MCM-41和HZSM-5协同催化对油菜秸秆热解的影响

以油菜秸秆为原料,采用两种方案分层布置催化剂(HZSM-5/MCM-41和MCM-41/HZSM-5),并与MCM-41和HZSM-5单独催化进行对比,从生物油品质和催化剂耐久性两个角度探究协同催化作用机理;对精制生物油有机相进行理化特性分析,采用FT-IR和GC-MS进行成分分析,对催化剂进行耐久性分析。结果表明,与单独催化相比,协同催化所得精制生物油液相产率略有降低,气相产率升高,精制生物油有机相理化特性进一步提高,其中,MCM-41/HZSM-5协同催化所得精制生物油有机相热值较高,为34.31 MJ/kg;精制生物油有机相中含有多种芳香族类物质和少量的羰基类物质,协同催化较单独催化能产生较多的烃类物质及较少的含氧芳香族类物质,其中,MCM-41/HZSM-5协同催化所得精制生物油有机相中烃类物质含量较高,且以单环芳香烃为主;HZSM-5分子筛在300-800℃有两个失重峰,MCM-41分子筛在300-800℃仅有一个失重峰,表明MCM-41催化剂上沉积的焦炭成分单一,较易去除,且协同催化后分子筛表面沉积的焦炭总含量较少。     

新型多级微/介孔固态胺吸附剂的制备及其CO2吸附性能研究

将HZSM-5与MCM-41按不同质量比混合得到复合分子筛载体,以四乙烯五胺(TEPA)为改性剂,采用浸渍法将其负载到复合分子筛上,制备了一系列新型的具有多级微/介孔结构的固态胺吸附剂。采用N₂吸脱附、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、热重分析(TGA)等手段对吸附剂进行表征。在固定床反应器中考察了HZSM-5和MCM-41的质量比、TEPA负载量、吸附温度、进气流量和CO₂分压等因素对CO₂吸附性能的影响。结果表明,当HZSM-5与MCM-41的质量比为1:1、TEPA负载量为30%、吸附温度为55℃、进气流量为30 mL/min时,平衡吸附量高达3.57 mmol/g,且经10次吸脱附循环后,吸附量仅下降8.1%。HZSM-5/MCM-41-30%TEPA对CO₂的吸附过程包括快速的穿透吸附和相对缓慢的逐渐平衡阶段,且穿透吸附量接近于平衡吸附量的80%。HZSM-5/MCM-41-30%TEPA对CO₂的吸附过程符合Avrami动力学模型,表明CO₂吸附是物理吸附和化学吸附的结果。     

Ni/Al2O3改性催化剂催化重整生物油模拟物制氢研究

制备了Ni/Al₂O₃、Ni-Cu/Al₂O₃、Ni-Co/Al₂O₃和Ni-Co-Cu/Al₂O₃催化剂,研究了Co和Cu对生物油水蒸气催化重整的影响。实验表明,Co 能促进水汽变换(WGS)反应,提高氢气的产率,Cu能抑制反应中焦炭的形成,提高催化剂的稳定性。对催化剂Ni-Co-Cu/Al₂O₃进行工艺条件考察,当900 ℃、水油比为6 g/g、质量空速(WHSV)为1 h^-1时,碳选择性达到87.5%,氢气产率达到84.2%,潜在氢气产率达到92.4%。     

Pt对Ni2P/MCM-41催化剂加氢脱硫性能的影响

以MCM-41为载体, 采用程序升温还原法制备了含有少量Pt的Ni-P/MCM-41催化剂, 并用氢气程序升温还原(H₂-TPR)、 X射线衍射(XRD)、 N₂吸附比表面积、 X射线光电子能谱(XPS)和透射电子显微镜(TEM)对催化剂的结构和性能进行了表征. 考察了P/Ni摩尔比及Pt含量对Ni-P/MCM-41催化剂催化二苯并噻吩(DBT)加氢脱硫(HDS)性能的影响. 结果表明, Pt能降低Ni₂P催化剂的还原温度, 并有助于Ni₂P相的生成, 抑制团聚现象, 提高催化剂的HDS活性. 当Pt的质量分数为0.6%, P/Ni摩尔比为2时, 催化剂具有最佳加氢脱硫活性, 在340 ℃, 3.0 MPa, 氢油体积比为500, 质量空速(WHSV)为2.0 h^-1的条件下, 二苯并噻吩转化率为100%, 且催化剂加氢脱硫活性在120 h内基本保持稳定.     

