废水生物脱氮工艺中N2O排放数学模型研究进展

N_2O是一种重要的温室气体,而污水生物脱氮处理过程是N_2O的潜在产生源之一。随着污水处理量和处理程度的不断提高,N_2O的排放量也将不断增大。建立N_2O排放数学模型对污水生物脱氮系统中N_2O生成机制的深入研究和污水处理行业N_2O削减工艺技术的开发具有重大的理论及实践意义。本文归纳了生物脱氮工艺的原理,系统阐述了生物脱氮工艺中N_2O的生成机理和排放数学模型的类型、建立方法及应用情况。在此基础上,对生物脱氮工艺中N_2O排放数学模型的研究现状和研究方向进行了总结和展望,以期为N_2O排放数学模型的完善、N_2O排放量的削减、污水生物脱氮工艺的优化及污水处理行业的可持续发展提供理论基础和科学依据。     

Co3O4/KIT-6催化剂催化分解N2O反应研究

本文采用等体积浸渍法将活性组分Co₃O₄负载到具有大比表面积、独特三维交联介孔道的KIT-6分子筛上,制备一种负载型的Co₃O₄/KIT-6催化剂,并用于催化分解N₂O反应.研究发现,负载Co₃O₄后的催化剂不仅保持了KIT-6有序的介孔结构,同时增大了催化剂的有效比表面积,提高了活性组分Co₃O₄的利用率,其催化活性基本与纯Co₃O₄相持平.通过对不同负载量的Co/KIT-6催化剂的活性测试发现,该催化剂的活性随着Co负载量的增加而提升.通过对30%Co/KIT-6催化剂的稳定性测试及其在杂质气体存在条件下的活性测试,表明30%Co/KIT-6催化剂具有较好的催化稳定性和杂质气体抗性,适用于实际工业生产尾气中的N₂O处理.     

N2O在Au/Co3O4和Au/ZnCo2O4催化剂上的分解反应

通过调变HAuCl₄溶液的pH值和Au负载量,用沉积-沉淀法制备了一系列Au/Co₃O₄催化剂,并采用AES、BET、XRD、SEM、XPS和H₂-TPR等技术对催化剂的结构和组成进行了表征,考察了制备条件对其在有氧气氛中催化N₂O分解反应性能的影响规律,得到了催化剂最佳制备条件:HAuCl₄溶液pH值为9,Au负载量为0.29%。催化测试结果表明:虽然ZnCo₂O₄的催化活性优于Co₃O₄,但0.31%Au/ZnCo₂O₄的活性和稳定性低于0.29%Au/Co₃O₄。500℃、在含氧气氛中连续反应10 h, 两者均可完全分解N₂O,但在含氧、含水气氛中0.29%Au/Co₃O₄和0.31%Au/ZnCo₂O₄上的N₂O转化率分别为92%和63%。究其原因,发现Au/Co₃O₄中Au和Co组分间存在协同效应,而Au/ZnCo₂O₄中Au和Co组分间则没有协同效应。     

N2O在Mg-Fe复合氧化物上的催化分解

用共沉淀法制备了一组Mg-Fe复合氧化物催化剂,用于N₂O催化分解,考察了催化剂组成、焙烧温度、负载助剂钾等参数对其催化活性的影响。采用N₂物理吸附、X射线衍射、H₂-程序升温还原等技术对催化剂进行了结构表征。结果表明,500 ℃焙烧的Mg_0.6Fe_0.4Fe₂O₄催化剂对于N₂O分解反应有较高活性,而K改性的催化剂活性均有所降低,且K的负载量越高,改性催化剂的活性越低,这是由于负载的K粒子抑制了表面铁物种的还原,降低了催化剂的比表面积。在有氧无水、水氧共存条件下连续反应10 h,Mg_0.6Fe_0.4Fe₂O₄的催化活性和稳定性均显著高于FeO_x催化剂。     

