流化床电化学反应器研究进展

流化床电化学反应器是一种三维颗粒电极反应器,以其比表面积大、传质速率高而备受关注。就流化床电化学反应器在导电机理、数学模型、结构放大以及应用领域的研究现状和进展进行了综述,阐明了该类反应器开发、设计和模型化方面存在的问题,并提出了研究方向。

葡萄糖乙酸钠不同基质微生物燃料电池电化学性能对比研究

本文通过接种生活污水处理厂的好氧污泥和厌氧污泥,撘建两个双室微生物燃料电池(MFC,Microbial Fuel Cell),分别以葡萄糖、乙酸钠作为基质,在0.0335 mol·L^(-1)基质浓度下研究不同基质微生物燃料电池的产电性能.研究表明,葡萄糖体系的阳极半电池阻抗为222Ω,乙酸钠体系为213.67Ω,说明两种不同的有机基质对电池内阻无明显影响.葡萄糖、乙酸钠体系的交换电流密度i^0分别为3.463、5.987 mA·m^(-2),COD去除率分别为50.6%、55.8%,库仑效率分别为42.1%、46.2%.葡萄糖为基质时最大输出功率密度为394.2 mW·m^(-2),相应的最大电流密度为1800 mA·m^(-2);乙酸钠为基质时最大输出功率密度为311.9 mW·m^(-2),相应的最大电流密度为1527.5 mA·m^(-2).葡萄糖代谢过程复杂,并不单一,且代谢不彻底,乙酸钠分子简单更容易代谢,因此乙酸钠的库仑效率及COD去除率均高于葡萄糖,由以上数据可以得出葡萄糖为基质的燃料电池产电性能较好.

Al-N共掺杂ZnO的第一性原理研究

为了研究p型ZnO的掺杂改性,本文运用第一性原理密度泛函理论研究了未掺杂,Al、N单掺杂和Al-N共掺杂ZnO晶体的几何结构、能带结构、电子态密度。计算结果表明:未掺杂,Al、N单掺杂和Al-N共掺杂ZnO的超晶胞体积分别为0.2043 nm3、0.2034 nm3、0.2027 nm3、0.1990 nm3,带隙分别为0.72 eV、0.71 eV、0.60 eV、0.55 eV;N是比较理想的p型掺杂受主,若在禁带中再引入激活施主Al后,可填充的电子数由原来的19个增加到24个,N原子接受从价带跃迁的电子使价带产生非局域化空穴载流子,从而提高了晶体的导电性。与未掺杂,Al、N单掺杂相比,Al-N共掺杂ZnO具有更稳定的结构,更窄的带隙,更好的导电性,更有利于实现p型化。

铁氰化铜钴复合膜的制备及其电化学性能

采用电沉积法在铂基体上制备出电活性铁氰化铜钴复合膜。在0.1 mol/LKNO3溶液中采用循环伏安法并结合电化学石英晶体微天平技术考察了复合膜的电化学行为以及循环寿命。并在0.1 mol/L(KNO3+CsNO3)溶液中测定不同混合浓度下复合薄膜的伏安曲线,分析了薄膜对Cs+和K+的选择性。实验表明:铁氰化铜钴复合膜是一种取代型杂化铁氰化物,非单一膜的简单组合。具有良好的离子交换特性及选择性,且循环寿命好于单膜,具备电化学控制离子分离膜的初步特征。

偏硼酸钠电化学还原制备硼氢化钠初探

首先从热力学角度讨论偏硼酸钠还原生成硼氢化钠的反应;根据吉布斯函数,讨论反应进行的必要条件。常温常压下,在1 mol/L NaOH溶液中,最小理论槽电压为2.469 V;以铜作为阴极,计算出该体系中还原反应的电极电位为-1.26 V。采用循环伏安法对还原反应进行研究,通过离子色谱、XRD和碘量法对电解产物进行定性定量测试,验证了偏硼酸钠电化学还原制备硼氢化钠的可能性。

铈掺钛酸锂负极材料的电化学性能研究

钛酸锂因循环性能好、安全,是目前较为理想的锂离子电池负极材料。采用溶胶-凝胶二步煅烧法制备Ce掺杂钛酸锂Li4Ti5-xCexO12(x=0,0.1,0.15,0.2),用SEM、XRD等物理表征手段和恒流充放电、交流阻抗等电化学方法表征材料性能,以考察铈掺杂量对材料电化学性能的影响。结果表明:x=0.15的样品粒径较小,在0.1C时比容量为168.0 mAh/g,1C时比容量为116.0mAh/g,倍率性能优于未掺杂的样品,1C下循环10次后容量仍保持在112.7mAh/g。

