和热解气中富氢组分活化均发生在Ni表面,在促进富氢气体活化的同时也造成焦油过度裂解。而Ni@HZSM-5中Ni主要分布于分子筛孔道内,其良好择形催化性可使富氢气体分子进入HZSM-5分子筛内部与Ni接触产生·H和·CH x等富氢自由基,而焦油中大分子无法进入HZSM-5孔道,其裂解仅发生在分子筛外表面酸性位点上,避免了金属Ni参与焦油裂解,从而定向调控焦油裂解碎片和富氢自由基数量,达到体系内氢碳平衡,有效避免焦油碎片过度裂解,提高轻质焦油产率。

粉煤灰矿化CO_(2)研究进展

CO_(2)等温室气体大量排放引起了全球气候变暖等生态问题,已成为全人类生存面对的重大挑战,CO_(2)矿化是应对此挑战的关键技术之一。相对富煤、贫油、少气的能源资源禀赋格局导致中国主体能源仍以CO_(2)排放强度高的煤炭为主,其燃烧产生的工业固废粉煤灰也面临巨大的处理难题。相比传统矿化原料,粉煤灰因具有产量大、获取容易和运输成本低等特点受到广泛关注。粉煤灰自身可通过直接矿化和间接矿化实现CO_(2)矿化封存,在CO_(2)矿化封存的同时,可大幅降低与粉煤灰堆积或处理相关的环境风险。在碳达峰和碳中和目标下,利用粉煤灰矿化封存CO_(2)是一项应对全球变暖具有巨大潜力的高效策略。介绍了我国粉煤灰排放和利用现状,回顾了粉煤灰直接矿化和间接矿化的研究进展,对比分析了不同矿化工艺的优缺点,明晰了CO_(2)矿化过程中工艺参数对粉煤灰矿化效率的调控机理。针对粉煤灰矿化CO_(2)缺乏机制性的解释这一问题,通过介绍常用于描述CO_(2)矿化反应的缩核模型和表面覆盖模型,厘清矿化过程中气液扩散等控制矿化速率的机制。最后分析了粉煤灰矿化过程中现存的问题和未来研究方向,旨在为利用粉煤灰固废矿化CO_(2)提供借鉴。

抗癌药中间体2-噻吩甲酸制备新工艺研究

在促进剂K_(2)CO_(3)/TiO_(2)的作用下,通过二氧化碳的羧基化反应成功地将噻吩转化为2-噻吩甲酸,并优化了合成条件,考察了促进剂K_(2)CO_(3)/TiO_(2)的结构、性质对合成路线的影响。结果表明,K_(2)CO_(3)/TiO_(2)起主要促进作用的为表面无定型K_(2)CO_(3);考虑到产物的热稳定性,反应温度不宜超过300℃;产物在反应刚开始的1 h内大量生成,此后生成速率急速下降。该研究不仅开发了新颖、环保和高效的2-噻吩甲酸合成路线,还拓展了二氧化碳的高效利用途径。

多环芳烃饱和加氢催化剂及其反应网络研究进展

重点阐述了多环芳烃加氢催化剂活性中心与载体对多环芳烃饱和加氢的影响,并介绍了一些典型多环芳烃的饱和加氢网络。对多环芳烃加氢催化剂的发展进行了展望,指出通过引入多种负载组分、提升负载组分颗粒分散度与稳定性、合适的孔道大小结构是提升环芳烃加氢催化剂性能的关键。

石油沥青烟气组成及抑烟技术研究进展

详细介绍了石油沥青烟气中有毒组分和臭味组分,并对建立石油沥青烟气中有毒组分和臭味组分标准与规范提出一些建议。石油沥青烟气中有毒组分主要为2~6环多环芳烃PAHs,包括苯并[a]蒽、苯并[a]芘、苯并[e]芘类,研究表明芘对人体有致癌作用,并且对神经系统具有毒害作用。石油沥青烟气中臭味组分为含硫和含氮化合物,包括噻吩类和亚砜,同时还含有少量吲哚类含氮恶臭污染物。详细介绍了石油沥青烟气抑制技术中吸附型抑烟剂、氧化型抑烟剂和聚合物抑烟剂的研究现状并对其做出评价,此外对石油沥青抑烟剂研究进行展望。

煤沥青和石油沥青共混改性的研究进展

煤焦油沥青(简称煤沥青)具有良好的路用性能,可以替代部分石油沥青,降低对外来沥青的依赖,提高煤沥青的资源化利用,但是煤沥青中存在大量毒性多环芳烃(PAHs),限制了它的广泛应用。本文介绍了煤沥青和石油沥青二者共混的改性方法,并对其进行了系统总结,通过对比现有改性沥青的研究,发现当前的改性手段主要以化学方法为主,改性效果最佳,得出改性过程的主要局限在于如何抑制煤沥青中PAHs的毒性,减少对环境的危害;同时分析并阐释了共混改性沥青可能的物理和化学改性过程及作用机理,对下一步的研究方向和发展进行了展望,提出从物理增容剂的开发和化学催化剂的筛选来做进一步的研究,希望为国内外的沥青改性提供一定的借鉴参考。

