生物质中矿物质在气化条件下的演变行为研究

以稻秸秆和玉米秸秆为原料,考察了弱还原性气氛以及550-1 300℃生物质中矿物质的变化,并采用Fact Sage软件对生物质中矿物质在高温下的演变行为进行了模拟。结果表明,生物质灰中Na和K元素的存在形式相对稳定,部分以气态氯化物的形式挥发出去,部分存在于低熔点硅酸盐或硫酸盐中;Si元素与Ca、Fe、Mg和Al四种元素形成的硅酸盐的变化形式较多,主要形成辉石[(Ca,Mg,Fe)_2Si_2O_6]、橄榄石[(Ca,Mg,Fe)_2SiO_4]和黄长石[Ca_2(Al,Mg)(Si,Al)SiO_7]三类物质,随着温度的升高,部分辉石会转化为橄榄石与黄长石,此三类物质相互作用易形成熔点较低的共熔体而导致矿物质的熔融。方石英和莫来石[Al_6Si_2O_(13)]是导致稻秸秆流动温度高于玉米秸秆的主要原因,莫来石最终转化为斜铁辉石[FeSiO_3]、铁尖晶石[FeAl_2O_4]和钙长石[CaAl_2Si_2O_8]等熔点较低的矿物质。     

惰性气氛下准东煤Na/Ca释放特性的研究

基于准东煤中Na/Ca的赋存形态，采用管式加热炉研究了准东煤中Na/Ca在惰性气氛下的释放特性和形态转变。结果表明，水溶态Na_w在加热温度t ≤ 600℃时先转变成不可溶态Na_re，随着温度升高，不可溶态Na_re又重新转变成水溶态Na_w，当加热温度t > 800℃时，Na大量释放。酸溶态Ca_ac在加热温度t ≤ 700℃时先分解生成CaO并且与其他矿物组分反应转变成不可溶态Ca_re，随着温度升高，不可溶态Ca_re逐渐转变成酸溶态Ca_ac和水溶态Ca_w。相同温度条件下，Ca的释放率低于Na的释放率，少量酸溶态有机Ca随挥发分释放而以气相形式释放。     

高硫石油焦燃烧过程中不同赋存形态钒的变迁行为研究

采用逐级化学提取结合ICP-OES方法,研究了高硫石油焦燃烧过程中重金属元素钒的赋存形态和迁移转化行为,并结合热力学分析方法,探讨了其化学反应机理。石油焦中钒的赋存形态主要为有机质结合态和稳定态。随着燃烧温度的升高,有机质结合态的钒发生快速分解直至消失,且与Ca、Na、Fe和K等矿物质反应,转化为水溶态和部分离子可交换态、碳酸盐结合态、氧化物结合态钒。稳定态钒主要是与其他矿物质形成非晶态结构物质存在于石油焦中,在高温燃烧过程中,会部分熔融转化并释放出少量的钒。石油焦中钒的挥发性随着燃烧温度和燃尽率的升高逐渐增大,且呈现阶段性挥发的特点。温度高于1100℃,有机质结合态的钒快速分解,且部分转化为具有挥发性的VO2等化合物,致使钒的挥发率急剧增大。     

生物质气化过程中碱金属和碱土金属的析出特性研究

研究了固定床上生物质及热解焦CO2气化过程中碱金属及碱土金属(AAEMs)的析出特性。利用原子吸收光谱仪,考察了不同生物质种类、不同热解制焦温度对AAEMs析出的影响。不同生物质由于其挥发分含量不同引起气化失重率的差异,焦气化活性随制焦温度升高而降低。生物质及焦气化过程中Na析出率最大,其次是K,碱土金属析出率低于碱金属,这与元素在生物质中的存在形式、金属价态有关。低温段K的析出率随热解制焦温度的提高而增加,而Na在热解与气化段总的析出率与制焦温度关系不大。生物质的种类尤其是灰中的Si含量对Ca和Mg的析出影响较大,气化效率高的生物质AAEMs析出较多。热力学计算结果显示,气化过程中Na、K多以氯化物的形式存在并析出,Ca、Mg则更倾向于形成硅酸化合物而不易析出。     

