CFB富氧燃烧中CO_2对煤焦与NO还原作用的影响

为了考察高浓度CO_2对煤焦与NO还原所带来的影响,本文在悬浮床反应器上开展了。N_2和CO_2气氛下煤焦与NO的还原实验。结果表明:在无煤焦或矿物组分催化下CO不与NO发生反应;900℃N_2气氛下,在煤焦与NO反应初期NO还原率保持不变,而在整个反应过程中碳比反应率和CO_2生成比例则持续增大;N_2气氛下,煤焦与NO反应的含碳产物在700℃时以CO_2为主,而随着温度升高CO的生成比例增大,900℃时CO的生成占主导地位;高浓度的CO_2对煤焦-NO还原反应有明显的抑制作用,且温度越高抑制作用越显著,这可能是因CO_2气化抢占碳活性位所致。     

煤热解挥发分还原NO的反应过程分析

采用详细的化学反应动力学机理对烟煤快速热解挥发分气体还原NO过程进行了数值模拟.根据实际反应条件确定模拟条件为0.1 MPa,1273～1573 K,煤质为准格尔烟煤。首先应用FG-DVC模型模拟得到了热解条件下的气体成分和含量,然后将该气体作为再燃燃料,选取化学当量比为0.6、1.0和1.2进行还原NO的计算.通过敏感性分析和生成速率分析,发现了控制NO生成和还原的关键步骤.只有CH_3、N_2O、NH_i、HCN和H_2CN才可以将NO还原成N_2。     

Density functional calculations of efficient H_2 separation from impurity gases(H_2,N_2,H_2O,CO,Cl_2, and CH_4)via bilayer g-C_3N_4 membrane

Membrane technology has been used for H_2 purification. In this paper, the systematic density functional simulations are conducted to study the separation of H_2 from the impurity gases(H_2, N_2, H_2 O, CO, Cl_2, and CH_4) by the bilayer porous graphitic carbon nitride(g-C_3 N_4) membrane. Theoretically, the bilayer g-C3 N4 membrane with a diameter of about3.25 A? should be a perfect candidate for H_2 purification from these mixed gases, which is verified by the high selectivity(S) for H_2 over other kinds of gases(3.43 × 1028 for H_2/N2; 1.40 × 1028 for H_262/H_2 O; 1.60 × 10 for H_2/CO; 4.30 × 10~(14) for H_2/Cl_2; 2.50 × 10~(55) for H_2/CH_4), and the permeance(P) of H_2(13 mol/m~2·s·Pa) across the bilayer g-C_3 N_4 membrane at 300 K, which should be of great potential in energy and environmental research. Our studies highlight a new approach towards the final goal of high P and high S molecular-sieving membranes used in simple structural engineering.     

微细腔内变组分CH_4/O_2/H_2O自热重整积碳特性

针对微动力装置中重整腔内催化剂表面容易积碳,重整反应需要大量能量等问题,在重整腔入口引入氧气,使甲烷发生部分氧化反应为催化重整提供热量。本文采用数值方法研究了微细腔中CH_4/O_2/H_2O镍基催化剂上的自热重整反应,重点分析CH_4/O_2/H_2O混合物组分对甲烷自热重整反应及积碳的影响。结果表明:在混合物组分CH_4/O_2/H_2O摩尔比为1:0.2:2时,甲烷自热反应放热量刚好能满足甲烷重整反应的需求,氢气质量分数较高为3.32%,积碳浓度较低为1.19×10~(-6) kmol/m~2。     

不同金属在催化脱硝过程中作用研究

采用共浸渍法和分步浸渍法在氧化铝载体上通过调节金属元素的负载量和负载顺序制备了多种催化剂,测试了其在NH3作为还原剂条件下的低温催化脱硝活性,研究各种活性组分在脱硝过程中的作用,考察浸渍顺序对脱硝性能的影响。在(?)(NO)=500×10~(-6),n(NH_3):n(NO)=1:1和(?)(O_2)=3.6%的条件下进行试验,结果表明,Mn在脱硝反应中是主要的活性组分,而Fe和Zr是助催化组分;浸渍顺序对催化剂脱硝活性有一定影响;当Fe负载量达到10%时,制备的催化剂5Zr-5Mn-10Fe/Al_2O_3脱硝活性最佳。     

