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Research articles
Differences in molecular composition of soluble organic species in two Chinese sub-bituminous coals with different reducibility
Fa-peng WU, Hao LU, Jie YAN, Rui-yu WANG, Yun-peng ZHAO, Xian-yong WEI
2018, 46(7): 769-777
[摘要]  (39) [HTML全文] (39) [PDF 929KB] (39)
摘要:
Naomaohu sub-bituminous (NS) with weak reducibility and Buliangou sub-bituminous (BS) with strong reducibility were extracted in isometric carbon disulfide/acetone mixed solvent to get extracts and extraction residues (ERs). The ERs were thermal dissolved in cyclohexane and methanol to get soluble portions (SPs). The yields of the extracts from NS (ENS) and BS (EBS) are 10.6% and 8.0%, respectively, and the total yields of the SPs from NS and BS at 300℃ are 36.3% and 11.5%, respectively, indicating the solubility of the organic species in NS are better than that in BS. Arenes are the dominated compounds both in ENS and EBS. The relative contents of aliphatic hydrocarbons and phenols in the SPs of NS are obvious higher than those of BS. The molecular weight distribution of the compounds in ENS is wider than that in EBS, while the molecular weight distribution of the compounds in the SPs from NS is narrower than that from BS.
Effect of solvent extraction pretreatments on the variation of macromolecular structure of low rank coals
Ru-nan HU, Zhi-cai WANG, Lei LI, Xiao-ling WANG, Chun-xiu PAN, Shi-gang KANG, Shi-biao REN, Zhi-ping LEI, Heng-fu SHUI
2018, 46(7): 778-786
[摘要]  (39) [HTML全文] (39) [PDF 1260KB] (39)
摘要:
In order to understand the effects of solvent pretreatment on the inherent macromolecular structure of low rank coal, Xilinguole lignite (XLL) and Shenfu sub-bituminous coal (SFC) were extracted by tetrahydrofuran (THF) soxhlet extraction, carbon disulfide/N-methyl-2-pyrrolidone (CS2/NMP) mixed solvent extraction and thermal dissolution, respectively. The extracted coals were characterized by diffuse reflection FT-IR spectroscopy (DRIFT), thermogravimetric analysis (TGA), mercury intrusion method (MI) and swelling ratio determination. The results indicated that the extraction resulted in the arrangement and reassociation of coal inherent macromolecules. THF Soxhlet extraction and CS2/NMP mixed solvent extraction can relax the macromolecular structure of coal to varying degrees by changing the non-covalent bond cross-linking, especially the distribution of hydrogen bond interactions. However, thermal dissolutions at high temperature mainly increased the covalent cross linking of coal macromolecules, especially for XLL. Swelling of all extracted coals was limited by Fickian diffusion, and the extracted coal showed lower swelling activation energy than the corresponding raw coals.
Preparation of graphitic carbon nitride with nitrogen-defects and its photocatalytic performance in the degradation of organic pollutants under visible light
Hong-guang ZHANG, Li-juan FENG, Chun-hu LI, Liang WANG
2018, 46(7): 871-878
[摘要]  (41) [HTML全文] (41) [PDF 1283KB] (41)
摘要:
Various graphitic carbon nitride (g-C3N4) materials having nitrogen defects were synthesized by adding NaHCO3 during the thermal polymerization of melamine. The as-prepared g-C3N4 samples were characterized by X-ray diffraction (XRD), Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR), nitrogen adsorption-desorption, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), UV-visual diffuse reflectance spectroscopy (UV-vis DRS) and photoluminescence spectroscopy (PL); their photocatalytic activity in the degradation of Rhodamine B (RhB) under visible light irradiation was investigated. The results demonstrated that the unique nitrogen defects in g-C3N4 play an important role in broadening the absorption of visible light and enhancing the separation of electron-hole pairs. The photocatalytic activity of g-C3N4 with nitrogen defects is enhanced greatly; the RhB removal rates over the CNK0.005, CNK0.01, and CNK0.05 photocatalysts in 30 min reach 79.8%, 100.0% and 87.6%, respectively. In contrast, the pristine g-C3N4 free of nitrogen defects only gives an RhB degration rate of 59.8% under the same reaction conditions.
