高温催化燃烧技术及其核催化剂的研制

高温催化燃烧技术作为一项环境友好的能源利用方式下得到世界各国的广泛重视,催化燃烧器设计与燃烧催华化剂研制领域不断取得新进展。本文通过考察负载型Pd催化剂和烧绿石型复氧化物催化剂的物化学特性与催化反应动力学特征,探讨了改良现有催化剂体系反应性能的有效途径。     

同步辐射光电离研究甲烷-氢气-氧气低压层流预混火焰

利用同步辐射真空紫外单光子电离,结合分子束取样质谱技术,对掺氢比为0%,20%,40%,60%和80%的甲烷-氢气-氧气-氩气低压层流预混火焰进行了实验研究.通过测量光电离质谱和光电离效率谱曲线,探测了甲烷-氢气-氧气-氩气火焰的中间物,得到了不同掺氢比甲烷-氢气-氧气-氩气火焰的主要产物H2,CH4,CO,CO2,O2和H2O的摩尔分数分布曲线,以及火焰中间产物CH3(甲基),C2H2(乙炔),CH2O(甲醛),CH3OH(甲醇),C2H4(乙烯)和C2H2O(乙烯酮)的摩尔分数分布曲线,分析了掺氢对火焰主要产物和中间产物摩尔分数的影响.实验结果表明,甲烷掺氢燃烧可以降低燃烧产物中CO,CO2和CH4摩尔分数.掺氢后实验测得的火焰中间产物摩尔分数均大幅降低,由于掺氢后火焰中H和OH摩尔分数增加,氢的强扩散性和活性增大了火焰化学反应速率,且掺氢后混合燃料H/C比值增加,使火焰C基中间产物摩尔分数降低,有助于降低不完全燃烧产物摩尔分数.     

GJC4／100型高低浓度甲烷传感器的研究

GJC4／100型高低浓度甲烷传感器是以高性能单片机为核心，以载体催化元件和热导元件为敏感元件来检测甲烷浓度的高精度、低功耗、高可靠性、智能型甲烷传感器，该传感器既可检测0～4％的低浓甲烷，又可检测4％～100％的高浓甲烷。已通过国家煤矿防爆产品安全质量检测检验中心进行的性能检验和防爆检验，取得了矿用安全标志准用证（MA认证），并在全国多家矿井推广应用。     

Mo/HZSM-5催化剂上甲烷脱氢芳构化反应——催化剂蒸汽处理的影响

对机械混合法制备的Mo/HZSM-5催化剂进行蒸汽后处理,利用XRD、XPS等表征催化剂的晶相结构、Mo物种的分散度,在关联催化剂活性评价基础上,研究了催化剂的蒸气处理过程对Mo物种的分散度及其芳构化反应性能的影响.结果表明,机械混合法制备的催化剂上,Mo物种主要以微晶的形式分布在分子筛的外表面,由于缺少分子筛孔道择形保护,便于积炭副反应的发生.经高温蒸气处理后,催化剂上Mo物种的分散度显著提高,有较多的Mo物种迁移至分子筛的孔道内,并与B酸发生强相互作用生成钼氧二聚体,有效地增强了催化剂的抗积炭能力.因此,蒸气处理的Mo/HZSM-5催化剂的芳烃选择性和催化稳定性较传统机械混合法制备的催化剂有明显提高.     

硝基甲烷正、负带电离子氢转移反应位垒的计算研究

采用DFT（UB3LYP）方法，在6—311＋＋G^＊＊基组水平上，计算研究了硝基甲烷2种带电结构[CH3NO2]^＋和[CH3NO2]^-分子内H原子向O原子转移后的O-N键的解离机理和反应位垒．结果表明，[CH3NO2]^＋发生氢转移后，O-N键的断裂是2步反应，第一步是分子内的H原子转移到O原子上，生成中间体[CH2N（OH）O]^＋，反应位垒为106．5kJ／mol；第二步是中间体中O-N键断裂，这步的反应位垒为105．5kJ／mol，理论计算得出的产物带电状态与实验一致．[CH3NO2]^-中H原子向O原子转移及O-N键断裂反应一步完成，生成一氢键复合物（H-Complex），该反应位垒为176．2kJ／mol，H—Complex进一步解离成CH2NO自由基和OH^-，或是OH自由基和[CH2NO]^-．     

