基于碳化钼材料CO_(2)加氢制备高附加值化学品的热催化研究进展

CO_(2)加氢对于CO_(2)转化制备高附加值化学品和燃料以实现二氧化碳利用及能源储存至关重要。CO_(2)加氢包括甲烷化、逆水煤气变换、甲醇化和CO_(2)直接费托合成等。碳化钼,尤其是其二维材料,由于其低成本和良好的性能而备受关注。在CO_(2)加氢反应中,由于碳的渗入,导致晶格膨胀以及价电子增加,碳化钼基催化剂展现出了类似于贵金属催化剂的性质。碳化钼可以通过程序升温渗碳法、选择性蚀刻法、机械合金合成法、化学气相沉积法、原位热渗碳法以及溶液相合成法等来制备。到目前为止,学者已经对基于碳化钼的材料的CO_(2)转化进行大量研究,这些材料具有良好的CO_(2)转化活性和对目标产物的选择性。碳化钼材料的催化性能可以通过调节碳化钼中的C/Mo比、在碳化钼与负载金属之间建立强的金属-载体相互作用以及调整材料的界面结构来实现。然而,基于碳化钼的热催化CO_(2)转化仍处于初级阶段。本文综述基于碳化钼的热催化CO_(2)加氢制备高附加值化学品和燃料的研究进展,并分析其面临的挑战和机遇。

低阶煤热解挥发分热催化重整研究进展

低阶煤清洁高效利用是我国的重大战略需求之一。在煤热转化技术中,煤热解挥发分催化重整可将复杂热解产品定向轻质化制备化学品,具有广泛应用前景。改变工艺条件是提高热解转化率和产品收率的重要手段,优化反应器设计以及开发高活性和稳定性催化剂是该技术发展的重要方向。本文首先介绍了低阶煤及其挥发分的催化重整方式,在此基础上综述了温度、气氛、停留时间等反应条件的影响以及固定床和流化床反应器应用的策略和挑战,然后对金属类、炭基和沸石类催化剂的后处理及原位控制等改性方法与作用原理进行了分析,阐述了热解挥发分的催化裂解机理。此外,指出了煤热解挥发分催化重整技术在工业化生产中的瓶颈,明确了挥发分中低碳烃类与大分子化合物的催化转化路径对煤热解过程中二次反应定向调控的关键作用,深入探究了催化剂中酸催化质子化作用对催化剂失活机制的影响。

CO_(2)热催化加氢合成甲醇催化剂的研究进展

CO_(2)作为原料制备甲醇是一种极具前景的碳减排技术,但其工业化仍面临许多挑战。CO_(2)具有很强的化学惰性,在反应过程需要利用活性金属使催化剂具备较强的活化CO_(2)的能力以及适宜的加氢性能。本文致力于介绍目前CO_(2)热催化转化为甲醇的反应机理,总结了CO_(2)热催化加氢制备甲醇的过渡金属基、贵金属基催化剂的研究进展,并对未来研究方向进行了展望。

光致热催化还原CO_(2)研究进展

基于光热催化在CO_(2)还原及制备碳氢燃料方面的优势,重点介绍了光热催化分类中的光致热催化还原CO_(2)反应,包括其反应机理、近期进展、应用及催化剂分类。同时,从强化光反应、热反应、表面反应不同方面对光致热催化还原CO_(2)反应的性能提升策略进行了归纳分析。该反应可将CO_(2)和H_(2)O催化生成C1、C2产物,光照下催化剂表面局部温度的升高有利于增强光致热催化CO_(2)还原反应速率。最后,对该方向存在的问题进行了深入分析,提出了未来主要研究方向的建议。

基于单原子催化剂的光热催化转化:原理和应用

在以碳中和为目标的全球共识下,太阳能作为一种取之不竭用之不尽的绿色环保能源被认为是替代传统化石燃料最有潜力的方式。在各种太阳能转换技术中,光热催化不仅可以最大化利用太阳能,在光场和热场双重驱动力作用下,还可以显著提升化学反应速率,引起广泛的研究兴趣。以孤立的单个原子均匀分散在载体上形成的单原子催化剂具有100%原子利用率、优异的催化活性、热稳定性等优势。因此,将单原子催化剂应用于光热催化开始受到越来越多的关注。本综述介绍了光催化、热催化和光热催化的基本原理和特征,同时列举一些典型的例子。随后以不同载体作为分类标准,总结了单原子光热催化应用的前沿研究进展。最后,提出了该催化体系所面临的挑战和未来的发展方向。本文旨在全面了解单原子催化剂在太阳能驱动光热催化领域的研究现状并为未来发展提供可行的建议。

