功能离子液体水相催化芳醛与5,5-二甲基-1,3-环己二酮的反应

以N,N,N′,N′-四甲基乙二胺、1,3-丙磺酸内酯为原料,经酸化合成了功能化离子液体N,N,N′,N′-四甲基-N,N′-二磺丙基二硫酸氢盐(TSIL). TSIL离子液体兼具Brnsted 酸性官能团和季铵盐相转移催化剂的结构,能够实现水相中芳醛与5,5-二甲基-1,3-环己二酮反应,得到氢化氧杂蒽衍生物. 结果表明,合成的TSIL具有较高的催化活性,在水相中于100 ℃下回流2～3 h即可完成反应,产率可达80%～93%. 反应生成的取代氢化氧杂蒽与离子液体的水溶液不相溶,通过简单的过滤可实现产物与催化体系的分离,简化了分离过程,方法操作简便、环境友好、催化剂可回收并重复使用.     

钾元素对生物质主要组分热解特性的影响

采用热重-红外联用仪对松木及生物质主要化学组分半纤维素、纤维素、木质素的热解特性及钾元素对其热解特性的影响进行了研究.结果表明,半纤维素、纤维素、木质素发生热解的主要温度分别为200~350 ℃、300~365 ℃和200~600 ℃;半纤维热解产物中CO、CO₂较多;纤维素热解产物中LG和醛酮类化合物最多;木质素热解主要形成固体产物,气体中CH₄相对含量较高.三种组分共热解过程中发生相互作用使热解温度提高、固体产物增加,气体中CO增加而CH₄减少.添加K₂CO₃后半纤维素和纤维素热解温度区间向低温方向移动,固体产率提高.K对纤维素作用最明显,CO、CO₂气体与固体产物产率明显增加,醛酮类和酸类物质的产率降低;木质素受K影响相对较小,热解固体产物略有增加,挥发分中H₂O和羰基物质增加;三组分共热解减弱了钾元素的催化作用.     

O2/CO2气氛下稻秆添加磷酸二氢铵对固钾及灰熔融特性的研究

研究了21%O₂/79%CO₂气氛下,磷酸二氢铵对稻秆不同温度下的固钾能力及对灰熔融性的影响。利用电感耦合等离子体发射光谱(ICP-AES)、X射线衍射(XRD)以及扫描电子显微镜(SEM)等检测手段,对稻秆燃烧灰中K元素含量、产物物相以及微观形貌进行分析。固定床燃烧固钾实验表明,添加NH₄H₂PO₄能够有效提高稻秆固钾率,900℃下稻秆自身固钾率为14.65%,添加NH₄H₂PO₄后固钾率为68.79%,可以有效抑制生物质燃烧过程中碱金属以气态形式析出,并缓解了灰结渣现象。700℃燃烧条件下NH₄H₂PO₄和钾反应的主要产物为KPO₃;900℃下反应的主要产物为高熔点物质K₂CaP₂O₇,从微观形貌可以看出NH₄H₂PO₄能够抑制灰颗粒的烧结,添加NH₄H₂PO₄能有效提升稻秆灰熔点。     

水热处理对白石湖煤热解过程中钠钙迁移行为的影响

采用高压釜对富镜质组白石湖煤进行了水热处理,通过傅里叶红外光谱(FT-IR)分峰拟合方法分析了煤中含氧官能团变化。在固定床中开展分离废液和未分离废液水热处理煤样的热解实验,利用原子吸收分光光度计(AAS)测定了热解产物中钠钙含量。结果表明,白石湖煤经水热处理后水分、挥发分、氧含量以及Cl、Na和Ca等无机元素含量明显降低。水热处理过程中芳香醚水解和羧酸盐发生离子交换反应使得氢含量和H/C原子比增加,促进固定床热解焦油产率升高。300℃下水热处理脱除了部分有机形式Ca后随水废液被分离;废液中钠钙等无机元素的催化作用导致未分离废液较分离废液的样品具有更高热解气产率和更低焦油产率。白石湖原煤及其水热处理样品热解产物中Na含量和分布由高到低顺序均为:热解焦热解水焦油热解气,Ca含量和分布顺序为:热解焦焦油热解水热解气。水热处理温度越高,热解过程钠和钙释放率越低,释放的Na主要进入热解水,其次焦油;而释放的Ca则主要分布于焦油中,其次热解水。     

