化学链制氢中Fe2O3/LaFeO3载氧体的性能研究

采用柠檬酸络合法制备Fe₂O₃/LaFeO₃复合氧化物,将该氧化物作为化学链制氢过程的载氧体,在反应温度为900 ℃、常压下,对Fe₂O₃/CH₄（剂烷比）、进水量、金属负载量进行了考察。结果表明,剂烷比为2：1、进水量为0.1 mL、质量分数15%Fe时载氧体性能最好,甲烷转化率达到60%,单次循环氢气产量为45 mL。将该评价结果与XRD和H₂-TPR表征结果进行关联发现,反应过程的活性位不是金属氧化物,而是吸附氧,而且吸附氧越容易还原,甲烷转化率和氢气产量越高。通过连续60次还原-氧化循环发现,该载氧体上甲烷转化率和氢气产量比较稳定,循环后仍然保持钙钛矿结构。     

Fe2O3/LaNiO3载氧体在化学链制氢中应用的可行性研究

采用柠檬酸络合法制备了Fe2O3/LaNiO3复合氧化物,将该氧化物作为化学链制氢反应的载氧体,对燃料反应器温度、蒸汽反应器温度、剂烷比(Fe2O3/CH4)、进水量等工艺条件进行了考察。实验结果表明:燃料反应器温度达到800℃以上甲烷都可以全部转化,燃料反应器温度、剂烷比和进水量对氢气产量影响比较大。在燃料反应器温度为850℃、蒸汽反应器温度为900℃、常压、剂烷比为2/1,进水量为0.1 mL时对载氧体进行连续60次氧化-还原循环,结果是前57次循环载氧体稳定性非常好,从第58次循环开始氢气产量迅速下降,结合XRD和TEM表征发现载氧体在高温下连续进行氧化-还原反应,导致部分载氧体结构发生分解,失去了原来结构具有很强的储氧-释氧能力,导致氢气产量下降,稳定性变差。     

煤化学链燃烧Fe2O3载氧体的反应性研究

利用流化床反应器并以水蒸气作为气化-流化介质,研究了温度、反应时间、循环数对Fe₂O₃载氧体反应性的影响。实验表明,载氧体与煤气化产物的反应性随温度升高而增强,且温度越高,反应受化学反应控制时间越短。当温度高于900℃时,煤中碳转化为CO₂的比率大于90%,载氧体体现了很好的反应性,但反应温度低于850℃时,比率小于75%。反应温度900℃时,CO₂干基浓度随循环数而逐渐降低,CO、CH₄浓度增加,且CH₄浓度值大于CO。利用XRD、SEM分析了固体反应产物成分与微观形态结构。分析表明,Fe₂O₃的还原产物为Fe₃O₄,载氧体颗粒随循环数增加而逐渐烧结。     

惰性载体对CaSO4载氧体化学链燃烧性能的影响

为提高化学链燃烧中CaSO₄载氧体的机械强度和反应活性,采用机械混合法制备了负载甘油、硅溶胶以及拟薄水铝石惰性载体的CaSO₄载氧体,并对其机械强度、反应特性等进行了实验研究。结果表明,甘油和硅溶胶的加入可显著提高CaSO₄载氧体的机械强度,而拟薄水铝石作用较小。热重还原实验表明,甘油和硅溶胶的加入可加快载氧体与甲烷的反应速率,缩短反应时间。XRD分析表明,惰性载体的加入不会影响CaSO₄向CaS转化,CaSO₄接近完全转化。     

