钢渣催化剂提升直接碳燃料电池性能研究

固体碳的CO_2气化反应(C+CO_2=2CO),即逆Boudouard反应,是制约固体氧化物直接碳燃料电池(solid oxide direct carbon fuel cell,SO-DCFC)性能的关键反应之一。文章在比较煤焦和担载酸活化钢渣的煤焦的逆Boudouard反应性的基础上,研究比较了以二者为燃料的SO-DCFC的电化学性能。结果表明,酸活化钢渣催化剂使煤焦的逆Boudouard反应的起始温度降低了240℃,在800℃时的CO生成速率提高了4倍;在电化学性能上,酸活化钢渣催化剂使电池在850℃时的峰值功率密度从67.4mW·cm~(-2)提升到200.4mW·cm~(-2),燃料利用率从41.5%提高至79.6%。     

酸碱脱灰对煤结构及其热解特性的影响

通过酸碱脱灰制备超纯煤,运用X线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)、红外光谱(FTIR)和热重(TG/DTG)等分析技术研究酸碱脱灰对煤结构和热解特性的影响。研究结果表明:酸碱脱灰达到很好的脱灰效果,煤样灰分质量分数降低到0.5%以下;脱灰处理破坏煤中碳微晶结构,使煤中分子结构有序性减弱;脱灰煤中羟基和甲基、亚甲基脂肪烃类官能团含量减少,Si—O—Si和Si—O基团消失,酚、醚类含氧官能团含量显著增加;脱灰对低阶煤的分子结构影响较大;在热解过程中,脱灰煤的初始分解温度(ts)和最大质量损失温度(tmax)均向低温区推移;灰分脱除降低传质传热的势垒,有助于促进热解反应。     

煤焦-CO_2高温气化反应特性的实验研究

利用STA409PC综合热分析仪以等温法研究煤焦-CO2高温气化反应,考察了煤种、气化温度及气流速度对煤焦气化反应的影响,并对其动力学参数进行了求算.实验结果表明:当气化温度低于煤焦灰熔点温度时,煤焦的碳转化率和反应速率峰值随气化温度的升高而增大,当气化温度高于煤焦的灰熔点温度时,煤焦的碳转化率和反应速率变化十分缓慢,甚至有下降的趋势;不同煤种的气化反应动力学参数有很大的差异,鞍钢煤焦和本钢煤焦的活化能均为140kJ/mol,阜新煤焦的活化能为70kJ/mol.当煤焦的气化反应温度高于煤焦的灰熔点温度时,扩散成为煤焦气化反应的主要限制环节,提高气流速度有利于煤焦气化反应的进行.     

抚顺和茂名油页岩的有机质含量及其元素组成

将抚顺和茂名两种油页岩样品(铝甑含油率分别为9.9％与8.8％),用HCl及HF处理以除去矿物质,得到含灰3.7％与6.5％的有机质;另又用H_2O_2处理以除去有机质,得到含有机碳小于2.5％的矿物质。校核两者的分析结果,从而确定两种油页岩有机质的含量及其元素组成。从矿物质的红外光谱确认了石英、高岭石、伊利石与蒙脱石为其主要成分。计算出油页岩中粘土矿物的结构水含量约为5％。根据51个油页岩样品的分析数据,提出了从工业分析数据计算有机质含量的经验公式:有机质含量=1-(1.07A+CO_2+0.55S_p);式中A为灰分、CO_2为碳酸盐二氧化碳,S_p为硫铁矿硫。根据有机质的元素分析,两种油页岩均属于高氢碳比、低氧碳比类型。     

中国典型煤种煤焦水蒸气气化反应特性研究

研究了5种典型煤种在1 100～1 400 ℃范围内的煤焦水蒸气气化反应特性,并利用未反应碳缩合模型进行数值模拟.实验与计算结果表明,在煤焦水蒸气气化反应过程中,随着温度的升高,气化反应控制步骤逐渐由化学反应动力学控制过渡到扩散控制;在高温条件下,高灰熔点煤与低灰熔点煤的气化反应特性有所不同,这与高温下低灰熔点煤灰发生熔融、灰层阻力增大有关.未反应碳缩核模型的计算值与实验值吻合较好.     