高硼含量的SiC陶瓷先驱体的合成和表征

采用经典硼氢化反应, 通过硼烷二级硫醚(BH₃·SMe₂)与二甲基二乙烯基硅烷(DVS)反应, 合成了聚硼碳硅烷(PBCS)陶瓷先驱体, PBCS在氮气中经高温裂解得到了高硼含量的SiC陶瓷.利用红外光谱、核磁共振波谱和热重分析对聚合物的结构和性能进行了表征; 利用元素分析、X射线衍射和扫描电子显微镜对聚合物的裂解产物进行了分析.结果表明, 聚合物的结构中含有B—C, Si—C和C—H键, 在1000℃氮气气氛中, 其陶瓷产率在50%以上.陶瓷产物在1100℃以无定形态存在, 硼含量高达6.46%, 在1300℃时出现明显结晶, 形成B₂O₃, C和β-SiC三相组成的多元复相陶瓷, 在1500℃以下陶瓷产物表面光滑, 结构致密.     

抗生素菌渣热解N官能团变化特征及其与NO_x前驱物关系研究

以青霉素菌渣(PMW)和土霉素菌渣(TMW)为对象,在水平管式反应器中进行快速热解,采用X射线光电子能谱(XPS)表征和化学吸收-分光光度定量分析方法,研究了抗生素菌渣热解N官能团变化特征及其与NO_x前驱物的关系。结果表明,菌渣燃料N官能团分为无机N(N-IN)和蛋白质及其水解产物N(N-A)两种。决定菌渣NO_x前驱物以NH_3-N为主,N官能团主要为N-A,PMW占81.1%、TMW占59.0%。在低温区间,N-IN在150-250℃分解和N-A在250-450℃转化,为NH3-N主要来源;PM W和TM W产率分别为20.9%和25.6%,而HCN-N产率小于2%,基本与燃料N官能团特征无关;该阶段伴随吡啶N(N-6)和吡咯N(N-5)的生成及转化,峰值在350-400℃。在高温区间,半焦N反应,主要是N-6和N-5的转化,为NH_3-N和部分HCN-N的来源;该阶段伴随少量更稳定质子化吡啶N(N-Q)和氮氧化物N(N-X)生成。由于N-IN和不稳定N-A低温下会快速分解,250-300℃下菌渣半焦N去除高达40%、能量损失可控制在25%,因此,采用合适低温热解处理菌渣,在保证能量前提下可有效去除燃料中的N。     

熔融盐对重质生物油再热解影响的研究

研究了KCl-ZnCl₂熔融盐在400、500、600℃下对重质生物油再热解特性及产物分布的影响。结果表明,熔融盐提高了重质生物油热解的固体产率,同时使气体产率下降;对苯酚、甲基苯酚、乙基苯酚、对丙基苯酚等部分化合物具有较好的富集效果,尤其在400℃下甲基苯酚的相对含量从8.82%提升到了20.85%,而苯酚在600℃下相对含量从2.18%提升到了8.62%;在炭形成过程中,熔融盐使C元素含量降低,O元素含量提高,增大了孔隙的BET比表面积和总孔容积,促进了固体产物孔隙结构的形成,增大了孔隙的平均孔径。     

