柴油车尾气中的氮氧化物日益危及人类健康和生态环境。Cu-SSZ-13分子筛脱硝催化剂因宽的温度窗口、优异的水热稳定性等性能而受到广泛关注。为了适应更为严格的氮氧化物排放标准,进一步提高Cu-SSZ-13分子筛催化剂的NH3-SCR反应性能,深入研究Cu-SSZ-13分子筛催化剂物理化学性能及其对NH3-SCR脱硝反应机理影响十分必要。介绍了近年来Cu-SSZ-13分子筛催化剂及其NH3-SCR脱硝机理的研究进展。详细论述了Cu-SSZ-13分子筛催化剂在NH3-SCR反应过程中的活性铜物种及其变化,并对不同Cu-SSZ-13分子筛催化剂的制备方法进行了比较。提出Cu-SSZ-13分子筛催化剂NH3-SCR脱硝技术研究中SO2气氛和理论与实验的结合需要进一步研究。
以明胶和壳聚糖为主要原料,戊二醛为交联剂,采用反相乳化法制备载钾离子半互穿聚合物网络结构微球。考察了不同因素对微球中K2O质量分数包封率的影响,确定了优化工艺条件。且在此优化条件下制备的微球K2O的质量分数以及包封率分别为20.96%、28.13%。借助于傅里叶红外(FT-IR)、X-射线衍射(XRD)技术对微球进行了性能和结构表征。结果表明,明胶与壳聚糖之间形成互穿网络结构,K+成功负载在微球中。通过缓释性测试发现,改变CS和交联剂用量可以调控K+释放速率,且通过经验方程对数据进行拟合分析表明,微球中K+释放符合菲克扩散模型,具有潜在缓释钾肥应用价值。
以季胺化PS微球(PS-CH2-N+(C2H5)3Cl-)为载体,吸附溶液中的Fe3+和Ni2+,用硼氢化钠还原氯制备负载型纳米零价Fe/Ni(PS-NZVFe/Ni),采用SEM、EDS、BET对其进行表征。以对硝基氯苯为目标物,考察了PS-NZVFe/Ni对目标物的催化还原脱氯效果,发现Ni/Fe质量比、PS-NZVFe/Ni质量、温度、溶液pH对降解反应均有影响。1.0 g PS-NZVFe/Ni(Ni/Fe质量比为2.0%)25℃下处理pH为3~7、250 mL浓度为250.3 mg/L的p-CNB水溶液,振荡速度为110 r/min,20 min时p-CNB转化率可达99.0%以上,90 min后p-CNB完全还原成苯胺。
采用浸渍法制备了四氟硼酸改性活性炭并对其进行表征,考察了改性活性炭对废润滑油再生效果的影响。结果表明,0.5% HBF4改性活性炭在反应温度为140℃,添加质量为0.3 g的最佳工艺条件下,所得再生油的收率为86.6%,黏度指数为122,凝点为-18.1℃,硫质量分数为0.029 6%,残炭为0.549%,折光率(25℃)为1.455 9,色度为1.5,闪点为211℃,基本达到我国再生润滑油所需的润滑油基础油质量标准。同时用SPSS(Statistical Product and Service Solutions)软件对其进行线性回归,得出再生油黏度指数与反应温度、改性活性炭添加量的回归方程。
以七水合氯化镧(LaCl3·7H2O)和脂肪酸丁酯(FAB)为原料,以乙醇为溶剂,合成FAB-La配合物。探讨了反应温度、物质的量的比、pH等反应条件对FAB-La配合物产率的影响,确定了最佳合成条件,并研究了所合成的FAB-La配合物对丁苯橡胶(SBR)的硫化促进作用,探讨了FAB-La配合物用量对橡胶材料加工及使用性能的影响。实验结果表明,FAB-La配合物最佳的合成条件为:合成温度为50℃,pH=7~8,LaCl3·7H2O与FAB物质的量的比为1/1.1。红外光谱分析结果表明,FAB与LaCl3发生了一定的化学作用,添加FAB-La配合物可明显提高SBR混炼的硫化性能及硫化胶力学性能。
通过浸渍法制备了一系列20Ni/xCe-TiO2催化剂。考察了助剂Ce对于NiO/TiO2催化剂甲烷化性能的影响,并对Ce助剂的最佳添加量进行了研究。对所制得催化剂进行了活性评价、还原条件测试、寿命测试,并利用SEM对其进行了表征。结果表明,添加助剂Ce可以增加催化剂的使用寿命,提高催化剂分散性,减小催化剂晶粒大小,增加反应活性区间,提高CH4的选择性。通过对助剂Ce不同添加量的研究发现,20Ni/6Ce-TiO2催化剂的活性较好,CO转化率可达88.8%,CH4收率可达99.3%。对20Ni/6Ce-TiO2催化剂还原条件的研究表明,在500℃ TPR还原条件下活性较优。
