煤显微组分表面含氧官能团的XPS分析

氧原子作为煤中最丰富的杂原子,C-O官能团的形态对煤的性质有重要影响。为了研究煤岩显微组分的含氧官能团,对手选高纯度镜质组和惰质组进行了XPS分析和化学计算。结果表明,煤岩组分的元素组成以C、O为主,含少量的N和无机矿物元素。其中的氧主要以-OH、-O-、COO-和SiO_2形式存在。C-C、C-H、C-O单键和COO-是碳的主要存在形式。镜质组中的脂肪族侧链和-OH基团较多;惰质组中-O-的原子浓度明显高于镜质组,而COO-略多于镜质组。镜质组表面总极性含氧官能团数量更多。研究结果有助于全面认识煤的结构和性质。     

不同密度炼焦煤中有机硫的XPS研究

基于煤密度特性的差异,探讨煤中主要有害元素硫的结构和赋存形态,有利于煤精细加工新技术的开发。采用XPS分析方法研究我国炼焦煤主产地山西不同密度煤样中有机硫的赋存形态及相对含量。结果显示,煤样中有机硫形态主要有硫醇(醚)、噻吩、(亚)砜三类,有机硫形态随煤密度不发生变化,噻吩硫相对含量随煤密度增大而降低,其它两类有机硫总量随煤密度增大而升高。     

附着于玻璃表面的柴油火灾烟尘特性研究

在开放空间中利用玻璃片采集柴油燃烧火焰不同高度下的烟尘颗粒物,通过扫描电子显微镜（SEM）、X射线光电子能谱（XPS）和拉曼光谱分析烟尘颗粒的理化特性,结果表明：烟尘中碳、氧元素以无定形C、C—C、C—O、—COOH和吸附O等多种状态结合;随着采样高度的增加,烟尘中无定形C的含量呈现增大的趋势,无序化程度增强。     

不同锰氧化度水钠锰矿的XPS研究

为了了解水钠锰矿八面体空位的具体分布状况以及表面化学性质,采用X线光电子能谱技术(XPS)对不同锰氧化度水钠锰矿表面Mn与O元素的化学状态进行研究;探讨水钠锰矿结构中空位的分布状况,并建立结构模型。研究结果表明:在高真空测试环境下,在不同锰氧化度水钠锰矿结构中,Mn存在饱和配位和不饱和配位2种化学状态,其含量(摩尔数分数,下同)分别为83.79%~91.69%和8.31%~17.21%;对于锰氧化度较高的水钠锰矿,不饱和配位Mn的含量较小;O以晶格氧、羟基氧和水分子中氧3种化学状态存在,其含量分别为50.44%~65.05%,24.90%~39.27%和8.07%~12.63%;对于锰氧化度较高的水钠锰矿,结构中羟基氧的含量较大;当水钠锰矿沿(110)方向上含Mn3+的MnO6八面体链中Mn3+含量增大时,结构中空位含量相应减少。     

神府煤不同煤岩组分光氧化产物分析

在紫外光照射下,用氧气对神府原煤(SFYM)、神府镜煤(SFJM)和神府丝炭(SFST)在平板光催化反应器内进行光催化氧化研究。分别在氧化0.5,1,1.5,2,4,6,8,10,12和14h时取样。对样品做元素分析、腐殖酸产率测定和FTIR分析。分析表明,不同煤岩组分光氧化煤样中氧元素的含量随着氧化时间增加先增加后减小;碳含量和氮含量随着氧化时间增加,总体上呈减小的趋势,氢含量基本保持不变;氮元素主要富集在SFJM中。腐殖酸产率的测定进一步发现,光氧化产物中腐殖酸的产率SFYM>SHJM>SFST,SFST的存在有利于提高煤的光催化氧化反应性。     

宜宾煤中氮的形态及其变迁规律研究

利用X射线光电子能谱(XPS)，研究了宜宾煤及其煤焦中氮的官能团结构，分析了氮官能团在热解过程中的迁移。所有煤焦在马弗炉上制取，制焦温度分别为700、900、1100℃。研究结果表明，宜宾煤中氮的官能团有4种，即吡啶(N—6)、吡咯(N—5)、质子化吡啶(N—Q)和氮氧化物(N—X)，其中吡咯含量最大，煤中的N—X就是N—O，是煤中吡啶结构氮与氧直接结合的结果。在700℃热解时，由于煤的脱氧脱氢，吡啶酮和N—O均向吡啶转化，N—Q基本不变。当热解温度升高到1100℃时，N—Q完全分解，残留在煤焦中的氮为吡啶结构，当有氧气存在时被氧化成吡啶酮和N—O。     