草酸二甲酯的合成及应用研究进展

概述了草酸二甲酯(DMO)的合成方法及其应用。分别阐述了醇酸酯化法、液相偶联法和气相偶联法合成DMO的工业发展过程,详细梳理了CO气相偶联合成DMO的催化剂以及催化机理。综述了DMO在加氢制备乙醇酸甲酯、乙二醇和乙醇的工艺优势,指出了精准调控目标产物、降低CO_(2)的排放是该合成路径面临的主要挑战。

煤沥青预处理及氧化解聚制备苯多酸

煤沥青(CTP)具有丰富的芳环结构,适宜通过氧化解聚来制备高值苯多酸(BCAs)化合物。然而在碱-O_(2)氧化CTP制备BCAs过程中,存在部分组分黏结在反应釜的内壁和底部从而影响CTP氧化效果的问题。对此,采用CH 3 OH萃取和空气氧化对CTP进行了预处理,探究了预处理方法对碱-O_(2)氧化CTP制备BCAs的影响。CTP经CH 3 OH萃取后,可以去除部分轻质组分,降低CTP在反应釜中的附着情况;随后CTP甲醇萃余渣再经空气氧化处理后,可引入含氧官能团,增加了萃余渣与碱液接触几率,有助于提高氧化效果。经两级预处理后CTP氧化所得水溶性酸中,BCAs的选择性可达80%,且BCAs中苯五甲酸和苯六甲酸含量可高达24%以上。

活性炭/金属有机骨架复合吸附材料的制备及其CH_(4)/N_(2)吸附分离性能研究

煤层气富含甲烷(CH_(4)),但井下抽采时会混入大量空气导致CH_(4)浓度低、利用难度大,因此富集提浓并高效利用低浓度煤层气的关键是实现CH_(4)与氮气(N_(2))的高效分离。以三水硝酸铜(Cu(NO_(3))_(2)•3H_(2)O)和异烟酸(HINA)为原料,通过逐步合成法制备了活性炭/金属有机骨架(AC/MOFs)复合吸附材料,通过X射线衍射、热重分析和扫描电子显微镜等进行了表征,并研究了气体吸附性能、选择性以及吸附热。结果表明,制备的AC/Cu(INA)_(2)复合材料具有AC和Cu(INA)_(2)的特征衍射峰,并且观察到了Cu(INA)_(2)在AC上的生长。AC/Cu(INA)_(2)复合材料在100 kPa、298 K下的CH_(4)吸附量为12.6 cm^(3)/g,CH_(4)/N_(2)选择性为5.5(比原材料AC提升了17.3%),并且CH_(4)(14.9 kJ/mol)的吸附热高于N_(2)(11.9 kJ/mol)。

荧光硫量子点的制备及应用研究进展

硫量子点(SQDs)具有发光强度高、毒性低、无重金属污染、生物相容性好、光化学性能稳定等优势,已广泛应用于荧光探针检测、细胞成像、光电转换、化学催化等领域。综述了SQDs的合成方法,性质和应用。SQDs的合成方法可分为自下而上法和自上而下法,其中自上而下法合成的SQDs具有更高的荧光量子产率。重点介绍了SQDs的光学性质,发光机理、细胞低毒性和抗菌性。总结了SQDs在荧光探针、生物成像以及发光器件制造等领域的重要应用。最后,提出了目前SQDs在前沿应用中亟待解决的问题,展望了SQDs未来的发展方向。

洗油中芴的分离和精制研究进展

综述了从高温煤焦油洗油馏分中分离芴的研究现状,较为系统地总结了根据不同原理分离芴的主要方法,包括利用芴的反应活性将芴生成不同的化合物与洗油馏分中其他组分分离的化学法、利用洗油馏分中芴和其他组分的熔点、沸点和溶解度差异分离的物理法以及将单一分离方法复合起来的复合法,其中化学法主要是将芴生成9-芴甲醇或9-芴酮,再利用溶解度差异与其他组分分离,物理法主要有精馏法、结晶法(熔融结晶法、溶剂结晶法)、萃取法(传统溶剂萃取、超临界萃取),复合法主要是将精馏法与结晶法结合在一起形成的精馏-结晶法。为探究一种较为温和的从煤焦油洗油中分离芴提供一些思路和方法,为提高洗油中分离芴的效率和纯度,探索一种行之有效的工业方法提供一定的参考。