以锐钛矿TiO2和TiO2(P25)为载体,采用浸渍法制备V2O5-WO3/TiO2和V2O5-WO3/TiO2(P25)催化剂。利用FESEM、EDS、XRD、TGA和激光拉曼对催化剂进行表征。以NH3为还原剂,考察载体晶型、钒质量分数、SO2和活性测试时间对SCR催化还原NO的性能影响。结果表明,锐钛矿TiO2载体制备的催化剂更利于选择性催化还原反应的发生,并且钒质量分数为3%时,锐钛矿TiO2载体制备的催化剂脱硝性能较好且抗硫性能表现良好。在空速为10 000 h-1,反应温度为300℃,存在0.08% SO2的条件下,催化剂在48 h内也能保持94%的脱硝率。
以四乙基氢氧化铵(TEAOH)为模板剂,采用传统水热法合成粒径为纳米级SAPO-34分子筛。利用γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH-570)对载体表面进行改性,再用二次生长法在改性载体上成功制备出高性能SAPO-34分子筛膜。通过X-射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对合成的SAPO-34分子筛以及SAPO-34分子筛膜进行表征。结果表明,制备出的SAPO-34分子筛膜连续致密,且结晶度高。对SAPO-34分子筛膜进行气体分离测试以评价其性能,在298 K,膜两侧压差为0.1 MPa条件下,SAPO-34分子筛膜对H2/CO2的分离选择性从1.45提高到6.20,CO2的渗透率也高达1.76×10-7 mol/(m2·s·Pa)。
研究了双核金属卟啉仿生催化丙烯的环氧化反应。考察了反应温度、反应时间、丙烯醛和丙烯的摩尔比、催化剂摩尔分数和种类对反应的影响,适宜的反应条件是:反应温度为100℃,反应时间为1.5 h,催化剂的摩尔分数为9.72×10-5%,醛烯摩尔比为0.625,搅拌速率为500 r/min。结果表明,双核金属卟啉的中心金属、环外取代基对催化活性同样具有影响,不同取代基的双核Cu金属卟啉催化活性顺序为-OCH3 > -H > -F;不同中心金属的双核金属卟啉催化活性顺序为Fe>Cu。其中催化效果较好的为[T(p-OCH3)PPFe]2O,丙烯转化率为29.06%,环氧丙烷的收率和选择性分别为27.31%和93.95%。
制备了一系列硅钨酸盐(Ag4SiW12O40、Zn2SiW12O40、Cu2SiW12O40、Al4/3SiW12O40)固体酸催化剂,并将4种不同的硅钨酸盐催化剂用于催化葡萄糖降解制备乙酰丙酸的实验中。采用FTIR、XRD和SEM等对该系列催化剂进行催化前后结构和性能的表征。FTIR和XRD分析结果表明,所合成的硅钨酸盐催化剂保持了硅钨酸的杂多酸结构,具有典型的Keggin结构;SEM图谱分析结果可以看出,新鲜催化剂颗粒表面光滑,粒子呈现出大面积规则的多面体形貌;催化剂重复使用3次后没有明显大面积规则的多面体形貌,具有明显簇状细小颗粒。在硅钨酸盐催化剂质量为0.5 g、40 mL的10 g/L的葡萄糖溶液中,120℃下反应2 h,Al4/3SiW12O40所得目标产物乙酰丙酸得率最高可达34.57%。
采用"先核后臂"法,以丙烯酰胺(AM)、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DAC)、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)、正硅酸乙酯为原料,季戊四醇(PETL)为支化剂,硝酸铈铵(CAN)作引发剂,通过自由基聚合反应和原位聚合反应制备了一种超支化两性聚丙烯酰胺(PADS)。利用红外光谱、核磁共振氢谱、支化度、热重分析及扫描电镜对PADS结构进行表征,并对其反应条件进行了优化。结果显示,所用单体(AM、DAC、AMPS)占总反应体系质量的20%,引发剂占总单体质量的0.05%,正硅酸乙酯占AM质量的5%,反应温度为50℃,反应时间为3.5 h,反应体系的pH为7。
