负载PtSn金属助剂的镁铝水滑石上的丙烷脱氢反应研究

我们研究了以镁铝水滑石作为载体,利用水滑石层间阴离子的可交换性,负载活性金属铂和锡的丙烷脱氢反应.在镁铝水滑石载体中加入Ga能够影响丙烷脱氢活性,当镓的含量为1%时催化剂丙烷脱氢反应活性最高,反应初始时,丙烷转化率为46.5%,反应2 h后,丙烷转化率仍有37.5%.当以Mg(Ga)(Al)O-1%为载体时,考察了不同H_2/C_3H_8摩尔比对丙烷脱氢活性的影响,结果表明当H_2/C_3H_8摩尔比为0.5∶1时,丙烷脱氢反应具有最佳的反应活性,即当在原料气中加入H_2时,能够使得丙烷脱氢的转化率大幅度提升,且选择性也有所提升.烷烃脱氢是一个吸热反应,同时考察了温度对烷烃脱氢反应性能影响,结果表明温度越高,丙烷脱氢反应具有更高的转化率.对催化剂进行长时间寿命实验考察,发现当反应经过40 h后,丙烷的转化率仍有23.5%,说明Pt Sn-Mg(Ga)(Al)O-1%催化剂具有较好的稳定性.     

粗生物油催化裂解制取低碳轻烯烃

利用La/HZSM-5催化剂,研究了催化裂解粗生物油及其模型化合物(包括甲醇、乙醇、乙酸、丙酮和苯酚)制取轻烯烃的过程. 获得的最大轻烯烃产率为0.19 kg/kg粗生物油. 研究表明,温度、重时空速和镧对HZSM-5分子筛的改性等因素可用来调制烯烃产率和选择性. 分子筛中添加镧,可适当的调节催化剂酸度和强弱酸位比例,从而提高烯烃选择性、产率和催化剂稳定性. 生物油制备轻烯烃的效率与原料的化学成分和氢碳有效比(H/Ce? )密切相关. 此外,比较了粗生物油催化裂解和热裂解过程,同时利用模型化合物研究了生物油转化为轻烯烃的相关反应历程和机理.     

多孔甲烷水合物样品导热系数的测定和模拟

天然气水合物是由水分子和气体分子在一定温压条件下形成的一种类冰状笼形化合物．天然气水合物主要存在于海底和大陆的永久冻土区和青藏高原等多年冻土区,是一种潜在的替代能源．在考虑对天然气水合物资源进行开采和考察地球温压变化对含水合物层的影响时,有必要掌握水合物的热物性和含水合物层的有效导热系数,但目前报道的水合物导热系数数据不一、差异很大．水合物是一种非化学计量的化合物,因此很难获得一个不含自由气、自由水的零孔隙率完美样品．利用多孔介质的理论模型对多孔水合物的导热系数进行预测是获得水合物本征导热系数的有效途径之一．我们在一个自行设计的实验台上使用HotDisk系统独特的单面测试技术,并利用瞬态平面热源法测定了含甲烷气的多孔甲烷水合物的有效导热系数,获得该样品的导热系数和温度以及所加压力的关系．为了研究含甲烷气的多孔甲烷水合物的有效导热系数与孔隙率的关系,我们利用自相似的Sierpinski地毯分形模型,先假设多孔介质体系由多孔介质和流体两部分组成,而多孔介质颗粒则由随机分布不相接触的颗粒和带有接触热阻的自相似分布颗粒组成,再通过一维热流假设和采用等价电阻网络（即通过电一热阻模拟分析得到系统的热导率）分别模拟了干砂（含空气）和多孔甲烷水合物样品（含自由甲烷气）导热系数与样品孔隙度的关系,推测了无孔隙水合物样品的导热系数．实验和模拟结果均显示样品的有效导热系数随着孔隙度的增大而降低,样品的有效导热系数在30％的孔隙度时降低了25％．通过分析实验结果和模拟结果发现,无孔隙甲烷水合物样品的导热系数约为0．7Wm^-1K^-1．     

管状燃烧器中低热值预混气的燃烧特性

实验研究了低热值CH₄/N₂/Air预混气在旋流管状燃烧器中的燃烧以及污染物排放特性。固定过量空气系数为1.17,通过调节N₂比例得到热值在3.6～5 MJ/m³之间的低热值预混气。结果表明,管状火焰半径随预混气热值降低而减小,当热值小于一定值时,燃烧器的燃烧效率急剧下降,烟气中CO含量大量增加,但NO_x含量始终很低。     

空间电荷限制电流法测量共混体系中空穴的迁移率

载流子迁移率测量是有机半导体材料与器件研究中的重要内容之一.以聚噻吩为电子给体材料, C₆₀的衍生物为电子受体材料,制备了一种单电荷传输器件.用空间电荷限制电流法测出了不同溶剂形成的 活性层及不同温度热处理后器件中空穴的迁移率.结果表明:器件中电荷的传输J-V曲线符合Mott-Gurney方程, 不同溶剂形成活性层中空穴具有不同的迁移率,高沸点的溶剂1, 2-二氯苯形成的活性层具有较高的空穴迁移率, 热处理有利于器件中空穴迁移率的提高.同时还进一步分析了空穴迁移率变化的原因.     