高活性Co_(3)O_(4)/Fe_(3)O_(4)复合纳米材料的制备及其热催化性能研究

采用溶胶凝胶和高温煅烧相结合的方法制备了Co_(3)O_(4)/Fe_(3)O_(4)复合纳米材料,通过调节前驱体中Co(NO_(3))_(2)•6H_(2)O和Fe(NO_(3))_(3)•9H_(2)O的浓度可以调节Co_(3)O_(4)/Fe_(3)O_(4)中两组分的含量,通过改变煅烧温度可以改变Co_(3)O_(4)/Fe_(3)O_(4)的晶粒尺寸。利用XRD、SEM、XPS和N_(2)吸附脱附等测试技术对Co_(3)O_(4)/Fe_(3)O_(4)复合材料的物相、形貌和结构进行了表征。热催化结果表明:随着Fe_(3)O_(4)与Co_(3)O_(4)摩尔比的增加,Co_(3)O_(4)/Fe_(3)O_(4)复合材料热催化降解异丙醇(IPA)的活性不断增强,当Fe_(3)O_(4)与Co_(3)O_(4)的摩尔比为0.5∶1且煅烧温度达到500℃时,复合材料表现出最高的热催化活性和较好的稳定性。形成的Co_(3)O_(4)/Fe_(3)O_(4)异质结在热催化氧化还原反应中促进了电子和空穴的分离,并且在材料表面生成了•O_(2)^(-)自由基,可进一步与IPA发生氧化反应,最终实现IPA的高效降解。

热催化还原二氧化碳制甲烷催化剂研究进展

二氧化碳(CO_(2))作为一种生产高价值燃料和化学品的可再生碳源,将其催化转化为工业相关的化学品是减少温室气体排放的一项战略。近年来的研究表明,热催化CO_(2)加氢制备甲烷技术因副产物少、转化率高、成本较低等优点,成为最具有吸引力的选择。催化剂的研究是这项技术的关键。结合近年来热催化技术催化CO_(2)甲烷化常见的催化材料的发展现状,从催化剂的研究视角出发,从载体、负载金属等方面分析其对催化剂的活性和选择性的影响;系统介绍粒径、比表面积、负载量、碱性位点、氧空位、分散度等对CO_(2)甲烷化的影响;简述甲烷化反应路径及反应过程中产生的中间体。最终提出未来CO_(2)甲烷化的主要研究方向,以期为热催化技术的研究提供参考和借鉴。

VOCs热催化氧化技术中整体式催化剂的研究进展

热催化氧化法是目前最具发展前景的挥发性有机化合物(VOCs)处理技术之一。其中作为技术核心的整体式催化剂具有优异的传质、传热性能和热稳定性,因而备受关注。本文梳理了不同类型整体式催化剂的研究现状,展望了其发展趋势。指出:开发低成本、高抗水性和高抗毒性的整体式催化剂是其未来的发展方向;如何维持催化剂的再生循环性能,提高催化剂的使用寿命,也是整体式催化剂发展过程中迫切需要解决的重要问题。

热催化和光热复合催化百叶型Trombe墙实验性能探究

Trombe墙是一种应用广泛的太阳能被动采暖结构,但依然存在夏季过热、冬季室内污染物易积累等问题。热催化净化技术是在热的作用下降解室内污染物的绿色净化技术,太阳能光热复合催化技术在热催化的基础上耦合光催化技术,不仅能同时利用光能和热能驱动净化反应,还可产生协同效应来提高反应效率。基于此,将热催化剂和光热复合催化分别应用于Trombe墙,学者们提出净化百叶型Trombe墙,冬季实现采暖和甲醛净化,夏季实现净化的同时,能够将太阳辐射反射到室外,缓解室内过热。分别比较了基于热催化和光热复合催化技术的百叶型通风墙的热性能和甲醛降解性能。搭建了光热催化百叶型Trombe墙和实验测试系统,在实际工况下分别测试了热催化和光热复合催化技术的百叶型通风墙的热性能和甲醛降解性能。研究结果表明,光热催化百叶型Trombe墙与热催化百叶型Trombe墙都具有较好的采暖性能与甲醛净化性能,前者的甲醛净化性能更好,后者具有较高的采暖性能;在11月份,当百叶翻转角度为45°时,光热催化百叶型Trombe墙的热效率和甲醛降解性能最佳。

