脱水耦合逆水气变换制一氧化碳过程研究

逆水气变换制是CO为CO_(2)加氢二步法合成甲醇过程中的第一步。本文在逆水气变换反应过程引入脱水耦合反应,突破该反应在低温下的平衡限制。本文考察了脱水剂性能、脱水剂含量、H2与CO进料比等对该反应的影响,证明添加20%的脱水剂即可至少提高商用催化剂低温(220~330℃)活性4~5倍,并获得远超平衡限制的CO_(2)转化率。

热化学反应工程科学与技术发展与展望

“热”诱发、“热”驱动的热化学反应是人类最早认识的化学反应,占据工业化学反应的绝大部分,是能源转化、资源加工、循环经济等的重要反应,涉及发电、供热、冶金、建材、废物消纳等重大工业行业,这些行业是与人类活动相关的CO_(2)排放源的主体,在总碳排放中占比90%以上。在“双碳”目标下,热化学反应科学和技术的创新发展凸显更加特殊和重要的作用,其重要内容之一就是“支撑热化学反应工程化”的科学与技术,即“热化学反应工程”。针对“热”诱导、“热”驱动的化学反应,本文深入归纳和分析其相关科学和技术从古至今的发展特点,凝练形成了五个具有不同科学与技术特点的典型发展时期。总结典型热化学反应相关行业的重要科学与技术的发展及其对社会进步的贡献和影响,阐明“双碳”战略背景下“热化学反应工程”的科技创新机遇和贡献“碳中和”的潜力,揭示了通过碳减排、碳替代和碳循环的技术创新和应用推广,可有效推动我国各种“超级碳排放源”的碳排放强度和碳排放量的大幅降低,实现年60亿吨级二氧化碳的消减。

丙酰氯废液中和处置技术

为了降低酸度很高、腐蚀性很强的丙酰氯废液的处置难度,增加后端处置的安全和效率。先用去离子水稀释丙酰氯废液,而后采用质量分数为3%的NaOH溶液及Na_(2)CO_(3)、NaHCO_(3)共三种药剂进行中和反应,调节碱性药剂使用量,中和丙酰氯废液至中性。结合反应体系温度、pH、热值、酸雾产生情况和体系反应剧烈程度等多个指标,探究最优的中和药剂及反应条件。最优结果为:丙酰氯废液先稀释20倍,每1 g丙酰氯废液需使用2 g碳酸氢钠中和。废液中和后pH为7.0,反应体系有二氧化碳气体逸出,无温度变化,无酸雾产生,中和后废液热值为0。

磷肥副产氟硅酸制备六水合氟硅酸锌及其真空生产工艺研究

以磷肥副产氟硅酸和氧化锌为原料,通过中和反应制备得到六水合氟硅酸锌产品。为了探索工业制备六水合氟硅酸锌产品的最佳工艺条件,降低能耗并提高产品质量,系统性地研究了反应温度、反应时间、物料比等工艺参数及浓缩方式对产品含量和收率的影响。结果表明:在反应温度为30℃,反应时间为2 h,氧化锌与氟硅酸(以H2SiF4计)物质的量比为1∶1.2,浓缩方式为低温真空蒸发浓缩法(蒸发温度为45~55℃)的工艺条件下,参考企业标准(Q/KHQ 001-2016),可以制备得到六水合氟硅酸锌一等品,其质量分数为98.92%,收率为96.68%。

电荷极化光催化剂光转化二氧化碳制多碳化学品的研究进展

二氧化碳(CO_(2))光合成高附加值多碳化学品是缓解温室效应和能源危机的极具前景的绿色发展新技术。设计具有电荷极化活性位点的光催化剂能够有效降低C-C偶联反应能垒,进而提高光合成多碳化学品催化选择性和活性。本文综述了光催化CO_(2)还原制C_(2)化学品的相关研究,深入研究电荷不对称位点构筑的主要策略,阐明微观层面上电荷极化效应对C_(2)产物活性和选择性的影响机制,总结出极具前景的高效光催化剂的设计与开发思路,为光催化技术的实际应用提供重要的理论和实践指导。展望未来,应更加注重催化剂在原子层面上的精准调控,开发出更高效、更专一的多碳产物制备系统,助力能源产业结构的低碳转型。

新兴交叉学科“工程热化学”助力实现“碳中和”目标

我国90%以上的碳排放来自有机碳资源和碳酸盐矿物的利用,而这些资源在短期内无法替代。因此,应对“碳中和”挑战的最有效策略是减少这些热化学反应(热诱发/热驱动的化学反应)相关的“超级排放源”。工程热化学(Engineering thermochemistry,ETC)是一门新兴交叉学科,关注热化学反应及其工程化科学与技术。该文介绍了工程热化学的定义、科学内涵,回顾了工程热化学形成与发展的详细历程,根据其提供的科学方法和原理,分析了可指导且有效的大规模碳减排、碳替代、碳循环途径,展示了工程热化学减少数十亿吨碳排放的方法和依据。