热处理温度对Pt3Co二元金属催化剂氧还原性能影响及泛函密度理论研究

制备低成本、高活性、高稳定性的铂（Pt）基氧还原反应（ORR）催化剂是质子交换燃料电池（PEMFC）大规模商业化应用的关键。以钴（Co）等非贵金属与Pt掺杂制备二元合金PtM催化剂不仅可以减少Pt用量,还可以获得高于Pt金属催化剂的ORR催化活性和稳定性。本研究使用浸渍还原法制备碳载铂钴ORR催化剂,通过控制热处理还原温度来控制纳米颗粒的结构、晶相、尺寸等,从而改善催化剂的ORR性能。XRD、TEM和电化学分析结果综合表明,热处理温度对纳米颗粒合金度和平均粒径有显著的影响,平均粒径和合金度随着热处理温度升高而增大。通过控制热处理温度可以获得粒径与合金度之间的最优值从而提高催化剂氧还原活性,实验表明,800℃是低粒径和高合金度的平衡点,在所有制备的催化剂中有最高的质量活性(0.41 A/mg_Pt)和稳定性。进一步的密度泛函理论（DFT）计算表明高合金度的Pt₃Co结构表面可以降低速控步反应势垒,提高ORR活性。     

自支撑多孔碳/硒复合柔性电极的制备及其电化学性能

以二氧化硅（SiO₂）为模板,结合静电纺丝与溶胶-凝胶法制备了多孔碳纳米纤维膜（PCNFS）,再通过熔融扩散法负载硒,制备了一种柔性的碳/硒复合电极（Se@PCNFS）。结合X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）对材料的微观结构和形貌进行表征,结果显示多孔碳纤维直径约300 nm,硒均匀地嵌入碳纤维膜的孔洞中。电化学测试结果表明,1Se@PCNFS电极在锂硒电池中表现出优异的循环性能和倍率性能。在0.5C倍率下,初始放电比容量达到569 mAh·g^-1,循环500次后比容量为340 mAh·g^-1;在2C倍率时,比容量为403 mAh·g^-1。     

基于激光诱导荧光法的同轴射流火焰中羟基自由基、甲醛、发热率与一氧化氮的二维可视化测量

对现有单一组分羟基自由基(OH)平面激光诱导荧光系统(PLIF)装置进行功能扩展研发,在不增加激光器和探测器的情况下,拓展了甲醛(CH_(2)O)、发热率(heat release rate,HRR)和一氧化氮(NO)三个参量的PLIF成像测试模块.同时,利用所研制的同轴射流火焰装置开展了所建立的多参量PLIF测量技术的实测验证,获得了同一火焰轴截面上的OH、CH_(2)O、HRR与NO的二维分布.测试系统可广泛用于各种火焰结构测试及污染物NO产生机理分析,为燃烧反应动力学模型及火焰结构理论研究提供有力的试验数据支撑.     

水体及土壤污染源氮硫磷及重金属汞砷铅镉综合检测仪的构建

构建了一台集取样、转化、分析的同步在线综合检测仪器,仪器构架原理基于紫外-可见光吸收检测污染源的氮硫磷水平(氨氮,PO43-,SO42-)、基于原子荧光检测Hg,As,Pb,Cd等4种有害重金属.对于水体污染源可以自动采集污水样品后直接检测;于土壤污染水平评价设计了土柱实验单元转移土壤污染物至液相,土柱实验还可协同完成土壤理化物性参数测定(如渗漏系数及吸附解离系数等).实验结果表明,所关注各种污染物的检测标准曲线线性度良好,R2均大于0.99,氮硫磷离子检测精度达到1μg/mL,重金属检测精度达到0.1 ～0.01 ng/mL;土柱实验正确地显示渗流液中选取的重金属As和Cd浓度随时间下降、最后平缓的总体趋势,在试验条件下,As和Cd的质量浓度平衡值分别为1.75 ng/mL和0.013 ng/mL.开放的仪器构架可以扩展检测更多污染物,如全氮污染物(总氮、硝酸盐及亚硝酸盐)和亚硫酸盐、Cr等,模块化设计可实现基于量子点荧光原理的重要矿产元素如稀土元素分析.