化学链燃烧中钙基载氧体CaSO4再生的氧化反应机理

在热重和红外联用进行等温实验的基础上,探讨了氧体积分数为10%、20%,970～1150℃温度范围内化学链燃烧过程中钙基载氧体再生(CaS)的氧化特性.结果显示,CaS氧化的直接产物主要为CaSO4,只有在诱导期生成极少量CaO和SO2;但CaSO4与CaS还可进一步反应,生成更多CaO和SO2.通过对氧气浓度和温度的实验条件改变,研究了CaSO4的转化率、转化速率,并辅以SO2析出速率分析,获得了CaSO4相对于CaO的瞬时选择性、CaSO4的收率和反应选择率.结果表明,钙基载氧体CaSO4再生过程氧化反应的适宜条件为温度970～1000℃以及较高的氧气气氛,这不仅可以抑制SO2的排放量从而得到较高的反应选择率,同时反应过程也具有较高的转化速率.     

γ-Fe2O3抗As2O3中毒能力的分子模拟

采用密度泛函理论研究了γ-Fe₂O₃表面As₂O₃的吸附以及掺杂改性提高抗As₂O₃中毒性能的作用机理.计算了As₂O₃在完整以及O缺陷γ-Fe₂O₃（001）表面的吸附性能,包括吸附位点、吸附结构、吸附能、PDOS等.同时建立了Mo、Ti、Mg掺杂的γ-Fe₂O₃模型,探讨了助剂掺杂对抗砷中毒能力的作用机制,并考虑了掺杂量的影响.结果表明：As₂O₃倾向于以O端化学吸附在γ-Fe₂O₃（001）表面Fe_oct位,吸附过程发生强烈的相互作用和电荷转移.当表面存在O缺陷时,As₂O₃的吸附能得到提高.Mo、Ti、Mg倾向于掺杂在Fe_oct位,增强了对As₂O₃的吸附能力,并且增大Mo的掺杂量可以强化As₂O₃的吸附.As₂O₃倾向于与活性较强的Mo、Ti、Mg发生反应,从而保护活性Fe位不受砷中毒,Ti和Mg的掺杂还抑制了相邻Fe位对As₂O₃的吸附.Mo、Ti、Mg的掺杂还促进了催化剂表面对NH₃的吸附,增强了表面酸性强度,有利于SCR反应.Mo、Ti、Mg原子的掺杂有利于提高γ-Fe₂O₃催化剂的抗砷中毒性能.     

Pt-Sn/Al2O3蜂窝催化剂催化氧化C6烃

采用等体积分浸法制备Pt-Sn/Al₂O₃蜂窝催化剂（Pt含量仅为0.06wt%）.运用X射线衍射（XRD）、透射电镜（TEM）等技术对催化剂理化性质进行表征,并选取4种代表性C₆烃（苯、环己酮、环己烷和正己烷）对催化剂性能进行评价.活性评价试验中,Pt/Sn比为3/1催化效果最佳.此时4种C₆烃转化率达到90%的温度（T₉₀）较Pt催化剂均降低约20℃,其原因在于Sn可将Pt分割为较小的团簇提高Pt分散度.寿命评价试验以环己烷为例同Pt-Sn蜂窝催化剂连续运行720h,催化活性无明显变化,其原因在于,Sn可有效抑制其粒径增长;Pt₃Sn合金降低表面对C₆烃的吸附,减少催化剂表面积炭.     