准东煤热解过程中不同赋存形态钠变迁规律的研究

利用加压管式反应器对准东煤进行了一系列热解实验,并采用溶剂逐级萃取的方法研究了煤中各赋存形态钠在不同热解温度、停留时间及其压力下的变迁规律。研究发现,原煤中钠主要是以水合离子态和钠长石的形式存在,有机态钠含量较少。在500-700℃时,随着挥发分的释放,水可溶性钠结合到煤焦的碳基质上,转化为盐酸可溶但水不可溶性的钠,少量有机钠会挥发至气相中。在700-900℃时,可溶性钠与高岭土等矿物质反应生成盐酸不可溶性钠。1 000℃时,钠的挥发量显著增加;部分高岭土与方解石分解生成的氧化钙反应生成钙长石,抑制了可溶性钠与高岭土之间的反应。煤中各形态钠的变迁主要发生在热解初期,与挥发分的释放同时进行。提高热解压力对钠的变迁行为没有影响。     

高岭土对准东煤结渣特性及矿物质演变的影响

采用热分析和X射线衍射物相分析相结合的方法,对添加高岭土前后的准东煤灰矿物质组分随温度的演变规律进行了研究,分析了高岭土对准东煤结渣特性的影响。结果表明,准东煤中原始矿物质以方解石、硬石膏、石英为主,高温下主要是镁硅钙石和硅酸二钙;掺混高岭土后准东煤灰熔融温度呈现先下降后上升趋势。掺混比例为3%时,准东煤灰以钙黄长石、铁橄榄石、镁硅钙石为主,三者易形成低温共融物,导致此比例下灰熔融温度大幅降低;添加比例超过6%后,灰中矿物质由易形成低温共融的钙黄长石向高熔点的钙长石转变,ST温度快速上升至1 380 ℃;结渣指标计算结果表明,高岭土在原煤中掺混比例达到6%时,能够有效缓解准东煤结渣。     

SO_2和H_2O(g)对新疆高钠煤中钠挥发和形态迁移的研究

在水平管式炉上进行了400-1 100℃新疆高钠煤恒温燃烧实验,并利用逐级提取的方法分析煤及煤灰中钠的赋存形态,研究煤中钠的释放和形态迁移特性。重点考察700和1100℃下H_2O(g)和SO_2(g)单因素及双因素对煤中无机钠挥发和形态迁移的影响。结果表明,随着温度的升高,煤中钠的释放比例逐渐增大,其中,有机态钠最先析出,其次是水溶态无机钠,硅铝酸盐形式的无机钠则由于高热稳定性不易分解或挥发。低温下(700℃)H_2O(g)的存在降低了钠的挥发,而较高温度下(1 100℃)焦炭与水蒸气反应生成的局部还原性气氛促进煤中钠的挥发,但当入口气氛中H_2O(g)浓度高于20%时,促进作用减小。SO_2的存在抑制了煤中钠的挥发,随着燃烧温度升高,SO_2对钠的抑制作用减弱。H_2O和SO_2双因素作用下,低温下(700℃)抑制了煤中钠的挥发,而较高温度下(1 100℃)钠的挥发特性取决于两者在入口气氛中的浓度。对于选取的高钠煤,20%H2O和2.0×10-3SO_2入口气氛下,1 100℃煤燃烧钠的挥发比例由86%提高到了87.1%。     

高岭土对准东高碱煤煤灰熔融特性影响的量子化学与实验研究

采用量子化学理论计算与实验表征相结合的方法,研究了高岭土对准东高碱煤煤灰熔融特性及其熔融过程中矿物质演变规律的影响,并从矿物质微观结构特性角度阐述了高岭土对改变准东煤煤灰熔融特性的影响机制。结果表明,准东高碱煤煤灰熔融温度随高岭土的添加呈现先快速升高后逐渐变缓的趋势,当高岭土添加比例大于10%时,其提高煤灰熔融温度的趋势变缓;准东高碱煤添加高岭土后,其在1 000-1200℃下的低熔融矿物钙长石、硬石膏等量明显减少,1 200-1 300℃下有一定量的莫来石生成,是其煤灰熔点升高的主要原因;高岭石分子结构中的O(26)、O(22)、Si(6)、Si(8)的反应活性较高,能够与灰中的Fe~(2+)等金属离子成键,促使高岭石的铝氧键断裂。煤中的碱金属或碱土金属(Na或Ca)氧化物中的的O2-,作为亲核试剂,与高岭石的Si(6)和Si(8)发生亲核反应,使桥氧键S-O-Si断裂。     

