以催化裂化汽油为原料,采用中压加氢实验装置模拟S-Zorb工艺研究催化裂化汽油临氢吸附脱硫的反应规律。使用工业吸附剂考察烯烃分子在临氢吸附脱硫过程中的反应行为,结果发现,汽油中C5和C6烯烃主要发生加氢饱和反应,异构化和芳构化反应性能较差,这是导致精制后汽油辛烷值损失的主要原因。为了减少S-Zorb工艺中C5和C6烯烃加氢饱和引起的辛烷值损失,以9:1的质量比混合工业吸附剂和实验室研制的具有异构化及芳构化性能的助催化剂,优化并获得提高汽油辛烷值的工艺条件为:反应温度为430℃、反应压力为2.4 MPa、重时空速为4 h-1、氢油摩尔比为0.30。相较工业吸附剂,精制汽油硫质量分数小于10 μg/g,C5和C6烯烃减少量降低3.84%,C5和C6异构化程度提高0.71,汽油辛烷值损失减少1个单位。
为解决分批操作导致产品孔径分布不均、结晶颗粒大、杂质多等问题,提出了将超重力技术与连续碳分工艺相结合制备拟薄水铝石及γ-Al2O3的新技术。以CO2和NaAlO2为原料,采用错流旋转填料床连续制备拟薄水铝石,考察了NaAlO2溶液浓度、气液比和超重力因子对拟薄水铝石孔隙性能的影响。对拟薄水铝石进行扩孔改性,焙烧制备了大孔γ-Al2O3。随着NaAlO2溶液浓度、气液比和超重力因子的增大,拟薄水铝石的比表面积和孔容呈先增大后减小的趋势,其最佳制备条件为:NaAlO2溶液浓度为0.1 mol/L、气液比为3:1、超重力因子为54。对其进行扩孔改性后焙烧,最终得到比表面积和孔容分别为322 m2/g、1.826 mL/g的纳米级大孔纤维状γ-Al2O3。研究结果表明,超重力连续碳分法所得产物纯度高、孔径分布均匀、生产效率高,适用于工业放大。
以含介孔ZSM-5分子筛的Al2O3为载体,制备了含介孔ZSM-5分子筛的MoCoP/Al2O3催化剂,采用固定床微反和中试评价装置考察了催化剂的加氢脱硫活性,并通过N2吸附-脱附、吡啶吸附红外、X射线衍射(XRD)、CO原位吸附红外(CO-FTIR)等手段对载体和催化剂进行物化性质分析。结果表明,介孔ZSM-5能够提高催化剂的酸性,增加催化剂上MoCoS活性相的数量。含介孔ZSM-5分子筛的催化剂的酸性位容易被含氮化合物占据而影响HDS活性。采用级配装填技术可以充分发挥C12-ZSM5催化剂的加氢脱硫活性,能够将硫脱除至5.9 ng/μL,其相对脱硫活性是C-Al2O3催化剂的1.47倍。
通过Na和K等碱金属溶液对ZSM-5载体进行离子交换改性,采用等体积浸渍法制备合成气制低碳烯烃铁基催化剂,采用N2吸附-脱附、SEM、XRD、TPR等测试手段对催化剂进行表征。在固定床催化反应装置中考察了铁基催化剂在纯氢气氛围中预还原4 h后,在325℃、1.5 MPa、气体空速为1 200 h-1、V(H2):V(CO)=2:1条件下进行合成气制低碳烯烃的催化性能研究。结果表明,改性后载体孔径变大,加速原料气在催化剂的内部扩散,产物烯烃可及时析出,避免二次反应生成烷烃,提高了CO的转化率和烯烃的选择性。通过碱金属对ZSM-5的改性,合成气的转化率可提高30%~40%,转化率与碱金属活性成正比。此外,催化剂的催化活性随KOH溶液浓度的增加先增加后降低,当KOH溶液浓度为0.1 mol/L时,CO+H2的转化率和烯烃的选择性均最高,分别为81.84%和49.67%。
针对高温水平井存在的定点堵水难题,以淀粉为骨架材料、丙烯酰胺为接枝单体、固体H2O2为高温引发剂、钛-三乙醇胺螯合物为触变剂、N,N-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂合成了高温水平井环空化学封隔多重网络凝胶,并通过正交实验确定了最优配比。同时对合成产物进行红外光谱表征、触变性能评价和封堵能力测试。结果表明,制得的耐高温水平井环空化学封隔器(ACP)材料性能良好,成胶时间在2~8 h可控;运用储能模量与恢复时间的关系方程和幂律流体方程对材料的触变性能进行评价,由此证明耐高温ACP体系的触变性能良好。采用环形填砂管物理模拟方法测量产物的持压能力,当温度在120~130℃时材料的封堵率达到98%以上,矿化度在20 000 mg/L附近时材料的封堵率达到97%以上。