鸡蛋壳负载Co3O4催化剂制备及其N2O分解性能研究

采用废弃的鸡蛋壳作载体,沉积沉淀法制备了一系列不同Co₃O₄含量Co₃O₄/鸡蛋壳催化剂,并在连续流动微反装置上考察了N₂O分解性能。结果表明,当Co₃O₄质量分数为20%时,催化剂表现出优异的N₂O分解性能。在空速10000 h^-1和N₂O含量0.1%的条件下,400℃可实现N₂O完全转化;其比活性约为Co₃O₄催化剂的4.3倍(反应温度为440℃);同时,该催化剂对原料气中3%O₂、3.3%H₂O和/或2.0×10^-4 NO表现出较强的耐受性和较高的稳定性。分析催化剂的多种表征结果发现,CaCO₃作为鸡蛋壳的主要成分,与活性组分Co3O4紧密结合,两者的强相互作用导致20%Co₃O_4...     

掺加Nd和K改性对Co3O4催化分解N2O活性的影响

用水热法和共沉淀法分别制备了Nd-Co₃O₄催化剂,催化分解N₂O。其中,水热法制备的Nd-Co₃O₄催化活性较高。在不同组成的Nd-Co₃O₄中,优化出了较高活性的0.01Nd-Co₃O₄催化剂,在其表面浸渍K₂CO₃溶液制备K改性催化剂（K/Nd-Co₃O₄）。用X射线衍射（XRD）、N₂物理吸附、扫描电镜（SEM）、X射线光电子谱（XPS）、程序升温还原（H₂-TPR）、O₂程序升温脱附（O₂-TPD）等技术表征催化剂结构。结果表明,Nd-Co₃O₄和K改性催化剂均为尖晶石结构;K改性弱化了催化剂表面Co-O键,有利于表面氧的脱除,提高了催化剂活性。有氧有水气氛350 ℃连续反应40 h,K/Nd-Co₃O₄催化剂上的N₂O分解率超过90%,稳定性较好。     

水热合成Co3O4的制备参数调变及其催化分解N2O性能

以十六烷基三甲基溴化胺（CTAB）为模板剂,通过调变CTAB浓度水热合成了氧化钴前驱体,焙烧制得棒状形貌的Co₃O₄,在其表面浸渍K₂CO₃溶液制得K改性的Co₃O₄催化剂,用于N₂O分解。用X射线衍射（XRD）、N₂物理吸附（BET）、扫描电镜（SEM）、X射线光电子能谱（XPS）、H₂程序升温还原（H₂-TPR）和O₂程序升温脱附（O₂-TPD）等技术对催化剂进行了表征,考察了CTAB/钴及尿素/钴物质的量比等制备参数对Co₃O₄催化分解N₂O活性的影响。结果表明,CTAB浓度为0.05 mol/L、CTAB/钴离子物质的量比为1、尿素/钴离子物质的量比为4时,所制备的Co₃O₄催化剂具有较高的N₂O分解活性,而K改性可以进一步提升其催化性能。K改性的Co₃O₄在有氧有水气氛中400℃下进行N₂O分解反应,50 h后N₂O转化率仍保持在91%以上。     

H2O在Fe3O4 (111)表面吸附的结构及热力学研究

使用密度泛函理论（GGA/PBE）对H₂O在Fe_tet1-和Fe_oct2-终结Fe₃O₄ (111)表面的吸附行为进行了研究。对于Fe_tet1-终结表面,在1/5 ML覆盖度下,带有氢键的H₂O分子以及异裂解离的结构具有最高的稳定性,而类似水合氢离子的OH₃⁺-OH结构出现在2/5 ML覆盖度下,其次为带有氢键的水的聚合体。这些结果与实验中观测到的现象一致。对于Fe_oct2-终结表面,在1/6 ML覆盖度下,分子态H₂O的吸附是有利的,而在1/3 ML覆盖度下多种吸附形式共存。H₂O吸附在Fe_tet1-终结表面比吸附在Fe_oct2-终结表面热力学上更有利。此外,通过计算局域态密度（LDOS）对吸附机理进行了分析。     

