热重分析法研究贝壳固硫反应动力学

采用热分析法研究了贝壳和石灰石固硫反应过程, 用等效粒子模型对固硫反应过程进行了表征, 计算分析了其固硫反应动力学参数. 结果表明, 贝壳比石灰石含有较多的碱金属盐, 其作用是提高了贝壳固硫反应速率常数和有效扩散系数. 贝壳固硫反应中存在补偿效应. 根据等动力学温度判别固硫剂活性适用于不同反应控制区的活性判断. 碱金属成分对钙基固硫剂活性有正负两个方面的影响, 含量过大或过小都会削弱固硫剂活性, 因而存在最适含量. 在1 073～1 273 K温区固硫时, 钙基固硫剂中碱金属离子与钙离子摩尔比为1∶50左右时固硫活性较高.     

多孔物质气固反应动力学研究

利用自主研制的微型流化床反应分析仪（MFBRA）在等温条件下测试了高比表面活性炭氧化反应,并根据基于固体转化的热分析动力学方法及考虑气体在微孔内扩散与反应的应用化工动力学方法求算了动力学参数．在内外扩散抑制最小化的实验条件下,粒径小于5μm的活性炭在700-1000℃的燃烧反应动力学研究表明,根据微型流化床中实验数据,采用等温热分析动力学方法求算得内扩散控制区活化能约为95kJ／mol;弓l入化工动力学方法中的随机孔模型对低温区等温燃烧数据拟合,可得孔结构参数在0．17m^-3左右,反应活化能为178kJ／mol,约为内扩散反应活化能的两倍,最为接近本征的碳燃烧反应活化能．     

补偿效应：一条化学/化工动力学基本定律的探讨

补偿效应揭示了Arrhenius方程中反应速率常数k的指数项(-E/RgT)与指前因子(k0)项存在着相互补偿关系。不仅存在于催化与非催化,均相与非均相的反应体系及需要克服能垒的物理过程,而且也存在于生命与非生命、能源、环境与材料等许多领域。本文对补偿效应的定位、理论解释及适用范围进行了探讨,指出其在化学/化工动力学中占有重要位置,不仅是一条定律,而且是与质量作用定律、Arrhenius定律并列的又一条基本定律。本文从统计学角度对补偿效应进行了概率分析,试图对其给出更为广义的理论解释,并指出,均相反应体系和非均相反应体系本质上都是不均匀的。中间络合物生成具有耗散结构特征,在近平衡(准平衡)线性区进行,无序度减小伴随着能量及无序度的同向变化,这是补偿效应存在的根本原因。从而提出了反应速率常数中能量分布、无序度分布的概率因子。其对补偿效应的概率解释与能量指数分布说/焓熵补偿关系说是统一的而非对立的。进而还讨论了自然指数律/自然补偿律,指出补偿效应是自然界存在/运动所遵循的自然律在化学反应领域的具体体现。     

碱改性γ-Al_2O_3催化剂上羰基硫的低温水解反应 Ⅰ.催化剂活性及补偿效应

以γ-Al_2O_3为载体,用浸渍法负载碱金属和碱土金属氧化物制备了一系列羰基硫水解催化剂。采用微反-色谱联用装置考察了45—100℃低温区内的活性变化规律。结果表明,催化剂活性与金属氧化物组分及含量有着密切关系。在考察各催化剂在不同温度下水解反应速度常数(K)的变化中,发现指前因子(A)与活化能(E)之间存在着补偿效应,活化能增大时指前因子也随之增大。补偿效应参数(K_0)和能量分布指前因子(1/b)均与负载的金属离子半径(d_m)有关。求得了各催化剂的等动力学温度(T),讨论了羰基硫水解反应中存在补偿效应的原因。     

褐煤溶剂萃取传质过程的研究

本文就有关褐煤溶剂萃取传质进行了研究。在本试验的条件范围内,其传质过程主要取决于粒度(半径R)、萃取温度T和时间t。对于小粒子来说,可按下式计算: C_(zt)/C_0=exp(-Kt)对于大粒子则可用扩散模型来表示。文中还提出了划分内外扩散控制区的处理方法。实验证实这种方法是可用的。     

