生物质与煤混燃机理:固态沉积特性

为了解在1 200 ℃不同反应时间条件下宜阳煤与水稻秸秆混燃的沉积性质,以18 kW的沉降炉为实验平台,利用扫描电镜及能谱,X射线衍射和电子探针方法对混燃的沉积物进行研究。研究表明,不同的混合比例或者不同反应时间条件下,沉积物中的Si、Al和Ca元素变化不大;表面的钾长石的黏性使沉积物更容易富集,而沉积物内部钾长石使沉积物的结构更加稳定;铝硅酸盐和Fe元素在沉积过程中都起了重要的作用。     

二氧化碳激光诱导沉积银层的表征

对运用二氧化碳激光诱导局域沉积的银层进行了扫描电镜(SEM)、电子探针(EPMA)、原子力显微镜(AFM)和X射线光电子能谱(XPS)分析.结果表明:沉积层在基体环氧树脂玻璃纤维板表面呈"孤岛状"分布,没有宏观导电性;而且由于在沉积过程中一部分沉积物扩散到基体内部,使沉积层与基体有很好的结合力,它又充当了后续的化学镀铜层与基体间的过渡层;试验证实沉积层中的银以单质形式存在,除银外,还含有氧、氮、碳等杂质元素.     

“华光礁Ⅰ号”沉船出水青白瓷表面沉积物的分析

为探讨"华光礁Ⅰ号"沉船出水陶瓷器表面沉积物的成分及物相,以青白瓷为例,利用扫描电镜(SEM)和能谱仪(EDS)联用、X射线荧光(XRF)、X射线衍射分析(XRD)三种分析方法,对青白瓷表面不同颜色的沉积物进行了结构和化学组成的测试.结果表明,沉积物主要以碳酸盐类的文石、方解石以及含铁类的磁铁矿、针铁矿为主.本研究可为南海海域出水陶瓷器的保护提供参考和借鉴.     

不同预处理方法对准东高碱煤中碱金属含量测定的影响

以四种不同的准东高碱煤及气化飞灰为研究对象,对高碱煤及气化飞灰中碱金属(Na、K)的赋存形态,以及不同预处理方法(低温灰化法、直接消解法、中国国标法、萃取法及氧弹燃烧法)对准东高碱煤及气化飞灰中碱金属(Na、K)含量测定的影响进行了测试分析。结果表明,准东高碱煤中碱金属Na主要以水溶态形式存在,碱金属K主要以水不溶态形式存在;不同的预处理方法对准东高碱煤中碱金属(Na、K)含量的测定结果影响显著,对于准东高碱煤及气化飞灰中碱金属(Na、K)含量测定,建议采用氧弹燃烧法,萃取法也可以相对准确地反映煤中碱金属Na的含量。     

碱金属钾对Ni基催化剂纤维素水蒸气气化活性的影响

采用两段式催化气化方式研究了生物质热解气化过程中碱金属的挥发对Ni基催化剂活性的影响。实验结果表明,负载K盐的纤维素水蒸气催化气化过程中,K挥发后会在催化剂表面沉积,而少量K的存在和表面沉积不但能够提高镍基催化剂的抗积炭能力,而且有助于提高其催化活性,产生更多的氢气。然而纤维素中K的浓度过大,将会抑制Ni基催化剂的效果;K在催化剂上的沉积随催化剂循环次数的增加而增加,K的含量愈高,对催化剂的抑制效果愈明显,从而缩短了催化剂的使用寿命。     

玉米秸秆与塑料PE共气化过程中碱金属迁移行为的研究

选取一定混合比例的玉米秸秆与塑料PE制成混合燃料,采用固定床实验台,通过改变反应温度,并结合化学热力学平衡分析、X射线衍射及扫描电子显微电镜能谱分析技术对共气化过程中碱金属的迁移行为进行研究。结果表明,气化气中碱金属以气态组元KCl、K₂Cl₂、NaCl形式存在。混合燃料中掺入塑料PE后,C、H含量增加,H使得共气化反应中更容易与Cl反应生成HCl,而非KCl,同时C更容易与K结合,导致K的释放率低于单独玉米秸秆气化,但使Na释放率增加。灰中碱金属化合物以KCl、NaCl、K₂SO₄、KAlSi₃O₈、KAlSiO₄、NaAlSi₃O₈、NaAlSiO₄为主,气化温度高于800℃后灰中K、Na、Cl更易沉积于微孔边缘。     

