生物质协同流程工业节能、降污、减碳路径思考

流程工业的低碳/零碳/负碳转型,需从节能、降污、减碳出发,根本上要在能源和原料供给侧摆脱传统化石能源的束缚。风电、光电、水电等为未来社会提供源源不断的可再生能源,但其不具备资源属性,而生物质兼具能源和资源属性,是未来替代化石燃料和原料的重要载体。本文指出,当前生物质转化主要集中在能源、材料、化学品等领域,以生物甲烷、乙醇、航煤等为代表的生物质能源取得了阶段性成果。将生物质转化技术与流程工业耦合,是当下流程工业低碳转型的重要手段,也是实现未来零碳/负碳目标的根本性措施。本文从生物质气化热电联用、生物质气化与燃煤耦合发电、水泥工业生物质替代燃料等案例出发,简要阐述了生物质转化与流程工业耦合面临的挑战,以及未来亟需发展的可再生能源为主的流程再造新理论和前沿颠覆性技术。

受限界面处流体分子行为的调控及相关分子热力学模型初探：基于高比表面氧化钛的研究进展

纳米受限界面处的流体由于受到界面性质的影响显著,且存在复杂的传递和反应机制耦合问题,其流体分子行为难以调控,成为了现代化工新技术(如膜过程、多相催化)突破的瓶颈。结合了近几年本课题组的相关工作进展,以化学性质稳定的高比表面氧化钛作为研究平台,对界面处流体分子受限行为进行分析,研究了传递和反应机制分别对界面处流体行为的影响,并探索其调控机制;同时对建立的相应分子热力学模型进行了初步探索,通过原子力显微镜技术将界面摩擦性质和分子间相互作用关联,为分子热力学模型提供分子参数。

基于微量热法对多孔碳与双氧水相互作用过程的传质阻力分析

多孔材料作为催化剂对现代化学工业起到重要推动作用,但其纳米受限孔道造成的界面传递问题不容忽视。直接法合成双氧水(H_(2)O_(2))过程中,揭示H_(2)O_(2)脱附过程传递与反应竞争博弈的介尺度机制是提高产率的关键。线性非平衡热力学为解耦界面扩散及反应提供了统一框架,但缺少合适通量测定方法。因此,本文设计多孔碳与H_(2)O_(2)相互作用的微量热实验,结合分子模拟及孔结构表征实验揭示多孔碳材料的界面传递结构,实现了非平衡热力学的定量传质阻力分析,进一步获取了表界面浓度场的动态变化。研究结果表明:微量热法是定量解耦并揭示扩散-反应机制的有效线性非平衡热力学阻力分析方法;介孔结构、生物骨架结构及担载1%(质量)Pd元素均能增强H_(2)O_(2)在多孔碳中的传质通量,但实现超高通量需要扩散与反应阻力的匹配;非平衡热力学阻力解耦方法是揭示多相反应过程介尺度机制的重要定量描述方法,有望为过程的调控及优化提供理论依据。

常压滴流床反应器中氢氧直接合成双氧水工艺

双氧水(H_(2)O_(2))作为一种典型的清洁高效氧化剂,将在未来化学工业的绿色化、高效化、安全化过程中起到重要作用,传统蒽醌法合成H_(2)O_(2)工艺污染大、能耗高,亟需开发安全高效的H_(2)O_(2)绿色生产工艺。据此开发了常压滴流床反应器用于氢氧直接合成H_(2)O_(2)工艺。基于商业钯/碳催化剂,系统地研究了常压条件下滴流床反应器中气相流量、氧氢比例、氮气浓度以及催化剂装填密度等因素对H_(2)O_(2)产量的影响,并对反应工艺参数进行优化,为连续、稳定、高效地直接合成H_(2)O_(2)绿色生产工艺提供有效参考。