多孔炭材料在纤维素催化转化中的应用

生物质作为自然界唯一可再生的有机碳资源,其利用受到了越来越多的关注。特别是随着能源和环境危机的日益加重,将生物质中非可食用部分催化转化为燃料及具有高附加值的化学品被认为是高效、环保、原子经济的绿色过程。同时,多孔炭材料具有丰富的孔道结构、优异的水热稳定性和大比表面积,是生物质催化转化反应中最常用的载体材料之一。兼之炭材料表面极性、亲疏水性的可调变性,及对酸碱溶剂的反应惰性,也使其无论在学术研究还是在工业应用中都具有特殊的优势。另外,随着纳米炭材料科学的飞速发展,合成孔径、形貌、及表面官能团可控的介孔炭和具有多级孔道结构的多孔炭材料成为可能,将其应用到纤维素催化转化过程中,对深入理解孔道结构、表面官能团对纤维素转化的作用,揭示催化反应作用机制,指导炭基催化剂的设计合成,均具有重要意义。在本综述中,我们首先对纤维素转化中多孔炭的孔道结构和表面官能团性质的独特作用进行了阐述。由于商业活性炭的孔径一般在微孔尺度,但纤维素及可溶低聚糖的分子体积较大,因而其在活性炭中的传质受到了极大的限制。通过模板法获得的介孔炭材料,可实现孔径在2–10 nm的可控合成,大大提高了反应物的扩散速率,使之能与催化活性位有效接触。但孔道过于狭长,在反应过程中堵塞的可能性增高,进而导致催化剂失活;因此,在介孔孔道的基础上,建立互通的多级孔道结构对反应物、中间物、和产物的扩散,及催化活性的保持更为有利。另一方面,炭材料表面的含氧官能团不仅具有加强1,4-糖苷键吸附的作用,还可以作为酸性活性中心催化水解反应的进行;尤其是在传统的水相纤维素催化转化过程中,亲水表面对多孔炭催化剂与反应物的接触非常有利。本文以纤维素水解及纤维素水解加氢反应为例,展开讨论了多孔炭作为固体酸及双功能催化剂载体的应用。在水解反应中,纤维素首先在热水中降解为可溶低聚糖,之后再与活性炭表面官能团反应;其中多孔炭的比表面积、酸量、及酸强度均是促进水解发生的正向因素。在水解加氢反应中,炭载贵金属催化剂作为最常用的加氢催化剂,可获得以六元醇为主的纤维素转化产物。除了加氢作用之外,贵金属小颗粒被证实可以通过氢溢流作用提供水解所需的H+,同时,正价的贵金属也可促进反应过程中的氢转移。另一方面,由于钨物种可催化逆羟醛缩合反应的发生,因此在反应体系中引入钨物种时,水解加氢的主要产物由六元醇变为乙二醇。需要特别指出的是,在纤维素催化水解加氢的过程中,多孔炭材料作为载体同样具有非常重要的作用：一方面,三维介孔的孔道结构不仅有利于反应物、产物的扩散,也有利于加氢金属催化剂的分散,进而提高金属的催化加氢能力;另一方面,当炭材料的表面化学性质改变时,也会影响产物的选择性分布,例如当炭表面显碱性时,由于异构化作用,丙二醇成为主要产物。本文最后,我们列举了一些新型多孔炭材料,包括杂原子改性的多孔炭材料和金属氧化物-炭复合多孔材料的合成方法及其在纤维素催化转化乃至生物质转化中的潜在应用。     

PLC控制系统在电气设备中研究

PLC控制系统也叫可编程控制器,现在使用最多的是三菱以及西门子这两个品牌。在实际使用中,它可以用来取代继电器、执行逻辑、计数等顺序控制功能。由于它可适应于恶劣的工业环境,并具有体积小,重量轻等显著的特点,在电气设备中得到诸多人的认可。文章结合案例设计,阐述了PLC控制系统在电气设备中的设计和应用。     

漫话海盐

中国是世界上盐田面积最大、海盐产量最多的国家。从北往南，全国的主要盐场有辽宁的复州湾盐场，河北、天津的长芦盐场，山东莱州湾盐场，江苏淮盐盐场，以及浙江、福建、广东、广西、海南等南方诸省的盐场。这些盐场的盐田面积达40万公顷，海盐年产量3000多万吨，占全国原盐产量的70％，供应全国50％人口的食用盐、80％的工业用盐和百万吨以上的出口原盐。     

极边第一城——腾冲

腾冲,位于云南省西部边陲,与缅甸毗邻。西汉时称滇越,东汉属永昌郡,唐设羁縻州,南诏(公元738～937年)时设腾冲府,明代建造了石头城,徐霞客誉其为"极边第一城",现属保山市管辖。这座历经沧桑的历史名城,有着丰厚的历史文     

山西为什么煤多?

