文化自信背景下高校能源化工学科教学与科研工作的思考

当前国际形势下,我国对提高国家文化软实力和中华文化影响力的重视程度也在不断增强,强调“坚定文化自信”。建设文化软实力、坚定文化自信的国家战略目标对理工类学科建设提出了更高的要求,培养学生文化输出能力是高校工作者不可推卸的责任。作者针对中华传统文化融入高校能源化工学科教学与科研的发展现状,探索二者之间的深层联系,并根据实际情况提出将中华文化融入高校学科建设的相关举措。

NiMoS加氢脱硫催化剂表面非化学计量硫物种动态平衡

加氢脱硫(HDS)催化剂NiMoS活性相表面非化学计量硫(S_(x))物种的动态变化是HDS活性的决定因素。在HDS过程中,S_(x)物种处于动态平衡,且这一平衡与催化剂、H_(2)S分压及硫化温度相关。笔者采用程序升温的方法研究了催化剂载体、助剂Ni、硫化温度、H_(2)S分压对NiMoS催化剂表面S_(x)物种的影响。结果表明:催化剂载体对S_(x)物种的总量和还原性具有显著影响,Ni的引入显著促进S_(x)物种还原,提升HDS活性;硫化气相H_(2)S分压决定了催化剂表面S_(x)物种含量,气相中H_(2)S分压升高易使S_(x)物种增多,表面可利用NiMoS活性位减少,从而导致HDS活性降低。S_(x)物种含量与H_(2)S分压及硫化温度的关系符合热力学平衡及van′t Hoff等压方程,进一步将S_(x)物种含量与HDS反应速率系数进行关联,提出H_(2)S分压-S_(x)物种含量-HDS活性之间的定量关系。

纳米薄片组装的花状NiMoS催化剂制备及其加氢脱硫性能

为解决传统负载型NiMo催化剂活性位点少及加氢脱硫效率低的问题,采用简单水热硫化法制备了由纳米薄片组装的花状非负载型NiMoS催化剂,采用SEM、TEM和XRD等手段对催化剂结构与形貌进行表征,并考察不同反应条件下该催化剂的加氢脱硫反应性能。结果表明:NiMoS催化剂的花状结构由厚度约为6~12 nm的超薄纳米片组装而成,纳米薄片上MoS_(2)片层具有丰富的边缘活性位点;合成过程中,单质硫、水热时间和水热温度均影响NiMoS催化剂的纳米花状结构;在250℃、0.1 MPa氢气压力条件下,单质硫质量分数100%且在180℃水热硫化4 d所合成的花状NiMoS催化剂上噻吩的加氢脱硫转化率可达到100%,而在350℃、3.0 MPa氢气压力条件下,4,6-二甲基二苯并噻吩的加氢脱硫转化率可达到99.6%。该NiMoS纳米花非负载型催化剂的加氢脱硫反应性能优异,具有潜在的应用价值。

上流式反应器气-液-固三相床层气含率模型研究

从热力学基本定律——熵增定律和能量最低定律出发,考虑系统宏观动能、势能及内能的转化,通过对系统各种能量的表达,建立上流式反应器气-液-固三相床层气含率与系统条件(如流体流速、黏度、催化剂物性)的定量关系。在热力学定律基础上,提出相关物理量“变动级数”的概念,结合不同操作条件和不同催化剂装填方案的冷模试验,研究流体及催化剂物性对床层气含率的影响规律。采用所建立的气含率模型拟合各种操作条件及多种催化剂装填方案下的试验数据,拟合平均相对偏差均小于5%,参数合理且能反映气、液、固三相性质对床层气含率的影响规律。建立一个优良的模型来描述上流式反应器气-液-固三相床层气含率,对上流式加氢工艺的研究具有重要指导意义。

三组元反应网络动力学模型及算法改进研究

针对特征方向法无法处理复杂反应网络、等时间改进法计算反应速率常数易出现负数和虚数的问题,对原有反应网络动力学模型进行了改进,一是对组元浓度进行了线性无关处理以保证相关逆矩阵的存在,二是将真实浓度恰当变换成虚拟浓度以简化浓度-时间关系表达式;进而,基于改进模型,采用等时间概念对模型算法进行了改进。结果表明:改进模型中,组元平衡浓度只由速率常数确定,与初始浓度无关;随着速率常数分布熵减小,组元浓度-时间曲线中段向上迁移,而初始点和终点值不变,改进算法使速率常数的计算顺利进行;通过调节矩阵分解方程中Δt取值,可使计算结果更合理;当Δt=0.5时,组元浓度计算值与试验值的平均偏差最小。这表明新建模型弥补了等时间法的缺点,该模型改进算法有效可行。

钴钼基水煤气变换催化剂及其催化反应工艺

介绍了国内外CO变换催化剂的发展及其在不同变换工艺中的应用,阐述了Co-M o基催化剂的催化机理与硫化方法。通过综合分析中温变换、中温变换串联低温变换、中温变换串联两段低温变换和全程低温变换4种代表性的工艺流程,提出了高效节能型的全程低温变换工艺将是变换技术的发展方向,开发适应全程低温变换工艺的高活性和高稳定性的Co-M o基变换催化剂及其预硫化技术是今后的主要研究目标。

催化裂解法制备碳纳米管中试反应器优化研究

对催化裂解法(CVD)间歇制备多壁碳纳米管(CNTs)的中试流化床反应器的结构进行优化研究,以期简化结构、改变出料方式、实现半连续化操作。实验结果表明:床层内置加热器开启,CNTs产量下降15%,床层阻力增加67%;预热层高度为零,反应4h,产率最高为9.2g/g;催化剂量为100g,最佳匣钵高度是35cm;将间歇操作调整为半连续操作,生产周期将从24.0h降为8.5h。