钾对镁铝水滑石复合氧化物的表面改性

利用X射线衍射(XRD), X射线光电子能谱(XPS), 原位红外(in situ IR)光谱和CO2程序升温脱附(CO2-TPD)等技术研究了K对Mg-Al水滑石复合氧化物(MgAlO)的表面改性. 结果表明, 当K负载量臆8%(w)时, K高度分散在MgAlO表面, 并与载体作用形成了新的Lewis碱位. 其中, K取代MgAlO弱碱位OH上的质子形成弱碱性的Mg(Al)-O-K; 与强碱位表面O2-结合形成强碱性的Mg-O-K. 当K负载量为5%-8%(w)时, 还存在与载体作用较弱并具有更强碱性的准自由KOx. K增强MgAlO碱性的本质是K的电荷转移到了表面氧负离子上.     

碱金属助剂对 Au-Pt/CeO2 催化剂催化水煤气变换反应活性的影响

 制备了碱金属 M (M = Na, K, Rb 和 Cs) 掺杂的 Au-Pt/CeO2 催化剂, 考察了其催化水煤气变换反应的活性, 并采用 X 射线衍射、H2 程序升温还原、紫外-可见漫反射光谱和 X 射线光电子能谱技术研究了 K 助剂对 Au-Pt/CeO2 催化剂结构和表面性质的影响. 结果表明, 添加少量电负性较低的 K 虽然使 Pt 的还原变得困难, 但有利于 Au 金属态的稳定, 并使催化剂表面 Ce3+ 富集而产生氧空位, 显著提高了 Au-Pt/CeO2 催化剂活性. 当 K 负载量为 0.025%, 反应温度 250 oC 时, CO 转化率可达 95%.     

Mn_xCo_(3-x)O_4复合氧化物及改性催化剂催化分解N_2O

用共沉淀法制备了一组不同组成的MnxCo3-xO4尖晶石型复合氧化物,表面负载碱金属助剂制备改性催化剂,用于催化分解N2O.用X射线衍射(XRD)、N2物理吸附(BET)、红外光谱(FTIR)、扫描电镜(SEM)、H2程序升温还原(H2-TPR)、X射线光电子能谱(XPS)等技术表征催化剂结构.考察了复合氧化物组成、碱金属助剂类型、钾前驱物等制备参数对催化剂结构和催化活性的影响.结果表明:添加助剂K、Cs降低了催化剂表面Co、Mn元素的电子结合能,弱化了Co—O和Mn—O键,有利于氧物种的脱除,提高了催化剂活性.优化出了活性较高的催化剂K/Mn0.4Co2.6O4(K2CO3),有氧无水、有氧有水气氛400℃连续反应50 h,N2O转化率分别保持100%和74.2%,催化剂稳定性较高.     

准东煤燃烧碱金属析出气、固相分布特性

采用萃取法测量了准东煤中不同赋存形式碱金属(Na、K)的含量,Na以水溶性为主,占59%,K主要以不可溶的硅铝酸盐存在,占总量的53%。进行准东煤燃烧实验,燃烧温度为400-950℃,研究了高碱准东煤燃烧过程中碱金属在气、固两相中的分布。结果表明,随温度升高,煤粉成灰率降低,Na从煤中不断析出进入气相;而K在400℃时,气相中的含量低于固相,温度高于500℃,气相中的含量超过固相并基本保持不变;碱金属在固相中出现富集现象,灰中碱金属的质量分数随温度升高;气相中的Na主要来源于水溶性,析出的K除了可溶性外,还有部分来自不可溶的硅铝酸盐;根据国标灰的XRD分析,煤中碱金属在燃烧过程中会与SiO_2和Al_2O_3反应生成钠长石和霞石等低熔点化合物。     

Thermal characterization of biomass smoke particles

In this paper we present results on characterization of filter-collected redwood (Sequoia sempevirens)-needle and eucalyptus smoke particles by thermal, optical, and solvent extraction methods. Our results show that black carbon and a significant fraction of organic carbon in biomass smoke particles have similar volatility and combustion temperatures. Combustion temperatures of both black carbon and this organic fraction critically depend on the concentrations of common constituents of biomass smoke such as Na and K. These species are also known to catalyze the combustion and therefore lower the combustion temperatures by more than 100 °C. Consequently, thermal methods that rely on a specific temperature to separate organic from black carbon may either underestimate or overestimate the black and organic carbon concentrations, depending on the amounts of Na and K and on the composition and concentration of organic material present in a sample. These results suggest that more than one method must be used to accurately determine the organic and black carbon concentrations in biomass smoke particles.     

