低温等离子体催化氧化甲烷合成甲醇的反应体系研究

尽管利用等离子体反应直接转化甲烷制甲醇,具有反应条件温和的优势,但等离子体化学反应难于控制,存在竞争反应,甲醇选择性低,易过度氧化为CO2和H2,离工业化应用距离较远。因此在甲烷等离子体转化过程中,有研究将合适的催化剂引入等离子体区域,当催化剂和等离子体的共同作用时,等离子体中的各类活性物种如电子、激发态分子、自由基等通过与催化剂的相互作用可能会产生不一般的等离子体化学过程。将等离子体对反应分子的活化和催化剂对反应物定向转化这两个优势相结合,是实现有选择性化学反应的一条有效途径,由此产生了等离子体催化这一新的研究领域。     

甲烷液相催化氧化反应机理探究

目前,甲烷的化学利用比较成熟的还是间接转化法,即先从甲烷制合成气,再由合成气制备化学品的多步途径。由于甲烷的直接转化可以一步获取有机化工产品,因此其直接转化利用更有吸引力,已开展的研究包括甲烷氧化偶联、甲烷部分氧化制甲醇以及甲烷无氧芳构化。然而,由于甲烷是自然界中结构最稳定的有机分子,它的活化要比其他烃类困难,特别是希望得到的转化产物的化学活性往往比甲烷分子高得多。因此如何实现甲烷的定向高效转化已成为全球科学家致力解决的难题。     

高压脉冲等离子体催化还原NO的研究

用离子交换法制备Co-SZM-5催化剂，考察有氧条件下，在甲烷选择还原NO的反应中，高压脉冲等离子体的加入对Co-SZM-5活性的影响．发现在-定温度范围内，高压脉冲等离子体与Co-SZM-5之间存在协同效应，针对这个问题，初步探讨了高压脉冲等离子体活化CH；催化还原净化NO的反应机理.     

非平衡等离子体与催化相配合直接转化甲烷制甲醇的研究

本文综述甲烷制甲醇在国内外的发展趋势，指出用非平衡等离子体技术对甲烷直接转化制甲醇应用前景的新途径；提出今后的研究方向。     

瓦斯低温等离子体转化制甲醇的可行性分析

矿井瓦斯虽然是煤矿井下开采的灾害因素,但也是一种优质的化工原料,由于它难以加工利用,所以目前放空现象严重,因而亟须开发矿井瓦斯利用的新技术。笔者提出了低温等离子体转化瓦斯直接合成甲醇的研究思路。从低温等离子体转化瓦斯的反应机理入手,围绕矿井瓦斯部分氧化制甲醇的热力学、甲烷等离子体制甲醇的转化机理、实验系统、反应条件和反应能耗特点对矿井瓦斯低温等离子体转化制甲醇的可行性进行了探讨。结果表明,矿井瓦斯低温等离子转化制甲醇在理论上是可行的。该研究可为开发瓦斯利用的新技术提供理论参考。     

等离子体与几种载体共同作用下CH4/H2的反应

载体是催化剂活性组分的分散剂、粘合剂和支持物，其作用是多方面的，它是催化剂的重要组成部分。我们选择了7-A12O3、SiO2、MgO和ZnO等几种具有代表意义的催化剂载体，考察了它们对等离子体活化CH4／H2转化反应的影响。实验结果表明：在脉冲电晕等离子体条件下，催化剂载体对CH4／H2活化与转化存在一定的影响，不同的载体对CH4／H2转化显示出不同的活性，其中SiO2对C2烃选择性作用明显高于无载体参与时和其它载体，C2烃收率也明显高于其它载体。     

等离子活体化水对混凝土力学性能的影响

提出用等离子体活化水平来提高混凝土力学性能的新设想。介绍了产生等离子体活化水的装置,分析了产生等离子体活化水的作用过程。实验数据表明：利用等离子体活化水平来提高混凝土的力学性能是可行的,所提出的设想是正确的。     