提到山西的煤炭,人们就会想到那易燃、热稳定性好的大同烟煤,干净、发热量大的晋城“兰花煤”,坚实、火力耐久的阳泉无烟煤……。这些“乌金墨玉”不仅供应国内二十多个省、市、自治区的工农业生产和人民生活所需,而且远销英、日、法、荷等国,并赢得很高声誉。     

Au促进Pt/WO3催化甘油氢解制1,3-丙二醇

近年来, 以生物质为基础的生物柴油得到了迅速发展, 导致了粗甘油过剩. 通过甘油选择性氢解制1,3-丙二醇, 进而被用于合成高价值的聚对苯二甲酸丙二醇酯被认为是最具工业应用潜力的反应之一, 对于提高生物柴油的利用效率有着极其重要的意义. 但由于反应空间位阻和热力学上的限制给甘油氢解制1,3-丙二醇带来了很大的挑战, 因此需要设计高活性的金属-酸双功能催化剂以降低甘油第二个C-O键断裂的活化能和减少其他副反应的发生. 目前Pt-W和Ir-Re双功能催化剂可高选择性制得1,3-丙二醇, 但仍需较严苛的反应条件实现对氢气的活化和解离. 本课题组曾将准单原子/单原子Pt高度分散于具有大量氧空位和酸位点的WOx载体上, 十分有利于甘油选择性氢解制1,3-丙二醇反应; 在Au-Pt/WOx催化剂中添加Au可促进B酸产生, 进而提高了甘油转化率和1,3-丙二醇的选择性.为了进一步研究Au对Pt/WOx催化剂结构和催化性能的影响, 本文利用CTAB辅助吸附法制备了Au/WO3, 再浸渍Pt制得Pt/Au/WO3双金属催化剂. 在甘油选择性氢解制1,3-丙二醇反应中, 所制催化剂表现出比Au-Pt/WOx更好的催化活性, 1,3-丙二醇时空收率为0.078 g1,3-PDO/(gcat·h), 是后者的1.95倍. 值得一提的是, Au-Pt/WOx催化剂在低压时活性较高, 而Pt/Au/WO3催化剂活性则在压力的升高而提高; 另外反应温度的升高导致副产物正丙醇的选择性上升, 1,3-丙二醇的选择性降低. 因此, 适宜的反应条件为155℃和5 MPa. 与Pt/WO3和Pt/WOx相比, Pt/Au/WO3表现出了更优异的催化性能, 其1,3-丙二醇的时空收率是Pt/WO3的2.36倍和Pt/WOx的4倍.为了探究Au的掺入对Pt/WOx催化剂性能的影响, 通过XRD, TEM, H2-TPR和XPS等技术对催化剂进行了深入表征. 结果表明, 与Pt/WO3相比, Pt/Au/WO3-600催化剂的XRD衍射峰向小角度偏移, 其原因是Au3+离子半径(0.85 ?)比W6+的(0.60 ?)大, Au3+以取代晶格W6+形式进入WO3晶格中; 对H2-TPR前300 ℃耗氢量的计算可知:Pt/WO3可被还原至Pt/WO2.96, 而Pt/Au/WO3可被还原至Pt/Au/WO2.91. 因此与Pt/WO3相比, Pt/Au/WO3表面氧空位更加丰富. TEM和XPS表征可知, 添加0.1 wt%Au后, 促进了更低价态的Pt均匀分散在WO3载体上, 其平均粒径为2.36 nm.综上所述, Au的掺杂改变了Pt/Au/WO3双金属催化剂的结构, 不仅降低了Pt和W的还原温度, 削弱了Pt和W之间的相互作用, 也促进了更低价态的Pt均匀分散于WO3载体上, 使得Pt/Au/WO3双金属催化剂在甘油氢解制1,3-丙二醇反应中具有更为优异的活性和产物选择性. 该催化剂有望被广泛运用于其他生物质平台化合物加氢脱氧的反应中.     

天然肥水—瀵泉

陕西省韩城市西南40公里的合阳县东五乡,有一奇特的"五瀵泉".据说该泉之水浇灌的农作物,苗壮株粗,籽满粒圆.同一块土地,用瀵水灌过,产量能提高一至二成,当地人都叫它天然肥水或粪水.有关瀵泉的记载可在《水经注·河水》一节中找到:"河水又南,瀵水入焉.水出汾阴南四十里,西去河三里,平地开源,喷泉上涌,大几如轮,深则不测,俗呼之为瀵魁."五瀵泉实际上是七个泉.黄河西岸一级河流阶地上有五个,分别是王村瀵、渤池瀵、西里瀵、熨斗瀵和小瀵;黄河水道正中还有两个,一个是夏阳     

奇村地下热矿水

奇村之名,出于何典,源于何年,现已很难考究清楚。但是,30年前的一次偶然发现,确实使这个原本只有几十户人家的小村庄,“名副奇(其)实”了。从大同乘车出发,沿大同一运城高速公路往南,过雁门关、原平后,在距忻州市25千米的岔路口,竖立着一块“忻州市温泉度假村”的牌坊。向西行8千     

法家思想与秦朝兴亡关系浅论

法家思想与秦朝的兴亡关系密切。作为秦国治国的主导思想,法家理论对秦国的发展壮大乃至消灭六国起了积极推动作用。但由于法家崇尚残暴,推崇权术,实行君主专制,严刑峻法,激化了阶级矛盾,使秦在统一全国后,只经历了短短的两代,就走向了灭亡。     

人类将进入一个全新的信息社会

目前,美、英、法、德、丹麦、日本、韩国,以及欧共体诸国,都在以数百、数千万美元的投资建设超高速电子通讯网络。这个网络被倡导者誉为“信息高速公路”。它的内容是通过计算机和光纤的联合发展,将一个国家乃至整个世界的每个家庭或人连在一起,