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燃料化学学报
Journal of Fuel Chemistry and Technology
主管 : 中国科学院
刊期 : 月刊主编 : 王建国
语种 : 中文主办 : 中国化学会、中国科学院山西煤炭研究所
ISSN : 0253-2409 CN : 14-1140/TQ《燃料化学学报》创刊于 1956 年，由中国科学院主管，中国化学会、中国科学院山西煤炭化学研究所主办 , 科学出版社出版。是国内外公开发行的国家级学术类刊物（月刊）。主要刊载燃料化学、燃料化工及其基础研究的前瞻性、原始性、首创性研究成果、科技成就和进展，涵盖煤炭、石油、油页岩、天然气和生物质转化等与燃料化学相关学科的内容。是燃料化学和能源转化领域中具有代表性的学术类刊物。所设栏目有研究论文、研究快报、述评及研究简报。 本 刊 自 2007 年起 与 Elsevier (爱思唯尔)出版集团 合作，从每期出版的论文中选出6～8篇较好论文，出版到本刊英文电子版《 Journal of Fuel Chemistry and Technology 》( http://www.sciencedirect.com/science/journal/18725813 )上。英文电子版期刊与印刷版期刊同步出版，英文电子版的版权归中国科学院山西煤炭化学研究所所有，由爱思唯尔负责其全球出版发行，通过 ScienceDirect 在线全文出版平台，向全世界相关的科研院所、大学、图书馆、公司及个人用户提供浏览和订阅。 本刊被美国《化学文摘 (CA) 》（并连续入选《 CA 》千种表）、美国《工程索引 (Ei) 》、英国《 Coal Abstracts 》 , 俄罗斯文摘杂志 (AJ) 、《中国科技论文统计源数据库》、中国科学引文索引数据库、中国学术期刊评价数据库、中国科技核心期刊数据库、中国化学文献数据库、《中文核心期刊要目总览》、《中国学术期刊文摘》、《中国化学化工文摘》、《中国矿业文摘》等收录。 本刊在多次期刊评比中分别获国家优秀期刊三等奖，中科院优秀期刊二等奖，华北优秀期刊奖 , 荣获首届《中国学术期刊（光盘版）检索与评价资料规范》优秀奖， 2001 年度获新闻出版总署授予的“中国期刊方阵双效期刊”等。本刊主要面向从事与燃料化学、能源化学研究、应用、教学有关的广大科技工作者和高等院校师生。展开 >
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2022, 50(5): 513-522
doi: 10.19906/j.cnki.JFCT.2021089
摘要:
气化过程中，不同粒度颗粒的受热破裂方式、挥发分脱除行为、焦-熔渣相互作用等具有显著差异，导致所产生的不同尺寸的煤气化细渣具有不同的结构特征和反应特性，通过研究气流床煤气化细渣结构、性质与其粒度分布的关系可为溯源气化炉内细渣形成机制及入炉煤粒度优化提供重要依据。为此，本研究选用宁夏宁东典型GSP煤气化工艺细渣为原料，通过烘干、破碎、筛分处理，获取了粒度分别为<0.125、0.125–0.250、>0.250 mm的三种样品，分别称为小、中、大粒级样品，借助氮气吸附-脱附法、XRD、Raman光谱、TGA等表征分析手段对其理化结构及燃烧活性进行了研究。结果表明，不同粒级气化细渣在组成、结构及反应活性方面有显著差异，三种粒级样品在渣中所占比例分别22%、46%、32%，均含有大量的球状颗粒与不规则颗粒。其中，中粒级气化细渣气化程度最小，残炭含量最高，达19%，石墨化程度最低，仅为30%，比表面积最大，达87.8 m2/g，在不同的升温速率下综合燃烧特性指数最优，大粒级气化细渣以上性质则与其完全相反。显然，气化较充分的煤粉趋向于形成大粒级的气化细渣，气化程度较低的煤粉更易形成中粒级气化细渣，这为煤气化过程的研究提供了一定的依据。中粒级气化细渣在细渣中含量最多，且气化程度低、含碳量高，比表面积和孔隙率大，所以仍具有一定潜在的利用价值，这也为气化细渣的处理与处置提供了思路。
气化过程中，不同粒度颗粒的受热破裂方式、挥发分脱除行为、焦-熔渣相互作用等具有显著差异，导致所产生的不同尺寸的煤气化细渣具有不同的结构特征和反应特性，通过研究气流床煤气化细渣结构、性质与其粒度分布的关系可为溯源气化炉内细渣形成机制及入炉煤粒度优化提供重要依据。为此，本研究选用宁夏宁东典型GSP煤气化工艺细渣为原料，通过烘干、破碎、筛分处理，获取了粒度分别为<0.125、0.125–0.250、>0.250 mm的三种样品，分别称为小、中、大粒级样品，借助氮气吸附-脱附法、XRD、Raman光谱、TGA等表征分析手段对其理化结构及燃烧活性进行了研究。结果表明，不同粒级气化细渣在组成、结构及反应活性方面有显著差异，三种粒级样品在渣中所占比例分别22%、46%、32%，均含有大量的球状颗粒与不规则颗粒。其中，中粒级气化细渣气化程度最小，残炭含量最高，达19%，石墨化程度最低，仅为30%，比表面积最大，达87.8 m2/g，在不同的升温速率下综合燃烧特性指数最优，大粒级气化细渣以上性质则与其完全相反。显然，气化较充分的煤粉趋向于形成大粒级的气化细渣，气化程度较低的煤粉更易形成中粒级气化细渣，这为煤气化过程的研究提供了一定的依据。中粒级气化细渣在细渣中含量最多，且气化程度低、含碳量高，比表面积和孔隙率大，所以仍具有一定潜在的利用价值，这也为气化细渣的处理与处置提供了思路。
2022, 50(5): 523-529
doi: 10.1016/S1872-5813(21)60185-8
摘要:
通过高温热台原位研究气化阶段钾基催化剂对神府煤焦的催化气化作用。考察了气化温度（800−900 ℃）和催化剂负载量（4.4%、10%（质量分数））对煤焦反应性能的影响。通过热台显微镜对煤焦颗粒催化气化过程进行可视化研究并引入分形理论对煤焦颗粒表面结构进行分析，揭示分形维数所表征的气化反应性。实验结果表明，煤焦颗粒的分形维数与之碳转化率呈正相关性，即催化剂负载量一定，改变气化温度，分形维数愈大，煤焦颗粒的碳转化率越大；气化温度一定，改变催化剂负载量，分形维数愈大，煤焦颗粒的碳转化率越大；煤焦颗粒的初始气化反应速率与分形维数关系与碳转化率一致；煤焦颗粒的分形维数与煤焦球度、角度间相关性较大，存在指数关系；即分形维数随煤焦颗粒角度的增加而增大；煤焦颗粒分形维数指标可用于煤焦催化气化过程的研究。
通过高温热台原位研究气化阶段钾基催化剂对神府煤焦的催化气化作用。考察了气化温度（800−900 ℃）和催化剂负载量（4.4%、10%（质量分数））对煤焦反应性能的影响。通过热台显微镜对煤焦颗粒催化气化过程进行可视化研究并引入分形理论对煤焦颗粒表面结构进行分析，揭示分形维数所表征的气化反应性。实验结果表明，煤焦颗粒的分形维数与之碳转化率呈正相关性，即催化剂负载量一定，改变气化温度，分形维数愈大，煤焦颗粒的碳转化率越大；气化温度一定，改变催化剂负载量，分形维数愈大，煤焦颗粒的碳转化率越大；煤焦颗粒的初始气化反应速率与分形维数关系与碳转化率一致；煤焦颗粒的分形维数与煤焦球度、角度间相关性较大，存在指数关系；即分形维数随煤焦颗粒角度的增加而增大；煤焦颗粒分形维数指标可用于煤焦催化气化过程的研究。
2022, 50(5): 530-537
doi: 10.19906/j.cnki.JFCT.2021088
摘要:
以高温煤焦油为原料，部分替代石油基苯酚合成可发泡性酚醛树脂，通过发泡工艺制备煤焦油酚醛泡沫。利用气相色谱质谱仪和红外光谱仪分别对高温煤焦油和酚醛泡沫进行分析表征；采用光学显微镜、热重分析仪、极限氧指数仪、导热系数仪等对酚醛泡沫的表观形貌、压缩强度、粉化率、热稳定性、阻燃性能和隔热性能进行表征。结果表明，煤焦油酚醛泡沫的压缩强度有所降低，但是泡沫的韧性提高，其粉化率下降。同时煤焦油酚醛泡沫具有良好的热稳定性，当替代率为10%−15%时，极限氧指数最高为36.1%，导热系数最低为0.034 W/（m·K）。这说明，高温煤焦油能够部分替代苯酚制备出性能优良的酚醛泡沫，为高温煤焦油的高值化利用提供了新的思路。
以高温煤焦油为原料，部分替代石油基苯酚合成可发泡性酚醛树脂，通过发泡工艺制备煤焦油酚醛泡沫。利用气相色谱质谱仪和红外光谱仪分别对高温煤焦油和酚醛泡沫进行分析表征；采用光学显微镜、热重分析仪、极限氧指数仪、导热系数仪等对酚醛泡沫的表观形貌、压缩强度、粉化率、热稳定性、阻燃性能和隔热性能进行表征。结果表明，煤焦油酚醛泡沫的压缩强度有所降低，但是泡沫的韧性提高，其粉化率下降。同时煤焦油酚醛泡沫具有良好的热稳定性，当替代率为10%−15%时，极限氧指数最高为36.1%，导热系数最低为0.034 W/（m·K）。这说明，高温煤焦油能够部分替代苯酚制备出性能优良的酚醛泡沫，为高温煤焦油的高值化利用提供了新的思路。
2022, 50(5): 538-563
doi: 10.1016/S1872-5813(21)60181-0
摘要:
将CO2作为可利用的碳资源催化转化为高附加值化学品或液体燃料对于节能减排和碳资源的循环利用具有重要意义。由于CO2分子的化学惰性及高的C–C键耦合能垒，导致CO2的选择性活化及可控转化极具挑战。近年来，随着研究的不断深入及串联催化体系的构建，世界各国研究者在CO2催化加氢制备高附加值烃类方面取得了突破性的研究进展。然而，在串联催化过程中，Fe基催化剂或金属氧化物与分子筛间的协同匹配、活性组分间的组装方式、分子筛的孔道结构及酸性、以及反应条件及气氛均对CO2加氢的产物分布影响显著。有鉴于此，本综述针对CO2加氢制备高附加值烃(低碳烯烃、异构烷烃、汽油及芳烃)的串联催化反应体系，重点介绍串联催化剂上影响CO2活化、转化及目标产物生成的关键因素以及串联催化剂的稳定性，并在此基础上对CO2催化加氢的未来和前景进行总结和展望。
将CO2作为可利用的碳资源催化转化为高附加值化学品或液体燃料对于节能减排和碳资源的循环利用具有重要意义。由于CO2分子的化学惰性及高的C–C键耦合能垒，导致CO2的选择性活化及可控转化极具挑战。近年来，随着研究的不断深入及串联催化体系的构建，世界各国研究者在CO2催化加氢制备高附加值烃类方面取得了突破性的研究进展。然而，在串联催化过程中，Fe基催化剂或金属氧化物与分子筛间的协同匹配、活性组分间的组装方式、分子筛的孔道结构及酸性、以及反应条件及气氛均对CO2加氢的产物分布影响显著。有鉴于此，本综述针对CO2加氢制备高附加值烃(低碳烯烃、异构烷烃、汽油及芳烃)的串联催化反应体系，重点介绍串联催化剂上影响CO2活化、转化及目标产物生成的关键因素以及串联催化剂的稳定性，并在此基础上对CO2催化加氢的未来和前景进行总结和展望。
2022, 50(5): 564-575
doi: 10.1016/S1872-5813(21)60182-2
摘要:
在实际工业环境中，废气（包括甲烷、乙烷以及VOCs）中通常会带有一些含硫物种，这些物种在氧化反应过程中会侵占催化剂表面活性位，引起催化剂的短暂物理失活。当有毒物质与主活性物种发生反应可引发永久性失活，从而造成催化剂的中毒失效。本文综述了贵金属、复合金属氧化物以及钙钛矿型催化剂应用于废气催化燃烧反应中的抗无机硫和有机硫性能，讨论分析了催化剂的中毒机理，提出了一些提高催化剂抗毒性的方法和手段，为开发具有高抗硫中毒特性的催化剂提供了一定的思路和方向。
在实际工业环境中，废气（包括甲烷、乙烷以及VOCs）中通常会带有一些含硫物种，这些物种在氧化反应过程中会侵占催化剂表面活性位，引起催化剂的短暂物理失活。当有毒物质与主活性物种发生反应可引发永久性失活，从而造成催化剂的中毒失效。本文综述了贵金属、复合金属氧化物以及钙钛矿型催化剂应用于废气催化燃烧反应中的抗无机硫和有机硫性能，讨论分析了催化剂的中毒机理，提出了一些提高催化剂抗毒性的方法和手段，为开发具有高抗硫中毒特性的催化剂提供了一定的思路和方向。
2022, 50(5): 576-582
doi: 10.1016/S1872-5813(21)60186-X
摘要:
本文介绍了顺式和反式十氢萘的分子结构和反应特性，系统分析了十氢萘在不同催化体系下选择性开环的反应机理，包括在单功能酸性催化剂上的碳正离子机理，在单功能金属催化剂上的氢解反应机理以及基于酸性-金属双功能催化剂的双功能开环反应机理。总结了反应温度、载体酸性和分子筛孔径等工艺条件对十氢萘选择性开环反应性能的影响。最后提出了当前研究存在的不足之处，展望了亟需开展的研究课题。
本文介绍了顺式和反式十氢萘的分子结构和反应特性，系统分析了十氢萘在不同催化体系下选择性开环的反应机理，包括在单功能酸性催化剂上的碳正离子机理，在单功能金属催化剂上的氢解反应机理以及基于酸性-金属双功能催化剂的双功能开环反应机理。总结了反应温度、载体酸性和分子筛孔径等工艺条件对十氢萘选择性开环反应性能的影响。最后提出了当前研究存在的不足之处，展望了亟需开展的研究课题。
2022, 50(5): 583-590
doi: 10.19906/j.cnki.JFCT.2021094
摘要:
本研究用溶剂热法合成了三种暴露不同晶面的Co基催化剂，排除载体、助剂、晶粒尺寸等参数的影响，通过程序升温脱附、原位拉曼光谱、原位漫反射红外光谱等表征手段和化学瞬变反应技术，对不同晶面Co催化剂在费托反应过程中CO活化行为进行了研究。结果表明，CO的活化在不同晶面的Co基催化剂上具有结构敏感性。Co（10-11）晶面上CO以直接解离的方式进行活化，且CO解离生成的碳物种部分形成积炭，其余碳物种加氢生成CHx；Co（0001）晶面上CO以氢助解离的方式活化，大量解离为积炭，少量碳物种氢化为CHx；Co（11-20）晶面上CO直接解离，该催化剂上CO弱解离得到微量的积炭，其余碳物种在氢的存在下生成微量的CHx中间体。
本研究用溶剂热法合成了三种暴露不同晶面的Co基催化剂，排除载体、助剂、晶粒尺寸等参数的影响，通过程序升温脱附、原位拉曼光谱、原位漫反射红外光谱等表征手段和化学瞬变反应技术，对不同晶面Co催化剂在费托反应过程中CO活化行为进行了研究。结果表明，CO的活化在不同晶面的Co基催化剂上具有结构敏感性。Co（10-11）晶面上CO以直接解离的方式进行活化，且CO解离生成的碳物种部分形成积炭，其余碳物种加氢生成CHx；Co（0001）晶面上CO以氢助解离的方式活化，大量解离为积炭，少量碳物种氢化为CHx；Co（11-20）晶面上CO直接解离，该催化剂上CO弱解离得到微量的积炭，其余碳物种在氢的存在下生成微量的CHx中间体。
2022, 50(5): 591-600
doi: 10.1016/S1872-5813(21)60180-9
摘要:
将超临界法制备的钛副族纳米金属氧化物（TiO2、ZrO2、HfO2）分别与ZSM-5分子筛和石英砂混合得到双功能催化剂（Ti/HZ、Zr/HZ、Hf/HZ）和金属氧化物催化剂（Ti/Si、Zr/Si、Hf/Si）。研究了金属氧化物的晶体结构、表面氧空位和合成气吸附性能对金属氧化物催化剂和双功能催化剂催化CO加氢性能的影响。结果表明，双功能催化剂可以直接催化合成气制芳烃。金属氧化物表面氧空位浓度、氧空位电子性质和金属氧化物的H/C比（CO和H2吸附量之比）共同决定着金属氧化物表面中间体产物的种类。ZrO2表面的碳氢氧（CHxO*）中间体产物有利于Zr/HZ获得芳烃高选择性（71.15%），而TiO2和HfO2中的CH3*则导致Ti/HZ和Hf/HZ的催化产物CH4选择性较高。
