氢储运环节是目前最制约氢能产业发展的一个环节,高效、低成本的氢气储运技术是实现大规模用氢的必要保障,选用合适方式应对不同应用场景是决定氢能最终成本的一大关键因素。重点就高压气态、液态、管道和液氨等4种运输方式进行经济性分析,研究结果表明,运量和运距决定储运的方式,不同运氢方式适宜不同应用场景,应根据运输距离和运输规模,选择最经济的且与之应用相匹配的储运氢技术。氨作为储氢介质,按照国铁运输液氨折算成运氢价格,其运价远远低于其他运输方式。由此提出建立青海绿氨储运基地的设想,既可激活西北风光资源丰富地区的新能源消纳渠道,又可实现氢能/氨能的远距离、低成本、低能耗、高效率的跨区域运输。
通过梳理中国肥料产业标准体系、流通体系,以及2010年、2020年肥料产品企业数、产能、产量数据分析,发现中国肥料产业体系不断完善,形成了原料、一次制造、二次加工、多渠道流通和多种类型用户的架构;肥料产品不断丰富,具有标准和纳入登记的产品达79种;企业集中度不断提高,现有原料、一次制造、二次加工、流通企业总数估计达6 860家,比2010年减少约570家,其中氮磷钾原料企业和复合肥生产企业数大幅减少,而有机肥等企业数增长迅速;全国肥料产能巨大,一次制造、二次加工肥料实物量产能高达4.9亿t/a,产量达2.4亿t,氮磷肥产能产量迅速减少,有机肥等迅速增加;中国肥料产业逐渐向着复合化、多元化、高效化的方向发展。
采用液相还原法制备了CuFe双金属催化剂,考察了活性金属负载量及Cu、Fe摩尔比对催化剂反应活性和C2+混合醇选择性的影响,分析了活性金属负载量、Cu/Fe摩尔比、催化剂结构及反应性能间的构-效关系,优化了催化剂的制备配方。结果表明,活性组分负载量的增大有助于提高催化剂的反应活性,但过量的金属负载量会导致活性组分发生团聚,影响总醇及C2+混合醇的选择性;Cu/Fe摩尔比的增大抑制了催化剂的反应活性,但有助于增强CO吸附能力及Cu、Fe间的协同效应,提高产物中醇类及C2+醇的选择性。综合考虑CO转化率、总醇及C2+醇选择性,液相还原法制备CuFe双金属催化剂较适宜的活性组分总负载量为30%、铜铁摩尔比为3.0。
以糠醛和羟乙基磺酸为碳源,通过水热法将含有磺酸基团的碳质与介孔二氧化钛复合制备TiO2/C-SO3H固体酸催化剂;利用3-氨基丙基三乙氧基硅烷对其进行表面改性,得到具有疏水性的TiO2/C-SO3H-NH2。利用SEM、TEM、BET、XRD、FT-IR等对TiO2/C-SO3H-NH2进行表征,结果表明,TiO2/C-SO3H-NH2保持了TiO2的介孔结构和富含磺酸基的碳质结构,3-氨基丙基三乙氧基硅烷的改性带来疏水性和弱碱性。氨基与表面磺酸基形成稳定的内盐结构,有效防止了磺酸基在反应过程中的流失,同时降低了酯化产品的酸值,增加了稳定性。通过正戊酸与三羟甲基丙烷酯化反应测试TiO2/C-SO3H-NH2的催化活性,当反应温度为180℃时,三羟甲基丙烷的转化率达到99.99%,三羟甲基丙烷三戊酸酯的选择性为93.56%。TiO2/C-SO3H-NH2具有良好的重复使用性能。
采用碳化热解法在TiO2催化剂表面制备石墨烯层,并对其进行XRD、Raman、NH3-TPD、BET、pHzpc等表征。以对氯苯甲酸(p-CBA)为目标物,考察石墨烯改性TiO2在催化臭氧氧化过程中的效能。结果表明,热解温度、碳源投量、固化剂投量等因素对催化剂的活性有较大影响。负载石墨烯层可显著增加TiO2催化剂的比表面积,并使其表面酸性增强,因而提高其催化臭氧氧化活性。另外,考察了溶液pH、叔丁醇对改性TiO2催化臭氧氧化过程的影响。溶液pH为6时,对氯苯甲酸的去除率最低。叔丁醇严重抑制了对氯苯甲酸的降解反应,间接证明了羟基自由基是催化臭氧氧化过程中的主要活性氧化物种。重复使用实验结果表明,改性后的催化剂具有良好的稳定性。
