高温气化条件下煤直接液化残渣中矿物质演化行为的研究

利用XRD和FT-IR分析了高温(1 100~1 500 ℃)气化条件下液化残渣中矿物质的演变行为,并利用穆斯堡尔谱仪对残渣灰中的含铁相及铁的价态铁进行了定量分析。结果表明,煤直接液化残渣中的主要矿物质为石英、硫酸钙、紫铝铁矾、磁黄铁矿、高岭石和方解石。高温气化条件下残渣灰中主要矿物质为钙长石、钙黄长石、磁赤铁矿和磁铁矿。由于钙长石、钙黄长石等含钙化合物低温共熔作用,使得残渣灰具有较低的熔融温度。残渣灰中的含铁相主要为磁赤铁矿、磁铁矿、铁橄榄石和玻璃体,并且随温度的升高,玻璃体中的铁含量逐渐增加。同时,残渣灰中Fe²⁺/Fe³⁺出现先增加后降低再增加的变化趋势。当温度由1 100 ℃升高至1 200 ℃时,由于磁赤铁矿的还原,Fe²⁺/Fe³⁺由1.08升高至2.39;1 200 ℃以上Fe²⁺/Fe³⁺的变化不明显。另外,玻璃体中铁含量的增加是引起残渣灰液相含量随温度升高而增加的重要原因,铁含量高是导致残渣灰熔融温度低的主要原因。     

高温下煤中矿物质对气化反应的影响

利用XRD对1100℃~1500℃高温下矿物质在弱还原气氛中的变化进行考察,并利用RIR对矿物质进行半定量分析,发现随着温度的升高莫来石含量增大,而SiO₂含量下降,符合SiO₂-Al₂O₃二元相图的变化。高温下部分无定形矿物质发生熔融,主要为硅铝酸盐。在煤焦二氧化碳气化过程中,熔融的硅铝酸盐与煤焦表面接触阻碍气化反应进行。利用FT-IR测定了硅铝酸盐结构的变化,说明高温下矿物质对气化反应的影响与硅铝酸盐的聚合程度存在一定的关系。     

催化剂添加量对褐煤焦水蒸气气化反应性的影响

在固定床反应器中研究了碱金属K和碱土金属Ca对褐煤焦水蒸气气化的催化效果,考察了煤焦的气化反应性随催化剂添加量的关系,并采用扫描电子显微镜结合X射线能谱分析仪(SEM EDX)和XRD技术分析了煤焦和焦样气化残渣的晶相组成和表面形态。实验结果表明,K的催化活性比Ca的高,煤焦的气化反应性随K和Ca添加量的增大而提高,K和Ca的负荷饱和度均为10％。添加K和Ca催化剂的原煤制焦后,K和Ca分布在煤焦的表面。原煤焦气化残渣中主要含钙铝黄长石。添加K的煤焦及其气化残渣中主要含钙铝黄长石和Ca3Si2O7,XRD没有检测到含K的晶体。当Ca的添加量从5％升高到10％时,煤焦表面有大量的CaO存在,但由于CaO发生团聚使其分散度降低。Ca添加量为10％的煤焦气化残渣中除了钙橄榄石和钙铝黄长石,还有未与矿物质反应的CaO和Ca(OH)2。     

神华煤直接液化残渣水蒸气和CO2气化反应性研究

分别对神华煤和神华煤直接液化残渣的水蒸气和CO₂气化反应性进行了研究。结果表明,水蒸气气化反应中,煤半焦的反应性强于残渣半焦;CO₂气化反应中,残渣半焦的反应性强于煤半焦。这主要是影响煤和残渣水蒸气和CO₂气化反应性的关键因素不同。水蒸气气化反应受煤化程度的影响较大,而CO₂气化反应受煤化程度的影响较小,受矿物质催化作用的影响大。     