水煤浆燃烧炉内固体残留物的微观分析

以不同特性煤浆的炉内燃烧固体残留物为研究对象，对取自炉内不同部位及沉积于硅碳棒和灰污探针上的典型燃烧灰的化学成分、矿物组成、元素分布及微观结构等进行分析研究。结果表明，水煤浆灰样中含Al、Fe、Ca的化合物和矿物的质量分数高于黑液浆，Na、K、S、Cl的情况与此相反。Fe的富集是造成水煤浆沾污结渣的根本原因。Na和Fe是引起黑液浆沾污结渣的主要矿物元素，Na的作用比Fe更大。黑液浆灰样中含有大量的霞石和硫酸钠等低熔融温度富钠化合物，Na是引起沾污结渣的根源。微观分析结果与实际燃烧状况是一致的，黑液浆结渣特性强于水煤浆，并且二者的灰沉积机理是不同的。     

O2/CO2循环燃烧方式下矿物元素蒸发特性的热力学研究

运用热力学平衡计算方法（F*A*C*T）对O2/CO2循环燃烧方式下矿物元素的蒸发特性进行了研究，并采用高温热天平进行了实验验证。结果表明，各矿物元素蒸发的主要形态分别是Na(K)Cl(g), FeO(g)和SiO(g)，反应气氛和温度对矿物元素蒸发形态和蒸发率有明显影响。O2/CO2循环燃烧方式下矿物元素的蒸发率均小于常规空气燃烧，尤其是还原性气氛中，当温度为2400 K时，常规空气燃烧矿物总蒸发率为9.65％，而O2/CO2循环燃烧方式矿物元素总蒸发率仅为4.46％。实验值比计算值略高，但主要趋势相同。     

水稻秸秆与PVC塑料共气化过程中钾、钠、氯的迁移行为

采用固定床反应器,结合X射线衍射(XRD)表征和热力学计算研究了水稻秸秆与PVC塑料共气化过程中钾钠氯的迁移和状态变化。结果表明,混合物中氯的释放率与反应温度和PVC塑料的量(氯含量)有关。当反应温度为800~900℃时,PVC的量对混合物中氯元素释放率的影响最为显著;气化温度达900℃时,含PVC 20%(氯含量为11.5%)的水稻秸秆混合物中,氯元素的释放率较纯水稻上升了16.5%。与此同时,氯含量的增加也促进了钾钠在气相中的释放。气化温度为850℃时,当混合物中PVC比例大于20%(氯含量大于11.5%)时,氯对钾钠的气相析出有一定抑制作用;钾钠以KCl和NaCl的形式滞留在固相中,其含量随着混合物中PVC量的升高而降低。     

Thermodynamic equilibrium study of mineral elements evaporation in O2/CO2 recycle combustion

The facility for the analysis of chemical thermodynamics method (F*A*C*T) based on the Gibbs energy minimization principle, was used to characterize the evaporation of mineral elements of coal in O₂/CO₂ recycle combustion. The effects of atmosphere and temperature on the speciation of mineral species were discussed. The results show that Na(K)Cl(g), FeO(g), and SiO(g) are the dominant gaseous species of the mineral elements. The dominant species of mineral elements in flue gases depend on both the combustion conditions (reducing or oxidizing) and the atmosphere. In O₂/CO₂ mixture combustion, the evaporation rate of mineral elements is much lower than that in air combustion, especially under reducing atmosphere. The total evaporation of mineral elements in O₂/CO₂ atmosphere and air combustion under reducing conditions is 4.46% and 9.65% respectively, up to the temperature of 2400 K. The calculation values are consistent with the experiment values. The decrease in the mineral element evaporation is helpful to suppress the tendency to form fine particle matter and the tendency of initial ash deposition.     

