甲烷-二氧化碳重整制合成气与现代分析技术应用于探究性化工专业实验的设计与探索

以甲烷-二氧化碳重整制合成气为实例，设计探究性实验，将合成气的制备和现代分析技术应用于化工专业实验的教学实践中以提高学生的创新和实践能力。实验包括催化剂的制备，催化剂的性能评价和催化剂的表征等3大部分。采用工业最常用的浸渍法制备含有不同助剂的Ni/X/γ-Al2O3（X为Co，Fe，MgO，CeO2）催化剂，以甲烷-二氧化碳重整反应评价其催化性能，并采用XRD、H2-TPR、BET和TG对催化剂的微观结构进行表征。结合催化剂的性能评价结果和表征结果，探讨不同助剂对镍基催化剂性能的改善效果及机制。通过开设该实验，可以让学生了解化工学科的前沿知识以及现代分析技术的基本原理和用途，掌握专业的实验操作、数据处理和谱图绘制方法，提高学生的专业素养和综合能力。     

改性纳米ZSM-11分子筛及其催化苯与甲醇烷基化反应的性能

采用先NaOH溶液碱处理后用柠檬酸溶液酸处理的方法对纳米ZSM-11分子筛进行改性.采用X射线衍射(XRD)、N_2吸附-脱附、扫描电镜(FE-SEM)、NH_3-TPD和热重(TG)等技术对改性前后的样品进行表征,将得到的催化剂应用于苯与甲醇烷基化制甲苯反应,结果表明:采用经改性处理的纳米ZSM-11分子筛催化剂,在反应温度为350℃,压力为0.2 MPa,质量空速(WHSV)为6 h~(-1),苯与甲醇进料摩尔比为1∶1的条件下,苯与甲醇烷基化反应产物中甲苯选择性明显提高,苯转化率达到44.7%,甲苯和二甲苯总选择性达到97.4%,其中甲苯选择性为86.5%,甲苯收率为37.8%.     

g-C3N4和Ni2P的复合及其光催化产氢性能研究

采用一步煅烧法使类石墨烯碳氮化合物(g-C_3N_4)和磷化镍(Ni_2P)复合并对其光催化产氢性能进行研究.利用X射线粉末衍射、透射电镜、X射线光电子能谱、紫外可见光谱对该复合催化剂的组成、形貌等进行了表征.研究了不同含量的Ni_2P以及不同牺牲剂对g-C_3N_4/Ni_2P光催化性能的影响.与单独的g-C_3N_4相比,该复合催化剂的光催化产氢速率提高了13倍,可以达到165μmol g~(-1)·h~(-1).利用光电化学和光致发光光谱等技术对该复合光催化剂的光催化产氢机理进行研究,结果表明Ni_2P在高效分离光生载流子方面起了关键作用,并且g-C_3N_4和Ni_2P的复合产生了协同效应加速了电子-空穴对的分离,提高了光催化产氢性能.     

磺基水杨酸合铜配合物组成和稳定常数测定实验的改进

改进了教学实验中常用的磺基水杨酸铜配合物组成和稳定常数的测定方法,提出一种使用六亚甲基四胺-硝酸缓冲溶液控制体系pH的方法,预先配制磺基水杨酸的二钠盐溶液,省去强酸强碱反复调节溶液pH的过程,简化了实验操作。在pH 5.60时测得磺基水杨酸铜配合物的条件稳定常数为3.6×10~3,并推出其稳定常数为K_(CuL)=3.6×10~9,与文献值K_(CuL)=3.3×10~9基本一致。     

杂双金属Cu(Ⅱ)-Nd(Ⅲ)和Zn(Ⅱ)-Ce(Ⅲ)的Salamo型配合物：合成、晶体结构和荧光性质

合成了2个异双核金属Salamo型配合物[Cu（L）Nd（NO₃）₃（C₂H₅OH）]（1）和[Zn（L）（OAc）Ce（NO₃）₂（CH₃OH）]（2）（H₂L=O,O''-（ethane-1,2-diyl）bis（1-（3-ethoxy-2-hydroxyphenyl）-3-ethoxy-2-hydroxybenzaldehyde oxime））,并通过元素分析、红外、紫外、荧光光谱和X射线晶体学对其进行了表征。配合物1是不对称的双核结构,其中Cu（Ⅱ）原子为五配位具有稍微扭曲的四方锥几何构型,而钕（Ⅲ）原子是十配位具有一种扭曲的双帽十二面几何构型。配合物2也是不对称的双核结构,其Zn（Ⅱ）原子为五配位具有一种介于四方锥和三角双锥体之间的几何构型,Ce（Ⅲ）原子为十配位采用了一种扭曲的双面十二面几何构型。与配体相比,在激发波长为318 nm时配合物1发生了荧光淬灭,而配合物2表现出荧光增强。     