研究论文
片状煤焦颗粒CO2气化过程中形态及结构演变特性研究
孟德喜, 张可怡, 杜浩宇, 许建良, 陈雪莉
2018, 46(7): 787-795
[摘要]  (54) [HTML全文] (54) [PDF 1802KB] (54)
摘要:
采用高温热台显微镜观测了片状煤焦颗粒CO2气化过程中的形态演变,并通过拉曼光谱分析了气化半焦的碳微晶结构,同时研究了气化温度(1000-1200℃)和煤焦初始当量直径(1.00-1.60 mm)对其CO2气化过程中的形态及结构演变的影响规律。结果表明,与反应前期相比,反应后期的颗粒收缩(面积、体积、当量直径)更加剧烈。在所研究的气化温度范围内,随着气化温度的升高,煤焦颗粒的面积收缩率和体积收缩率逐渐减小。煤焦初始粒径显著影响颗粒收缩,1100℃气化温度下,颗粒的收缩趋势在初始粒径1.30 mm处出现转折。煤焦气化过程中碳消耗主导着表观密度的变化,在所研究的温度和粒径范围内,当碳转化率达到80%时,表观密度比线性减小到0.4以下。在相同气化温度下,随着碳转化率的增加,煤焦的石墨化程度先减小后增加,无定形碳含量先增加再减小。
反气相色谱法研究煤直接液化残渣经分级提取前后的表面性质变化
肖怀德, 王强
2018, 46(7): 796-801
[摘要]  (46) [HTML全文] (46) [PDF 460KB] (46)
摘要:
采用反气相色谱法(IGC)分别对煤直接液化残渣(DCLR)脱灰处理后不溶物、正己烷不溶物、甲苯不溶物、四氢呋喃不溶物的表面性质进行表征。基于非极性探针净保留体积Vn分别采用Dorris-Gray方法和Schultz方法得到表面色散自由能,基于极性探针Vn得到吸附焓△Hsp,并通过△Hsp作图计算得到酸常数Ka和碱常数Kb。结果表明,经溶剂分级提取后表面色散自由能、KaKb均发生明显变化。而DCLR呈现两性偏碱性这一特征并未随分级提取发生改变。IGC作为一种动力学吸附技术,可快速准确表征DCLR在经分级提取过程中表面性质的变化,相同温度下应用Dorris-Gray方法得到DCLR表面色散自由能略高于Schultz方法。
不同硅源的Cu/SiO2催化糠醛加氢制2-甲基呋喃
史大佑, 陈晓蓉, 梅华, 许岩
2018, 46(7): 802-808
[摘要]  (56) [HTML全文] (56) [PDF 3440KB] (56)
摘要:
以硅溶胶和气相二氧化硅为载体,采用氨蒸法制备了Cu/SiO2-sol和Cu/SiO2-aer两种催化剂,采用N2吸附脱附、X射线衍射(XRD)、傅里叶红外光谱(FT-IR)、透射电子显微镜(TEM)、N2O-H2滴定、氢气程序升温还原(H2-TPR)、氨程序升温脱附(NH3-TPD)及X射线光电子能谱(XPS)对样品进行表征,在固定床反应器中考察两种催化剂对糠醛气相加氢制2-甲基呋喃的催化性能。结果表明,Cu/SiO2-sol催化剂具有更好的催化活性,在150 h反应时间内,糠醛转化率为100%,2-MF选择性在91%以上。这主要归因于以硅溶胶为硅源可以生成更多页硅酸铜,还原后催化剂表面Cu的分散性更高、弱酸位更多,有利于提高糠醛的转化率与2-甲基呋喃的选择性。同时Cu/SiO2-sol具有较大的孔容孔径,有利于降低反应过程中积炭,延长催化剂寿命。
Zr改性Ni2P/SBA-15催化剂的制备及其加氢脱氧性能
颜子金, 宋华, 李锋, 陈彦广
2018, 46(7): 809-817
[摘要]  (47) [HTML全文] (47) [PDF 928KB] (47)
摘要:
以正丙醇锆(n)和Zr(SO42(m)为锆源制备了Zr改性的Ni2P/ZrO2-SBA-15(n)和Ni2P/ZrO2-SBA-15(m)催化剂,并采用XRD、BET、CO吸附、XPS、NH3程序升温脱附等手段对催化剂进行了表征。以苯并呋喃(BF)为模型化合物,研究了催化剂加氢脱氧(HDO)性能。结果表明,Zr改性后,形成了新的层状结构的ZrP;Zr的引入有助于生成更多、更小粒径的Ni2P活性相,催化剂的酸强度和酸量均提高。与正丙醇锆相比,Zr(SO42为锆源能够获得比表面积大、酸性强、酸量大的催化剂,得到更多的ZrP相、更小粒径的Ni2P晶粒,暴露更多的Ni活性位点。Ni2P/ZrO2-SBA-15(n)和Ni2P/ZrO2-SBA-15(m)的BF HDO产率分别为71.5%和85.9%,较Ni2P/SBA-15分别提高了14.0%和28.4%。催化剂HDO活性、脱氧产物选择性和产率大小顺序为:Ni2P/ZrO2-SBA-15(m)> Ni2P/ZrO2-SBA-15(n)> Ni2P/SBA-15。
Pt (111)面和Pt14团簇上肉桂醛吸附及选择性加氢机理研究
罗伟, 薛继龙, 孟跃, 钱梦丹, 方镭, 夏盛杰, 倪哲明
2018, 46(7): 818-825
[摘要]  (33) [HTML全文] (33) [PDF 1671KB] (33)
摘要:
利用密度泛函理论研究了Pt(111)面及Pt14团簇对肉桂醛(CAL)的吸附作用和不完全加氢的反应机理。分析吸附能结果表明,肉桂醛分子以C=O与C=C键协同吸附在Pt(111)面上的六角密积(Hcp)位最稳定,以C=C键吸附在Pt14团簇上最稳定,且在Pt14团簇上的吸附作用较Pt(111)面更强。由过渡态搜索并计算得到的反应能垒及反应热可知,肉桂醛在Pt(111)面和Pt14团簇上均较容易对C=O键加氢得到肉桂醇(COL)。其中,优先加氢O原子为最佳反应路径,即Pt无论是平板还是团簇对肉桂醛加氢均有较好的选择性。同时发现,肉桂醛分子在Pt(111)面的加氢反应能垒较Pt14团簇上更低,即Pt的催化活性及对肉桂醛加氢产物选择性与其结构密切相关,其中,Pt(111)面对生成肉桂醇更加有利。
用于乙烯芳构化反应的Zn/HZSM-5催化剂失活机制研究
刘亚聪, 董梅, 樊卫斌, 秦张峰, 王建国
2018, 46(7): 826-834
[摘要]  (39) [HTML全文] (39) [PDF 712KB] (39)
摘要:
采用浸渍法制备了Zn负载量(质量分数)分别为1%、2%、3%的Zn/HZSM-5分子筛催化剂,通过XRD、N2吸附-脱附、NH3-TPD、Py-FTIR、XPS、TG-DTA等技术,系统考察Zn/HZSM-5分子筛在乙烯芳构化反应的失活机制。结果表明,积炭是催化剂失活的主要原因,HZSM-5中Zn的添加在较大程度上抑制了催化剂的积炭行为;低Zn含量时催化剂失活缓慢,但Zn含量较高时,由于催化剂比表面积和孔体积极剧下降,催化剂失活加剧。反应过程中,分子筛上Zn物种存在迁移和流失行为,迁移行为体现为催化剂表面Zn的富集和相对比例的变化;Zn流失速率在不同反应阶段保持恒定,但受到Zn含量的影响,Zn含量越高、流失速率越大。外表面ZnO是分子筛催化剂Zn流失的主要物种,且随Zn负载量升高变化趋势愈加明显,其含量与积炭速率存在一定关联。
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
马彩莲, 董光华, 刘霞, 陈建刚
2018, 46(7): 835-840
[摘要]  (40) [HTML全文] (40) [PDF 4284KB] (40)
摘要:
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。
