乙烯渣油沥青基活性炭纤维和粘胶基活性炭纤维的表面性质与脱硫活性

研究了在O2和H2O存在下,乙烯渣油沥青基活性炭纤维(ETPACF)和粘胶基活性炭纤维(CelluloseACF)的脱硫活性.结果表明,在比表面积相近的情况下,ETPACF的脱硫活性明显低于CelluloseACF,这可归因于后者具有较强的吸附和催化氧化SO2能力及较大的吸水量,尤其是具有较强的催化氧化SO2的能力,这些能力又与其表面含有含氮官能团以及某些含氧官能团有关,因此ACF的表面官能团对其脱硫活性影响很大.     

活性炭纤维的脱硫性能

活性炭纤维作为一种新型高效吸附剂，在环保领域尤其是在烟气脱硫方面显示了广阔的应用前景。本文在作者所做工作和分析别人实验结果的基础上，综述了包括前驱体材料、制备条件以及活性炭纤维表面物理化学性能等影响活性炭纤维脱除烟气中SO2的主要因素，阐述了活性炭纤维脱硫的反应机理。认为含有较多量氮元素的前驱体材料具有较高的脱硫性能，类似的结果也出现在用不同方法制备的活性炭纤维中；众多的研究结果表明，活性炭纤维表面化学性能的影响尤其是表面物理性能的影响，其中表面含氧官能团对活性炭纤维脱除SO2不利，但用热处理方法脱除掉以CO形式释出的含氧官能团后可显著增强活性炭纤维的脱硫活性；此外，含氮官能团引入到活性炭纤维表面后也可显著增强活性炭纤维的脱硫活性。     

Effect of SO2 and NO on removal of VOC from simulated flue gas by activated carbon fibers at low temperature

采用H2O2浸渍的方法对活性炭纤维(ACF)进行改性,并利用氮吸附等温线和XPS(X-ray photoelectron spectroscopy)的方法对ACF样品进行表征.通过实验测定改性前后ACF脱除VOC(甲苯作为VOC的代表物)的效果,同时考察二氧化硫( SO2)和一氧化氮(NO)对ACF脱除甲苯的影响.研究发现,双氧水浸渍改性对ACF的BET表面积和孔容没有影响,但使得ACF样品表面的含氧官能团含量大量增加.实验数据也表明,SO2和NO对VOC在ACF上的吸附具有抑制作用,且随着两者浓度的增加,抑制作用也增强.研究还发现,SO2和NO同时存在比单一的SO2或NO对VOC在ACF上吸附的抑制作用更为明显.     

活性炭表面化学性质对负载Cu颗粒性质及催化甲醇氧化羰基化反应的影响

分别以在氮气和氨气气氛下热处理得到的活性炭(AC)为载体,采用浸渍焙烧法制备了Cu/AC催化剂,考察了AC表面化学性质对催化剂组成、Cu物种颗粒尺寸以及催化甲醇氧化羰基化反应性能的影响.对AC载体和相应Cu/AC催化剂的表征结果表明,AC在氮气中于600℃热处理后表面大部分羧基被消除,有利于催化剂中Cu物种的分散和减小颗粒尺寸;进一步升高温度至800℃,AC表面部分内酯、酸酐、酚类和醚类官能团被消除,导致催化剂中Cu物种发生团聚和烧结.随着表面含氧官能团数量的减少,前驱体与载体之间的相互作用力减弱,促进Cu~(2+)还原为Cu+或Cu0.而氨气气氛下热处理会导致AC表面更多含氧官能团被消除,但同时引入了吡啶氮、吡咯氮和4价氮等含氮官能团,更利于催化剂中Cu物种的分散和减小颗粒尺寸.随着表面含氮官能团数量的增加,前驱体与载体之间的相互作用力增强,抑制了Cu~(2+)的还原.实验结果表明,催化剂的活性随着Cu物种的颗粒尺寸而改变,当以氨气气氛下于800℃热处理的AC为载体时,Cu物种的颗粒尺寸最小(6.8 nm),催化性能最佳,催化反应的甲醇转化率、碳酸二甲酯(DMC)的时空收率和选择性分别为9.6%,278.7 mg·g-1·h-1和68.3%.     