The effect of molecular structure on the chiral random grain boundary phase

A chiral random grain boundary (RGB) phase was recently observed in a hockey-stick biphenyl-substituted 1,3,4-oxadiazole derivative. In the RGB phase, achiral molecules self-assemble into randomly oriented blocks of chiral smectic layers and the motif of the unique microstructure is attributed to the similarity of hockey-stick molecules both to bent-core and to rod-like molecules. In order to explore the effect of molecular structure on the RGB phase in detail, we systematically change the molecular design. When the flexible tail decreases, the high-temperature Smectic A (SmA) phase is replaced by a nematic phase, showing a phase sequence of Iso-N-SmA-RGB-Cryst in 2-(4-dodecyloxyphenyl)-5-biphenyl-1,3,4-oxadiazole. However, when we replace the 1,3,4-oxadiazole group by the 1,3,4-thiadiazole group, the bending angle increases in the 1,3,4-thiadiazole derivatives and the RGB phase disappears. Or when the length of the arm becomes short in naphthalene-substituted 1,3,4-oxadiazole, these molecules exhibited only normal rod-like molecules’ mesomorphism. These results will provide deep insights on the relationship of molecular structure and mesophase structural property.     

Fe/Ti-PILC用于C_3H_6选择性催化还原NO的研究

采用二氧化钛对蒙脱土进行柱撑改性后,以离子交换法制备了铁负载二氧化钛柱撑蒙脱土催化剂Fe/Ti-PILC,考察了其在富氧条件下催化C_3H_6选择性还原NO(C_3H_6-SCR)的性能。并借助N_2等温吸附-脱附、XRD、UV-vis、H_2-TPR、Py-FTIR等表征方法研究了催化剂的结构与性能之间的关系。结果表明,所制备的19Fe/Ti-PILC催化剂在400℃时即可实现到NO的完全脱除,N2选择性能够达到90%以上。且具有较好的抗水蒸气和抗SO_2的能力。N_2吸附-脱附和XRD结果显示,蒙脱土的结构被撑开,交联柱撑有效,形成了较大的比表面积和孔体积。UV-vis结果表明,催化剂的脱硝活性与铁氧低聚物种FexOy的含量有关,Py-FTIR结果表明,催化剂表面同时存在Lewis酸和Brnsted酸,Fe~(3+)负载到柱撑黏土中能够显著增加Lewis酸的含量,Lewis酸是影响催化剂脱硝活性的影响因素之一。H_2-TPR表征表明,催化剂在400℃左右有较强的还原能力,催化剂的还原能力主要体现为Fe~(3+)→Fe~(2+)的还原。     

Cu助剂对聚乙烯醇辅助沉淀铁催化剂费托合成反应性能的影响

通过共沉淀法或聚乙烯醇（PVA）辅助共沉淀法分别制备了Fe₂O₃和FeCu催化剂,结合BET、XRD、SEM、H₂-TPR等表征手段,研究了Cu助剂对PVA辅助的沉淀铁催化剂的织构性质、物相结构、形貌特征、还原行为以及F-T合成反应性能的影响。结果表明,Cu助剂的加入增大了铁基催化剂中α-Fe₂O₃的晶粒,减小了催化剂的BET比表面积和孔容,增大了孔径;改变了铁基催化剂的形貌;促进了铁基催化剂在H₂中的还原。反应过程中,在催化剂中只添加Cu助剂时,有利于提高催化剂的反应活性,而当同时加入Cu助剂和PVA时,由于Cu助剂与PVA较强的相互作用,反而降低了催化剂的反应活性,且催化剂的选择性向轻质烃方向偏移。     

磁性凹凸棒土制备及其脱汞性能研究

对自然界中广泛存在的凹凸棒土(Atp)进行磁改性,通过沉积-沉淀法制备出磁性氧化铁改性的磁性凹凸棒土(MAtp),采用BET、VSM、XRD以及SEM等手段对其理化性质加以分析,并在固定床实验台上进行模拟烟气脱汞性能测试,研究了铁氧化物含量、反应温度和烟气成分对其除汞能力的影响。结果表明,Atp与磁性物质的复合提高了其对Hg~0的脱除能力,并且随铁氧化物含量升高,MAtp脱汞能力逐渐增强;在实验温度区间内,脱汞能力随温度的升高逐渐增强,MAtp对Hg~0以化学吸附为主;O_2、NO的添加有利于Hg~0的脱除,但Hg~0穿透率随浓度变化不显著;SO_2抑制汞的脱除,并且随浓度的增加,其抑制效果更加明显,但是当NO和SO_2共同存在时,NO能明显削弱SO_2对脱汞的抑制作用。     

钛铁矿制备二氧化钛-四氧化三铁复合材料及其光催化应用

TiO_2因具有多种优异的特性被广泛应用在半导体光催化领域,但是纳米结构的TiO_2颗粒细微,在进行光催化反应之后,难以回收再利用。本文以廉价钛铁矿为原料制备光催化剂TiO_2,同时利用副产物铁合成Fe_3O_4,并采用简单温和的浸渍法制备Fe_3O_4/TiO_2磁性复合材料。通过XRD、FT-IR、SEM、EDS等手段对材料形态结构进行表征分析,并以光降解有机污染物若丹明B为探针反应,考察其光催化性能。结果表明,质量比为1∶10的Fe_3O_4/TiO_2复合材料结构稳定、分散均匀,具有最优的光催化活性(波长356nm下反应3h,若丹明B降解率达到64.0%),并表现出良好的重复性。同时,动力学结果显示降解符合一级反应动力学。