金属氧化物和硅沉积改性 ZnO/SiO2/ZSM-5的甲醇择形芳构化反应催化研究

采用真空浸渍法对ZSM-5分子筛进行硅沉积和负载金属修饰,制备了复合改性的ZnO/SiO₂/ZSM-5催化剂,并将它应用于甲醇择形芳构化反应中。采用XRD、BET、NH₃-TPD、SEM、TEM等方法对制备的催化剂进行了物化表征。考察硅沉积次数和ZnO负载量对甲醇芳构化反应(MTA)中对二甲苯(PX)的选择性和收率的影响。结果表明,两次硅沉积改性并负载2.0%金属ZnO的ZSM-5分子筛具有较高的PX收率,在优化的反应温度420 ℃、反应压力0.2 MPa、甲醇空速WHSV为1.25 h^-1下,PX收率在28%以上。     

负载型碱处理ZSM-5催化丙烯醛二乙缩醛和氨合成吡啶和3-甲基吡啶研究

以碱处理ZSM-5(ZSM-5-At)为载体,采用浸渍法负载多种活性组分MF_x(M: Mg或K)和MO_x(M: 单一或双元素)制得催化剂MF_x/ZSM-5-At和MO_x/ZSM-5-At,其结构经X-射线衍射(XRD)表征。以丙烯醛二乙缩醛、水和氨合成吡啶和3-甲基吡啶反应为评价活性对象考察了催化剂的活性。研究结果表明,与MgF₂/ZSM-5-At相比,KF/ZSM-5-At表现出更好的催化活性;当KF/ZSM-5-At焙烧温度为700 ℃和KF负载量为1.0%时,吡啶和3-甲基吡啶总收率为最大值。在系列MO_x/ZSM-5-At催化剂中,ZrO₂/ZSM-5-At上获得的吡啶和3-甲基吡啶总收率为最高。     

负载NiO-Fe2O3的凹凸棒石对生物油模型物催化重整制氢性能的影响

利用共沉淀法,制备一系列在凹凸棒土上负载不同含量的NiO-Fe₂O₃催化剂。以乙酸、乙醇和苯酚的水溶性溶液为生物油模型物,在自制的三段式固定床反应器中,考察了NiO-Fe₂O₃的负载量、反应温度、水碳比(S/C)对生物油模型物重整制氢的影响。结果表明,所获得的氢气产率最高的工艺条件为,在650℃条件下,以水碳比8~10的生物油模型为实验原料,使用自制的50%NiO-50%Fe₂O₃/PG型催化剂,可使气体产物中H₂的相对含量达到最大66.15%。     

十氢萘在分子筛催化剂上的开环反应研究

在小型固定流化床(FFB)装置中研究了Y分子筛与ZSM-5分子筛催化剂上的十氢萘裂化开环反应性能,考察了温度和剂油比对Y分子筛开环反应催化性能的影响。结果表明,十氢萘在分子筛催化剂上通过环烷环开环反应生成丙烷、丙烯、丁烷、丁烯、甲基戊烷和环戊烷、环己烷等非芳烃以及苯、C_1~4烷基取代苯等单环芳烃,并通过脱氢缩合反应生成四氢萘、萘、甲基萘和菲、芘等多环芳烃甚至焦炭等。由于扩散和吸附性能的影响,ZSM-5分子筛催化剂的裂化开环反应选择性比Y分子筛催化剂的高,因此,十氢萘环烷环开环与脱氢缩合反应的相对比例(NRO/DHC)在ZSM-5分子筛催化剂上较高。在Y分子筛催化剂上,温度为450~550 ℃、剂油比为3~9,反应温度升高或者剂油比增加,双分子氢转移以及脱氢缩合反应增强,从而导致环烷环开环产物选择性降低。     

镍磷物质的量比对负载型Ni2P/MCM-41催化剂结构及加氢脱硫性能的影响

以MCM-41为载体,采用一种简捷、温和法制备了负载型Ni₂P/MCM-41催化剂。用H₂程序升温还原(H₂-TPR)、X射线衍射(XRD)、N₂吸附比表面积测定(BET)和X射线光电子能谱(XPS)分析对催化剂进行了表征。以1%(质量分数)二苯并噻吩(DBT)的十氢萘溶液为原料,在连续固定床反应装置上,研究了初始Ni/P物质的量比对催化剂HDS活性的影响,并考察了催化剂的稳定性。结果表明,初始Ni/P物质的量比为1/2和1/3的前驱体,在390 ℃下还原时得到单一的Ni₂P相。初始Ni/P物质的量为1/2时,得到的催化剂活性最好。在反应温度340 ℃、压力3.0 MPa、氢/油体积比500、质量空速2.0 h^-1时,DBT的转化率接近100%。     