TiO2/PS/Fe3O4 光催化剂的低温制备及其光催化和磁回收性能

以聚苯乙烯(PS)包覆油酸修饰过的纳米Fe3O4为磁核,在低温(90℃)、中性(pH=7左右)条件下,制备了以PS为惰性隔离层的磁载TiO2光催化剂.用X射线衍射仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、傅里叶红外分光光度计(FT-IR)、振动样品磁强计(VSM)对催化剂的物相组成、形貌、表面性质、磁学性质进行了表征.以苯酚为模拟污染物,考察了其光催化活性,以自制的磁回收装置,考察其回收特性.结果表明,低温制备的TiO2为锐钛矿结构,平均粒径为2～5 nm,催化剂TiO2/PS/Fe3O4[其中物质的量比为n(TiO2)∶n(St)∶n(Fe3O4)=60∶2.5∶1]具有结构完整的壳/壳/核结构,TiO2在PS/Fe3O4表面负载牢固;光催化降解苯酚遵循一级反应动力学方程,TiO2/PS/Fe3O4[n(TiO2)∶n(St)∶n(Fe3O4)=60∶2.5∶1]的反应速率常数K=0.025 8,与纯TiO2的活性接近(K=0.026 2);循环使用5次后,反应速率常数仅降低0.003 4.所制催化剂具有较强的磁感应强度,平均回收率可达到92%以上.该低温水解法制备的磁载TiO2光催化剂具有良好的应用前景.     

纳米结构Fe3O4/Y2O3磁性颗粒的制备、表征及磷吸附行为研究

采用共沉淀法制备了一种新型铁钇氧化物(Fe3O4/Y2O3)磁性吸附剂,并对其表面特性及磷吸附行为进行了初步研究.扫描电镜(SEM)与X-射线衍射仪(XRD)表征结果表明,此吸附剂具有纳米结构,初级粒子平均粒径为15.2nm.振动样品磁强计(VSM)测得比饱和磁化强度为38.7emu·g-1,磁性较强,可方便地实现固液分离.吸附剂的等电点为6.8.磷吸附实验表明,25℃时,Langmuir吸附等温线可较好地拟合Fe3O4/Y2O3对溶液中磷的吸附(R2=0.989),最大吸附量(pH=5.0)为60.6mg·g-1(以P计);吸附速率较快,在120min内可完成吸附容量的80%以上,符合准二级动力学模型(R2=0.997);溶液pH对Fe3O4/Y2O3吸附磷的影响较为明显,离子强度则影响不大;共存阴离子对吸附影响的大小顺序为Cl-相似文献   

Fe3O4/CeO2-H2O2非均相类Fenton体系下降解TCE的研究

采用浸渍法成功合成了新型催化剂纳米Fe3O4/CeO_2,并且用Fe3O4/CeO_2-H_2O_2非均相Fenton体系对TCE进行降解研究,考察了初始pH、H_2O_2浓度、温度及催化剂投加量等因素对于TCE降解效率的影响.实验结果表明,Fe3O4/CeO_2-H_2O_2非均相Fenton体系对TCE具有较好的去除效果:在初始pH=3,温度50℃,H_2O_2浓度30 mmol·L-1和Fe3O4/CeO_2投加量0.5 mg·L-1时,TCE去除率高达97.29%.同时实验结果表明pH在2~7范围内对TCE均有降解效果,所以相对于传统Fenton体系,该体系拥有更宽pH应用范围.目标污染物的降解符合一级动力学,反应活化能为30.77 k J·mol-1,表明反应易于进行.     

Fe3+或Fe2+均相催化H2O2生成羟基自由基的规律

利用电子自旋共振-自旋捕集技术(ESR)研究了不同条件下Fenton和类Fenton反应中羟基自由基的变化规律.结果表明,Fenton和类Fenton在起始反应阶段羟基自由基的生成速率都随着H₂O₂和Fe³⁺或Fe²⁺浓度的增大而增大,但Fenton反应在起始阶段羟基自由基生成速率显著高于类Fenton反应.Fenton反应pH在2.5～3.5,而类Fenton反应pH在2.8～3.0范围内有较高的自由基生成速率.起始反应完成后,反应过程中Fenton与类Fenton反应自由基的生成速率也存在显著差异.结果表明,两体系在反应起始和反应过程中都存在着机制的差异.     