地下水热催化裂化降粘开采稠油新技术研究

针对辽河油田的 3种稠油 ,筛选出了一种合适的水热裂解催化剂 (过渡金属盐 ) ,确定了水热裂解的最佳条件。在 0 .2 %该催化剂存在下 ,3种稠油样在 2 40℃经水热裂解反应 2 4h后 ,5 0℃粘度分别下降 89.9%— 77.7% ,饱和烃和芳香烃含量大幅上升 ,胶质、沥青质含量下降 ,烃碳数分布移向低碳数方向 ,产生大量气体和少量固体。在辽河油田曙光采油厂 3口蒸汽吞吐井进行的地下稠油催化水热裂解降粘开采现场试验获得成功 ,采出的稠油粘度大幅度降低。

光、微波、热催化氧化效果的比较

在微波催化和热催化比较中,采用相同的加热功率,处理100mL质量浓度为1g/L的甲基橙,试验条件为1g催化剂,1mL质量分数为30%的H2O2,0.07gFeSO4·7H2O,加热18min,微波催化对甲基橙的COD去除率达到90.1%,而热催化对甲基橙的COD去除率只有73.5%,微波催化明显优于热催化。在微波催化和光催化比较中,在相似的实验条件下,微波催化对低浓度甲基橙加热3min,色度去除率达到近100%,而用光催化要30min才能使去除率达到100%,微波催化明显优于光催化。经过Fe-C预处理,再经过微波催化,染料、炼焦、炼油、餐饮废水处理后主要污染物指标COD达到国家二级排放标准。

热催化气体传感器的特性分析及其设计原则

热催化气体传感器的输出受诸多因素的影响,从理论上分析其输出特性有助于传感器的优化设计和性能评估。从一个热催化气体传感器的典型结构和热催化气体敏感机理出发,应用热平衡方程和热敏电阻的电阻温度关系推导了传感器输出与被测气体浓度、催化反应速度、工作温度以及传感器结构尺寸等之间的定量关系。从推导过程中的诸多假设,得出了热催化气体传感器设计时应遵循的一般原则。

生物─热催化过渡带油气关系

本文在辽河盆地原油和天然气之间碳氢同位素关系研究的基础上，系统地研究了中国生物─热催化过渡带油气的地球化学特征，特别是它们之间同位素组成关系，划分出油气的不同组合类型，从而证明生物─热催化过渡带油气的自生自储特征，认为过渡带是油气形成聚集的重要垂向演化层段。同时为完善烃类形成的多源复合和多阶连续提供了佐证。

论生物-热催化过渡带气

系统介绍了生物热催化过渡带气理论的提出、发展及研究现状。在沉积盆地中介于生物化学作用带与热解作用带之间、生物化学作用趋于结束、热解作用还未大规模成烃的特定层段,有机质在各种外生营力作用下形成的以甲烷为主的烃类气体即为生物热催化过渡带气,其相应深度为1500～2500m乃至3000m,δ13C1值为-60‰～-45‰,Ro值为0.3%～0.6%。从盆地构造背景、沉积成岩特征及过渡带有机质组成、早期演化、成烃过程、有机质在黏土矿物催化和构造运动引起的力化学作用下经脱基团和缩聚作用等化学反应的方面,综述了过渡带气成烃机制和成烃模式。阐述其地球化学特征,根据δ13C1与C1/(C1—C5)的关系,把过渡带气分为4类①低演化和运移的过渡带气;②典型过渡带气;③残留过渡带气;④生物改造或复合源过渡带气。确立了判识过渡带气的地质和地球化学标志,并分析了我国不同类型含油气盆地过渡带气的资源远景。

生物-热催化过渡带气及其综合判识标志

生物－热催化过渡带气及其综合判识标志刘文汇徐永昌雷怀彦（中国科学院兰州地质研究所，兰州７３００００）关键词生物－热催化过渡带气同位素组成判识标志地球化学特征有机质成烃演化通过对中国陆相沉积盆地天然气成因体系和气体地球化学特征的系统研究，徐永昌等［１］...