澳大利亚高盐煤中钠在热解过程中的形态变迁

通过对高钠煤进行水洗以及0.1 mol/L的HCl洗涤,并在固定床上考察了不同洗煤热解后的半焦中Na的挥发性及其形态变迁。热解后的半焦用水和0.1 mol/L的HCl逐级萃取,将热解半焦中的钠分为水溶态钠,水不溶但酸溶态钠以及酸不溶态钠。研究结果表明,实验煤中的钠大部分是以水溶态的NaCl盐形式存在,在500℃~550℃由于以羧酸盐形式存在的有机钠以钠原子的形式释放使得在该温度范围内钠的挥发性出现极大值,而酸洗煤由于在600℃以上有一部分酸不溶态的钠转化为水不溶但酸溶态的钠,使得钠的挥发性又有所增加。原煤中的可挥发钠热解后少部分在高温下会转化为水溶态的钠,而水洗煤中的钠随着热解温度的升高与SiO2反应转化为硅酸盐形式存在的酸不溶态的钠。     

工业硫酸钡中钠、钙、钡、磷和硫的杂质形式分析

在超声波辅助下对生产中各段工序的Ba SO4样品分别进行水浸取和酸浸取处理,用电感耦合等离子体发射光谱法(ICP-AES)对上述两种浸取液中的Na,Ca,Ba,P和S等元素的浓度进行测定,比较这两种浸取液中相应元素浓度的差异,并将它们与BaSO_4试剂作同样处理后的结果进行比较,结合工业BaSO_4的具体生产工艺,能够确定样品中Na,Ca,Ba和P的存在形式。通过分别加Bi~(3+)和Ba~(2+)到样品水浸取滤液中,测定加入Bi~(3+)和Ba~(2+)前后滤液中S的浓度变化,能够确定S元素的存在形式。水浸取的最佳条件为:固液比0.5000 g:14.0 m L,超声振荡时间30 min,温度为55℃;酸浸取的最佳条件为:固液比0.5000 g:14.0 m L,0.3 mol/L HNO_3溶液,超声振荡时间25 min、温度为35℃。结果表明,附着于工业BaSO_4上的主要杂质中,Na元素是以水溶性钠盐形式存在;S元素是以水溶性硫酸盐和硫化物,以及微溶Ca SO4形式存在;P元素少部分是以水溶性磷酸盐形式存在,而大部分是以酸溶性Ba_3(PO_4)_2和Ca_3(PO_4)_2形式存在。     

晋城煤粉中硫的形态、分布及对煤灰熔融性影响的研究

选取山西晋城煤研究煤粉中硫存在形态、分布规律及其对煤灰熔融性的影响。采用浮沉法将煤粉分选成<1.6、1.6-1.7、1.7-2.0和>2.0 g/cm³四个密度级别子样,分析各子样的硫含量、赋存形态及分布规律;测定了不同密度子样煤灰熔融性,并将>2.0 g/cm³密度级别子样加热到450、815、1000和1300℃,研究煤粉中硫受热挥发及其对灰熔融温度的影响规律,并通过XRD和XRF分析进行机理研究。结果表明,晋城煤粉中硫在各密度子样中分布不均匀,在>2.0 g/cm³密度级中含量最高;随密度提高,各子样中有机硫含量快速下降,而硫酸盐硫、硫铁矿硫含量均显著上升。随灰化温度提高,原煤及各密度级别子样硫含量均下降,其中,450℃挥发87%,1300℃基本挥发完全。不同密度子样熔融温度不同,>2.0 g/cm³样品灰熔融温度最低;随灰化温度提高煤灰熔融温度升高。机理研究表明,不同密度子样灰熔融温度发生分化主要是其化学组成不同造成的,而>2.0 g/cm³     

