Mo/MCM-22分子筛碳化钼活性中心结构及甲烷活化机理的密度泛函理论研究

 应用密度泛函理论研究了Mo/MCM-22分子筛上碳化钼活性中心的几何结构和电子结构,以及甲烷在该活性中心上的活化机理. 设计了两种结构的活性中心模型: Mo(CH2)2(模型A)和Mo(CH)CH2(模型B); 它们都嫁接在MCM-22分子筛超笼边缘的T4位的Brnsted-酸性位上,用3T簇模型代替分子筛的骨架,对所设计的模型进行了几何结构优化和电子结构分析. 结构优化结果显示, Mo与CH2端基以双键结合,键长为0.18～0.19 nm, 而Mo与CH端基以叁键结合,键长为0.17 nm. 通过自然键轨道分析,证明中心钼原子以配位键与骨架氧原子结合. 根据前线分子轨道的分析,预测了甲烷活化反应将发生在甲烷分子的HOMO和钼活性中心的LUMO之间,即 C-H 键的电子流向 Mo-C 键的π*轨道. 甲烷 C-H 键发生异裂, H+和H3C-基团分别与 Mo-C 键上的Mo和C成键. 在模型A上,甲烷活化反应的活化能为119.97 kJ/mol; 在模型B上,甲烷的H原子可以分别结合到CH2端基和CH端基上,对应的活化能分别为91.37和79.07 kJ/mol.     

Mo/HZSM-5催化剂上甲烷无氧芳构化反应——HZSM-5分子筛脱铝的影响

采用两种不同的脱铝方法对HZSM-5分子筛进行了预处理,并利用MAS NMR和吸附吡啶的FT-IR对分子筛的结构和酸性质进行了表征,考察了分子筛的脱铝程度对Mo基催化剂上甲烷芳构化反应性能的影响.结果表明,HZSM-5分子筛的酸性过强或B酸量不足,均会导致催化剂严重积炭,但积炭成因不同.母体HZSM-5分子筛上的强B酸中心的存在可促使催化剂上反应中间物种深度脱氢,造成催化剂在反应过程中严重积炭.经水热处理的HZSM-5分子筛,骨架铝脱出严重,造成B酸活性中心不足以及部分微孔阻塞,不利于C2中间物种芳构化,导致芳烃选择性显著降低.经高温N2处理的HZSM-5分子筛,骨架铝脱出相对缓和,在消除母体分子筛上强B酸中心的同时,保留了较多的弱B酸中心,既可满足C2中间物种芳构化反应的需要,又可有效抑制催化剂积炭,导致甲烷芳构化反应性能显著改善.     

BaF2/La2O3催化剂上甲烷氧化偶联反应活性氧物种的原位红外光谱

用原位红外光谱研究了BaF2/La2O3催化剂上甲烷氧化偶联反应的活性氧物种.结果表明,催化剂经O2预吸附后,在1 108~1 118 cm-1处出现超氧物种O2-的O-O键伸缩振动峰.经18O2同位素交换实验后,原1 108~1 118 cm-1处谱峰的强度减弱,同时在1 086和1 051 cm-1处出现(O18O)-物种和18O2-物种的吸收峰.同位素交换实验进一步确证了1 108~1 118cm-1处谱峰确为O2-物种的吸收峰.在700℃下,O2-物种能够活化CH4生成C2H4,而且O2-物种的消耗量和C2H4的生成量呈很好的消长对应关系.超氧物种O2-是BaF2/La2O3催化剂上甲烷氧化偶联反应的活性氧物种.     

石英砂粒径对水合物沉积物力学性质的影响

利用自主研发的水合物沉积物原位合成与力学性质测试的高压低温三轴仪,通过多级加荷的试验方法,以不同粒径的砂粒作为沉积物骨架进行三轴压缩试验,得到了剪切过程的应力-应变关系曲线,以及不同粒径尺寸沉积物的强度,还有剪切过程中的体积变化关系。结果表明:含水合物沉积物强度随着沉积物粒径尺寸的增大而增强;在降压剪切过程中,所有粒径的水合物沉积物式样均有明显的剪缩现象。     

Production of COx-Free Hydrogen and Few-Layer Graphene Nanoplatelets by Catalytic Decomposition of Methane over Ni-Lignin-Derived Nanoparticles