珠江口桂山岛沉积物甲烷厌氧氧化作用研究

系统分析了珠江口桂山岛沉积物间隙水甲烷和硫酸盐、pH和溶解无机碳(DIC)以及δ13C-CH4和δ13C-DIC的垂直剖面分布.结果显示:间隙水硫酸盐浓度呈线性梯度减小,至沉积物SMI(sulfate-methane interface)附近,硫酸盐几乎全部消耗而甲烷浓度急剧增大,与此同时,间隙水pH和DIC在该深度位置明显升高.间隙水地球化学特征揭示了沉积物发生了甲烷厌氧氧化(AOM)作用.在AOM过程中,由于12CH4氧化速率较13CH4快,故引起沉积物间隙水剩余甲烷的碳同位素偏重,而δ13C-DIC值变为极负.由扩散公式计算结果可知,AOM消耗沉积物间隙水硫酸盐占总硫酸盐的比例为58.6%,该过程产生的DIC占间隙水总DIC的比例为41.4%.沉积物有机质的活性及含量大小对AOM作用的发生及其强度有重要的影响,该研究区沉积物活性有机质(主要为海洋来源)在沉积物表层通过矿化分解作用消耗,从而导致进入沉积物硫酸盐还原带底部的活性有机质数量减少,在该条件下,部分硫酸盐将转为与甲烷反应消耗,从而引发AOM.     

Authigenic sulfide minerals and their sulfur isotopes in sediments of the northern continental slope of the South China Sea and their implications for methane flux and gas hydrate formation

This is a report of the study of the authigenic sulfide minerals and their sulfur isotopes in a sediment core (NH-1) collected on the northern continental slope of the South China Sea, where other geo-physical and geochemical evidence seems to suggest gas hydrate formation in the sediments. The study has led to the findings: (1) the pyrite content in sediments was relatively high and its grain size relatively large compared with that in normal pelagic or hemipelagic sediments; (2) the shallowest depth of the acid volatile sulfide (AVS) content maximum was at 437.5 cm (>2 μmol/g), which was deeper than that of the authigenic pyrite content maximum (at 141.5-380.5 cm); (3) δ 34S of authigenic pyrite was positive (maximum: 15‰) at depth interval of 250-380 cm; (4) the positive δ 34S coincided with pyrite enrichment. Compared with the results obtained from the Black Sea sediments by Jorgen-sen and coworkers, these observations indicated that at the NH-1 site, the depth of the sulfate-methane interface (SMI) would be or once was at about 437.5-547.5 cm and the relatively shallow SMI depth suggested high upward methane fluxes. This was in good agreement with the results obtained from pore water sulfate gradients and core head-space methane concentrations in sediment cores collected in the area. All available evidence suggested that methane gas hydrate formation may exist or may have existed in the underlying sediments.     

微细直管内甲烷/氧气燃烧的实验和数值模拟

为了解微小燃烧室的工作特点,建立了微细直管的实验系统,采用氧气和甲烷气体进行了2个混合比的燃烧实验,实时采集壁面的温度分布。同时考虑微细直管内的燃烧、流动,以及与外界的换热,采用三维数值模拟方法对该微细直管燃烧室进行了数值计算,数值模拟结果与实验结果比较一致。研究结果表明,微细直管的内径较小,充分燃烧需要很长的微细直管;微细直管与外界的换热量很大,占总燃烧放热的40%左右,其中辐射换热量最大,占总换热量的70%,燃烧室需要采用低发射率的材料来减小辐射散热损失。     

气相火焰中铁钴镍合金表面沉积碳纳米管及形态分析

利用甲烷在空气中扩散燃烧,以铁钴镍合金片为载体和催化剂合成了碳纳米管,借助扫描电子显微镜、透射电子显微镜和拉曼光谱等分析了碳纳米管的形貌和结构。在合金表面成功沉积了碳纳米管,其外径为8~10 nm,内径为3 nm,长度约为15μm,密度大且分布均匀。研究表明:与纯镍片相比,铁钴镍合金具有更好的催化效果。