氧掺杂g-C3N4光催化降解Cu-EDTA络合物的反应机理研究

本研究以Cu-EDTA为模拟污染物,探讨了非金属石墨相氮化碳(g-C_3N_4)在光催化降解重金属络合污染物中的应用潜力.首先采用在空气气氛下煅烧的方式对g-C_3N_4进行氧掺杂改性,并通过XRD、TEM和DRS等表征手段对掺杂前后的催化剂结构进行表征.光催化性能评价结果表明,氧掺杂改性更有利于催化剂表面光生空穴的分离,从而呈现出显著提升的破络合能力.通过自由基猝灭实验对g-C_3N_4光降解Cu-EDTA的催化机制进行了研究,结果表明,未掺杂g-C_3N_4通过O_2~(·-)、空穴和·OH的共同作用实现重金属络合物的去除,而氧掺杂样品以具有更强破络合能力的光生空穴为主要活性物种实现Cu-EDTA污染物的降解.     

Fe3O4对厌氧处理系统的强化作用研究

投加Fe₃O₄能够在一定程度上强化有机物的厌氧降解过程,而进水有机负荷是影响厌氧系统处理效率的重要因素.本研究通过分阶段提升进水有机负荷,对比考察了Fe₃O₄的加入对UASB厌氧反应器运行效能及污泥性质的影响.结果表明,当有机负荷低于3.2 kg·m^-3·d^-1时,两反应器内有机物厌氧水解效率并无显著性差别.而当有机负荷提升至6.4、12.8、25.6 kg·m^-3·d^-1时,Fe₃O₄对有机物厌氧水解效率表现出一定的促进效果,且有机负荷越高,Fe₃O₄对厌氧水解的促进效果越显著.与此同时,Fe₃O₄对厌氧产甲烷过程也表现出明显的促进作用,在有机负荷分别为1.6、3.2、6.4、12.8、25.6 kg·m^-3·d^-1时,添加Fe₃O₄的反应器中平均甲烷产率分别为对照组的3.55、2.37、1.26、1.16和1.06倍.这一现象表明Fe₃O₄对产甲烷过程的促进效果与有机负荷密切相关,且有机负荷越低,Fe₃O₄对厌氧产甲烷效率的增强作用越明显.此外,本研究还分析了运行过程中污泥粒径和胞外聚合物的变化,发现Fe₃O₄的加入可以有效促进厌氧污泥颗粒化进程.     

Pr掺杂Ni～(Ce-Zr)O2/Al2O3用于三效催化(TWC)反应:缺陷性质-活性关系

为探究稀土金属掺杂CeZrO_x催化剂引发的缺陷结构对汽车尾气污染控制的影响,合成了不同Pr掺杂量的Ni～(Ce₆Zr_4-xPr_x)O₂/A1₂O₃系列催化剂,并对其进行了TWC催化活性评价、耐SO₂性能测试和系统性表征,研究Pr掺杂引起的缺陷性质对催化性能的影响.结果表明,Pr掺杂Ni～(Ce-Zr)O₂/A1₂O₃产生两种缺陷:氧空位(O_v)和晶格扭曲,Pr的掺杂水平控制着缺陷位的类型和浓度.O_v在TWC反应中起关键作用.在Pr掺杂的Ni～(Ce₆Zr_4-xPr_x)O₂/A1₂O₃催化剂中,TWC的催化性能显著地依赖于O_v浓度,Pr掺杂产生的O     

煤化学链燃烧钙铁双氧载体竞争还原反应平衡分析

采用Ca SO4和少量Fe2O3所组成的混合物作为化学链燃烧的复合氧载体,对水蒸汽气化介质条件下煤气化-复合氧载体还原反应展开热力学分析,探讨了双氧载体在燃料反应器中的竞争还原反应机理及铁氧化物与气体硫化物、与煤灰反应的可能性.铁基氧化物主要是起到载氧的作用,其加入有利于提高燃料燃烬度,且不会被过度还原成Fe O或Fe.在850~1050℃反应温度范围,铁氧化物不会与SO2和H2S反应而转化成Fe S或Fe S2.Ca SO4还原副反应生成的Ca O容易与煤灰中Si O2和Al2O3反应,生成钙的硅酸盐和铝酸盐.     

