解耦双回路气化系统中生物质催化水蒸气气化制富氢气体

为强化生物质气化过程中焦油转化和氢气富集,提出了一种新型解耦双回路气化系统(DDLG) 。该气化系统将气化过程解耦为燃料气化、焦油重整和半焦燃烧三个子过程,分别发生于三个独立的反应器,即气化反应器、重整反应器和燃烧反应器。其中,气化反应器和重整反应器并行布置,分别与燃烧反应器相连,形成两个平行的且可独立控制的双循环回路。以松木屑为原料及兼作为原位焦油重整催化剂的煅烧橄榄石为循环固体热载体,考察了反应条件对 DDLG 中松木屑气化性能的影响。结果表明,重整反应器从气化反应器中解耦,并辅以橄榄石催化剂,可实现焦油高效转化脱除。如气化反应器700℃、重整反应器 850℃和水蒸气与原料中碳的质量比(S/C) 1.2 反应条件下,产品气中焦油含量降低至13.9g /m~3,气体产率和H_2分别达到1.0m~3 /kg,和38.8%。     

基于CoFe2O4载氧体的生物质化学链气化热力学分析及实验研究

对基于CoFe₂O₄载氧体的生物质化学链气化反应进行了热力学分析，研究了载氧体添加量、温度及水蒸气含量对气化反应特性的影响。同时应用热重分析仪对CoFe₂O₄和生物质的气化反应特性进行了实验研究，并利用XRD对反应前后载氧体的物相组成进行分析。热力学研究表明，CoFe₂O₄在气化反应中能够提供晶格氧，有效促进生物质气化，提高碳转化率。随着反应温度升高，合成气中H₂和CO的含量增加，CO₂的含量减少。随着水蒸气含量增加，H₂和CO₂含量会增加，CO含量减少。添加水蒸气能够提高合成气中H₂和CO的比值，改善合成气的品质。热重实验及XRD结果表明，钴优先于铁被还原，钴与铁存在协同作用，钴能够促进铁的进一步还原。随着载氧体添加量的增加，载氧体被还原的程度会降低，载氧体与生物质的最佳质量比为0.8。     

神府烟煤以及贵阳贫煤分别与木屑掺烧灰沉积特性研究

利用CCD相机和沉积探针组成的在线监测系统,在50 k W下行炉上研究了木屑与神府烟煤以及贵阳贫煤的掺烧灰沉积特性。灰渣沉积过程可分为三个阶段:缓慢增长阶段、快速增长阶段和稳定阶段。烟煤掺烧灰沉积厚度随着木屑掺烧比例的增加而增加,贫煤掺烧灰沉积厚度则随着木屑掺烧比例增加而减小。烟煤中掺烧木屑比例为0、6. 7%、15%和22%时,渣层稳定厚度分别为1. 37、3. 85、11. 50、20. 56 mm,稳定相对热流密度分别为0. 44、0. 41、0. 30、0. 26。贫煤掺烧木屑比例为6. 7%、15%和22%时,稳定厚度分别为18. 65、10. 97和9. 78 mm,稳定相对热流密度分别为0. 29、0. 31、0. 33。掺烧木屑之后,灰渣初始层中Ca、K元素显著增加。在相同温度下,随着木屑掺烧比例的增加,灰中熔融相比例增加,因为木屑灰分中含有较多的Na2O、K2O等碱金属氧化物,而Al2O3、SiO2等含量较少,降低了灰的熔融温度。     

利用空间位阻和氢溢流协同作用促进5-羟甲基糠醛选择性加氢制备5-甲基糠醛

化学工业生产中，用氢气为还原剂，通过选择性加氢可以制备多种重要化学品。5-羟甲基糠醛是重要的生物质基平台化合物，而5-甲基糠醛是用途广泛的化学品。由5-羟甲基糠醛加氢得到5-甲基糠醛是一条非常理想的路径，但是选择性活化C-OH非常困难。本文设计并制备了Pt@PVP/Nb₂O₅(PVP: 聚乙烯吡咯烷酮)催化剂，该催化体系巧妙地结合了位阻效应、氢溢流和催化剂界面的电子效应，系统研究了该催化剂对5-羟甲基糠醛选择性加氢制备5-甲基糠醛催化性能，在最优条件下，5-甲基糠醛的选择性可达92%。利用密度泛函理论计算研究了5-羟甲基糠醛选择性加氢制备5-甲基糠醛反应路径。     

生物质基活性炭负载镍对CrⅥ的催化吸附性能研究

为了有效处理污水中的重金属铬,本文利用废弃物甘蔗渣负载镍和氮,制备出一种高催化性能的活性炭用于降解吸附污染水体中的Cr~Ⅵ.利用BET、SEM、Raman、XRD、XPS等手段对负载镍生物质基活性炭进行理化性质表征,对其催化吸附Cr~Ⅵ的性能进行评估并探究了其催化吸附机理。结果表明,在甲酸作为辅助催化剂时,负载镍生物质基活性炭对Cr~Ⅵ的最大降解量高达824.38mg/g,并且循环性能优良,活性位点有较高稳定性。而其催化吸附过程涉及到含氧官能团与Cr的络合作用、单质镍与Cr~Ⅵ氧化还原反应、Ni~(3+)和Cr~(3+)共沉淀等作用。     

