铜纳米颗粒催化剂的重构及其合成碳酸二甲酯性能研究

甲醇氧化羰基化合成碳酸二甲酯(DMC)是中国重点开发的现代煤化工路线,其关键在于高性能催化剂的设计研发。本研究采用液相重构法,通过调变溶剂种类、气氛和压力制得高效铜团簇催化剂,在DMC合成反应中时空收率(STY_(DMC))高达3520 mg/(g·h),经过10次循环,STY_(DMC)下降21.8%。N2吸附-脱附、XRD、TEM、STEM等表征手段表明,强还原性的CO不但可使铜纳米颗粒(~9.7 nm)部分重构为亚纳米团簇(~1.34 nm),同时有效维持了Cu^(0)物种的存在,从而提升了催化活性和稳定性。进一步研究表明,铜重构的发生取决于气氛-金属-载体三者的相互作用,且随氧化、还原性气氛的变化呈可逆状态。

电解液改善锂离子电池低温析锂研究进展

锂离子电池作为便携式电子产品和电动汽车的“心脏”,在推动人类社会的无化石燃料化中发挥着至关重要的作用。然而,在低温条件下(0℃及以下)充电时,锂离子电池电极极化急剧增大,导致了严重的析锂问题。通过合理设计低温电解液,降低低温充电时电极极化,并构建稳定的电解液-电极界面,可以有效遏制析锂及其对锂离子电池带来的不利影响。本文首先阐释了低温下锂离子电池析锂的形成机制,并指出低温电解液的设计是改善锂离子电池低温析锂行为的有效途径。接着,本文进一步介绍了缓解低温析锂问题的几种电解液设计策略,包括降低去溶剂化能垒的弱溶剂化电解液和共嵌入电解液、衍生低阻抗固态电解质界面膜(SEI)的局部高盐电解液以及钝化析锂的羧酸酯基高盐电解液,同时比较了这些策略的优劣势。最后,结合现有研究成果,展望了电解液调控低温析锂行为的未来研究方向,提出了发展实时析锂预警方法、采用实用化条件评估电解液抑制低温析锂能力以及设计兼顾电化学动力学和界面稳定性的高比能硅碳负极用低温电解液,以望实现低温锂离子电池的高容量发挥和长循环寿命。

B/Al/Ga-MOR分子筛催化甲醇/二甲醚羰基化反应机理的理论计算研究

采用DFT计算比较分析了B、Al和Ga分别同晶取代MOR分子筛八元环侧袋T3位点及十二元环孔道T4位点时甲醇及二甲醚羰基化反应机制的共性及差异。研究发现,CO插入甲氧基生成乙酰基的反应遵循S_(N)2机制,且为羰基化反应过程中的决速步;473 K下,无论甲醇或二甲醚为原料,生成的乙酰基更倾向于与甲醇中的CH3O作用生成乙酸甲酯;T3位点具有更好的羰基化择形性,而T4位点上更倾向于发生由三甲基氧鎓离子生成芳烃导致催化剂失活的副反应。与Al-MOR相比,在T3位点引入B和Ga会导致羰基化反应能垒的升高,降低其催化性能;而在T4位点引入B和Ga(尤其是B)则可大幅提升其生成三甲基氧鎓离子的能垒,抑制芳烃生成过程,提升催化剂稳定性。本工作有助于认识MOR分子筛不同孔道内酸性位点发生同晶取代时催化羰基化反应机制的差异,为调控设计高效MOR沸石催化剂提供一定的理论支撑。

清洁能源开发利用对于实现可持续发展的意义

随着经济发展进入新常态阶段,过去粗放式、高污染型的生产方式已经不再适应中国经济高质量发展的需要,因此迫切需要减少传统化石能源的消费,发展低碳、清洁的绿色能源,优化能源结构,促进经济的绿色可持续发展。本文立足于可持续发展理论,在回顾以往相关文献研究的基础上,阐述了清洁能源开发利用的理论基础,并指明了清洁能源开发利用的重要性。通过梳理我国能源开发利用的现状,提出了当前在能源开发利用中存在的一些问题,并提出了有针对性的对策措施,具有一定的借鉴意义。

