铁掺杂方沸石的合成及其磁性化

采用水热合成法, 按摩尔比n(SiO2):n(Al2O3):n(Na2O):n(Fe3+):n(H2O)=2.3:1:3.9:(0.02, 0.04, 0.08):185配料, 三乙胺为模板剂, 草酸为铁离子的络合剂, 经过室温搅拌成胶, 170 ℃下于不锈钢反应釜晶化60 h, 合成了三种掺杂铁量不同的方沸石, 为了解决粉末沸石分子筛难以从使用料液中分离问题, 对合成铁掺杂方沸石700 ℃下进行氢气还原制得了磁性沸石. 利用X射线衍射(XRD)、傅立叶变换-红外(FT-IR)光谱和扫描电子显微镜(SEM)对制得的产品进行表征. 结果表明, 合成的铁掺杂方沸石与纯方沸石结构相同, 磁性化沸石结构发生了变化. 考察样品对水中氟离子和铅离子的吸附性能发现, 铁掺杂方沸石和磁性沸石对它们的吸附性能没有促进作用.     

电场增强催化甲烷合成碳二烃催化剂影响研究

本研究提出了在常温、常压电场增强等离子体条件下甲烷直接转化合成碳二烃的洁净工艺 ,在不同的放电电压、放电功率、甲烷进料流量和不同的催化剂作用下 ,甲烷能够以不同的转化率和选择性转变为碳二烃。对影响甲烷转化率和碳二烃选择性的因素 :放电电压、放电功率、甲烷进料流量和催化剂进行了研究 ,对催化剂性能进行了比较 ,并探讨了反应机理。结果表明 ,适宜的工艺条件 :放电电压 2 0kV～ 4 0kV ;输入功率 :2 0W～ 4 0W ;合适的甲烷进料流量 :30mL/min～ 70mL/min。在该条件下 ,碳二烃的选择性可以达到 95 % ;催化剂对甲烷转化率的影响顺序为MnO2 /Al2 O3 >Ni/Al2 O3 >MoO3 /Al2 O3 >Ni/NaY >Pd/ZSM 5 >Ni/H4Mg2 Si3 O4>Ni/ZSM 5 >Co/ZSM 5 >无催化剂。     

可控碳改性Pd/TiO2用于直接合成双氧水:非均相界面对催化性能的影响（英文）

双氧水(H2O2)是一种重要的绿色氧化剂,广泛应用于纺织、医疗、废水处理、军事等重要领域.目前, H2O2的工业生产以蒽醌法为主,该法设备投资大、运行成本高,同时工艺涉及大量的有机溶液,活性中间体蒽醌也会发生缓慢降解,产生有毒副产物.与蒽醌法相比,通过负载型贵金属催化剂催化H2与O2反应直接合成H2O2,过程绿色环保且生产工艺简单,引起了各界广泛关注.然而,从热力学上分析, H2和O2更容易反应生成H2O, H2O2只是该反应的中间产物,会继续发生加氢和直接分解反应生成H2O,导致H2和O2的低效利用,开发高H2O2选择性且高反应效率的催化剂已成为氢氧直接合成H2O2研究的重点与难点.目前大部分研究策略旨在通过调控或影响反应中心结构、价态来抑制H2O2的副反应,进而提升H2O2的选择性和反应效率;尽管已取得了良好的进展,但仍需发展新的调控策略来满足工业应用的要求.本课题组前期研究表明,促使H2O2从催化剂上脱附可以有效地提升H2O2的选择性和产率.相比于针对反应中心的调控,不稳定的H2O2从催化剂上快速脱附同样起到抑制H2O2参与副反应的作用.为此,本文提出一种炭量可控的非均一界面改性方法,以常规的Pd/TiO2作为研究对象,借助各种结构表征,发现炭物种在TiO2表面呈非均一分散状态,而且改性对于催化剂的几何结构影响较小;另外,催化剂表面的疏水性会随着碳含量的增加而增加,导致其与H2O2间的吸附能相应变小.反应结果显示,表面非均一的炭化改性技术可以显著提升Pd/TiO2催化剂的H2O2选择性和产率.通过构效关系分析,可知这种改性技术可以保持Pd颗粒与TiO2间相互作用的同时,还可以促进H2O2的快速脱附,进而提升改性Pd/TiO2催化剂的H2O2直接合成效率.该改性方法简单、易控,可拓展应用到其他类型催化剂的H2O2直接合成性能调控与改进.     