椭球形粒子扩散动力学的研究进展

椭球形粒子作为一类重要的各向异性粒子,在生物、化工以及材料等领域有着广泛的应用。对椭球形粒子的扩散动力学进行深入地研究,不仅可以增进人们对各向异性粒子扩散动力学中基本科学问题的理解,而且可以为含各向异性粒子材料的设计与加工提供理论依据。因此,椭球形粒子的扩散问题一直是粒子扩散研究的焦点。虽然椭球形粒子扩散动力学的研究已经有一百多年的历史,其相关理论、实验和模拟研究工作很多,并取得了较大的进展,但是,系统的综述性文章相对较少。本文系统地总结了椭球形粒子扩散动力学的相关工作,包括:不同流体力学边界条件下椭球形粒子的扩散动力学和平动与转动扩散的耦合行为等。此外,本文还分析了椭球形粒子扩散动力学领域存在的关键科学问题,并对该领域研究方向进行了展望。     

加压氧化气氛下CaO固硫反应和动力学研究

在加压氧化气氛下研究CaO和SO2 的反应并对该过程进行动力学研究。结果表明 :低温时CaO和SO2 反应的直接产物是CaSO3 ;产物中的CaSO4 是CaSO3 氧化和歧化反应的双重结果。在更高温度 (6 5 0℃ )下发生的是CaO的直接硫酸化反应 ;压力相同时 ,升高温度反应速率和转化率增加 ,但存在一最佳的温度为 85 0℃左右。同一温度下 ,随压力的增加 ,CaO的转化率显著增加。包含可变有效扩散系数的未反应核模型 (EUSCModel)能较好地描述加压下CaO的固硫反应过程。在该模型中 ,用于决定反应速率控制步骤的Thiele模数定义为转化率的函数。Thiele模数和转化率的关系表明整个固硫反应过程是动力学和扩散的共同效应 ;计算得出动力学控制和扩散控制下的表观活化能分别为 43 87kJ·mol-1和 5 6 79kJ·mol-1。     

氧化锌脱硫中氧的气氛效应及动力学表征

用热重法研究了含氧气气氛中Ｔ３０５氧化锌硫剂脱除Ｈ２Ｓ的微观动力学。实验表明，２００－２９０℃温度范围，脱硫初期为化学反应控制，中后期转移为晶粒扩散控制。Ｏ２存在会阻碍反 进行。气氛中Ｏ２含量小于０．４％（ｍｏｌ）时，在不同控制区，过程对Ｏ２均为－０．５级；Ｏ２含量超过０．４伴随着深度氧化而使脱硫过程复杂化。脱硫反应动力学行为可用未反应收缩核模型描述。给出了不同控制区的参数估值及动力学表达式。对反     

硫酸锌与组氨酸固液反应的热动力学研究

用微热量计对硫酸锌与组氨酸在水中的固液反应进行了热动力学研究。通过实验和计算得出了该反应的热动力学参数（活化焓,活化熵及活化自由能）,速率常数和动力学参数（活化能,指前因子及反应级数）,并对温度改变对该反应的影响及配合物的合成条件进行了讨论。     

铁钙氧化物高温煤气脱硫剂的制备

针对目前高温煤气脱硫剂多采用复合型金属氧化物,而此类脱硫剂在高温、强还原性气氛中易烧结等情况,设计出以氧化铁为与氧化钙为主体的高温脱硫剂。结果表明,此脱硫剂由于氧化钙的加入,脱硫剂的起始烧结温度随氧化钙含量的增加而提高,烧结过程主要按表面扩散及体积扩散机理进行,且动力学参数计算揭示出烧结活化能与指前因子间存在补偿效应。     

CaO-超细高岭土复合固硫剂固硫动力学研究

利用高岭土的加工产品超细高岭土，制备了CaO-超细高岭土复合固硫剂，用热分析法研究其固硫性能和特征，并用等效粒子模型对该固硫剂固硫反应的动力学过程进行模拟和计算，得到了固硫反应的动力学参数。研究表明，CaO-超细高岭土复合固硫剂有着较好的固硫率，特别是高于1?000?℃时在固硫反应后期的产物层扩散控制阶段呈现很好的固硫率增长，1 009 ℃下固硫率较CaO提高达26％。     