以氨基改性介孔二氧化硅纳米粒(MSN)为基质、羧甲基壳聚糖(CMCS)为pH响应单体、3,3'-二硫代二丙酸为偶联剂,构建出一种pH/氧化还原双响应型药物载体MSN@CMCS。通过FT-IR、TGA、SEM、TEM、EDS、XRD、BET和Zeta电位分析载体的结构和性能。以槲皮素(QC)为药物模型,考察纳米粒的吸附和释放能力。吸附性能测试结果表明,MSN@CMCS的平衡吸附量、载药率和包封率分别为133.8 mg/g、11.80%和44.60%。体外释药结果表明,QC@MSN@CMCS在pH为5和GSH浓度为20 mmol/L的环境下药物累积释放率分别为8.29%和13.71%,说明该药物载体具有pH和氧化还原双重响应性,可以实现药物的控制释放。
为提高聚吡咯电极材料电化学性能,研制出一种普鲁士蓝(PB)镶嵌聚吡咯(PPy)薄膜电化学电容器电极。采用化学沉淀法结合气相聚合(VPP)法将同步合成的PB引入PPy薄膜中,制备了自支撑聚吡咯/普鲁士蓝(PPy/PB)复合电极材料。利用扫描电子显微镜、拉曼光谱、X射线粉末衍射技术等对复合材料的形貌及结构进行表征。在三电极体系和对称超级电容器中研究PPy/PB复合材料的电化学表现,研究结果表明,PPy/PB复合材料组装的超级电容器比电容高达447.6 F/g。不同电流密度下充放电性能研究表明,电流密度从1.0 A/g增大到10.0 A/g时,PPy/PB比容量保持率为70.8%,具有优异的倍率性能。通过4 000次恒流充放电后PPy/PB电容保持率为76.9%,高于纯PPy电极材料,显示出较好的电容性能。
利用X射线光电子能谱(XPS)、热解-气质联用(Py-GC/MS)和热重-红外联用(TG-FTIR)系统研究了小麦秸秆中的硫元素进入热解炭、油、气三相产物的迁移转化行为。结果表明,小麦秸秆中的硫主要为有机硫(28.33%)和无机硫酸盐(71.67%);有机硫在低于450℃就已经完全释放;41.46%~48.13%的硫保留在热解炭中,主要包括硫酸盐(55.27%~75.52%)、噻吩硫(21.78%~34.13%)和金属硫化物(2.70%~11.22%);7.16%~11.24%的硫进入热解油中,主要是2-甲硫基苯并噻唑;600℃还发现了噻吩硫的生成。热解气中含硫化合物的主要成分为H2S、SO2和COS,主要的释放温度区间为200~400℃。
以Pd/MIL-101(Cr)为催化剂,在非硫有机组分(环己烷、环己烯、1-辛烯、对二甲苯)存在的情况下,考察了反应时间、催化剂质量、反应温度等因素对脱硫效率的影响,并通过分析脱硫后Pd/MIL-101(Cr)的红外光谱阐述其作用机理。结果表明,在Pd/MIL-101(Cr)质量为0.1 g、温度为50℃、非硫有机组分占油样的质量分数为5%~10%时,脱硫效率达到最高。由红外光谱分析可知,环己烯、1-辛烯和对二甲苯会占据Pd/MIL-101(Cr)上的活性位点,而且对二甲苯还会与体系中原位产生的氧化物发生反应,使脱硫效率从76.27%降到39.07%。
以丙烯酰胺(AM)、二甲基二烯丙基氯化铵(DMDAAC)和丙烯酸十八酯(OA)为原料,以K2S2O8-Na2SO3组成的氧化还原体系为引发剂,通过水溶液聚合法合成一种疏水缔合阳离子型絮凝剂(PADO),并利用红外光谱(FT-IR)、核磁共振氢谱(1HNMR)和热重(TGA)对其结构进行表征。将PADO用于处理含油废水,考察了单体n(AM)∶n(DMDAAC)、疏水单体OA质量分数、反应温度、反应时间、PADO投加质量浓度对除油效果的影响。结果表明,在反应温度为70℃、反应时间为6 h、n(AM)∶n(DMDAAC)=2∶1、疏水单体OA质量分数为2%、PADO投加质量浓度为40 mg/L的条件下,除油率和浊度的去除率分别可达98.06%和98.53%,破乳絮凝效果良好。含油废水处理后的油质量浓度降至4.36 mg/L,小于国家排放和行业回注标准中的5 mg/L。