超临界水中甲酸分解反应动力学的密度泛函理论研究

采用密度泛函方法(B3LYP)在6-311+g(3df,2p)基组水平上,针对甲酸在超临界水中分解,研究了HCOOH+2H_2O反应和HCOOH+3H_2O反应的微观动力学机理。将理论计算结果与已有的实验结果对比发现,甲酸在超临界水中分解主要通过HCOOH+3H_2O反应机理进行,存在脱羧反应R(HCOOH+3H_2O)→d→TSd/e→e→TSe/P3→P3和脱羰反应R(HCOOH+3H_2O)→f→TSf/P4→P4两条主反应通道。利用传统过渡态理论(TST)计算得到两条主通道速控步骤在650～1500 K温度范围内的速率常数k_3和k_4,其表达式分别为k_3=2.99×10~(12)exp(-169.89 kJ·mol~(-1)/RT)s~(-1)和k_4=3.00×10~9exp(-159.01 kJ·mol~(-1)/RT)s~(-1)。     

氧化石墨烯负载的Pt单原子催化硼胺烷水解机理的理论研究（英文）

本文研究了氧化石墨烯负载Pt单原子(Pt_1/Gr-O)催化硼胺烷(NH_3BH_3)全水解反应机理,即一分子的NH_3BH_3生成三分子的氢气(H_2)的过程,在水解路径中,首先吸附的硼胺烷连续断裂两个B-H键生成第一分子的H_2.接着,一个H_2O分子与*BHNH_3基团(*表示吸附态)反应生成*BH(H_2O)NH_3,其中伸长的O-H键断裂后形成*BH(OH)NH_3.然后,第二个H_2O与*BH(OH)NH_3反应生成*BH(OH)(H_2O)NH_3,在指向Pt_1/Gr-O表面的O-H断裂后,生成BH(OH)_2NH_3并脱附到水溶液中,两个水分子脱氢产生的两个H原子脱附生成第二个H_2分子,且Pt_1/Gr-O催化剂恢复.脱附后的BH(OH)_2NH_3在水溶液中水解生成第三个H_2分子.纵观整个水解反应,H_2O分子和*BHNH_3基团的结合是反应速控步,其反应能垒是16.1 kcal/mol.因此,Pt_1/Gr-O有希望成为室温催化NH_3BH_3全水解催化剂.     

双轴向应变对单层GeSe气体传感特性的影响

采用第一性原理计算方法,通过在吸附了H_2, H_2O, CO, NH_3, NO, NO_2等气体分子的单层GeSe上施加–8%—8%的双轴向应变,从微观角度阐明应变对吸附体系电子性质的影响及其内在机理.计算结果表明,对于CO, NH_3和NO气体分子在–8%—8%,以及NO_2分子在–8%—6%的双轴向应变范围内,单层GeSe具备成为气体传感器的应用潜力.较大的压缩应变(–6%—–8%)有助于提高单层GeSe对CO和NO气体的响应速度和敏感性.     

吡咯类氮在空气中燃烧的分子动力学研究

采用基于ReaxY、F反应力场的分子动力学模拟方法研究了不同温度和氧浓度条件下吡咯在空气中的燃烧机理。通过观察模拟过程中不同时间下的燃烧产物可以发现,吡咯燃烧的主要产物包括NO、NO_2、N_2、CO_2、CO和H_2O等,主要的中间体和自由基包括C_4H_4N、HNCO、C_2H_2N、C_3HN、C_3H_3N、C_4H_3N、C_3H_3、H、OH、HO_2等。随着温度的升高,吡咯的燃烧速率和生成产物的速率加快,达到平衡的时间越快。随着氧气浓度的升高,有更多的HCN及含氮中间产物转化为NO_x,使其生成量增加。     

煤粉再燃燃烧含氮组分转化机理的敏感性分析

本文以GRI 3.0数据库为基础,结合CHEMKIN模块软件中敏感性分析的方法对煤粉再燃燃烧过程进行了数值模拟研究.通过对整个全模型反应方程进行分析,可以把整个反应机理模型主要分为碳氢组分转化反应机理和含氮组分转化反应机理两大类.本文重点对含氮组分转化反应机理进行了分析.在模拟的基础上,对含氮组分HCN、HNCO、NHt、NCO等转化反应进行了分类,系统地讨论了燃烧过程中含氮组分转化反应对NO的敏感性分析,清晰地揭示了含氮组分生成与还原NO的途径以及作用大小,为实际超细煤粉再燃燃烧技术提供了一定的理论依据.     