铜基载氧体与可燃固体废弃物化学链燃烧特性研究

采用机械混合法制备了铜基载氧体,利用两段式管式炉反应平台和磁悬浮热重分析仪分别研究了铜基载氧体与石墨、可燃固体废弃物典型组分及可燃固体废弃物热解气模型物CH₄的化学链燃烧特性。结果表明,机械混合法制备的Cu80Si950载氧体强度高,具有良好的转化率和循环稳定性,是实现可燃固体废弃物化学链燃烧的一种比较理想的载氧体。利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和颗粒强度测定仪对各个反应阶段载氧体进行分析。结果表明,Cu80Si950载氧体参与反应后表面结构发生巨大改变,机械强度骤降。多次循环之后载氧体结构趋于规则均匀化,形成类似球棒形状的大孔隙率结构,强度保持不变,使得载氧体在长时间使用过程中反应性能得以维持。     

铁矿石载氧体化学链燃烧高温还原表征

基于热重分析仪研究了950℃下天然赤铁矿石载氧体与H2还原反应过程中的反应性能,并借助于X射线衍射仪(XRD)和扫描电镜与电子能谱(SEM-EDS)联用,对还原反应固体产物进行了表征.研究表明,950℃下载氧体反应速率最大值出现在转化率为0.11时,此阶段主要是由Fe2O3完全转化为Fe3O4,反应很容易进行.随后反应...     

Fe2O3/ATP载氧体制备及煤化学链燃烧性能研究

以天然凹凸棒(ATP)为载体,分别利用机械混合法、浸渍法和溶胶-凝胶法制备了3种铁基复合载氧体。利用X射线衍射(XRD)、能谱(EDS)、N₂-吸附脱附等温线等对其进行物化表征,并在900 ℃流化床中考察其煤化学链燃烧反应性能。结果表明,ATP能显著增加载氧体比表面积和抗磨损能力,并对煤转化过程有催化作用,其与Fe₂O₃的协同作用使初始碳转化速率显著提高。溶胶-凝胶法制备的U-Fe4ATP6表面Ca元素含量为4.3%,比表面积为4.920 7 m²/g,均高于其他两种载氧体,表现出更高的催化性能和反应活性:初始碳转化速率为0.168 min^-1,平均CO₂浓度为98.6%,燃烧效率为98.7%。20次反应后,U-Fe4ATP6催化性能略有降低,对应的初始碳转化速率降至0.108 min^-1,停留时间t₉₅延长到18 min;且能维持较高的反应活性,对应的CO₂捕集效率和燃烧效率分别稳定在98.6%和96.7%。     

化学链燃烧中CaSO4复合载氧体的实验研究

采用浸渍法制备CaSO4复合载氧体,在固定床上进行甲烷化学链燃烧实验研究.探讨了还原温度、CH4含量、载氧体的颗粒粒径和质量等因素对还原反应的影响.结果表明,Ni-Fe混合添加剂显著提高CaSO4载氧体的反应活性;合适的还原温度为925℃左右;CH4含量的降低和载氧体质量的增加,将抑制积炭的发生,并获得较高气体转化率;...     

富氧条件下Ag/LaMn1-xPdxO3催化剂直接分解NO研究

分别使用柠檬酸络合法和浸渍法制备了钙钛矿型复合氧化物催化剂LaMn1-xPdxO3(x=0,0.01,0.02,0.03,0.04)和不同Ag负载量的Ag/LaMn0.99Pd0.01O3催化剂.使用XRD,BET手段对各催化剂进行了表征,同时在反应条件NO 0.1%,O2 8%,H2O 0或10%,SO2 0或0.008%,N2为平衡气体,接触时间为0.03g·s·ml-1(GHSV=30000h-1)下对催化剂的活性进行了考察.实验结果发现,当贵金属Pd在B位部分替代Mn时,替代量x=0.01时的催化剂对于催化氧化分解NO反应具有最高活性.另外,在LaMn0.99Pd0.01O3催化剂上负载2%Ag也明显提高了催化剂的活性.而且LaMn0.99Pd0.01O3和2%Ag/LaMn0.99Pd0.01O3催化剂尽管抗水性能不好,但却具有较强的抗SO2性能.     