针对传统管式光生物反应器中存在的附壁现象、光衰减现象以及光暗循环频率低等问题,设计了内置组合转子新型管式光生物反应器。以小球藻为培养对象,BG11为培养基,以光密度作为检测指标,比较了新型管式光生物反应器和锥形瓶静态培养对于微藻生长的影响。同时也分别比较了在不同光暗循环周期下(L:D=18:6和L:D=24:1),新型管式光生物反应器和锥形瓶静态培养对于微藻生长的影响。结果表明,在扩大培养10倍之后,光暗周期为L:D=18:6的对照组最终OD值、比生长速率均要大于L:D=24:1的对照组,其中新型反应器中最终OD值高出17.1%,比生长速率高出0.66%,锥形瓶中最终OD值高出13.63%,比生长速率高出6.67%。
针对烟道气中低浓度NO难以脱除的特点,采用臭氧氧化-液相吸收的工艺进行脱硝中试实验研究,利用O3的强氧化性特点,将NO氧化为易溶于水的NO2,在鼓泡塔中用吸收液进行吸收反应。考察了烟道气的氧含量、吸收液的pH及吸收温度等条件对NO吸收效率的影响。实验结果表明,O3停留时间对NO的氧化率影响不大;当n(O3)/n(NO)=0.7时,NO的氧化率可达83%;在通入O3的条件下,烟道气的含氧量对NO的氧化率影响不大;当进气量为0.5 m3/h,脱硝效率可达81%;碱性环境中,吸收液的pH适宜维持在8;在20~70℃温度范围内,吸收液的温度对脱硝效率影响较小。
为了降低溶液再生能耗,对中石化某7 000 kmol/h制氢尾气脱碳工程,采用传递现象速率为基础的蒸馏模拟技术的Ratebased方法对吸收塔、解吸塔进行模拟计算,开发了双塔再生苯菲尔脱碳工艺。研究表明,针对苯费尔脱碳工艺流程中塔设备单元,在保证吸收、再生效果以及塔不发生液泛的前提下,选择合适的理论板数、填料高度以及塔直径,可提高塔设备的效率;选择合适的工艺操作参数,可降低脱碳能耗。在工艺模拟基础上,开发了节能优化方案,将冷凝回水和补充水直接加入冷贫液作为高温贫液的冷却介质,可降低整个脱碳工艺能耗。经过节能工艺优化后,气体净化度提高,再生能耗以及整个工艺的冷凝总量降低。其中,再生出来的二氧化碳量增加了2.48%,即净化气中二氧化碳量只相当于未节能工艺净化气中的56.96%;再生单位二氧化碳溶液所需加热量降低了2.63%左右,整个脱碳工艺流程脱除单位二氧化碳冷凝量降低2.20%。
以工业粗酚原料为研究对象,利用Aspen Batch Modeler对其进行间歇精馏分离过程模拟计算,物性方法选择NRTL-RK,未知物性采用UNIFAC估算,在目标产物苯酚、邻甲酚、间甲酚的质量分数分别为99.0%、96.0%、90.0%的前提下,分别考察了塔操作压力、理论板数、回流比、过渡馏分、杂质含量等多个因素对苯酚、邻甲酚、间对甲酚产品收率的影响情况。结果表明,塔板数增加、回流比增加均可以提高产品收率;操作压力减小会使苯酚的收率略微下降,而邻甲酚和间对甲酚的收率增加;过渡馏分的采集,可使组分的纯度和收率显著增加;中性油和吡啶等杂质的存在会导致产品质量和收率明显下降。模拟结果与现有工业化装置分离情况基本相符。
通过PROⅡ软件以改进的NRTL活度系数模型对正己烷-异丙醚沸点相近体系进行了萃取精馏过程模拟研究,分别以DMF和乙二醇单甲醚作为萃取剂,通过改变溶剂比、原料进料位置、萃取剂进料位置和回流比等条件,得出各自的较佳工艺条件,确定了DMF为萃取精馏分离正己烷-异丙醚体系的适宜萃取剂。在模拟的较佳工艺条件下,采用有30块理论板的填料塔对DMF萃取精馏分离正己烷与异丙醚混合物进行了试验研究,其中吸收段填料层20块理论板,其余为萃取精馏段和提馏段,当回流比为2.0,溶剂质量比为2:1时,在塔顶产品中正己烷质量分数为98.31%,回收率为99.25%。试验结果与模拟计算相吻合,验证了模拟的可靠性。