甲烷直流放电等离子体中氢自由基形成规律研究

目的研究了甲烷直流放电等离子体中氢自由基的形成规律、高纯度(体积比99.99%)甲烷气的分解规律,以及氢自由基的吸收光谱强度随放电时间的变化规律。方法用光电光谱技术代替常规的化学测试方法,测量了纯甲烷直流放电等离子体中甲烷的红外发射光谱2.3μm和氢自由基的656.3 nm吸收光谱。为甲烷气的分解与再利用研究提供了实验依据。结果由氢的吸收光谱强度变化证明了甲烷在直流放电等离子体中的分解过程是一个开始时迅速分解,尔后逐渐减慢,直到最后达到动态平衡的过程。结论在上述分解过程中,甲烷分子总量经历了一个开始不断减少,最终达到动态平衡的过程。这个过程伴随着氢自由基的变化。为甲烷的分解与再利用研究提供了实验依据。     

强酸促进的Mo／HZSM—5基催化剂上甲烷脱氢芳构化研究

研制出一种强酸促进的甲烷非氧化脱氢芳构经催化剂Ｍｏ－Ａ／ＨＺＳＭ－５，在可比的实验条件下，其对甲烷的转化活性和苯收率比非促进的Ｍｏ／ＨＺＳＭ－５催化剂均提高约４０％，且催化剂稳定性大为提高，实验结果揭示表面酸度，主要是表面Ｂ－酸位浓度，与甲烷的转化活性密切相关，本认为右强酸促进的Ｍｏ－Ａ／ＨＺＳＭ－５催化剂，甲烷活化脱氢主要系经由Ｂ－酸助的Ｃ－Ｈ键异裂的反应途径；即ＣＨ４＋Ｈ＾（＋）ａ→Ｈ３Ｃ（     

强酸促进的Mo／HZSM－5基催化剂上甲烷脱氢芳构化研究

研制出一种强酸促进的甲烷非氧化脱氢芳构化催化剂Ｍｏ－Ａ／ＨＺＳＭ－５．在可比的实验条件下，其对甲烷的转化活性和苯收率比非促进的Ｍｏ／ＨＺＳＭ－５催化剂均提高约４０％，且催化剂稳定性大为提高．实验结果揭示表面酸度，主要是表面Ｂ－酸位浓度，与甲烷的转化活性密切相关．本文认为在强酸促进的Ｍｏ－Ａ／ＨＺＳＭ－５催化剂上，甲烷活化脱氢主要系经由Ｂ－酸助的Ｃ－Ｈ键异裂的反应途径，即：低价Ｍｏ物种则可能在稳定卡宾中间态，以及后续的齐聚、芳构化过程中起重要作用．     

甲烷在直流放电等离子体中形成自由基研究

采用发射光谱分析法对直流辉光放电等离子体裂解甲烷所产生的自由基H·(656.3nm),CH3·(724.6nm),CH2·(341.9nm)及CH·(431.42nm)的发射光谱强度进行了在线测量和分析描述.结果表明:在甲烷等离子体空间存在激发态的甲基、亚甲基、次甲基、氢自由基,各自由基的形成规律具有相似性,即其光谱强度都有一个开始时大幅上升,达到峰值后下降或稳定,最后伴有强度的小波动逐渐进入准动态平衡过程,但各自由基的成分比例在放电的不同时间是不同的,且随放电条件而异;各自由基的形成规律受进料量(气压)的影响是不同的.     