富N生物质原料气化过程NOx前驱物生成特性及规律

基于水平管式反应器气化条件，结合化学吸收-分光光度法和X射线光电子能谱（XPS）分析，研究了四种富氮生物质（豆秆（SBS）、稻秆（RS）、玉米秆（CS）和中密度纤维板（MDF））气化过程NO_x前驱物生成特性及规律，对比考察了燃料特性（燃料N官能团、N含量）及气化条件（温度、气化介质）的影响。结果表明，NH₃-N为主要NO_x前驱物并伴随一定量的HCN-N，绝大部分形成于初次裂解和二次反应同时进行的挥发分析出阶段。各因素通过影响NO_x前驱物组分生成路径而改变其产率：燃料特性对产率的影响主要体现在N官能团（胺类-N（N-A）类型）稳定性方面，与N含量关系不大，因不稳定N-A在初次裂解中的关键作用，MDF总产率高达74.7%（质量分数），比秸秆类平均总产率高出15%（质量分数）；温度和气化介质会影响二次反应中与NO_x前驱物相关的反应路径（特别是加氢氢化反应），秸秆SBS气化，温度从800℃到1000℃，NH₃-N产率从38.9%（质量分数）增加至47.7%（质量分数），HCN-N产率先增加后减少，峰值为18.3%（质量分数），源于各反应路径受温度影响的平衡性；气化介质改变加氢氢化反应，CO₂主要影响HCN-N，起一定抑制作用，H₂O主要影响NH₃-N，起促进作用，因此，通过调节气化介质比例可一定程度改变NO_x前期物组分的选择性。     

热预处理影响褐煤热解行为研究

采用固定床反应器研究了不同气氛热预处理对内蒙胜利褐煤结构的改变,及其对后续热解行为的影响。结果表明,与原煤相比,热预处理后煤中羟基含量和芳香氢与脂肪氢的比减少,脂肪氢的相对含量增加。与未经处理的煤热解相比,N2、N2+O2、CO2气氛下热预处理后热解水收率下降,热解气收率增加,热解气中CO2含量增高,导致高位热值下降。过热水蒸气热预处理后,焦油质量收率提高3～4个百分点。热解焦油组成的变化与预处理气氛、温度密切相关,过热水蒸气200℃下预处理使得焦油中轻质组分的含量(沸点低于360℃的馏分)比原煤焦油提高了约27个百分点;水蒸气和模拟烟气混合气氛下在200℃及250℃预处理后,其热解焦油中轻油和酚油含量分别提高约60和42个百分点。     

新型功能离子液体水相催化芳醛与5,5-二甲基-1,3-环己二酮的反应

以N,N,N′,N′-四甲基乙二胺、1,3-丙磺酸内酯为原料,经酸化合成了功能化离子液体N,N,N′,N′-四甲基N,N′-二磺丙基二硫酸氢盐(TSIL)。 TSIL离子液体兼具Bronsted 酸性官能团和季铵盐相转移催化剂的结构,能够实现水相中芳醛与5,5-二甲基-1,3-环己二酮反应,得到氢化氧杂蒽衍生物。 结果表明,合成的TSIL具有较高的催化活性,在水相中于100 ℃下回流2～3 h即可完成反应,产率可达80%～93%。 反应生成的取代氢化氧杂蒽与离子液体的水溶液不相溶,通过简单的过滤可实现产物与催化体系的分离,简化了分离过程,方法操作简便、环境友好、催化剂可回收并重复使用。     

NiMo/Al_2O_3-USY催化剂上中低温煤焦油加氢裂化性能研究

采用等体积浸渍法制得一系列NiMo/Al_2O_3-USY催化剂,在200 mL固定床上考察了不同金属负载量对其中低煤焦油加氢裂化催化性能的影响,进一步用NH_4F溶液改性USY以提高催化剂的脱硫性能,并结合XRD、氮气吸附-脱附、XPS、HR-TEM、H_2-TPR和NH_3-TPD等手段对催化剂进行了表征分析。结果表明,NiM o/Al_2O_3-USY催化剂适宜的M oO_3负载量为15%(质量分数);当MoO_3含量超过15%后,MoS_2活性相在载体上团聚,硫化程度趋于稳定,强酸酸量和孔径减少,增加金属负载量对煤焦油加氢裂化转化率影响较小。NH_4F改性USY可增大NiM o/Al_2O_3-USY催化剂的孔径,有利于提高煤焦油加氢裂化转化率。表面强酸酸量减少后,产品中的硫含量明显增加,说明强酸酸量是影响产物硫含量的关键因素。当NH_4F浓度为0.6 mol/L时,NH_4F改性USY制得的NM 0.6催化剂上煤焦油加氢裂化的转化率为87.65%,产品汽油馏分(≤180℃)硫含量为5.96 mg/kg,柴油馏分(180-320℃)硫含量为34.98 mg/kg。     