CoMoS/γ-Al2O3催化剂对麻疯树油加氢处理的研究

采用硫代硫酸铵器外预硫化制备CoMoS/γ-Al₂O₃催化剂,采用XRD、N₂物理吸附、NH₃-TPD、XRF等手段对催化剂进行表征,通过固定床微反装置研究其对麻疯树油加氢处理的性能。考察了硫化度、反应温度、氢气压力、反应时间对催化剂活性与催化产物分布的影响,并探讨了麻疯树油甘油三酯的反应路径。结果表明,硫化度为1的CoMoS₁/γ-Al₂O₃催化剂活性最佳,在温度360℃、氢气压力3 MPa条件下,对麻疯树油转化率为96.3%,产物主要成分C_15~18正构烷烃收率为75.6%,比相同条件下非硫化CoMo/γ-Al₂O₃催化剂的转化率提高36.9%。反应温度升至420℃时,CoMoS₁/γ-Al₂O₃催化剂对麻疯树油转化率达100%,产物中无含氧物。麻疯树油加氢处理过程中,增大硫化度和反应温度、减小氢气压力有利于甘油三酯发生加氢脱羧、脱羰反应。     

Product Determination of Gaseous Radical Reactions Using Matrix Isolation-Ftir Detection

The matrix isolation technique with Fourier transform infrared detection has been applied to determine the products of gaseous radical reactions. The gas phase reactions were carried out in a discharge flow system and about 1% of the gas mixture was deposited onto a low temperature target through a pinhole. A differential pumping scheme was employed to maintain the pressure of the cryosystem below 10^?5 torr while that of the flow system was kept at about 2 torr. Species including HO₂ (from the H+O₂ reaction), ClO₂ (from the Cl+O₂ reaction) and ClO (from the Cl+O₃ reaction) have been produced in the gas phase and were successfully trapped in matrices and detected with an FTIR spectrometer. In addition, both HCl and HOCl have been detected as the reaction products from the gaseous ClO+HO₃ reaction. The production of HCl from the ClO+HO₂ reaction may have a significant impact on catalytic ozone destruction in the atmosphere.     

离子交换树脂催化酯化生物油的试验研究

生物油黏稠、稳定性差、热值低、腐蚀性强,需要进行改质与品位提升,将生物油中的有机酸通过酯化的方法转化为中性的酯类可以改善生物油的性能。实验利用模型反应,筛选出了适合于生物油体系的732型和NKC-9型两种树脂作为酯化改质的催化剂。生物油和甲醇在间歇釜内以732和NKC-9为催化剂进行改质以后,酸值分别降低了88.54%和85.95%,表明生物油中的有机酸极大地转化为中性酯类。此外,热值分别提高了32.26%和31.64%,水分分别降低了27.74%和30.87%,密度均降低了21.77%,黏度降低均接近97%。732树脂固定床催化酯化生物油后,酸值降低了92.61%。加速陈化实验和铝片腐蚀性实验结果分别表明,改质生物油的稳定性和腐蚀性能得到了改善。     

生物质铁盐催化加氢热解产生生物油与气态烃的研究

利用加压固定床反应器进行了松木催化加氢热解实验(终温600-700℃、氢压5.0 MPa),考察了硝酸铁和硫酸亚铁两种铁盐对热解产物产率及分布的影响。研究发现,Fe(NO_3)_3能够显著促进生物炭加氢生成甲烷,碳转化率高达97.4%,CH_4产率达21.2%,无水生物油产率为32.8%(产率基准均为干燥无灰生物质),生物油中含氧量降低,轻质芳烃产率增加,其中,苯、甲苯和二甲苯(BTX)产率为2.6%。而FeSO_4迥异于Fe(NO_3)_3,具有抑制气态烃和生物油生成的作用。机理研究表明,Fe(NO_3)_3在加氢过程中主要形成α-Fe,并促使生物炭形成无定型和多孔结构,从而有利于其加氢生成甲烷,而FeSO_4则部分转化为Fe_2S_3,由此可致使铁催化剂失活。     

A study on the production and engine analysis of organic liquid fuel from jatropha and castor oil by catalytic cracking over solid acid catalysts