Fe对胜利褐煤焦结构和气化反应性能的影响

酸洗褐煤负载不同含量的Fe催化剂在固定床反应器上进行热解,然后采用FT-IR、Raman spectra、TPD和TG研究Fe催化剂对煤焦官能团、碳微晶结构、表面活性位和气化反应性的影响。FT-IR结果表明,催化热解作用下煤焦中-OH、-CH₃、-CH₂活性官能团数量增加。Raman光谱测试结果显示,随着Fe含量的增加,I_G/I_all由0.095减少到0.087,I_D3/I_all由0.090增加至0.097,表明在Fe催化作用下部分大芳香环结构转变为小芳香环结构。TPD实验结果表明,活性位数量随着煤焦中Fe含量升高而不断增加。在3%含Fe量时煤焦活性位数量随着吸附温度的升高而增加,800 ℃后煤焦表面活性位数量开始降低。750 ℃条件下CO₂吸附量随着吸附时间的延长而增加,45 min后煤焦达到饱和吸附状态。煤焦-水蒸气等温气化实验表明,煤焦气化反应性与活性位数量有密切的关系,Fe催化剂主要通过增加煤焦表面活性位数量提高煤焦气化反应性。     

CO2气氛对胜利褐煤热解过程的影响

以5-8 mm胜利褐煤为研究对象,利用固定床反应器,在400-700℃、CO₂气氛下进行热解实验,研究了CO₂气氛对煤热解气、液、固三相产物分布的影响,探讨了CO₂对煤焦结构作用的机理。研究表明,与N₂气氛相比,CO₂气氛热解提高焦油和热解水产率,降低热解气和半焦产率;400和500℃时,CO₂气氛下形成的半焦孔隙结构和总孔体积没有明显的变化,600和700℃时,CO₂气氛下所得半焦的比表面积及孔容较N₂气氛下的大,是与煤焦内部挥发分大量释放以及CO₂进入孔道与活性位反应有关;煤热解过程中CO₂的引入能促进煤焦中3-5环芳香结构的消耗,导致煤焦结构芳香度的提高;600和700℃时,CO₂气氛下热解气中H₂和CH₄产率低,同时CO₂能与煤焦发生气化反应显著提高CO含量。     

氧化钙对胜利褐煤焦水蒸气气化反应性能及微结构的影响

研究了CaO对胜利褐煤焦水蒸气气化反应性能及微结构的影响。脱除矿物质的胜利褐煤混合不同含量的CaO后在1 100 ℃下进行热解得到相应的煤焦,采用BET、XRD和Raman技术对其进行表征,同时在微型固定床反应器上对所制得煤焦进行水蒸气气化实验。比较添加CaO不同含量煤焦的反应性表明,添加2%(质量分数)的CaO对煤焦水蒸气气化的催化作用很小,而CaO添加量增大到5%时,煤焦的气化反应性能明显提高。煤焦比表面积随CaO添加量的提高而增大。XRD结果表明,在热解过程中,CaO能有效地抑制煤焦向石墨化方向发展趋势。煤焦002和100峰的峰强度随CaO添加量的增加而降低,且煤焦芳香度从66.8%降至39.9%。Raman光谱结果表明,随着CaO添加量的增加,I_D/I_G由1.363增加至1.541,I_G/I_all由0.423减少到0.394。意味着由于Ca的催化作用,煤中大芳香环结构的裂解速率明显增加,且随CaO添加量的增多,煤焦的无序化程度和晶格缺陷均增大。     

