Mg在CO_(2)/Ar混合气体中的双反应区燃烧模型研究

Mg粉/CO_(2)是实现火星探测原位资源利用的理想推进剂。针对Mg颗粒在含CO_(2)混合大气中燃烧,基于火焰层假设,建立了Mg在CO_(2)/Ar混合气体中的双反应区燃烧模型,分析了Mg在CO_(2)/Ar燃烧过程中各组分质量分数、各组分流量、颗粒和火焰层的温度分布,研究了环境压强、CO_(2)质量分数、环境温度和颗粒粒径对燃烧特性的影响。结果表明:环境压强增大,颗粒温度增大、火焰层温度变化不大。在环境压强低于20 kPa时,火焰层半径随环境压强升高快速增大,颗粒燃烧时间随环境压强升高快速变短,随后都基本保持不变;CO_(2)质量分数增大,颗粒温度与火焰层温度升高、火焰层半径减小、颗粒燃烧时间缩短;环境温度增大,颗粒温度变化不大、火焰层温度升高、火焰层半径减小、颗粒燃烧时间延长;颗粒粒径增大,颗粒温度与火焰层半径变化不大、火焰层温度降低、颗粒燃烧时间延长。

Cu/Mg比对Cu/Mg-MOF-74的CO_(2)吸附性能的影响

Cu/Mg-MOF-74具有比表面积高、微孔结构和碱金属活性位点可调、CO_(2)吸附性能及光催化活性优良等优点,但其Cu与Mg物质的量比(简称:Cu/Mg比)对烟气中CO_(2)吸附选择性影响机制尚不清晰。本研究采用溶剂热法合成了不同Cu/Mg比的Cu/Mg-MOF-74,表征了其CO_(2)光催化性能、CO_(2)和N_(2)吸附量及孔结构,计算了Cu/Mg-MOF-74的CO_(2)吸附选择性,并分析了Cu/Mg比对吸附量、选择性影响机制。结果表明:随着Cu/Mg比减小,Cu/Mg-MOF-74光催化CO_(2)还原为CO和H_(2)的活性先增后减,当Cu/Mg比为0.6/0.4时,其光催化还原CO和H_(2)产率最大,分别为10.65和5.41μmol·h^(-1)·g^(-1)cat(1 MPa,150℃);随着Cu/Mg比减小,CO_(2)、N_(2)在Cu/Mg-MOF-74上的吸附量增加,且CO_(2)吸附量增加显著,当Cu/Mg比为0.1/0.9时,其CO_(2)、N_(2)吸附量最大,分别为9.21、1.49 mmol·g^(-1)(273.15 K,100 kPa);随着Cu/Mg比减小,Cu/Mg-MOF-74的微孔(d1≥0.7 nm)、超微孔(d2<0.7 nm)的面积、体积均增加,当Cu/Mg比为0.22/0.78时,其微孔、超微孔的面积、体积均大于Mg-MOF-74;其选择性随Cu/Mg比减小和CO_(2)浓度增大而改善。CO_(2)在Cu/Mg-MOF-74上的吸附作用包括微孔填充和Mg^(2+)化学吸附,微孔体积是影响其吸附性能的关键。调整Cu/Mg比可调控Cu/Mg-MOF-74的孔结构、CO_(2)吸附量和选择性。

改性赤泥吸附剂吸附低浓度CO_(2)研究

以赤泥(RM)为原料,采用酸碱预处理方法制备了介孔赤泥材料(MRM),并以其为载体,利用浸渍法负载MgO以期增加碱性活性位点,通过BET,XRF,XRD,CO_(2)-TPD等手段对其结构和组成成分进行表征分析.研究表明,MRM的比表面积较RM提高了约28倍,孔结构丰富,物相组成分析表明以赤铁矿为主.负载MgO后,孔结构被堵塞,其比表面积和孔容随着Mg负载量的增加而减小,对5%MgO/MRM吸附剂通过XRD检测结果未发现MgO,表明Mg在吸附剂中分散性较好.当吸附温度为30℃,酸碱预处理赤泥的CO_(2)吸附容量为1.54mg/g,而5%MgO/MRM的吸附容量为2.26mg/g,说明负载MgO后,碱性活性位点数量明显增加,化学吸附作用增强,随着温度的升高,吸附容量逐渐降低.CO_(2)-TPD测试结果表明,MRM和5%MgO/MRM均以化学吸附为主,主要形成碳酸盐和碳酸氢盐结构.

镁掺杂氢化二氧化钛光催化还原CO_(2)协同降解PET

通过将镁粉和二氧化钛纳米粒子的混合物于氢气气氛中,550℃煅烧得到镁离子掺杂的氢化二氧化钛(MHTO-550)催化剂.Mg 2+掺杂及表面丰富的缺陷不仅增强CO_(2)在MHTO-550表面的吸附,而且促进光生电子-空穴对的有效分离.因而MHTO-550表现出明显优于纯锐钛矿型TiO_(2)的光催化活性.在2 mol/L KOH溶液中,MHTO-550催化还原CO_(2)至CO的产率为纯TiO_(2)的2.9倍.此外,工业用聚对苯二甲酸乙二醇酯粉末(PET)的协同氧化进一步促进光生载流子的分离,当PET用量为1.0 g时,CO的生成速率增至126.0μmoL·g^(-1)·h^(-1),是未添加PET体系中的22.7倍.同时,1H-NMR谱显示PET的氧化产物主要为乙二醛、乙醛酸、乙酸等有机物.