Catalytic cracking of non-edible oils such as jatropha and castor was done in fixed bed catalytic reactor. The microporous catalysts such as Hβ, HY and HZSM-5 and mesoporous catalyst like AlMCM-41 were synthesised and characterised by XRD and BET surface area analyzer. The reaction parameters such as temperature of reaction, WHSV (Weight hourly space velocity) and reaction time were optimised over Hβ catalyst using jatropha oil. Organic liquid products (OLP) comprising of green gasoline (GG), green kerosene (GK) and green diesel (GD) and gaseous products were found to be major products. The liquid products were analysed using gas chromatograph (Shimadzu GC-9A) fitted with Apeizon-L packed column and gaseous products were analysed using Poropak Q column. The % conversion, yield of OLP and selectivity towards GG, GK and GD were found to be higher at temperature of 400 °C, WHSV of 4.8 h^?1 and reaction time of 1 h. The cracking of jatropha oil was done over HY, HZSM-5 and AlMCM-41 at this optimised condition. Among the microporous materials HZSM-5 produced more OLP with more selectivity towards GG fraction (50%) but yielded higher % of gaseous products. While AlMCM-41 (Si/Al = 25) was selective towards middle distillates fraction like GK (45%) & GD (35%) and yielded low gaseous products. The mechanism of reaction proceeds via carbocation formation. The activity of HZSM-5 and AlMCM-41 were examined with castor oil. The OLP viability as a replacement fuel in a single-cylinder diesel engine under various loads was evaluated in an IC engine test. Here, we look at how different engine operating conditions affect fuel efficiency, Brake Thermal Efficiency (BTE), and emissions of Carbon Monoxide (CO), Carbon-di-oxide (CO2) and Nitrogen Oxide (NOx). Overall analysis indicates that OLP cracked from Jatropha oil serves as a best fuel in comparison with OLP obtained from Castor oil.     

整体式担载型Pt基催化剂上航空煤油的裂解:助剂SrO和BaO的影响

考察了整体式担载型Pt基催化剂上国产3号航空煤油(RP-3)的常压裂解反应,着重探讨了添加BaO和SrO助剂对裂解效果的影响,以及裂解时间对积炭量的影响.采用全自动吸附仪、程序升温还原、X射线光电子能谱以及X射线衍射和扫描电镜等方法对催化剂进行了表征.结果表明,在整体式担载型Pt基催化剂上RP-3裂解的总产气量比热裂解提高了39.7%;BaO或SrO助剂的添加又使其总产气量又分别提高了25.6%和37.0%;同时添加BaO和SrO的催化剂,其催化裂解总产气量则提高了96.5%.BaO和SrO助剂均可有效地抑制积炭的生成,而两者间的协同作用,进一步抑制了RP-3催化裂解过程中积炭的生成.     

污泥与醋糟共热解特性及碱金属迁移规律

分别采用热重分析仪、真空固定床反应器和原子吸收光谱研究了污泥与醋糟共热解过程中反应动力学、产物分布和碱金属迁移行为,探究了协同效应及碱金属迁移规律。结果表明,两者共热解过程中存在明显协同效应;与理论计算相比,混合物分解所需的活化能下降了35.38%～29.49%,脱挥发指数比计算低3.5×10-8。协同效应导致气体产率增加,生物炭、液体产率降低;醋糟的存在加速了污泥的脱挥发分析出,提高了气体产物中合成气含量,加大了生物炭中大芳香环的裂解反应,使生物油中酚类和酯类物质含量明显增加;热解终止时,碱金属元素析出量达到79.19%～86.73%。     

Gaseous Nitrogen Dioxide for Sustainable Oxidative Deprotection of Trimethylsilyl Ethers

Abstract

In this study, trialkylsilyl ethers of indispensable protected alcohols are oxidatively deprotected in neat form with gaseous nitrogen dioxide (NO₂). Quantitative yields of aldehydes or ketones are obtained without the necessity of chromatography. The byproducts, nitrogen monoxide, anhydrous nitric acid, and hexamethyldisiloxane, can be quantitatively separated by evaporation and distillation in closed systems for recycling or further use. The direct new method supersedes the previous techniques that produce dangerous wastes and require chromatographic workup, while the atmospheric gas NO₂ and its gaseous reduction products are easily kept in closed systems until further use.     

生物油超临界CO_2酯化反应研究

将超临界CO2萃取与酯化反应耦合,研究了萃取酯化提质生物油过程。乙酸(AC)、丙酸(PA)和丙烯酸(AR)在超临界CO2(scCO2)条件下酯化时的平衡转化率显著高于常压酯化时的平衡转化率,表明scCO2对酯化反应具有明显的促进作用。这主要是由于生成的酯不断被萃入scCO2相。在恒温下scCO2的密度随压力升高而增大,因而酯化率随着CO2压力的升高而增加,与有机酸单独酯化时相比,混酸(AC、PA和AR)酯化后各种酸的转化率却比较接近,表明酯化过程中存在着酯交换机制。真实生物油的酯化结果表明,在80℃和28.0MPa下酯化3.0h,总酸的转化率可达86.78%。酯化后生物油的pH值从3.78提高到5.11,萃出生物油在140℃下挥发率接近100%,表明油品质量得到显著提升。