铁铈复合氧化物催化剂SCR脱硝反应动力学研究

利用共沉淀法制备了铁铈复合氧化物催化剂,在积分实验系统上考察了NO初始浓度、NH₃/NO比及O₂浓度对其SCR脱硝活性的影响;并借助微分系统探讨了其SCR脱硝的催化反应动力学,构建了铁铈复合氧化物催化剂的催化脱硝反应动力学模型.实验结果表明,NO初始浓度越高,每克催化剂的NO转化率越高;随着NH₃/NO比的增加,NO转化率先迅速增加后趋势减缓,最终趋于稳定;O₂在NH₃-SCR反应中起着重要的作用;在175~225 ℃下,Fe_0.95Ce_0.05O_z催化剂的NO和NH₃反应级数分别为1级和0级,O₂的反应级数接近0.5级,该反应的表观活化能为42.6 kJ/mol.     

煤热解过程中含氮产物的析出及金属离子的催化特性研究

选择3种典型煤种为研究对象,通过脱灰和添加含Fe、Ca、Na等金属盐,研究煤热解过程中金属离子对含氮气相产物析出特性的影响以及与煤种和温度的交互关联。结果表明,脱灰煤HCN和NH3的产率均比原煤样下降,而随温度的升高HCN的产率逐渐增大,NH3的产率则先增加后减小,在800℃有最大值。金属离子对不同变质程度煤的含氮气相产物析出的催化作用不同;Fe和Na抑制中等变质程度煤HCN的析出,而对低变质程度煤起促进作用,Ca则对HCN的析出均有一定的促进作用。而对于NH3的形成,3种离子均对中等变质程度煤有抑制作用,而对低变质程度的煤则有促进作用。不同金属离子对HCN和NH3析出的催化作用均有一定的范围。煤热解时含氮气相产物的析出是煤中固有多种金属离子共同作用的结果。     

生物质混煤燃烧过程中钾的迁移转化规律

通过将稻秆和褐煤混燃，研究了燃烧温度以及生物质掺混比例对于混燃过程中K的释放、灰样中K的赋存形式以及矿物质变化的影响。研究表明，燃烧温度对于混合燃料中K的释放影响显著。在600-750℃时，随着温度升高，水溶性K和醋酸铵溶性K大量释放到气相，使得K的释放速率较快；而当温度在750-850℃时，水溶性K和醋酸铵溶性K开始大量地转化为其他形式的K而被固定在灰样中，使得K的释放速率变得缓慢；当温度高于850℃时，随着温度升高，盐酸溶性K的分解导致K释放速率重新增大。通过XRD分析发现，灰样中水溶性K主要以KCl的形式存在，K₂SO₄的生成同时受到原料中K的含量和S/Cl比值两个因素的共同影响，原料中K的含量越高，且S/Cl比值越大，越会促进K₂SO₄的生成。同时也发现生物质和煤混燃时存在协同作用，煤中Al、Si等元素会和生物质中的K反应生成碱性硅铝酸盐，从而导致更多K留在灰烬中。     

NH4+-TPA+-SiO2-Al2O3-H2O体系中ZSM-5沸石分子筛合成的研究

七十年代初期美国Mobil公司首先研究成功的ZSM-5沸石分子筛,由于它具有独特的孔道结构,对烷基化,异构化,选择裂化和甲醇合成汽油等反应具有独特的催化性能,目前已成为被普遍重视的新型催化剂材料^[1-4]。     