煤基芳香族化合物与CO_(2)羧基化反应研究进展

燃烧化石燃料是目前获取能源的有效途径,但由此排放的CO_(2)严重影响了地球的生态环境。同时CO_(2)本身是一种低毒、不易燃、储量丰富且廉价易得的碳一资源,通过化学方法实现CO_(2)的资源化利用不仅为CO_(2)的固定提供有益的思路,同时还能得到高附加值产品。其中CO_(2)直接羧基化因其在步骤经济和原子经济方面的优点而备受关注,此类反应中常用催化剂包括金属配合物、路易斯酸和碱等,其中金属配合物大多合成步骤复杂且价格昂贵。芳烃和杂环化合物是煤化工行业的重要产品,拓宽煤基化学品的下游利用是促进煤化工产业转型升级的重要途径。芳酸是一类非常重要的化工产品,目前大多数芳酸的生产过程需要多步反应且原子利用率低、成本高。综述了在路易斯酸或碱的催化下,以煤基芳香族化合物为底物,利用廉价易得的CO_(2)作为羧基化原料合成芳酸的研究进展。相比于芳酸的传统合成方法,CO_(2)羧基化法反应流程短,合成产品成本低,产物选择性和收率较高,是一种绿色、经济的合成方法。以煤基芳香族化合物为原料,通过与CO_(2)羧基化制芳酸技术具有着广阔的发展前景。通过对比,负载型碳酸盐催化剂安全性和稳定性较好,且可以再生,但所得目标化合物收率及选择性都较低,在后续发展中需不断改进催化剂的性能以及安全性,促进该反应应用到大规模的工业生产中。

COSMO-RS模型在离子液体/低共熔溶剂筛选中的应用研究进展

离子液体(ILs)和低共熔溶剂(DESs)作为一类新型的绿色溶剂,由于其独特的物理化学性质,在混合物分离方面已经受到了研究者的广泛关注,因此逐渐成为绿色化学领域的研究重点。针对特定的分离过程,选择合适的溶剂是非常重要的,然而,由于ILs和DESs种类较多,结构复杂,通过实验的方法逐一进行筛选费时费力、成本高,且几乎不可能找到最优选择,因此应用理论计算模型对ILs和DESs进行筛选是非常有必要的。真实溶剂类导体屏蔽模型(COSMO-RS模型)是一种由量子化学计算与统计热力学方法相结合的预测模型,它可以在不需要实验数据的情况下预测液体混合物的热力学性质,已经被研究者广泛用作各种分离问题的快速筛选工具。整理了应用COSMO-RS模型筛选ILs/DESs用于各种油中酚类、含氮化合物、含硫化合物、萜类化合物、天然维生素E的萃取分离,以及CO_(2)捕获和共沸混合物等的分离过程,表明COSMO-RS模型用于特定混合物萃取溶剂的筛选是快速有效的,可为难分离混合物分离过程中ILs/DESs的预筛选提供有价值的参考。

烷基化法降低煤焦油沥青中毒性多环芳烃含量的研究进展

煤焦油沥青(简称“煤沥青”)是高温煤焦油常减压蒸馏后的残余物,尽管煤沥青在中国产量很大,但由于其具有较高毒性,因此限制了它的广泛应用。通过固体^(13)C NMR和气相色谱/质谱联用等技术发现煤沥青的毒性来源于其含有大量的毒性多环芳烃(PAHs),包括美国环保署(EPA)优先监控的16种PAHs,如荧蒽、芘和苯并[a]芘等。介绍了煤沥青的各种抑毒改性方法,包括化学交联法和物理化学法,现有的研究主要集中在化学交联法;通过对比煤沥青与石油沥青的分子结构,发现石油沥青中具有较高的脂肪族烃类,提出通过长链烯烃烷基化的方法,在PAHs上加上烷基侧链,生成无毒的长链烷基取代PAHs,以抑制煤沥青的毒性。因此重点阐述了烷基化交联改性方法,详细总结该方法的反应原理、所使用的催化剂,并对国内外有关改性试验结果和理论研究工作进行了综合分析,首先使用高斯模拟16种PAHs与烯烃的烷基化反应,得出其反应的一般规律;其次选取模型化合物进行烷基化反应,探讨在煤沥青改性过程中相关PAHs可能发生的反应及反应机理;最后将模型化合物烷基化实验所得到的反应条件应用到真实煤沥青体系,并分析改性前后煤沥青中美国环保署优先监控16种PAHs的降低情况,以及煤沥青抑毒改性后的沥青烟释放物和水可溶物变化情况等内容,同时对该方法的下一步研究应用热点和发展进行了展望,希望为国内外煤沥青的环境友好利用提供参考。