F,Cl原子与臭氧和甲烷反应机理和反应动力学的理论研究

用量子化学从关计算UMP2（full)方法研究F和Cl原子与甲烷分子和臭氧之间的反应机理，优化了反应物、产物、中间体和过渡态的几何构型，在Gaussian-3(G3)和G3MP2水平计算了它们的能量，研究结果表明：F原子与Cl原子一样与臭氧之间有很强的反应活性，而F原子与甲烷分子反应过程中有氢键生成，键能为3.71KJ/MOL，F原子与甲烷分子之间反应活性比与臭氧分子之间反应活性强。F原子易与甲烷分子生成含有氢键的化合物，且很快分解生成化学性质非常稳定的HF，能同F O3反应竞争，而CL原子甲烷分子反应过程中则无氢键生成现象，且在CL原子与臭氧和甲烷之间竞争反应时，CL原子与臭氧之间反应优先，同时我们还对F和CL原子与甲烷分子臭氧之间反应动力学速率常数进行了计算，我们的理论计算结果能合理地解释大气中CL原子是损耗臭氧的主要化学物质，而活性更强的F原子为什么对臭氧损耗较小的原因。     

矿井抽放煤层气中甲烷的变压吸附提浓

变压吸附(PSA)技术提浓矿井抽放煤层气中的甲烷(CH4)对解决煤层气对环境的污染、得到高效能源和化工原料具有重要意义.为此,介绍了以活性炭作吸附剂,PSA提浓抽放煤层气中CH4的国内外研究和应用状况,系统地从理论和实验上探讨了PSA分离煤层气的热力学关系、动力学过程以及PSA操作参数对浓缩CH4效果的影响,并对存在的问题提出了相应的建议.     

电磁辐射作用下煤中自由基影响瓦斯突出的研究

目前煤与瓦斯突出灾害仍时有发生,非常严重。本文着重从突出煤的微观分子结构方面寻找瓦斯的来源。理论分析化学变化和粒子相互作用在煤与瓦斯突出过程中的影响,并建立一套电磁辐射实验方案力求通过实验研究含瓦斯煤岩在电磁辐射作用下其物质粒子移动或相互作用,研究煤的大分子结构中部分烷基(CH3-、CH2=CH-)和氢(H-)发生断裂和结合生成新的甲烷或瓦斯的可能性,创新煤层瓦斯灾害防治基础理论。     

Detection and classification of atmospheric methane oxidizing bacteria in soil

Well-drained non-agricultural soils mediate the oxidation of methane directly from the atmosphere, contributing 5 to 10% towards the global methane sink. Studies of methane oxidation kinetics in soil infer the activity of two methanotrophic populations: one that is only active at high methane concentrations (low affinity) and another that tolerates atmospheric levels of methane (high affinity). The activity of the latter has not been demonstrated by cultured laboratory strains of methanotrophs, leaving the microbiology of methane oxidation at atmospheric concentrations unclear. Here we describe a new pulse-chase experiment using long-term enrichment with 12CH4 followed by short-term exposure to 13CH4 to isotopically label methanotrophs in a soil from a temperate forest. Analysis of labelled phospholipid fatty acids (PLFAs) provided unambiguous evidence of methane assimilation at true atmospheric concentrations (1.8-3.6 p.p.m.v.). High proportions of 13C-labelled C18 fatty acids and the co-occurrence of a labelled, branched C17 fatty acid indicated that a new methanotroph, similar at the PLFA level to known type II methanotrophs, was the predominant soil micro-organism responsible for atmospheric methane oxidation.     

CH4、CO2与O2制合成气的研究(V)--催化剂床层的热波分布

采用微型固定床反应装置，研究了甲烷、二氧化碳和氧气制氧化重整合成气时Ni-Ce-Cu-Li／Al2O3催化剂床层的热波分布，考察了炉温和进料配比对催化剂床层热波分布的影响．研究结果表明：在甲烷、二氧化碳和氧气的氧化重整反应中，催化剂床层存在明显的热波现象；在相同的炉温下，甲烷部分氧化反应的热波强度最大，甲烷、二氧化碳和氧气的氧化重整反应次之；甲烷、二氧化碳的重整反应没有热波现象．热波现象进一步印证了甲烷、二氧化碳和氧气制氧化重整合成气的反应遵从燃烧-重整的反应机理．     