将超临界法制备的钛副族纳米金属氧化物（TiO2、ZrO2、HfO2）分别与ZSM-5分子筛和石英砂混合得到双功能催化剂（Ti/HZ、Zr/HZ、Hf/HZ）和金属氧化物催化剂（Ti/Si、Zr/Si、Hf/Si）。研究了金属氧化物的晶体结构、表面氧空位和合成气吸附性能对金属氧化物催化剂和双功能催化剂催化CO加氢性能的影响。结果表明，双功能催化剂可以直接催化合成气制芳烃。金属氧化物表面氧空位浓度、氧空位电子性质和金属氧化物的H/C比（CO和H2吸附量之比）共同决定着金属氧化物表面中间体产物的种类。ZrO2表面的碳氢氧（CHxO*）中间体产物有利于Zr/HZ获得芳烃高选择性（71.15%），而TiO2和HfO2中的CH3*则导致Ti/HZ和Hf/HZ的催化产物CH4选择性较高。
2022, 50(5): 601-610
doi: 10.1016/S1872-5813(21)60184-6
摘要:
The activation of C−H bonds of CH4 is a key step for the conversion of methane to chemical commodities. Loading Ni onto ZrO2 is regarded as a relatively efficient way to harness the beneficial electronic property and the fine dispersion of the Ni catalyst for CH4 dissociation. Herein we demonstrate the crucial role of Ni13 catalyst supported on ZrO2 for the dissociation of CH4. The density functional theory (DFT) results show that the ZrO2 supported Ni13 stabilizes all species better and facilitates CH4 activation. The stepwise dehydrogenations of CH4 on Ni13-ZrO2(111) exhibits longer C−H bond lengths of ISs , lower Ea, and smaller displacements between the detaching H and the remaining CHx fragment in TSs . In addition, they are also thermodynamically more feasible. However, without the ZrO2 support on Ni13, the opposite results are obtained. Consequently, the ZrO2 modified Ni13 is more superior to the original Ni13 in CH4 dehydrogenation. The electronic analysis combining DFT calculations confirmed that the larger overlap between C 2p and Ni 3d, and the electron transfer of Ni→C cause the weaker C 2p−H 1s hybridization. In addition, the reduction of electron transfer of H→C leads to a stronger interaction between Ni and C along with a weak C−H bond. Hence, the ZrO2 support serves as the d-band electron reservoir at Ni13 and it is benefit to the activation of C−H bonds in CH4 dehydrogenation.
The activation of C−H bonds of CH4 is a key step for the conversion of methane to chemical commodities. Loading Ni onto ZrO2 is regarded as a relatively efficient way to harness the beneficial electronic property and the fine dispersion of the Ni catalyst for CH4 dissociation. Herein we demonstrate the crucial role of Ni13 catalyst supported on ZrO2 for the dissociation of CH4. The density functional theory (DFT) results show that the ZrO2 supported Ni13 stabilizes all species better and facilitates CH4 activation. The stepwise dehydrogenations of CH4 on Ni13-ZrO2(111) exhibits longer C−H bond lengths of ISs , lower Ea, and smaller displacements between the detaching H and the remaining CHx fragment in TSs . In addition, they are also thermodynamically more feasible. However, without the ZrO2 support on Ni13, the opposite results are obtained. Consequently, the ZrO2 modified Ni13 is more superior to the original Ni13 in CH4 dehydrogenation. The electronic analysis combining DFT calculations confirmed that the larger overlap between C 2p and Ni 3d, and the electron transfer of Ni→C cause the weaker C 2p−H 1s hybridization. In addition, the reduction of electron transfer of H→C leads to a stronger interaction between Ni and C along with a weak C−H bond. Hence, the ZrO2 support serves as the d-band electron reservoir at Ni13 and it is benefit to the activation of C−H bonds in CH4 dehydrogenation.
