流化床O2/CO2气氛下添加石灰石对燃煤PM2.5的控制

采用小型流化床研究了在O₂/CO₂气氛下添加石灰石对PM_2.5(空气动力学直径小于2.5 μm的颗粒物)的控制.实验采用荷电低压撞击器(ELPI)采集和分析燃烧后的PM_2.5.结果表明,添加石灰石是燃烧过程中影响PM_2.5生成的重要因素.添加石灰石后,生成PM_1.0的数量浓度均降低,而PM_1.0~2.5的数量浓度均略有增加;PM_2.5质量粒径分布均呈双峰分布,峰值分别出现在0.2和2.0 μm左右.随着Ca/S物质的量比的增加,PM_2.5中Si、Na、K、S和Cu的含量呈减少的趋势;随着颗粒粒径的减小,S、Cu、K和Na的含量有增大的趋势,而Si的含量有减少的趋势.     

O2/CO2气氛下煤焦燃烧实验研究

在热重分析仪上进行了不同气氛下徐州烟煤及其煤焦的燃烧实验,分析了O₂浓度、CO₂浓度和颗粒粒径等参数对其燃烧特性的影响;并对其进行了燃烧动力学分析。结果表明,气氛对煤和煤焦开始脱挥发分的时间影响不明显,但对其燃烧速率和燃尽时间影响很大;高浓度CO₂使煤焦的燃尽时间延长。气氛没有改变煤焦的燃烧反应动力学机理。O₂浓度提高、CO₂浓度降低和煤粉细化均可改善燃料的燃烧特性,但对煤焦的改善程度比对烟煤的小。扫描电镜（SEM）结果显示,同等O₂浓度下O₂/CO₂气氛较空气气氛煤灰表面孔隙结构更丰富。     

低阶煤半焦利用热重在O2/CO2、O2/N2和O2/Ar气氛下燃烧特性研究

利用热重研究了两种中国西北典型低阶煤半焦的燃烧特性。探究了不同气氛（O₂/CO₂、O₂/N₂和O₂/Ar）和不同氧气浓度对其燃烧特性的影响。实验结果表明,无论是反应气氛还是氧气浓度都会对低阶煤半焦的燃烧产生影响。相比于N₂和Ar,CO₂明显有利于燃烧反应进行：当反应气氛由O₂/CO₂变为O₂/Ar时,两种不同低阶煤半焦的燃尽温度分别升高了63.7和68.8℃;而当反应气氛由O₂/CO₂变为O₂/N₂时,两种不同低阶煤半焦的燃尽温度分别升高了135.9和129.6℃。在研究范围内,氧气浓度的提高也能明显提高半焦的燃烧性能。与此同时,半焦燃烧特性的动力学分析表明,随着氧气浓度提高,两种半焦燃烧反应的表观活化能E和指前因子A均呈增大趋势。通过对E和A两者关系的分析结果表明,半焦富氧燃烧的活化能和指前因子存在动力学补偿效应。     

O2/CO2气氛下CO2和H2O气化反应对煤及煤焦燃烧特性的影响

利用热天平对比研究了大同煤及煤焦在O₂/N₂、O₂/CO₂和O₂/H₂O/CO₂中的燃烧行为,探讨CO₂和H₂O气化反应对其富氧燃烧特性的影响。结果表明,在5%氧气浓度下,煤粉在O₂/N₂、O₂/CO₂和O₂/H₂O/CO₂中的燃烧速率按顺序依次降低。氧气浓度降低到2%,由于CO₂和H₂O气化反应的作用,煤粉在高温区的整体反应速率按顺序依次增大。当氧气浓度为5%时,煤焦在O₂/CO₂中的燃烧速率要低于O₂/N₂中的燃烧速率,但燃烧反应推迟后气化反应的参与使得煤焦在O₂/H₂O/CO₂中的整体反应速率显著升高。当氧气浓度降低到2%后,随着温度的升高,在CO₂气化反应的作用下,煤焦在O₂/CO₂中的整体反应速率逐渐高于O₂/N₂中的燃烧速率。在O₂/H₂O/CO₂中,由于H₂O在共气化中起主要作用,煤焦在O₂/H₂O/CO₂高温区的整体反应速率进一步升高。动力学分析表明,在5%氧浓度时,煤焦在O₂/N₂、O₂/CO₂和O₂/H₂O/CO₂中的表观活化能依次升高。随着氧气浓度的降低,在不同反应气氛中的表观活化能均有所下降。     