固体超强酸SO_(4)^(2-)/ZrO_(2)催化生物基丁二酸盐直接酯化

生物发酵法制备丁二酸因制备原料廉价易得、制备工艺对环境影响较小等优点,在替代石油基原料生产丁二酸方面受到广泛关注,但生物发酵生产的丁二酸主要以丁二酸盐形式存在。因此,常需要使用无机酸将丁二酸盐进行酸化处理。以CH_(3)OH和CO_(2)为酯化试剂,可实现丁二酸二钠的直接酯化,获取丁二酸二甲酯,有效地避免了无机酸的使用,且生成的碳酸盐既可固定二氧化碳,也可用于生物发酵液pH的调节。本文在此基础上系统考察了不同分子筛对此反应的催化效果,针对分子筛容易失活和酸量较低的缺点,将分子筛替换为固体超强酸SO_(4)^(2-)/ZrO_(2),对该反应体系进行进一步改进。采用X射线衍射仪、比表面积及孔隙度分析仪、热重分析仪、X射线光电子能谱仪、程序升温化学吸附仪等探究了焙烧温度和浸渍液浓度对SO_(4)^(2-)/ZrO_(2)催化丁二酸二钠直接酯化制备丁二酸二甲酯的影响以及催化剂循环稳定性,结果表明在H_(2)SO_(4)浸渍浓度为2mol/L和焙烧温度为550℃的制备条件下所得SO_(4)^(2-)/ZrO_(2)催化剂具有较优的催化活性,丁二酸二甲酯的收率和选择性分别为89.25%和93.56%,此外,催化剂不经处理连续使用5次依旧维持较高催化活性,表明其具有较好的稳定性。

N、S共掺杂煤基碳量子点的电化学氧化法制备及用于Fe^(3+)检测

异质元素掺杂可以有效改善碳量子点的荧光性能,被广泛应用于碳量子点的改性。选取昭通褐煤为碳源,氯化钠溶液为电解液,硫脲为助剂,采用电化学氧化法完成N、S共掺杂碳量子点(N,S-CQD)的制备,荧光量子产率为1.60%。采用多种表征方法研究了N,S-CQD的结构、组成和光学特性。首先在结构组成方面,N,S-CQD是一类球形颗粒,尺寸分布均匀,平均粒径为1.66nm,其中主要存在C、O元素,还存在部分N和S元素;其次在光学性质方面,N,S-CQD在紫外光区吸收明显,荧光分析显示其最佳激发波长为280nm,最佳发射波长为313nm。最后基于Fe^(3+)对N,S-CQD的荧光猝灭效应,将N,S-CQD应用于痕量Fe^(3+)的检测,N,S-CQD对15~150μmol/L浓度范围内Fe^(3+)的检测表现出较高的选择性和灵敏度,通过计算得出最低检出限L=1.22μmol/L,表明N,S-CQD可应用于痕量Fe^(3+)的检测。

中低阶煤温和氧化制备草酸的研究

以云南昭通褐煤(ZT)和新疆伊宁次烟煤(YN)为原料,通过电化学氧化法制备草酸,采用红外光谱法(FTIR)对原煤进行表征,液相色谱法(HPLC)对氧化产物进行表征。考察了电解体系对于中低阶煤制备草酸的影响,探究了两种煤在NaCl体系中生成的苯羧酸(BCAs)对生成草酸影响及相应草酸收率占比规律,考察了ZT电解时间、电流密度、NaCl电解质与煤样质量4个因素对草酸收率的影响。结果表明,在0.5~5 h内ZT及YN在NaCl体系中草酸收率均显著高于NaOH体系,NaCl体系更适合制备草酸。ZT草酸占比相对于YN更高,较低煤阶的ZT更适宜制备草酸。较长的电解时间、较大的电流密度、较多的NaCl电解质添加量,较少的煤样质量对ZT生成草酸具有促进作用。

基于工程教育专业认证的“煤化学”教学改革

工程教育专业认证是提高我国工程教育质量的重要抓手。太原理工大学化学工程与工艺专业以能源化工(煤化工)为特色,"煤化学"是其中重要的专业基础课。"煤化学"课程教学要更新教学理念,改进教学目标,针对不同的教学内容,采用相应的教学方法,特别是要围绕工程实际开展理论教学,并且以学科前沿为中心,采用任务驱动法进行教学,同时改革课程评价体系,为学生布置开放性的作业,以全面考察学生的学习效果,从而提高学生的工程实践能力和综合素质,使"煤化学"课程更好地服务于煤化工专业人才的培养。

霍林郭勒褐煤超临界乙醇解机理分析

利用傅里叶变换红外光谱仪分析了脱水的霍林郭勒褐煤(HL)及其超临界乙醇解所得萃取物和萃余物,并利用气相色谱/质谱联用仪分析了萃取物。根据分析结果考察了HL超临界乙醇解的机理,发现HL超临界乙醇解过程中存在烷基取代和醚氧桥键的断裂反应,且以脂肪族醚氧桥键的断裂为主。