水污染治理K_(2)CO_(3)-尿素活化毛竹制备分级多孔炭及其对RhB的吸附作用

以毛竹粉为原料,低腐蚀性K_(2)CO_(3)和尿素作为活化剂,制备毛竹基活性炭(PAC),分别利用SEM和N_(2)物理吸附仪(Autosorb-iQ)表征活性炭的表面形态和微观孔结构特点,研究不同p H值、时间和PAC用量等因素对PAC吸附RhB性能的影响,并分析其吸附规律。结果表明,当毛竹粉、K_(2)CO_(3)和尿素的质量比为4∶2∶1,热解温度为600℃,活化时间为60 min时,PAC具有微-介孔共存、高比表面积(2 554.85 m^(2)/g)和总孔容大(0.98cm^(3)/g)的特点。PAC对Rh B表现出良好的吸附效果,45℃时最大静态平衡吸附量达到707.29mg/g,且准二级动力学模型对PAC吸附RhB具有更好的拟合性,即吸附过程以化学吸附为速度控制步骤;吸附等温线试验则表明,Langmuir和Freundlic这2种模型与吸附过程均有较高的拟合度,但Langmuir模型的R^(2)更接近1,属于以单层吸附为主同时存在非均匀多层吸附的行为;热力学结果分析表明,PAC对RhB吸附过程的△G°<0,△H°>0,△S°>0,说明吸附行为是自发进行,且以化学吸附为主。

K_(2)CO_(3)-水蒸气催化活化制备兰炭基活性炭的实验研究

选取粒度小于6mm的低价值兰炭末,以K_(2)CO_(3)为催化剂,采用溶液浸渍-水蒸气高温活化技术制备兰炭基活性炭,通过计算收率,碘吸附和亚甲基蓝吸附实验,低温N_(2)等温吸附/脱附实验以及扫描电子显微镜(SEM)表征活性炭孔结构特征,重点考察了催化剂溶液浓度、催化活化温度对孔隙结构的影响。研究表明,相比于常规水蒸气高温活化,K_(2)CO_(3)催化作用能缩短活化时间,活化30min已经十分充分。随着活化温度的上升和催化剂浓度的增加,亚甲基蓝吸附值先增大后减小,碘吸附值持续降低。当催化剂浓度为0.6mol·L^(-1),亚甲基蓝吸附值最高,为234.12mg·g^(-1)。催化活化过程的最佳温度是500℃,此时兰炭基活性炭比表面积和孔容积分别为579.32m^(2)·g^(-1)和0.309cm3·g^(-1),材料中孔和微孔均较为发达。用扫描电镜观察了催化活化制备的兰炭基活性炭的表面形貌,其已经没有规整且丰富孔隙形态,表面不再平整,整体杂乱无序,刻蚀痕迹明显。

K_(2)CO_(3)催化煤炭不完全气化联产高强度颗粒炭及富氢合成气研究

煤气化技术是煤炭清洁高效利用的重要技术。然而,煤气化过程气化碳转化率无法达到100%并产生大量废渣,而细渣中高含量且孔隙发达的残炭提取困难,使得大量堆积的细渣很难资源化利用。从细渣产生的源头出发,采用低灰煤圆柱状成型煤颗粒在K_(2)CO_(3)催化下进行不完全气化(在碳转化率达到70%~80%时终止气化)联产高性能活性炭及富氢合成气,并研究气化气体产物组分和所制备K掺杂活性炭AC-Kx的CO_(2)吸附性能及K对CO_(2)吸附性能的影响。结果表明:在纯水蒸气气氛下,外部热源供热气化终温950℃条件下,Kx催化不完全气化气体产物中H_(2)/CO体积分数比值在2.20~6.29,氢碳比f在1.37~2.32。与未掺杂钾的样品相比,K_(2)CO_(3)催化气体产物的氢碳比显著提高;气化后期产生的气体中CO和CO_(2)体积分数偏高,说明不完全气化及时终止气化反应可提升合成气的氢碳比,同时降低煤气化工艺的碳排放;当K_(2)CO_(3)掺配量为原料煤的5%时,所制备活性炭AC-K5的BET比表面积达到1051 m^(2)/g,亚甲基蓝吸附值达到215 mg/g,耐磨强度95.8%。在200℃中温条件下,AC-K5的CO_(2)吸附量较未掺杂活性炭提升1.63倍。通过K催化煤颗粒不完全气化在生产富氢合成气的同时可联产用于CO_(2)捕集的高强度颗粒炭,提升了煤催化气化的经济性。

K_(2)CO_(3)辅助钯催化C-H活化反应的理论研究

K_(2)CO_(3)是一种常见的碱金属碳酸盐,在有机合成中常被用作碱性添加剂,以加快过渡金属尤其是钯催化C-H活化反应的速率或提高反应产率。因此,研究K_(2)CO_(3)辅助的钯催化C-H活化反应成为近年来有机合成和理论计算领域的热点之一。本文对近十年来K_(2)CO_(3)辅助钯催化C-H活化反应的最新理论研究进展进行分类总结,重点对钯催化C-H活化反应的微观机理、K_(2)CO_(3)的作用机制等进行了深入探讨,并对该领域的发展前景进行展望。