半连续碳纳米管反应器中试开发及流态化模拟

在间歇过程的碳纳米管制备实验基础上结合经验公式,开发设计了制备碳纳米管的半连续中试流化床反应器,结果表明:催化剂100 g、反应温度650℃时,甲烷平均转化率23.2%,碳纳米管产率为177.5 g/h,操作周期为间歇反应器的1/3,反应器可较好地实现碳纳米管制备功能。用计算流体力学方法对此反应器内的气固两相流化行为进行数值模拟,得到在工况条件下,最佳的催化剂用量为100 g、操作气速为0.15 m/s等工艺参数。

合成气完全甲烷化催化剂的放大制备及其性能表征

研究合成气完全甲烷化催化剂的千克级放大制备,并通过对不同放大量级催化剂的表征,探究催化剂放大制备的本质.催化剂在从克级到10kg级的逐步放大制备过程中,能保持良好的反应性能.利用比表面积、X射线衍射(XRD)、X射线荧光光谱(XRF)、程序升温氢气还原(H2-TPR)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)以及碳元素分析表征的方法,对放大制备的催化剂进行了详细的表征.结果表明:在所给定的放大制备条件下,不同放大级别制备的催化剂具有相似的织构组织、物相结构、元素组成、可还原性、催化行为以及抗积碳性能,成功实现了甲烷化催化剂的千克级放大制备.

Zn-ZrO_2/H-ZSM-5双功能催化剂上合成气转化制汽油馏分的研究

针对合成气直接转化制汽油馏分反应,合成了Zn-ZrO_2金属氧化物与沸石分子筛复合的双功能催化剂,结果显示Zn-ZrO_2/H-ZSM-5具有较高的CO转化率和汽油馏分选择性。考察了反应温度和接触时间对Zn-ZrO_2和Zn-ZrO_2/H-ZSM-5双功能催化剂的影响,证实了合成气经甲醇/二甲醚中间体制汽油馏分的反应路径。研究了Zn/Zr摩尔比、H-ZSM-5分子筛的Si/Al比对催化性能的影响,结果表明Zn/Zr摩尔比为1∶32、Si/Al为200时可获得了较好的转化率(52%)和汽油馏分选择性(62%),且催化剂经100h测试稳定性良好。

金属助剂对ZSM-5分子筛催化甲醇芳构化反应性能的影响

将不同SiO2/Al2O3摩尔比及不同金属助剂改性的ZSM-5分子筛用于甲醇芳构化反应,采用XRD,XPS,TG-DSC,NH3-TPD等方法对催化剂进行了表征,研究了SiO2/Al2O3摩尔比及金属助剂对ZSM-5分子筛催化性能的影响。实验结果表明,在2.0MPa、400℃、甲醇液态空速1h^-1的条件下,采用SiO2/Al2O3摩尔比为50、Mo负载量为3%(w)的Mo/ZSM-5催化剂,在50h内甲醇转化率能维持在95%左右,苯、甲苯和二甲苯选择性为62.6%,催化剂稳定性好。表征结果显示,该催化剂具有较好的性能与表面有适量的酸性位以及反应过程中生成的Mo2C物种相关。

负载液pH对Co-Mo/MgO-Al_2O_3催化剂水煤气变换性能的影响

以MgO-Al_2O_3复合氧化物为载体,调节负载液的pH=3,7,10,负载Co-Mo活性组分制备了耐硫水煤气变换Co-Mo/MgO-Al_2O _3系列催化剂,并进行了催化性能评价实验。采用H_2-TPR和激光拉曼光谱(LRS)方法对系列催化剂进行了表征,考察了负载液的酸碱性对Co-Mo活性组分在MgO-Al_2O_3复合氧化物载体分散和表面物种形成的影响。实验结果表明,随着不同pH负载液的加入,载体表面的电化性质发生变化,从而影响载体与Co-Mo活性组分、Co和Mo组分之间的相互作用,改变了活性组分Co和Mo在载体表面的分散度和表面物种的形态;当负载液pH=3,7时,Mo与载体的相互作用较强,而当负载液pH=10时,在氧化态催化剂中有利于形成八面体结构Mo物种,经过升温硫化后,催化剂表面形成更多O_xMo S^(2-)_(4-x)和Mo S_2物种。

催化燃烧技术与负载型贵金属基燃烧催化剂的研制

燃烧是人类利用能源的重要方式。进入工业化社会以来，原生质燃料的燃烧过程一直是世界能源工业的支柱，但传统的火焰燃烧方式由于燃烧效率低下、尾气中污染物含量高，在能源危机与环境污染问题日趋严重的今天，越来越不能满足人类提高生活质量和可持续发展的需要，因此，寻找一条高效、低排放的燃烧路线成为各国科研与工程技术人员的重要课题。

手性多齿胺膦配体/铁簇合物催化酮的不对称转移氢化反应

从廉价易得、绿色环保的铁簇合物Fe_3(CO)_(12)出发,开展了其与手性多齿胺膦配体(R,R,R,R)-PN_4H_6原位生成的催化体系在酮的不对称转移氢化中的应用研究.通过考察温度、添加剂等影响因素,探索最优的反应条件,并将其进一步应用于多种芳香酮的不对称转移氢化反应,得到高达96%ee的对映选择性.