O2/CO2燃烧气氛对混煤灰中矿物质间反应影响研究

对蒙煤与平七煤两种单煤及其按照不同比例组成的混煤,分别在O₂/CO₂和O₂/N₂气氛下,采用管式炉燃烧制取灰样;对灰样进行灰熔点、XRD及同步热分析（TG/DSC）测试,并进行相关热力学计算,分析了O₂/CO₂燃烧方式对混煤灰中矿物质间反应的影响。结果表明,常规灰熔点测试方法测得的两种气氛下的混煤灰熔点没有明显差别。O₂/CO₂气氛促进了煤灰/混煤灰中钙的碳酸化,且明显抑制了高温下CaCO₃的分解。气氛的改变影响了含钙矿物的转化,进而影响了混煤中钙与莫来石反应生成低温共熔物;O₂/CO₂气氛下钙更易于与莫来石发生反应生成低温共熔物,从而会增加结渣倾向。当混煤中蒙煤比例达到或大于75%时,随着蒙煤比例的逐渐增加,莫来石含量减少,O₂/CO₂气氛对钙与莫来石之间的反应影响减弱,但对含铁矿物的影响更加明显,使其更易于生成含铁玻璃体,从而也会增加结渣倾向。     

凹凸棒黏土对燃煤PM2.5排放及团聚捕集特性影响

在固定床反应系统上考察凹凸棒黏土对燃煤可吸入颗粒物PM_2.5的排放及团聚捕集特性影响,分析凹凸棒黏土添加量以及添加凹凸棒黏土情况下燃烧气氛、燃烧温度和钙硫物质的量比等参数对燃煤PM_2.5的数量浓度、质量浓度以及团聚捕集率的影响规律。结果表明,煤燃烧过程中添加凹凸棒黏土可以显著降低PM_2.5排放浓度,凹凸棒黏土的添加量不宜超过3%(质量分数);空气气氛下燃烧产生的PM_2.5多于O₂/CO₂气氛;随着钙硫物质的量比的增大,PM₁的质量浓度减小,但PM_1~2.5的质量浓度增大,颗粒物的粒径有向更大粒径转移的趋势;燃烧温度的升高会促进PM_2.5各粒径范围颗粒物的生成,降低了凹凸棒黏土对PM_2.5团聚捕集率。     

木醋调质石灰石用于O2/CO2燃煤同时脱硫脱硝性能

采用管式炉和沉降炉分别研究了O₂/CO₂气氛下燃煤预混和烟气喷入木醋调质石灰石的同时脱硫脱硝性能。结果表明,在温度1 173~1 323 K、钙硫比为2.0的条件下,木醋调质石灰石混煤燃烧脱硫效率91.0%~94.9%、脱硝效率23.5%~30.8%。随着钙硫比的增加,木醋调质石灰石混煤燃烧脱硫脱硝效率增大,适宜的钙硫比为1.5~2.0。相同的燃烧温度和钙硫比,含硫量高的煤预混木醋调质石灰石燃烧获得较高的脱硫、脱硝效率。木醋调质石灰石用于O₂/CO₂燃煤脱硫脱硝性能优于醋酸钙。O₂/CO₂燃煤烟气中喷入木醋调质石灰石、钙硫比为2.0、停留时间为0.8 s、在1 223和1 323 K时获得最大脱硫效率和最大脱硝效率为75.8%和86.6%。在上述条件下将氨气喷入反应区,氨氮比为0.75、温度为1 223和1 323 K时,脱硫效率分别为73.2%和63.9%,脱硝效率分别为93.2%和94.8%。     