Phase Diagram of RbI-SmI_2 Binary System and Structural Investigation of RbSm_2I_5 and RbSmI_3

The RbI-SmI2 , binary system was studied with DTA and X-ray powder diffraction. Its phase diagram shows that it has a congruently melting compound,RbSm2I5 , with a melting point 524℃; an incongru-ently melting compound, Rb2SmI4 , with an inconsruently point 467℃ and two compounds, RbSmI3, and Rb3SmI5, being decomposed at 433℃ and 460℃, respectively. The measured structure of RbSm2I5 shows that it is isomorphous with NH4 Pb2 Cl5 space group P21/c, a=10 . 063(3)A, b=9.003(3)A. c =14 . 242(5)A°,β=90.23(3)°;z = 4, MVx= 1 94 . 3cm3/mol;D=5.255g/cm3 and Do =5. 334g/cm3 (25. 0℃).The structural, investigation ofRbSmI3 shows that it belongs to the orthorhombic system with a = 15.914(6)A, b=8.898(3)A c =12.193(5)A; Z=8, MVx =130.0cm3/mol, Dx =4 . 743g/cm3,Do = 4.597g/cm3(25.0℃).     

Structural and Transport Characteristics of UCl3 in Molten LiCl-KCl Mixture: a Molecular Dynamics Simulation Study

To obtain suitable data for the pyrometallurgical post-processing in the fusion-fission hybrid reactor, the structure and transport characteristics of molten LiCl-KCl mixture containing UCl₃ were studied by molecular dynamics simulation. The radial distribution functions, densities, and self-diffusion coefficients were investigated at various molar fractions of UCl₃. In the molten LiCl-KCl-UCl₃ salt mixture, the first peak for g_U-Cl(r) was located at 0.266 nm, which was slightly left-shifted than the X-ray diffraction data, i.e., 0.285 nm for pure molten UCl₃. The preexponential factors for U³⁺ decreased from 46.2×10^-5 cm²/s to 32.2×10^-5 cm²/s as the molar fraction of U³⁺ increased from 0.005 to 0.05.     

YSZ传导膜H_2S固体氧化物燃料电池

研究了Y2O3稳定的ZrO2(YSZ)氧离子传导膜H2S固体氧化物燃料电池性能。掺杂NiS、电解质、Ag粉和淀粉制备了双金属复合MoS2阳极催化剂,掺杂电解质、Ag粉和淀粉制备了复合NiO阴极催化剂,用扫描电镜对YSZ和膜电极组装(MEA)进行了表征,比较了不同电极催化剂的性能和极化过程,考察了不同温度对电池性能的影响。结果表明,双金属复合MoS2/NiS阳极催化剂在H2S环境下比Pt和单金属MoS2催化剂稳定,复合NiO阴极催化剂比Pt性能好,在电极催化剂中加入Ag可显著提高电极的导电性;与Pt电极相比,复合MoS2阳极和复合NiO阴极催化剂的过电位较小,阳极的极化比阴极侧小;温度升高,电池的电流密度与功率密度增加,电化学性能变好。在750℃、800℃、850℃和900℃及101.13 kPa时,结构为H2S、(复合MoS2阳极催化剂)/YSZ氧离子传导膜/(复合NiO阴极催化剂)、空气的燃料电池最大功率密度分别为30 mW/cm2、70 mW/cm2、155 mW/cm2及295 mW/cm2、最大电流密度分别为120 mA/cm2、240 mA/cm2、560 mA/cm2和890 mA/cm2。     