以SnCl4接枝的脱铝β分子筛(Sn-deAl-β)为载体,采用沉积-沉淀(DP)法制备了不同Au质量分数的Au/Sn-deAl-β催化剂;利用XRD、XRF、N2物理吸附和NH3-TPD对Au/Sn-deAl-β进行表征,并考察了催化剂制备方法、组成、结构和反应条件对甘油氧化酯化制备乳酸甲酯性能的影响。结果表明,Si/Al摩尔比为510、Au理论质量分数为1%且DP过程中pH为9.00的条件下制备的Au/Sn-deAl-β催化剂具有最高的乳酸甲酯选择性;Au/Sn-deAl-β催化剂兼具氧化脱氢位点和Lewis酸中心,能够高选择性地实现甘油氧化酯化制备乳酸甲酯。此外,甘油氧化酯化的产物与Au颗粒尺寸和催化剂酸性密切相关,小尺寸的Au颗粒相对有利于甘油酸甲酯和乙醇酸甲酯的生成。
以尿素为原料,采用热聚合法合成光催化剂石墨相氮化碳(g-C3N4),并研究其光催化剂性能。通过X射线衍射仪(XRD)、自带能谱分析的扫描电镜(SEM-EDS)、傅里叶红外光谱仪(FT-IR)、热重分析仪(TG/DTG)和紫外-可见分光光度计(UV-Vis DRS)等对光催化剂的结构、形貌、表面官能团、热稳定和光学性能进行表征分析。考察了g-C3N4的合成温度、g-C3N4质量浓度、过硫酸钠(SPS)质量浓度、酮洛芬(KTP)初始质量浓度、溶液初始pH、降解时间及催化剂循环使用次数等因素对光催化降解KTP的影响。结果表明,500℃合成的g-C3N4呈片状多孔纳米结构,具有最佳的光催化性能;在光照功率为35 W、pH为9、SPS初始质量浓度为1.20 g/L、g-C3N4质量浓度为1.00 g/L、降解时间为150 min时,初始质量浓度为2 mg/L的KTP的降解率为96.84%;催化剂经回收连续使用5次,可将初始质量浓度为2 mg/L的KTP溶液光催化降解至100 μg/L,可满足回用水要求。
研究了不同α成核剂NX8000K、HB3988、WNA-108、WNA-21、WBQ-88对无规共聚聚丙烯B4801的结晶性能、力学性能、透光率、雾度及熔融指数等的影响。结果表明,5种成核剂均有效促进了聚丙烯B4801的结晶过程,表现出良好的聚丙烯诱导结晶性,其中WNA-21的效果最好。5种成核剂均可以明显提升聚丙烯B4801的拉伸性能、弯曲性能、热变形温度,并且在较低质量分数(1 500 μg/g)时提升作用基本达到最大,对收缩率和流动性也有一定的提高,但对缺口冲击强度都有不同程度的降低,其中添加WNA-108下降尤为明显。除了WNA-108外,其余4种成核剂的引入均明显提高了聚丙烯的透明性。
采用原位聚合法及水热法两步制备碳纳米管@聚苯胺/二硫化钼(C-P-M)和碳纳米管/二硫化钼@聚苯胺(C-M-P)2种复合物。通过改变材料的复合顺序以及钼源的种类来调控复合材料的形貌结构,探究其对电化学性能影响的根本原因,从而达到优化复合材料性能的目的。电化学测试结果表明,C-P-M的电化学储能性能优于C-M-P,并且以(NH4)2MoS4为Mo源合成的三元复合物(C-P-M-2)的性能要优于以Na2MoO4·2H2O为Mo源合成的三元复合物(C-P-M-1)。在电流密度为1 A/g时,C-P-M-2的比电容达到563.7 F/g;在电流密度为10 A/g下经过1 000圈循环稳定性测试,其比电容仍保留为原来的83%。
