铀对α-Al_(2)O_(3)中氢与本征点缺陷相互作用的影响

在长期高温服役过程中,铀床的氚渗透泄露问题是聚变堆涉氚系统中需要关注的焦点之一,而一种行之有效的解决思路是在内壁制备阻氚涂层.然而,服役过程中通过热扩散渗入涂层内部的铀可能在阻氚涂层氢行为中起作用,进而影响其服役可靠性.基于此,采用第一性原理计算方法,研究了铀对α-Al_(2)O_(3)中氢与本征点缺陷相互作用的影响.结果发现,铀对α-Al_(2)O_(3)中空位型本征点缺陷及氢相关缺陷的存在形式、电荷态及相对稳定性有重要影响.从形成能观点来看,铀对α-Al_(2)O_(3)中空位型本征点缺陷及氢相关缺陷的形成有利,且α-Al_(2)O_(3)中空位型点缺陷对氢的捕陷能力因铀的引入显著增加.研究结果对α-Al_(2)O_(3)基内壁阻氚涂层在氚工艺系统铀床中应用的可靠性评估具有重要的指导意义.

γ-Al_(2)O_(3)载体的水热合成及其加氢性能

以ρ-Al_(2)O_(3)和NH4HCO3为原料,采用水热法合成出γ-Al_(2)O_(3)的前驱体碳酸铝铵(AACH),考察了原料配比和反应时间对合成产物的影响,利用X射线衍射仪、物理吸附分析仪、化学吸附仪对2种不同前驱体制得的载体进行表征,并对2种载体制得的催化剂进行了加氢脱硫脱氮性能评价。结果表明:在n(HCO_(3)^(-))/n(Al^(3+))为1.5∶1.0,100℃反应14 h下制得具有棒状结构、结晶度较好的AACH;相比由传统拟薄水铝石制得的载体,由AACH制得的载体具有较高比表面积和大孔容,有效孔径(4~10 nm)的孔容占比更高,且利于反应进行的中强酸更多,且所制备催化剂的脱硫脱氮活性更佳。

基于Fe_(2)O_(3)的片状α-Al_(2)O_(3)包覆研究

首先以片状α-Al_(2)O_(3)为基质,以FeCl_(3)为铁源,采用液相沉积法制备了Fe_(2)O_(3)/α-Al_(2)O_(3)珠光颜料,并借助SEM、EDS、XRD等手段对制备的珠光颜料进行性能表征,考察了反应pH值、反应温度、铁盐浓度、添加剂用量等因素对片状α-Al_(2)O_(3)包覆率的影响,得到了制备铁系包覆片状α-Al_(2)O_(3)的最佳制备工艺参数,同时了解了各参数影响包覆率的主次顺序,并在此基础上着重探讨了六偏磷酸钠对包覆率产生影响的机理。结果表明:影响包覆率的主次顺序依次为反应pH值、反应温度、添加剂用量、铁盐浓度;在最优的工艺参数下制备出来Fe_(2)O_(3)/α-Al_(2)O_(3)的包覆率为20.93%;样品的表面形貌光滑平整且包覆完整。

Ni/γ-Al_(2)O_(3)催化苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物加氢

以γ-Al_(2)O_(3)为原料、碳酸铵为沉淀剂,采用沉积-沉淀法制备了Ni/γ-Al_(2)O_(3)催化剂,将其应用于苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯(SIS)嵌段共聚物催化加氢。通过XRD、TEM、XPS、1HNMR和DSC对催化剂和产物进行了表征。考察了载体种类、Ni理论负载量(以载体质量为基准,下同)、反应条件对SIS加氢反应的影响。结果表明,以γ-Al_(2)O_(3)为载体并负载10%的Ni为催化剂、环己烷为溶剂、反应温度为140℃、反应压力为1MPa、反应时间3.0 h的条件下,催化剂具有最优活性,聚异戊二烯嵌段加氢度达到85%,副反应苯环的加氢度<10%。