聚集态的Fe氧化物在Fe/ZSM-5催化N2O直接分解中的作用（英文）

研究了以离子交换法制备的Fe/ZSM-5上聚合态的Fe氧化物(FeOx)在催化N2O直接分解中的作用.Fe/ZSM-5催化剂利用600–900 ℃的高纯Ar处理,使催化剂中的FeOx发生聚合.利用一系列的表征手段(XRD,BET,DRIFTS,UV/vis-DRS,XAFS,N2O脉冲和O2-TPD)对催化剂进行了表征.结果发现,分子筛骨架外的FeOx在Fe/ZSM-5催化N2O分解中起重要作用;通过研究高温处理的Fe/ZSM-5催化剂中不同FeOx的比例与催化剂活性的关系,得到多核的FeOx是催化N2O分解的主要活性物种;并且,无定形态的FeOx中键长较长的Fe–O键((Fe–O)2)是参与反应的重要物种.     

一步水热合成Y-Co3O4复合氧化物催化剂及催化分解N2O

用一步水热、分步水热、浸渍等方法分别制备Y-Co₃O₄复合氧化物,用于催化分解N₂O的反应,其中,一步水热法制备的催化剂活性较高。再用一步水热法制备了不同Y/Co物质的量比的Y-Co₃O₄复合氧化物,在优化出的催化剂（0.03Y-Co₃O₄）表面浸渍K₂CO₃溶液,制备K改性催化剂（0.02K/0.03Y-Co₃O₄）。用X射线衍射（XRD）、N₂物理吸附、H₂程序升温还原（H₂-TPR）、O₂程序升温脱附（O₂-TPD）、扫描电镜（SEM）、X射线光电子谱（XPS）等技术表征催化剂结构。研究发现,Co₃O₄和Y-Co₃O₄同为尖晶石结构,但Y-Co₃O₄的催化活性显著高于Co₃O₄。K改性增加了催化剂表面的活性位（Co²⁺）,还有利于吸附氧的脱除,从而提高了催化剂活性。在无氧无水、有氧无水、有氧有水气氛中,K改性催化剂上的N₂O全分解温度分别为325、350、375 ℃,催化剂活性较高。有氧有水气氛350 ℃连续反应50 h,K改性催化剂上N₂O分解率保持90%以上,稳定性较高。研究发现,Y-Co₃O₄及K改性催化剂上N₂O分解反应的E_a和lnA之间存在动力学补偿效应。     

Synthesis of Triazenes with Nitrous Oxide

Triazenes are valuable compounds in organic chemistry and numerous applications have been reported. Furthermore, triazenes have been investigated extensively as potential antitumor drugs. Here, we describe a new method for the synthesis of triazenes. The procedure involves a reagent which is rarely used in synthetic organic chemistry: nitrous oxide (N₂O, “laughing gas”). Nitrous oxide mediates the coupling of lithium amides and organomagnesium compounds while serving as a nitrogen donor. Despite the very inert character of nitrous oxide, the reactions can be performed in solution under mild conditions. A key advantage of the new procedure is the ability to access triazenes with alkynyl and alkenyl substituents. These compounds are difficult to prepare by conventional methods because the required starting materials are unstable. Some of the new alkynyltriazenes were found to display high cytotoxicity in in vitro tests on ovarian and breast cancer cell lines.     

Nitric Oxide: Chemical Puzzles Posed by a Biological Messenger

Recent years have seen a massive growth of interest in the biological effects of nitric oxide (NO): It acts as a signaling molecule in blood vessels and the brain, and as a defense against pathogens in the immune system. Discussed are the chemical events underlying the physiology of this versatile little molecule.     

Removal of Nitrous Oxide in Nitric Acid Production

Kinetics and Catalysis - The production of nitric acid is one of the main industrial sources of nitrous oxide entering the atmosphere, which is an ozone-depleting gas with a potential 310 times...     

Synthesis of Azoimidazolium Dyes with Nitrous Oxide

A new method for the synthesis of industrially important azoimidazolium dyes is presented. The procedure is based on a reagent which is rarely used in the context of synthetic organic chemistry: nitrous oxide (“laughing gas”). N₂O is first coupled to N‐heterocyclic carbenes. Subsequent reaction with aromatic compounds through an AlCl₃‐induced C? H activation process provides azoimidazolium dyes in good yields.     

