氢分离与CO催化甲烷化双功能型钯复合膜

以多孔Al₂O₃陶瓷为基体材料, 采用浸渍法担载NiO后用2B铅笔修饰NiO/Al₂O₃表面, 通过化学镀法沉积约5 μm厚的金属钯, 还原后成功制得Pd/Pencil/Ni/Al₂O₃膜. 为进行对比, 还制备了未担载镍的Pd/Pencil/Al₂O₃膜. 膜的表面和断面形貌分别采用扫描电镜和金相显微镜观测, 膜的透氢动力学通过H₂/N₂单气体法测试, 并以成分为H₂ 77.8%, CO 5.2%, CO₂ 13.5%和CH₄ 3.5%的原料氢测定了膜的氢分离效果. 结果表明, 未载镍的Pd/Pencil/Al₂O₃膜只具有氢分离作用, 而Pd/Pencil/Ni/Al₂O₃膜还可以有效地将钯膜泄漏的CO和CO₂转化为甲烷, 因而成为双功能型钯膜. 这种双功能膜尤其适用于面向质子交换膜燃料电池(PEMFC)的氢气分离, 既有效解决了PEMFC对氢燃料中CO格外敏感的难题, 又提高了对钯膜缺陷的容忍度, 因而延长了钯膜的使用寿命.     

流化催化裂化再生过程NO_x控制技术研究进展

根据流化催化裂化(FCC)再生过程中NOx的生成机理和特点,FCC再生过程中NOx控制技术主要包括FCC原料预处理与改变工艺参数、脱NOx添加剂和FCC再生烟气脱硝3种。本文综合分析了FCC再生过程NOx控制技术原理、工艺流程及特点,在现有技术的基础上,以"以废治污"为指导思想,提出了利用粉煤灰制备脱硝催化剂,构建了原位催化还原与烟气返回耦合降低FCC再生过程NOx排放新工艺,开辟了粉煤灰资源化利用新途径,为开发FCC再生过程中NOx污染控制技术提供科学理论指导。     

基于自交联杂萘联苯聚芳醚阴离子交换膜制备及其物理化学性质

以氯甲基杂环聚醚酮(CMPPEK)为原料,加入三乙胺进行铵化,并分别加入二乙烯三胺(DETA)和二乙胺(DEA),生成的仲胺基(或叔胺基)与邻近分子链氯甲基团进行自交联.经过制膜和离子交换反应,制备了DETA自交联杂萘联苯聚芳醚阴离子交换膜(DETA-QPPEK-OH)和DEA自交联杂萘联苯聚芳醚阴离子交换膜(DEA-QPPEK-OH).采用傅里叶变换红外(FTIR)光谱对制备自交联膜的化学结构进行表征.研究了DETA-QPPEK-OH和DEA-QPPEK-OH膜的理化性质,结果表明前者具有较低吸水率和更低溶胀度.通过研究DETAQPPEK-OH和DEA-QPPEK-OH膜的离子传导率随温度的变化规律,结果表明在80°C时其离子传导率分别达到0.060和0.028 S cm-1,表明本文制备的自交联膜具有较高离子传导率.此外还通过热重分析(TGA)对两类自交联膜的热稳定性进行了研究.     

Pt 含量对Co@Pt/C核壳结构催化剂性能的影响

采用两步还原法制得Co@Pt/C核壳结构催化剂, 其中Co与Pt 的总质量分数为20%. 通过改变金属前驱体的用量, 制备了不同Co:Pt 原子比的Co@Pt/C 催化剂, 以20% (w) Co@Pt(1:1)/C 与20% (w) Co@Pt(1:3)/C 表示. 采用透射电镜(TEM)、光电子射线能谱分析(XPS)、循环伏安(CV)、线性扫描伏安(LSV)等方法考察了其结构与性能, 并与实验室早先制备的40% (w) Co@Pt/C 催化剂进行了比较. 自制20% Co@Pt(1:1)/C 与20% Co@Pt(1:3)/C 催化剂的金属颗粒直径约为2.2-2.3 nm, 在碳载体上分散均匀, 粒径分布范围较窄, 电化学活性比表面积(ECSA)分别为56 和60 m²·g^-1, 均超过商用催化剂20% Pt/C(E-tek) (ECSA=54 m²·g^-1). 20%Co@Pt(1:1)/C 与20% Co@Pt(1:3)/C 的半波电位相较于40% Co@Pt(1:1)/C 和40% Co@Pt(1:3)/C 均向正向移动, 表现出更好的氧还原(ORR)催化活性, 并有望降低催化剂的成本, 在质子交换膜燃料电池领域表现出良好的应用前景.     