Ni/ZrO_(2)-Al_(2)O_(3)催化剂催化沼气蒸汽重整制氢性能研究

沼气蒸汽重整是重要的制氢方式,开发高效稳定的催化剂是其规模化应用的重要环节。基于此,采用连续浸渍法制备了一系列基于ZrO_(2)-Al_(2)O_(3)复合载体的Ni基催化剂,对其进行了沼气蒸汽重整制氢催化性能测试。利用N_(2)吸/脱附、XRD等表征方法,分析了催化剂的织构性质、晶相组成等。探究了催化剂的物理结构和化学性质对沼气蒸汽重整制氢的影响机制,并探讨了焙烧温度与金属助剂Fe对催化剂催化性能的影响。结果表明,在700°C、空速12000 h^(-1)条件下,焙烧温度为550°C制得的Ni/ZrO_(2)-Al_(2)O_(3)表现出突出的催化性能,CH_(4)转化率和H_(2)产率分别稳定在89.94%和81.49%。ZrO_(2)-Al_(2)O_(3)复合载体相比于Al_(2)O_(3)载体增大了催化剂的比表面积,促进了平均粒径较小的Ni在载体表面的高度分散,进而提高了催化剂的催化沼气蒸汽重整制氢性能。焙烧温度可以调控催化剂的比表面积和孔体积,焙烧温度为550°C制得的Ni/ZrO_(2)-Al_(2)O_(3)的比表面积和孔体积比焙烧温度为700°C制得的Ni/ZrO_(2)-Al_(2)O_(3)大。Fe与ZrO_(2)的耦合改性提升了催化剂的还原性能,生成了更多高活性Ni^(0),有利于甲烷干重整制氢反应的发生,调控了气体产物中的n_(H_(2))/n_(CO)。

Au/γ-Al_(2)O_(3)催化剂的绿色制备及其催化降解亚甲基蓝性能

利用侧柏叶提取液为还原剂制备了纳米金负载型Au/γ-Al_(2)O_(3)催化剂,研究了负载条件对金颗粒物理状态及催化剂比表面积的影响。利用XRD、BET、SEM、TEM对催化剂的晶型、孔结构和形貌进行表征,以亚甲基蓝作为目标污染物探究了Au/γ-Al_(2)O_(3)的催化降解能力。结果显示,最佳金负载率为1.00%,最佳煅烧温度为300℃。当Au/γ-Al_(2)O_(3)投加量为0.7 g·L^(-1)时,15 mL 0.5 g·L^(-1) NaBH_(4)能在10 min内降解97.67%的亚甲基蓝,且循环利用5次后单位质量催化剂的亚甲基蓝降解率不下降,说明Au/γ-Al_(2)O_(3)催化剂有良好的催化活性和稳定性。

Ni/γ-Al_(2)O_(3)催化混合长链α-烯烃加氢

以γ-Al_(2)O_(3)为载体,通过等体积浸渍法(DI)和电荷增强型干浸渍法(CEDI)制备了不同Ni负载量(理论值,以载体质量为基准,下同)的催化剂Ni/γ-Al_(2)O_(3)(DI)和Ni/γ-Al_(2)O_(3)(CEDI)。通过SEM、TEM、BET和XPS对催化剂进行了表征,探究了催化剂孔径和混合烯烃粒径之间的关系对催化活性的影响,并考察了其在加氢反应中的性能。结果表明,Ni/γ-Al_(2)O_(3)(DI)和Ni/γ-Al_(2)O_(3)(CEDI)的平均孔径大于混合烯烃的平均粒径宽度(2.17 nm),减小了内扩散的影响,从而提高了催化活性;在120℃、3 MPa条件下,Ni负载量为15%的15Ni/γ-Al_(2)O_(3)(DI)对十八烯和混合烯烃的催化效率分别为9666.1和6580.9 mol/(g·h);而Ni负载量为20%的20Ni/γ-Al_(2)O_(3)(CEDI)对其催化效率更高,分别达到19591.3和14537.8 mol/(g·h)。这主要归因于CEDI通过调节γ-Al_(2)O_(3)表面酸碱性,利用电荷增强效应调控了Ni和γ-Al_(2)O_(3)间的相互作用,使Ni更均匀地分散在载体上,减小了Ni颗粒粒径的尺寸,并优化了活性组分的分散度和稳定性。

微纳米α-Al_(2)O_(3)改性丙烯酸树脂-有机硅烷复合钝化对不锈钢硬度及耐蚀性的影响

通过微纳米α-Al_(2)O_(3)改性丙烯酸树脂-有机硅烷复合而成的无铬钝化液作用于不锈钢基板表面,探究其在不锈钢表面形成的微纳米α-Al_(2)O_(3)钝化膜对不锈钢表层性能的影响。通过表面硬度测试、扫描电镜测试,分析基板表面特征。同时,通过涂层附着力测试和电化学测试,探究涂层的粘结强度和基板的耐蚀性能。结果表明,经微纳米α-Al_(2)O_(3)改性的无铬钝化液使不锈钢板材的耐蚀性显著提升,同时对其表面硬度的提升效果达到80%。

