低浓度甲烷热氧化流向变换反应器的动态行为及余热回收研究

废弃煤矿的低体积分数甲烷(1%-3%)通常被直接排放到大气中,但其较高的升温潜势带来了严重的环境问题。在流向变换反应器中直接热氧化甲烷是一种有吸引力的解决方案,但潜在的爆炸和不稳定燃烧等风险限制了其应用。阐明低含量甲烷在流向变换反应器中热氧化的动力学行为是开发工业级反应器的基础。为此,采用数值模拟的方法分析了低含量甲烷热氧化流向变换反应器的自热操作边界,深入研究了热空气导出量对流向变换反应器行为的影响。结果显示,甲烷体积分数超过0.2%即可实现自热操作;甲烷体积分数从0.5%提升至3.0%,最高床温仍维持在1200℃左右。当甲烷体积分数超过0.5%,可以回收部分热量;相同甲烷含量条件下,最高床温随着热气抽出量的增加而增加;随着甲烷体积分数从0.5%提升到3.0%,允许导出的热空气从12.5%几乎线性地增加到32%。进一步研究发现,以30-50 s的时间间隔反向流动可以确保甲烷的完全转化和床温稳定。上述结果表明,甲烷体积分数在1%-3%时,采用热氧化处理可以实现余热回收;此外,通过调整换向时间和热空气导出量可以实现床层温度控制。

高钠煤气化过程中的灰化学研究进展

煤气化是发展煤基大宗化学品及清洁燃料的关键技术,也是实现双碳目标的重要途径。准东高钠煤中碱金属钠含量高,气化过程中碱金属钠释放造成严重的灰释放问题,因此,探究准东高钠煤在气化过程中灰沉积、结渣机理及煤灰流动性对准东煤的清洁高效利用具有重要意义。鉴于此,综述了近年来气化过程中高钠煤的灰化学研究最新进展。总结了煤中钠的赋存形态及含量,阐明了气化过程中钠的迁移转化机制及钠释放导致气化炉受热面造成的灰沉积、结渣问题。由于高钠煤中钠释放主要受气化温度的影响,因此成灰温度不宜高于500℃。气化过程中易生成熔点低的含钠矿物质,降低高钠煤煤灰熔融温度。高钠煤中钙、铁含量高时,煤灰中钙长石及钙铝黄长石在高温下生成低温共晶体、Fe^(2+)与煤中矿物质反应形成低熔点尖晶石均是加剧煤灰熔融的重要原因。同时,热转化过程中气氛对高钠煤中矿物演化具有一定影响。高钠煤灰的熔融区间窄,熔融速率快,表明高钠煤灰流动性强,由于Na+的离子势较低,O_(2)^(-)被Si^(4+)夺取,导致桥氧键断裂成非桥氧键,熔渣网格结构解聚,黏度降低,其熔融机理符合“熔融-溶解”机理。降温过程中晶体的析出对黏度的影响至关重要。Na_(2)O的引入降低了熔渣析晶体温度,改变晶体类型,同时降低熔渣的黏滞活化能及结晶能力。

锂离子电池硅炭负极材料的制备与电化学性能研究

利用微胶囊技术将酚醛树脂包覆于纳米硅表面,然后在氩气保护下高温炭化,制得硅炭复合负极材料。首先采用4种不同质量比的酚醛树脂与纳米硅制备了硅碳复合材料,得到了不同炭质厚度的硅碳复合材料。通过对其循环性能和倍率性能的比较,发现酚醛树脂与纳米硅的质量比为1∶4,即碳层厚度为4.5 nm时,电化学性能最佳。随后对该种硅碳复合材料的综合电化学性能进行了测试,该材料作为负极制备的锂离子电池具有良好的电化学性能,在电流密度为100 mA g^(-1)的条件下,其首次放电比容量为2382 mAh g^(-1),首次充电比容量为1667 mAh g^(-1),首次库伦效率为70%。经200次充放电循环后放电比容量为835.6 mAh g^(-1),库伦效率为99.2%。此外,其倍率性能非常优异,在100、200、500、1000、2000及100 mA g^(-1)电流密度下,其平均放电比容量分别为1716.4、1231.6、911.7、676.1、339.8及1326.4 mAh g^(-1)。