CO2-adsorbent spongy electrode for non-aqueous Li–O2 batteries

Regulation of the Li₂CO₃ byproduct is the most critical challenge in the field of non-aqueous Li–O₂ batteries.Although considerable efforts have been devoted to preventing Li₂CO₃ formation,no approaches have suggested the ultimate solution of utilizing the clean Li₂O₂ reaction instead of that of Li₂CO₃.Even if extremely pure O₂ is used in a Li–O₂ cell,its complete elimination is impossible,eventually generating CO₂ gas during charge.In this paper,we present the new concept of a CO₂-adsorbent spongy electrode(CASE),which is designed to trap the evolved CO₂ using adsorption materials.Various candidates composed of amine functional groups(–NH2)for capturing CO₂ were screened,with quadrapurebenzylamine(QPBZA)exhibiting superior CO₂-adsorbing ability among the proposed candidates.Accordingly,we fabricated the CASE by sandwiching QPBZA between porous carbon layers,which facilitated the transport of gaseous products.The new electrode was demonstrated to effectively capture the evolved CO₂ during charge,therefore altering the reaction pathways to the ideal case.It is highly advantageous to mitigate the undesirable CO₂ incorporation in the next discharge,resulting in improved cyclability.This novel concept of a CO₂-sponging electrode provides an alternative route to the realization of practically meaningful Li–O₂ batteries.     

O_2/CO_2气氛添加高岭石对燃煤PM_(2.5)排放的影响

采用管式炉研究了在O2/CO2气氛下添加高岭石对PM2.5(空气动力学直径小于2.5μm的颗粒物)排放特性的影响。实验采用荷电低压撞击器(ELPI)采集和分析燃烧后的PM2.5。结果表明,添加高岭石是燃烧过程中影响PM2.5生成的重要因素。添加高岭石后,生成PM1的数量和质量浓度均降低,而PM1-2.5的数量和质量浓度均略有增加,PM2.5粒径分布均呈双峰分布,峰值点分别出现在0.2μm和2.0μm左右。随着高岭石添加质量比的增加,PM2.5中的S、Pb、Cu、Na和K五种元素的浓度呈下降趋势。粒径小于0.317μm的亚微米颗粒通过气化-凝结机理形成,而超微米颗粒则是通过亚微米颗粒凝聚、聚结和矿物质熔融、破碎、聚结形成。     

O4:从猜想到证实

20世纪20年代,美国化学家吉尔伯特·牛顿·路易斯提出O₄分子存在的猜想。20世纪70年代,科学家利用红外光谱和可见光谱发现了由2个O₂分子相互作用形成的O₄二聚体。20世纪80年代,科学家通过理论计算提出存在亚稳态共价O₄分子。共价O₄分子作为氧元素同素异形体被认为是一种潜在的高能量密度材料。2007年,科学家通过评估共价O₄分子的稳定性,确定了共价O₄分子可被实验检测到。O₄的发现史是从猜想到证实的过程,也是科学技术不断进步、科学思想演变发展的过程。     

脱硫废水蒸发增强电除尘脱除PM2.5和SO3实验研究

搭建燃煤热态实验系统,研究脱硫废水蒸发对电除尘和脱硫系统的影响;考察脱硫废水蒸发前后细颗粒粒径的变化、电除尘出口PM_2.5和SO₃浓度变化;分析增强电除尘脱除PM_2.5和SO₃机理。结果表明,脱硫废水蒸发后,蒸发室出口细颗粒粒径峰值由0.1 μm增大到1.1 μm,观察脱硫废水蒸发前后扫描电镜,明显观察到废水蒸发后颗粒团聚长大,颗粒间存在絮状物;采用脱硫废水烟道蒸发后,电除尘细颗粒脱除效率提高5%左右,PM_2.5数量浓度脱除效率提高25%左右;SO₃脱除效率为60%-80%,烟气中SO₃浓度对增强电除尘脱除PM_2.5和SO₃均有影响;脱硫废水蒸发对脱硫系统的效率和脱硫浆液的pH值没有影响。     

生物质燃烧源PM2.5在水汽条件下长大特性的研究

研究了生物质燃烧源产生的细颗粒在水汽条件下的长大特性,通过生长管实验研究了不同的热水温度、颗粒初始浓度、颗粒在生长管中的停留时间及表面活性剂下生物质燃烧源细颗粒在水汽过饱和条件中的长大特性。与燃煤细颗粒在水汽条件下的长大结果进行对比,生物质燃烧源细颗粒的长大效果要比燃煤细颗粒长大效果要好,热水温度的升高、停留时间的延长有利于细颗粒的长大,小粒径段颗粒的长大则几乎不受颗粒初始浓度的影响,添加一定量的表面活性剂可以使得生物质燃烧源细颗粒全部长大至1μm以上。     