分子筛型PAN-ACF制备及表面结构的XPS研究

以聚丙烯腈基活性炭纤维（PAN ACF）为原料,首次采用液相浸渍结合空气氧化的方 法,在较为温和的条件下改变原料的表面结构和孔隙结构,制备出具有分离N2/O2性能的分子 筛型PAN ACF.采用TGA DTA、电子天平及XPS技术分析表征了分子筛型PAN ACF的吸附性能 和表面结构.结果表明:浸渍煤焦油后的PAN ACF在100～400 ℃之间失重缓慢,是煤焦油中苯 环及杂环类化合物与纤维表面氧化接枝的过程;经350 ℃浸渍空气氧化ACF对N2/O2吸附量及 选择性均得到了显著提高,选择系数达到5.6;浸渍煤焦油的PAN ACF表面具有一定量的羟基 、醚基、羰基和羧基等含氧官能团,氧化过程中各类官能团含量发生改变,类石墨碳含量随浸 渍浓度增加而增大;浸渍氧化再炭化的结果使PAN ACF对N2/O2吸附选择性得到明显提高.     

生物质焦的表征及其吸附烟气中汞的研究

选用四种生物质即稻杆(RS)、稻壳(RH)、松木屑(WC)和棉花杆(CS)制备了生物质焦,利用N₂吸附/脱附和傅里叶变换红外光谱(FT-IR)仪,对制备的生物质焦的孔隙结构和表面化学性质进行了表征,分析生物质种类和制焦条件对生物质焦性质的影响。在固定床汞吸附实验台上研究了生物质焦的脱汞性能。结果表明,随着热解温度的升高,生物质焦的比表面积、微孔容积、分形维数等参数有先增大后减小的趋势。WC600、RS600、RH600均有较好的孔结构特性;热解温度升高,生物质焦表面官能团的数量和种类随之减少。不同生物质制备的焦样表面官能团的数量和种类差异较大。其中,RH600和RS600的表面官能团的种类比较丰富,而且含量相对较多。但WC600和CS600表面的官能团种类和数量都很少。生物质焦的单位汞吸附容量与其分形维数以及微孔容积之间并非简单的依附关系,其吸附能力还受含氧官能团等其他因素的影响。     

活性炭表面基团的调变对Ru/AC氨合成催化剂的影响

通过硝酸处理的方法对活性炭表面基团进行了调控,研究了活性炭表面基团的数量对负载钌基氨合成催化剂的影响。运用N2物理吸附、CO化学吸附、Boehm滴定法和质量滴定法等分析手段对催化剂进行了表征。结果表明,随着预处理硝酸浓度的增加,活性炭表面含氧基团的数量线性增加,等电点逐渐减小,而催化剂的活性先增加后减小,钌的分散度也呈现相同的规律。当硝酸浓度达到4.6mol/L时,活性炭表面总含氧基团量为1.21mmol/g,钌的分散度和催化剂的活性都是最佳。适量的含氧基团对提高钌的分散度是有利的,但过量的含氧基团并不能进一步提高钌的分散度,催化剂的合成氨活性和载体表面的含氧基团数量不是线性增加的关系。     

硝酸水热处理活性炭对其负载的Ba-Ru-K氨合成催化剂性能的影响

采用N2物理吸附、Boehm滴定、He-TPD-MS、CO化学吸附和透射电镜等手段考察了硝酸水热处理对活性炭(AC)及其负载的Ru基催化剂的孔结构、表面含氧基团、Ru分散度的影响,并评价了Ba-Ru-K/AC催化剂氨合成反应性能.结果表明,经硝酸水热处理后,AC表面含氧基团明显增多,但其孔结构变化不大.随着水热处理硝酸浓度的增加,AC表面含氧基团的数量增加,而相应催化剂的Ru分散度有所降低,Ru粒子尺寸增大.当硝酸浓度为2.0mol/L时,Ru分散度较高,且粒子尺寸(2.0nm)适宜,分散均匀,因此催化剂活性较高.在10MPa和10000h1条件下,400和375oC时,出口氨浓度分别达到17.80%和11.10%,较4.6mol/L硝酸回流处理AC负载的Ru基催化剂分别提高了16.8%和21.3%.水热处理AC的适宜条件为硝酸浓度2.0mol/L,150oC处理4h,填充度为70%.因此,通过调节水热处理时所用硝酸浓度可有效调控AC表面含氧基团的数量及其负载Ru的粒子尺寸.     

