白松木屑半焦与褐煤共气化过程中的协同效应

对白松木屑在200、300和400 ℃下马弗炉烘焙预处理制得半焦,与胜利褐煤进行共气化研究. 傅里叶变换红外（FTIR）光谱分析表明,200和300 ℃制得白松木屑半焦中主要含有―C―O―、―CH₃和―OH三种官能团,而400 ℃制得白松木屑半焦和褐煤结构相似,主要含有―C=C―、―C=O和―OH三种官能团,因此,随着预处理温度升高,生物质半焦中的官能团从单键转换成双键. 然后通过热重分析仪和固定床反应器对所制得的松木屑半焦、褐煤单独气化以及它们的共气化进行比较,两者的实验结果相吻合. 随着制备松木屑半焦的温度升高,生物质半焦单独气化的产气率也不断提高;200和400 ℃制得的松木屑半焦与褐煤共气化时具有协同作用,而且400 ℃半焦与褐煤共气化的产气率、碳转化率和协同效率均大于200 ℃半焦的;300 ℃半焦与褐煤共气化不存在协同作用,相反,它们之间存在抑制作用. 结合热重分析和固定床实验,推断协同气化主要是热解阶段松木屑半焦中碱金属和氢原子作用的结果.     

白松木屑半焦与褐煤共气化过程中的协同效应

对白松木屑在200、300和400℃下马弗炉烘焙预处理制得半焦,与胜利褐煤进行共气化研究.傅里叶变换红外(FTIR)光谱分析表明,200和300℃制得白松木屑半焦中主要含有—C—O—、-CH3和-OH三种官能团,而400℃制得白松木屑半焦和褐煤结构相似,主要含有—C=C—、-C=O和-OH三种官能团,因此,随着预处理温度升高,生物质半焦中的官能团从单键转换成双键.然后通过热重分析仪和固定床反应器对所制得的松木屑半焦、褐煤单独气化以及它们的共气化进行比较,两者的实验结果相吻合.随着制备松木屑半焦的温度升高,生物质半焦单独气化的产气率也不断提高;200和400℃制得的松木屑半焦与褐煤共气化时具有协同作用,而且400℃半焦与褐煤共气化的产气率、碳转化率和协同效率均大于200℃半焦的;300℃半焦与褐煤共气化不存在协同作用,相反,它们之间存在抑制作用.结合热重分析和固定床实验,推断协同气化主要是热解阶段松木屑半焦中碱金属和氢原子作用的结果.     

氧气对褐煤水蒸气气化半焦的活化及机理

以胜利褐煤为原料,利用一段流化床/固定床石英反应器,进行N_2/O_2/H_2O/H_2O+O_2气氛的褐煤热解/气化实验。采用BET、Raman、FT-IR、微波消解ICP-AES、TGA等技术表征半焦。研究氧气添加对气化反应以及半焦结构和反应性的影响,解析了氧气对气化半焦的活化机理。结果表明,氧气添加可以改变半焦结构,活化半焦,从而促进转化率、H_2产率和CO_2产率的提高。氧气对气化半焦的活化作用主要包括两个方面,一是芳核与氧气发生氧化分解反应,破坏了芳环大π键,形成了新的官能团,从而促进了反应(C+H_2O→H_2+CO)的发生;二是随反应的进行,芳香大环(≥6)结构解聚为芳香小环(3-5)结构,同时氧原子进入芳核,形成缺陷位C-O-C,从而导致半焦微晶结构的缺陷程度提高、缩聚程度降低,进而导致半焦反应性和表面吸附作用提高,促进反应(CO+H_2O→H_2+CO_2)的发生。     