纳米γ-Al_(2)O_(3)负载Ag催化剂催化对硝基酚加氢合成对氨基酚

采用湿化学还原法制备了纳米γ-Al_(2)O_(3)负载纳米Ag(Ag/γ-Al_(2)O_(3))催化剂。X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)和透射电子显微镜(TEM)表征表明,纳米Ag颗粒很好的分散在载体γ-Al_(2)O_(3)上,纳米金属Ag颗粒平均粒径介于0.8~1.6 nm之间。在氢气压力1.0 MPa、反应温度150℃反应条件下,5.0%Ag/γ-Al_(2)O_(3)催化对硝基酚加氢完全转化时,对氨基酚选择性为100%。以5.0%Ag/γ-Al_(2)O_(3)催化剂为模型催化剂,采用经验幂函数型反应动力学方程拟合的活化能为26.87 kJ/mol, Ag/γ-Al_(2)O_(3)纳米催化剂具有良好的催化对硝基酚加氢制备对氨基酚活性。

MOF@γ-Al_(2)O_(3)复合材料的制备及其选择性染料吸附性能研究

本文通过原位生长法将金属有机骨架(MOF)与γ-Al2O3相结合制备了两种MOF@γ-Al_(2)O_(3)复合材料,即UIO-66/UIO-66-NH2@γ-Al_(2)O_(3),并将其应用于选择性染料吸附性能研究。结果表明:UIO-66/UIO-66-NH_(2)@γ-Al2O3复合材料可选择性吸附阴离子染料(刚果红,CR),吸附量分别可以达到1520.91mg·g^(-1)和1598.65mg·g^(-1)。同时,UIO-66/UIO-66-NH2@γ-Al_(2)O_(3)复合材料还具备优异的稳定性,重复使用10次后对CR的选择性吸附性能基本保持不变。

乙酸改性γ-Al_(2)O_(3)高效去除痕量PCl_(3)的研究

在多晶硅生产过程中,为了不影响产品性能,必须将杂质PCl_(3)的含量降低到ppb的水平,然而,这目前仍旧是一个巨大的挑战。本研究提出了一种可高效去除痕量PC13的方法,即利用乙酸改性γ-Al_(2)O_(3)作为吸附剂,其可去除ppb级别的PCl_(3),去除率高达84.2%。Boehm滴定实验表明,改性后的γ-Al_(2)O_(3)表面羧基含量大幅增加,从而增加了吸附PCl_(3)的活性位点,使其对PCl_(3)的吸附性能显著提升。表征分析和DFT模拟计算表明,乙酸与γ-Al_(2)O_(3)主要是通过γ-Al_(2)O_(3)中的羟基H和乙酸中的羰基O形成氢键而相互作用的;除了物理吸附外,γ-Al_(2)O_(3)中的Al与PCl_(3)中的Cl,以及乙酸中的羰基O与PCl_(3)中的P之间还可通过电荷转移相互作用。连续五次循环实验表明,该吸附剂在低温下具有优异的再生性能。本研究开发的吸附剂由于其高效、易于再生和低成本等特点,在去除痕量PCl_(3)方面具有潜在的应用前景。

CuO/CeO_(2)/γ-Al_(2)O_(3)工业球型催化剂的制备及其脱除石灰窑尾气CO的性能

采用分步浸渍法制备了CuO/CeO_(2)/γ-Al_(2)O_(3)工业球型催化剂。通过XRD,SEM,TEM,Raman,H_(2)-TPR等方法对催化剂的结构进行表征,并将CuO/CeO_(2)/γ-Al_(2)O_(3)应用于石灰窑尾气处理中,考察了CuO/CeO_(2)/γ-Al_(2)O_(3)的CO催化氧化效果及使用寿命。实验结果表明,在气体流量为1 m^(3)/h,150℃条件下,CuO/CeO_(2)/γ-Al_(2)O_(3)脱除石灰窑尾气(2%(φ)CO,2%(φ)O_(2),35%(φ)CO_(2)及N2)时,可实现超350 h的稳定运行,且稳定运行后催化剂的结构并未被破坏。

γ-Al_(2)O_(3)吸附脱除吡啶的过程研究

考察了γ-Al_(2)O_(3)吸附脱除模拟燃料中吡啶的性能,对γ-Al_(2)O_(3)吸附脱除吡啶的热力学和动力学及其再生性能进行了研究。结果表明,在模拟燃料15 mL,氧化铝剂量1.2 g,吸附温度30℃,吸附时间30 min的条件下γ-Al_(2)O_(3)的吸附效果较好。γ-Al_(2)O_(3)吸附较符合Langmuir-Freundlich模型方程及准一级动力学方程,并且γ-Al_(2)O_(3)有较好的再生性能。