基于激光诱导击穿光谱与半监督学习的煤质定量分析研究

激光诱导击穿光谱(LIBS)是一项新兴的原子光谱分析技术,具有无需复杂样品制备,快速、原位、多元素同时测量等优点,在煤质分析领域展现出良好的应用前景。近年来,化学计量学和机器学习模型被广泛用于煤质分析。而这些模型通常依赖于一定数量的训练样本来确保分析结果的精度和可靠性。由于获取煤样的真实的成分含量信息(标签)需要复杂、耗时的化学分析,训练样本数量不足,导致模型性能欠佳。针对小样本情况下基于LIBS技术的煤质分析,提出了多模型集成的半监督学习方法提升定量分析性能。首先根据初始训练集建立5个基线模型,包括多元线性回归(MLR)、偏最小二乘回归(PLSR)、局部加权偏最小二乘回归(LW-PLSR)、支持向量回归(SVR)、核极限学习机(K-ELM);利用5个模型处理无标签数据,得到5组预测值;对于每个无标签样本,计算5个预测值的标准差,并将最小标准差对应的无标签样本加入训练集,其伪标签为5个预测值的平均值;通过迭代循环来扩充训练集,并更新、优化训练模型;最后对测试样本进行分析。提出的方法在LIBS煤质分析数据集上进行了测试,包含20个训练样本、39个测试样本、280个无标签样本。结果表明,提出的半监督学习方法将固定碳、灰分、挥发分含量的预测拟合系数(R^(2))分别提高了0.033、0.102和0.118。在训练样本数量不足的条件下,半监督学习能够有效提升了LIBS定量化模型的准确度和可靠性。

西北退化防护林可持续利用模式研究

本研究针对我国西北地区退化防护林可持续利用的迫切需求,从当地对生物质资源的实际需求和防护林退化残次林特点出发,分别提出了残次灌木林和乔木林利用技术方案,这2种方案能为加工生物质成型燃料、牧草饲料、中草药等提供高品质原料,具有因地制宜、产品多样和循环利用的优势,能带来显著的林业增产、农民增收、生态环境改善等多重效果,并能最大程度地减少政府初投资、带动社会资本投入,为我国西北及其他地区退化防护林的利用提供了一种切实可行的可持续模式。

山西省科技创新人才激励政策研究

分析了山西省科技型创新人才激励政策的特点,通过问卷调研、人才访谈、与相关职能部门人员交流等多种途径和方法获取了一手资料,并结合山西省内重点城市现有的人才政策,提出了科技创新人才政策的优化建议,以期为山西省科技创新人才政策优化研究提供借鉴和参考。

黄河流域城镇垃圾处理现状及对策研究

城镇垃圾处理作为一项系统性工程,是推动生态环境治理的关键环节,对于促进黄河流域生态保护和高质量发展具有重要意义。本文详细总结了“十三五”以来黄河流域城镇垃圾处理工作取得的进展,通过实地调研以及数据分析,系统梳理了城镇垃圾处理及设施现状,结果显示黄河流域城市已基本具备生活垃圾处理能力,但仍存在区域发展不平衡、总体无害化处理率低、垃圾焚烧处理能力差距明显、厨余垃圾处理设施缺口大及垃圾分类工作滞后等突出问题。基于处理现状及问题短板,科学系统地剖析制约黄河流域城镇垃圾处理工作高效开展的主要阻碍,并从顶层设计、设施建设、技术手段等方面提出对策建议,以期为黄河流域生活垃圾管理部门政策制定提供参考。

煤微观孔隙结构演化规律研究

通过研究气体与应力对煤微观孔隙的影响,揭示了吸附性气体与非吸附性气体对煤孔隙结构的差异影响,以及应力对煤微观结构的主要和次要影响因素。实验表明:非吸附性气体可以扩大煤体内部的孔隙孔径,增大裂隙开口度,从而提高煤的渗透性。而吸附性气体会破坏煤孔隙结构,使孔裂隙结构更加复杂,从而增强煤的吸附能力。研究结果可为非常规油气资源的评价与开发提供微观角度的参考。

