氧离子传导型固体氧化物电解池燃料电极的研究进展

固体氧化物电解池可高效地电解H₂O/CO₂制备燃料,越来越受到人们的重视. 本文对近年来在燃料电极（阴极）材料方面的研究进展进行了全面综述,指出各种阴极材料的优缺点及发展趋势,强调亟待解决的关键科学与技术问题.     

大豆脲酶诱导碳酸钙沉淀的多因素影响分析

本文探究了多个影响因素对大豆脲酶诱导碳酸钙沉淀(SICP)的影响,以优选出主要影响因素并提供其最佳范围。首先分析了脲酶浓度和温度对脲酶活性的影响;之后通过正交实验设计,进行25种工况的SICP水溶液实验,研究不同因素组合下Ca²⁺利用率的变化规律;最后借助扫描电子显微镜观测不同工况下生成碳酸钙的形态。结果表明:低温有利于脲酶的保存及活性发挥,5 ℃时脲酶活性能保持21 d以上;同一温度下,脲酶浓度越大,脲酶初始活性越高,脲酶完全失活所需时间越短。pH值、脲酶与胶结液体积比是影响Ca²⁺利用率的主要因素。为达到较高的Ca²⁺利用率,脲酶和胶结液最佳体积比为1,氯化钙与尿素最佳浓度比为1.5,Ca²⁺最佳浓度为1 mol/L。当脲酶浓度较低时生成的六面体状碳酸钙较多;随着脲酶浓度的增大,所沉淀的碳酸钙向球形转变。大豆中富含的天冬氨酸是控制碳酸钙形态的重要因素。     

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。     

十氢萘的超临界裂解性能分析

以十氢萘为吸热型碳氢燃料的模型化合物,研究其在550~610℃和0.1~3.5MPa条件下的热裂解过程.实验表明:不同温度(特别是相对较高的590和610℃)下,十氢萘在0.1~2.0 MPa压力下的转化率增加较为显著;十氢萘热裂解的主要气体产物有甲烷、乙烷、乙烯、丙烷、丙烯和碳原子数大于3的组分(C3+)等;在相同温度条件下,甲烷、乙烯的含量随压力增加而降低;乙烷、丙烷、丙烯和C3+的含量随压力增加而增加.裂解的气相产物中烯烃含量随温度升高而降低.液相产物主要包括环戊烷类、环戊烯类、环己烷类、环己烯类、苯类、茚类、萘类和十氢萘异构化产物等.根据液相产物的主要成分,推测了可能的裂解过程.由十氢萘双自由基引发,自由基通过氢转移、β-断裂、异构化、脱氢和加成反应等方式继续反应形成目标产物.     

聚甲基丙烯酰亚胺结构泡沫的极低温环境稳定性

采用甲基丙烯腈(MAN)与甲基丙烯酸(MAA)作为共聚单体,通过自由基本体共聚合反应首先制备MAN-MAA共聚树脂板;然后,经加热发泡得到聚甲基丙烯酰亚胺(PMI)硬质闭孔结构泡沫.研究发现,所制备PMI泡沫在室温下具有优良的力学性能、耐热性能及隔热性能;经液氢(LH₂：-253℃)和液氧(LO₂：-183℃)极低温环境处理1 h后,PMI泡沫仍表现出优良的化学结构及综合性能稳定性;在-150℃下,PMI泡沫的压缩强度和压缩模量高于室温(25℃),拉伸强度和断裂伸长率分别达到室温的70%和48%.     