2022, 50(5): 611-620
doi: 10.19906/j.cnki.JFCT.2021095
摘要:
本研究采用水热结晶法合成了孪晶HZSM-5分子筛，并在表面外延生长Silicalite-1（S-1）纯硅沸石，制备了HZSM-5@Silicalite-1核壳结构催化剂。与孪晶HZSM-5相比，HZSM-5@Silicalite-1核壳结构催化剂在甲苯甲醇烷基化反应中表现出优异的催化性能。在470 ℃、0.1 MPa和临氢反应条件下，HZSM-5@40Silicalite-1催化剂的甲苯单程转化率为8.5%，对二甲苯选择性为98.4%。进一步研究了核相HZSM-5与S-1壳层前驱体固液质量比对表面S-1晶体生长的影响，同时考察了S-1壳层对孪晶HZSM-5催化性能的影响。通过SEM、XRD、XRF、液体静态吸附、N2吸附-脱附、NH3-TPD、Py-FTIR等表征实验对核壳材料的结构和酸性质进行了详细研究。
本研究采用水热结晶法合成了孪晶HZSM-5分子筛，并在表面外延生长Silicalite-1（S-1）纯硅沸石，制备了HZSM-5@Silicalite-1核壳结构催化剂。与孪晶HZSM-5相比，HZSM-5@Silicalite-1核壳结构催化剂在甲苯甲醇烷基化反应中表现出优异的催化性能。在470 ℃、0.1 MPa和临氢反应条件下，HZSM-5@40Silicalite-1催化剂的甲苯单程转化率为8.5%，对二甲苯选择性为98.4%。进一步研究了核相HZSM-5与S-1壳层前驱体固液质量比对表面S-1晶体生长的影响，同时考察了S-1壳层对孪晶HZSM-5催化性能的影响。通过SEM、XRD、XRF、液体静态吸附、N2吸附-脱附、NH3-TPD、Py-FTIR等表征实验对核壳材料的结构和酸性质进行了详细研究。
2022, 50(5): 621-627
doi: 10.1016/S1872-5813(21)60191-3
摘要:
A bifunctional catalyst of Ru5/ASA-TiO2 was prepared by using a novel silicon-aluminum (ASA)-TiO2 amorphous composite, which was synthesized by a steam-assisted method, as the support. X-ray diffraction (XRD), pyridine adsorption infrared (Py-FTIR), ammonia-temperature-programmed desorption (NH3-TPD), scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and other methods were used to characterize the structure and the acidity of the prepared catalyst. Using diphenyl ether as the lignite-related model compound, the reaction activity of the Ru5/ASA-TiO2 for the catalytic hydrogenolysis of 4–O–5 type ether bonds was investigated under a mild condition. The results show that the weak acid and/or the Lewis acid rather than the strong Brønsted acid mainly contribute to improve the conversion rate and the benzene yield of the catalytic hydrogenolysis of diphenyl ether. The reaction temperature can influence the relative content of various types of acids to significantly affect the selectivity of the hydrogenolysis products of diphenyl ether. The conversion rate of diphenyl ether is greater than 98% while the benzene yield is 67.1%.
A bifunctional catalyst of Ru5/ASA-TiO2 was prepared by using a novel silicon-aluminum (ASA)-TiO2 amorphous composite, which was synthesized by a steam-assisted method, as the support. X-ray diffraction (XRD), pyridine adsorption infrared (Py-FTIR), ammonia-temperature-programmed desorption (NH3-TPD), scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and other methods were used to characterize the structure and the acidity of the prepared catalyst. Using diphenyl ether as the lignite-related model compound, the reaction activity of the Ru5/ASA-TiO2 for the catalytic hydrogenolysis of 4–O–5 type ether bonds was investigated under a mild condition. The results show that the weak acid and/or the Lewis acid rather than the strong Brønsted acid mainly contribute to improve the conversion rate and the benzene yield of the catalytic hydrogenolysis of diphenyl ether. The reaction temperature can influence the relative content of various types of acids to significantly affect the selectivity of the hydrogenolysis products of diphenyl ether. The conversion rate of diphenyl ether is greater than 98% while the benzene yield is 67.1%.
2022, 50(5): 628-640
doi: 10.1016/S1872-5813(21)60183-4
摘要:
As ammonia slip becomes more serious with the traditional deNOx application, ammonia-free technologies have received more and more attention recently. Cu-K bimetal loaded activated carbon catalysts were prepared by equivalent-volume impregnation method for the direct reduction of NO and showed good NO reduction performance in a wide temperature range under temperature-programmed surface reactions (TPSRs) conditions in aerobic and anaerobic environments. The catalysts were characterized by BET, SEM, XRD, XPS, H2-TPR, Raman and FT-IR techniques and the NO reduction mechanism was analyzed. Experimental results show that the active functional groups formed on the surface of activated carbon are the important intermediate products and play a key role in the reduction reaction. The presence of O2 greatly promotes the formation of the intermediate, C(O) (Oxygen-containing functional groups on the carbon surface), leading to the increase reduction rate of NO. The bimetallic oxides catalysts are obviously effective to directly reduce NO. When the ratio of copper: potassium is 2∶1, the NO reduction efficiency is about 90% at 300 °C. The catalytic activity mainly depends on the redox cycle of CuO/Cu2O, and the potassium inhibits the agglomeration of copper on the surface of carbon materials and enhances the catalytic reactivity of Cu.
As ammonia slip becomes more serious with the traditional deNOx application, ammonia-free technologies have received more and more attention recently. Cu-K bimetal loaded activated carbon catalysts were prepared by equivalent-volume impregnation method for the direct reduction of NO and showed good NO reduction performance in a wide temperature range under temperature-programmed surface reactions (TPSRs) conditions in aerobic and anaerobic environments. The catalysts were characterized by BET, SEM, XRD, XPS, H2-TPR, Raman and FT-IR techniques and the NO reduction mechanism was analyzed. Experimental results show that the active functional groups formed on the surface of activated carbon are the important intermediate products and play a key role in the reduction reaction. The presence of O2 greatly promotes the formation of the intermediate, C(O) (Oxygen-containing functional groups on the carbon surface), leading to the increase reduction rate of NO. The bimetallic oxides catalysts are obviously effective to directly reduce NO. When the ratio of copper: potassium is 2∶1, the NO reduction efficiency is about 90% at 300 °C. The catalytic activity mainly depends on the redox cycle of CuO/Cu2O, and the potassium inhibits the agglomeration of copper on the surface of carbon materials and enhances the catalytic reactivity of Cu.