稀释蒸汽中Na+及积炭对甲醇制丙烯催化剂性能影响

考察了稀释蒸汽中Na⁺及积炭对甲醇制丙烯(MTP)催化剂物理化学性质和催化性能影响, 及离子交换后催化性能. 采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、X射线荧光(XRF)光谱、N₂吸附-脱附、程序升温氨脱附(NH3-TPD)和热重(TG)分析等方法对失活和再生催化剂进行了表征, 并在101325 Pa、470℃ 和甲醇空速(WHSV)为1.0-3.0 h^-1的反应条件下, 采用连续流动固定床微型反应器考察其催化甲醇制丙烯性能. 结果表明: MTP反应970 h后的催化剂晶体结构和形貌没有受到明显破坏, 但稀释蒸汽中Na⁺极易扩散至催化剂表面,部分取代H质子的位置, 从而使催化剂酸性逐渐下降而中毒失活; 另外, MTP催化剂表面的积炭导致分子筛微孔堵塞是造成其失活的主要原因, 可通过烧炭再生过程消除, 而水蒸汽脱铝对催化剂性能的影响缓慢但更严重. 用再生和离子交换处理后, Na⁺中毒催化剂MTP反应性能基本完全恢复. 在470 h反应过程中, 甲醇转化率保持在99%以上, 丙烯选择性大于46%, 且随着反应时间的延长, 丙烯选择性逐渐升高、乙烯选择性逐渐下降.     

扫帚状氧化铈制备及其对Pt基阳极催化剂催化性能的影响

采用水热合成法,合成了比表面积为175 m²·g^-1,孔径在2~4nm范围内的扫帚状CeO₂。通过微波辅助乙二醇还原氯铂酸法制备了Pt-CeO₂/RGO催化剂,探究扫帚状CeO₂的添加对Pt基催化剂电催化性能的影响。利用X射线衍射仪（XRD）、扫描电镜（SEM）、N₂吸附-脱附、X射线光电子能谱（XPS）对所制备的CeO₂及催化剂进行表征。利用电化学工作站对催化剂进行电化学性能测试。结果表明,催化剂中CeO₂保持原有扫帚状,Pt纳米粒子均匀分布于石墨烯载体表面;当m_RGO∶m_CeO2=1∶2时,添加了扫帚状CeO₂的Pt-CeO₂/RGO催化剂的电催化性能最优,电化学活性表面积为102.83 m²·g^-1,对乙醇氧化的峰值电流密度为757.17 A·g^-1,1 000 s的稳态电流密度为108.17 A·g^-1,对乙醇催化氧化反应的电荷转移电阻最小,活化能最低。     

氮化钨-钨/掺氮有序介孔碳复合材料的制备及其氧还原性能

采用软模板法制备了氮化钨-钨/掺氮有序介孔碳复合材料（WN-W/NOMC）,作为一种高比表面积且价格低廉的阴极氧还原反应催化剂。通过适量添加尿素来改变复合材料中的氮含量,在掺氮量为7%（w/w）时,实验发现材料能够保持完整有序介孔结构,测试其比表面积高达835 m²·g^-1,透射电子显微镜（TEM）测试结果显示其催化颗粒均匀地分散在氮掺杂有序介孔碳载体上。在O₂饱和的0.1 mol·L^-1 KOH溶液中测试了材料的氧还原催化性能（ORR）,显示其起始电位为0.87 V（vs RHE）,极限电流密度为4.49 mA·cm^-2,氧还原反应的转移电子数为3.4,接近于20%（w/w）商业Pt/C的3.8,说明该材料表现出近似4电子的氧还原反应途径。研究结果表明,WN-W/NOMC的催化性能虽然稍弱于商业铂碳（0.99 V,5.1 mA·cm^-2）,但其具有远超铂碳的循环稳定性和耐甲醇毒化能力。     