二步煅烧法制备高热稳定性无定形SiO_(2)-Al_(2)O_(3)复合粉体

采用二步煅烧法制备了高热稳定性无定形SiO_(2)-Al_(2)O_(3)复合粉体。首先以十二水合硫酸铝铵和葡萄糖为原料混合煅烧制备无定形Al_(2)O_(3)前驱体,然后以正硅酸乙酯形式向无定形Al_(2)O_(3)中引入适量的SiO_(2),煅烧后即可获得具有高热稳定性的无定形SiO_(2)-Al_(2)O_(3)复合粉体。当SiO_(2)引入量为26%(质量分数)时,粉体经950℃下煅烧4 h仍为无定形结构;对前驱体进行研磨后,粉体热稳定性进一步提升,在1 020℃下煅烧4 h仍为无定形结构。研究表明,SiO_(2)引入量和前驱体混合均匀性对复合粉体的高温热稳定性有明显影响。

SnO_(2)/γ-Al_(2)O_(3)粒子电极制备及其电催化还原CO_(2)产甲酸性能研究

【目的】电催化还原CO_(2)(CO_(2)RR)是降低大气中CO_(2)浓度的绿色可行方案,制备高催化性能和稳定性的催化剂尤为重要。【方法】以γ-Al_(2)O_(3)粒子为载体,采用浸渍-焙烧法制备了SnO_(2)/γ-Al_(2)O_(3)粒子电极用于电催化还原CO_(2)产甲酸来测试其性能,并结合物化分析、电化学测试及长周期实验等手段对粒子电极的微观结构、物相组成、电催化活性、产甲酸性能和稳定性进行了探讨。【结果】物化分析结果表明,负载SnO_(2)前后的形貌由孔洞和裂痕状为主转变为裂层状,比表面积自310.18m^(2)/g增加到352.70m^(2)/g,粒子电极中Sn含量占比48.32%,SnO_(2)成功分散负载到γ-Al_(2)O_(3)表面。据电化学测试所得,SnO_(2)/γ-Al_(2)O_(3)粒子电极的伏安电量(扫速50mV/s)、交换电流密度和析氢电阻分别为40mC、20.02μA/cm^(2)和96.86Ω,与γ-Al_(2)O_(3)相比分别提高了37.93%、75.46%和6.80%,大幅提升CO_(2)RR活性的同时有效抑制了析氢副反应。SnO_(2)/γ-Al_(2)O_(3)粒子电极表现出良好的CO_(2)RR特性,反应时间2h的产甲酸速率为70.35μmol·h-1·cm-2,电流密度为4.94mA/cm^(2),法拉第效率和能量效率分别为79.05%、24.51%;经过12h连续电解,产甲酸法拉第效率仍高于67.81%,说明制备的SnO_(2)/γ-Al_(2)O_(3)粒子电极具有较强稳定性。

基于多重扫描速率法的α-Al_(2)O_(3)煅烧动力学研究

以氢氧化铝粉体为原料,探究氢氧化铝煅烧为α-Al_(2)O_(3)过程中的相转变与微观组织变化,利用多重扫描速率法对其煅烧过程进行动力学模拟计算。结果表明,氢氧化铝煅烧为α-Al_(2)O_(3)的优化条件为:煅烧温度1200℃、煅烧时间2 h、升温速率5℃/min。氢氧化铝煅烧过程出现3个吸热峰,对应3个失重阶段:第一阶段反应机理函数为G(α)=[(1-α)^(-1/3)-1]^2,反应平均活化能为91.16 kJ/mol,指前因子17.00×10^(9)~44.03×10^(9)min^(-1);第二阶段反应机理函数为G(α)=α~2,反应平均活化能为106.2 kJ/mol,指前因子7.70×10^(9)~18.60×10^(9)min^(-1);第三阶段反应机理函数为G(α)=α~(1/4),反应平均活化能为235.42 kJ/mol,指前因子39.94×10^(9)~50.79×10^(9)min^(-1)。