铈掺杂LiFePO_4的电化学性能研究

以Ce为掺杂源,蔗糖为碳源,利用溶胶-凝胶法合成了LiFe1-xCexPO4/C正极材料,并采用SEM、XRD、EIS等分析方法重点考察了不同Ce掺杂量及Ce掺杂同时碳包覆样品的结构及电化学性能。结果表明,所制备的样品均为橄榄石结构,颗粒粒径明显细化。电化学性能测试表明,Ce掺杂量为1%(摩尔分数)时性能最佳,0.1C(C为倍率)放电,其容量可达153.1mAh/g,50次循环后容量保持96.7%;既掺Ce又包覆碳的效果更好,0.1C下其容量可达162.4mAh/g,50次循环后容量几乎没有衰减,1C时其容量可达109mAh/g,表现了良好的倍率性能。EIS测试表明,Ce的掺杂可以明显改善电极表面电化学反应的动力学性能,降低电极/电解液界面电荷转移电阻,Ce掺杂同时碳包覆样品的改善效果更为明显。

Al_2O_3纳米线的电化学法制备及形成机理分析

通过对纯铝板电化学阳极氧化及腐蚀液处理,在一定的条件下制备出了排布有序的Al_2O_3纳米线,采用SEM、EDS、IR手段对纳米线微观形貌和组成进行了表征.实验结果表明:多孔Al_2O_3薄膜经腐蚀后形成纳米线,在铝基板上呈六角形排布,组成为纯Al_2O_3,直径随电氧化温度、槽电压的升高和腐蚀处理时间的延长减小,直径范围为16～60nm,长径比较大.在实验的基础上,提出了有序排布Al_2O_3纳米线的形成机理.

硫脲对BH_4^-在铜电极上电化学氧化行为的影响

使用循环伏安法、电化学交流阻抗法研究了铜电极上BH4-在不同硫脲浓度时的电化学氧化行为。实验结果表明在扫描速率40 mV/s时,硫脲存在时BH4-氧化峰比没有硫脲存在时明显增大;根据DBFC电池特征设计出等效电路(R(Q(RW))),对交流阻抗实验数据进行了拟合,结果表明,该等效电路与实际测量结果基本一致,具有较高的精确性;循环伏安和交流阻抗实验均表明,适当的硫脲可抑制DBFC阳极的析氢副反应。

脉冲进料流化床电化学反应器电位波动信号分析

以铁氰化钾体系Fe3+/Fe2+为研究对象,导电石墨颗粒为工作电极,采用自制复合探针测定了液固流化床电化学反应器床层颗粒电位和溶液电位波动信号,并进行了功率谱及概率分布密度分析。分析结果表明,在二电极可逆慢反应体系中,颗粒电位与溶液电位信号的波动幅度比较接近且相对均匀,未出现低频大幅波动信号,过电位(颗粒电位与溶液电位之差)信号的波动幅度相对较小;在初始流化状态以及膨胀率为15%时出现多个幅值较大的波动主频,主要频率分布小于10 Hz且波动主频与脉冲进料频率相吻合,过电位功率谱图的波动幅值均较小并接近于白噪声。电位波动与进料方式有关,采用脉冲蠕动方式进料可使床层过电位分布均匀。

BiOCl(110)表面电子结构和光学吸收的第一性原理研究

基于密度泛函理论第一性原理研究了BiOCl(110)表面两种不同终止端(110)-BiCl和(110)-O电子结构和光吸收性质。结果表明:(110)-BiCl和(110)-O表面均未发生重构现象;(110)-BiCl表面导带底部出现明显表面态,导致该表面带隙降低,且价带与导带均朝低能方向移动;而(110)-O表面态位于价带顶,导带能带变窄导致该表面带隙略大于体相BiOCl;(110)-BiCl和(110)-O表面能分别为1.570 J·m-2和1.550 J·m-2;光吸收性质对比分析知,与BiOCl体相相比,(110)-BiCl表面吸收光谱发生明显红移。

浓度对微生物燃料电池电化学性能的影响

以大肠杆菌为微生物催化剂,亚甲基兰为电子中介体,葡萄糖为有机燃料,构建双室微生物燃料电池(MFC),考察其在不同葡萄糖浓度条件下的产电性能。设定葡萄糖浓度分别为0.001、0.006、0.011、0.034和0.056mol/L。葡萄糖浓度为0.011mol/L时,循环伏安氧化峰和还原峰最强,电池输出功率密度最大,峰值功率密度为339.69mW/m2,表明电池产电性能最佳;葡萄糖浓度为0.056mol/L时,峰值功率密度为258.32mW/m2;葡萄糖浓度为0.0011mol/L时,峰值功率密度为189.51mW/m2。结果说明,在一定范围内,提高有机燃料葡萄糖浓度有利于提高电池输出功率密度,但是浓度过高,电池输出功率密度反而下降,底物浓度对功率密度的影响出现"饱和效应"。

石墨基金属氧化物电极的电化学性能

采用热分解法制备了石墨基金属氧化物系列电极,用EDS表征了C/SnO2+SbOx/MnO2电极的表层成分,考察了该电极在硫酸溶液中的使用寿命。用循环伏安曲线探讨了C/SnO2和C/SnO2+SbOx/MnO2电极的析氧反应机理,同时计算了上述电极的析氧反应动力学参数和活化能。结果表明C/SnO2+SbOx/MnO2电极在硫酸溶液中的使用寿命比石墨电极长,析氧反应活化能低(20 kJ/mol),电催化性能良好,是酸性介质中一种优良的阳极材料。