钙铈基催化剂上碳酸丙烯酯和甲醇制备碳酸二甲酯的研究

采用溶胶凝胶法制备了不同比例的钙铈基催化剂,并研究了其对于碳酸丙烯酯和甲醇制备碳酸二甲酯的酯交换反应性能。结果表明,Ca∶Ce=9的催化剂在反应时间2 h,温度40℃,甲醇与碳酸丙烯酯物质的量比为15∶1,催化剂用量为碳酸丙烯酯用量4%的条件下,碳酸丙烯酯转化率达到91.1%,碳酸二甲酯选择性达到91.7%。采用XRD、N2吸附-脱附、FT-IR、XPS和CO_(2)-TPD对催化剂进行了表征。结果表明,催化剂表面的氧空穴越多,中等碱性位数量越多,越有利于甲醇的活化,催化剂的活性越好。

石墨烯基二氧化碳还原电催化材料研究进展

通过电化学方法来减少二氧化碳(CO_(2)),同时生产燃料和高附加值化学品,是一种克服全球变暖问题的有效策略,对于缓解能源和环境的双重压力具有重要的现实意义。由于CO_(2)稳定的分子结构,设计高选择性、高能效和低成本的电催化剂是关键。石墨烯及其衍生物因其独特且优异的物理、力学和电学性能,相对较低的成本,使其在CO_(2)电还原方面具有竞争力。此外,石墨烯基材料的表面可以通过使用不同的方法进行改性,包括掺杂、缺陷工程、构建复合结构和包覆形状。首先,本文综述了电化学CO_(2)还原的基本概念、评价标准,以及催化原理和过程。其次,简要介绍了石墨烯基催化剂的制备方法,并按照催化位点的类别,总结了石墨烯基催化剂近年来的研究进展。最后,对CO_(2)电还原技术未来发展方向进行了探讨与展望。

γ-Mo_(2)N/C催化剂的合成及其甲酸脱氢性能研究

甲酸(FA)因其H含量较高(4.4%)、易产H_(2)、可经小平台化合物合成等优势受到广泛关注,而γ-Mo_(2)N/C对FA沿H_(2)和CO_(2)路径分解具有非常高的选择性,产生CO极少,显示出较高的应用价值。基于此,本研究采用对苯二胺和钼酸铵水溶液经前驱体制备γ-Mo_(2)N/C催化剂,并对其FA分解性能进行了原位评价,采用热重分析(TG)、X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)等表征手段对催化剂的结构和表面官能团进行了分析,利用DFT对FA在γ-Mo_(2)N (200)晶面的吸附构型进行了计算,在此基础上,对催化剂性能及FA在其表面的分解机理进行了研究。结果表明,γ-Mo_(2)N/C在较低温度下即可表现出极高的催化活性,提高γ-Mo_(2)N在C载体上的分散性能有效改善FA转化率。对苯二胺与钼酸铵的物质的量比为4∶1时,催化性能最佳,在160℃、100 h的FA分解实验中,催化剂性能稳定、H_(2)选择性高(N_(2)40 mL/min, CO<5.0×10^(-5))。而DFT计算表明,FA中O-H键的H原子与γ-Mo_(2)N/C (200)晶面上N原子结合的可能性更大,而C=O键的O原子更有可能与γ-Mo_(2)N/C (200)晶面上Mo原子结合。上述结果有助于明确FA在γ-Mo_(2)N/C作用下的分解机理,也显示出非贵金属催化剂γ-Mo_(2)N/C在FA分解制H_(2)方面潜在的应用前景。

Zn含量对于Cu-Mn-Zn/ZrO_(2)催化剂CO_(2)加氢合成甲醇性能的影响研究

通过溶胶-凝胶方法制备了一系列不同Zn含量的Cu-Mn-Zn/ZrO_(2)催化剂,并通过XRD、BET、TPR、N_(2)O吸附、XPS、TPD和in-situ DRIFTS进行了表征。结果表明,随着Zn含量增加,催化剂上CO_(2)加氢反应的活性增加。在所有样品中,Cu_(3)MnZn_(0.5)Zr_(0.5)(CMZZ-0.5)在250℃和5 MPa条件下具有最高的CO_(2)转化率(6.5%)和甲醇选择性(73.7%)。表征结果表明,Zn进入Cu_(1.5)Mn_(1.5)O_(4)尖晶石结构,形成ZnOx,导致催化剂表面羟基含量的增加,同时增加了Cu0和Cu^(α+)的含量,改善了H_(2)和CO_(2)的活化能力。此外,通过原位漫反射红外光谱研究了CO_(2)转化为甲醇的途径。