Sulfur evolution in chemical looping combustion of coal with MnFe2O4 oxygen carrier

Chemical looping combustion （CLC） of coal has gained increasing attention as a novel combustion technology for its advantages in CO2 capture. Sulfur evolution from coal causes great harm from either the CLC operational or environmental perspective. In this research, a combined MnFe2O4 oxygen carrier （OC） was synthesized and its reaction with a typical Chinese high sulfur coal, Liuzhi （LZ） bituminous coal, was performed in a thermogravimetric analyzer （TGA）-Fourier transform infrared （FT-IR） spectrometer. Evolution of sulfur species during reaction of LZ coal with MnFeaO40C was systematically investigated through experimental means combined with thermodynamic simulation. TGA-FTIR analysis of the LZ reaction with MnFe2O4 indicated MnFe2O4 exhibited the desired superior reactivity compared to the single reference oxides Mn304 or Fe203, and SO2 produced was mainly related to oxidization of H2S by MnFe2O4. Experimental analysis of the LZ coal reaction with MnFe2O4, including X-ray diffraction and X-ray photoelectron spectroscopy analysis, verified that the main reduced counterparts of MnFe2O4 were Fe304 and MnO, in good agreement with the related thermodynamic simulation. The obtained MnO was beneficial to stabilize the reduced MnFe2O4 and avoid serious sintering, although the oxygen in MnO was not fully utilized. Meanwhile, most sulfur present in LZ coal was converted to solid MnS during LZ reaction with MnFe2O4, which was further oxidized to MnSO4. Finally, the formation of both MnS and such manganese silicates as Mn2SiO4 and MnSiO3 should be addressed to ensure the full regeneration of the reduced MnFe2O4.     

Fe2O3对型煤固硫作用的机理探讨

根据煤中硫的着火点,发现硫的固定主要发生在温度低于５００℃的阶段,升温时间应小于３０ｍｉｎ,Ｆｅ２Ｏ３用量增多,ＣａＳＯ３转化生成ＣａＯ＋ＳＯ２＋０．５Ｏ２→ＣａＳＯ４的反应来模拟实际的煤燃烧时硫的固定过程,发现Ｆｅ２Ｏ３的加入对硫的固定起着较大的促进作用,而且Ｆｅ２Ｏ３主要是促进ＣａＯ＋ＳＯ２→ＣａＳＯ３这一反应过程。     

Fe2O3/MIL-53(Al)催化类芬顿氧化性能及其作用机制研究

以MIL-53(Al)和铁盐为原料,采用浸渍-焙烧的方法,制备了Fe_2O_3/MIL-53(Al)类芬顿催化剂.通过扫描电子显微镜(SEM)、射透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)、傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)及X射线光电子能谱仪(XPS),对Fe_2O_3/MIL-53(Al)、MIL-53(Al)及Fe_2O_3 3种材料的理化性质进行了表征.以亚甲基蓝为相关材料催化类芬顿反应氧化性能的指示剂,考察了Fe_2O_3/MIL-53(Al)、MIL-53(Al)及Fe_2O_3 3种材料催化类芬顿反应的活性.探讨了Fe_2O_3/MIL-53(Al)催化活性强化的相关作用机制.研究结果表明,Fe_2O_3/MIL-53(Al)的物化结构特征是以赤铁矿为主的纳米Fe_2O_3颗粒均匀、离散地分布在MIL-53(Al)之上,纳米Fe_2O_3颗粒尺寸大多集中在1～5 nm.与未负载纳米Fe_2O_3相比,其分散性和颗粒尺寸都展现出潜在优越性.Fe_2O_3/MIL-53(Al)材料催化类芬顿反应降解水溶液中亚甲基蓝的效果是未负载纳米Fe_2O_3的4.8倍(以反应速率常数计),且TOC去除率亦有明显优势.自由基猝灭实验结果表明Fe_2O_3/MIL-53(Al)催化类芬顿降解污染物的主要活性氧类物质为羟基自由基.MIL-53(Al)孔结构发达、孔分布均匀及孔尺寸较小且均一等结构特征,导致负载其中的Fe_2O_3具有孔道负载量大、颗粒分布离散且均匀、颗粒粒径小且均一等特点,从而强化了纳米Fe_2O_3催化类芬顿反应氧化降解水中污染物的性能.     