松木屑与褐煤共气化的TG-FTIR实验研究

利用TG-FTIR对松木屑、褐煤及其混合物的共气化过程及气化产物进行了分析,研究了掺混比例、升温速率以及反应气氛对共气化过程的影响。结果表明,松木屑加入后提高了试样的反应活性,随松木屑比例增加,气化失重速率逐渐降低,CO的开始析出温度及析出峰面积ACO呈降低趋势;较低的升温速率有利于CO和CH4的析出,随着升温速率的增加,DTG曲线向高温侧移动,最大失重速率显著增加,褐煤热解对应的峰逐渐消失;CO2气氛对挥发分析出阶段的失重行为影响不明显;空气气氛时挥发分析出阶段的两个失重峰分别对应挥发分的燃烧和固定碳燃烧,该气氛下没有明显的焦炭气化阶段。     

松木屑与褐煤共气化的TG-FTIR实验研究

利用TG-FTIR对松木屑、褐煤及其混合物的共气化过程及气化产物进行了分析,研究了掺混比例、升温速率以及反应气氛对共气化过程的影响。结果表明,松木屑加入后提高了试样的反应活性,随松木屑比例增加,气化失重速率逐渐降低,CO的开始析出温度及析出峰面积A_CO呈降低趋势;较低的升温速率有利于CO和CH₄的析出,随着升温速率的增加,DTG曲线向高温侧移动,最大失重速率显著增加,褐煤热解对应的峰逐渐消失;CO₂气氛对挥发分析出阶段的失重行为影响不明显;空气气氛时挥发分析出阶段的两个失重峰分别对应挥发分的燃烧和固定碳燃烧,该气氛下没有明显的焦炭气化阶段。     

氧气对胜利褐煤水蒸气气化半焦结构及反应性的影响

为了研究氧气对半焦的结构变化和反应性的影响,采用不锈钢模拟气流床反应器,在8种不同气氛,800和900 ℃条件下,进行了胜利褐煤水蒸气气化实验。利用拉曼光谱和热重分析仪分别表征了半焦的结构和本征反应性。结果表明,在800和900 ℃条件下,添加的氧气对半焦结构变化的影响方式不同;半焦结构的变化是影响碱金属和碱土金属(AAEM)挥发的主要因素。在不同温度下,添加的氧气对Na挥发的影响和对结构的作用类似,H₂O/O₂混合气氛促使气化所得半焦的反应性进一步降低。半焦的反应活性指数与拉曼光谱谱带比值 I (G_R+V_L+V_R)/I_D具有很好的相关性。     

水蒸气对褐煤原位气化半焦反应性能及微观结构的影响

为了揭示水蒸气对半焦反应性和微观结构的影响,在自制两段新型反应器上依次进行了褐煤干燥、热解及"热"焦的水蒸气原位气化研究。利用TGA、BET和Raman光谱仪,对原位气化半焦进行反应性和微观结构解析。结果表明,在反应温度为600 ℃时,水蒸气对半焦转化率、反应性及微观结构影响很小。温度达到700~900 ℃,在半焦与水蒸气接触的前2 min,虽然半焦转化率变化不大,但其反应性、小环(3~5个芳环)与大环(≥6个环)体系之比及含氧官能团却急剧降低;大于2 min,半焦转化率逐渐增大,反应性、小环与大环之比及含氧官能团缓慢降低;而半焦孔结构在2 min 前后却具有基本一致的变化趋势。半焦与水蒸气接触的前2 min,小环与大环之比和含氧官能团急剧降低是导致反应性显著降低的重要因素,大于2 min,芳环体系的变化是导致反应性进一步降低的原因。     

褐煤与煤直接液化残渣共热解产物半焦性能研究

为使煤直接液化残渣得到清洁高效再利用,采用常压固定床反应器,对神东煤直接液化残渣与呼伦贝尔褐煤共热解制取的半焦进行了研究。结合扫描电镜、N₂-吸附、X射线衍射、拉曼光谱以及热重分析发现,共热解过程中存在的软化熔融现象导致液化残渣与褐煤相互黏结,共热解半焦比表面积与孔体积减小,半焦结构有序化程度增加。与褐煤单独热解半焦相比,共热解半焦CO₂气化反应性能低。     