以城市污水处理厂剩余污泥为原料,制备了3种污泥基活性炭负载金属催化剂,在相同热解条件下,研究了其对产物特性的影响。利用剩余污泥热重分析(TGA)和油品分析(GC/MS)探讨了热解过程的反应机理,结果表明,热解主要发生在100~550℃之间,添加催化剂后产油率均有所提高,其中当催化剂SC-Cu的添加量为2%时,产油率由无催化剂时的20.36%提高到30.08%。此外,通过扫描电子显微镜(SEM)和氮气吸附脱附对3种负载型催化剂进行表征,结果表明,污泥表面不光滑,其形貌呈不规则孔道结构,有利于小颗粒粒子负载于其表面,两者相互作用为热解过程提供了有效的传质空间,有效增加了催化剂活性。
以拟薄水铝石和正磷酸为原料制备AlPO4固体酸催化剂,利用XRD、N2-吸附脱附和NH3-TPD等分析方法对材料的物化性质进行表征,并研究了以水杨酸甲酯与氨气为原料制备水杨腈的催化反应工艺。考察了催化剂焙烧温度、反应温度、水杨酸甲酯空速和原料配比对反应的影响。结果表明,以500℃焙烧的AlPO4固体酸为催化剂,在反应温度为480℃、水杨酸甲酯空速为0.3 h-1、氨气与水杨酸甲酯的摩尔比为14:1时,水杨腈收率达到86.1%。焙烧温度可显著影响AlPO4催化剂表面的酸强度分布,500℃条件下焙烧的催化剂表面存在较多的强酸性位,同时具有较高的催化活性。
以钨粉(W)和双氧水(H2O2)为原料,通过液相合成法制备前驱体粉末后,采用刮刀涂布工艺制备了具有高光电化学(PEC)水氧化效率的WO3光阳极。并利用X射线衍射、拉曼光谱分析并结合热分析法研究煅烧温度对纳米WO3的晶型和晶粒直径的影响。结果表明,煅烧温度为400℃时可制备单斜相WO3,且WO3的晶粒直径随温度升高而增大。扫描电镜分析结果表明,制备的WO3颗粒尺寸约为20~70 nm。环伏安测试结果表明,WO3-600光阳极的光电流达到1.88 mA/cm2,是WO3-400的2.65倍。入射光子-电流转换效率(IPCE)说明WO3光阳极的起始波长为470 nm。Co2+的添加大幅提升了PEC分解水的催化活性和稳定性。
利用生物模板法制备TiO2,将(NH4)3PW11O39Sn负载于TiO2上,制备具有多孔结构的(NH4)3PW11O39Sn/TiO2复合材料。采用XRD、DRS、SEM、TEM和XPS等手段表征了(NH4)3PW11O39Sn/TiO2的微观形貌和结构。采用Tauc Plot法计算(NH4)3PW11O39Sn/TiO2的禁带宽度为2.45 eV,吸收波长达到506 nm。通过可见光催化性能实验考察了(NH4)3PW11O39Sn和TiO2的质量添加比对AR3R降解效果的影响。结果表明,当(NH4)3PW11O39Sn和TiO2的质量比为1:1时对AR3R的降解效果较好,可见光下反应30 min,降解率可达100%左右。自由基捕获实验结果表明,降解过程中h+和·OH起主要的氧化作用,·O-2起辅助作用。
为研究介观尺度下甲烷水合物的生成速率及储气量等特性,选用介孔分子筛SBA-15为多孔介质,并添加热力学促进剂THF、TBAB和表面活性剂SDS以提高水合反应速率。水合物生成实验在定容恒温条件下进行,压力选取2.0 MPa和1.8 MPa,温度选取282.15 K和279.15 K。实验结果表明,在添加剂的共同作用下,介观尺度下水合物合成速率得到显著提高;反应过程中温度波动较小,最大为0.6 K,表明其具有良好的传热性;在水合物储气量方面,实验中最大储气量达到45.826 mmol (10 mL水),降温、增压能够提高水合物储气量;同时高压和低温能够有效地提高介观尺度下水合反应速率,最高生成速率达到2.335 mmol/min;在促进水合物生成、提高水合物储气能力、加快水合物反应速率方面THF均优于TBAB。