空气污染各组分对甲烷超声速燃烧性能的影响

在与甲烷详细化学反应机理对比验证基础上,采用18组分24步简化反应机理模拟甲烷超声速燃烧过程,从化学动力学和热力学角度用数值方法研究了乙醇燃烧加热空气中的七种主要污染组分(H2O,CO2,O,OH,CO,H,H2)对甲烷超声速燃烧性能的影响.分析结果表明:在一定条件下,进口空气中污染组分H2O的增加造成平均比热容增加,总温降低,并作为第三体抑制甲烷的燃烧过程,使超燃室的性能下降;CO2因大分子量特性使燃气平均分子量增大,降低超燃室做功能力,H2O和CO2两组分对甲烷超燃性能都起消极作用;污染组分自由基H、O、OH和燃烧中间产物CO、H2使燃烧室燃烧效率上升,对甲烷超燃性能起积极作用.     

等离子体耦合催化焦油脱除同时生物质燃气甲烷化性能研究

以含甲苯的模拟气化燃气(SGG)为对象,在介质阻挡放电耦合Ni/γ-Al2O3反应器上开展同时甲苯脱除及SGG甲烷化实验研究。考察了反应温度、H2/CO比、H2O添加的影响。结果表明,等离子体耦合催化可在400℃实现高效的同时甲苯脱除与SGG甲烷化。H2/CO比为3.2时,甲苯脱除率与焦油脱除率可达100%和97%,CO转化率与CH4选择性可达88%和97%,甲苯脱除与SGG甲烷化过程能量效率可达9.7 g/(kW·h)和17.3 mol/(kW·h)。高H2/CO比与H2O添加可促进甲苯脱除和SGG甲烷化,降低催化剂积炭量并提升积炭石墨化程度,其中,高H2/CO比还可提升SGG热值,获得高甲苯脱除及SGG甲烷化过程能量效率;而H2O添加会降低热值且难获得高CH4选择性,同时不利于SGG甲烷化过程能量效率的提升。此外,SGG甲烷化会抑制甲苯的脱除,而甲苯因浓度较低对甲烷化过程的影响较小。     

Zn(II), Cu(II), Co(II)与3,5-二硝基苯甲酸-咪唑三元超分子配合物的合成、晶体结构及性质

摘要 在水和甲醇混合溶液中合成了3个配合物[Zn(DNBC)2(Im)2](1), [Cu(DNBC)2(Im)(H2O)](2) [Co1.5(DNBC)4(Im)(CH3OH)(H2O)2](3) (DNBC = 3,5-二硝基苯甲酸, Im = 咪唑), 并进行了常规表征,单晶X-射线衍射测定了3个配合物的晶体结构。结果表明,配合物1采用四配位,且形成扭曲的四面体形式,通过分子间氢键及范德华力形成了三维网状的超分子框架结构。配合物2中金属铜原子采用五配位,分别与四个氧原子和一个咪唑氮原子配位,形成一个扭曲的四方锥体,而且通过羧基和硝基与金属铜连接形成一个一维Z字链的超分子链状结构。配合物3的空间群为p2(1)/n, a = 1.20876(7)nm, b = 2.63287(16)nm, c = 1.36466(9)nm, V = 4.3045(5)nm3, Z = 4, F(000) = 2166, Co…Co原子之间的距离为0.3587nm。在配合物3中,由八面体配位的Co(II)离子与μ-OH2组成的三核金属钴通过氢键与相邻的三核金属钴连接,Co(II)离子与μ-OH2形成一维Z字链,并且配合物的空腔中包含未配位的咪唑和甲醇分子。配合物3的磁学性质测试表明,三核金属Co(II)之间存在着很好的反铁磁交换作用。     

氧化铝载体和氧化钡助剂对钌基氨合成催化剂结构和性能的影响

采用不同来源γ-Al2O3(市售Al2O3-1,合成Al2O3-2)作为钌基氨合成催化剂载体,利用浸渍法制备了一系列添加不同BaO助剂含量的Ba-Ru/Al2O3催化剂.通过X射线衍射(XRD)、N2-低温物理吸附、X射线荧光光谱(XRF)、透射电镜(TEM)、H2程序升温还原(H2-TPR)、NH3程序升温脱附(NH3-TPD)和X射线光电子能谱(XPS)等方法研究了不同来源的Al2O3以及BaO助剂含量对负载型钌基催化剂的物相结构、织构性质、微观形貌、表面性质和催化剂的氨合成活性等方面的影响.结果表明,载体的物理化学性质对制备的钌基氨合成催化剂的结构以及活性有较大影响.BaO助剂对催化剂的影响主要表现在两个方面:添加量不同导致BaO与γ-Al2O3的作用力不同,从而进一步影响催化体系的比表面积和孔结构性质;BaO助剂会对体系的Ru物种还原性质以及催化剂表面酸碱性质进行调节,适量BaO的加入能够极大提高反应活性,而这种最佳量与载体性质密切相关.     