左氧氟沙星在水环境中的赋存、风险及降解技术研究进展

水环境中的抗生素不仅诱导微生物产生抗性基因(ARGs)及耐药细菌,而且危害生物安全,对人类生命健康产生严重威胁。氟喹诺酮类抗生素(FQs)及其引发的ARGs问题已引起国内外学者广泛关注。左氧氟沙星(LVFX)是使用最广泛的FQs之一,因生物体代谢率低且化学结构稳定,在环境中被广泛检出。因此亟需掌握LVFX在水环境中的赋存特征,厘清其对生态环境的危害,并比较分析现有技术对其去除效果。在现有研究基础上综述了LVFX在水环境中的赋存特征,从诱导微生物产生ARGs和耐药细菌及威胁水生态安全两个方面阐述了LVFX的生态风险,系统阐述了物理法、化学法和生物法去除LVFX的效果及研究进展,分析了这些技术的优缺点,以期为高效低耗降解LVFX并抑制ARGs的传播提供一定的参考。

锂离子电池不同服役工况下失效研究进展

锂离子电池在长期服役时极易出现失效现象,包括内阻增大、容量衰减、析锂、产气等,其失效过程难以监测,容易导致锂离子电池的安全性、可靠性和使用寿命严重降低。通过研究搁置、长循环及浮充等不同服役工况下电池的失效原因,了解电池失效机制,可以快速监测电池的健康状态和服役寿命。本文对不同服役工况下电池失效的相关研究进行探讨,综述了在不同温度、电压和荷电状态等条件下服役时,锂离子电池内部正极、负极、隔膜和电解液的失效机理,着重介绍了电池在不同电压和温度下的搁置性能、搁置下的失效模型、长循环后正负极结构的变化、高温浮充后的失效机制及产气机理。同时也有针对性地提出了锂电负极材料、隔膜、电解液及正极材料等相关要素的优化方案。综合分析表明电极中活性锂的损失、活性物质的损失、颗粒的破裂、过渡金属的溶出、固体电解质界面膜(SEI)分解等都会引起锂离子电池的失效。减小颗粒粒径、加入电解液成膜添加剂以及优化隔膜的穿透性等,有望降低锂离子电池在长期服役过程中的失效速率,确保锂离子电池安全稳定运行。

Fe取代的Pt/H-ZSM-12催化剂的合成及其正十二烷加氢异构化性能研究

在长链烷烃的加氢异构反应中,H-ZSM-12分子筛独特的孔道结构有利于多支链异构体的生成,但其较强的酸性加剧了裂解副反应的发生。以Fe同晶取代分子筛骨架中的Al,可以有效降低分子筛的酸强度。为了提高异构产物的选择性,采用水热法合成了Fe取代度(以n(Fe):n(Al+Fe)计)分别为0%、50%和100%的Z12-Al、Z12-Al-Fe和Z12-Fe分子筛。紫外可见吸收光谱(UV-Vis)表征结果表明,Z12-Al-Fe和Z12-Fe中引入的Fe绝大多数以[FeO_(4)]的结构存在于分子筛骨架中。红外吸收光谱(FT-IR)和X-射线光电子能谱(XPS)表征结果表明,H-Z12-Al-Fe和H-Z12-Fe骨架中的Fe与Si—OH结合形成了Si—OH—Fe键。氨气程序升温脱附(NH_(3)-TPD)和吡啶红外(Py-IR)表征结果表明,随着分子筛中Fe含量的增加,其强酸位的酸强度逐渐降低,总Bronsted酸的数量明显减少。在分子筛载体上负载足量的金属Pt后,以正十二烷(n-C_(12))为模型化合物评价了双功能催化剂的加氢异构性能(反应压力为2.0 MPa,n(H_(2)):n(n-C_(12))为6.0)。结果表明,Pt/H-Z12-Fe上Bronsted酸强度的降低和酸性位数量的减少使其催化活性低于Pt/H-Z12-Al,但弱Bronsted酸性对裂解反应的抑制使其在90%左右的n-C_(12)转化率下获得了最高的总异构选择性(85.7%)和多支链异构体选择性(53.8%),比Pt/H-Z12-Al分别高出18.6%和9.7%。此外,Pt/H-Z12-Fe在120 h的连续反应中表现出了优异的稳定性。