Fe2O3控制再燃脱硝中间产物HCN

再燃脱硝过程的中间产物HCN在燃尽过程的二次氧化对最终NO的脱除效率影响很大,有效控制HCN的转化对提高再燃脱硝的效率具有重要意义.以天然气和150目废轮胎粉为再燃燃料,利用模拟烟气在陶瓷管反应器中对典型条件下的再燃脱硝特性和中间产物HCN/NH3的生成特性进行了实验研究.结果表明在典型的再燃条件下,随着再燃区空气系数...     

Fe3O4对含盐废水厌氧处理系统的影响

通过在固定的水力停留时间下(24h)逐步提升盐度,并设置有无Fe₃O₄的平行反应器作对照,考察不同盐度水平下Fe₃O₄对厌氧系统运行效能和厌氧污泥颗粒化进程的影响.结果表明,在0～2%的NaCl盐度水平下,Fe₃O₄的加入均能有效提升厌氧系统的处理效率并保证其稳定进行.Fe₃O₄对产甲烷过程的促进作用在不同盐度水平下有所差异,当盐度分别为0,0.5%,1%,2%时,实验组的甲烷产量分别为对照组的1.08,1.36,1.33和1.17倍,低盐环境下的促进效果更为显著.污泥特性和胞外聚合物的分析结果发现,Fe₃O₄的引入有利于形成结构更为紧密的厌氧颗粒污泥,进而强化厌氧污泥颗粒化进程.微生物群落结构分析结果表明,随着盐度提升,氢型产甲烷菌得以快速富集,同时主要细菌类型和代谢途径均发生了改变.而Fe₃O₄对厌氧系统中微生物菌群结构和...     

电厂烟气中SO2对活性炭吸附单质铅(Pb0)的影响机理

利用密度泛函理论系统研究了SO_2对活性炭吸附单质铅(Pb~0)的影响,其中,结构优化与频率计算采用B3LYP/def2-SVP级别方法和基组,单点能计算采用B3LYP/def2-TZVP级别方法和基组.同时,利用玻尔兹曼分布函数分析了SO_2与Pb~0在活性炭表面的竞争吸附关系,结果表明,Pb~0在纯净活性炭上的吸附能力大于SO_2.此外,本研究发现,SO_2的预吸附会增强活性炭对Pb~0的吸附效果.通过静电势分布揭开了SO_2促进活性炭吸附Pb~0的深层原因,结果发现,吸附SO_2以后活性炭表面静电势极大值增大,极小值减小,吸附剂吸附能力因此增强.最后,利用电子密度差分图揭示出SO_2改性活性炭在吸附Pb~0时,SO_2对Pb~0吸附的影响可以分为直接影响和间接影响两种.     

氯改性活性炭吸附单质铅(Pb0)的机理

利用量子化学中密度泛函方法系统研究氯改性活性炭吸附单质铅（Pb⁰）的机理,明确了氯改性对活性炭吸附Pb⁰的影响,计算得到吸附过程中各个吸附构型的吸附能、重要键长、对应的Mayor键级和铅的Mulliken原子电荷.几何优化选用B3LYP方法结合def2-SVP基组,单点能任务选用PWPB95双杂化泛函结合def2-TZVP基组进行计算.结果表明：对于扶手椅型（armchair）活性炭,氯改性将使活性炭对Pb⁰的吸附能降低74.034kJ/mol;对于锯齿型（zigzag）活性炭,氯改性基本不会改变活性炭对Pb⁰的吸附能力,因此氯改性总体上会减弱活性炭对Pb⁰的吸附作用,但是吸附类型依然为强烈的化学吸附.分别应用电子密度分布和Mayor键级进一步验证纯活性炭和氯改性活性炭对Pb⁰吸附类型,结果与吸附能分析一致.Mayor键级分析表明氯原子通过改变周围碳原子活性影响Pb⁰的吸附,而不是与Pb⁰直接作用.Mulliken原子电荷分析表明铅的原子电荷正相关于活性炭对其的吸附能,铅的原子电荷越大,对应的吸附构型的吸附能越高.此外笔者发现Pb⁰的引入对氯改性活性炭继续吸附Pb⁰有抑制作用.