燃煤固硫及催化燃烧一体化添加剂的催化作用机理研究

用热重法研究了燃煤固硫及催化燃烧一体化添加剂对峰峰烟煤的催化燃烧和催化固硫作用，采用非等温燃烧反应模型和粒子模型，计算了加入一体化添加剂前后煤的燃烧反应动力学和固硫反应动力学参数，对一体化添加剂的催化作用机理进行了分析。结果表明，一体化添加剂中金属催化组分Fe2O3对煤的燃烧和固硫组分CaO的固硫均起到了较好的催化促进作用。一体化添加剂的加入可提高煤的燃烧反应速率，外加金属离子通过电荷迁移使碳表面的棱、角、缺陷等活性部位增加，加快了氧气的吸附速度，使反应活化能和频率因子降低。在燃烧固硫反应，一体化添加剂中金属助剂Fe2O3催化了SO2转变为SO3的过程，使固硫组分CaO的硫酸盐化反应表面化学反应速度常数k和有效扩散系数D增大，在固硫反应的产物层扩散控制阶段，Fe2O3的存在使得CaO晶粒团之间相互接触黏连的几率减小，减轻了固硫产物CaSO4的团聚，弱化了扩散作用的影响，减轻了CaO固硫反应的孔窒息效应。     

催化剂对CaO固硫反应动力学的影响

提高CaO的固硫率是对煤炭燃烧污染防治的研究热点。本研究探索用催化剂提高CaO固硫率的可行性及其对固硫反应动力学的影响。用热天平测试了在CaO中添加不同催化剂的固硫反应的进程,并采用等效粒子模型处理实验数据,计算了表面化学反应控制阶段及产物层扩散控制阶段的动力学参数。实验表明,CaO固硫反应初期为表面化学反应控制阶段,后期转为产物层扩散控制阶段。以碱金属的盐类为催化剂,它们均能使固硫反应前期的化学反应控制阶段的反应活化能下降,并按Li,Na,K,Cs的顺序依次递减,而碱金属盐的负离子主要影响产物层扩散阶段的固硫反应。     

Synergistic effect between NO2 and SO2 in their adsorption and reaction on gamma-alumina

Field measurements showed that there exists a correlation between nitrate and sulfate on mineral dust. In this work, the synergistic mechanism of adsorption and reaction between SO2 and NO2 on gamma-alumina was studied using in situ diffusion reflectance infrared Fourier spectroscopy (in situ DRIFTS) and temperature programmed desorption (TPD). The results revealed that the reaction pathway of NO2 adsorbed on alumina was altered in the presence of SO2. In the absence of SO2, nitrite was found to be an intermediate in the oxidation of NO2 to surface nitrate species. However, in the presence of SO2, the formation of nitrite was inhibited and a new intermediate, dinitrogen tetraoxide (N2O4), was observed. On the other hand, surface tetravalent sulfur species S(IV), including bisulfite and sulfite, were oxidized to sulfate in air condition when NO2 was present. The atmospheric implication of this synergistic effect was also discussed.     

催化剂对CaO固硫反应活性的影响研究

用热天平研究了在CaO中添加不同催化剂对固硫反应进程及固硫反应转化率的影响,并采用等效粒子模型处理实验数据,计算了固硫反应两个阶段(表面化学反应控制阶段及产物层扩散控制阶段)的动力学参数。实验表明不同的催化剂对CaO固硫的影响效果和机制不同：催化剂KNO3,NaNO3使表面化学反应活化能和产物层扩散控制阶段反应活化能降低,但同时也使表面化学反应指前因子和扩散系数指前因子降低;而催化剂Fe2O,V2O5增大了表面化学活化能和产物层扩散控制阶段反应活化能,但同时也增大了表面化学反应指前因子和扩散系数指前因子。并发现几种催化剂对活化能和指前因子的影响都具有耦合性,因此单以表面化学反应活化能或产物层扩散控制阶段反应活化能来判断固硫反应活性是不够全面的,应计算出具体温度下的反应速率常数和产物层扩散系数值,才能准确地反映固硫反应的活性。     