Cu-Al尖晶石氧化物缓释催化剂表面重构对促进甲醇重整反应性能的研究

Cu-Al尖晶石氧化物作为甲醇水蒸气重整制氢缓释催化剂,在反应过程中逐渐释放活性Cu,其催化行为与催化剂的表面结构密切相关。本研究采用酸碱溶液对固相球磨法合成的Cu-Al尖晶石催化剂进行表面处理,以期通过表面组成及结构的修饰来提高其催化性能。研究结果表明,硝酸、氨水、氢氧化钠溶液与催化剂的作用差别极大,酸处理去除了催化剂表面的Cu和Al物种,氢氧化钠溶液处理则主要去除了Al物种,氨水溶液处理作用最弱,去除了极少量的Cu和Al。伴随着Cu、Al物种的流失,催化剂表面结构重组和铜物种再分布改变了铜的缓释行为。反应性能评价结果表明,硝酸和氨水处理改善了缓释催化性能,其中,硝酸处理后的催化剂表现出更优异的催化稳定性;而氢氧化钠溶液处理不利于缓释催化性能的提高。结合反应后催化剂表征结果,阐明缓释Cu粒径大小和Cu晶粒微观结构应变对催化性能发挥着重要作用。当前工作为提高缓释催化提供了一种切实可行的方法。

火焰喷雾热解制Pd-Pt/CeO_(2)催化甲烷燃烧的性能研究

火焰喷雾热解法(FSP)是一种简单、快速、可规模化制备纳米催化剂的技术。通过火焰喷雾热解法合成CeO_(2)和Pt-CeO_(2)载体、Pd-Pt-CeO_(2)催化剂,采用浸渍法在CeO_(2)和Pt-CeO_(2)载体分别沉积Pd-Pt和Pd而制得Pd-Pt双金属催化剂,并考察其甲烷催化燃烧性能。利用ICP、XRD、TEM、BET、H_(2)-TPR、XPS和Raman对催化剂的物化性质进行分析。TEM结果表明,Pd-Pt/CeO_(2)催化剂中Pd和Pt物种高分散于CeO_(2)载体。相比于一步法(one step)制得的Pd-Pt-CeO_(2)(OS-FSP)催化剂,共浸渍法制得Pd-Pt/CeO_(2)(0.25)-WI的催化活性更高,其t_(50)降低了60℃,且稳定运行60 h而没有明显失活。这归因于Pd-Pt/CeO_(2)(0.25)-WI催化剂表面上Pd^(0)/Pd^(2+)和Ce^(3+)/Ce^(4+)物质的量比更高、晶格氧更多,进而导致其具有良好的甲烷催化燃烧性能。

废润滑油加氢催化剂失活机理研究

目的研究废润滑油加氢催化剂失活机理。方法以NiMo/γ-Al_(2)O_(3)催化剂为研究对象,对加氢前后的催化剂和油品进行表征分析,从而找出催化剂失活的原因。结果该催化剂的初始加氢活性很好,对硫(S)、氮(N)及氯(Cl)3种杂元素的脱除率可分别达到83.6%、81.7%和99.7%。但随着反应的进行,从第4周起,催化剂活性下降严重。对反应前后的催化剂进行表征发现,反应后催化剂比表面积和孔容大幅下降,且反应后催化剂成分中硅含量显著增多。结论造成催化剂活性下降的原因并不是活性金属纳米颗粒的流失,也不是催化剂微观结构的破损,而是随着加氢反应的进行,一方面,油品中的硅加氢后沉积在催化剂表面,致使活性位点被覆盖而无法与反应物接触;另一方面,在固定床管路中堆积的硅限制了传质传热效率,降低了反应活性。

加强研究所图书馆的信息提供能力建设——中科院山西煤化所图书馆信息资源发展之路

近几年，中科院山西煤炭化学所图书馆通过参加国家科学数字图书馆(CSDL)组织的电子资源集团采购，使该所图书馆网上信息资源建设走过了从无到有、专业数据库种类逐步完善的发展历程。

电化学表面处理PAN基炭纤维的表面性能研究

以NH4HCO3为电解质对PAN基炭纤维进行了连续表面处理,并利用X射线光电子能谱 (XPS)、X射线衍射(XRD)、拉曼光谱、扫描电子显微镜(SEM)和自动电位滴定等方法,系统研究了电化学氧化反应后炭纤维表面石墨微晶尺寸的变化规律,推导出微晶宽度(La)、微晶厚度 (Lc)与电流密度 (J)之间存在线性关系式;同时,经电化学氧化处理后,炭纤维表面含氧官能团的摩尔分数增加 8.54%,表面吸附水的摩尔分数增加 5.34%,使其表面由憎液性变为亲液性,这有利于提高炭纤维增强树脂基复合材料(CFRP)的层间剪切强度(ILSS)。

