CuO掺杂C_(3)N对C_(5)F_(10)O分解组分吸附性能的第一性原理研究

全氟五碳酮(C_(5)F_(10)O)作为可替代SF_(6)的新型环保绝缘气体已被投入到实际应用中.当绝缘设备内部发生局部放电等故障时,C_(5)F_(10)O会分解产生弱绝缘性的CF_(4)、C_(2)F_(6)以及剧毒的CF_(2)O、HF等有害组分,为保证绝缘设备的安全运行,需有选择地通过吸附去除这些分解组分.新型类石墨烯C_(3)N材料在气体吸附领域具有良好的应用前景,文中基于第一性原理计算了CuO分子掺杂C_(3)N对主要分解组分CF_(4)、C_(2)F_(6)及剧毒产物CF_(2)O、HF的吸附过程,计算并分析了各分解组分吸附时的吸附能、态密度、电荷转移量、差分电荷密度以及不同环境温度下的恢复时间.结果表明,CuO-C_(3)N对HF表现出良好的吸附性,CF_(2)O次之,但其无法吸附CF_(4)与C_(2)F_(6),因此CuO-C_(3)N可以作为一种高性能的气体吸附剂对C_(5)F_(10)O绝缘设备内的剧毒分解组分HF进行吸附去除.

Fe和Cu分子筛催化剂同时催化NO_(x)还原和N_(2)O分解

采用离子交换法制备了Fe-Beta和Cu-SSZ-13催化剂并采用不同混合方式制备了复合催化剂,考察了催化剂同时催化NO_(x)还原和N_(2)O分解的性能.以实现NO_(x)和N_(2)O同时高效去除、拓宽活性温度窗口为目标,优选出了上Fe下Cu分层填充、Fe-Beta和Cu-SSZ-13质量比为4:1的Fe_(0.4)Cu_(0.1)催化剂,进一步考察了进气组成对NO_(x)、N_(2)O和NH_(3)转化率的影响,并采用N_(2)吸脱附、XRD、NH_(3)-TPD、UV-Vis DRS和H_(2)-TPR等手段对催化剂理化特性进行了表征.结果表明,Cu-SSZ-13和Fe-Beta分别具有更优的催化NO_(x)还原和N_(2)O分解性能.采用Fe_(0.4)Cu_(0.1)催化剂、[NH_(3)]/[NO_(x)]为1时考察的温度范围内NH_(3)仅还原NO_(x),而N_(2)O通过分解去除,450℃时NO_(x)和N_(2)O转化率分别为93.4%和100%.高温(>350℃)下NH_(3)被O_(2)氧化导致NO_(x)转化率随温度升高而降低;高温(≥350℃)下N_(2)O分解形成的氧物种可使NO_(x)在进气中无O_(2)条件下实现高效还原.进气中含2%H_(2)O对高温(450℃)下Fe_(0.4)Cu_(0.1)表面NO_(x)的还原和NH_(3)的氧化无显著影响,但对N_(2)O的转化存在一定的可逆抑制作用.Cu-SSZ-13表面存在大量孤立的Cu^(2+)离子,可为NH_(3)-SCR反应提供充足的活性中心.Fe-Beta表面同时存在能够催化NO氧化的孤立Fe^(3+)离子和催化N_(2)O分解的Fe_(x)O_(y)物种.采用上Fe下Cu分层填充的混合方式时Fe-Beta表面NO氧化过程会消耗N_(2)O分解形成的氧物种,从而有利于低温(≤450℃)下N_(2)O的转化.但由于N_(2)O分解的温度范围内NO_(x)转化率本身较高,NO氧化对于脱硝的促进作用不显著.

高活性N_2O分解催化剂BaCo_6Al_(2.3)研究

用共沉淀法制备了BaCO3修饰的NiO和Co3O4,用于N2O分解反应的催化剂.研究发现,有最佳组成的BaCo6催化剂比BaxNi6（x=0-2）催化剂活性更高.对于BaCo6催化剂,加入了适量作为黏结剂的勃姆石以增加催化剂的力学强度.所得BaCo6Al2.3催化剂,既有很好的力学强度又有较高的催化活性.在450℃,该BaCo6Al2.3催化剂在含0.2%N2O、5%O2、2%H2O、0.01%NO的Ar气氛中,表现出非常稳定的催化活性.