载体焙烧温度对Rh-Mn-Li/SBA-15催化CO加氢性能的影响

SBA-15分别于550、700、800和900℃进行焙烧,然后以等体积共浸渍法将Rh、Mn和Li负载其上。催化剂的性能用CO加氢反应进行评价。催化剂分别用N₂物理吸附、X射线衍射、透射电子显微镜、H₂化学吸附和傅里叶变换红外光谱进行表征。即使在900℃下进行焙烧,SBA-15的结构仍得到保持。但是,当焙烧温度从550℃升高到900℃,SBA-15的比表面积、孔径和总孔容分别从842.6 m²·g^-1、9.57 nm和1.18 cm³·g^-1降到246.4 m²·g^-1、5.62 nm和0.34 cm³·g^-1。此外,Rh颗粒的尺寸都在1.5-4.0 nm范围内,并且随着载体的焙烧温度增加而增加。另外,Rh颗粒更倾向位于高温焙烧载体的介孔内,这可能是因为经过高温焙烧,载体微孔下降。所以,H₂和CO更易与负载在高温焙烧后的载体上的Rh颗粒接触。因此,当载体焙烧温度达到900℃时,Rh-Mn-Li/SBA-15催化剂有非常高的C₂₊含氧化合物的活性和选择性。     

石灰岩对褐煤模拟地下气化残焦物化性质的影响

基于煤炭地下气化过程中石灰岩可能影响煤焦的组成和结构,借助煤炭地下气化模拟实验系统对不同石灰岩掺量(质量分数为0-30%)的褐煤进行水蒸气气化,并采用低温N_2吸附-脱附、XRD和FT-IR等分析手段研究石灰岩对褐煤模拟地下气化残焦的组成、比表面积及孔结构特征、微晶结构和表面官能团等物理化学性质的影响。结果表明,石灰岩对煤焦的元素组成有较大影响。石灰岩可促使煤焦中的微孔向中孔发育,增大煤焦的比表面积和孔容积;当石灰岩掺量从0增加到30%时,煤焦的比表面积增大21.91%,介孔率增加21.49个百分点。XRD分析表明,钙的存在破坏煤焦的芳香结构,使煤焦无序化程度增加,晶面间距(d_(002))增大,抑制煤焦的石墨化发展倾向。FT-IR分析表明,石灰岩存在下,煤焦的羟基官能团减少。     

水蒸气对煤热转化过程中钠析出特性影响研究

在不同水蒸气体积分数及温度条件下制备了相同焦产率的NaCl浸渍煤的煤焦样品,并利用电感耦合等离子体质谱仪分析了不同煤焦中钠的赋存形态及含量,研究了水蒸气及温度对煤热转化过程中钠迁徙转化的影响。结果表明,水蒸气体积分数的增加,一方面,增强了煤热转化过程中水溶态钠的释放;另一方面,也促进了水溶态钠向醋酸铵溶态、盐酸溶态以及不溶态钠的转化,使得钠的释放受到一定程度抑制。煤焦结构演化对碱金属钠释放具有重要影响。水蒸气的气化反应引起煤焦缩聚程度增加,小芳香环缩聚形成大芳香环结构时会对钠起到一定的包裹作用,使得钠的释放受到抑制;同时,气化反应产生的煤焦比表面积越大,越有利于钠直接释放。提高反应温度一方面会促进水溶态钠的释放;同时也会促进水溶态钠向其他溶态形式钠的转化,使得钠析出率随反应温度上升而增加的趋势逐渐变缓。     

介孔吸附剂表面分形分析

用自溶液中吸附的方法测定了介孔硅胶和活性炭的分形维数D.结果表明:(1)硅胶自四氯化碳或环已烷中吸附脂肪醇、酮、酯和含氧芳香化合物,活性炭自水中吸附芳香化合物的等温线均服从Langmuir方程.用极限吸附量n_m^s和表观分子面积σ_a,根据方程log n_m^s=-(D)/(2)log σ_a+常数,可计算出分维D. n_m^s和σ_a是根据Langmuir方程和吸附剂比表面数据求出的.(2)用液相吸附法求出的介孔硅胶的分维值与由气体吸附法求出的值相同,并均近于2.当表面曲率半径大于吸附分子大小时,吸附剂表面可是低分维的.(3)由液相吸附法得到的介孔活性炭的分维也近似为2.可能的解释是,活化作用改变了原始炭的微孔结构,使其成为介孔和大孔.介孔活性炭也可是低分维表面.     