焙烧温度对MgAlOx复合氧化物催化甲醛和乙醛合成正丙醛反应性能的影响
程福龙, 郭荷芹, 崔静磊, 侯博, 李德宝
2018, 46(7): 841-847
[摘要]  (49) [HTML全文] (49) [PDF 746KB] (49)
摘要:
采用共沉淀法制备了镁铝水滑石前驱体,通过在不同温度下焙烧得到系列MgAlOx复合氧化物催化剂,采用XRD、TG、N2吸附-脱附、NH3-TPD和CO2-TPD等技术对催化剂的物理和化学性质进行了表征,采用甲醛和乙醛缩合反应对催化剂反应性能进行了评价。结果表明,随着焙烧温度的提高,乙醛转化率以及正丙醛时空收率先增加后减少,C-550催化剂最大,分别达到39.22%和103.86 g/(kg·h),这与催化剂中强碱和强碱数目变化趋势一致。此外,提高催化剂中强碱和强碱数目还会促进副产物甲醇和CO2的生成。
不同分子筛上1-己烯骨架异构化反应性能的研究
曹中扬, 黄星亮, 龚艳, 字琴, 代小平, 彭文宇, 高玥
2018, 46(7): 848-855
[摘要]  (43) [HTML全文] (43) [PDF 854KB] (43)
摘要:
以HZSM-35、HZSM-5、HM和Hβ四种分子筛为1-己烯骨架异构化催化剂,比较研究了四种催化剂的异构化性能,对其构效关系进行了关联。结果表明,相比于HZSM-5和Hβ分子筛,HZSM-35和HM具有适宜的酸量,有效孔径为0.4-0.6 nm,而且无晶穴、无交叉孔道,具有良好的择形催化效应,在转化率高达95%的同时,C5-和C7+等副产物的收率在20%左右,异己烯收率可达40%-50%。进一步对四种分子筛进行酸碱改性处理,结果显示,虽然酸性质略有改变,但是一维孔结构的HZSM-35和HM分子筛的异构化性能仍明显优于多维孔结构的HZSM-5和Hβ分子筛,说明在酸性质一定的前提下,孔结构对异构化反应起关键作用。
铈含量对CeUSY分子筛抗镍性能的影响及机理研究
孙兆林, 惠宇, 杨野, 秦玉才, 张莉, 张乐, 贾未鸣, 祖运, 宋丽娟
2018, 46(7): 856-863
[摘要]  (40) [HTML全文] (40) [PDF 2806KB] (40)
摘要:
采用液相离子交换法制备了不同Ce含量的CeUSY分子筛,并通过Mitchell等体积浸渍法对其进行Ni污染,运用ICP-AES、XRD和N2吸附等温线等方法对其织构性质进行表征,并利用微反应活性评价装置考察了其抗镍性能。结果表明,不同Ce含量改性的USY样品其抗镍效果存在差异,CeUSY分子筛的抗镍效果与Ce含量的关系呈现火山型变化。结合Ni污染前后CeUSY分子筛的H2-TPR和Py-FTIR表征结果探讨了Ce物种的抗镍机制,证实了Ce物种形态的变化是不同Ce含量的CeUSY分子筛具有不同抗镍效果的重要成因,其中,SOD笼中的Ce(OH)2+在高温条件下可与Ni(OH)+相互作用,脱去一分子H2O形成Ce3+-O-Ni2+的稳定结构,阻碍了Ni物种与骨架铝的结合导致CeUSY分子筛中B酸中心的破坏,同时有效抑制了易还原NiO物种的生成。而Ce含量过高使得SOD笼内的Ce物种变成二聚以及三聚物,与Ni(OH)+作用减弱,使其抗镍性能减弱。
nMoOx·HZSM-5催化正丁烷裂解增产丙烯性能研究
陈亮, 李明航, 苗杰, 谈冠希, 靳广洲
2018, 46(7): 864-870
[摘要]  (50) [HTML全文] (50) [PDF 4808KB] (50)
摘要:
采用等体积浸渍法制备了nMoOx·HZSM-5系列单相复合体,用XRD、NH3-TPD、Py-FTIR、BET、SEM等技术对其物相结构、表面酸性、比表面积进行了表征。在连续固定床微反装置中对nMoOx·HZSM-5单相复合体进行了催化正丁烷裂解性能的评价。结果表明,部分活性组分Mo以MoOx原子簇的形式定位于HZSM-5分子筛的Z形和直形孔道交叉孔处,与分子筛的骨架氧配位形成nMoOx·HZSM-5单相复合体,引起分子筛的骨架收缩,相应的晶胞参数及晶胞体积减小,比表面积下降;随Mo用量的增大,nMoOx·HZSM-5单相复合体的酸量呈先增加后减小趋势;在反应温度625℃,体积空速5600 h-1条件下,Mo用量为0.75%制备的nMoOx·HZSM-5-0.75%单相复合体催化正丁烷裂解反应的转化率为73.83%,略低于HZSM-5分子筛,但丙烯收率却达到了13.13%,较HZSM-5分子筛提高2个百分点以上,表现出较好的增产丙烯效果。
Ni/γ-Al2O3催化剂上萘加氢生成十氢萘的催化反应研究
米星, 何广湘, 郭晓燕, 杨索和, 罗国华, 徐新, 靳海波
2018, 46(7): 879-885
[摘要]  (42) [HTML全文] (42) [PDF 2071KB] (42)
摘要:
采用Ni/Al2O3催化剂,在高压固定床反应器中考察了反应温度、压力、空速和氢油体积比比等因素对萘饱和加氢反应行为的影响,尤其是反应条件对反式十氢萘和顺式十氢萘选择性的影响。研究表明,反式十氢萘和顺式十氢萘的选择性与反应操作条件密切相关;反式十氢萘与顺式十氢萘的比例随着氢油比和温度的升高而增加,而随着压力和空速的增加而减小。在反应温度260-290℃、反应压力为5-7 MPa、空速为1-1.5 h-1及氢油体积比大于250时,十氢萘的选择性最高可达99%以上,萘的转化率接近100%,产物中反式和顺式十氢萘的比例最高,可达4.0左右。对Ni/γ-Al2O3催化剂稳定性进行了考察,初步发现催化活性组分的烧结或流失是催化剂失活和影响产物中反式十氢萘和顺式十氢萘比例的主要原因。
钠镁复盐吸收剂的简单可控合成及其CO2吸收性能研究
杨丽霞, 刘丹, 尚亚宁, 张鹏, 刘成伟, 桂建舟
2018, 46(7): 886-890
[摘要]  (40) [HTML全文] (40) [PDF 6692KB] (40)
摘要:
以羧甲基纤维素钠作为晶形导向剂,通过简单的物料混合法制备了一系列形貌可控的钠镁复盐CO2吸收材料,并采用XRD、SEM、TG进行表征,同时利用静态吸收和变温动态吸收-解吸循环实验方法研究了其CO2吸收性能和循环使用稳定性。均一的层状钠镁复盐吸收剂在添加0.3 g羧甲基纤维素钠时可得到,其饱和吸收量为22.8%(质量分数);同时经过20次瞬时变温动态吸收-解吸循环实验后CO2吸收量可以达到并保持9.7%(质量分数),显示了良好的循环稳定性。
MFI型分子膜的制备与H2S/CH4分离性能
杨文申, 郎林, 阴秀丽, 吴创之
2018, 46(7): 891-896
[摘要]  (40) [HTML全文] (40) [PDF 5497KB] (40)
摘要:
采用二次生长法在多孔α-Al2O3载体上制备MFI型(ZSM-5和silicate-1)分子筛膜;通过XRD和SEM检测,证明所合成的分子筛膜为致密、交联和无取向的MFI型分子筛膜,厚度为5 μm;单组分气体渗透实验检测中,所制备样品膜的N2渗透量均小于10-11 mol/(m2·s·Pa),可认为其无缺陷;同时,考察了样品分子筛膜对H2S/CH4混合气的分离效果,在渗透压分别为0.3和0.5 MPa时,silicate-1分子筛膜的H2S/CH4的分离因子分别为1.99和4.44,而ZSM-5分子筛膜的CH4/H2S的分离因子分别为6.71和12.85。