1,1,1,3,3-五氯丙烷气相氟化合成1,3,3,3-四氟丙烯过程的热力学研究

采用密度泛函理论,使用Materials Studio的DMol3模块,计算了1,1,1,3,3-五氯丙烷(HCC-240fa)气相氟化生成1,3,3,3-四氟丙烯(HFO-1234ze)反应体系中各反应的反应焓变和Gibbs自由能变;并通过比较不同温度下各反应的反应焓变和Gibbs自由能变,对反应过程进行了热力学分析.结果表明:HCC-240fa经过氟氯交换和脱HCl反应合成中间体1-氯-3,3,3-三氟丙烯(HCFC-1233zd)的反应为热力学上可自发进行的反应,且产物以HCFC-1233zd(E)为主;低温有利于HCFC-1233zd与HF进行加成反应生成1-氯-1,3,3,3-四氟丙烷(HFC-244fa),HFC-244fa可与HF进行氟氯交换反应合成1,1,1,3,3-五氟丙烷(HFC-245fa);高温有利于HCFC-1233zd进行氟氯交换反应合成HFO-1234ze;HFC-244fa脱HCl反应和HFC-245fa脱HF反应均需要较高的反应温度,主产物为HFO-1234ze(E).     

煤热解过程中焦炭氮变化规律的试验研究

为研究煤中氮在燃烧第一阶段随挥发分析出进入均相反应与残留煤焦发生异相反应的比例,评估均相反应与异相反应对最终氮氧化物排放贡献的大小提供依据,建立了固定床反应系统并在低加热速率条件下研究了煤阶、温度、脱灰以及不同灰成分在热解过程中对焦炭氮转化率变化规律的影响.研究发现:当高阶煤热解时,氮更多地保留在煤焦中,而低阶煤中的氮则容易析出形成气态含氮产物;高温利于氮从煤焦中析出;脱灰对低阶煤中氮的析出有强烈的抑制作用,脱灰对高阶煤的影响不如低阶煤明显;煤中含Ti、Na、K、Fe和Ca等类矿物质在温度高于800℃时促进氮从煤焦中析出,Mg的存在使焦炭氮的转化率略有提高,Si和Al类矿物质对于氮的析出无明显作用.     

神府煤掺石油焦气流床气化细渣的CO2气化反应特性

采用高温热台显微镜系统对比和研究了石油焦、细渣和神府煤焦的气化反应特性,并制备了掺灰石油焦样品,采用热重分析仪对比和分析了不同样品的气化反应活性.结果表明:相比石油焦,细渣具有更为丰富的孔隙结构,其样品中存在较多孔径为2～10 nm的孔,比表面积约为石油焦比表面积的15倍;细渣石墨化程度较低,其含有的灰分促进了气化反应...     

利用铝灰制备聚合氯化铝工艺参数的优化

以铝灰为原料,用一步酸溶法制备高效无机高分子的多价聚合电解质混凝剂聚合氯化铝.研究了铝灰、HCl、水三者配比,以及反应温度、反应时间、熟化温度、熟化时间、搅拌速度等参数对聚合氯化铝的性能影响,确定了制备聚合氯化铝的最佳工艺条件：初始加水量为15 mL,酸水比为1,投加量3 g,反应时间2 h,反应温度85℃,熟化时间48 h,熟化温度50℃.氯化铝的质量分数由原生产工艺的6%~8%提高到现在的12%~14%.     