酚醛树脂基活性炭微球的电化学性能研究 I.酚醛树脂基微球制备过程的研究

选用线型酚醛树脂为原料,采用乳化法可制得微球。为了揭示微球的成型,考察了在制备过程中酚醛树脂乙醇溶液的浓度、搅拌速率、成球终温、固化剂及表面活性剂的数量对酚醛树脂基微球的影响。研究结果表明:微球球径随着树脂溶液浓度的降低而减小,亦随搅拌速率的降低而减小;当搅拌速率为 400r/min左右,表面活性剂的浓度在 0.28mol/L^0.74mol/L,固化剂量的质量分数为 6.0% (基于酚醛树脂 )时,可得到球形度良好的微球。在高于树脂软化点以上成球终温对成球影响不大。

硫醇在金电极上的SA单分子层膜的电化学研究

金基底上的硫醇自组装单分子层膜（Ｓｅｌｆ－ａｓｅｍｂｌｅｄｍｏｎｏｌａｙｅｒｓ，ＳＡＭｓ）具有良好的稳定性和有序性，因此在基础研究及应用技术等领域都受到了广泛的重视［１］．通过电化学方法测定自组装膜对溶液中电活性物质的异向电子转移的阻碍作用，可以非常...

酚醛基活性炭纤维孔结构及其电化学性能研究

利用水蒸汽活化法制备了酚醛基活性炭纤维(ACF-H2O),对其比表面积、孔结构与在LiClO4/PC(聚碳酸丙烯酯)有机电解液中的电容性能之间的关系进行了探讨.用N2(77K)吸附法测定活性炭纤维的孔结构和比表面积,用恒流充放电法和交流阻抗技术测量双电层电容器(EDLC)的电容量及内部阻抗.研究表明,在LiClO4/PC有机电解液中,ACF-H2O电极的可用孔径(d)应在0.7nm以上.随着活化时间的延长,ACF-H2O的孔容和比表面不断增大,但微孔(0.7nm<d<2.0nm)和中孔(d>2.0nm)率变化很小,活化过程中孔的延伸和拓宽同步进行,但过度活化则造成孔壁塌陷,孔容和比表面迅速下降.因此,除活化过度的样品外,电容量随比表面积呈线性增长,最高达到109.6F·g-1.但中孔和微孔的孔表面对电容的贡献不同,其单位面积电容分别为8.44μF·cm-2和4.29μF·cm-2,中孔具有更高的表面利用率.ACF-H2O电极的电容量、阻抗特性和孔结构密切相关.随着孔径的增大,时间常数减小,电解液离子更易于向孔内快速迁移,阻抗降低,电极具有更好的充放电倍率特性.因此,提高孔径和比表面积,减少超微孔(d<0.7nm),是提高EDLC能量密度和功率密度的重要途径.然而仅采用水蒸汽活化,只能在小中孔以下的孔径范围内进行调孔,ACF-H2O电极电容性能的提高受限.

氧化沥青化学结构及成焦行为的研究

无喹啉不溶物煤焦油在 30 0℃空气吹扫氧化 2h～ 12h制备了一系列氧化沥青 ,氧化沥青的化学结构通过1H -NMR ,13 C -NMR ,FT IR ,元素分析和族组成分析进行 ,结果表明 :空气吹扫可促进脱氢缩合反应的进行 ,随着空气吹扫时间的增加 ,α 氢显著减少 ,氧化沥青中氧含量并没有大的增加。在 480℃ ,0 .1MPa和 1.6MPa下分别将氧化沥青进行焦化 ,考察了焦收率以及光学组织结构变化情况。结果表明 ,空气吹扫氧化可提高煤焦油沥青的焦收率 ,轻度氧化对中间相组织影响不大 ,重度氧化抑制中间相组织的发展。

我国煤炭热解技术研究进展

介绍了我国煤炭热解及其相关技术的发展历程,对迄今开发的主要工艺过程做了扼要介绍和技术比较,并跟踪了各种热解技术的工业化情况,指出了当前面临的问题,同时提出了相应建议。