TBAB包络化合物浆水平管内的传热特性研究

TBAB包络化合物浆具有易生成、高潜热及可流动性等特点,是一种良好的蓄冷及潜热输送介质,在中央空调系统中表现出光明的节能前景.本文采用实验方法,研究了B型TBAB包络化合物浆在定热流密度条件下,水平不锈钢管内的对流换热特性,流速涵盖了层流-湍流.通过研究流速V、固相含量X_s对换热系数α的影响,发现"换热降低区"和再层流化现象,得到层流区与湍流区的临界线.最后整理出对流换热的无量纲准则式,其计算结果与实验结果的相对误差在±20%以内.     

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。     

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.     

三维有序大孔钙钛矿型氧化物LaFeO3的合成及甲烷化学链重整性能

采用无皂乳液聚合法制备了聚苯乙烯(PS)聚合物微球,并采用胶晶模板法制备了三维有序大孔3DOM LaFeO₃钙钛矿型氧化物.通过扫描电镜、X射线衍射和傅里叶变换红外光谱等手段对氧化物的性能进行了表征.利用程序升温还原和多次氧化还原循环反应评价了氧化物的反应性,并在固定床反应器上研究了其甲烷氧化性能.结果表明,与离心法和蒸发法相比,垂直沉积法获得的PS微球模板排列更均匀有序;前驱物溶剂及浓度对最终的三维有序大孔材料的结构有显著影响,利用乙醇为前驱物溶剂所制备的样品比利用乙烯为溶剂的样品具有更好的三维有序大孔结构,前驱物乙醇溶液浓度在1.0 mol/L为宜.甲烷氧化实验表明,3DOM-LaFeO₃钙钛矿型氧化物中存在两种氧物种:表面吸附氧和体相晶格氧.表面吸附氧主要在反应初期将甲烷完全氧化为CO₂和水蒸汽,而体相晶格氧主要将甲烷部分氧化为H₂和CO.在甲烷部分氧化反应中,三维有序大孔LaFeO₃钙钛矿型氧化物比相同质量的纳米LaFeO₃氧化物提供了更多的氧,并且可使甲烷在较宽的反应阶段生成H₂和CO摩尔比为2:1的合成气,从而更有利于后续的费托合成等工艺.     

水-四氢呋喃混合溶剂中硫酸氢钠催化生物质转化制备5-羟甲基糠醛及糠醛

报道了在水-四氢呋喃组成的混合溶剂中,采用硫酸氢钠催化各种生物质原料(玉米芯、玉米秸秆、麦秆、稻秆和甘蔗渣)制备重要的生物质基平台化学品5-羟甲基糠醛和糠醛的研究. 考察了反应温度(160～200 oC)、反应时间(30～120 min)、水与四氢呋喃的溶剂比例(1:1～1:10)和原料质量分数(2.4wt%～11.1wt%)等反应工艺的影响.在优化的工艺条件下(190 oC, 90 min, 10:1 THF:H₂O),转化玉米芯得到了47mol%的HMF和56mol%的糠醛. 此外,原料中的木质素也被有效地转化为有机溶木质素.     

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.     

LiCoO_2电池正极微结构模拟退火重构及传输物性预测

采用实验或数值方法对多孔复合电极微结构进行重构和特征化不仅是锂离子电池介观尺度数值模型的重要组成部分,也是通过数值技术由底向上进行电极微结构虚拟设计与优化的基础.本文以某商用LiCoO2电池正极的孔隙率、电极组成材料的组分体积分数、活性材料颗粒粒径分布、相关函数等重要结构与统计信息作为输入参数,采用模拟退火法对其微结构进行了数值重建,得到了明确区分活性材料、固体添加物以及孔相(电解液)的微结构,其重要特性参数与实际电极一致.对重构电极的特征化分析,得到了电极内部各组分的连通性、孔径分布等特征信息.同时,采用D3Q15格子Boltzmann模型计算了重构电极的有效热导率以及电解液(或固相)的有效传输系数.与随机行走模拟或Bruggemann等经验公式相比,基于实际电极微结构细节信息的介观数值方法对多孔电极有效传输系数的预测更为准确可靠.     

在水-四氢呋喃中纤维素转化为5-羟甲基糠醛及副产物鉴定

在酸性条件下,水-四氢呋喃混合溶剂中转化纤维素制备了平台化合物5-羟甲基糠醛(HMF)．在纤维素浓度仅为2.4wt%时,可以得到38.6%的HMF,但是随着纤维素浓度的增加,胡敏素和乙酰丙酸成为主要产物．利用液相色谱-多级串联质谱联用技术检测到了分子式为C₉H₁₆O₄、 C₁₀H₁₄O₄、 C₁₁H₁₂O₄、C₁₂H₁₀O₅ 和C₁₂H₁₆O₈的一系列副产物．C₉H₁₆O₄是通过四氢呋喃开环为1,4-丁二醇再与乙酰丙酸酯化反应得到,而C₁₀H₁₄O₄是通过四氢呋喃开环后与HMF醚化得到．C₁₁H₁₂O₄是由5-羟甲基糠醛与乙酰丙酸发生酯化反应得到,C₁₂H₁₀O₅是由HMF自身醚化得到,而C₁₂H₁₆O₈是HMF与葡萄糖经过缩醛反应得到．HMF的自身醚化反应及HMF与1,4-丁二醇的醚化反应是主要的副反应．     

微生物燃料电池非生物阴极催化剂的研究进展

在微生物燃料电池（MFC）中,以氧为电子受体具有很多优点,但氧阴极还原的反应动力学慢,会造成阴极电势的损失。 因此,提高阴极对氧还原的电催化活性和降低催化剂的价格是MFC非生物阴极催化剂的研究重点之一。 本文综述了近年来MFC中非生物阴极氧还原催化剂的研究进展。 重点讨论了贵金属Pt、过渡金属大环化合物以及金属氧化物催化剂对氧还原的电催化活性。 其中,非贵金属氧化物及过渡金属大环化合物催化剂具有良好的性能,而且价格低廉,有望成为MFC非生物阴极Pt基催化剂的替代催化剂。