3d过渡金属单原子掺杂石墨烯缺陷电催化还原CO_(2)的第一性原理研究

将CO_(2)高效转化为有价值的化学品(如CO和HCOOH等)是缓解环境问题、实现碳中和的重要措施。然而CO_(2)还原反应(CO_(2)RR)有着产物多样和路径复杂的特点,再加上目前难以确定影响CO_(2)RR活性的真正因素,使得设计对特定产物有高选择性和高活性的催化剂十分具有挑战性。本研究从第一性原理出发,系统研究了3d过渡金属单原子掺杂石墨烯单个空位(TM@CSV)和双空位(TM@CDV)电催化还原CO_(2)的潜力,具体涵盖基底的稳定性、中间产物热力学吸附以及与之竞争的析氢反应(HER)。通过对Sc,Ti,V,Cr,Mn,Fe,Co,Ni,Cu和Zn掺杂石墨烯缺陷后形成的20种催化剂进行筛选,发现Sc原子掺杂石墨烯单个空位的Sc@CSV和Sc、Ti原子掺杂石墨烯双空位的Sc@CDV和Ti@CDV同时具备吸附CO_(2)分子和抑制HER的能力。其中Sc@CDV对HCOOH表现出最佳的活性和选择性,速率决定步骤的吉布斯自由能差仅为0.96 eV。最后,通过电子结构分析进一步揭示了Sc@CDV优于其他催化剂的原因是Sc@CDV调整了费米能级附近的活性电子态,从而实现对CO_(2)的高效还原。

双碳背景下化学反应工程课程教学改革与探索

化学反应工程是高等院校化学工程与工艺专业课程体系中一门重要的专业核心基础课。在工程教育专业认证及新工科背景下,结合双碳战略目标,立足新时代、新机遇、新挑战,不断优化“化学反应工程”教学模式。从教学内容、教学设计与实施、教学评估等方面进行探索。以此为契机,导向性强化学生学习的积极性、提高学生解决实际实践工程问题的能力,以期促进化学工程与工艺专业教学体系的持久健康发展。

CFETR上高能量粒子输运初步模拟研究

为了研究CFETR上高能量粒子的行为,利用输运代码ONETWO模拟研究了聚变反应和高能量粒子的输运现象。在无中性束注入(NBI)条件下,高能量α粒子的密度是随时间逐渐减少的。在考虑NBI以后,α粒子密度有着较明显的下降。在束离子能量增加而NBI功率不变的情况下,α粒子密度除了在等离子体中心区域有一定的下降外,在其他区域几乎没有变化。在NBI功率增加而束离子能量不变的情况下,α粒子密度在等离子体中心区域有着明显的下降。

有机实验课程设计:三组分串联反应高效合成苯并噻吩衍生物

串联反应大大减少有机反应中间体分离提纯所需要的有机溶剂,可以缩短反应步骤,降低人力成本,符合当今时代发展问题所提出的“双碳”目标。目前,多组分串联反应在大学有机化学中普及程度不高,因此为了让本科生对绿色化学的观念理解的更加广泛,设计了一个适合在各高校推广的本科有机实验方案,以硫代靛红、溴代苯乙酮和哌啶为反应物,无需使用催化剂,在室温下三组分串联反应高效合成苯并噻吩类产物。通过TLC和硅胶层析柱对产物进行纯化,利用核磁共振波谱(NMR)和单晶衍射对产物进行结构确定,对反应机理进行推测。培养本科生综合实验的设计和完成能力,初步探索复杂反应机理的能力。

新型数字化实验系统在反应热测定中的应用研究

反应热及其测定是中学化学教学的重点和难点.选择典型的放热反应(NaOH+HCl,Mg+HCl,Zn+CuSO_(4))及吸热反应(NaHCO_(3)+HCl)体系为研究对象,利用本项目组自主研制的MXLab21先进数字化实验系统,以简易保温装置作为反应器,在无需对反应器吸热进行校正的情况下,实现了各类反应热的准确测量(相对误差小于4%).此数字化实验系统不但适用于热效应不同的放热和吸热反应体系,也适用于物态不同的固、液和气体参与的反应体系热效应的测定,且操作便捷,反应装置简单,测定时间短,能实时直观快速地呈现出溶液温度随时间变化的动态曲线,准确给出反应温度升高值(温升)或温度降低值(温降),适于中学化学的数字化课堂教学,对化学学科核心素养的培养具有重要价值.

造纸白泥中和钛白酸性废水的实验研究

本文主要通过实验介绍造纸白泥、钛白酸性废水及酸碱中和特点。实验以造纸白泥和石灰为中和剂,采用“造纸白泥+石灰”两段中和+曝气沉淀工艺处理钛白酸性废水,确定了中和过程最佳的中和时间、中和剂投加量及曝气时间。结果表明,该工艺技术是可行的,具有良好的经济效益和应用前景。优选工艺条件为:第一阶段,在100mL废水中加入3g造纸白泥,中和时间为15min,处理后废水pH为5.43;第二阶段,继续投加生石灰粉0.65g,中和10min,曝气30min,静置20min,最终得到pH为7.30的水质,各项指标均达到《污水综合排放标准》(GB 8978—1996)的二级排放要求。