碳纳米管上原位沉积钯-钴-镍纳米颗粒及其对乙醇氧化的电活性

以水合肼为还原剂,在水和乙醇的混合溶液中制备多壁碳纳米管(MWCNT)负载的纳米镍(Ni/MWCNT)和纳米镍钴(Ni-Co/MWCNT)颗粒,然后将它们分别与氯化钯溶液反应,形成的钯纳米颗粒原位沉积在MWCNT表面,从而得到MWCNT负载的Pd-Ni/MWCNT和Pd-Ni-Co/MWCNT催化剂。SEM和TEM图像显示,MWCNT上的催化剂颗粒是由5~10 nm的小颗粒团聚而成的30~100 nm的大颗粒,三金属催化剂的粒径比双金属的粒径小,在MWCNT上的分散度更高。ICP和EDS分析显示,Pd直接还原并包覆在纳米镍和纳米镍钴表面;采用循环伏安和计时电流技术,研究了催化剂在碱性溶液中对乙醇氧化的电催化活性,结果表明,Pd-Ni-Co/MWCNT催化剂对乙醇氧化具有强的电催化活性,乙醇氧化对应的峰电流密度达101.8 mA·cm^-2,并且催化剂催化活性稳定。     

生物燃料电池处理生活污水同步产电特性研究

以某生活污水处理厂缺氧池活性污泥为接种体,以葡萄糖为模拟生活废水,构建双室型微生物燃料电池。利用微生物燃料电池(MFC,Microbial fuel cell)实现生活废水降解与同步产电。研究基质降解动力学及温度对MFC电极过程动力学的影响,明确微生物电化学活性、阳极传荷阻抗、阳极电势、电池产能之间的关系,考察库伦效率及COD去除率。研究结果表明,电池功率输出与基质浓度关系遵循莫顿动力学方程:P=Pmaxc/(ks+c),其中,半饱和常数ks为138.5 mg/L,最大功率密度Pmax为320.2 mW/m2。葡萄糖浓度较小时,反应遵循一级动力学规律:-dcA/dt=kcA,k=0.262 h-1。操作温度从20℃提高到35℃,生物膜电化学活性不断提高,传荷阻抗从361.2Ω减小到36.2Ω,阳极电极电势不断降低,同时,峰值功率密度从80.6 mW/m2提高到183.3 mW/m2。45℃时,产电菌活性降低,峰值功率密度减小到36.8 mW/m2。葡萄糖浓度为1 500 mg/L,温度为35℃时,MFC电化学性能最佳,稳定运行6 h后库伦效率为44.6%,COD去除率为49.2%。     

碳纤维基PtPb阳极催化剂的制备及其电催化性能

以静电纺丝技术与烧结工艺相结合的方式制备了碳纤维基PtPb纳米催化剂,并采用X射线衍射（XRD）、红外光谱（FT-IR）、扫描电镜（SEM）等分析测试手段对其进行了表征。结果表明,在预氧化温度为300 ℃、碳化温度为800 ℃的条件下,所制备的PtPb阳极纳米催化剂结晶程度好、比表面积大,粒径约为3.05 nm,催化活性颗粒均匀分散在多孔碳纤维骨架上。采用循环伏安法（CV）及交流阻抗（EIS）评价了该催化剂对乙醇氧化反应的电催化性能。结果表明,最大峰电流密度达到125 mA/cm²,电荷转移电阻相较于700 ℃下降了近60%。