采用水热合成法制备了纳米CoFe1.95Y0.05O4尖晶石催化剂,在制备Ag2S的过程中采用简单的化学方法制备了异质结Ag2S/CoFe1.95Y0.05O4复合光催化剂。利用X射线衍射仪(XRD)、紫外-可见漫反射光谱仪(UV-Vis DRS)、扫描电子显微镜(SEM)、振动样品磁强计(VSM)、高分辨率透射电镜(HRTEM)对所制备Ag2S/CoFe1.95Y0.05O4进行结构和形态的表征。在可见光照射下降解甲基橙(MO)水溶液,考察制备的光催化剂的光催化活性。结果表明,Ag2S/CoFe1.95Y0.05O4降解甲基橙水溶液的一级动力学常数分别是Ag2S和CoFe1.95Y0.05O4的2.87倍和4.39倍。此外,通过外加磁场可快速从溶液分离出Ag2S/CoFe1.95Y0.05O4复合材料。循环降解实验表明,Ag2S/CoFe1.95Y0.05O4复合材料在光降解过程中具有稳定的降解能力和晶体结构,可循环利用并高效降解有机污染物。
针对蔬菜废弃物存在处理难、利用率低以及环境污染等问题,将蔬菜废弃物在5个温度梯度下进行水热处理,对固体和液体产物中养分、腐殖化率等肥效指标进行系统分析。结果表明,固体产物的产率、酸碱度、氮磷钾质量浓度等随着温度升高而降低,有机质质量分数在180℃时达到最低值65.21%,腐殖质质量分数和腐殖化率同时在210℃时最大,分别为246.52 mg/g和0.86;液体产物的pH随反应温度的升高而下降,氮磷钾质量浓度随温度升高呈上升趋势,其中有机碳质量浓度在180℃时达到最高值21.09 mg/mL,而液体产物的腐殖酸质量浓度在210℃下达到最大值18.29 mg/mL。蔬菜废弃物在特定温度下进行水热处理可有效提升其养分物质质量浓度,为蔬菜废弃物高效资源化处置提供理论依据。
中国石化某分公司45万t/a芳烃抽提装置投产后,由于上游原料调整,造成二甲苯塔塔底组分终馏点一直较高,汽油调和组分发生变化,导致全厂汽油干点超标,为此,拟将C9+重芳烃送至歧化与烷基转移单元生产二甲苯。目前,C9+重芳烃无法满足进料要求,因此提出新增重芳烃塔、二甲苯塔新增侧线和二甲苯塔改造为分壁精馏塔3种解决方案。通过对C9+重芳烃分离进行模拟,对比分离能耗和产品质量,确定二甲苯塔改造为分壁精馏塔作为C9+重芳烃高效分离方案,同时进行单因变量优化研究。结果表明,回流比为4.4、隔板位置为隔板上方39层塔板处、侧线采出位置为32层塔板、气相分配比为1.024、液相分配比为0.313、进料位置为44层塔板时,C9+重芳烃确定满足歧化与烷基转移单元进料要求,同时分离能耗最低。
使用Aspen Plus构建红橡木与高密度聚乙烯(HDPE)共热解耦合提质系统模型,基于质量、元素平衡以及现有实验数据,以热解提质油产量、品质和系统能量效率为导向优化热解温度条件,并使用GREET软件对整个流程进行全生命周期评价(LCA),研究副产物利用方式对系统碳排放的影响,旨在为生物油制备技术的工程实践和碳减排提供理论参考。结果表明,在525~675℃热解温度范围内,610℃时系统兼具最高能量效率(38.39%)和提质油产量(44.77%),为最优温度条件。对于副产物利用方式,当采用焦炭碳捕集,轻质气体重整制氢按照系统能量分配方式利用时系统环境效益最优。通过优化副产物利用和供能方式,得到碳排放最低的热解工况为525℃,此时每生产1 MJ提质油仅排放63.43 g CO2 eq,较传统化石燃料降低了30.51%。
通过恒电位还原氧化石墨烯的方法制备电化学还原氧化石墨烯修饰电极(rGO/GCE),再结合浸渍法制备出电化学还原氧化石墨烯纳米银复合修饰电极(rGO-AgNPs/GCE)。考察了螺旋霉素(SPY)在rGO-AgNPs/GCE上的电化学响应情况,并对修饰量、电还原时间、浸渍时间、支持电解质种类及酸碱度等实验条件进行优化。结果显示,在2.0×10-6~1.0×10-4 mol/L浓度范围内,SPY氧化峰电流与其浓度呈显著的线性关系,线性方程为Ip=0.528 5c+26.085,r=0.997 3,检测下限为4.0×10-7 mol/L。稳定性、可重复性和回收率实验取得令人满意的结果。