K_(2)CO_(3)-CuZn/UiO-66材料制备及其烟气碳捕集与转化研究

采用溶剂热法制备UiO-66母体材料,然后采用浸渍法制备耦合材料,用K、Cu和Zn的盐溶液真空浸渍UiO-66后再还原,构筑K_(2)CO_(3)-CuZn/UiO-66耦合材料,实现活性组分和助剂的高分散负载,用于CO_(2)捕集与催化加氢合成甲醇研究。结果表明:K_(10)Cu_(5)Zn_(20)@UiO-66具有较大的比表面积(464 m^(2)/g)、较大的孔径(1.3 nm)和较大的孔体积(0.44 cm^(3)/g)。在一定反应条件下,浸渍法构筑的K_(2)CO_(3)-CuZn/UiO-66耦合材料,CO_(2)转化率为11.5%,甲醇选择性为74.2%的K_(15)Cu_(5)Zn_(20)@UiO-66,具有最高催化活性。

钙添加剂对Na_(2)CO_(3)催化高铝煤焦水蒸气气化反应性的影响

以孙家壕高铝煤为实验煤样,将煤样在800℃制成煤焦,采用热重分析仪(TGA)研究了钙添加剂对孙家壕煤焦Na_(2)CO_(3)催化水蒸气气化反应性的影响。结果表明:Ca(OH)_(2)对孙家壕煤焦水蒸气气化具有催化作用,在对孙家壕煤焦进行800℃Ca(OH)_(2)催化水蒸气气化时,Ca(OH)_(2)的负载量在15%(质量分数,下同)时达到饱和;通过比较Na_(2)CO_(3)和Ca(OH)_(2)对孙家壕煤焦800℃水蒸气气化的催化活性,发现Na_(2)CO_(3)的催化气化活性比Ca(OH)_(2)的催化气化活性大,负载5%Na_(2)CO_(3)和10%Ca(OH)_(2)的孙家壕焦的800℃水蒸气气化反应性相等;添加10%Ca(OH)_(2)添加剂可以使负载10%Na_(2)CO_(3)的孙家壕煤焦在700℃,750℃,800℃,850℃时的水蒸气气化反应性指数分别提高42.31%,77.60%,137.00%和153.00%,Ca(OH)_(2)对Na_(2)CO_(3)的催化气化活性的提高幅度随着温度升高而增大;尽管Ca(OH)_(2)的催化气化活性不如Na_(2)CO_(3),但添加Ca(OH)_(2)可以显著提高负载Na_(2)CO_(3)孙家壕煤焦的水蒸气气化反应性,Ca(OH)_(2)和Na_(2)CO_(3)催化剂在煤焦气化过程中存在协同作用,Ca(OH)_(2)通过抑制Na_(2)CO_(3)的失活作用,从而促进了Na_(2)CO_(3)对孙家壕煤焦水蒸气气化的催化作用。因此,钙添加剂能够提高负载Na_(2)CO_(3)的高铝煤焦的水蒸气气化反应性,钙添加剂对Na_(2)CO_(3)催化气化活性具有促进作用。

柠檬酸用量对浸渍法制备K_(2)CO_(3)/Al_(2)O_(3)吸附剂脱除CS_(2)性能的影响

以K_(2)CO_(3)/Al_(2)O_(3)吸附剂为载体,采用浸渍法制备不同含量柠檬酸改性的CA-K_(2)CO_(3)/Al_(2)O_(3)吸附剂,用于脱除C_(5)馏分油中CS_(2),利用N_(2)吸附-脱附、CO_(2)-TPD和FTIR等方法对不同含量柠檬酸改性的CA-K_(2)CO_(3)/Al_(2)O_(3)吸附剂进行表征。以C_(5)馏分油为原料,采用静态吸附法考察不同含量柠檬酸改性CA-K_(2)CO_(3)/Al_(2)O_(3)吸附剂对C_(5)馏分油中CS_(2)的脱除性能。实验结果表明,当柠檬酸含量为0.07g/mL时,脱硫性能最好,能够在1h内将C_(5)馏分油的硫含量由1200μg/mL降至375μg/mL;添加柠檬酸改性能够增大吸附剂的比表面积和孔体积,减小平均孔径,改变碱性强度,并改变活性组分—OH、—COO和—C=O在吸附剂表面的分布,有助于脱硫活性的提高。

活性炭改性对催化剂脱砷性能的影响

以K_(2)CO_(3)对活性炭进行化学改性,考察K_(2)CO_(3)加入量对活性炭比表面积、孔容及孔径等物化性质的影响。随K_(2)CO_(3)与活性炭质量比(碱炭比)的增大,活性炭的比表面积呈现先增加后减小的趋势。当碱炭比为6∶1时,活性炭比表面积由初始的653.3m^(2)/g上升至1333.6m^(2)/g。以小分子砷化物三乙胂和大分子砷化物三苯基胂为模型化合物,配制高砷催化裂化汽油,测定催化剂的砷容和脱砷效率。实验结果表明,改性后的催化剂具有丰富的中孔-大孔多级孔结构,表现出更加优异的脱砷性能:微孔保证催化剂具有大的比表面积,使得活性组分能够高效分散;中孔-大孔有利于液态石油烃介质的扩散,从而增大砷化物与活性相的作用,提高催化剂脱砷效率。

改性活性炭吸附烧结烟气中氮氧化物的研究

以煤质活性炭为原料,制备了碳酸钾(K_(2)CO_(3))改性活性炭,模拟烧结烟气条件,考察了其在有SO_(2)、CO_(2)和O_(2)条件下的NO_(x)吸附效果。试验表明:0.65 mol/L K_(2)CO_(3)改性活性炭的NO_(x)吸附量最高,120℃时NO_(x)吸附量可达15.17 mg/g,较原样提高了20倍以上;随着吸附温度的升高,NO_(x)饱和吸附量有所下降,稳定在13.70~13.97 mg/g;由于SO_(2)吸附后生成稳定硫酸盐难以脱除,影响了活性炭的加热再生效果。该吸附剂适用于移动床吸附处理烧结烟气。