常压等离子体还原的Ni/γ-Al2O3催化剂的程序升温脱附研究

用程序升温脱附(TPD)手段考察了常规焙烧还原(GR)、焙烧后等离子体还原(PR)、未焙烧等离子体直接还原(PDR)三种方法制备的Ni/-γAl2O3催化剂的H2和CO2的吸附-脱附性能,并用X射线衍射和N2吸附方法进行了表征.结果表明,H2的化学吸附发生在活性组分Ni上,而CO2的化学吸附则主要发生在Al2O3载体的强碱性中心.等离子体还原(PR、PDR)的催化剂对H2和CO2的化学吸附量大大增加,且H2的脱附温度分别降低了55和69℃.以H2的化学吸附量为基础计算得到PR和PDR催化剂的分散度分别为32%和58%,分别是GR催化剂的1.23和2.23倍.等离子体还原的催化剂的典型特征是具有良好的分散性、更多的强碱中心以及较低的H2脱附温度.造成这些特征的原因是等离子体使催化剂在较低的温度和较短的时间内还原,最大程度地保持了载体的比表面积,改善了活性组分的分散度.     

ZrW_(1.7)~ⅥW_(0.3)~ⅤO_7H_(0.3)(OH)_2·2H_2O的合成与表征

分别利用微乳液水热法和酸蒸气水热法合成了杂多蓝化合物 Zr W 1 .7W 0 .3O7H0 .3( OH) 2 · 2 H2 O.XRD测定结果表明 ,该化合物与 Zr Mo2 O7( OH) 2 · 2 H2 O具有相同晶体结构类型 .使用 Rietveld方法对产物进行了结构精修 ,并计算出了键参数和键价 .运用 EPR技术测定了该化合物中 W的价态 ,并利用 XPS能谱测定了 W /W 的比例 .利用价键和规则 ,指出 Zr W 1 .7W 0 .3O7H0 .3( OH) 2 · 2 H2 O中的 W— O3— H0 .1 5存在羟基化现象 ,并对杂多蓝化合物的红外吸收光谱进行了指认 .     

苯直接一步氧化合成苯酚

苯直接一步氧化合成苯酚是开辟苯酚合成路线具有挑战性的热点课题之一.近年来研究和开发了以N2O、H2O2和O23种不同氧化剂体系为核心和主流的苯氧化合成苯酚路线.本文详细综述了目前3种不同氧化体系的研究进展和趋势,分析了各种合成路线的特点和工业应用前景.以N2O为氧化剂合成苯酚路线,技术趋于成熟,但N2O来源受限而影响其经济性和推广应用;以H2O2为氧化剂合成苯酚路线,是环境友好过程,有开发潜力,但技术还很不成熟,而且也因H2O2价格昂贵带来了经济成本问题;以O2为氧化剂、氢气为还原剂体系合成苯酚路线,是环境清洁可持续发展制备路线,具有很好的开发潜力,此外无机膜催化合成苯酚路线也更具吸引力.     

Direct Non-oxidative Methane Conversion by Non-thermal Plasma: Experimental Study

The direct non-oxidative conversion of methane to higher hydrocarbons in non-thermal plasma, namely dielectric barrier discharge and corona discharge, has been investigated experimentally at atmospheric pressure. In dielectric barrier discharge, the methane is mainly converted to ethane and propane with small amounts of unsaturated and higher hydrocarbons. While in corona discharge, methane was activated mainly to acetylene with small amount of other higher hydrocarbons. Decreasing the gas flow or increasing power input will improve the methane conversion and product yields. It is found that the methane conversion and main product yield against the input specific energy were special functions in both dielectric barrier discharge and corona discharge, independent of the reactor size, and whether fixing flow rate or power input and changing the power input or flow rate. The corona discharge is a promising alternative method for methane conversion to produce acetylene and hydrogen at low temperature.     