碱／碱土金属催化松木屑快速热解机制

研究碱／碱土金属（AAEM）对生物质的热解及其热解产物组成的影响规律,可为生物质热解特性研究和热解产物的高效利用提供重要的理论依据。本文以松木屑为原料,将原样进行酸洗,并对酸洗样分别用K、Ca、Na和Mg氯化盐溶液浸渍,在500℃和Ar气氛下对各样品进行快速热解,考察了4种金属离子对松木屑热解产物组成分布的影响规律;通过热重分析考察了各个样品的热解特性;通过对热解生物油的气相色谱／质谱（GC／MS）分析考察了快速热解的焦油成分。研究结果表明：AAEM对松木屑有明显的催化作用,AAEM的存在能够提高热解气体和固体的产率,降低热解焦油的产率;AAEM能够降低热解温度,使热解更加容易进行;快速热解的焦油成分主要有酚类、酮类、醛类、芳烃、醇类、脱水糖类、呋喃类以及酸类,AAEM显著影响焦油产物组成,特别是呋喃类和芳烃的含量会有所增加。本文为优化生物质的热解条件与提高热解生物油品质具有重要意义。     

Apparent Kinetics of Co-Gasification of Biomass and Vacuum Gas Oil (VGO)

This communication reports the beneficial effects of co-gasification of biomass and residual oil to produce syngas. In this regard, various blends of glucose (a biomass surrogate) to vacuum gas oil (VGO) have been employed to investigate the synergic effects on the gasification process. The non-isothermal co-gasification experiments were conducted in a thermogravimetric analyzer at different heating rates and gasifying agents. The analysis showed that the co-gasification rate increased with the increase of glucose content in the feedstock. The presence of the oxygen in the biomass molecules helped the overall gasification process. The maximum gasification rate of 42.70 wt/min (DTG_max) was observed with 25 wt% glucose containing sample. The use of gasifying agents appeared to have some influence, especially during high temperature gasification of the glucose-VGO blends. At a same gasification temperature, the co-gasification rate of glucose-VGO blends were found to be 125.7 wt/min and 98.59 wt%/min for N₂ and CO₂, respectively. The kinetics of the co-gasification of glucose-VGO blends was conducted based on modified random pore model using TGA experimental data and implemented in MATLAB. The estimated activation energy and rate constants were found to be consistent to the observed co-gasification rates. The apparent activation energies of co-gasification of VGO/biomass blends with different weight percentages shows values ranging 60.56–48.25 kJ/mol. The kinetics analysis suggested that the addition of biomass helped to increase the reaction rate by lowering the activation energy required for accomplishing the reactions compared with petroleum carbonaceous feedstocks. The reaction rate constants isotherms are plotted to show that the k-values are exhibiting similar trends at moderate heating rates between 20 and 60 °C/min. This remark arises due to the nature of the reactions involved which are considered to be inherently similar in this range of heating rate.     

Isotope Dilution Analysis of Exchangeable Water in Coal,Coal Char,and Activated Coal Char

Abstract

Isotope dilution analysis techniques were employed for the determination of the quantity of exchangeable water in moist subbituminous coal, non-activated coal and activated coal char; the latter two products were prepared from the subbituminous coal used in this study.     

金属离子协同效应对血红蛋白分子荧光光谱的影响

本文采用荧光光谱法对血红蛋白(Hb)与Zn^2 、Cu^2 、Ag^ 三种离子的单一离子及混合离子的相互作用进行了研究。结果表明,Zn^2 对Hb有较强的荧光增强作用,Cu^2 具有较强的荧光淬灭作用,而Ag^ 有较弱的荧光淬灭作用;在二元金属离子与Hb的混合体系中,由于金属离子与Hb之间存在竞争配位作用或离子之间相互制约及协同效应,使混合体系中Hb的荧光光谱变化较单一金属离子有明显的差异。     