整体式Fe-β分子筛成型方法及其催化N_2O分解反应性能

为了降低催化剂床层压降,提高Fe-β分子筛催化剂用于N_2O催化分解的能力,通过研究整体式分子筛催化剂制备方法,优化出最优原料配比为ω(拟薄水铝石)=40%,ω(硝酸)=8%,水粉比为0.6 m L·g^(-1)。研究了成型过程对分子筛催化剂结构及性能的影响,并在不同孔密度分子筛催化剂、N_2O浓度和空速条件下考察N_2O分解反应性能。结果表明,在相同温度、空速和N_2O浓度下,分子筛催化剂的孔密度越高,催化活性呈增强趋势;对于相同孔密度的分子筛催化剂,随着空速的增加,相同温度下的N_2O转化率逐渐下降;对于相同孔密度的分子筛催化剂,在相同反应空速和温度下,随着N_2O浓度的增大,N_2O转化率呈上升趋势。

Sr掺杂羟基磷灰石负载Co_(3)O_(4)催化N_(2)O分解

通过共沉淀法合成了羟基磷灰石(HAP)和一系列Sr掺杂羟基磷灰石载体(Ca_(9)Sr_(1)、Ca_(8)Sr_(2)和Ca_(7)Sr_(3)),以浸渍法制备负载型Co_(3)O_(4)催化剂。采用XRD、N_(2)-physisorption、Raman、FT-IR、H_(2)-TPR、XPS、O_(2)-TPD和CO_(2)-TPD对所制备的样品进行表征,使用连续流动微反应装置研究了其N_(2)O分解性能。实验结果表明,催化活性顺序为Co/Ca_(8)Sr_(2)>Co/Ca_(9)Sr_(1)>Co/HAP>Co/Ca_(7)Sr_(3)。当Sr/Ca比为1:9和2:8时较好地保持了HAP载体的结构,适量Sr的掺杂不仅促进了Co_(3)O_(4)分散,增加了催化剂中Co^(2+)和表面氧空位的数量,同时提高了催化剂的表面碱量和碱性位密度,从而更加有利于N_(2)O活化和O_(2)脱附。

高温条件下N_2O分解转换对NO生成的影响

根据50 kW下行燃烧炉中燃烧过程中的NO和N_2O生成及还原规律,采用高温固定床模拟了空气分级燃烧过程的还原及燃尽阶段的气氛对N_2O高温分解及对NO生成影响的实验,测量了多种气氛模拟工况下的N_2O高温分解等特性,得到了N_2O高温分解及对NO生成转化的影响规律.实验结果显示,在CO+O_2+平衡气的气氛条件下,N_2O分解生成大量NO,有别于传统的N_2O分解理论.利用基于MB89机理的化学动力学模拟方法模拟了对应气氛下N_2O分解规律及产物特性,分析N_2O分解生成NO的基元反应.根据模拟结果发现,生成的大量NO一是来源于CO燃烧产生大量的O自由基与N_2O反应的产物,二是N_2O逆向生成的NCO进一步分解成NO.

碱土金属对钴铈复合氧化物催化剂催化N_2O分解的影响

采用低温柠檬酸络合法制备了添加不同碱土金属的钴铈复合氧化物(Ce/Co摩尔比为0.05)催化剂,考察了其催化N2O分解的活性.结果表明,碱土金属对钴铈催化剂催化N2O分解的活性有明显促进作用,助催化效果递变顺序为Mg<Ca<Sr,Ba.分析催化剂的X射线衍射(XRD),比表面积测定(BET),X光电子能谱(XPS),氧气程序升温脱附(O2-TPD)和氢气程序升温还原(H2-TPR)等表征结果发现,碱土金属的添加并没有引起催化剂晶相结构和比表面积的明显变化,但可以影响催化剂中钴离子周围的化学环境,有效提高Co2+的给电子能力.在N2O催化分解反应中,N2O表面分解步骤是通过Co2+向其反键轨道提供电子实现的,而分解产生的吸附氧的脱附过程是电子返还给Co2+的过程,即活性位再生过程.研究认为,钴铈复合氧化物催化剂上N2O表面分解步骤是反应的速控步骤,碱土金属的添加提高了活性位的给电子能力,促进了速控步骤的进行,从而提高了钴铈复合氧化物催化剂的活性.