生物质能清洁高效利用助力区域碳中和--以山西省芮城县为例

为更好地探索生物质能清洁高效利用助力区域碳中和的技术路径,本文以山西省芮城县为具体研究对象,通过文献调研和理论计算等方法统计得到该县每年的生物质资源总量约25.32万tce;基于卫星遥感影像识别的方法,进一步绘制了农作物秸秆资源分布图;同时利用文献和现场调研,梳理分析了该县生物质利用现状及存在的问题。结合乡村振兴、清洁取暖等国家相关政策,明确了该县生物质能规划的指导思想和基本原则,并针对不同生物质类型提出了具体可行的“光储直柔”型生物质颗粒燃料加工新模式和生物天然气技术路线,结合芮城实际发展情况和整体“双碳”时间表,明确了三阶段需要逐步完成的具体任务。

煤制合成气中温变压吸附H_(2)/CO_(2)分离研究与示范

煤制合成气净化工段位于水气变换后,脱除H_(2)S、CO_(2)等气体杂质,获取较高纯度的工业H_(2)。目前成熟净化工艺为以低温甲醇洗、液氮洗为代表的湿法以及变压吸附脱碳为代表的干法技术。中温变压吸附(ET-PSA)技术在与来流变换气一致的中温温度区间运行,采用自行合成的疏水富氮活性炭吸附剂,将传统变压吸附操作温度提升至170~220℃,实现中温高湿环境下的硫碳共脱。引入N_(2)充洗和低压N_(2)清洗2个新变压吸附步序,可使H_(2)回收率提高至99%。以丰喜泉稷厂煤制变换气为中试侧线原料,搭建了原料气处理量5 000 m^(3)/h(标况下)的中温变压吸附H_(2)/CO_(2)分离中试试验装置,H_(2)经两级中温变压吸附纯度达到燃料电池H_(2)水平(含有效气N_(2)),中试装置已累计运行超过2 800 h。并以公用工程运行数据计算中试装置能耗,仅折算电耗,中试H_(2)净化运行成本相比丰喜泉稷厂内低温甲醇洗H_(2)净化电耗可节约成本约35%。该技术突破了常规固体吸附净化温度限制,采用中温下选择性吸附性能好的吸附剂实现H_(2)中杂质定向脱除,为实现高效高品质H_(2)净化提供新的工艺路线。

富氢燃料气射流预混火焰回火特性的研究进展

燃气轮机是一种重要的动力设备,是碳中和的重要环节,燃用富氢燃料气是降低其碳排放的有效途径.由于氢气的化学反应活性高、燃烧速率快,使得燃烧室内预混射流火焰发生回火的风险大大增加,即火焰有可能从燃烧室向上游预混气管道传播.文章综述了近20年来富氢燃料气射流火焰回火的代表性实验及数值模拟的研究进展,介绍了包含燃料氢含量、来流温度及工作压力等参数、喷嘴结构与尺寸、热声振荡和微混燃烧器等对回火特性影响的研究成果,现有研究表明,边界层内火焰传播速度超过来流速度是造成回火的主要因素,控制来流速度、来流温度、改变局部燃料浓度可以克服或者减缓回火.根据目前的研究现状和发展动态,对未来的研究方向进行了展望.

“零碳产业园”的内涵界定及建设路径研究

零碳产业园是新时代背景下提出的一项低碳发展的创新举措,但目前面临着缺乏明晰而统一的内涵、建设路径尚不清晰、建设零碳产业园的技术不成熟以及零碳产业园标准不统一等问题。在梳理我国典型零碳产业园特点的基础上,结合低碳以及近零碳排放的相关概念,给出了零碳产业园的内涵界定。研究指出,目前零碳产业园的发展相对滞后,评价标准不完善,未来零碳产业园创建应从顶层设计出发,多举措协同推进,包括零碳能源、零碳建筑、零碳交通、零碳技术、废弃物低碳处理、零碳管理等,并且从零碳法规、税收及财政支持等政策体系、评价标准体系、组织管理体系、技术创新等方面提出零碳产业园的政策保障体系,为零碳产业园的理论研究和实践提供参考。