木质素酚类单体化合物制备烷烃燃料

通过引入中间小分子化合物,采用傅克烷基化反应,实现了从木质素酚类单体化合物制备长链烷烃燃料.考察了催化剂、醛酮类小分子化合物、反应时间、反应温度、物料比、底物等条件对从木质素酚类单体制备二聚体反应结果的影响,并对得到的木质素酚类二聚体产物进一步加氢还原,得到C_13~19烷烃燃料.结果表明,当物料比n(木质素酚类单体)/n(醛酮类中间小分子)为15:3,以Amberlyst-15为酸性催化剂,在100 ℃的条件下,反应24 h,可以得到68%产率的二聚体化合物(当底物是愈创木酚和丙醛时).将得到的二聚体化合物在270 ℃,4 MPa H₂的不锈钢反应釜中进行加氢反应,3 h后,二聚体化合物完全转化为液体烷烃.提出从木质素单体出发通过引入中间小分子,实现C-C链增长来制备烷烃燃料的合成路线,为木质素的开发和应用提出了新思路与实验基础.     

果糖一步转化制备呋喃基燃料：溶剂效应及离子液体修饰活性金属对产物选择性的决定作用

在众多生物基化合物中,2,5-二甲基呋喃(DMF)是一种有实用前景的可再生液体生物质燃料,也是一种具有重要价值的化学品,可作为生产对苯二甲酸的原料.2,5-二甲基四氢呋喃(DMTF)是DMF进一步加氢产物,该化合物比DMF更稳定,适合长期保存;由于具有更高的氢碳比,用作生物燃料燃烧时能够释放更多能量.研究生物质资源制备DMF和DMTF对可再生资源制备液体燃料和化学品具有重要意义.从生物质多糖出发制备这两类化合物,中间经历了水解、脱水、加氢、加氢脱氧等多个反应步骤,每一步反应都十分复杂,包含许多副反应途径.此外,由于每一步反应条件的不兼容性,大多数研究集中在分步反应阶段,鲜有文献能够实现从碳水化合物原料直接转化为DMF和DMTF.发展由生物质一锅法多步耦合转化技术制备化学品和燃料,不仅具有科学意义,而且可大大简化反应过程,避免中间产物分离和损失,节省资源和时间,历来受到化学家和工业界的关注.本文利用离子液体对Ru/C催化剂电子性质的修饰作用以及溶剂效应的影响,设计了离子液体/THF双相体系中果糖直接催化转化制备2,5-二甲基呋喃(DMF)和2,5-二甲基四氢呋喃(DMTF)的新路线.该转化过程耦合了果糖脱水制HMF、HMF加氢及加氢脱氧生成DMF和DMTF等多步反应.通常在HMF加氢转化过程中, Ru/C催化剂的高活性易导致HMF深度加氢生成大量开环产物及气体,我们借助离子液体与有机溶剂的不同溶解性,筛选出[BMIm]Cl/THF双相溶剂体系,使极性HMF在离子液体层反应,生成弱极性的DMF和DMTF能及时被THF萃取出来,有效稳定了目标产物.其次,果糖转化为HMF会产生少量水,通常水的存在易导致HMF发生水合等副反应,对下一步的加氢转化是不利因素;然而在本催化体系中,由于[BMIm]Cl能与水以较强的氢键结合形成水合物,对水分子起到了束缚作用,减少了HMF发生水解、水合等副反应的机会.另一方面,离子液体粘度较大,微量水的存在能降低离子液体层粘度,改善传质,从而提高反应速率.在HMF加氢处理过程中,离子液体对DMF和DMTF的生成起了决定作用.当反应体系中不添加离子液体,以THF为溶剂,反应结束后未检测到DMF生成, DMTF的收率仅为2%,但HMF已经完全转化.取气体样品进行GC分析,发现有部分气相产物生成,包括CO2、CH4和C2H6等.液体混合物进行GC-MS检测,发现产物主要包括DHMTF、5-甲基四氢糠醇(MTFA)、四氢糠醇(TFA)、1,2-戊二醇、DMTF、2-己醇和少量戊醇,产物中所有呋喃环结构的双键都发生加氢反应.以上结果表明,没有离子液体的THF中, Ru/C催化的HMF涉氢反应平衡已发生改变.当反应体系中添加0.2 g离子液体[BMIm]Cl进行HMF的加氢时,此时开始有DMF生成,随着[BMIm]Cl量依次增加, DMF以及DMTF的收率也呈上升趋势.1.0 g离子液体获得两种产物最高收率为68%.然而,如果进一步增加[BMIm]Cl的量到2.0 g,呋喃基液体燃料DMF和DMTF的收率却开始下降.综合以上实验结果,我们认为适量的[BMIm]Cl存在有可能会对催化剂物理化学性质造成影响,从而对产物的选择性起了决定性作用.通过对催化剂进行元素分析、XPS、H2-TPR表征以及一系列对比实验证明,离子液体不仅促进果糖脱水转化为HMF,同时在HMF选择性加氢反应中可修饰活性金属电子性质,改变催化路径,是多步串联反应能够耦合的关键因素.在[BMIm]Cl/THF双相溶剂体系中,离子液体的“溶剂笼效应”促进DMF和DMTF高效生成, THF的萃取功能对目标产物的稳定起了关键作用.以上对催化剂和溶剂的合理设计共同促进高产率呋喃基燃料的获得.该研究实现由六碳糖直接选择转化获取DMF和DMTF,为生物质高效催化转化制备生物基能源化学品提供了新思路.     