石英矿物纯化的研究

研究了高温HCl(g)法和HCl,HF酸浸法对去除石英矿物中杂质元素的作用效果,以及高温HCl(g)法反应时间同杂质含量的关系。结果表明,高温HCl(g)法作用强度明显大于HCl酸浸法,并且当反应时间达到90分钟时,高温HCl(g)法对杂质的作用趋向极限。实验还表明,不论是高温HCl(g)法还是HCl酸浸法,对Al,B元素的作用均表现出低化学活性,说明Al,B是石英矿物中最难去除的杂质。     

石英矿物纯化的研究

研究了高温 HCl(g)法和 HCl、HF酸浸法对去除石英矿物中杂质元素的作用效果 ,以及高温 HCl(g)法反应时间同杂质含量的关系 ,结果表明 ,高温 HCl(g)法作用强度明显大于 HCl酸浸法 ,并且当反应时间达到 90分钟时 ,高温 HCl(g)法对杂质的作用趋向极限。实验还表明 ,不论是高温 HCl(g)法还是 HCl酸浸法 ,对 Al、B元素的作用均表现出低化学活性 ,说明 Al、B是石英矿物中最难去除的杂质     

煤脱灰研究

用氢氟酸溶液对烟煤Ａ进行脱灰研究，试验在温和的条件下进行，反应时间和酸的浓度对脱灰有明显的影响．脱灰率ｒ和酸浓度ｘ满足：ｒ＝９８．５－７８．９ｅ－０．１３１ｘ．τ时间后煤中矿物质会量 ｃ（ｗｔ－％）为：１００（ｃ／ｃｏ）＝１０６．６４８５τ－０．６９１．在试验条件下得到最佳操作条件为：酸浓度２０％：时间 ５０ｍｉｎ；温度 ６０℃产物煤的灰分可降到１．０％以下。     

金属基体整体式阳极Al_2O_3催化剂上二氯甲烷的催化燃烧

通过水热和焙烧处理将板状多孔阳极Al_2O_3材料制备成一种金属基体整体式催化剂材料,在无活性组分负载的情况下直接将其作为催化剂,考察其在二氯甲烷催化燃烧反应中的性能。通过与商业γ-Al_2O_3的对比研究,重点考察水热处理条件对催化剂活性和耐久性的影响。使用扫描电子显微镜(SEM)、N_2吸附-脱附、NH_3程序升温脱附(NH_3-TPD)、热分析(TG)和X线衍射仪(XRD)等对样品的结构和理化特性进行表征。结果表明:水热处理在增大样品比表面积的同时,增加了表面酸浓度和亲水性。与商业γ-Al_2O_3在二氯甲烷催化燃烧反应中的性能相比,水热处理的样品在低温下产生了更多的HCl,并显示出更加优异的耐久性。     

煤焦催化气化中非均相反应动力学的研究

以神木煤焦为研究对象,在小型加压固定床上考察了不同气化剂(水蒸气、二氧化碳、氢气)、催化剂负载量、水蒸气分压、氢气分压和一氧化碳分压对碳转化率和气化反应速率的影响。结果表明,对于非均相的催化气化反应来说,反应速率顺序为C-H_2OC-CO_2C-H_2。H_2和CO不同程度地抑制煤焦水蒸气气化反应,CO的抑制作用明显大于H_2。在700℃,当添加5%的CO,碳转化率降低约50%。基于Langmuir-Hinshelwood(L-H)方程,结合随机孔模型,同时考虑催化剂负载量及气化产物分压的影响,建立了煤焦催化水蒸气气化动力学模型,模型预测反应速率常数与实验值误差在10%以内,说明建立的动力学模型可以较好地模拟煤焦的催化水蒸气气化反应过程。     

利用铝灰制备聚合氯化铝工艺参数的优化

以铝灰为原料,用一步酸溶法制备高效无机高分子的多价聚合电解质混凝剂聚合氯化铝.研究了铝灰、HCl、水三者配比,以及反应温度、反应时间、熟化温度、熟化时间、搅拌速度等参数对聚合氯化铝的性能影响,确定了制备聚合氯化铝的最佳工艺条件：初始加水量为15 mL,酸水比为1,投加量3 g,反应时间2 h,反应温度85℃,熟化时间4...     