4-对羟基苯基-2-丁酮的合成

以生物质来源的对甲氧基苯甲醛(大茴香醛)为原料,经还原反应制备得到对甲氧基苄醇,经氯代反应制备得到对甲氧基氯苄,再与乙酰乙酸乙酯经取代反应制备得到2-乙酰基-3-(4-甲氧基苯基)丙酸乙酯,再经串联的水解、脱羧反应制备得到4-(4-甲氧基苯基)-2-丁酮,最后经脱甲基反应制备得到4-对羟基苯基-2-丁酮,总收率为60.7%。具有路线简捷、易于操作、环境友好、收率高等优点。     

直接碳燃料电池燃料的研究进展

直接碳燃料电池(DCFC)是一种清洁高效利用碳资源发电的装置。其因能量转换率高,对环境污染小,燃料选择范围广等优点获得了越来越多的关注。DCFC的性能与使用的燃料密切相关,为了探究燃料对DCFC的影响,本文分别阐述了石墨、炭黑、中密度纤维板、生物质、煤、活性炭的特性及改性方法,分析讨论了燃料表面含氧官能团以及燃料中的金属催化剂对阳极电化学反应的促进作用,发现燃料表面化学性质要比比表面积更加重要。同时,本文也提出了对生物质这一优良的可再生资源的期待,为未来DCFC燃料的发展提供参考。     

复合酶耦合酶解酸处理后玉米秸秆的研究

以玉米秸秆为研究对象,经过2%硫酸预处理后,利用果胶酶、β-葡萄糖苷酶、纤维素酶三种酶协同酶解,以提高玉米秸秆的酶解产糖量。结果表明:当酶解时间为48h,果胶酶、β-葡萄糖苷酶、纤维素酶分别为45U/mL、30U/mL、60U/mL时,葡萄糖、木糖和酶水解得率分别为67.83%、3.25%、73.65%,相比纤维素酶单一酶解的葡萄糖、木糖和酶水解得率分别提高了65.04%、20.82%、65.06%。分步糖化发酵5天后,相比单一酶解发酵乙醇含量提高了72.5%。说明利用三种酶复合处理,能明显提高酶解产糖量。研究结果为玉米秸秆转化为可发酵糖技术的研究提供重要参考。     

利用空间位阻和氢溢流协同作用促进5-羟甲基糠醛选择性加氢制备5-甲基糠醛

Selective hydrogenation is a vital class of reaction. Various unsaturated functional groups in organic compounds, such as aromatic rings, alkynyl (C≡C), carbonyl (C＝O), nitro (-NO₂), and alkenyl (C＝C) groups, are typical targets in selective hydrogenation. Therefore, selectivity is a key indicator of the efficiency of a designed hydrogenation reaction. 5-(Hydroxymethyl)furfural (HMF) is an important platform compound in the context of biomass conversion, and recently, the hydrogenation of HMF to produce fuels and other valuable chemicals has received significant attention. Controlling the selectivity of HMF hydrogenation is paramount because of the different reducible functional groups (C＝O, C-OH, and C＝C) in HMF. Moreover, the exploration of new routes for hydrogenating HMF to valuable chemicals is becoming attractive. 5-Methylfurfural (MF) is also an important organic compound; thus, the selective hydrogenation of HMF to MF is an essential synthetic route. However, this reaction has challenging thermodynamic and kinetic aspects, making it difficult to realize. Herein, we propose a strategy to design a highly efficient catalytic system for selective hydrogenation by exploiting the synergy between steric hindrance and hydrogen spillover. The design and preparation of the Pt@PVP/Nb₂O₅ catalyst (PVP = polyvinyl pyrrolidone; Nb₂O₅ = niobium(V) oxide) were also conducted. Surprisingly, HMF could be converted to MF with 92% selectivity at 100% HMF conversion. The reaction pathway was revealed through the combination of control experiments and density functional theory calculations. Although PVP blocked HMF from accessing the surface of Pt, hydrogen (H₂) could be activated on the surface of Pt due to its small molecular size, and the activated H₂ could migrate to the surface of Nb₂O₅ through a phenomenon called H₂ spillover. The Lewis acidic surface of Nb₂O₅ could not adsorb the C＝O group but could adsorb and activate the C-OH group of HMF; therefore, when HMF was adsorbed on Nb₂O₅, the C-OH groups were hydrogenated by the spilled over H₂ to form MF. The high selectivity of this reaction was realized because of the unique combination of steric effects, hydrogen spillover, and tuning of the electronic states of the Pt and Nb₂O₅ surfaces. This new route for producing MF has great potential for practical application owing to its discovered advantages. We believe that this novel strategy can be used to design catalysts for other selective hydrogenation reactions. Furthermore, this study demonstrates a significant breakthrough in selective hydrogenation, which will be of interest to researchers working on the utilization of biomass, organic synthesis, catalysis, and other related fields.      

催化裂解-冷原子吸收法测定固体生物质中汞含量

为开展汞的污染监测和环境治理,本文以我国能源用散状固体生物质为研究对象,建立了催化裂解-冷原子吸收测定汞含量方法。通过试验确定了样品称样量、分解温度和分解时间,方法线性关系良好,线性系数>0.999,检出限0.045ug/kg,方法重复性符合要求,标准样品汞含量在标准值不确定度内,经过F检验和t检验,催化裂解-冷原子吸收法与电感耦合等离子体质谱法不存在显著性差异。试验结果表明催化裂解-冷原子吸收法测定汞含量具备良好的精密度和准确度,可应用于固体生物质中汞的检测