陕南地区中煤阶煤分子结构演化特征

为研究陕南地区中煤阶煤结构中官能团的变化,以北秦岭商洛煤产地和上扬子镇巴煤产地的8个中等变质程度煤样为研究对象,采用X射线衍射和傅里叶红外光谱对煤结构进行表征,结合分峰拟合来获取官能团的相对含量及结构参数。结果表明：随着镜质体反射率增大,芳环层面网间距逐渐减小,堆砌度与延展度逐渐增大,芳香度在反射率为1.30%时出现拐点;中煤阶煤芳香结构中苯环取代方式以三取代和二取代为主,随着变质程度的增高,苯环二取代的比例升高,脂肪族结构逐渐脱落导致相对比例降低,含氧官能团的吸收峰强度逐渐减弱,其中在反射率为1.3%时羰基相对含量最低;自缔合羟基、醚氧羟基和环羟基的相对含量均呈先减小后增大的趋势,煤分子结构中链状结构的环化使环状羟基相对含量在反射率为1.30%后增大,环化作用增强导致甲基含量减少,分子结构空间排列紧密,自缔合羟基相对含量增加;红外结构参数芳碳率、芳香性、芳香环缩聚程度和CH₂/CH₃等随反射率的增大而增大,成熟度的变化与醚氧或酚羟基的转化相关。总体上芳香结构相对含量增大,脂族结构减少,缩聚程度增加,生烃潜力随反射率增大,反映煤结构的生烃潜力...     

聚N-乙烯基甲酰胺碱性水解反应的XPS研究

用X-射线光电子能谱仪(XPS)和胶体滴定法研究了聚N-乙烯基甲酰胺(PNVF)的碱性水解反应.结果表明PNVF水解产物的胺化度随着体系中碱浓度的增大而增大.在PNVF中含有约10%的非甲酰胺基团,由XPS谱图推论这些基团存在C O C结构.PNVF水解产物的高解像度C 1s XPS谱图中,存在5种不同结合能的碳,各峰的变化与PNVF水解过程中的官能团变化规律一致.在285.5 eV处的峰为-CHNH2结构中的碳,归因于PNVF的-NHCHO水解为-NH2;胶体滴定和XPS谱图分析结果的比较表明:采用胶体滴定法测定氨基含量时,如果不考虑PNVF的纯度,将存在较大的误差.     

基础内因参数对煤自燃低温临界温度的影响

煤自燃低温氧化过程分为缓慢氧化阶段和快速氧化阶段,为研究内在因素对煤自燃低温临界温度的影响,首先在理论分析的基础上确定了挥发分、灰分、固定碳和C、N、S、H、O元素含量8个基础内因参数以及TJR、TCO和TO23个煤自燃低温临界温度表征参数,然后对7个煤样纯氧气氛下40~180℃的自热升温特征和空气气氛下30~180℃的气体释放进行实验测试,得到基础内因参数及表征参数数值,比较了不同表征参数间及基础内因参数间的关系.在灰色关联度分析的基础上,筛选出5个关联度高的基础内因参数与表征参数进行数学公式拟合.结果表明:3个煤自燃低温临界温度表征参数从升温、CO释放以及耗氧角度表现临界状况,数值大小虽有差异,但趋向性一致、相互印证;煤自燃低温临界温度与煤中挥发分和H、O元素含量负相关,与S元素含量关系不确定,其它因素对其影响小.     