化学链重整过程中LaFeO3载氧体的CH4部分氧化反应机理研究

本研究基于密度泛函理论(DFT)计算揭示了化学链重整过程中LaFeO₃载氧体的CH₄部分氧化反应机理,通过系统研究CH₄吸附活化、H₂和CO形成以及氧扩散等基元反应步骤,构建了CH₄部分氧化反应网络。研究发现,CH₄发生逐步脱氢反应形成H原子,其中,CH₃脱氢反应所需要克服的能垒(1.50 eV)最高,是CH₄逐步脱氢反应的限速步骤。载氧体表面H₂形成有两种路径,其中,H原子从O顶位迁移到Fe顶位,然后与另外O顶位的H原子成键形成H₂分子是主要途径。由于其相对较低的能垒(1.27 eV),CO的形成过程较易发生。氧扩散需要克服1.35 eV的能垒,表明氧扩散过程需要在高温下进行且扩散速率较低。通过比较各基元反应能垒,发现H₂形成是LaFeO₃载氧体CH₄部分氧化反应动力学的限速步骤,而H迁移是限制H     

LaMnxFe1-xO3催化剂的制备及其对甲烷燃烧的催化性能

采用共沉淀法,以（NH₄）₂CO₃为沉淀剂制备钙钛矿型催化剂LaMn_xFe_1-xO₃（x=0, 0.2, 0.4, 0.6, 0.8, 1.0）,其结构和性能经XRD、 BET、 H₂-TPR、 SEM和TG-DSC表征。以催化甲烷燃烧为目标反应,考察了其催化性能,研究不同量离子掺杂对催化剂性能影响。结果表明：随着Mn离子掺杂量增加,催化剂的比表面积先变大后变小;LaMn_0.2Fe_0.8O₃的比表面积为42.1 m²·g^-1,催化活性最好,起燃温度T_l0%为400 ℃,完全转化温度T_90%为550 ℃。     

Application of Fe2O3/Al2O3 Composite Particles as Oxygen Carrier of Chemical Looping Combustion

Chemical looping combustion (CLC) of carbonaceous compounds has been proposed, in the past decade, as an efficient method for CO2 capture without cost of extra energy penalties. The technique involves the use of a metal oxide as an oxygen carrier that transfers oxygen from combustion air to fuels. The combustion is carried out in a two-step process: in the fuel reactor, the fuel is oxidized by a metal oxide, and in the air reactor, the reduced metal is oxidized back to the original phase. The use of iron oxide as an oxygen carrier has been investigated in this article. Particles composed of 80 wt% Fe2O3, together with Al2O3 as binder, have been prepared by impregnation methods. X-ray diffraction (XRD) analysis reveals that Fe2O3 does not interact with the Al2O3 binder after multi-cycles. The reactivity of the oxygen carrier particles has been studied in twenty-cycle reduction-oxidation tests in a thermal gravimetrical analysis (TGA) reactor. The components in the outlet gas have been analyzed. It has been observed that about 85% of CH4 converted to CO2 and H2O during most of the reduction periods. The oxygen carrier has kept quite a high reactivity in the twenty-cycle reactions. In the first twenty reaction cycles, the reaction rates became slightly higher with the number of cyclic reactions increasing, which was confirmed by the scanning electron microscopy (SEM) test results. The SEM analysis revealed that the pore size inside the particle had been enlarged by the thermal stress during the reaction, which was favorable for diffusion of the gaseous reactants into the particles. The experimental results suggested that the Fe2O3/Al2O3 oxygen carrier was a promising candidate for a CLC system.     

