燃煤烟气中共存杂质对膜分离CO2性能影响的实验研究

利用自行搭建的膜分离实验台,考察了共存气态组分以及颗粒物对于聚二甲基硅氧烷/聚砜(PDMS-PSF)复合膜分离CO₂性能的影响.结果表明,共存气态组分中O₂对于膜分离CO₂有抑制作用;由于SO₂浓度显著低于CO₂,在短时间内对膜分离CO₂没影响;水汽可以促进CO₂的分离;燃煤飞灰细颗粒在分离膜表面沉积会导致膜性能的恶化.在此基础上,采用模拟湿法烟气脱硫系统装置,进行了燃煤湿法脱硫净烟气环境下的膜分离CO₂实验;在测试的50 h以内,水汽、SO₂和O₂的共同作用导致膜分离性能在前期有一定的提高,随着运行时间的延长,细颗粒物对膜的影响程度加大,导致PDMS-PSF复合膜的分离性能逐渐恶化,最终导致膜的CO₂/N₂分离因子和CO₂渗透速率分别下降了17.91%和28.21%.     

咪唑类离子液体混合物吸收CO2性能研究

结合常规离子液体和功能型离子液体在吸收CO₂方面的优势,将两类咪唑类离子液体进行混合,对其吸收CO₂的效果和再生性能进行了实验研究。结果表明,两类咪唑类离子液体混合后流动性明显改善,与CO₂接触气液传质顺畅;常规离子液体[bmim][BF₄]和[bmim][Tf₂N]与胺功能型离子液体[NH₂e-mim][BF₄]混合物较单一的离子液体吸收CO₂的量大,[bmim][CH₃CO₂]与[NH₂e-mim][BF₄]混合后较单一的[bmim][CH₃CO₂]吸收量有明显的减低;随着常规咪唑类离子液体阳离子碳链增长,混合离子液体吸收CO₂的效果变强;与胺乙基功能型离子液体混合吸收CO₂时,阴离子为[Tf₂N]的常规咪唑类离子液体要比阴离子为[BF₄]的吸收效果好;离子液体混合物吸收CO₂后经再生循环利用10次,混合物质量基本不变,循环使用后吸收CO₂性能为初始吸收性能的75%~85%。     

贵金属负载TiO2对光催化还原CO2选择性的影响

利用光沉积方法在TiO₂表面分别负载1%(质量分数) Pt、Pd、Au和Ag助催化剂.用TEM、XRD、UV-vis等技术对催化剂进行了表征,并利用连续瞬态电流时间响应和线性扫描伏安法等电化学方法,对贵金属负载的TiO₂光催化剂在光照条件下的电流响应强度及电催化析氢电位等特性加以测试.分析了贵金属助催化剂对光催化还原CO₂性能的差异.结果表明,负载贵金属助催化剂能显著加速光生电子空穴的分离,降低复合率;另外,助催化剂对还原CO₂选择性的顺序为Ag>Au>Pd>Pt.贵金属助催化剂还原CO₂的加氢选择性和析氢过电位存在相关性,即越不利于析氢过程的助催化剂,其催化CO₂加氢还原产物的选择性越高.     

离子液体支撑液膜分离CO2

支撑液膜是一种在湿法冶金、生物技术以及气体分离等多个领域都有应用的重要膜分离技术。本文回顾了支撑液膜技术分离CO2的研究进展,按照液膜相的不同,分类介绍了常规载体支撑液膜和离子液体支撑液膜,指出了常规载体支撑液膜分离CO2的局限性,重点介绍了离子液体支撑液膜分离CO2的发展,分析了气体在离子液体支撑液膜中的传质机理以及常规离子液体结构、含量和支撑膜材料等对分离效果的影响;讨论了离子液体的功能化方法以及功能化离子液体支撑液膜分离CO2的渗透率、选择性和液膜稳定性;介绍了两种新的离子液体支撑液膜改进方法:聚离子液体膜与凝胶化离子液体支撑液膜。最后指出了今后用于CO2分离的离子液体支撑液膜的发展方向。     