介质阻挡放电引发氮氧化物等离子体化学反应

在523 K介质阻挡放电条件下,研究了不同气体组分体系中NO的转化.实验表明,在无氧体系(NO/N2)中,转化的NO主要分解为N2和O2.在富氧(NO/O2/N2)条件下,由于NO和NO2的生成, NO的转化率最低.体系中加入C2H4(NO/C2H4/N2)时, NO转化率与NO/N2体系几乎一样,与NO相比,生成的O更易与C2H4作用,几乎没有NO2的生成.当C2H4和O2共存时(NO/O2/C2H4/N2),NO主要被氧化为NO2.当能量密度为125 J•L－1时, 与其它体系相比,NO/O2/C2H4/N2体系中NO转化率和NO2生成量最大,转化每个 NO分子能耗最小(61 eV).体系中C2H4主要被氧化为CO.四个体系中N2O的生成量都较少.讨论了介质阻挡放电条件下上述四个体系可能的反应机制.     

脉冲电晕等离子体作用下甲烷偶联反应的研究 Ⅱ.反应添加气的影响

脱氢偶联;脉冲电晕等离子体作用下甲烷偶联反应的研究 Ⅱ.反应添加气的影响     

介质阻挡放电等离子体甲烷/水蒸气重整制氢

采用自制的介质阻挡放电实验系统,进行了甲烷/水蒸气大气压下重整制氢实验研究。考察了水碳比（水蒸气/甲烷物质的量比）、气体总流量、放电电压和放电频率对甲烷转化率及氢气等主要产物产率的影响。结果表明,甲烷转化率和氢气产率随着水碳比和放电电压的增加而增大,随着气体总流量和放电频率的增加呈现先增大后减小的变化规律。在放电电压18.6 kV、放电频率9.8 kHz、水碳比3.4、反应气体总流量79 mL/min时,获最大氢气产率（14.38%）。此外,利用发射光谱对放电过程中的活性基团进行了原位诊断,得到了CH·、OH·、H₂及H_α活性粒子的光谱信号强度随实验参数的变化规律,并结合放电机理推测了氢气的生成路径。     

Hydrogen Isotope Exchange Reactions in an Atmospheric Pressure Discharge Utilizing Water as Carrier Gas

Allowing water/hydrogen or water/hydrogen/He gas mixture to flow through micro- hollow type of electrodes and applying 60 Hz AC power between the electrodes made it possible to sustain large area and atmospheric pressure discharge. The electrode assembly was constructed by sandwiching a dielectric spacer with two thin metal sheets and boring an array of micro holes through them. Another variation of the assembly was prepared by stacking thin metallic sheets so that the stack functions as an electrode through which the gas mixture flows for generating dielectric barrier discharge. A large volume of the gas mixture, while producing plasma, underwent instantaneous hydrogen isotope exchange reactions between H₂O and D₂O or between D₂O and H₂ gas molecules. The efficiency of the atmospheric pressure discharge was assessed by measuring the extent of the exchange reactions at a given flow rate of the gas mixture.     

Kinetic Modeling of Plasma Methane Conversion Using Gliding Arc

Plasma methane (CH4) conversion in gliding arc discharge was examined. The result data of experiments regarding the performance of gliding arc discharge were presented in this paper. A simulation which is consisted some chemical kinetic mechanisms has been provided to analyze and describe the plasma process. The effect of total gas flow rate and input frequency refers to power consumption have been studied to evaluate the performance of gliding arc plasma system and the reaction mechanism of decomposition.Experiment results indicated that the maximum conversion of CH4 reached 50% at the total gas flow rate of 1 L/min. The plasma reaction was occurred at the atmospheric pressure and the main products were C (solid), hydrogen, and acetylene (C2H2). The plasma reaction of methane conversion was exothermic reaction which increased the product stream temperature around 30～50℃.     