铜掺杂SBA-15的pH调节法直接合成及其在N_2O分解反应中的催化性能(英文)

酸性条件下,用环六亚甲基四胺作为pH调节剂,采用pH调节法直接合成了铜同构替代掺杂的SBA-15中孔分子筛(Cu/SBA-15).采用X-射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜-能量色散X射线光谱(SEM-EDX)、透射电子显微镜(TEM)以及傅立叶变换红外光谱(FT-IR)等技术对目标材料进行了表征.结果表明:该材料具有六方中孔有序结构,且环六亚甲基四胺显著影响了铜和SBA-15硅骨架的结合,在水热合成过程中,环六亚甲基四胺分解释放出氨气,增加了体系的pH值,有助于更多的铜进入到分子筛的骨架中.该材料可用于N2O分解反应的催化剂,其中Cu/SBA-15(110)在600℃下具有优异的催化活性,可分解50%N2O.

Fe/beta分子筛催化N2O分解

通过液相离子交换法对H-beta分子筛进行改性得到Fe/beta分子筛,并应用于催化N2O直接分解反应,考察加入HNO3后的体系pH值对Fe/beta催化性能的影响。采用N2物理吸附-脱附、XRD、IR、DR UV-Vis、NH3-TPD和ICP-OES等对Fe/beta分子筛进行分析表征。结果表明,溶液pH值降低过程中催化剂的结晶度、比表面积、孔容及Fe3+含量呈现先增加后减少。溶液pH为2.0时所制备的Fe/beta分子筛催化N2O完全分解温度明显低于pH为2.6和1.0时制备的Fe/beta催化剂,显示了较好的催化活性。

Co_(3)O_(4)-MMT催化剂的制备及其N_(2)O催化分解性能

以MMT为载体,采用原位聚合-配位沉积法制备3种不同Co负载量的Co_(3)O_(4)-MMT催化剂。采用N 2物理吸附、XRD和TEM对载体和催化剂进行表征,并在连续流动微反装置上考察其N_(2)O催化分解性能。结果表明,与Co_(3)O_(4)催化剂相比,Co_(3)O_(4)-MMT催化剂的比表面积显著增大,且活性组分Co_(3)O_(4)具有较高的分散状态。Co_(3)O_(4)-MMT催化剂的催化活性随着Co含量的增加先升后降,其中0.015Co-MMT表现出最佳的催化活性,其活性远高于Co_(3)O_(4)催化剂,同时,该催化剂还表现出良好的催化稳定性和较好的杂质气体耐受性。

环保型绝缘介质C5F10O放电分解特性

近期,CnF2nO类物质得到了替代气体研究领域的关注,尤其是C5F10O和C6F12O,两者均具有极低的温室效应潜能指数（global warming potential,GWP）且绝缘特性优异。由于其出色的绝缘表现,国内外科研机构和公司开始关注该物质及其混合气体,目前针对其放电分解特性的研究较少。该文基于密度泛函理论从微观层面对C5F10O的稳定性及可能的分解路径展开分析,首先计算得到C5F10O的电离能等参数,并基于前线分子轨道理论确定分子结构中可能发生反应的位置。其次,分析C5F10O可能的分解途径、分解产物的形成机制并计算得到相应的能量变化。最后,利用气体绝缘试验平台对C5F10O/N2混合气体进行击穿测试,基于气相色谱质谱联用仪对击穿前后气室内气体组分进行分析,探讨分解产物的绝缘性能及放电过程中各类粒子的动态平衡过程。研究结果表明,C5F10O放电分解形成CF3CO·、C3F7·或C3F7CO·、CF3·自由基的过程最容易发生,各类自由基进一步反应将生成CF4、C2F6、C3F8、C3F6、C4F10、C5F12、C6F14,上述产物均具有较强的绝缘性能,且C5F10O分子与自由基间存在动态平衡过程,两者共同保障了体系的绝缘性能。试验发现随着击穿次数的增加,C5F10O各分解产物含量增加,其中CF4、C2F6、C4F10的增长率高于C3F8、C6F14,自由基更易于复合形成小分子产物。相关结论对进一步探究C5F10O混合气体的绝缘特性及协同效应等课题提供一定理论依据,同时为CnF2nO类新型环保型介质研究提供一些借鉴。