改性活性炭纤维可见光催化联合脱硫脱硝的研究

利用水合肼还原法制备的TiO₂/Cu₂O复合光催化剂对活性炭纤维(ACF)进行改性,利用SEM、XPS、BET以及XRD对其进行表征,研究改性后ACF的性质及其脱硫脱硝效果。研究表明,TiO₂/Cu₂O同时改性后的ACF表面孔径减小,但表面石墨碳和羰基(C=O)官能团增加,增强了ACF对NO和SO₂的吸附能力,从而提高了脱硫脱硝的效率,该催化剂在40℃、可见光的催化下脱硫效率达90%,脱硝效率达60%。     

微波再生对活性炭循环吸附SO_2的影响

研究了脱硫活性炭的微波再生及其对烟气中SO2的循环吸附特性。通过扫描电镜、N2吸附、元素分析、Boehm滴定等表征了微波再生对活性炭孔隙结构和表面化学性质的影响,分析了微波再生对活性炭循环吸附烟气中SO2的影响规律。结果表明,微波再生是脱硫活性炭再生的有效手段,在合适的再生功率下,经过多次循环吸附/再生后,活性炭仍然保持较高的吸附容量,吸附17次后再生活性炭仍然高于原始活性炭,但同时由于再生过程中存在C与H2SO4的反应,活性炭存在明显的烧失现象。初次再生后,活性炭的表面酸性官能团在高温下基本完全分解,碱性官能团含量上升,活性炭的SO2吸附容量明显提高;多次吸附/再生循环后,再生反应起到了活化的作用,使活性炭的孔结构变狭长,微孔比表面积和微孔容积呈上升趋势,同时酸性和碱性官能团基本保持稳定,活性炭的SO2吸附容量逐渐增加。     

SO2和NO对ACF低温脱除模拟燃煤烟气中VOC的影响

采用H₂O₂浸渍的方法对活性炭纤维(ACF)进行改性,并利用氮吸附等温线和XPS(X-ray photoelectron spectroscopy)的方法对ACF样品进行表征。通过实验测定改性前后ACF脱除VOC(甲苯作为VOC的代表物)的效果,同时考察二氧化硫(SO₂)和一氧化氮(NO)对ACF脱除甲苯的影响。研究发现,双氧水浸渍改性对ACF的BET表面积和孔容没有影响,但使得ACF样品表面的含氧官能团含量大量增加。实验数据也表明,SO₂和NO对VOC在ACF上的吸附具有抑制作用,且随着两者浓度的增加,抑制作用也增强。 研究还发现,SO₂和NO同时存在比单一的SO₂或NO对VOC在ACF上吸附的抑制作用更为明显。     

铈镁铝混合氧化物催化剂的脱NOx性能

 用共沉淀法制得Mg-Al水滑石和二氧化铈的混合物,经750 ℃热活化,得到铈镁铝混合氧化物催化剂. 考察了催化剂的组成、反应温度、反应体系中氧含量、水蒸气及二氧化硫的存在对NO和CO反应活性的影响. 结果表明,铈镁铝混合氧化物催化剂具有较高的脱NOx活性,并具有优异的水热稳定性和一定的抗氧性及抗二氧化硫毒化的能力.     

SO2影响V2O5/AC催化剂脱硝活性的机理

通过O2和SO2瞬态响应实验,研究了有水条件下SO2抑制V2O5/AC(活性焦)催化剂脱硝的原因.结果表明,SO2与V2O5反应生成VOSO4,导致V2O5/AC催化剂的脱硝活性下降.VOSO4的量动态变化,既与气氛中SO2的浓度有关,也与催化剂已实现的脱硫量(或硫含量)有关.催化剂的微孔(d<1nm)有利于SO3的迁移和储存,从而有利于脱硝.     

吴家坪煤在流化床热解过程中含硫气体产物的分析

在氧气体积分数分别为3.0%、5.6%、 8.7%的O2 N2混合气，热解温度500℃～800℃, 停留时间30min下，对吴家坪煤在流化床反应器热解过程中的含硫气体进行了分析。热解过程中主要的含硫气体是H2S、COS和SO2, 且它们的逸出规律一致：随着温度和氧气体积分数的增高, 逸出速率加快。 氧气体积分数对煤中的H2S、COS的影响是相似的, 随着氧气体积分数增加, 相对于3.0% O2 N2 气氛, H2S和COS的逸出量占气相中总硫的比例在5.6% O2 N2 气氛下降, 在8.7% O2 N2 气氛下又有所上升; 而氧气体积分数对SO2的影响与之相反, 在5.6% O2 N2 气氛下, 气相中93%以上是以SO2形式逸出的, 在8.7% O2 N2 气氛下, SO2的比例又下降很多。这是由于8.7% O2 N2 气氛下, 更多的氧气参与了C—C键断裂的反应, 使脱去的硫转化到焦油中，从而也生成了大量的CO，使得在8.7% O2 N2气氛下CO/SO2比明显大于5.6% O2 N2气氛下的。     