多排石墨芯NiHCF膜电极电化学控制Cs^+分离

采用阴极电沉积方法在多排石墨芯(MRGC)基体上制备NiHCF薄膜,考察二电极体系下膜电极对溶液中Cs离子的置入和释放行为及其影响因素,并通过循环伏安法考察膜的再生性能。结果表明,当初始浓度为20mg·L-1时施加7V电压还原30min,Cs+去除率达84%;Cs/Na混合溶液中的分离系数可达40;氧化再生释放率达到61%。MRGC基体NiHCF膜电极在二电极体系下能有效分离模拟液中的Cs离子,且具有良好的再生能力。

电化学法沉积氧化锌晶须

应用阳极氧化法沉积氧化锌(ZnO)松针状晶须,SEM和XRD观察、表征样品形貌与结构.结果表明,电沉积氧化锌晶须直径为20～50 nm、长度200～300 nm、长径比10～15,纯度高,结晶度好,属六方晶系纤锌矿(JCPDS 36-1451).循环伏安法研究了该氧化锌结晶过程,并考察了电解液的锌酸盐[Zn(OH)4]2-浓度和基底表面氧化膜对晶须生成的影响.

含铜砷废硫酸分步硫化工艺的研究

冶炼烟气制酸行业的废酸中通常含有一定量的金属离子及毒性较高的砷离子,分步硫化法可对其中的Cu^2+和As^3+进行分步回收。针对质量分数为0~15%的铜、砷酸性废水,对分步硫化沉淀金属离子的过程进行了理论计算和分析;同时对酸性废水中加入硫化剂避免产生硫磺的pH范围也进行了理论计算,绘出了Cu—S—H2O酸性体系生成硫磺pH与lg[Cu^2+]的关系曲线图。相关的验证性实验证明,理论计算结果与实验结果较为吻合,废酸质量分数(0~15%)对第一步硫化中铜离子去除率的影响较小,第一步硫化时硫化剂用量达到去除铜离子理论需求量的1.0倍时,铜离子的去除率可以超过99%;第二步硫化时硫化剂用量达到去除砷离子理论需求量的1.0倍时,砷离子的去除率可以超过96%.

碱性BH_4^-在铜阳极上的电化学行为

用线性极化方法研究了铜对BH4-氧化的电化学行为。室温下,在2.0 mol/L NaBH4+2.0 mol/L NaOH的阳极电解液中,由铜阳极、铂阴极和NRE-212膜组成的直接硼氢化物燃料电池(DBFC)的最大电流密度和最大功率密度分别为235mA/cm2和46.14 mW/cm2;用恒流法以20 mA/cm2进行寿命测试,电压在0.6 V左右稳定达50 h。扫描电镜(SEM)及X射线衍射(XRD)测试的结果表明:实验中阳极表面形貌不断变化,但始终为铜单质。

氧在离子液体中电化学还原性能研究

合成了吡咯类、哌啶类、季铵盐类三种脂肪族离子液体和一种咪唑类芳香族离子液体,并研究了上述四种离子液体中氧在玻碳电极上的电还原反应,以及电化学行为对离子液体的影响。实验结果表明:三种脂肪族离子液体在氧还原电化学过程中稳定,且黏度小、电导率大的PYR14TFSI离子液体中的O2/O2-一电子反应最接近可逆,而属于芳香族类的咪唑类离子液体在氧还原电化学过程中不稳定;α-MnO2催化剂有明显的催化作用,有利于PYR14TFSI离子液体中O2/O2-氧化还原反应的进行。

活性炭电化学气化的工艺条件研究

煤电化学气化相对于传统的煤气化具有反应条件温和、工艺简单以及环境友好等诸多优点,但由于煤结构与成分的复杂性,导致煤电化学气化的研究多年来一直未有较大进展。以活性炭代替煤,在不同工艺条件下研究了活性炭电化学气化的过程中电流随时间的变化以及阳极气体成分与含量。研究结果表明:活性炭电化学气化过程中,阳极的气体产物主要为CO 2,其中含有少量的CO,两者的比例相差1~2个数量级;随着温度、电解电位以及活性炭浓度的提高,活性炭电化学气化反应的电流和气体产量均增加,最佳硫酸浓度为1 mol/L.

Ru,Sn和Co促进的Pt/C催化剂电催化氧化甲醇的性能

采用溶胶法制备了用于阴离子膜直接甲醇燃料电池的Pt-M/C(M=Ru,Sn和Co)阳极电催化剂,并用X射线衍射和X射线能谱技术对催化剂进行了表征.结果表明,制备的Pt-M合金颗粒分布均匀,粒径为2～6nm,其组成与前驱体中相应金属的原子比基本吻合.用循环伏安法测定了催化剂在不同碱性条件下的活性.结果显示,随着碱性的增加,甲醇的起始氧化电位降低,峰电流和催化剂的活性增大;相同碱强度下催化剂活性顺序为Pt50Ru50/C>Pt50Sn50/C>Pt75Co25/C,添加Ru可明显提高Pt/C催化剂的活性.Pt50Ru50/C在1.0mol/LNaOH+1.0mol/LCH3OH溶液中的峰电流密度可达634.7mA/mg.