二次进气对Mg/CO_(2)粉末火箭发动机性能影响的数值研究

为了提高Mg/CO_(2)粉末火箭发动机的燃烧效率,在一次进气结构发动机基础上增设CO_(2)的二次进气,增强Mg粉与CO_(2)的掺混率,采用数值模拟的方法对比了一次进气和二次进气结构的发动机燃烧特性,以及二次进气喷注速度及预燃段长径比对燃烧室燃烧流动特性的影响。结果表明:二次进气结构相对于一次进气发动机结构延长了Mg颗粒在燃烧室内滞留时间,增强了燃烧室内湍流强度,使得气固掺混程度增加,从而提高粉末火箭发动机的燃烧效率;当二次进气喷注速度在6.5~39.9m/s内时,喷注速度越快,燃烧效率越高,喷注速度为39.9m/s时的燃烧效率最高,为82.8%;当预燃段长径比L/D<0.8时,发动机燃烧火焰失稳;当预燃段L/D>0.8时,L/D越小,燃烧效率越高,L/D取0.8时的燃烧效率最高,为84.1%。

配位竞争策略制备的两个镁基金属有机骨架及其选择性CO_(2)捕集

利用配位竞争策略制备了2个镁基金属有机骨架(MOFs)。在酸性条件下,镁离子与N,N-二甲基甲酰胺(DMF)热分解产生的甲酸原位反应得到三维甲酸镁MOF:[Mg_(3)(HCO_(2))6]·DMF(1)。在相同条件下,当加入竞争配体1,1′∶3′,1″-三联苯-3,3″,5,5″-四甲酸(H4L)后,甲酸不再参与配位,得到新的三维镁基MOF:[Mg_(2)(L)(H_(2)O)_(3)]·2H_(2)O·2CH_(3)CN·DMF(2)。单晶X射线分析表明,MOF 1具有[Mg_(4)@Mg2]四面体建筑块,它们形成dia拓扑网络并有一个孔径为0.44 nm的一维孔道。而MOF 2具有独特的[Mg_(2)]双核簇,与4-连接配体L^(4-)配位后,形成sra拓扑网络且沿a轴方向存在一个哑铃型孔道,长度为1.42 nm。气体吸附研究发现1具有微孔结构,其表面积为342 m^(2)·g^(-1),但2不能保持原有多孔特征。此外,1具有良好的水稳定性且在低压下展现快速吸收的Ⅰ型CO_(2)吸附等温线,在298 K和2 000 kPa下吸附量达到样品重量的14.5%。理想吸附溶液理论和吸附热计算表明1具有良好的选择性CO_(2)/CH_(4)捕获能力。

Mg/Y改性Ca基吸附剂强化吸附CO_(2)试验

在碳中和背景下,CO_(2)捕集与封存技术的开发与应用刻不容缓。Ca基吸附剂对CO_(2)捕集能力强、吸附量高,是良好的碳捕集吸附剂,但其循环性能有待提升。为提升Ca基吸附剂的循环性能,采用溶胶凝胶自蔓延燃烧法制备镁/钇(Mg/Y)改性Ca基吸附剂,利用XRD/SEM等手段对其进行表征,通过热重仪和固定床在700℃高温下进行循环吸附试验,考察了改性Ca基吸附剂的吸附性能与循环稳定性。结果表明,Mg掺杂Ca基吸附剂中,Ca与Mg质量比为8∶2时吸附剂性能最佳,第1次循环中CO_(2)吸附量高达0.60 g/g(以吸附剂计),15次循环后衰减至0.49 g/g,优于未掺杂Ca基吸附剂。对Mg和Y掺杂Ca基吸附剂的研究表明,Ca/Mg吸附剂的初始吸附量高于Ca/Y吸附剂,但Ca/Y吸附剂的循环性能明显提升。保持吸附剂中CaO质量分数为80%,比较双掺杂(Ca/Mg/Y)和单一掺杂(Ca/Mg、Ca/Y)改性Ca基吸附剂的吸附性能和循环性能。结果表明,初始吸附量最高的为Ca/Mg吸附剂,达0.60 g/g, 5次循环后衰减至0.54 g/g左右,15次循环后为0.49 g/g;Ca/Y吸附剂吸附量15次循环内维持在0.52~0.58 g/g;Ca/Mg/Y吸附剂5次循环吸附的吸附量由0.50 g/g提高至0.56 g/g左右,吸附量随循环次数增加明显上升。Mg/Y掺杂后的Ca基吸附剂CO_(2)循环吸附性能提升,且Y掺杂的效果优于Mg。