用无声放电转化甲烷和二氧化碳同时制备合成气与烃

在低温常压条件下,研究了在无声放电反应器中以A型分子筛为催化剂从甲烷和二氧化碳合成烃和合成气,实现了在无声放电反应器中同时合成烃和合成气。实验在原料气流量200－600ml/min、原料气甲烷和二氧化碳摩尔比1／1－3／1及输入功率100－500W的范围内进行。研究结果表明,低原料气流量有利于甲烷和二氧化碳的转化,而高原料气流量有利于烃的生成;原料气甲烷和二氧化碳摩尔比对制得合成气的H2／CO摩尔比的影响最显著;甲烷和二氧化碳转化率及合成气和烃的产率均随输入功率的增加而提高。而所研究的范围内,当原料气流理为200ml/min、甲烷和二氧化碳摩尔比为1／1、输入功率为500S时,甲烷和二氧化碳转化率达到最高值,分别为64％和39％。以此法制备的合成气的H2／CO摩尔可以在很宽的范围内变化,本研究合成气H2／CO摩尔比的变化范围是0.7-3.1。     

氧气常压介质阻挡放电的发射光谱及能量传递机理

为研究氧气常压介质阻挡放电中的物理化学行为, 以纯氧作为放电体系, 用发射光谱(optical emission spectroscopy)诊断技术分析了等离子体中可能存在的化学活性物种. 利用在500-950 nm范围的氧原子发射光谱计算出等离子体中的电子温度为(1.02±0.03) eV; 观测了760 nm处的具有清晰转动结构的氧气A带(atmospheric band)O2(b1∑+g-X3∑-g), 并用其转动结构计算了转动温度(气体温度)为(650±20) K; 在500-700 nm范围观测了氧气的第一负带系(first negative system) O+2(b4∑-g-a4∏u), 在190-240 nm范围观测了微弱但特征清晰的氧气的Hopfield带系O+2(c4∑+u-b4∑-g). 研究发现, 在氧气常压介质阻挡放电等离子体中存在多种激发态氧原子、激发态氧气分子、基态和激发态氧气分子离子等反应活性物种, 这些活性物种的形成涉及氧气分子的激发、解离和电离等多种过程, 每个过程都包含多个能量传递步骤, 氧分子解离产生的氧原子是导致一系列高激发态氧原子生成和氧气电离激发的主要因素.     

Rh/SiO_2催化剂上甲烷部分氧化制合成气的反应机理

采用原位Raman光谱技术,在原料气中的O2未完全耗尽的条件下,对CH4部分氧化制合成气反应的Rh/SiO2催化剂床层前部贵金属物种的化学态以及由CH4解离所生成的碳物种进行了表征.在此基础上采用脉冲反应和同位素示踪技术,比较了CH4的部分氧化及其与H2O和CO2的重整等反应对催化剂床层氧化区内CO和H2生成的相对贡献,并将实验结果与Ra-man光谱表征结果进行了关联.结果表明,在600°C下将还原后的4%Rh/SiO2催化剂切入CH4:O2:Ar=2:1:45原料气,催化剂床层前部未检测到铑氧化物的Raman谱峰,但可清晰检测到源于CH4解离的碳物种;在700°C和接触时间小于1ms的条件下,催化剂床层的氧化区内已有大量CO和H2生成,在相同的实验条件下,CH4与H2O或CO2重整反应对氧化区内合成气生成的贡献则很小;以CH4:16O2:H218O:He=2:1:2:95为原料气的同位素示踪实验结果表明,在原料气中16O2未完全耗尽的情况下,反应产物中C16O的含量占CO生成总量的92.3%,表明CO主要来自CH4的部分氧化反应.上述结果均表明,在O2存在下Rh/SiO2催化剂上CO和H2可以通过CH4直接解离和部分氧化机理生成.     

3-氨基-4-硝基呋咱和3,3’-二硝基-4,4’-偶氮呋咱的合成研究

3-氨基-4-硝基呋咱(ANF)及其衍生物是一类重要的含能材料. ANF的制备首先以乙二醛、盐酸羟胺和氢氧化钠为原料, 经过两步反应制得3,4-二氨基呋咱(DAF), 采用新的氧化体系过氧化氢/甲烷磺酸/钨酸钠混合物(H2O2/CH3SO3H/ Na2WO4)代替原氧化体系过氧化氢/硫酸/过硫酸铵混合物[H2O2/H2SO4/(NH4)2S2O8]氧化DAF以67%的产率获得了ANF. 然后在单电子氧化体系高锰酸钾/盐酸混合物作用下ANF发生氧化反应以54.7%的产率得到3,3’-二硝基- 4,4’-偶氮呋咱(DNAzF). 研究表明过氧化氢/甲烷磺酸/钨酸钠混合物是制备氨基硝基单/多呋咱非常有效的氧化体系.