Oxidation of CO by SO2: a theoretical study

The elementary reaction SO(2) + CO --> CO(2) + SO((3)Sigma) (1) and the subsequent reaction SO((3)Sigma) + CO --> CO(2) + S((3)P) (2) have been studied by the application of the Gaussian-3//B3LYP quantum chemical approach to characterize the potential energy surfaces and transition state kinetic analysis to derive rate coefficients. Reaction 1 is found to take place via two transition states (TS), a cis-OSOCO TS and a trans-OSOCO TS. Reaction via the cis-TS is concerted and takes place on a singlet surface. Intersystem crossing to the final products occurs after passage through the barrier on the singlet surface. The trans-TS leads to a very weakly bound singlet OSOCO intermediate that then passes through a second TS (on the triplet surface) to form the products. Reaction 2 takes place on triplet surfaces. There is a concerted reaction through a cis-SOCO TS and a weakly bound trans-SOCO has also been identified. Reaction 2 is analogous to the reaction CO + O(2)((3)Sigma) --> CO(2) + O((3)P) (3), and this reaction has been reinvestigated at a similar level of theory and the rate coefficient derived by quantum chemistry is compared with experiment. The sensitive effects of trace impurities such as H(2), H(2)O, and hydrocarbons on the accurate experimental determination of the rate coefficient of reaction 3 is discussed. Using rate coefficients for reactions 1 and 2 obtained via quantum chemical calculations, we have been unable to model the extent of decomposition of SO(2) measured in a shock tube study of reaction between SO(2) and CO [Bauer, S. H.; Jeffers, P.; Lifshitz, A.; Yadava, B. P. Proc. Combust. Inst. 1971, 13, 417]. In light of the known sensitivity of reaction 3 to trace impurities, we have incorporated trace amounts of H(2), CH(4), or H(2)O, together with our rate coefficients for (1) and (2), in a kinetic model of Alzueta et al. [Combust. Flame 2001, 127, 2234], which is then shown to be able to substantially model the SO(2) data of Bauer et al. In the course of this modeling study we also computed heats of formation for a number of sulfur-containing small molecules: HS, HSO, HSOH, HOSO, HS(2), HSO(2), HOSO(2), HOSOH, and HOSHO.     

SO_4~(2-)/TiO_2超强酸催化剂的XPS研究

采用ＸＰＳ技术对不同焙烧温度、不同Ｈ２ＳＯ４浓度、不同ｐＨ值和齐聚反应后ＳＯ２４／ＴｉＯ２超强酸催化剂的表面元素电子结合能及表面元素的相对含量进行了分析。结果表明，焙烧温度、Ｈ２ＳＯ４浓度和齐聚反应对催化剂表面Ｔｉ、Ｏ、Ｓ的氧化态没有影响，对其电子结合能影响亦不大。Ｏ（２）至少可以归结为三种存在形式的氧；ＳＯ２４可以在催化剂表面富集，当Ｈ２ＳＯ４浓度为０．５ｍｏｌ／Ｌ时，表面富集最为显著，且催化剂表面和总体含硫量都较高；Ｈ２ＳＯ４浓度太高或太低时，催化剂表面和总体含硫量都不太适宜。当焙烧温度升高时，催化剂表面及总体含硫量都呈下降趋势。ｐＨ变化对其硫含量也有影响。齐聚反应后，表面的硫含量下降。     

烧结程度对CaO固硫反应转化率及动力学参数的影响

The conversion and kinetic parameters of desulfurizors of CaO of different particle agglomeration degree are investigated with themogravimetric method (TG). The results showed that the CaO particle agglomeration degree increases when CaO calcined temperature or time increases. The dusulfurizors that have higher particle agglomeration degree have low conversion in the desulfurization reaction. The kinetic behavior of desulfurization can be explained by a grain model. The activity energies of suface reaction (Ea) and of product layer diffusion (Ep) were determined by using the grain model. The overall rates of desulfurization are controlled initially by surface chemical reaction, and then shift to product layer diffusion control. The activity energy of surface reaction (Ea) enhances when the CaO particle agglomeration degree increases.     

Cu-ZnO-Al2O3甲醇合成催化剂活性组分的高温动态变化

 采用XRD和XPS方法考察了Cu－ZnO－Al2O3甲醇合成催化剂在高温焙烧、还原和反应过程中活性组分的动态变化．结果表明,高温焙烧可造成活性组分晶粒的生长,ZnO晶粒比CuO晶粒更易于生长和在表面富集,从而引起Cu／Zn比下降．在还原和反应过程中,一方面H与Cu相互作用引起的Cu粒子表面自由能的降低远大于H对ZnO的影响,使得Cu粒子的生长在热力学上更有利;另一方面,由于Cu的熔点较低,造成Cu粒子的表面迁移活化能较低,表面扩散系数较高,受表面扩散所支配的粒子移动引起的晶粒生长较快,而ZnO由于熔点较高,在氢气气氛中粒子生长较慢．与焙烧后的催化剂相比,还原及反应后的催化剂表面Cu／Zn比明显增大．