F2+2HCl=2HF+Cl2反应机理的密度泛函理论（DFT）研究

用密度泛函理论(DFT)B3LYP 方法,在6-311G 基组下,计算研究了反应 F_2 2HCl=2HF Cl_2的机理。求得各可能反应途径的系列过渡态,并通过振动分析和内禀反应坐标(IRC)分析加以证实。比较反应能垒(理论计算活化能)发现,题称反应若以分子与分子作用机理进行,则需克服的最大能垒为150.63kJ/mol;若以 F2分子先裂解为 F 原子再反应的机理进行,则需越过能垒154.82 kJ/mol。求得反应 F HCl→HF Cl 的线形和三角形两种过渡态,以三角形较稳定;求得反应 HCl Cl→H Cl_2的两种过渡态,以线形较稳定。     

F2＋2HCl=2HF＋C12反应机理的密度泛函理论（DFT）研究

用密度泛函理论(DFT)B3LYP方法，在6-3l1G^**基组下，计算研究了反应F2 2HCl=2HF Cl2的机理。求得各可能反应途径的系列过渡态，并通过振动分析和内禀反应坐标(IRC)分析加以证实。比较反应能垒(理论计算活化能)发现，题称反应若以分子与分子作用机理进行，则需克服的最大能垒为l50．63kJ／mol；若以F2分子先裂解为F原子再反应的机理进行，则需越过能垒154．82kJ／mol。求得反应F HCl→HF Cl的线形和三角形两种过渡态，以三角形较稳定；求得反应HCl Cl→H Cl2的两种过渡态，以线形较稳定。     

黄粉虫虫粕中甲壳素的提取工艺

采用酸碱法从黄粉虫幼虫脱油脂后的干燥虫粕中提取甲壳素,通过正交试验设计对提取工艺进行优化。结果表明,HCl的质量分数和Na OH的质量浓度、浸泡时间、浸泡温度、提取剂用量对虫粕甲壳素的提取有较大的影响,其影响程度按照由大到小的顺序依次为:HCl浸泡时间,HCl浸泡温度,HCl的质量分数,提取剂用量;Na OH的质量浓度,浸泡温度,浸泡时间,提取剂用量。提取黄粉虫虫粕中甲壳素的最优工艺条件为:酸浸时间2.5 h,酸浸温度80℃,质量分数为0.08的HCl,提取剂用量15 m L·g~(-1);碱浸时间3 h,碱浸温度80℃,质量浓度为60 g·L~(-1)的Na OH,提取剂用量20 m L·g~(~(-1))。制得的产品为白色片状固体,灰分的质量分数为0.006 7,剩余蛋白的质量分数为0.020 3 mg·g~(-1)。产品提取率为13%。     

煤焦与H2加压气化活性

用ＰＢＢＲ装置对３种不同煤化度的煤焦于０．０９８～１．９６ＭＰａ和８００～９５０℃下，进行了加氢气化试验。结果表明：用化学反应控制和体积反应模型能较好地描述３煤焦的加氢气化反应过程。以基碳转化率、平均比气化速率和平均反应速率常数为评价煤焦反应活性的指标表明３煤焦的加氢气化活性与其原煤煤化度成反比。     

脱铝USY催化剂上柠檬酸三丁酯的合成

对超稳Y沸石(USY)进行水蒸气和硝酸铵水溶液脱铝,并采用过量浸渍法制备脱铝USY负载磷钨酸(PW)催化剂,使用氨程序升温脱附(NH3-TPD)技术表征其酸性质,并在柠檬酸与正丁醇的酯化反应中考察其催化性能.结果表明:催化剂的酸量和酸强度与USY脱铝程度相关,水蒸气脱铝后的USY1具有较大酸量和适宜的酸强度.USY1催化剂具有最大的柠檬酸转化率(97.3％),柠檬酸正三丁酯的选择性为98.8％,适宜反应条件为反应温度110℃,反应时间90 min;反应4次后柠檬酸的转化率保持在80％以上,产品选择性高于98％.