基于过渡金属氧化物载氧体的煤矿通风瓦斯处理性能

采用反应管对基于过渡金属氧化物载氧体的煤矿通风瓦斯(VAM)处理性能展开了研究.结果表明,经活化后的三种载氧体均能将CH4完全转化为CO2,其活性顺序为CuO60/γ-Al2 O3>NiO60/γ-Al2 O3>Fe2 O360/γ-Al2 O3;基于CuO60/γ-Al2 O3的CH4转化率随空速的增加而减小,随CuO负载量和床层温度的升高而增大;煤矿通风瓦斯中的CH4浓度越低,CH4转化率达到90%所需的床层温度就越低;对活性物质低分散高负载的CuO60/γ-Al2 O3和活性物质高分散低负载的CuO5.5/γ-Al2 O3两种CuO/γ-Al2 O3系载氧体进行了比较,发现两种载氧体的CH4转化机理均包含有化学链燃烧和催化燃烧两种机理,基于催化燃烧机理的CH4转化率在一定温度下存在极大值,当床层温度高于该极大值温度时,化学链燃烧对CH4转化率的贡献明显大于催化燃烧对CH4转化率的贡献;相同条件下,CuO5.5/γ-Al2 O3的初期活性优于Cu60/γ-Al2 O3,但CuO60/γ-Al2 O3的活性稳定性优于CuO5.5/γ-Al2 O3.     

Spatiotemporal variations in mid-upper tropospheric methane over China from satellite observations

Spaceborne measurements by the Atmospheric Infrared Sounder (AIRS) on the EOS/Aqua satellite provide a global view of methane (CH 4 ) distribution in the mid-upper troposphere (MUT-CH 4 ). The focus of this study is to analyze the spatiotemporal varia- tions in MUT-CH 4 over China from 2003 to 2008. Validation of AIRS CH 4 products versus Fourier transform infrared profiles demonstrates that its RMS error is mostly less than 1.5%. A typical atmospheric methane profile is found that shows how concentrations decrease as height increases because of surface emissions. We found that an important feature in the seasonal variation in CH 4 is the two peaks that exist in summer and winter in most parts of China, which is also observed in in-situ measurements at Mt. Waliguan, Qinghai Province, China (36.2879°N 100.8964°E, 3810 m). Also, in the summer, only one peak existed in western and southern China since there are no more significant anthropogenic sources in winter than at any other time of the year. Further analysis of the deseasonalized time-series of AIRS CH 4 in three fixed pressure layers of AIRS from 2003 to 2008 indicates that CH 4 in the Northern Hemisphere has increased abruptly since 2007, with no significant increase occurring before 2007. The increase in China is generally more significant than in other areas around the world, which again correlates with in-situ measurements at Mt. Waliguan.     

甲烷在具有隔热通道的微燃烧器中的燃烧特性

为了解微小Swiss-roll燃烧室的工作特点,用平板Swiss-roll燃烧器进行CH4/空气预混气的燃烧实验,获得了不同甲烷流量时燃烧器的熄火极限,分析了燃烧产物成分.结果表明:该燃烧器能够实现CH4/空气的稳定燃烧,并确保火焰位于燃烧器的中心;当存在回热时,未燃气体被加热,燃烧器的可燃极限范围增大,但上下极限并不对称,富燃极限比较小,而富氧极限比较大,预混气体能够在较大的空气流量下稳定燃烧;燃烧器最高的壁面温度在理论当量比附近,且随着空气流量的增大,火焰温度逐渐下降;空气过量时甲烷可实现较完全燃烧,空气不足时过剩的甲烷转化为H2和CO,减小了燃烧放热量,使燃烧器容易熄火.     

Displacement desorption test of coalbed methane and its mechanism exploring

Through the test of CH4 displaced by CO2 using the coal sample as the adsorbent, this paper has found the coalbed methane (CBM) displacement desorption phenomenon under the natural conditions and CBM mining conditions. With the help of the adsorption theory of the modern physical chemistry and interfacial chemistry, the CBM competitive adsorption and displacement desorption mechanism are intensively discussed, and a new path for studying the CBM desorption mechanism in the CBM exploitation process is explored.