腔衰荡光谱方法测量大气中痕量NH_3的浓度

NH_3是大气二次细颗粒物的主要前驱物之一,NH_3浓度的准确测量对于大气环境监测和保护具有重要意义。近红外波段激光器的成本较低,但采用其测量NH_3时,普遍存在受环境中H_2O、CO_2气体干扰以及吸收光程较短等问题。为克服环境中H_2O、CO_2干扰气体的影响,筛选出中心波数为6521.97 cm~(-1)的吸收谱线,利用该谱线对大气环境中痕量NH_3的浓度进行测量。该谱线不受环境中CO_2吸收的影响,且在低压条件下与H_2O吸收谱线的重叠范围较小,通过多峰拟合可以准确提取出NH_3的光谱吸收率。基于分布反馈式激光器搭建了一套腔衰荡吸收光谱测量装置,在该装置中,衰荡光腔由一对反射率高达99.996%的高反镜构成,空腔衰荡时间约96μs,有效吸收光程可达1.6×10~4 m。利用该装置对大气环境中痕量NH_3的浓度进行测量,结果表明:该测量系统的探测灵敏度可以达到3.9×10~(-10)。     

原子分子在Pt(100)表面吸附的第一性原理研究

本文系统研究了H、N、O、C、S等原子,N_2、NH_3、NO、CO等分子和CH_3、CH、CH_2和OH等自由基在Pt(100)表面的吸附.从能量上来看,吸附能力从小到大的顺序是N_2NH_3COCH_3NOHOHNCH2OSCHC.原子类吸附物中H、N、O的最稳定吸附位均为桥位,而S、C则倾向于四重空位.所研究的分子吸附物(N_2、NH3、CO、NO),N_2和NH_3有且只有一种顶位吸附结构,CO和NO均优先吸附在空位.自由基吸附物(CH、CH_2、CH_3、OH)在Pt(100)表面上的吸附,CH_3优先吸附在顶位,CH_2、OH它们的最稳定吸附位均为桥位.原子、分子和自由基吸附后,会引起Pt(100)原子层间距的改变.     

钒钨铈催化剂的低温SCR反应机理研究

本文使用等体积浸渍法制备了钒钨铈(V2O5-WO3/CeO2)选择性催化还原(SCR)脱硝催化剂,并使用一系列的原位傅里叶变换红外(In-situ FTIR)光谱详细研究了该催化剂的低温SCR反应过程(本文选用200℃)。通过将原位红外光谱与化学诱捕法耦合使用,成功捕捉并识别了低温SCR的不稳定反应中间产物亚硝酸盐(nitrites),并以该亚硝酸盐物种为主要的反应活化产物,建立了基于NO氧化活化的低温SCR还原半圈反应动力学模型.该动力学模型可准确描述V2O5-WO3/CeO2催化剂低温SCR中NO与表面吸附NH3的瞬态反应过程。     

胞嘧啶-水分子氢键团簇结构特性理论研究

使用密度泛函理论B3LYP方法,在6-311++G(d,p)基组水平上,研究了C_4H_5N_3O·(H_2O)_n(n=1~3)分子团簇的基态结构及红外线光谱.通过对C_4H_5N_3O·(H2_O)n(n=1~3)分子团簇结构优化,获得了团簇的六种稳定结构.三种最稳定结构的分子团簇的红外光谱表明O—H…O和N—H…O氢键的形成使得O—H和N—H之间伸缩频率减小,发生了红移;O—H…N氢键使O—H之间的伸缩振动频率变大,发生了蓝移.AIM程序分析表明:电子密度ρ的强弱反映了红移和蓝移的大小.之后使用Veda4软件对C_4H_5N_3O·(H_2O)n(n=1~3)分子团簇红外光谱的振动频率进行了分析,并对振动频率进行了比较.     

