采用共沉淀法制备了铁基水滑石催化剂,通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、红外光谱(FT-IR)、透射电子显微镜(TEM)等对催化剂进行表征;研究了催化剂焙烧温度对其理化性质和催化丙烯裂解制备碳纳米管的影响。结果表明,当焙烧温度为500℃时,催化剂的比表面积和催化倍率达到最大,分别为130.71 m2/g和1 800%;碳纳米管的缺陷程度最小,仅为0.98,此时碳纳米管的直径分布也较为均匀,集中在10~14 nm范围内。合理的焙烧温度有利于活性物质在载体表面分散,能使催化剂具有较高的比表面积、孔体积,因而能够制备出产量高、直径均匀、石墨化程度高、灰分少、电阻率低的碳纳米管。
采用固相燃烧法快速合成了LiNi0.08FexMn1.92-xO4(x≤0.08)正极材料,并探究了正极材料样品的结构、形貌、电化学性能及动力学性能。结果表明,Ni-Fe共掺没有改变LiMn2O4的立方尖晶石结构,促进了其晶体发育和{111}、{110}、{100}晶面的择优生长,部分颗粒形成了以高暴露{111}晶面为主和少量{110}、{100}晶面的截断八面体形貌。LiNi0.08Fe0.05Mn1.87O4样品在较低倍率(≤5 C)时,其倍率性能和长循环寿命得到显著提高,在25℃下,1 C的首次放电比容量为106.1 mAh/g,1 000次循环后容量保持率为82.0%;5 C的首次放电比容量为100.1 mAh/g,2 000次循环后容量保持率为72.8%。LiNi0.08Fe0.05Mn1.87O4材料的锂离子扩散系数和表观活化能分别为1.75×10-15 cm2/s和26.52 kJ/mol,表明其有较好的Li+迁移动力学性能。
以泡沫镍(NF)为自支撑集流体,通过溶剂热法和焙烧处理制备了NiCo2O4/NF自支撑电极,利用XRD、SEM、TEM、XPS、氮气吸脱附对NiCo2O4/NF的化学组成及微观结构进行表征,结果发现,由细小纳米颗粒组成的线状NiCo2O4有序、垂直生长于NF骨架表面,NiCo2O4/NF具有的高比表面积和大量孔结构促进了电解液和电极间的充分接触,NF作为基底有利于提高NiCo2O4的结构稳定性。同时,对NiCo2O4/NF电极进行了电化学测试,结果表明,NiCo2O4/NF在0.5 A/g下的比电容达 1 095 F/g,10 A/g的容量保持率为68.3%,说明其具有良好的倍率性能。此外,经过999次循环,NiCo2O4/NF的比容量为初始比电容的82.3%。
为进一步提高燃油氧化脱硫(ODS)的脱硫效率、改善催化剂回收困难问题,以350 nm单分散聚苯乙烯微球(PS)为模板,采用溶胶-凝胶法制备得到一系列掺铝有序大孔HPW/TiO2-20催化剂,并研究了其结构和脱硫性能。结果表明,掺铝0.025%的有序大孔4-HPW/TiO2-20催化剂催化氧化脱硫性能最佳,其大孔孔径约230 nm,比表面积为78.3 m2/g,总孔体积为0.19 cm3/g,另外,该催化剂存在平均孔径为2.8 nm的烧结孔。该催化剂在温度60℃、质量为0.15 g、氧硫比为4时,反应 1 h对模拟燃油中二苯并噻吩(DBT)的催化氧化转化率达100%,循环使用8次后脱硫效率仍达96.5%。