Pt/MOx-SiO2 (M=Ce,Zr, Al)催化剂对CO和C3H8氧化性能的影响

采用共沉淀法制备质量比为1:1的MOx-SiO2(M=Ce,Zr,Al)复合氧化物,以此为载体采用浸渍法制备了铂基氧化型催化剂.考察了该系列催化剂在模拟柴油车尾气条件下,经SO2硫化前后对C3H8和CO的氧化性能.用X射线衍射(XRD)、低温N2吸附-脱附、氨气/氧气/二氧化碳程序升温脱附(NH3/O2/CO2-TPD)和X射线光电子能谱(XPS)等手段进行了表征.NH3-TPD证实催化剂表面存在多种酸中心,硫化后催化剂表面中强酸中心增多.O2-TPD证实催化剂表面存在α和β氧物种,硫化后催化剂表面氧脱附量减少.其中Pt/Al2O3-SiO2表面酸性最弱和表面氧脱附量最大.XPS结果表明新鲜催化剂经硫化后会使催化剂表面Pt的结合能降低.活性测试结果表明,三种催化剂对CO和C3H8的催化氧化活性均较好,其中Pt/ZrO2-SiO2抗SO2中毒性能最佳,具有良好的应用前景.     

化学修饰电极的研究XVIII,四苯基钴卟啉化学修饰玻碳电极的热处理及其对氧的催化还原

本文研究四苯基钴卟啉化学修饰玻碳电极的热处理,经热处理的这种电极[(PCo/GC)h]具有对氧催化还原的异常高的稳定性和活性.在纯O2饱和的0.05mol.L^-^1H2SO4溶液中经循环伏安(CV)扫描3000次(100mV/s),其催化活性未见明显降低.研究了热处理温度(500-1000℃)对(PCo/GC)h电极电催化性能的影响.用紫外可见光谱对热处理产物的结构进行了分析.用CV法及旋转圆盘电极研究了O2在(PCo/GC)h电极上电催化反应动力学,测定了速率常数.在该电极上O2的还原反应为二电子还原成H2O2的不可逆过程.     

Gd掺杂TiO2/活性炭纤维复合材料的制备及表征

以TiCl4和Gd(NO3)3·6H2O为主要原料,采用酸催化水解法制备Gd掺杂TiO2光催化剂并通过浸涂法将其负载在活性炭纤维(ACF)表面,制得Gd掺杂TiO2/ACF复合材料。 以气相苯为模型物,考察材料的光催化活性。 利用XRD、FTIR及GC-MS对催化剂的晶相结构、光谱特征等进行了表征。 结果表明,Gd掺杂能有效抑制TiO2的晶粒生长。 Gd掺杂量、浸涂次数影响TiO2/ACF光催化活性,Gd2O3掺杂质量分数为0.48%、浸涂2次的TiO2/ACF活性最高。 在苯光催化氧化后的Gd掺杂TiO2/ACF复合材料表面未发现醌类中间产物的存在。 Gd的掺入能减缓催化剂失活,光催化反应100 min后仍能表现出较高活性。     

Gd掺杂TiO2/活性炭纤维复合材料的制备及表征

以TiCl4和Gd(NO3)3·6H2O为主要原料,采用酸催化水解法制备Gd掺杂TiO2光催化剂并通过浸涂法将其负载在活性炭纤维(ACF)表面,制得Gd掺杂TiO2/ACF复合材料。 以气相苯为模型物,考察材料的光催化活性。 利用XRD、FTIR及GC-MS对催化剂的晶相结构、光谱特征等进行了表征。 结果表明,Gd掺杂能有效抑制TiO2的晶粒生长。 Gd掺杂量、浸涂次数影响TiO2/ACF光催化活性,Gd2O3掺杂质量分数为0.48%、浸涂2次的TiO2/ACF活性最高。 在苯光催化氧化后的Gd掺杂TiO2/ACF复合材料表面未发现醌类中间产物的存在。 Gd的掺入能减缓催化剂失活,光催化反应100 min后仍能表现出较高活性。