Gd掺杂CeO2改性材料催化性能的理论研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势方法,研究了一种新型改性催化材料—Gd掺杂Ce O2型催化剂,在燃料电池烃类燃料蒸汽重组反应过程中的催化性能.对比研究了3种掺杂比率下Ce1-xGdxO2(x=0,0.10,0.15)掺杂元素Gd对Ce O2的晶体相结构、氧缺陷形成过程以及表面积碳过程的影响.计算给出了相应掺杂比率下的氧缺陷形成能以及晶体表面吸附石墨烯的吸附能;结果表明:随着掺杂量的增大,氧缺陷形成能减小,晶体相对石墨烯的吸附能增大;分析掺杂前后改性催化材料的电子结构和原子结构的变化,说明Gd掺杂会导致Ce O2晶体表面结构畸变收缩,有效活化表面氧;同时利用化学平衡原理证明了Gd掺杂后的催化材料可以有效抑制表面碳沉积,从理论角度解释了改性催化材料在烃类燃料蒸汽重组反应过程中的作用机制.     

纳米ZnFe_2O_4粉体合成及甲烷催化燃烧性能研究

采用草酸共沉淀法制备了纳米ZnFe2O4粉体,分别用XRD,SEM,XPS等手段对所合成样品的相结构、微观形貌、表面元素状态进行了表征.固定床催化实验表明,ZnFe2O4催化剂具有较高的甲烷燃烧催化活性,甲烷起燃温度T10约为368℃.Fe 2p和O 1s XPS结果显示,催化剂表面含有部分Fe2+及相当可观的吸附氧物种,表明催化剂表面存在着大量氧空位.这些氧空位有利于气态氧分子在固体表面吸附并产生活性氧物种,可以在较低的温度使甲烷氧化.     

磁控溅射非晶Fe—Cr—Ni—C薄膜的耐蚀性能

以碳为阻晶元素,利用磁控溅射方法获得非晶不锈钢薄膜。用X-射线衍射、透射电镜和动电位极化方法研究了碳含量与薄膜结构及耐蚀性的关系,并用AES和XPS分析了钝化膜成分。结果表明;碳含量对薄膜的结构和耐蚀性有显著影响;当碳含量超过6.2wt％时,薄膜转变为非晶态结构。     

氮掺杂碳基非金属催化剂的制备、表征及氧还原活性的研究

燃料电池是一种清洁高效的发电装置,然而其阴极氧还原反应(ORR)动力学缓慢,往往需要贵金属作为催化剂,制约了燃料电池的应用与发展。为了寻找相对廉价高效的氧还原催化剂,本研究以多壁碳纳米管(MWCNTs)为载体,制备了氮掺杂碳纳米管外包多孔碳(CNTs@MPC-N)催化剂。通过X-射线衍射(XRD)分析,证明了碳纳米管外壁所包裹的碳层为无定型碳;X-射线光电子能谱(XPS)分析结果表明,N元素成功掺入到了催化剂中。采用透射电镜(TEM)和电化学线性扫描(LSV)等对催化剂的形态和电化学性能进行了表征,结果表明:该催化剂催化氧还原反应过程为4电子过程,碳层的包覆有利于氮元素的掺杂,与其他氮掺杂碳基非金属催化剂相比,氮含量提高了2%~3%。本研究为提高掺杂氮含量提供了新的方法,基于目前的研究现状,展望了氮掺杂碳基非金属催化剂在燃料电池中的应用前景及未来的发展趋势。     

热解聚苯胺合成氮掺杂MnCo2O4-C氧还原催化剂

通过热解聚苯胺涂层的Mn Co2O4颗粒制备出Mn Co2O4/N-C材料,即一种新型的碱性聚合物电解质膜燃料电池(APEFC)阴极非贵金属催化剂。在不同温度下热处理得到了一系列的Mn Co2O4/N-C催化剂,对其进行XRD、Raman、XPS表征和LSV电化学测试,结果表明:热处理温度为900℃,Mn Co2O4质量分数为15%时,Mn Co2O4/N-C催化剂具有最佳的催化活性,氧还原反应起始电位为0.90 V;该催化剂中石墨型的碳和氮含量最高,这是其具有较高的氧还原催化活性一个重要因素。     

La2Mo2O9氧离子导体的合成及XPS研究

采用溶胶-凝胶法制备了La2Mo2O9氧离子导体,并利用XRD、X射线光电子能谱对其制备条件和氧物种进行了分析.研究表明,凝胶前驱体在600℃焙烧可以形成La2Mo2O9晶相.提高焙烧温度,有利于晶粒生长和致密化.XPS分析表明,La2Mo2O9中金属离子均处于其最高价态,只有晶格氧物种存在,没有吸附态的氧物种.高温相中各元素的结合能均较低温相高,可能归结于高温相立方结构中金属和氧的键合程度高于其在低温相的键合程度.     