以豌豆荚为原料,通过水热法绿色合成蓝色荧光碳量子点(CQDs),利用透射电镜(TEM)、傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)、X射线光电子能谱仪(XPS)和X射线衍射仪(XRD)对制备的CQDs的形貌及表面结构进行表征;并对Cu2+和EDTA进行连续定量检测。结果表明,Cu2+可以特异性猝灭豌豆荚CQDs荧光,Cu2+浓度在20~200 μmol/L范围内与荧光强度呈现线性响应,检出限为5.35 μmol/L;加入EDTA可恢复已猝灭的CQDs荧光,线性范围为20~120 μmol/L,检出限为6.29 μmol/L;根据这一特性可以构建CQDs荧光"on-off-on"模式连续识别Cu2+和EDTA,并应用于食品及自来水的检测。
考察了溶剂热、浸渍-溶剂热法合成ZIF-67和Mn/ZIF-67催化剂的NH3-SCR脱硝性能,结果发现,Mn和ZIF-67的相互作用不仅拓宽了Mn/ZIF-67催化剂的低温窗口,而且提高了其低温催化活性,该催化剂在100~200℃的脱硝效率大于98%。同时考察了煅烧时间和煅烧温度对Mn/ZIF-67催化剂脱硝活性的影响,得到最佳煅烧时间为3 h、煅烧温度为350℃。XRD、SEM、BET、NOx-TPD、XPS、NH3-TPD等表征结果表明,Mn/ZIF-67催化剂形成的CoMn2O4.5增大了催化剂的比表面积,产生的双金属协同效应增加了表面氧物种和活性酸位点,加速了NH3、NO、NO2反应气体的吸附,进而提高了催化剂的低温脱硝活性。
采用共沉淀法制备Ge改性TiO2载体,考察了V-Mo-O/xGe-TiO2催化剂低温氨选择性催化还原(NH3-SCR)活性和抗硫稳定性。与传统V-Mo-O/TiO2催化剂相比,Ge的加入可以显著提高催化剂在低温窗口下的脱硝活性,同时使催化剂具有较高的N2选择性以及稳定的抗硫性。当Ge/Ti原子摩尔比为0.004时,催化剂在180℃时脱硝活性可达92%。N2吸附-脱附、XRD分析结果表明,Ge的加入增加了催化剂的比表面积和介孔孔容,并稳定了TiO2的锐钛矿晶型。NH3-TPD、H2-TPR以及XPS分析结果表明,Ge改性促进了V、Mo之间的相互作用,增加了V4+的含量,同时催化剂表面的Brønsted酸含量进一步增加,并产生额外的Lewis酸,增强表面对氨的吸附活化作用,从而使催化剂表现出低温高活性和高稳定性。
为了系统分析石墨烯正极材料中含氧官能团的量对材料电化学性能的影响,通过氧化石墨的低温膨胀法及后处理手段制备出3种不同官能团含量的石墨烯粉体材料,并进行了系统的理化表征和电化学性能表征。结果表明,当石墨烯材料用作锂离子电容器正极时,在其比表面积略微降低的前提下,若氧原子摩尔分数提高约14.5%,可逆比容量提升约13.4%;若氧原子摩尔分数降低约79%,可逆比容量降低约80.1%。说明含氧官能团的量是影响材料可逆比容量的关键因素。将此类石墨烯正极材料应用于软包型锂离子电容器器件中,器件表现出较好的电化学特性(在60 C充放电倍率下,器件容量保持率仍有47%)。
以甲基丙烯酸异辛酯(EHMA)、聚丙烯酸十八烷基酯(SMA)为功能单体,以乙二醇二甲基丙烯酸酯(EDGMA)为交联剂、聚乙烯醇(PVA)为分散剂、2,2-偶氮二异丁腈(AIBN)为引发剂、苯乙烯(ST)为刚性单体、丙酮为致孔剂,利用悬浮聚合法制备了一系列吸油树脂;通过引入β-环糊精(β-CD)对其性能进行优化合成了EHMA/SMA/St/β-CD共聚的吸油树脂,考察了相关因素对其吸油率的影响,并对树脂结构进行了表征。吸油性能测试结果表明,其最佳合成条件为:m(SMA)∶m(EHMA)=4∶1、m(ST)=4 g、w(EDGMA)=2%、w(PVA)=2%、w(AIBN)=1%、m(丙酮)=3 g、w(β-CD)=3%。饱和吸附时间在2 h内,柴油、煤油、汽油的饱和吸油率分别为15.542、13.923、12.274 g/g;同时,该吸油树脂可循环使用3次。