Mg^(2+)掺杂对富锂锰基正极材料性能影响

富锂锰基正极材料Li[Li_(0.2)Ni_(0.13)Co_(0.13)Mn_(0.54)]O_2通过采用高温固相合成法制备,通过X射线衍射、扫描电镜、激光粒度分析、充放电测试、循环伏安和交流阻抗分析该合成材料的晶体结构、形貌特征、粒径大小和电化学性能。经过Mg^(2+)掺杂改性后的富锂锰基正极材料晶体结构更稳定、颗粒表面更光滑和电化学性能更好,其中Li[Li_(0.2)Ni_(0.13)Co_(0.13)Mn_(0.54)]_(1-x)Mg_xO_2(x=0.07)的结晶程度较高,充放电比容量更高,循环稳定性更好。随着Mg^(2+)掺杂量的增加,Rs电阻值逐渐减小,说明掺杂Mg^(2+)后材料Li[Li_(0.2)Ni_(0.13)Co_(0.13)Mn_(0.54)]O_2表现出降低其交流阻抗的能力,促进电路中电荷的移动使得充放电比容量增大,导电性能更强。

粉煤灰对烟气中CO_(2)的吸收特性及矿物相演变机理研究

粉煤灰矿化CO_(2)是一种极具前景的减少燃煤电厂CO_(2)排放的技术.然而,目前还缺乏从矿物学角度对碳酸化反应机理的详细认识.本研究选取了3种粉煤灰开展碳酸化实验和矿物学研究,考察碳酸化过程中温度对碳酸化能力及粉煤灰矿物学变化的影响.结果表明,在任一温度下,BJ粉煤灰的碳酸化率均高于YA和LY粉煤灰,这是由于BJ粉煤灰中硬石膏、钙铁石和无定形相等活性矿物相含量较高,LY粉煤灰缺少高活性的钙、镁结晶相.对YA粉煤灰而言,升高温度可显著提高透辉石、尖晶石、黑钙铁矿和方镁石的转化率.在碳酸化YA粉煤灰中同时检测出碳酸钙和碳酸镁/铁,说明除含钙相其他活性元素(Mg和Fe)也参与了碳酸化过程.因此,需要对每个粉煤灰原始材料的矿物学和操作温度进行具体的个案优化,以最大限度地提高固定CO_(2)能力和碳酸化率.结果还表明温度对不同晶型碳酸钙的形成具有重要作用.方解石在低温(40和80℃)下形成,而文石在高温(180和220℃)下形成.

低过电位、长循环非水系镁—二氧化碳电池

镁—二氧化碳(Mg-CO_(2))电池以温室气体二氧化碳为正极活性物质,既能实现高效的能量储存,又能实现二氧化碳的增值利用,是新一代极具吸引力的电池候选产品。然而,与其他金属—二氧化碳电池体系相比,由于镁—二氧化碳电池在非水环境中存在一些关键问题(包括氧化还原反应动力学相对较慢、放电产物分解能垒较大、多电子三相正极反应可逆性较差等),因而迄今为止其受到的关注较少。为解决前述正极充放反应可逆性较差、碳酸镁等放电产物分解能垒较大、电池过电势较高等问题,通过调控二氧化碳电化学氧化还原路径的策略,采用碳化钼—碳纳米管(Mo_(2)C-CNTs)作为正极催化剂,将放电产物由热力学稳定难以分解的碳酸镁(MgCO_(3))换为草酸镁(MgC_(2)O_(4)),使Mg-CO_(2)电池实现了极低的过电位(0.25 V),增大了其能量效率。并且,其工作时间长达2300 h以上。这项工作为可同时解决能源和环境问题的可充电非水系Mg-CO_(2)电池研究奠定了基础。

镁粉与二氧化碳动态点火燃烧特性数值研究

Mg粉/CO_(2)粉末发动机是火星探测中较为理想的原位资源利用方案,为了掌握Mg/CO_(2)粉末发动机稳定点火燃烧特性,在考虑氧化层厚度对Mg颗粒熄火影响的基础上,基于涡耗散/有限速率模型建立了点火燃烧模型,并应用数值计算方法研究了Mg粉颗粒粒径(5μm,10μm,15μm,20μm和25μm)、入口预混气流雷诺数(1500,2000,2500,3000和3500)和CO_(2)/Mg氧燃比(0.5,1,1.5,2和2.5)对Mg粉/CO_(2)动态点火燃烧的影响。计算结果表明:雷诺数和氧燃比恒定时,随着粒径从5μm增加到10μm,平均温度升高,平均点火时间延长,燃烧效率增加;随着粒径从10μm增加到25μm,平均温度降低,平均点火时间延长,燃烧效率减少。粒径和氧燃比恒定时,平均温度随雷诺数增加而下降;平均点火时间和燃烧效率随雷诺数增加基本不变。粒径和雷诺数恒定,随着氧燃比从0.5增大到1.5,平均温度升高;随着氧燃比从1.5增大到2.5,平均温度下降;平均点火时间和燃烧效率随氧燃比增大基本不变。