La0.8Sr0.2Fe1-xScxO3-δ催化剂的制备、表征及甲烷催化燃烧性能

采用甘氨酸-硝酸盐溶液燃烧法制备了钙钛矿型氧化物催化剂La_0.8Sr_0.2Fe_1-xSc_xO_3-δ (LSFS, x=0, 0.3,0.4, 0.5, 0.6, 0.8, 1), 利用X射线衍射(XRD)、H₂程序升温还原(H₂-TPR)、扫描电子显微镜(SEM)和比表面积测试等手段对催化剂进行了系统表征, 并在常压微型固定床反应器上考察了催化剂对甲烷燃烧的催化性能. 结果表明, 经空气气氛下900 °C煅烧5 h制备的LSFS均具有单一的钙钛矿结构, 在La_0.8Sr_0.2FeO_3-δ (LSF)中掺杂Sc有助于改善催化剂的抗烧结性能, 提高催化剂的比表面积. 当LSF 中的Sc 掺杂量为0.4-0.6 时, 所形成的LSFS表现出良好的甲烷催化燃烧活性, 其中Sc 掺杂量为0.5 时, 其起燃温度(T₁₀)和完全转化温度(T₉₀)分别为406和563 °C, 与La_0.8Sr_0.2FeO_3-δ和La_0.8Sr_0.2ScO_3-δ相比, T₁₀分别降低了14和87 °C; T₉₀分别降低了59和95 °C.     

镧钴镍复合氧化物催化剂的制备及催化甲烷燃烧活性研究

采用共沉淀法制备LaNi_1-xCo_xO₃系列催化剂(x=0,0.2,0.4,0.6,0.8,1.0),研究B位离子Co的掺杂对单钙钛矿LaNiO₃催化甲烷燃烧性能的影响。通过X射线衍射(XRD)、比表面积测定(BET)、程序升温还原(H₂-TPR)、扫描电镜(SEM)、热重分析(TG-DSC)等实验技术对催化剂的结构和性能进行考察,以催化甲烷燃烧为目标,考察其对催化剂性能的影响。研究结果表明：Co离子的掺杂会改变单钙钛矿的晶型结构,改善催化活性,当x=0.8时,LaNi_0.2Co_0.8O₃的催化甲烷燃烧活性最好,其比表面积为22.4 m^₂.g^_-1,T_10%(起燃温度)为475℃,T_90%(完全转化温度)为610℃,反应活化能最小,为91.4KJ/mol。     

Mild hydrothermal synthesis and ferrimagnetism of Pr3Fe5O12 and Nd3Fe5O12 garnets

Two pure light rare earth iron garnets Pr₃Fe₅O₁₂ and Nd₃Fe₅O₁₂ single crystals were synthesized under mild hydrothermal conditions and structurally characterized by single crystal and powder X-ray diffraction methods. Both compounds crystallize in cubic space group Ia3?d with lattice parameters a=12.670(2) Å for Pr₃Fe₅O₁₂ and a=12.633(2) Å for Nd₃Fe₅O₁₂, respectively. The synthesis of compounds was studied with regard to phase evolution and morphology development with hydrothermal conditions. We proposed the formation mechanisms and formulated a reasonable explanation for their growth habits. Ferrimagnetic Curie temperatures which have been inferred from thermo-magnetization curves were 580 K for Pr₃Fe₅O₁₂ and 565 K for Nd₃Fe₅O₁₂, and the transitions of long range order were also evidenced by differential scanning calorimetry method. The result of magnetic properties has shown that moments of the large radius Pr³⁺ and Nd³⁺ ions are parallelly coupled with net moments of iron ions.     

Pt/γ-Al2O3/CexZr1-xO2催化剂低温催化燃烧去除饮食油烟

以CexZr1-xO2固溶体做载体, 制备了系列Pt/γ-Al2O3/CexZr1-xO2催化剂(x=1, 0.75, 0.5, 0.25, 0). 应用Brunauer-Emmet-Teller (BET)比表面积分析、X射线衍射(XRD)和H2程序升温还原(H2-TPR)等手段对催化剂进行相关表征, 并系统研究了催化剂在饮食油烟催化燃烧中的催化活性. BET结果表明催化剂的比表面积随Ce/Zr摩尔比的减小而减小. XRD结果表明贵金属Pt很好地分散在氧化铝和CexZr1-xO2固溶体上. H2-TPR结果发现催化剂Pt/γ-Al2O3/Ce0.5Zr0.5O2的还原峰面积最大且氧离子的流动性最好. 催化活性研究结果表明Pt负载在CexZr1-xO2固溶体上有利于油烟的催化燃烧, 降低了反应温度. 随着CexZr1-xO2固溶体中Ce/Zr摩尔比的变化, 催化剂的活性顺序为Pt/γ-Al2O3/Ce0.5Zr0.5O2>Pt/γ-Al2O3/Ce0.25Zr0.75O2>Pt/γ-Al2O3/Ce0.75Zr0.25O2>Pt/γ-Al2O3/CeO2>Pt/γ-Al2O3/ZrO2.     