不同方法制备LaCu_(0.8)Zn_(0.2)Al_(11)O_(19-δ)催化剂及其催化分解N_2O活性研究

采用共沉淀法、溶胶-凝胶法和反相微乳液法制备了六铝酸盐催化剂LaCu0.8Zn0.2Al11O19-δ,进行了X射线衍射(XRD)和BET表征,并考察了它们对N2O催化分解反应的活性,研究了制备方法对催化剂LaCu0.8Zn0.2Al11O19-δ的结构、粒径、比表面积和催化分解N2O活性的影响。结果表明,3种方法制备的催化剂经1200℃焙烧4h后,都能形成六铝酸盐晶相,其中反相微乳液法制备的催化剂具有较小的粒径和较大的比表面积,其催化分解N2O的活性表现最佳,起始反应温度(T10%)为494℃,完全反应温度(T99%)为678℃。

CuO-ZnO/γ-Al2O3催化剂分解N2O的性能研究

以CuO为活性组分、ZnO为助剂、γ-Al_2O_3为载体,采用等体积浸渍法制备了一系列CuOZnO/γ-Al_2O_3型直接分解N_2O催化剂,考察了活性组分和助剂含量、烟气工况对催化剂分解N_2O活性的影响,开展了催化剂的稳定性测试,并对催化剂进行了表征.结果表明:CuO质量分数为15%时催化剂的分解活性最高,ZnO助剂的掺入可以明显提高催化剂对N_2O的转化率,烟气中O2和H_2O的存在则会抑制催化剂的活性.15Cu-30Zn/γ-Al_2O_3催化剂在650℃、空速为21 000h^(-1)、含O_2和H_2O的烟气条件下,在100h的连续测试中,N_2O转化率稳定维持在90%以上,具有良好的高温抗氧和抗水蒸气抑制性能以及稳定性.

流化床燃烧工况下N_2O多相分解的机理研究

流化床燃烧工况下Ｎ_２Ｏ多相分解的机理研究冯波，袁建伟，林志杰，蔡学军，吴宏伟，刘德昌（华中理工大学煤燃烧国家重点实验室武汉４３００７４）关键词：流化床燃烧，Ｎ_２Ｏ分解。１前言ＭＥＣＨＡＮＩＳＭＳＯＦＨＥＴＥＲＯＧＥＮＥＯＵＳＤＥＳＴＲＵＣＴＩＯＮＯ...

以活性炭纤维为载体的金属氧化物上分解N_2O研究

制备了载有K、Fe、Cu、Sr、Mg金属氧化物的活性炭纤维(M／ACF)催化剂，用于N2O分解反应。实验结果表明它们对该反应的活性顺序为K／ACF>Fe／ACF>Cu／ACF>Mg／ACF>Sr／ACF>ACF，其中K／ACF可在350℃时将N2O完全分解。基于K／ACF特殊的高活性，对该催化剂及空白炭纤维进行了TPD、TG实验，并进一步进行了活性实验。结果表明，N2O在K／ACF上，反应产物中CO2含量明显低于文献中己报导的其它C-NxO脱除反应产物中的CO2含量，其原因在于，对于K／ACF，在K2O活性中心作用下N2O的分解温度明显低于C(O)活性中心作用下炭纤维的氧化温度，在较低的温度范围内(280-330℃)，K2O活性中心起主要的活性作用，使得N2O在K／ACF上大量分解，而C(O)活性中心却没有明显的参与反应，所以CO2的生成量较小。反应前后K／ACF的SEM图样对比也表明经过反应，活性炭纤维表面没有明显的损伤，C(O)活性中心作用并不明显。

铜锌掺杂的六铝酸盐分解N_2O催化性能研究

采用共沉淀法制备了Cu和Zn取代六铝酸盐(LaCuxZn1-xAl11O19-δ,x=0、0.2、0.4、0.5、0.6、0.8、1.0)催化剂,通过XRD和BET等技术对催化剂进行表征,利用微型固定床反应器考察催化剂对N2O的分解活性。结果表明,以(NH4)2CO3为沉淀剂制备的催化剂在1 200℃焙烧4 h,可以形成完整的六铝酸盐晶型,Cu和Zn能够取代Al3+进入六铝酸盐晶体结构。LaCuxZn1-xAl11O19-δ催化剂对N2O分解有较好的催化活性,其中,LaCu0.8Zn0.2Al11O19-δ活性较好。在LaCuxZn1-xAl11O19-δ六铝酸盐中,Cu为N2O催化分解的主要活性元素,Zn有助于提高催化剂的稳定性,但由于六铝酸盐的特殊结构,Zn在催化剂中的作用较小。