绿色金融支持新能源产业发展的机制研究

新能源产业发展代表着我国企业升级转型的方向,具备强大的发展潜力和价值。相关部门需要对新能源产业市场主体建立有效的投资环境和金融支持体系,才能更好地满足新能源产业的金融需求。商业银行作为金融供给的主体,需要不断提高对新能源企业的信贷支持效率,充分发挥多元主体下资本市场的供给和扶持,从而有效深化新能源与金融创新的双方面需求,争取双赢格局。

基于共面电容原理的煤炭灰渣介电特性实验研究

针对工业锅炉灰渣沉积监测的需求,基于共面电容原理对煤炭灰渣在高温下的电容特性进行测试,通过XRD与SEM分析淬冷灰渣的物相结构与微观形貌,并结合宽频介电谱仪研究温度、频率、组分对灰渣介电性能的影响规律。结果表明,随着温度的升高(>700℃),灰渣物相中形成镁铁尖晶石且晶粒尺寸逐渐增大,灰渣复阻抗谱符合IBLC电介质模型,导致灰渣介电常数和测试电容值逐渐增大,基准渣在1200℃时的电容值约为700℃的282.0倍;Si/Al的变化对灰渣的介电性能影响不大,随着Fe_(2)O_(3)含量的增加或CaO含量的减小,灰渣中的晶粒尺寸逐渐增大,导致介电常数增加,因此测试电容值增大。

颗粒群在燃烧环境中的曳力研究

对颗粒半径为100~500μm、体积分数为0.075~0.35的固定随机分布的颗粒群在303 K与1173K环境温度下的受力及相应的流场进行模拟.模拟工具为虚拟区域法.它采用统一形式的结构化网格描述颗粒与气体,并实现两相的相互作用,兼有较高的准确度与效率.相关结果显示,颗粒群在燃烧环境中形成的流场更稳定,这主要是由于气体在燃烧环境中的黏性更大,导致雷诺数更小.同时,颗粒群在燃烧环境中所受黏性力更大.在较低与较高的雷诺数下,颗粒群在燃烧环境中的曳力分别更大与更小.随着颗粒尺寸增大,颗粒群的燃烧强度与曳力均增大;随着颗粒体积分数增大,颗粒群的燃烧强度减小但是曳力增大.最后,本研究对于颗粒群的终端速度、曳力系数以及气-固动量交换系数提出了在燃烧环境中的修正.

基于全生命周期评价的中国制氨路线碳排放、能源效率研究及展望

我国实现双碳目标的核心在于能源系统的低碳化和清洁化.未来风电、光伏电等一次能源大比例接入电网,其波动性、间歇性等特点使得可跨季广域消纳储能技术的发展成为刚需.氨的稳定性、易存储、输储设施完善等特性使其成为极具竞争力的化学储能介质,有望破解当前氢储运难题,助力实现“碳中和、碳达峰”目标.目前面向我国规模化应用的中国制氨路线生命周期评估工作较少,缺乏考虑细分环节的合成氨路线的全生命周期碳排放及能效等指标的评估与分析.针对上述氨储能技术发展存在的机遇和挑战,本文建立各主要阶段的合成氨全生命周期评估(life cycle assessment,LCA)集成模型,结合低碳排技术对不同制氨路线生命周期间的一次能源投入及碳排放进行评估与分析.通过核算煤制氨(R1)、天然气制氨(R2)、市电制氨(R3)及可再生电力制氢合成氨(R4)四种技术路线的碳排放及能源效率,并对关键参数进行敏感度分析,确定造成碳排放的关键环节和关键因素,提出减少碳排放的技术改进建议.研究表明,未采用碳捕获与封存技术(carbon capture and storage,CCS)的煤制氨(R1-w/o CCS)与天然气制氨路线(R2-w/o CCS)碳排放则分别高达4.190和2.356 kg CO_(2)/kg NH_(3),R3路线碳排放高达6.384 kg CO_(2)/kg NH_(3),分别以光伏电站(R4-PV)和风力发电站(R4-Wind)为电力输入的可再生电力制氢合成氨路线碳排放分别为0.569和0.335 kg CO_(2)/kg NH_(3).结合CCS技术后,R1-w/CCS和R2-w/CCS路线碳排放可分别降低61.8%和55.4%,但因CO_(2)捕获、运输和封存带来的额外能耗使每功能单位氨生产的化石能源消耗量相应增长4.2%和5.8%,生命周期能源效率分别降低1.6%和2.5%.本文从全生命周期的碳排放和能效角度出发,通过定义统一系统边界提高模型的精准度与可对比度,为不同制氨路线的工艺改进情景提供了可靠的分析.