Ni/NiCo2O4电极的制备及其析氧反应性能

采用溶胶-凝胶法制备NiCo₂O₄尖晶石粉体, 然后以多孔Ni 为基体, 通过复合溶胶涂覆结合烧结制备Ni/NiCo₂O₄ 涂层电极. 运用扫描电子显微镜(SEM)、能量色散谱(EDS)和X 射线衍射(XRD)表征粉体以及Ni/NiCo₂O₄涂层电极的组成和结构. 采用循环伏安(CV), 稳态极化(LSV), 电化学阻抗谱(EIS), 恒电位阶跃以及恒电位长时间电解研究涂层电极在5 mol·L^-1 KOH溶液中的电催化析氧反应(OER). 结果表明: Ni/NiCo₂O₄涂层电极与多孔Ni 电极对比, 具有低的析氧过电位、高的比表面积和高的稳定性能; 其中比表面积增大了28.69倍,表观活化能在不同过电位分别降低了166.78和162.15 kJ·mol^-1.     

LaFe1-xNixO3甲烷燃烧催化剂的制备及其性能研究

采用共沉淀法制备单钙钛矿型催化剂LaFe_1-xNi_xO₃（x=0, 0.2, 0.4, 0.6, 0.8, 1.0）系列催化剂,其结构和性能经XRD、 BET、 H₂-TPR和TG-DSC。以催化甲烷燃烧为目标反应,考察不同Ni₂₊掺杂量对催化活性的影响。结果表明：不同掺杂量的Ni₂₊对该系列催化剂性能影响较大,催化活性均呈现先变大后变小的趋势,其中LaFe_0.6Ni_0.4O₃催化剂的比表面积为13.4 m₂·g^-1,催化活性最好,起燃温度T_10%为402 ℃,完全转化温度T_90%为542 ℃。     

Substitution of Co in YBa2Fe3O8

The accommodation of Co in the oxygen-saturated solid-solution phase YBa₂(Fe_1−zCo_z)₃O_8+w has been investigated by powder X-ray and neutron diffraction techniques, as well as by Mössbauer spectroscopy. Of the nominal composition range 0.00?z?1.00 tested, the solid-solution limit under syntheses at 950°C in is z=0.47(5). No symmetry change in the nuclear and magnetic structures is seen as a consequence of the Co substitution, and the Co atoms are distributed evenly over the two sites that are square-pyramidally and octahedrally coordinated for w=0. The oxygen-saturated samples maintain their oxygen content roughly constant throughout the homogeneity range, showing that Co³⁺ replaces Fe³⁺. Despite the nearly constant value of w, Mössbauer spectroscopy shows that the amount of tetravalent Fe slightly increases with increasing z, and this allows Co to adopt valence close to 3.00 to a good approximation. The magnitude of the antiferromagnetic moment (located in the a,b plane) decreases with z in accordance with the high-spin states of the majority Fe³⁺ and Co³⁺ ions. Bond-valence analyses are performed to illustrate how the structural network becomes increasingly frustrated as a result of the substitution of Fe³⁺ by the smaller Co³⁺ ion. A contrast is pointed out with the substitution of cobalt in YBa₂Cu₃O₇ where it is a larger Co²⁺ ion that replaces smaller Cu²⁺.