氨基修饰介孔SiO2的合成及对其对Hg2+、 Ni2+和Mn2+的吸附

利用介孔SiO₂微球（MSM）作为基底,对其表面进行氨基修饰,合成了氨基修饰介孔SiO₂微球（MSM/NH₂）,其结构和性能经TEM, XRD和元素分析表征。结果表明：MSM/NH₂ 1.0［3-氨丙基三乙氧基硅烷（APTES）用量为1.0 mL］对Hg²⁺、 Ni²⁺和Mn²⁺的5次循环吸附效率的平均值均超过92.0%。     

壳聚糖基多孔碳材料的制备及其超级电容性能

以胶态SiO₂纳米粒子为模板,壳聚糖为碳源,ZnCl₂为活化剂,制备了具有不同比表面积和孔体积的氮掺杂介孔碳。采用多种表征手段对碳材料的微观形貌、比表面积和孔道结构进行了表征,探究了壳聚糖与SiO₂纳米粒子的比例以及ZnCl₂活化剂对碳材料孔体积和比表面积的影响。结果表明,在未使用活化剂时碳材料(CSi-1.75)的孔体积高达4.53 cm³·g^-1,但其比表面积最小(729 m²·g^-1);使用ZnCl₂作为活化剂制备的碳材料(CSi-1.75-Zn)比表面积为1 032 m²·g^-1,但其孔体积下降到1.99 cm³·g^-1,且具有最多的吡啶氮和吡咯氮。在以6.0 mol·L^-1KOH为电解液的三电极体系中,当电流密度为0.5 A·g^-1时,CSi-1.75...     

介孔结构CeO2对丙酮的敏感响应研究

采用水热法一步合成制备了一种多面体介孔结构CeO₂,并用于有机挥发性气体的检测。利用扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)观察形貌、尺寸和结构,X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)和X射线光电子能谱(XPS)分析其晶体结构和化学成分,利用全自动气体吸附分析仪分析其孔径大小。结果表明：制备的CeO₂为多面体介孔结构,孔隙主要孔径小于4 nm。CeO₂传感器在240℃时响应最佳,对100 cm³/m³甲醇、甲醛、乙醇、乙醚、丙酮、乙二醇和二甲苯等气体的检测中,丙酮气体的响应值最高为550%,其对应的响应和恢复时间分别为16 s和4 s。该传感器在60 d内具有较高的稳定性,相对标准偏差值(RSD)为2.0%。     

高碱煤含钠矿物沉积层的高温熔融及多相反应过程分析

采用纯矿物试剂模拟燃用高碱煤时炉内受热面典型的灰沉积层化学组成,利用热机械分析（TMA）、TG-DSC分析、高温煅烧实验结合XRD、SEM-EDS表征方法研究了不同Na₂SO₄含量灰沉积层的高温熔融过程及矿物间的多相反应机理。结果表明,掺混Na₂SO₄后沉积层熔化特征温度显著降低,Na₂SO₄的主要反应途径与掺混比例有关,当掺混比低于20%时,Na₂SO₄与SiO₂、CaO、Al₂O₃反应主要转变为CaSO₄和钠的硅铝酸盐;掺混比大于40%时则主要与CaSO₄生成低熔点的钠钙复合硫酸盐。富Na₂SO₄沉积层颗粒在800℃时开始黏结;900-950℃时,霞石、钠长石等钠的硅铝酸盐发生低温共熔,同时Na₂SO₄和CaSO₄生成的复合硫酸盐开始熔融,逐渐形成液相;1200-1250℃时,镁黄长石与含钙矿物发生强烈共熔,温度超过1300℃后矿物完全熔融成为自由液相。     

介孔Co3O4多面体的制备及电化学性能

通过水热处理Co(NO₃)₂与(NH₄)₂S₂O₈合成了CoOOH多面体, 再经高温煅烧得到具有介孔结构的Co₃O₄多面体; 利用扫描电子显微镜(SEM)、 透射电子显微镜(TEM)、 X射线衍射(XRD)和N2吸附\|脱附实验等手段对其结构和组成进行了表征; 研究了反应时间、 反应温度及(NH₄)₂S₂O₈浓度等因素对CoOOH多面体形貌的影响, 分析了CoOOH多面体的形成机理. 性能测试结果表明, 该介孔Co₃O₄多面体具有良好的葡萄糖电化学检测活性, 检测线性范围为0.05~1.8 mmol/L, 响应灵敏度为148 μA·cm^-2·mmol·L^-1, 检出限为1 μmol/L.     