铁铈复合氧化物催化剂SCR脱硝的改性研究

利用共沉淀法制备了铁铈催化剂,考察添加钛、锆、钨和钼对其SCR脱硝的改性规律。结果表明,钨和钼的添加提高了铁铈催化剂高温脱硝性能,却使其低温活性有所降低;钛的添加对铁铈催化剂脱硝性能具有促进作用,尤其提高了其低温活性,并拓宽了其完全转化温度窗口,为最佳改性物。当钛的物质的量比逐渐由0.10增至0.40,铁铈钛催化剂低温脱硝效率先增大后减小,但其高温脱硝效率逐渐增大至100%,钛的最佳物质的量比为0.15。XRD和N₂吸附分析结果表明,钛能优化铁铈催化剂的孔隙结构,增大其比表面积和比孔容,细化其孔径,并与催化剂中铁、铈氧化物形成良好的固溶体,从而提高了铁铈催化剂的SCR脱硝性能。Fe_0.8Ce_0.05Ti_0.15O_z催化剂在150～400℃取得了高于90%的NO_x转化率。     

过渡金属对选择性催化还原脱硝CeO_2@TiO_2催化剂低温活性的促进作用

采用过渡金属M(M=Mn、Co、Fe和Cu)掺杂改性自发沉积策略制备的非晶态CeO_2@TiO_2催化剂,考察M-CeO_2@TiO_2选择性催化还原NO_x的低温活性,并通过XRD、TEM、N2吸附-脱附、H2-TPR、NH3-TPD及in-situ FT-IR等表征手段研究M-CeO_2@TiO_2的结构、表面性质以及低温NH3-SCR反应过程。结果表明,M-CeO_2@TiO_2具有更优异的低温氧化还原能力以及更多的表面酸量,且Cu掺杂对CeO_2@TiO_2选择性催化还原NO_x低温活性具有最为显著的促进作用。Cu-CeO_2@TiO_2催化剂在低温NH3-SCR反应过程中同时存在E-R机理和L-H机理,但是由于"快速SCR"使得L-H机理反应起关键作用。     

暴露CeO2不同晶面的VOx-MnOx/CeO2催化剂低温NH3-SCR脱硝的原位红外研究

为实现低温(200-250℃) NH_3-SCR烟气脱硝,开发出了一种高分散暴露CeO_2不同晶面的VO_x-MnO_x/CeO_2低温脱硝催化剂。脱硝性能评价实验结果表明,暴露{110}晶面的VO_x-MnO_x/CeO_2-R催化剂在很宽的温度范围内(220-330℃)都保持了95%的脱硝效率。原位漫反射红外分析结果可知,暴露{110}晶面的VO_x-MnO_x/CeO_2-R催化剂表面更易发生NH_3和NO吸附,进而提高NO的转化效率。气态NH_3在VO_x-MnO_x/CeO_2-R催化剂上吸附生成NH_3(L)和NH_4~+(B),该中间体与NO吸附的中间体桥联硝酸盐和双齿硝酸盐反应生成N_2和H_2O,并遵循Langmuir-Hinshelwood机理。     

V2O5/AC捕获的Hg在再生过程中的释放行为研究

研究了V₂O₅/AC捕获的Hg在再生和程序升温脱附（TPD）过程中的释放行为,考察了再生后V₂O₅/AC对Hg⁰的捕获能力。结果表明,热再生（Ar,400℃）或NH₃再生（NH₃/Ar,300℃）过程会使V₂O₅/AC捕获的大部分Hg重新释放,释放率分别为81%和94%。由于AC的还原作用,再生过程中释放的Hg以Hg⁰的形式为主。TPD结果表明,V₂O₅/AC捕获的Hg在Ar和NH₃/Ar气氛下的释放行为明显不同。气氛中NH₃对Hg的释放具有明显的促进作用,使Hg的释放在300℃前基本结束。但在Ar气氛下,Hg在400℃后仍有释放,致使热再生时Hg的释放率低于NH₃再生时的释放率。但当NH₃的体积分数由1%增加到5%时,汞的释放率变化很小。温度足够高时,两种气氛下Hg的释放率趋于一致。再生方法对V₂O₅/AC二次捕获Hg⁰的能力影响不大,两种气氛下再生后的V₂O₅/AC对Hg⁰的捕获能力差别很小,较新鲜V₂O₅/AC对Hg⁰的捕获能力有所降低,但仍高于载体AC对Hg⁰的捕获能力.