N2O的催化分解研究

N2O是主要的温室气体之一,它在对流层中具有破坏臭氧的作用,因此,N2O的消除越来越引起人们的重视。N2O的直接催化分解是公认的消除N2O污染的最有前景的方法之一,具有操作简单、成本低、不需引入其他杂质、不产生二次污染等特点。本文综述了近年来在N2O催化分解领域广受关注的几类催化剂的最新研究进展,包括金属氧化物催化剂、负载型贵金属催化剂和分子筛催化剂体系,概括了这些催化剂的优点和缺点,介绍了固体催化剂表面N2O催化分解的反应动力学、分子模拟及反应机理。从工业应用角度出发综述了工业生产过程中可能对催化活性造成影响的NOx、O2、H2O和SO2等其他气体对催化剂活性、寿命和稳定性的影响。最后指出了N2O催化分解理论研究及催化剂体系存在的一些问题,并在此基础上对N2O催化分解体系的发展前景进行了展望。     

一些有机硅立体异构体的氧化亚氮负化学电离质谱研究

本文以氧化亚氮(N_2O)为反应气首次研究了一些有机硅立体异构体的负化学电离(NCI)质谱。反应离子(Reactant ions)和样品分子中硅及活性氢原子作用分别产生加合离子[M+O]~-和准分子离子[M-H]~-,它们的碎裂过程显示一定的立体专一性,为这些立体异构体的辨析提供了判据。     

NOFBX新型绿色推进剂燃烧化学反应动力学模型

本文以具有绿色无毒、高性能、低成本等诸多优势的N_2O-C_2烃类燃料单元复合推进剂(即NOFBX)为对象,首先发展了包含52组分、325反应的燃烧化学反应机理模型。该机理不仅能够准确计算N_2O热解过程中重要组分的分布,而且能够在较宽的温度、压力、化学计量比范围内准确预测N_2O-C_2烃类燃料体系的着火延迟时间和层流火焰传播速度。鉴于本文提出的N_2O-C_2烃类燃料反应机理具有机理规模小、实验验证充分的特点,有望在NOFBX发动机的多维燃烧数值模拟中得到广泛应用。     

Nitrous Oxide as Carrier Gas in Capillary Gas-Liquid Chromatography

On use of nitrous oxide as carrier gas the retention factors of the chromatographed compounds decrease linearly with increasing average column pressure. Other retention characteristics (relative retention, retention index) change linearly. This effect was demonstrated by using a capillary column coated with nonpolar polydimethylsiloxane phase SE-30. As shown for capillary GLC the linear correlation is valid for the same column:k_i(G₁,P₁) = A k_i(G₂, P₂) + B, where k_i(G₁, P₁) and k_i(G₂,P₂) are the retention factors of compound i at average column pressures P₁ and P₂ when using carrier gases G₁ and G₂, respectively; A and B are coefficients.     

碱促进的钴酸镁催化剂上的氧化亚氮分解

The direct decomposition of N2O was investigated over a series of magnesium cobaltite catalysts,MgxCo1-xCo2O4(0.0 ≤ x ≤ 1.0) ,which were prepared by the thermal decomposition of stoichiometric amounts of magnesium hydroxide and cobalt acetate. The thermal genesis of the different catalysts from their precursors was explored using thermogravimetric analysis,differential thermal analysis,and X-ray diffraction. Texture analysis was carried out using N2 adsorption at -196 °C. We found that all the catalysts tha...     

Nitrous Oxide Adsorption and Decomposition on Zeolites and Zeolite-like Materials

Decomposition of N₂O on modified zeolites, crystalline titanosilicalites, and related amorphous systems is studied by the catalytic and spectroscopic methods. Zinc-containing HZSM-5 zeolites and titanosilicalites with moderate Ti/Si ratios are shown to exhibit a better catalytic performance in N₂O decomposition as compared with conventionally used Cu/HZSM-5 zeolites and amorphous Cu-containing catalysts. Dehydroxylation of the HZSM-5 zeolite by calcination at 1120 K results in an enhancement of the N₂O conversion. The mechanism of the reaction and the role of coordinatively unsaturated cations and Lewis acid sites in N₂O decomposition are discussed on the basis of the spectroscopic data.