胸腺嘧啶-水分子团簇结构特性研究

根据量子化学理论,应用Gaussian09W程序中密度泛函理论(DFT)B3LYP方法,在6-311++G(d,p)基组水平上,研究了胸腺嘧啶与水分子团簇C_5H_6N_2O_2·(H_2O)n(n=1~4)分子团簇的基态结构以及红外光谱.通过对C_5H_6N_2O_2·(H_2O)n(n=1~4)分子团簇的结构优化,获得了团簇最稳定的结构.AIM程序分析表明:分子团簇间形成了氢键,而且电子密度ρ的强弱也反映了红移和蓝移的大小.之后使用Veda4软件对C_5H_6N_2O_2·(H_2O)n(n=1~4)分子团簇红外光谱的振动频率进行了分析,并对振动频率进行了比较.最后,分析四种最稳定结构的分子团簇的红外光谱表明O-H…O和N-H…O氢键的形成使得O-H和N-H之间伸缩频率减小,发生了红移;O-H…N氢键使O-H之间的弯曲振动频率变大,发生了蓝移.     

化学反应系统定态的稳定性分析

化工行业中反应器的定态稳定性问题,是引人注目的研究课题,但从热力学角度研究,却是少见的。本文应用非平衡热力学理论进行了新的探索和尝试。 一、CSTR的数学模型及定态解 考虑放热反应: 1.5H_2+0.5N_2(?)NH_3假定反应在连续搅拌式反应器(CSTR)中进行,内部变量均匀。为简化,不计流体粘性作用及催化剂物性影响,并假设反应前后压力维持不变。     

基于DMCC发动机台架的甲醇-SCR催化还原NO_x的研究

为了验证合成气台架上组合式催化剂((Co-Mo)/Al2O3)优异的选择催化甲醇还原NO的性能,试验在一台由增压中冷,废气再循环的电控单体泵柴油机改造的DMCC发动机上实施。结果表明:提高甲醇喷射量和EGR率,推迟柴油喷射时刻均会改善甲醇-SCR的催化效率。甲醇最优喷射量受到HC减活化作用和HC完全氧化反应的控制。各工况下甲醇-SCR对PM排放的影响较小。DMCC发动机耦合甲醇-SCR系统可以实现NOx的超低排放。A25、A75和B75工况点下的NOx体积分数的最低值分别为64×10^-6、66×10^-6和47×10^-6。     

原位红外光谱法研究水氯镁石及其复盐的连续加热脱水过程

用连续加热原位红外光谱法研究了水氯镁石(MgCl_2·6H_2O)、光卤石(KMgCl_3·6H_2O)和铵光卤石(NH_4MgCl_3·6H_2O)脱水过程的光谱变化和结构特征。依据谱图数据估算了各脱水阶段所形成的不同水合物的氢键能和镁氧键能。由算得的结果和最后产物MgOHCl的吸收情况,证实了光卤石比水氯镁石更难水解,而铵光卤石居中。提供了一种新的制样方法。     

(H_2O)_n(n=1-3)和H_2SO_4作用下H_2CO_3气相分解反应机理的理论研究

本文利用CCSD(T)/6-311++(3df,3pd)//B3LYP-D3/6-311++G(3df,3pd)+0.9686×ZPE理论方法对(H_2O)_n(n=1-3)和H_2SO_4存在与不存在的情况下,H_2CO_3气相分解反应机理进行了理论研究.计算结果表明(H_2O)_n(n=1-3)和H_2SO_4都能使H_2CO_3气相分解反应的能垒显著地降低,其催化能力按由强到弱的顺序是H_2SO_4(H_2O)_2(H_2O)_3H_2O.     

NH3与BeH2反应机理的密度泛函理论研究

金属-N-H体系储氢材料在放氢反应过程中往往伴随着NH_3的释放,且NH_3会对材料的储放氢性能产生重要影响.采用密度泛函理论当中的杂化密度泛函(B3LYP)方法,6-311G(d,p)基组水平上对NH_3与BeH_2的微观反应机理进行了理论计算分析,对得到的中间体和过渡态进行频率计算和内禀反应坐标(IRC)分析,以判断中间体和过渡态的正确性和相互连接关系.使用QCISD方法在6-311G(d,p)基组水平对各驻点的单点能进行计算,给出能量信息.计算结果表明:BeH_2与NH_3主要以摩尔比为1:2进行反应,分两步氢取代过程,生成产物Be(NH_2)_2和2H_2.反应所释放的H_2中两个H原子分别来源于BeH_2和NH_3,反应的关键是脱氢,主要在于克服N—H键断裂所需能量.相比较而言从NH_3中脱氢比从—NH_2中脱氢较易.