氧化石墨烯与Si-P低聚物在环氧树脂中的协同阻燃作用

采用Hummers方法制备了氧化石墨烯(GO),并通过扫描电镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)对GO微观形貌进行了表征.详细研究了GO与硅磷低聚物(DMS-DOPO)在环氧树脂(EP)力学性能和阻燃性能中的协同作用.万能材料试验测试结果表明,GO和DMS-DOPO分别对拉伸强度和断裂伸长率提高效果明显,二者协同后,可使EP拉伸强度和断裂伸长率分别提高17.1%和42.2%.采用热重分析(TG)、极限氧指数(LOI)、垂直燃烧(UL-94)、锥型量热(CONE)和SEM对EP及其阻燃材料的热性能、燃烧性能以及炭层微观形貌进行了表征.EP/DMS-DOPO/GO在600℃残留量为EP的5.2倍,比EP/DMS-DOPO和EP/GO分别提高4.4%和208.6%.EP/DMS-DOPO/GO的LOI值大于30,并能通过UL-94 V-0级别,燃烧过程中可形成内部结构疏松多孔、外表面致密的膨胀炭层.DMS-DOPO和GO协同后使EP热释放速率峰值由1154 k W·m-2降低到710 k W·m-2,总烟释放量降低30%.     

Influence of the heating rate on the temperature profiles and on the conversion rate of powdery cellulose and pine sawdust

An experimental study of the thermal decomposition of powdered cellulose and pine sawdust has been performed. The influence of the heating rate on the temperature profiles in the sample and on the solid conversion rate has been studied. A mathematical model without adjustable parameters has been used to calculate the temperature at different points in the solid bed and the average total solid conversion. The experimental results have been compared with those calculated by the model. A good agreement has been obtained for sawdust. Some differences are observed for cellulose at high heating rates, and the influence of the thermal conductivity and the reaction heat on the results has been analysed.     

h-BN负载纳米NbH对LiBH_4放氢性能的协同改性作用

制备了h-BN负载纳米NbH改性剂(NbH@h-BN),并采用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、透射电子显微镜(TEM)以及X射线能谱(EDS)等测试手段对其进行表征,分析了NbH@h-BN对LiBH_4放氢反应的掺杂改性作用及机理.结果表明:经NbH@h-BN掺杂改性后,LiBH_4的放氢峰值温度和表观活化能分别降低至380℃和142.31kJ/mol,放氢动力学性能也得到大幅改善.分析认为:NbH@h-BN具备协同改性LiBH_4的放氢性能是因为NbH@h-BN可以生成稳定的粒径为5~10nm的NbH颗粒,并且可以避免纳米NbH在掺杂改性过程和放氢过程中发生团聚,能够充分发挥纳米NbH和h-BN各自的改性作用.     

褐煤模型化合物中含氧官能团脱出反应的理论研究

选取苯甲酸和苯酚作为褐煤含氧官能团模型化合物,采用密度泛函理论(DFT)中的B3LYP泛函和6-311+G(d,p)基组,研究了羧基和羟基可能的脱出反应机理.结果表明,不同含氧官能团脱出方式不同,脱出所需的能量也有差异;含有羧基物质的自催化交联脱羧是相对容易发生的反应;考虑到水分子对含氧官能团脱出的影响,选取甲酸和丙三醇作为褐煤含氧官能团模型,研究了水分子参与反应的过渡态结构及其反应活化能的变化,结果表明,反应中水分子作为质子传递介质能降低反应活化能,加快反应速率,一般1~2个水分子的催化效果较佳;同时研究了Na+,K+及其羧酸盐对丙三醇中羟基脱出反应过渡态结构和反应活化能的影响,表明Na+和K+均能与模型化合物形成络合物,稳定过渡态结构,降低活化能,其中Na+的催化效果更佳;与单纯的离子相比,K+羧酸盐催化效果变化不大,Na+羧酸盐催化能力降低幅度较大.