栏目
2022, 50(3): 268-274
doi: 10.1016/S1872-5813(21)60155-X
摘要:
本研究基于高频炉反应器开展准东煤的快速热解实验，探究碱及碱土金属(AAEMs)的释放特性及其与煤焦理化性质演变的关联。热解停留时间、气氛是影响AAEMs迁移特性及煤焦理化性质演变的重要过程参数。研究表明，AAEMs的释放率随热解停留时间的延长而增大，Na、Mg和Ca的最大释放率分别为61.05%、64.47%、44.01%。CO2气氛能显著提高煤热解过程中AAEMs的释放率，CO2对Na释放的促进作用主要发生在快速热解初期，而对Mg和Ca释放的促进作用主要表现在快速热解中后期。CO2气氛促进挥发分释放，加快含氧官能团及脂肪族官能团分解，促进煤焦表面裂纹形成，从而促进煤快速热解过程煤中AAEMs的释放。
本研究基于高频炉反应器开展准东煤的快速热解实验，探究碱及碱土金属(AAEMs)的释放特性及其与煤焦理化性质演变的关联。热解停留时间、气氛是影响AAEMs迁移特性及煤焦理化性质演变的重要过程参数。研究表明，AAEMs的释放率随热解停留时间的延长而增大，Na、Mg和Ca的最大释放率分别为61.05%、64.47%、44.01%。CO2气氛能显著提高煤热解过程中AAEMs的释放率，CO2对Na释放的促进作用主要发生在快速热解初期，而对Mg和Ca释放的促进作用主要表现在快速热解中后期。CO2气氛促进挥发分释放，加快含氧官能团及脂肪族官能团分解，促进煤焦表面裂纹形成，从而促进煤快速热解过程煤中AAEMs的释放。
2022, 50(3): 275-282
doi: 10.19906/j.cnki.JFCT.2021075
摘要:
选取600 MW循环流化床锅炉及1000 MW煤粉炉的电厂进行汞迁移转化及排放特性研究，采用EPA 30B法对烟气汞质量浓度进行采样，同时采集了入炉煤、飞灰、底渣、石灰石、工艺水、脱硫石膏、脱硫废水等固体液体样品进行对比分析。研究了两电厂现有污染物控制装置对汞的协同脱除作用，分析了汞的迁移转化规律。两电厂烟气经过污染物控制装置后，总汞脱除率均达到88%以上，最终排放烟气汞质量浓度分别为1.85和1.10 μg/m3，明显低于中国现行排放标准要求，在现有设备条件下即可实现汞的达标排放。
选取600 MW循环流化床锅炉及1000 MW煤粉炉的电厂进行汞迁移转化及排放特性研究，采用EPA 30B法对烟气汞质量浓度进行采样，同时采集了入炉煤、飞灰、底渣、石灰石、工艺水、脱硫石膏、脱硫废水等固体液体样品进行对比分析。研究了两电厂现有污染物控制装置对汞的协同脱除作用，分析了汞的迁移转化规律。两电厂烟气经过污染物控制装置后，总汞脱除率均达到88%以上，最终排放烟气汞质量浓度分别为1.85和1.10 μg/m3，明显低于中国现行排放标准要求，在现有设备条件下即可实现汞的达标排放。
2022, 50(3): 283-294
doi: 10.1016/S1872-5813(21)60168-8
摘要:
在一台实验室规模的内循环流化床中，研究了700−850 ℃下脱水污泥与玉米秸秆的掺烧反应。目的是研究不同温度、污泥掺混比、二次风比率对掺烧后NO排放以及各种重金属在底灰、飞灰、烟气中迁移规律。结果表明，在实验工况下，随着温度升高，NO排放上升，底灰中V、Cr、As、Sb、Hg含量先增大后减小，Zn、Cu、Se、Cd与之相反，且大部分重金属的转折点在800 ℃；随着污泥掺混比的增加，NO排放先减少后增加，底灰中Cu、Hg、Tl含量均先增加后减小，Cr与之相反，且转折点均在污泥掺混比为10%时；随着二次风比率的增加，NO排放降低，底灰中重金属Zn、Cu、Se、Hg含量减少，As、Cd与之相反。
在一台实验室规模的内循环流化床中，研究了700−850 ℃下脱水污泥与玉米秸秆的掺烧反应。目的是研究不同温度、污泥掺混比、二次风比率对掺烧后NO排放以及各种重金属在底灰、飞灰、烟气中迁移规律。结果表明，在实验工况下，随着温度升高，NO排放上升，底灰中V、Cr、As、Sb、Hg含量先增大后减小，Zn、Cu、Se、Cd与之相反，且大部分重金属的转折点在800 ℃；随着污泥掺混比的增加，NO排放先减少后增加，底灰中Cu、Hg、Tl含量均先增加后减小，Cr与之相反，且转折点均在污泥掺混比为10%时；随着二次风比率的增加，NO排放降低，底灰中重金属Zn、Cu、Se、Hg含量减少，As、Cd与之相反。
2022, 50(3): 295-303
doi: 10.19906/j.cnki.JFCT.2021079
摘要:
针对某435 m2烧结机机头，在静电除尘器前安装化学团聚强化除尘系统，研究化学团聚强化细颗粒物及重金属（As、Cr、Cd、Ni、Cu、Pb、Zn七种）脱除特性。实验结果表明，化学团聚后，细颗粒团聚成较大颗粒，静电除尘器后烟气中PM10、PM2.5、PM1颗粒质量浓度均降低49%以上，静电除尘器飞灰平均粒度增长46%以上，细颗粒物团聚效果显著，提升了静电除尘器脱除细颗粒物效率；静电除尘器飞灰及细颗粒物中重金属质量浓度上升，静电除尘器后烟气中重金属质量浓度均下降，表明化学团聚作用促使气态重金属向颗粒态重金属及飞灰中迁移，细颗粒重金属团聚长大。化学团聚不仅可以强化细颗粒物的脱除，同时有效提升了重金属的脱除效率。
针对某435 m2烧结机机头，在静电除尘器前安装化学团聚强化除尘系统，研究化学团聚强化细颗粒物及重金属（As、Cr、Cd、Ni、Cu、Pb、Zn七种）脱除特性。实验结果表明，化学团聚后，细颗粒团聚成较大颗粒，静电除尘器后烟气中PM10、PM2.5、PM1颗粒质量浓度均降低49%以上，静电除尘器飞灰平均粒度增长46%以上，细颗粒物团聚效果显著，提升了静电除尘器脱除细颗粒物效率；静电除尘器飞灰及细颗粒物中重金属质量浓度上升，静电除尘器后烟气中重金属质量浓度均下降，表明化学团聚作用促使气态重金属向颗粒态重金属及飞灰中迁移，细颗粒重金属团聚长大。化学团聚不仅可以强化细颗粒物的脱除，同时有效提升了重金属的脱除效率。
2022, 50(3): 304-313