X光电子能谱法研究色素炭黑的表面化学性质

色素炭黑是炭黑工业中的高性能、高附加值品种，深入认识色素炭黑的表面物理化学性质对于开发利用新品种色素炭黑很重要．通过X光电子能谱法测试表征了用不同方法生产的多种典型色素炭黑的表面元素组成与化学性质，阐明了导致接触法炭黑和炉法炭黑表面性质上差异的主要原因，以及炉法炭黑在臭氧化处理过程中表面化学结构发生的主要变化．研究结果指出，接触法炭黑与氧化炉法炭黑的表面在碳一氧键合结构形式及含量上有很大的差异；炉法炭黑的pH值高于接触法炭黑的主要原因是炉法炭黑表面碳一氧双键结构含量较低；炉法炭黑表面臭氧化过程中主要生成的是表面碳一氧单键结构，进一步氧化为双键的程度很低．此外，实验分析了接触法炭黑表面氮元素的组成，结果表明主要是以氨基和硝基的形式存在．     

煤中痕量砷和汞的形态分析

应用连续化学浸提法对煤进行四次浸提,根据不同形态砷、汞的溶解度、将煤中砷、汞分为可变换态、硫化物结合态、有机物结合态和残渣态。砷在煤中主要以硫化物结合态存在,汞在煤中主要以硫化物结合态和残渣态存在。不同煤种中砷、汞的各种形态的含量分布是不同的。将煤按不同密度分级后,分别测定了各级煤粉中砷、汞含量、砷、汞在密度较大的煤中含量较大,说明砷、汞主要存在于煤中的矿物质中。     

石长沟油页岩及其热解半焦特性研究

为分析石长沟油页岩和其半焦热解特性以及为半焦的有效利用提供理论基础,利用元素分析、X射线光电子能谱(X-ray photoelectron spectroscopy, XPS)分析、N₂等温吸附/脱附法和扫描电镜(scanning electron microscopy, SEM)对石长沟矿区油页岩及不同热解条件下生成的半焦进行特性研究。元素分析表明,油页岩中C、H元素含量分别为11.48%、1.68%,N、S元素的含量相对较少,随热解的进行,C、H元素含量下降明显,S元素含量有所升高,N元素含量略有降低;XPS分析表明,油页岩中的氮以氧化型氮和吡咯型氮、硫以无机硫酸盐硫为主要存在形式,半焦中氮以吡咯型氮为主,有机硫化物硫随热解的进行析出;氮气等温吸附脱附实验分析表明,半焦孔隙分形维数和表面分形维数在2.5～2.8;扫描电镜结果表明,油页岩表面有机质部分多为光滑条状或块状结构,无机盐形成明显的层状结构,有机质结构热解后会形成较深圆孔隙。     

煤中痕量砷和汞的形态分析

应用连续化学浸提法对煤进行四次浸提,根据不同形态砷、汞的溶解度,将煤中砷、汞分为可交换态、硫化物结合态、有机物结合态和残渣态.砷在煤中主要以硫化物结合态存在,汞在煤中主要以硫化物结合态和残渣态存在.不同煤种中砷、汞的各种形态的含量分布是不同的.将煤按不同密度分级后,分别测定了各级煤粉中砷、汞含量.砷、汞在密度较大的煤中含量较大,说明砷、汞主要存在于煤中的矿物质中.     

多元掺杂光催化材料的表征及对苯酚的氧化

为拓宽光催化材料的感光范围,提高太阳光利用率,制备煤源多元素掺杂二氧化钛,经XRD、XPS和SEM等技术表征并应用在苯酚的氧化降解中.结果表明:煤源多元素掺杂二氧化钛是无定型纳米材料;其表面呈不连续蚓突、不规则凹陷和皲裂带、间或大孔径空穴;煤中多元素参与了成键,不同煤掺杂样品的XPS谱红移程度不同;催化材料存在多个活性位点,其活性明显高于单元掺杂的其它光催化剂;多元掺杂能使苯酚转化率显著提高,且不同掺杂催化剂活性不同,光解产物的种类和数量差别较大.