原位限域生长策略制备有序介孔碳负载的超小MoO3纳米颗粒

采用原位限域生长策略制备了一系列有序介孔碳负载的超小MoO₃纳米颗粒复合物(OMC-US-MoO₃). 其中, 有序介孔碳被用作基质来原位限域MoO₃纳米晶的生长. 依此方法制备的MoO₃纳米晶具有超小的晶粒尺寸(<5 nm), 并在介孔碳骨架内具有良好的分散度. 制得的OMC-US-MoO₃复合物具有可调的比表面积(428~796 m²/g)、 孔容(0.27~0.62 cm³/g)、 MoO₃质量分数(4%~27%)和孔径(4.6~5.7 nm). 当MoO₃纳米晶的质量分数为7%时, 所得样品OMC-US-MoO₃-7具有最大的孔径、 最小的孔壁厚度和最规整的介观结构. 该样品作为催化剂时, 表现出优异的环辛烯选择性氧化性能.     

褐煤与煤直接液化残渣共热解产物半焦性能研究

为使煤直接液化残渣得到清洁高效再利用,采用常压固定床反应器,对神东煤直接液化残渣与呼伦贝尔褐煤共热解制取的半焦进行了研究。结合扫描电镜、N₂-吸附、X射线衍射、拉曼光谱以及热重分析发现,共热解过程中存在的软化熔融现象导致液化残渣与褐煤相互黏结,共热解半焦比表面积与孔体积减小,半焦结构有序化程度增加。与褐煤单独热解半焦相比,共热解半焦CO₂气化反应性能低。     

煤水蒸气气化过程中钾催化剂与矿物质的相互作用

在固定床反应器中研究了碳酸钾对煤的水蒸气催化气化,考察了钾与10种煤中矿物质的相互作用,采用XRD和XRF分析经过水浸取后的气化残渣。结果表明,在煤水蒸气气化过程中,碳酸钾催化剂与煤中矿物质相互作用形成难溶于水的化合物。当煤的灰分中钙含量较少时,钾催化剂与矿物质反应的量和气化灰渣中铝含量成线性关系,即K:Al=1:1。当煤的灰分中含钙量较多时,钙能够以钙铝黄长石(Ca₂Al₂SiO₇)的形式固定大量的铝,一定程度上抑制钾催化剂和矿物质的反应。钾和矿物质反应的量影响钾催化剂的催化作用。     

介孔TiO2对溶菌酶吸附的动力学和热力学

773.15 K下焙烧二钛酸(H₂Ti₂0₅)制备了介孔结构TiO₂。采用比表面分析仪(BET)、扫描电镜(SEM)、拉曼(Raman)光谱和X射线衍射(XRD)仪进行表征研究了介孔TiO₂对溶菌酶的吸附行为和机理。结果表明,该吸附过程较好地满足Langmuir吸附模型;随着溶液pH值的增高,溶菌酶在介孔TiO₂上的吸附量先增大后减小。在pH = 7.2时,达到最大吸附容量72.5 mg·g^-1。该介孔TiO₂对溶菌酶具有良好的吸附稳定性,经过5次循环后吸附的溶菌酶残余量仍有81.6%。动力学研究表明,介孔TiO₂与溶菌酶间的吸附满足准二级动力学模型,吸附传质过程由膜扩散和粒内扩散共同影响与控制。对热力学参数的计算发现,该过程ΔG⁰ < 0, ΔH⁰ > 0, ΔS⁰ > 0,表明介孔TiO₂对溶菌酶的吸附是一个自发的、吸热的熵增过程。