Nickel (Ni)-lignin nanocomposites were synthesized from nickel nitrate and kraft lignin then catalytically graphitized to few-layer graphene-encapsulated nickel nanoparticles (Ni@G). Ni@G nanoparticles were used for catalytic decomposition of methane (CDM) to produce COx-free hydrogen and graphene nanoplatelets. Ni@G showed high catalytic activity for methane decomposition at temperatures of 800 to 900 °C and exhibited long-term stability of 600 min time-on-stream (TOS) without apparent deactivation. The catalytic stability may be attributed to the nickel dispersion in the Ni@G sample. During the CDM reaction process, graphene shells over Ni@G nanoparticles were cracked and peeled off the nickel cores at high temperature. Both the exposed nickel nanoparticles and the cracked graphene shells may participate the CDM reaction, making Ni@G samples highly active for CDM reaction. The vacancy defects and edges in the cracked graphene shells serve as the active sites for methane decomposition. The edges are continuously regenerated by methane molecules through CDM reaction.     

约束端面对管内甲烷爆炸特性的影响

为研究不同约束端面下甲烷的爆炸特性,利用自行搭建的实验平台完成了多种约束端面下不同浓度甲烷的爆炸实验。研究表明:约束端面的性质对甲烷的爆炸特性有显著影响,约束端面的承压强度越高,甲烷的爆炸超压越大。单层PVC薄膜作用下,薄膜破裂,不会引起火焰与超压的振荡;而纸膜破裂后,管道内外气流的高速泄放和回流则会引起超压振荡,使火焰前锋波动并发生扭曲变形;两者共同作用时,PVC薄膜会阻碍气流的泄放与回流,加速超压衰减,抑制火焰和超压的振荡。然而,随着纸膜层数增加,破膜时管道内外形成的巨大压差会使约束端面完全破裂,降低PVC薄膜的抑制作用。当破膜难度达到一定程度时,约束端面作用下的泄压峰值成为不同浓度甲烷爆炸的最大超压峰值,且泄爆压力并不随甲烷浓度的改变而改变,因此不同浓度甲烷的爆炸超压在较高的泄爆压力下相同;此时,相同约束端面下不同浓度甲烷的压力振荡曲线在压力衰减的前半个周期内完全重合,管道内外的压差成为主导超压振荡的重要因素,而不同浓度甲烷的燃烧速率对超压振荡的影响则可以忽略不计。     

化学反应-顶空气相色谱法测定气相二氧化硅表面硅羟基

建立了一种基于化学反应-顶空气相色谱测定气相二氧化硅表面硅羟基含量的新方法.实验取气相二氧化硅放入顶空瓶中于105℃烘箱中加热2 h去除水分,将甲苯稀释的格氏试剂注入密闭的顶空瓶中,格氏试剂与气相二氧化硅表面硅羟基快速反应产生甲烷(CH4),甲烷量与气相二氧化硅表面硅羟基含量成正比.经过气相色谱-氢火焰离子化检测器测定...     

气相火焰中铁钴镍合金表面沉积碳纳米管及形态分析

利用甲烷在空气中扩散燃烧,以铁钴镍合金片为载体和催化剂合成了碳纳米管,借助扫描电子显微镜、透射电子显微镜和拉曼光谱等分析了碳纳米管的形貌和结构。在合金表面成功沉积了碳纳米管,其外径为8~10 nm,内径为3 nm,长度约为15μm,密度大且分布均匀。研究表明:与纯镍片相比,铁钴镍合金具有更好的催化效果。     

天然气的组成与应用

由于我国天然气资源的大量发现以及原油可开采量的减少,利用天然气的技术和规模都获得快速发展,天然气的研究与开发越来越受到人们的关注。本文介绍了天然气的组成与最新的应用进展。     

氩气中一氧化碳、二氧化碳、甲烷、乙烷混合气体标准样品的研制

介绍气体报警仪标定和检测使用的氩气中一氧化碳、二氧化碳、甲烷、乙烷气体标准样品的制备,以气相色谱法对其均匀性和稳定性进行考核,对定值结果的不确定度进行了评定。标准气体定值范围:一氧化碳为500～1000μmol/mol,不确定度2%;二氧化碳为1000～5000μmol/mol,不确定度2%;甲烷为300～500μmol/mol,不确定度3%;乙烷为300～500μmol/mol,不确定度3%。