doi: 10.1016/S1872-5813(21)60179-2
摘要:
以聚乙烯醇（PVA）、细菌纤维素(BC)和硫酸为原料，采用物理交联的冻融循环法制备了聚乙烯醇/细菌纤维素复合水凝胶电解质；经过冻融循环后，聚乙烯醇和细菌纤维素形成了大量的分子间氢键，赋予复合水凝胶良好的自修复性能和力学性能。探讨了纤维素含量对水凝胶电解质力学性能和离子电导率的影响，结果表明，BC含量为0.6%时复合水凝胶自修复性能最好，力学性能最强，断裂强度高达0.41 MPa，离子电导率最高达到138.9 mS/cm，一次修复后离子电导率仍然可达84.1 mS/cm ，修复率高达74%。在该自修复聚乙烯醇/细菌纤维素水凝胶电解质表面原位聚合聚苯胺电极，设计组装柔性一体化超级电容器，研究了苯胺浓度对超级电容器性能的影响。结果表明，苯胺浓度为0.2 mol/L时，超级电容器器件在0.2 mA/cm2的电流密度下达到580.8 mF/cm2的高比电容、出色的能量密度（20.17 μW·h/cm2）和功率密度（50 μW/cm2），且一次修复后的电容保持率达到66%，显示出良好的自修复性能，以及保持结构完整性和电化学稳定性的巨大潜力。这些发现表明了自修复聚乙烯醇/细菌纤维素复合水凝胶电解质在柔性可穿戴储能装置中巨大的应用前景。
以聚乙烯醇（PVA）、细菌纤维素(BC)和硫酸为原料，采用物理交联的冻融循环法制备了聚乙烯醇/细菌纤维素复合水凝胶电解质；经过冻融循环后，聚乙烯醇和细菌纤维素形成了大量的分子间氢键，赋予复合水凝胶良好的自修复性能和力学性能。探讨了纤维素含量对水凝胶电解质力学性能和离子电导率的影响，结果表明，BC含量为0.6%时复合水凝胶自修复性能最好，力学性能最强，断裂强度高达0.41 MPa，离子电导率最高达到138.9 mS/cm，一次修复后离子电导率仍然可达84.1 mS/cm ，修复率高达74%。在该自修复聚乙烯醇/细菌纤维素水凝胶电解质表面原位聚合聚苯胺电极，设计组装柔性一体化超级电容器，研究了苯胺浓度对超级电容器性能的影响。结果表明，苯胺浓度为0.2 mol/L时，超级电容器器件在0.2 mA/cm2的电流密度下达到580.8 mF/cm2的高比电容、出色的能量密度（20.17 μW·h/cm2）和功率密度（50 μW/cm2），且一次修复后的电容保持率达到66%，显示出良好的自修复性能，以及保持结构完整性和电化学稳定性的巨大潜力。这些发现表明了自修复聚乙烯醇/细菌纤维素复合水凝胶电解质在柔性可穿戴储能装置中巨大的应用前景。
2022, 50(3): 314-325
doi: 10.1016/S1872-5813(21)60153-6
摘要:
丙酮醇和乳酸都是具有很高利用价值的化学品，充分利用可再生的纤维素资源制备丙酮醇和乳酸，具有重要的意义。本研究采用溶胶-凝胶法并结合惰性气氛高温退火方法制备了Sn-Fe@C系列催化剂，探讨了该催化剂上纤维素水相体系一步氢解制备丙酮醇和乳酸的催化性能。研究发现，丙酮醇和乳酸的收率与催化剂的Sn/Fe比以及焙烧温度具有显著的相关性。以3Sn1Fe@C600为催化剂，在240 ℃，5 MPa H2压力和1 h的反应条件下，丙酮醇和乳酸的总收率为45.4%。催化剂物理化学性质的表征结果表明，催化剂的酸、碱性位及金属活性位点之间的协同催化作用，是纤维素选择性氢解制备丙酮醇和乳酸的关键。
丙酮醇和乳酸都是具有很高利用价值的化学品，充分利用可再生的纤维素资源制备丙酮醇和乳酸，具有重要的意义。本研究采用溶胶-凝胶法并结合惰性气氛高温退火方法制备了Sn-Fe@C系列催化剂，探讨了该催化剂上纤维素水相体系一步氢解制备丙酮醇和乳酸的催化性能。研究发现，丙酮醇和乳酸的收率与催化剂的Sn/Fe比以及焙烧温度具有显著的相关性。以3Sn1Fe@C600为催化剂，在240 ℃，5 MPa H2压力和1 h的反应条件下，丙酮醇和乳酸的总收率为45.4%。催化剂物理化学性质的表征结果表明，催化剂的酸、碱性位及金属活性位点之间的协同催化作用，是纤维素选择性氢解制备丙酮醇和乳酸的关键。
2022, 50(3): 326-336
doi: 10.1016/S1872-5813(21)60149-4
摘要:
本研究基于量子化学的密度泛函理论(DFT)研究了CO在理想和氧缺陷Cu1/CeO2(110)表面上的吸附，并且对CO分子在催化剂表面不同位点的吸附特性进行了计算和分析。结果表明，Cu掺杂可以显著提高CO在催化剂表面的吸附性能，顶位是CO最稳定的吸附位，CO在空穴位上的吸附能力很弱。与理想表面相比，线性缺陷的构造可以进一步提高CO在催化剂表面的吸附性能。对吸附构型PDOS的分析表明，大量的轨道杂化是CO在Cu1/CeO2(110)表面吸附性能较强的原因。
本研究基于量子化学的密度泛函理论(DFT)研究了CO在理想和氧缺陷Cu1/CeO2(110)表面上的吸附，并且对CO分子在催化剂表面不同位点的吸附特性进行了计算和分析。结果表明，Cu掺杂可以显著提高CO在催化剂表面的吸附性能，顶位是CO最稳定的吸附位，CO在空穴位上的吸附能力很弱。与理想表面相比，线性缺陷的构造可以进一步提高CO在催化剂表面的吸附性能。对吸附构型PDOS的分析表明，大量的轨道杂化是CO在Cu1/CeO2(110)表面吸附性能较强的原因。
2022, 50(3): 337-345
doi: 10.19906/j.cnki.JFCT.2021078
摘要:
采用水热法合成了Ce0.8Zr0.2O2固溶体，再经浸渍法负载活性组分制备了CuO/Ce0.8Zr0.2O2催化剂，考察了柠檬酸量对CuO/Ce0.8Zr0.2O2催化剂结构、性质及其催化水气变换反应制氢性能的影响。结果表明，不同柠檬酸量制备的CuO/Ce0.8Zr0.2O2催化剂的催化活性主要与Cu比表面积、还原性能及Ce0.8Zr0.2O2固溶体与CuO之间的相互作用有关。其中，柠檬酸浓度为0.04 mol/L所制备的催化剂具有较大的Cu比表面积，较低的CuO还原温度和较强的Ce0.8Zr0.2O2固溶体与CuO之间的相互作用，在水气变换制氢过程中具有较高的CO转化率，表现出了较好的催化活性。在反应温度为320 ℃，水气物质的量比n(H2O)/n(CO) = 2，总气体体积空速GHSV = 6600 h−1时，CO转化率接近热力学平衡值，为96.9%。