钙类质同像置换对钙钛矿型La1-xCaxCoO3热催化氧化甲苯性能的制约机制

挥发性有机物(VOCs)是大气光化学臭氧(O3)和细颗粒物(PM2.5)的重要前驱体,其有效减排是治理大气污染的重要环节。钙钛矿型复合氧化物具有催化氧化活性好、化学组成可控、热稳定性高等优点,在热催化氧化VOCs中具有较好的前景。本研究采用溶胶-凝胶法合成不同钙置换量的钙钛矿型钴酸镧(La1-xCaxCoO3),并以甲苯作为目标VOC,考查钙置换对钴酸镧(LaCoO3)热催化氧化甲苯性能的制约机制,结果表明,钙置换没有明显改变钴酸镧的晶体结构,但显著增强其热催化氧化活性。钙置换使钴酸镧颗粒尺寸减小,比表面积和堆积孔容增加,有利于减少气体扩散阻力。以甲苯降解率为50%所对应的温度(T50),以及反应温度为200℃时的比表面积标化CO2生成速率作为评价指标,系列样品的催化活性强弱为:LaCoO3(260℃,0.094μmolm-2s-1)<La0.9Ca0.1CoO3(232℃,0.114μmol m-2 s-1)<La0.7Ca0.3CoO3(225℃,0.118μmol m-2 s-1)<La0.8Ca0.2CoO3(212℃,0.135μmolm-2s-1)。随钙置换量增加,钴酸镧的单位比表面积催化活性呈现先增强后轻微减弱的趋势。系列样品的阳离子空位吸附氧密度未发生明显改变,但晶格氧释放速率显著提高,有利于催化氧化甲苯为CO2和H2O。随着钙置换量增加,晶格氧活性呈先增加后减少的趋势,从而导致催化活性也表现出类似的变化。

TiO_2多孔纳米固体对罗丹明B的热催化降解作用

以我们研制的体块TiO2 多孔纳米固体为原料 ,通过强制交换方法 ,将罗丹明B (RhB)组装进TiO2 多孔纳米固体的孔道中制备了TiO2 /RhB复合材料 ,用扫描电子显微镜、压汞仪、红外吸收光谱和可见吸收光谱等方法对样品进行了表征 .测试结果表明 ,TiO2 多孔纳米固体的比表面积为 60 6m2 /g ,主要孔径分布在 5～ 13nm很窄的范围内 .另外 ,我们从实验上观察到了TiO2 多孔纳米固体在无光照的情况下对RhB具有催化降解作用 ,而且交换时间、交换温度等因素对这种降解作用有明显的影响 .

纳米二氧化钛低温热催化降解聚乙烯薄膜的机理

以纳米二氧化钛(nano-TiO2)为热催化剂,与低密度聚乙烯(LDPE)熔融共混制备出LDPE/TiO2复合薄膜,并置于黑暗烘箱中低温(30~50℃)热老化。利用傅里叶变换红外光谱、热重分析、差示扫描量热法和扫描电子显微镜对复合薄膜的热降解行为进行了表征。结果表明,纯聚乙烯薄膜和聚乙烯复合薄膜在黑暗低温条件下也会发生热降解,且nano-TiO2填充量越大,温度越高,热降解效果越明显。nano-TiO2填充量为5%的复合薄膜在50℃热老化90 d后,复合薄膜中出现羰基和羧基,聚乙烯分子支链减少且生成了小相对分子质量的物质,复合薄膜的热分解温度T5%从473.5℃降低到433.8℃,结晶度从33.1%升高到35.3%,薄膜表面也变得凹凸不平。

CeO_(2)/CuFe_(2)O_(4)氧载体CH_(4)化学链重整耦合CO_(2)热催化还原研究

CH_(4)化学链重整耦合CO_(2)热催化还原,既能灵活调控所制备合成气的H_(2)/CO比,又能实现两种温室气体的高值化利用,具有极大的应用前景。采用溶胶-凝胶燃烧合成法制备不同质量掺杂比的CeO_(2)/CuFe_(2)O_(4)氧载体,在自制多功能固定床反应器中,系统考察了改性氧载体与CH_(4)部分氧化以及还原氧载体对CO_(2)的热催化还原性能,并通过连续氧化还原实验发现,与单一氧化物组分相比,CeO_(2)掺杂强化的CuFe_(2)O_(4)复合氧载体对CH_(4)和CO_(2)具有更高的反应活性。其中30%CeO_(2)掺杂量的混合氧载体具有最高的CH_(4)转化率,且在多次氧化还原循环反应中保持较高且稳定的CO_(2)转化率,表明其良好的反应性能和循环稳定性。

新工科背景下大学生科研创新训练的探索实践——多孔钴酸锌的快速合成及其对高氯酸铵的热催化性能研究

通过以多孔钴酸锌的快速合成及其对高氯酸铵的热催化性能研究的大学生科研创新训练项目,从催化剂材料的设计合成,结构表征,对AP热催化分解催化性能和催化机理等多方面进行探索和实践。结果表明,科研创新训练项目可以使学生在文献查阅,独立思考,创新能力,实践能力,论文撰写等方面得到系统的锻炼和提高。