质子交换膜的传输通道微观结构对燃料电池性能的影响

质子交换膜燃料电池因其高效、高能量密度、快速启动等独特优势在便携电子设备及汽车动力装置等应用中极具发展潜力。质子交换膜内的传输通道由于对膜质子传导性能有重要影响而受到研究者们的广泛关注。构筑有序结构的质子传输通道,能够获得质子电导率与燃料渗透率、热稳定性、化学稳定性等性能均衡提升的新型质子交换膜材料。本文结合近年来质子传输通道的研究进展,对控制聚合物的相形态从而构筑有序质子传输通道的研究进行了综述,并针对不同相形态所形成的有序通道对膜及燃料电池性能的影响进行了分类与评述,最后对其发展趋势进行了展望。     

13μs,200ns和2ns脉冲电场对酵母菌杀灭效果分析

研究了脉冲宽度对高压脉冲下细胞膜和细胞器膜跨膜电压的影响及细胞膜能量的变化,以及13μs,200ns和2ns脉冲对酿酒酵母(CICC31180)杀灭作用时脉冲数的影响。结果表明,随着脉冲数增加,13μs,200ns和2ns脉冲对啤酒酵母的灭杀效果均增强。在13μs脉宽,14kV电压和50个脉冲数下,酵母达到最小存活率-4.3个对数;在200ns脉宽,40kV电压和500个脉冲数下,酵母达到存活率-2.6个对数;在2ns脉宽,200kV电压和500个脉冲数下,酵母达到存活率-2.8个对数。三种脉冲对酵母菌杀灭的存活率对数与脉冲数的关系表现不是线性的,脉冲数增加到一定程度,存活率下降变缓。在同等灭杀效果-2.0个对数下,2ns脉冲比13μs脉冲在同轴电极中损耗的能量更少。     

烷烃/正庚烷和醇/正庚烷二元燃料低温着火特性的模拟研究

二元燃料燃烧技术作为一种应用替代能源的技术已经被广泛应用,为了深入地理解天然气、液化石油气和醇类等被引燃燃料对柴油低温着火的推迟影响,本文对二元燃料低温着火过程进行了模拟研究。结果表明,在初始温度小于1000 K时,被引燃燃料推迟正庚烷着火的能力由高到低的顺序为:乙烷丙烷正丁烷正戊烷正己烷,从正戊烷开始,被引燃燃料对正庚烷着火的抑制作用开始消失。甲醇和乙醇几乎没有低温反应活性,它们将活泼的OH转化为了稳定的H_2O_2;醛类和烯醇的生成反应是醇类燃料推迟正庚烷着火能力强于对应烷烃燃料的原因。