Cu-ZnO-CeO2催化剂组成对CO2加H2合成甲醇性能的影响

采用并流沉淀法分别制备了CuO-CeO₂（物质的量比为5：1）、CuO-ZnO（物质的量比为5：4）、CuO-ZnO-CeO₂（物质的量比为5：4：1）三组目标催化剂,通过X射线衍射（XRD）、氢气升温还原（H₂-TPR）、CO₂程序升温脱附（CO₂-TPD）、氮气吸附-脱附、X射线光电子能谱（XPS）、N₂O滴定表征技术对催化剂的物化性能进行了测试,并在高温高压微催化反应器中对催化剂进行活性评价。研究了CuO-ZnO-CeO₂组成对CO₂加氢合成甲醇的影响。结果表明,与二组分催化剂相比较,三组分CuO-ZnO-CeO₂催化剂物化性能及催化活性发生了很大变化,催化剂表面碱性位增强,热稳定性增强,CuO颗粒粒径变小,铜分散度以及氧空位浓度提高,最终催化活性显著提高。其中,CuO-ZnO-CeO₂催化剂中,CuO颗粒粒径为8.2nm,铜的比表面积为68.4m²/g,铜分散度为7.19%,甲醇的选择性和收率分别为48.6%和0.057mmol/（g·min）,催化剂活性较好。     

O2/CO2气氛下O2浓度对燃煤PM2.5形成的影响

采用管式炉和荷电低压撞击器(electrical low pressure-impactor,ELPI)研究了徐州烟煤在O₂/CO₂条件下燃烧后生成的PM_2.5排放特性。结果表明,在O₂/CO₂气氛下,煤粉在不同O₂浓度燃烧所产生的PM_2.5质量浓度均呈双峰分布,峰值分别在0.1和2.0 mm左右;随着氧含量的增加,PM_2.5的质量浓度增加;S、K和Na在亚微米颗粒上明显富集,而Si和Ca未在亚微米颗粒上富集;通过对颗粒物的粒径分布、元素分析和形貌观察,认为亚微米颗粒主要是矿物质蒸发鄄凝结机制形成的,而超微米颗粒主要是煤焦与外部矿物质的破碎以及内在矿物质聚合形成的。     

Li4SiO4对CO2捕集性能的实验研究

以Li₂CO₃和SiO₂为原料,通过高温固相合成法合成了CO₂捕集剂Li₄SiO₄,并用X射线粉末衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)对所合成的材料在CO₂捕集前后的晶相变化以及微观结构进行了表征。通过热重分析仪(TGA)研究了Li₄SiO₄材料吸附CO₂的性能,并在小型热态实验台架上进行了CO₂热态捕集实验。实验结果表明,Li₄SiO₄对CO₂的捕集性能受Li₄SiO₄合成温度、CO₂的吸附温度以及气体中CO₂含量的影响,在700 ℃下制得的Li₄SiO₄具有最佳的CO₂吸附特性,最大吸附增量可达34%。Li₄SiO₄的吸附能力随着CO₂含量和吸附时间的增加而增加,当CO₂浓度分别为75%、67%、60%时,700 ℃ Li₄SiO₄对CO₂最大吸附量分别可达6.68 mmol/g、3.37 mmol/g、2.02 mmol/g (理论量8.33 mmol/g)。     

O2/CO2气氛下CO2和H2O气化反应对煤及煤焦燃烧特性的影响

利用热天平对比研究了大同煤及煤焦在O₂/N₂、O₂/CO₂和O₂/H₂O/CO₂中的燃烧行为,探讨CO₂和H₂O气化反应对其富氧燃烧特性的影响。结果表明,在5%氧气浓度下,煤粉在O₂/N₂、O₂/CO₂和O₂/H₂O/CO₂中的燃烧速率按顺序依次降低。氧气浓度降低到2%,由于CO₂和H₂O气化反应的作用,煤粉在高温区的整体反应速率按顺序依次增大。当氧气浓度为5%时,煤焦在O₂/CO₂中的燃烧速率要低于O₂/N₂中的燃烧速率,但燃烧反应推迟后气化反应的参与使得煤焦在O₂/H₂O/CO₂中的整体反应速率显著升高。当氧气浓度降低到2%后,随着温度的升高,在CO₂气化反应的作用下,煤焦在O₂/CO₂中的整体反应速率逐渐高于O₂/N₂中的燃烧速率。在O₂/H₂O/CO₂中,由于H₂O在共气化中起主要作用,煤焦在O₂/H₂O/CO₂高温区的整体反应速率进一步升高。动力学分析表明,在5%氧浓度时,煤焦在O₂/N₂、O₂/CO₂和O₂/H₂O/CO₂中的表观活化能依次升高。随着氧气浓度的降低,在不同反应气氛中的表观活化能均有所下降。     