以羧甲基纤维素钠(CMC)为共聚骨架,丙烯酰胺(AM)、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸钠(AMPS)和2-丙烯酰胺基十四烷基磺酸钠(NaAMC14S)为接枝单体,过硫酸铵(APS)为引发剂,N,N-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)为交联剂,采用水溶液聚合法合成了一种新型CMC-g-poly (AM-co-AMPS-co-NaAMC14S)高吸水树脂,并添加氢氧化钠(NaOH)与酰胺基发生水解反应,使得酰胺基(—CONH2)变成羧酸根(—COO-)。通过单因素优选法筛选出树脂对Cu2+、Pb2+的最佳吸附条件。当pH为4、吸附时间为12 h、树脂质量分数为0.01%时,CMC-g-poly高吸水树脂对Cu2+、Pb2+去除率可分别达到85.89%、82.09%,展示出极好的吸附性能。吸附动力学表明,该吸附过程受化学吸附控制。重金属离子可以有效地被CMC-g-poly树脂吸附。
利用水热法制备了不同形貌(棒状、八面体)的CeO2,研究了CeO2的不同晶面对催化湿式氧化DMF活性的影响。结果表明,在180℃、2.5 MPa O2条件下反应5 h,CeO2-R (纳米棒)的DMF转化率和COD去除率分别达到96.79%和70.24%,远高于CeO2-O (纳米八面体)的48.97%和39.27%。相同反应条件下,Ru/CeO2-R的DMF转化率和COD去除率均可达到100%,远高于Ru/CeO2-O的74.51%和66.62%。对催化剂进行XRD、TEM、H2-TPR和XPS等表征,结果表明,不同形貌的CeO2载体所暴露的晶面不同,催化剂的催化活性与载体所暴露的不同晶面有关。
以鳞片石墨为原料,胆酸钠为表面活性剂,采用物理法高速剪切制备石墨烯(GR)。以自制的石墨烯与纳米二氧化钛(TiO2)为原料,采用简单搅拌、超声处理、水热反应3种不同的方法制备石墨烯-二氧化钛(GR-TiO2)复合材料。采用拉曼光谱、扫描电镜、紫外可见吸收光谱、傅里叶变换红外光谱对样品进行分析表征。模拟紫外光和太阳光,分别研究复合材料对甲基橙的降解能力。结果表明,通过高速剪切制备的石墨烯的质量浓度为0.059 mg/mL,缺陷较小且层数大部分为2层。3种复合材料相比,在紫外光下GR-TiO2(超声)的效果最好,比TiO2提高23.08%;在太阳光下GR-TiO2(水热)的效果最好,比TiO2提高42.67%。与传统方法相比,直接用石墨烯制备GR-TiO2复合材料的方法简单且绿色环保。
研究了以PAC进行辅助化学除磷的过程中铝盐对生物除磷与硝化过程产生的影响,分别进行了小型SBR反应器的测试与实际污水处理厂环境中的磷去除实验效果分析。研究结果表明,在实验初期加入化学药剂之后溶液中P浓度显著减小,加入化学药剂还会对厌氧释磷过程产生显著影响,实际影响程度随PAC的加入量增大而上升。随着PAC的加入量从0增大到60 mg/L,NH3-N去除率从94.02%减小到50.24%。对污泥实施驯化处理后,可以使PAC耐受能力由20 mg/L增大为120 mg/L,加入PAC会抑制硝化作用,而对其实施驯化之后可以缓解抑制作用。加入PAC之后检测出水的COD、TP、SS可以发现三者均减小,PAC加入后会抑制硝化细菌的正常功能。