根区施用生物炭和脱硫石膏提高盐碱土壤质量及向日葵产量

为了靶向消减根区土壤盐碱障碍和定向培育健康沃土,该研究在内蒙古河套灌区开展田间小区试验,设置沙土覆盖种植孔(S)、条施生物炭+沙土覆盖种植孔(B+S)、条施生物炭+脱硫石膏覆盖种植孔(B+G)3个处理,对比分析0~20 cm和>20~40 cm土层土壤质量及向日葵产量差异。结果表明:根区施用生物炭和脱硫石膏改变了0~40 cm土壤水溶性离子组成,主要表现为增加Ca^(2+)含量而降低Na~+含量。与S处理相比,B+S和B+G处理显著降低了0~40 cm土壤钠吸附比(sodium adsorption ratio,SAR)和>20~40 cm土层pH值,增大了土壤脱盐率(Ds);B+S和B+G处理还增加了0~40 cm土壤有机质(OM)、硝态氮(NO_(3)^(-)-N)、有效磷(available phosphorus,AP)和速效钾(AK)含量,为向日葵出苗和生长提供了良好的土壤环境。此外,B+S和B+G处理通过调理盐碱指标(SAR,D_s,Ca^(2+)和Mg~(2+))和肥力水平(AK,NO_(3)^(-)-N和OM)来提高土壤质量,二者基于全数据集的土壤质量指数(SQI)比S处理分别增大了35.7%和88.5%。但相比之下,B+G处理在这两个方面的作用效果要优于B+S处理,因而获得了最高籽粒产量。可见,在根区条施生物炭和脱硫石膏覆盖种植孔相结合可提高盐碱地土壤质量和向日葵产量,为河套灌区盐碱地改良利用提供技术支撑。

公路隧道喷射型ECC物理力学性能及其喷层稳定性

传统纤维增强水泥基复合材料(ECC)存在成本高、收缩大和应用场景局限等问题,且关于开挖扰动下公路隧道喷射型ECC层稳定性的研究尚不完善,此外缺乏对其工程应用后的监测评估。基于此,本文研究了公路隧道喷射型ECC的物理力学性能,分析了开挖扰动下围岩及喷射型ECC层的稳定性,并通过现场监测分析了其应用效果。结果表明:将脱硫石膏、混杂纤维、机制砂、膨胀剂和减缩剂引入ECC中,所研发的喷射型ECC物理力学性能满足公路隧道喷射混凝土的要求。基于数值模拟,当支护12 m后,喷射型ECC层的拉伸和压缩最大主应力较C25喷射混凝土(C25SC)层分别提高了36.8%、28.4%,并且其内侧拱顶的最大竖向位移较C25SC可降低3.15%,仅为1.23 mm。基于现场实测,在近似相同的围岩地质条件下,使用喷射型ECC较C25SC,能够降低10.26%的竖直沉降变形,此外其喷层表面未发现开裂、线状渗水等情况。因此,喷射型ECC在公路隧道支护领域具有广阔的应用前景。

甲醇重整制氢燃料电池发电研究进展

质子交换膜燃料电池具有效率高、无污染、燃料适应性好等优点,其与可靠制氢相结合形成的绿色能源网络是实现碳中和的有效途径,有望推进以氢燃料电池为电、热动力来源的新能源汽车、无人机、船舶等产业的技术研发与升级。然而,安全稳定的氢气供给技术是限制基于移动场景下的燃料电池发电应用发展的主要瓶颈,采用甲醇原位重整制氢有望在燃料电池移动氢源问题上实现突破。为此,从甲醇重整制氢研究进展、甲醇重整制氢反应器研究进展以及甲醇重整燃料电池发电应用等方面进行了综述,以期为促进甲醇重整燃料电池在新能源领域的商业化发展与应用提供一定的参考和指导。