超临界CO2萃取-高效液相色谱法测定银杏外种皮中银杏酚酸

建立了银杏外种皮中银杏酚酸超临界CO2萃取高效液相色谱的分析方法,使用C18液相色谱柱,以甲醇:水(85:15,V/V)为流动相,在UV310 nm下对其进行了定性定量分析,方法的线性相关系数r=0.99993。加标回收率≥97.5%,RSD小于2%,该方法已用于银杏外种皮中银杏酚酸的萃取检测。     

制备方法对CuO-CeO2/ZrO2催化CO氧化性能的影响

以ZrO2为载体、采用不同的浸渍次序制备了3种CuO-CeO2/ZrO2催化剂并在不同的温度(500,650和800℃)下进行焙烧,利用X射线衍射(XRD)、程序升温还原(H2-TPR和CO-TPR)及CO程序升温脱附(CO-TPD)技术对所制备的催化剂进行了表征,并采用色谱流动法考察了其催化CO低温氧化反应性能。结果表明,当焙烧温度为650℃时,3种催化剂的CO催化氧化活性均最佳,且三者的催化活性大小顺序为:CuO/CeO2/ZrO2>CuO-CeO2/ZrO2>CeO2/CuO/ZrO2。结合催化剂的表征和活性测试结果,我们认为高分散的CuO是CO的吸附中心,有利于CO的低温氧化反应,而大颗粒的CuO几乎对CO没有吸附作用,不利于CO的低温氧化反应。在3种催化剂中,CuO/CeO2/ZrO2催化剂具有最佳的低温还原特性和最大的CO2脱附峰面积,相应地具有最佳的催化氧化活性。     

温和条件下CO2为原料电合成碳酸二甲酯

常温常压下, 研究了以CO₂和甲醇为原料电合成碳酸二甲酯的反应. 在四乙基溴化铵为支持电解质的乙腈溶液中, 通过恒电流电解得到了唯一的产物碳酸二甲酯. 为了优化电解条件, 分别考察了工作电极、电流密度、支持电解质、通电量以及电解前后加入甲醇顺序的不同等因素对该反应的影响. 以铜为工作电极, 石墨为对电极, 在17 mA•cm^－2的电流密度下恒电流电解, 当通过2 F•mol^－1的电量后, 碳酸二甲酯的产率可达74%, 大大高于文献报道值.     

Ionic liquid mediated CO2 activation for DMC synthesis

Promoted catalytic reaction between methanol and CO2 for dimethyl carbonate(DMC) synthesis is conducted over K2CO3/CH3 I catalyst in the presence of ionic liquid under microwave irradiation.The effect of ionic liquids incorporated with microwave irradiation on the yield of DMC is investigated.DMC was found to form at lower temperature in a relative short time,which indicated an enhanced catalytic process by ionic liquid.Among the ionic liquids used,1-butyl-3-methylimidazolium chloride is the most effective promoter.Density functional theory calculations indicate that CO2 bond lengths and angles changed due to the molecular interaction of ionic liquid and CO2,resulting in the activation of CO2 molecules and consequently the acceleration of reaction rate.     

CeO_2掺杂对CaO基吸收剂CO_2捕获性能的影响

以P123作为软模板剂,通过均相沉淀法制备了CeO_2掺杂的CaO基吸收剂,研究了CeO_2掺杂对CO_2捕获的影响。结果表明,CeO_2掺杂可促进表面氧物种的生成,从而促进CaO与CO_2的碳酸化反应。CaO-CeO_2的相互作用一方面促进了从Ca到表面氧物种的电子转移;另一方面,由于部分Ca离子对晶格中Ce离子的取代,晶格的电中性被打破,有利于CeO_2中晶格氧的逸出,以及氧空位和O~(2-)的生成。本实验制备的纯CaO吸收剂的碳酸化反应活化能为28.1 kJ/mol,而掺杂CeO_2后活化能显著降低,且当Ce/Ca(物质的量比)为0.25时达到最低值10.2 kJ/mol。另外,CeO_2的掺杂有利于CaO的分散,进而减缓CaO烧结。CeO_2掺杂的吸收剂在碳酸化/煅烧循环中表现出良好的CO_2捕获性能和循环稳定性。     