采用焦分离方法研究共热解时煤与生物质的相互作用及对焦结构和CO2气化反应性的影响

煤与生物质的相互作用已被广泛研究。但是，其相互作用机制通常是基于混合焦样的物理化学结构和反应性而提出。在这项工作中，基于不同形状和粒度将无烟煤与生物质共热解后的混合焦分离，然后通过分析分离后煤焦的结构和反应性来揭示煤与生物质相互作用机制。在热解温度为600和900℃条件下，在固定床反应器中制备了混合有不同比例的秸秆（CS）的无烟煤焦样。采用了电感耦合等离子体发射光谱法（ICP-OES）和X射线衍射（XRD）对煤焦的AAEM浓度和微晶结构进行了检测。利用TGA设备分析了分离后的煤焦与CO₂的气化反应性。结果表明，随着掺混比例从0增加到80%，煤焦中活性K和Mg的浓度逐渐增加，并形成更为无序的碳结构。共热解过程中，更多的AAEM种类被混合物中的煤焦通过挥发分-焦相互作用捕获，而不是随生物质挥发分逸出。同时，热解温度的升高引起了K和Na挥发和失活，也导致石墨化度的降低。而且，CS的添加和更低的热解温度均可提高煤焦的气化反应性。此外，在煤焦的碱性指数AI与反应性指数R_0.5之间建立了较好的线性关系（R²=0.9009），表明在煤与生物质共气化过程中，AAEMs对提高煤焦气化反应活性起主导作用。     

Asymmetric supercapacitors based on high capacitance Ni6MnO8 and graphene

A fast, facile and cost-effective method is used to synthesize Ni₆MnO₈ electrode with high electrochemical performance. The supercapacitor based on Ni₆MnO₈ electrode exhibits excellent stability, high area specific capacitance and promising energy and power density.     

以甲醇为燃料的中温固体氧化物燃料电池性能研究

制备了阳极负载型LDC-LSGM双层电解质薄膜电池.考察了单电池在分别使用甲醇和氢气两种燃料时,不同温度下的I～V性能.以甲醇为燃料,以空气为氧化剂时,800℃下的最大输出功率密度为1.07W/cm²,而使用氢气为燃料时,最大输出功率密度为1.54W/cm².通过交流阻抗研究了造成甲醇性能降低的可能原因.结果表明,以甲醇作为燃料时,单电池性能较氢气作为燃料时低.     

Fe~(3+)辅助煤浆氧化制氢研究

利用Fe~(3+)/Fe~(2+)电对的相互转化原理,在水热反应釜中用Fe~(3+)氧化煤浆得到Fe~(2+),将Fe~(2+)在电解槽中电解氧化,在阴极产生氢气,从而通过两步反应形成一个新的煤浆电氧化制氢工艺。进行了九次水热-电解循环实验,在恒电压(1V)条件下,测试了电解反应的电流密度和累积电量的数据,并对循环实验前期、中期、后期的三个阶段煤样品进行了扫描电镜(SEM)、比表面积(BET)、热重(TG)、红外光谱(FT-IR)等表征分析。研究表明,相对于通常煤浆电氧化制氢工艺,这种"两步法"煤浆制氢新工艺具有更高的反应速率,初始电流密度约为60 m A/cm2,而传统的"一步法"煤浆制氢工艺初始电流密度均不超过10 m A/cm~2。表征分析结果很好地反映了煤颗粒在这种制氢工艺过程中的形态、结构、成分的变化,从而解释了在新的煤浆氧化制氢工艺中的Fe~(3+)/Fe~(2+)转化的反应机理。     

晋城粉煤煤灰不均匀熔融规律研究

提出了煤灰不均匀熔融概念,有助于解决灰熔融性测定结果和锅炉实际情况不符的问题。采用山西晋城煤,将其粉磨到工业煤粉细度,通过浮沉分成不同密度级别子样,使用灰锥法测定其在弱还原气氛下的熔融温度,使用压降法测量其烧结温度,采用XRD、XRF、SEM-EDX等分析手段对灰样的不均匀熔融现象进行机理研究。结果表明,晋城煤灰软化温度为1501℃,而不同密度级别子样发生分化,软化温度从1292℃到高于1600℃变化;同样,晋煤煤灰烧结温度为885℃,子样的烧结温度从833到943℃变化。机理研究表明,不同密度级别子样Al₂O₃、Fe₂O₃和SO₃含量发生不均匀分布,是造成煤灰熔融特性和烧结特性差异的根本原因。