ρ-Al_(2)O_(3)复合铝酸钙水泥烧结助剂对多孔碳化硅陶瓷性能的影响

为了提高多孔碳化硅陶瓷的性能,以绿碳化硅为主原料,石墨为造孔剂,用铝酸钙水泥(CAC)和水合氧化铝(ρ-Al_(2)O_(3))配制成复合烧结助剂(ρ-Al_(2)O_(3)-CAC),经1450℃保温3 h,制备多孔碳化硅陶瓷。研究了ρ-Al_(2)O_(3)-CAC加入量(加入质量分数为2.5%~20%)对多孔碳化硅陶瓷物相组成、显微结构和性能的影响。结果表明:1)ρ-Al_(2)O_(3)-CAC能促进碳化硅的氧化,并与碳化硅氧化生成的SiO_(2)发生原位反应,形成玻璃-莫来石复相结合,同时还在结合相中引入气泡,气泡会随ρ-Al_(2)O_(3)-CAC加入量的增加而长大;2)当ρ-Al_(2)O_(3)-CAC的加入量为12.5%(w)时,制得的多孔碳化硅陶瓷综合性能最佳,其显气孔率为39.1%,室温弯曲强度为39.3 MPa,透气度为26.74 m^(3)·h^(-1)·kPa^(-1)·m^(-2),抗热震性最优。

载体颗粒尺寸对Pd/γ-Al_(2)O_(3)催化氧化苯甲醇性能影响

为了探究载体粒径尺寸对Pd/γ-Al_(2)O_(3)催化性能的影响,分别以微米级γ-Al_(2)O_(3)-V和纳米级γ-Al_(2)O_(3)-N为载体,通过浸渍法负载活性组分Pd,然后将制备的Pd/γ-Al_(2)O_(3)用于苯甲醇无溶剂催化氧化研究。实验结果表明:在苯甲醇催化氧化反应过程中,γ-Al_(2)O_(3)的颗粒尺寸对Pd基催化剂的催化活性具有显著影响,相较于Pd/γ-Al_(2)O_(3)-V(Ea=127.4 kJ/mol),载体颗粒尺寸更小的Pd/γ-Al_(2)O_(3)-N(Ea=82.1 kJ/mol)具有更低的反应活化能,从而具有更高的催化活性。通过X射线衍射(XRD)、N_(2)物理吸附(N_(2)-BET)、电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)、透射电子显微镜(TEM)和X射线光电子能谱(XPS)分析,发现由载体差异引起的较小的Pd纳米颗粒尺寸、较大的孔容和孔径及表面较为丰富的Pd^(0)物种是纳米级Pd/γ-Al_(2)O_(3)-N取得优异催化性能的关键。

固体酸SO_(4)^(2-)-/ZrO_(2)-γ-Al_(2)O_(3)的制备及其催化合成癸二酸二辛酯的研究

本研究采用沉淀-浸渍法制备了SO_(4)^(2-)/ZrO_(2)-γ-Al_(2)O_(3)固体酸催化剂,以癸二酸和异辛醇的酯化反应为探针反应,确定了SO_(4)^(2-)/ZrO_(2)-γ-Al_(2)O_(3)固体酸催化剂的最佳制备条件。实验分别考察了焙烧温度、焙烧时间、硫酸浸渍浓度、硫酸浸渍时间、陈化温度对催化活性的影响,并进一步考察了催化剂的循环使用性能。结果表明:焙烧温度为600℃、焙烧时间为5 h、硫酸浸渍浓度为0.6 mol/L、硫酸浸渍时间为9 h、陈化温度为-20℃时,制备出的SO_(4)^(2-)/ZrO_(2)-γ-Al_(2)O_(3)固体酸催化剂具有较好的催化活性,癸二酸的酯化率可以达到99.66%,催化剂循环使用5次后,酯化率降至90.54%。

水热老化pH值对薄水铝石及γ-Al_(2)O_(3)物化性质影响规律

采用XRD、BET、TG-DTA及TEM研究了烷氧基铝水解所得氢氧化铝浆液水热老化过程中pH值及HNO_(3)加入量对所得薄水铝石及γ-Al_(2)O_(3)比表面积、孔结构、微观形貌及热稳定性等物化性质的影响。结果表明:水热老化过程中,氢氧化铝浆液的pH值是影响薄水铝石晶粒生长方式的关键因素。酸性条件下老化时,薄水铝石的晶粒呈变形的六边形状,(010)和(101)面占总面积的比例下降,(100)面比例增加;碱性条件下,所得薄水铝石的晶粒形貌为规整的菱形片状,主要暴露(010)和(101)晶面。进一步研究表明,HNO_(3)加入量对产物的孔结构具有显著影响。具体而言:酸性条件下水热老化时,随着H+/Al3+摩尔比的提高,氢氧化铝的胶溶程度增加,晶粒聚集体被分散,晶粒尺寸降低,所得薄水铝石物理吸附水含量增加,NO-3分解温度降低,相应γ-Al_(2)O_(3)的孔径分布集中性增加,比表面积则呈现先增加后降低的趋势。该研究结果为γ-Al_(2)O_(3)物化性质的灵活调控提供了理论基础。