晶种法合成UZM-9分子筛及其CO2/CH4/N2吸附分离性能

以TEAOH和TMAOH为有机模板剂,酸处理的UZM-9分子筛为晶种,采用水热法在48 h内合成出分子筛UZM-9,并对其CO₂/CH₄/N₂的吸附分离性能进行了研究。采用XRD、ICP、TG、SEM与气体吸附等手段对晶种法合成的UZM-9分子筛结构、耐水稳定性与吸附性能进行了研究。结果表明,晶种法可以在2 d内合成出硅铝原子比在3以上、收率达到65%的UZM-9分子筛;所得分子筛的CO₂吸附容量可以达到5 mmol/g以上,吸附热为34 kJ/mol,CO₂/CH₄、CO₂/N₂与CH₄/N₂的平均分离因子分别为100、240与2.4,CO₂分离性能优良且具有一定耐水性能。     

CaO对Cu-ZnO-ZrO_2催化CO_2加H_2合成甲醇性能影响

用CaO作为改性助剂,采用并流共沉淀法制备了CuO∶ZnO∶ZrO_2为5∶4∶1(物质的量比),CaO添加量为0、1%、2%、4%、8%、16%(摩尔分数)的六组催化剂。用X射线衍射(XRD)、微商热重(TG-DTG)、傅里叶红外(FT-IR)、N2吸附脱附(BET)、X射线光电子能谱(XPS)、氢气程序升温还原(H_2-TPR)、CO_2程序升温脱附(CO_2-TPD)、NH_3程序升温脱附(NH_3-TPD)对催化剂进行了表征。用自制固定床评价了催化剂活性。结果表明,添加CaO后,催化剂路易斯酸性和表面碱性增强;催化剂母体中高温碳酸盐含量增加,热稳定性增强,CuO颗粒粒径变小,Cu-Zn协同作用增强,Cu比表面积增大,分散性变好。催化剂活性受到表面酸碱性、铜比表面积、Cu-Zn协同作用和铜分散性共同影响。当CaO为2%时,铜比表面积为79.3 m2/g、铜分散度为34.8%、CO_2转化率为24.55%、甲醇选择性为19.01%、甲醇收率为0.044 g/(gcat·h),催化剂活性最好。过量CaO占据催化剂孔道和覆盖表面活性位,使催化剂路易斯酸性和表面碱性过强,CuO与H_2有效接触减少,CO_2难以脱附,催化活性下降。因此,适量CaO(2%)添加可促进CO_2加氢反应合成甲醇。     

制备方法对NiCo/MgO催化剂结构及其甲烷二氧化碳重整反应性能的影响

为进一步提高镍基催化剂的抗积炭能力,增强其甲烷二氧化碳重整反应性能,采用沉积沉淀法（DP）、共沉淀法（CP）和共浸渍法（CI）制备了NiCo/MgO催化剂。结合现代仪器分析表征技术,研究了制备方法对NiCo/MgO催化剂结构和抗积炭能力的影响。结果表明,与共沉淀法相比,沉积沉淀法制备过程为Ni²⁺和Co²⁺的完全水解沉淀提供了碱性环境,粒子的成核和生长速率相对较快,不存局部过饱和现象,所制备的催化剂具有良好的还原性、较小的颗粒粒径（9.7 nm）、良好的Ni/Co分散度（10.4%）和大的比表面积（68.1 m²/g）,从而具有优良的抗积炭性能。对于甲烷二氧化碳重整,DP催化剂上CH₄和CO₂转化率保持在88%和92%,与800℃下的热力学平衡转化率相近;同时,H₂收率比CP和CI催化剂分别高约10%和43%,CO收率比CP和CI催化剂分别高约13%和42%,且稳定性更好。     

SO2对钙基CO2吸收剂循环煅烧/碳酸化反应的影响

在循环煅烧/碳酸化反应系统中,研究了SO₂对钙基吸收剂CaCO₃捕集CO₂的影响,获得了SO₂对钙基吸收剂碳酸化特性、煅烧特性以及循环稳定性的影响规律,并结合SEM分析结果,从循环煅烧/碳酸化反应角度,分析了可能存在的原因。结果表明,钙基吸收剂吸收CO₂的能力随着循环反应次数的增加逐渐发生衰减,在SO₂影响下,这种衰减会进一步加剧,且衰减程度随着SO₂浓度的增加而增大,经过十次循环后,碳酸化转化率分别为25.5%(0%SO₂)、16.9%(0.1%SO₂)和5.2%(0.2%SO₂)。造成这种衰减加剧的主要原因是反应产生较厚的硫酸化产物层,硫酸化产物层使颗粒表面孔隙发生堵塞,阻碍了CO₂在吸收剂内部的扩散,降低了碳酸化转化率。