采用水热法合成了Ce0.8Zr0.2O2固溶体，再经浸渍法负载活性组分制备了CuO/Ce0.8Zr0.2O2催化剂，考察了柠檬酸量对CuO/Ce0.8Zr0.2O2催化剂结构、性质及其催化水气变换反应制氢性能的影响。结果表明，不同柠檬酸量制备的CuO/Ce0.8Zr0.2O2催化剂的催化活性主要与Cu比表面积、还原性能及Ce0.8Zr0.2O2固溶体与CuO之间的相互作用有关。其中，柠檬酸浓度为0.04 mol/L所制备的催化剂具有较大的Cu比表面积，较低的CuO还原温度和较强的Ce0.8Zr0.2O2固溶体与CuO之间的相互作用，在水气变换制氢过程中具有较高的CO转化率，表现出了较好的催化活性。在反应温度为320 ℃，水气物质的量比n(H2O)/n(CO) = 2，总气体体积空速GHSV = 6600 h−1时，CO转化率接近热力学平衡值，为96.9%。
2022, 50(3): 346-356
doi: 10.1016/S1872-5813(21)60161-5
摘要:
利用反应力场分子模拟（ReaxFF MD）结合反应机理自分析（AutoRMA）工具，从动力学、热解产物及热解反应过程三方面在原子层面上，探究了典型聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚苯乙烯（PS）废塑料共热解的反应机理。结果表明，PE/PP/PS共热解的动力学参数可通过C–C键和C–H键断裂的活化能加权求和（即Char Bonds方法) 获得，其活化能估计值与实验值的误差仅为±3.86%；因此可以由C–C键和C–H键的断裂来表征热解反应进程。对于PP-PE混合塑料热解体系，增加其中PP的含量可以提高油和可燃气的产率，而对于PP-PS体系，增加其中PS的含量可以提高炭和油产率。在PE-PP-PS混合塑料热解体系中，高温有利于重油裂解为轻油，轻油相对含量从2400 K的44.77%升高到3000 K的56.18%；同时，高温也会促使烃类小分子进一步裂解生成更小分子产物，随热解温度升高，H2和CH4的产率明显上升，但C2H4和C3H6的产率先上升后降低。相比单独热解，混合热解体系开始反应时间有所延迟，但达到第一次平衡的总反应时间缩短，并且更倾向于生成较小分子的产物。PE和PP单独热解时，首先生成其单体，继而生成烷烃和小分子气体，但在共热解过程中，首先生成烷烃和小分子气体，而后生成其单体。PS在共热解体系中更倾向于提供·H自由基从而与PE和PP生成的自由基结合，形成小分子烷烃或H2。
利用反应力场分子模拟（ReaxFF MD）结合反应机理自分析（AutoRMA）工具，从动力学、热解产物及热解反应过程三方面在原子层面上，探究了典型聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚苯乙烯（PS）废塑料共热解的反应机理。结果表明，PE/PP/PS共热解的动力学参数可通过C–C键和C–H键断裂的活化能加权求和（即Char Bonds方法) 获得，其活化能估计值与实验值的误差仅为±3.86%；因此可以由C–C键和C–H键的断裂来表征热解反应进程。对于PP-PE混合塑料热解体系，增加其中PP的含量可以提高油和可燃气的产率，而对于PP-PS体系，增加其中PS的含量可以提高炭和油产率。在PE-PP-PS混合塑料热解体系中，高温有利于重油裂解为轻油，轻油相对含量从2400 K的44.77%升高到3000 K的56.18%；同时，高温也会促使烃类小分子进一步裂解生成更小分子产物，随热解温度升高，H2和CH4的产率明显上升，但C2H4和C3H6的产率先上升后降低。相比单独热解，混合热解体系开始反应时间有所延迟，但达到第一次平衡的总反应时间缩短，并且更倾向于生成较小分子的产物。PE和PP单独热解时，首先生成其单体，继而生成烷烃和小分子气体，但在共热解过程中，首先生成烷烃和小分子气体，而后生成其单体。PS在共热解体系中更倾向于提供·H自由基从而与PE和PP生成的自由基结合，形成小分子烷烃或H2。
2022, 50(3): 357-365
doi: 10.19906/j.cnki.JFCT.2021085
摘要:
采用溶胶凝胶法制备了一系列锰掺杂VWTi催化剂，在固定床反应装置上测试了催化剂宽温区脱硝性能，同时考察了催化剂的制备工艺、烟气组分、反应温度、空速等因素对催化剂宽温区脱硝活性的影响，并借助BET、XRD、XPS、SEM和H2-TPR等手段对催化剂进行表征分析。结果表明，Mn掺杂显著提高了催化剂在200–300 ℃的脱硝效率，较低的干燥温度有利于提升催化剂的脱硝活性。催化剂的表征表明，随着干燥温度的上升，催化剂表面的TiO2由锐钛矿晶型向金红石晶型转变、催化剂表面的化学吸附氧占比明显减少、高价锰占比减少、催化剂表面活性组分锰元素和钒元素的占比明显减少、催化剂的低温还原峰逐渐消失，从而降低了催化剂的催化氧化活性。
采用溶胶凝胶法制备了一系列锰掺杂VWTi催化剂，在固定床反应装置上测试了催化剂宽温区脱硝性能，同时考察了催化剂的制备工艺、烟气组分、反应温度、空速等因素对催化剂宽温区脱硝活性的影响，并借助BET、XRD、XPS、SEM和H2-TPR等手段对催化剂进行表征分析。结果表明，Mn掺杂显著提高了催化剂在200–300 ℃的脱硝效率，较低的干燥温度有利于提升催化剂的脱硝活性。催化剂的表征表明，随着干燥温度的上升，催化剂表面的TiO2由锐钛矿晶型向金红石晶型转变、催化剂表面的化学吸附氧占比明显减少、高价锰占比减少、催化剂表面活性组分锰元素和钒元素的占比明显减少、催化剂的低温还原峰逐渐消失，从而降低了催化剂的催化氧化活性。
2022, 50(3): 366-375
doi: 10.1016/S1872-5813(21)60160-3
摘要:
以市政污泥为原料制备污泥炭（SC），开展了SC常温催化氧化NO的实验研究。通过对不同热解温度（600 、700 和800 ℃）和不同干基污泥（DS）/KOH混合质量比下（4∶1、3∶1、2∶1和1∶1）的NO脱除特性研究，探究了污泥裂解活化工艺对NO常温催化氧化的影响规律和作用机理。结果表明，热解温度和KOH活化均对SC的催化活性有显著影响，当热解温度由600 ℃升至800 ℃，裂解样的NO转化率由12%升至36%；不同热解温度下，SC的催化活性均随KOH用量增加呈先增大后减小趋势；当热解温度为700 ℃、DS/KOH = 3∶1时，SC的催化活性最优，达到56%；对该样品进一步进行氢气还原处理后，其脱硝效率进一步提升，达到76.5%。研究发现，SC的催化活性与其比表面积有强相关性，其反应机理遵循Eley-Rideal（E-R）模型。
以市政污泥为原料制备污泥炭（SC），开展了SC常温催化氧化NO的实验研究。通过对不同热解温度（600 、700 和800 ℃）和不同干基污泥（DS）/KOH混合质量比下（4∶1、3∶1、2∶1和1∶1）的NO脱除特性研究，探究了污泥裂解活化工艺对NO常温催化氧化的影响规律和作用机理。结果表明，热解温度和KOH活化均对SC的催化活性有显著影响，当热解温度由600 ℃升至800 ℃，裂解样的NO转化率由12%升至36%；不同热解温度下，SC的催化活性均随KOH用量增加呈先增大后减小趋势；当热解温度为700 ℃、DS/KOH = 3∶1时，SC的催化活性最优，达到56%；对该样品进一步进行氢气还原处理后，其脱硝效率进一步提升，达到76.5%。研究发现，SC的催化活性与其比表面积有强相关性，其反应机理遵循Eley-Rideal（E-R）模型。
2022, 50(3): 376-384
doi: 10.1016/S1872-5813(21)60151-2
摘要:
为研究乙烯焦油作为生产针状焦原料的可行性，以某炼厂乙烯焦油及对其蒸馏切割所得窄馏分油为研究对象，通过元素分析、红外光谱（FT-IR）、核磁共振氢谱（1H NMR）、生焦诱导期测定及焦化进料热稳定性模拟等方法，对油样的基本性质、结构组成和热稳定性进行研究，并通过偏光显微镜、X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）等方法对各油样在不同炭化条件下的产物性能进行分析。结果表明，乙烯焦油全馏分沥青质含量高达22.04%，且烯烃等热反应活性组分含量较高，热稳定性较差，生焦诱导期仅为34 min。蒸馏处理所得馏分油不含沥青质，热反应活性组分含量较低，热稳定性变好，生焦诱导期均大于55 min。窄馏分油由于分子分布范围较窄、热反应活性组分含量低，相较于全馏分形成的半焦具有更好的各向异性结构和微晶结构。两段炭化相较于一段炭化更有利于中间相的融并发育及有序排列，形成纤维状的广域流线型结构。两段炭化制得焦炭热膨胀系数（CTE）的值均优于一段炭化，馏分油（ET-C）在两段炭化条件下制得针状焦的CTE值为2.49×10−6 ℃−1，符合针状焦CTE值不大于2.60×10−6 ℃−1的标准。
为研究乙烯焦油作为生产针状焦原料的可行性，以某炼厂乙烯焦油及对其蒸馏切割所得窄馏分油为研究对象，通过元素分析、红外光谱（FT-IR）、核磁共振氢谱（1H NMR）、生焦诱导期测定及焦化进料热稳定性模拟等方法，对油样的基本性质、结构组成和热稳定性进行研究，并通过偏光显微镜、X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）等方法对各油样在不同炭化条件下的产物性能进行分析。结果表明，乙烯焦油全馏分沥青质含量高达22.04%，且烯烃等热反应活性组分含量较高，热稳定性较差，生焦诱导期仅为34 min。蒸馏处理所得馏分油不含沥青质，热反应活性组分含量较低，热稳定性变好，生焦诱导期均大于55 min。窄馏分油由于分子分布范围较窄、热反应活性组分含量低，相较于全馏分形成的半焦具有更好的各向异性结构和微晶结构。两段炭化相较于一段炭化更有利于中间相的融并发育及有序排列，形成纤维状的广域流线型结构。两段炭化制得焦炭热膨胀系数（CTE）的值均优于一段炭化，馏分油（ET-C）在两段炭化条件下制得针状焦的CTE值为2.49×10−6 ℃−1，符合针状焦CTE值不大于2.60×10−6 ℃−1的标准。
2022, 50(3): 257-267
doi: 10.1016/S1872-5813(21)60148-2
摘要:
燃煤电站中煤炭高温燃烧时产生的氮氧化物(NOx)对环境产生严重污染，控制NOx污染物排放成为全世界的共同行动。焦炭-NO异相还原反应在燃煤过程中普遍存在，但由于焦炭复杂的化学结构和成分以及燃烧反应中气固成分，焦炭-NO异相还原反应的机理尚不明晰。本研究通过总结焦炭-NO异相还原反应机理的密度泛函理论方面的研究，从焦炭模型、NO吸附方式、反应路径和反应路径中产生的不同中间体等方面对焦炭-NO异相还原反应的机理进行综述，还分析了CO和矿物质对NO异相还原反应的影响机制，指出焦炭模型边缘的含氧官能团和活性位点对NO还原有利，不同反应路径会产生HCN、N2O和NH3等中间体，CO和催化金属能通过增加反应活性位点、降低反应能垒和提高反应速率等方式促进焦炭-NO异相还原反应，为完善NO异相还原反应机理，控制NOx排放提供理论依据。
燃煤电站中煤炭高温燃烧时产生的氮氧化物(NOx)对环境产生严重污染，控制NOx污染物排放成为全世界的共同行动。焦炭-NO异相还原反应在燃煤过程中普遍存在，但由于焦炭复杂的化学结构和成分以及燃烧反应中气固成分，焦炭-NO异相还原反应的机理尚不明晰。本研究通过总结焦炭-NO异相还原反应机理的密度泛函理论方面的研究，从焦炭模型、NO吸附方式、反应路径和反应路径中产生的不同中间体等方面对焦炭-NO异相还原反应的机理进行综述，还分析了CO和矿物质对NO异相还原反应的影响机制，指出焦炭模型边缘的含氧官能团和活性位点对NO还原有利，不同反应路径会产生HCN、N2O和NH3等中间体，CO和催化金属能通过增加反应活性位点、降低反应能垒和提高反应速率等方式促进焦炭-NO异相还原反应，为完善NO异相还原反应机理，控制NOx排放提供理论依据。