不同反应气氛下准东高钠煤中钠的迁移转化与积灰特性

为了获得循环流化床工艺下不同反应气氛对准东高钠煤中钠的迁移转化与积灰特性的影响,在0.4t/d循环流化床实验装置上开展了相同床温(950℃)下的新疆沙尔湖高钠煤的气化(还原性气氛)与燃烧(氧化性气氛)实验研究。结果表明,气化和燃烧气氛下飞灰与积灰中Na主要以NaCl的形式存在;气化比燃烧更容易将Na、Cl固留在底渣和飞灰中,相应的进入气相中的Na、Cl更少;燃烧气氛下,部分NaCl会被烟气中的SO_2硫化,生成稳定性更高的Na_2SO_4并冷凝在飞灰和积灰棒表面,燃烧过程中产生的飞灰粒径更细,积灰更严重;沙尔湖煤燃烧与气化过程中存在HCl对金属壁面的腐蚀。     

In situ Analysis of Na and K in a Laminar Premixed Flame by Laser-induced Breakdown Spectroscopy

Laser-induced breakdown spectroscopy（LIBS） was used to in situ monitor the concentration of alkali elements in combustion environments. Particular efforts were made to optimize the temporally resolved spectra of Na and K elements. Calibration curves were constructed by relating the intensities of the specific lines to the corres- ponding elemental concentrations. The detection limits of Na and K elements were found to be temperature- dependent. The results indicate that LIBS can be a powerful tool for in situ monitoring Na and K concentrations in combustion environments.     

生物质热解和气化过程Cl及碱金属逸出行为的化学热力学平衡分析

减少生物质在热转化反应器中Cl与碱金属K和Na以气态组元逸出可有效遏制积灰、腐蚀等现象和减少污染气体排放。采用化学热力学平衡分析方法，在400K~1600K研究了秸秆、树皮、木屑、废木和橄榄渣五种生物质在过剩空气系数分别为0、0.4、0.8的热解和气化过程中Cl与碱金属K和Na的赋存形态变化及逸出特性。结果表明，Cl在热解和气化过程中主要是以KCl(s)、HCl(g)、KCl(g)、(KCl)2(g)和NaCl(g)化合物赋存并相互转化；在800K~1000K时，含Cl固态组元逐渐转化为气态组元；K和Na在900K时开始以气态组元逸出，且热解过程有少量KCN(g)和NaCN(g)逸出，而气化过程，温度大于1000K随过剩空气系数的增加，KCl(g)、K(g)和Na(g)等气态组元量逐渐减少，逐渐转化为NaCl(g)、KOH(g)和NaOH(g)；减少Cl和碱金属K和Na逸出的理论最佳热解和气化温度分别为800K和900K。     

TG–MS analysis of thermal behavior and gaseous emissions during co-combustion of straw with municipal sewage sludge

The thermal behavior and gas product distribution during combustion of straw (wheat straw, corn stalks, and cotton stalks), municipal sewage sludge (MSS), and their blends were investigated by thermogravimetry–mass spectroscopy. The experiments were conducted with various blending ratios and temperatures ranging from 323 to 1,173 K. Addition of MSS decreased the combustion performance of the straw. The reactions between wheat straw and corn stalks with MSS proceeded more easily than that of cotton stalks. Significant interactions were observed between the straw and MSS at the char combustion stage. Gaseous species (CO₂, SO₂, NH₃, HCN, and NO) were mainly produced at temperatures of 523–873 K at which most of the mass loss occurred. Higher MSS proportions in the blends resulted in lower emissions peaks for CO₂, NH₃, HCN, and NO except for SO₂. To ensure combustion performance and mitigate problematic gaseous emissions, the proportion of MSS added to the blends should be <30 mass%.     

Zirconium phosphate dispersed on a cellulose fiber surface: preparation, characterization, and selective adsorption of Li+, Na+, and K+ from aqueous solution

Highly dispersed zirconium phosphate was prepared by reacting Cel/ZrO(2) (ZrO(2)=6.7 wt%; 0.56 mmol g(-1) of zirconium atom per gram of the material) with phosphoric acid. High power decoupling magic angle spinning (HPDEC-MAS)(31)P NMR and X-ray photoelectron spectroscopy data indicated that HPO(2-)(4) is the species present on the fiber surface. The X-ray diffraction patterns showed that zirconium hydrogen phosphate particles were amorphous and had an ion-exchange capacity, determined by ammonia gas adsorption, of 0.30 mmol g(-1). The ion-exchange capacities for Li(+), Na(+), and K(+) ions were determined from ion-exchange isotherms at 298 K and showed the following values (in mmol g(-1)): Li(+)=0.01, Na(+)=0.23, and K(+)=0.30. The higher affinity of the surface hydrogen phosphate particles for Na(+) and K(+) is due to its lamelar structure which permits easier diffusion of these two ions whose hydrated radii are smaller than that of Li(+).