Photocatalytic conversion of NOx on AgCl/Al2O3 catalyst

The rate of NO conversion under UV illumination was evaluated over Ag/Al₂O₃ and AgCl/Al₂O₃ catalysts at room temperature. The AgCl/Al₂O₃ catalyst is highly active for the conversion of NO_x. The conversion is enhanced in the presence of O₂ and further enhanced when oxygen coexists with hydrocarbons. Diffuse reflectance spectra of AgCl/Al₂O₃ and Ag/Al₂O₃ show an absorption band at 250 nm, and a weak and broad band at 230 nm, respectively. The high photocatalytic NO_x conversion is achieved over the AgCl/Al₂O₃ catalyst. The conversion level of NO_x is maintained above 60% over 5 h in the presence of O₂ and hydrocarbons under UV-irradiation. The absorption band at 250 nm is ascribed to the band gap energy of crystallized AgCl particles on Al₂O₃. These results suggest that high photocatalytic NO_x conversion proceeds on crystallized AgCl particles formed on Al₂O₃.     

光催化氧气还原制备H2O2

H₂O₂广泛应用于化工和环保领域,其分解的唯一产物是水,有利于生产与自然生态系统的协调可持续发展。工业上H₂O₂的合成主要是通过蒽醌法间接合成,该方法能耗大,污染环境。而直接由H₂与O₂混合制备H₂O₂,具有极大的安全风险,且需要消耗大量H₂。通过光催化技术将O₂和H₂O转化成H₂O₂的方法,避免了H₂与O₂的直接混合,同时采用取之不尽的太阳能作为能量来源,近年来备受关注。本文总结了光催化还原O₂制备H₂O₂的研究进展,对比分析了不同催化体系,如g-C₃N₄、TiO₂以及其他光催化剂的反应性能及调控措施,介绍了光催化制备H₂O₂的机理,并对该领域的发展进行了展望。     

增压O_2/CO_2气氛下煤燃烧特性实验研究

增压O2/CO2燃烧是一种可高效分离回收CO2的新兴燃烧技术,其燃烧机理与常压空气、常压O2/CO2燃烧存在较大差异。在加压热重分析仪上研究了增压条件下总压、氧浓度、气氛及粒径等反应参数对美国烟煤和淮北无烟煤燃烧特性的影响,确定了煤的着火温度,并对其进行燃烧动力学分析。结果表明,增压O2/CO2气氛下,随着压力或氧浓度的增加,DTG曲线向低温区移动,煤样整体燃烧速率加快。压力提升、氧浓度增加及煤粉细化均可改善O2/CO2气氛下煤样的着火特性。常压O2/CO2气氛下煤粉燃烧基本属于一级反应;增压O2/CO2气氛下,低温区属于0.5级反应,而高温区属于1.5级反应。     

O2/CO2气氛下污泥/煤混燃中半挥发性重金属的释放特性

在固定床焚烧实验装置上,采用正交实验法研究了焚烧温度(t_c)、污泥掺混比(X_s)、O_2体积分数(φ_(O2))、初始含水率(φ_(H2O))、焚烧时间(τ)和含氯量(φ_(Cl))六个因素对O_2/CO_2气氛下污泥/煤混燃中半挥发性重金属(Zn、Pb、Cd、Cu、Ni和Cr)释放特性的影响。结果表明,六种因素对重金属释放率影响程度排序为t_cX_sφ_(H2O)φ_(O2)≈τφ_(Cl)。相同焚烧工况下,Zn释放率最大,Pb和Cd次之,Cu、Ni和Cr较小。提高温度会促进重金属释放,且高温(1000-1100℃)对重金属释放的影响显著强于低温(700-900℃)。随着温度由700℃升高至1100℃,Zn和Pb释放率分别由36.1%和12.2%上升至70.9%和63.5%,Cd在900℃下达到40.0%的最大释放率,而Cu、Ni和Cr释放率大都维持在20.0%以下,温度对重金属释放率影响程度排序为PbZnCdCuCrNi。重金属释放率随着污泥掺混比增加逐渐下降,却随着初始含水率增加呈现波浪式变化趋势,且在30%O_2体积分数下重金属释放率取得最小值。焚烧时间和含氯量对Pb释放的影响程度显著强于其他五种重金属。O_2/CO_2气氛下污泥/煤混燃的最佳工况为:焚烧温度为900-1000℃、污泥掺混比为25%左右、O_2体积分数为30%、初始含水率小于10%,并尽可能的缩短焚烧时间。