中性环境下电催化析氧反应研究进展

清洁和可再生能源技术的发展被视为解决能源和环境问题的关键。电催化分解水过程中的析氧反应(OER)在太阳能和风能等间歇式能源存储方面发挥着关键作用。环境友好的中性环境下的OER受到了很大的关注,然而其电解水析氧效率远低于在碱性或酸性条件下电解水析氧效率。基于此,首先概括了目前研究者对中性环境下OER机理的认识;介绍了几种重要的原位跟踪OER电催化过程的表征技术,并概述了包括Co基、Ni基和Mn基等中性环境下的OER催化材料;最后,对促进中性环境下电催化分解水OER面临的挑战进行了总结,并提出了可能的解决策略。

P,Nd双掺杂MoNiO_(x)异质结电催化全解水性能研究

电解水制氢是减少二氧化碳排放,促进“碳达峰,碳中和”目标达成的有效方式。电催化剂是决定电解水效率的关键。本文合成了一种P和Nd双掺杂MoNiO x异质结构高效全解水催化剂(PMoNiNd)。研究表明:P和Nd可以调控MoNiO x的电子结构,从而优化了析氢反应和析氧反应中间体的吸附能,提高了催化剂的析氢析氧催化活性。在三电极体系下(1 mol/L KOH),所获得的此种催化剂在析氢和析氧反应中表现出较好的催化活性,在电流密度为10、100 mA/cm 2的条件下,分别所需的过电位仅为12.9、182.1 mV,107.7、328 mV。经全解水测试表明,该种催化剂具有优异的稳定性,在25 h连续稳定性测试中,电压没有明显增加,仅需1.58 V的槽压即可实现10 mA/cm^(2)的全解水反应,优于目前绝大多数全解水电催化剂的催化性能。

碳中和背景下天然气掺氢技术现状及展望

随着气候变化对环境保护的重视越来越高,各国纷纷进行碳中和的目标设定。在这样的政策背景下,天然气掺氢技术逐渐成为了一种清洁、环保的低碳技术。综述了天然气掺氢技术的现状和发展前景。掺氢技术主要涉及热解构反应、氢化反应和吸附剂膜等物质媒介吸氢反应等。虽然氢气在燃气领域存在技术成本、安全性、氢气来源等问题,但未来仍可通过技术创新、产业链完善以及政策支持等多种手段推动天然气掺氢技术不断发展和应用,实现能源的可再生及碳排放的减少,助推碳中和背景下能源革命的进程。

ASA施胶在高化机浆配比文化纸生产中的应用

简要介绍了A SA的反应过程,探讨了影响A SA施胶的影响因素,尤其是在高化学机械浆配比文化纸生产中的应用。对温度、p H值等关键因素在生产实践中进行了优化,包括用量比较及对ASA水解物的处理进行了研究。

用生产钛白的副产物绿矾处理含铬废水

处理含铬废水的方法较多,但效果不太理想。以生产钛白的副产物绿矾作为还原剂,通过氧化还原、中和沉淀、分离等步骤处理含铬废水,研究了绿矾处理含铬废水的工艺条件。结果表明,按铁铬比20、氧化还原反应的pH值3.5～4.0、氧化还原时间15～20min和中和反应的pH值6.5、中和反应时间10～15min的工艺条件,对含Cr6+35mg/L左右的废水进行处理,铬的去除率达到97.4%以上,处理后的水样中Cr6+含量小于0.50mg/L、总铬含量小于1.0mg/L,达到国家排放标准。

基于APSO的非线性预测控制及在pH中和反应中的应用

提出一种基于自适应粒子群优化的预测控制算法,得益于APSO的全局最优和快速收敛的特点,可以有效地克服常规优化算法的不足。将此算法应用于中和反应过程的pH值控制中,仿真结果显示了该方法的有效性。

对苯二甲酸镁作为钠离子电池的有机负极材料

报道了对苯二甲酸镁作为钠离子电池负极材料的研究.以对苯二甲酸和氢氧化镁为原料,采用酸碱中和反应制备了含结晶水的对苯二甲酸镁(MgC8H4O4·2H2O),该材料对钠离子电池表现出了较好的电化学活性、优异的倍率性能以及良好的循环稳定性.在0.5C(1C=300 mA·g-1)倍率下循环50周以后,可逆容量由114mAh·g-1降至95 mAh·g-1,容量保持率高达83%;在2C的倍率下有高达90 mAh·g-1的可逆比容量.另外,在氮气气氛中,400℃进行后续热处理得到了不含结晶水的对苯二甲酸镁(MgC8H4O4),探讨了结晶水对其电化学性能的影响.结果表明,MgC8H4O4·2H2O的比容量、倍率性能以及循环稳定性都明显优于不含结晶水的对苯二甲酸镁.

超声波对亚硫酸与氢氧化钙中和反应的影响

研究了不同超声作用方式和功率对亚硫酸与氢氧化钙中和反应的影响。实验结果表明,一定超声功率可以缩短亚硫酸钙成核时间,提高中和反应速度,能有效的降低溶液中Ca2+和SO32-的残留量。为研究超声强化蔗汁硫薰中和反应提供参考。