以Ti/RuO2-IrO2电极为阳极、不锈钢电极为阴极构建电化学氧化工艺,用于前置反硝化/PN/Anammox混凝后的垃圾渗滤液脱氮除碳处理的研究。采用响应曲面法的BBD法考察电流密度、极板间距、初始pH、反应时间对COD去除率的交互影响,并建立相关的数学模型,分析电化学氧化过程中总氮的转化。结果表明,各个影响因素显著,模型回归线性好,预测COD去除率最大值为89.38%。最佳实验条件为:电流密度为350 mA/cm2、极板间距为24 mm、初始pH为7.0、反应时间为3.2 h。实际测得的COD去除率为90.12%,对腐殖酸、腐殖质类物质去除效果好,总氮中的氨氮被完全去除,部分氨氮转化为硝氮。
为解决氢能不易储运的问题,提出了基于电解水制氢和甲醇合成/重整的零碳新能源消纳系统。该系统利用风能、光伏等电力,采用固体氧化物电解槽电解水,所产氢气和系统循环的二氧化碳合成甲醇,最终甲醇经运输至内设甲醇重整设备的站内加氢站进行重整制氢,产生二氧化碳和天然气制氢产生的二氧化碳合并进行循环,实现零碳排放和氢的异地产出。在此基础上,对此系统进行了能量和经济性分析。结果表明,零碳异地甲醇重整制氢系统的整体效率为46.38%,当电价为0.2元/kWh、工业氧气价格为0.42元/m3、加氢站售氢价格为70元/kg时,动态回收期为6.63 a,净现值为11 223.63万元,系统具有一定的可行性,对未来的氢能利用链提供了一种有价值的技术选项。
以加氢柴油为原料,采用临氢降凝-补充精制-精密分馏工艺,通过调整催化剂级配考察制备满足GB/T 15894—2008低芳石油醚、NB/SH/T 0913—2015轻质白油(Ⅱ)、GB 2536 T-40℃变压器油的可行性。结果表明,在反应压力为15 MPa、氢油体积比为1 000∶1、降凝/精制体积空速为SV/SV-0.7 h-1的条件下,以加氢柴油为原料,当反应温度为T-20/T℃时经精密分馏切割工艺所得低芳石油醚产品芳烃质量分数均<0.005%,其他性质指标满足GB/T 15894—2008指标要求;所得轻质白油满足NB/SH/T 0913—2015轻质白油(Ⅱ)指标要求。
采用滴涂的方式将纳米二氧化铈(CeO2)/石墨烯(Gr)混合悬浮液修饰在玻碳电极(GCE)表面,利用Gr优异的导电性与CeO2强催化性的协同效应构建了用于灵敏检测抗坏血酸(AA)的CeO2/Gr/Nafion/GCE传感器。通过循环伏安法(CV)和差分脉冲伏安法(DPV)研究AA的电化学行为并对传感器的各项电化学性能进行分析检测和评价,提升传感器性能进而获得更宽范围、更精确的检测。结果表明,AA浓度在0.1~7.0 mmol/L的范围内与峰电流值呈良好的线性关系,检出限为 3.5 μmol/L(S/N=3);传感器的重复性、稳定性和选择性良好,并对饮品中AA含量的测定结果较满意。
采用离子色谱法测定镍锰酸锂中硫酸根离子的含量,用盐酸和双氧水溶解试样,通过固相萃取柱净化后至离子色谱仪上进样测试,通过多次对比实验优化了试验方法。在优化的试验条件下,硫酸根在0~20.0 μg/L范围内具有良好的线性关系,线性相关系数为0.999 8。对4个不同含量的样品分别进行了11次平行测定,相对标准偏差(RSD)为1.6%~5.9%。在镍锰酸锂试样中加入硫酸根标液进行加标回收实验,硫酸根离子的加标回收率在96.1%~106.3%。与传统的硫酸钡比浊法相比,离子色谱法操作简便快捷,方法检出限低,测量范围更宽,干扰少,测定结果可靠,再现性良好,适合大批量快速样品分析。