溶胶-凝胶法制备Ni_xCo_(1-x)CoAlO_4尖晶石型复合氧化物及其催化分解N_2O性能(英文)

用溶胶凝胶法制备了一组NixCo1-xCoAlO4尖晶石型复合氧化物,并采用表面润湿浸渍K2CO3溶液进行了K掺杂改性,用于有氧气氛下的N2O催化分解反应。采用N2物理吸附、X-射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、H2-程序升温还原(H2-TPR)等技术对催化剂进行了表征,考察了催化剂组成、母液pH值、K负载量等制备参数对其催化活性的影响。结果表明,母液pH值为3、K/(Ni+Co)物质的量比为0.1的K/Ni0.15Co0.85CoAlO4催化剂具有较高的N2O分解活性,450℃N2O可完全分解。助剂K的加入弱化了催化剂表面金属氧键,提高了催化剂的还原性、催化活性和抗水性。

聚集态的Fe氧化物在Fe/ZSM-5催化N_2O直接分解中的作用(英文)

研究了以离子交换法制备的Fe/ZSM-5上聚合态的Fe氧化物(FeOx)在催化N2O直接分解中的作用.Fe/ZSM-5催化剂利用600–900 ℃的高纯Ar处理,使催化剂中的FeOx发生聚合.利用一系列的表征手段(XRD,BET,DRIFTS,UV/vis-DRS,XAFS,N2O脉冲和O2-TPD)对催化剂进行了表征.结果发现,分子筛骨架外的FeOx在Fe/ZSM-5催化N2O分解中起重要作用;通过研究高温处理的Fe/ZSM-5催化剂中不同FeOx的比例与催化剂活性的关系,得到多核的FeOx是催化N2O分解的主要活性物种;并且,无定形态的FeOx中键长较长的Fe–O键((Fe–O)2)是参与反应的重要物种.

复合改性ZSM-5纳米片催化N_2O分解反应研究

以ZSM-5纳米片(Nanosheet-ZSM-5)为前驱体,醋酸铜、硝酸银、硝酸铈和硝酸镧为改性剂,采用一步法离子交换,制备了不同金属复合改性ZSM-5纳米片催化剂,测试了其N2O催化分解性能,结合催化剂的理化性质、H2-TPR和O2-TPD等表征,研究了复合改性对催化剂N2O分解性能的影响及其原因.结果表明,Ag、Ce或La的掺入,可促进Cu-ZSM-5纳米片催化剂上活性物种的还原,加快吸附氧的脱附,从而提高了N2O的催化分解活性.经Ag、Ce复合改性还可有效提高Cu-ZSM-5纳米片催化剂的低温活性.

硝酸生产尾气中NO_(x)和N_(2)O联合脱除技术研究进展

采用氨氧化法生产稀硝酸时会排放NO_(x)(NO和NO_(2))和N_(2)O等有害气体,可导致光化学烟雾(NO_(x))、臭氧层消耗(NO_(x)和N_(2)O)、全球变暖(N_(2)O)等环境问题,减少硝酸生产尾气中NO_(x)和N_(2)O的排放势在必行。本文在分析硝酸生产过程中NO_(x)和N_(2)O产生途径及减排措施的基础上,根据国内外研发和应用情况总结了联合脱除硝酸生产尾气中NO_(x)和N_(2)O的主要技术路线,包括利用SCR催化剂同时催化NO_(x)和N_(2)O还原和利用复合式催化剂同时催化NO_(x)还原和N_(2)O分解等一段式工艺以及先催化N_(2)O分解后催化NO_(x)还原、先催化NO_(x)还原后催化N_(2)O还原和先催化NO_(x)还原后催化N_(2)O分解等两段式工艺,分析了不同技术路线的原理、特点及面临的挑战。文中指出了一段式工艺主要存在N_(2)O净化性能有待提升的问题,两段式工艺中先催化NO_(x)还原后催化N_(2)O分解的工艺在减少还原剂消耗量、促进N_(2)O去除等方面具有优势,未来需围绕同步降低SCR脱硝和N_(2)O分解所需温度、提高催化剂对共存气体(O_(2)、H_(2)O等)的耐受性等方面开展进一步研究。