概述了Co/Ni双金属-有机框架物材料(Co/Ni-MOFs)及其衍生物作为超级电容器电极材料的最新研究进展。根据对Co/Ni-MOFs材料的处理分类,可以分为原始Co/Ni-MOFs以及Co/Ni-MOFs衍生物材料(包括多孔碳材料、过渡金属氧化物、氢氧化物、硼酸盐、硫化物、磷化物)。重点综述了Co/Ni-MOFs和Co/Ni-MOFs衍生物材料的合成方法及其电化学性能,讨论了Co/Ni-MOF材料及其衍生物的形貌、结构和电化学性能之间的关系,概述了不同合成策略对提升比电容、循环稳定性和速率性能的贡献。最后,总结并展望了Co/Ni-MOFs在储能应用领域的挑战和机遇。
调整双季铵盐表面活性剂与单季铵盐表面活性剂的使用量,通过协同晶化的方式合成了高结晶度、高介孔容的薄层ZSM-5沸石。利用XRD、XRF、SEM、TEM、NH3-TPD、低温氮气物理吸脱附以及 27Al MAS NMR对沸石样品进行表征,并评价其甲醇制丙烯反应(MTP)催化性能。结果表明,薄层沸石的b轴厚度随着双季铵盐表面活性剂使用量的减少而增加,适量的单季铵盐表面活性剂的加入可以起到协同晶化的作用,能够有效稳定胶束,从而调控沸石的形貌。优化2种季铵盐表面活性剂的使用量所得薄层ZSM-5沸石的比表面积和介孔孔容都有所增加,在甲醇制丙烯反应中的活性稳定性也得到较大改善。此外,协同晶化的方式减少了双季铵盐表面活性剂的使用,有利于降低薄层ZSM-5沸石的合成成本。
为了进一步改善气相白炭黑的分散性,利用中试流化床对其进行干法改性。选择高含碳量的聚二甲基硅氧烷(PDMS)为改性剂,考察了预活化、改性温度、时间、气速和改性剂质量分数对气相白炭黑疏水性能的影响。结果表明,最佳工艺条件为:预活化温度为200℃、预活化时间为30 min、用水质量分数为10%、氮气气速为4 Nm3/h、改性温度为300℃、改性剂PDMS质量分数为25%、反应时间为90 min。改性后气相白炭黑含碳量为4.89%,表面羟基量降为0.15个/nm2,可润湿率为0%,提高了气相白炭黑的疏水性。此外,探究了改性气相白炭黑对硅橡胶的补强性能,含碳量为2.5%的气相白炭黑补强时,断裂伸长率提高了24.8%,补强系数提高18.0%,拉伸强度提高8.0%,补强效果最佳,有效提升了硅橡胶的综合力学性能。
采用湿浸渍法制备了Ni/Nb2O5催化剂,并探究了温度、时间和氢气压力对其催化苯酚加氢脱氧的影响。为进一步增强催化剂的脱氧性能,引入第二金属组分Mo制备了不同Ni、Mo摩尔比的NiMo双金属催化剂,并应用于催化苯酚加氢脱氧反应中。利用XRD、SEM、XPS、H2-TPR、NH3-TPD等手段对催化剂进行了表征分析。结果表明,Ni5Mo1/Nb2O5催化剂表现出最佳的加氢脱氧性能,主要是因为Mo的掺杂形成的NiMo合金促进了NiMo团簇的高分散性。此外,Mo的掺杂增加了催化剂的中强酸性位点,环己烷选择性增大。在240℃、4 h、3 MPa H2的反应条件下,Ni5Mo1/Nb2O5催化剂表现出最佳的环己烷选择性。
离子交换法常被应用于胺液净化领域,但是在低碱液浓度下部分离子交换树脂难以再生,存在失效的问题。利用SEM、EDS、FT-IR和XPS等手段对树脂的失效原因进行分析,并利用电再生的方法对失效树脂的再生进行了探究。实验结果显示,树脂净化胺液前后的骨架和功能基团并未改变,但是硫元素的质量分数显著提升,结合S 2p光谱存在162.2 eV和163.4 eV 2个分裂峰,说明树脂失效的主要原因是吸附的硫离子难以解吸;对失效树脂施加电再生时树脂的交换容量提升了3.6倍,吸附的硫元素质量分数下降了57.5%,表明电再生的方式可以提高树脂的交换容量和树脂内硫离子的解吸程度。
通过沉积-焙烧方法合成了一种在炭黑上Cu掺杂Mn3O4的氧还原反应(ORR)功能催化剂MCO/C。通过优化Mn与Cu的摩尔比合成得到Mn和Cu元素混合价态的MCO/C-51。在ORR过程中,MCO/C-51在Cu2O/C、Mn3O4/C、MCO/C-31和MCO/C-71中表现出最佳的ORR催化活性,其Tafel斜率为73.6 mV/dec,电子转移数约为4.2,具有优异的循环稳定性。在锌-空气电池(ZABs)的阴极使用MCO/C-51催化剂,ZABs的循环寿命在5 mA/cm2时超过128 h,其充放电容量也大幅提升,ZABs的比容量和功率密度分别达到691 mAh/(g Zn)和80 mW/cm2。
以木薯淀粉为原料、十二烯基琥珀酸酐为改性剂,制备了两亲性木薯淀粉(ACS)。利用FT-IR、XRD、SEM表征了ACS的结构。通过表面张力探讨ACS在不同温度、不同盐环境及其与LAS、SDS、BS-12复配的表面活性;研究了ACS乳化性能和洗涤应用。结果表明,ACS的表面活性随温度升高而增大;无机盐提高ACS表面活性的能力大小依次为:MgCl2、NaCl、KCl、CaCl2,MgCl2降低表面张力高达25.7%;LAS、SDS、BS-12与ACS复配具有协同增效提高表面活性的作用,增效能力大小依次为:BS-12、SDS、LAS。ACS具有优良的表面活性和洗涤性能,与LAS、SDS协同洗涤效应显著。
以磷石膏应用为研究目标,通过向天然石膏中添加磷酸、氟硅酸、氢氟酸、磷酸氢钙,研究水溶磷、水溶氟、共晶磷对石膏砌块物理力学性能的影响。结果表明,水溶磷、共晶磷对石膏砌块凝结时间均有缓凝作用,力学性能随添加量增加而降低;共晶磷的影响小于水溶磷;水溶氟缩短了砌块凝结时间,降低了力学性能;水溶磷、水溶氟的共同作用对砌块具有促凝功能,在水溶磷、水溶氟总质量分数为0.15%时,石膏砌块力学性能出现最大值;随着水溶磷、水溶氟质量分数的增加,抗折抗压呈现断崖式下降。在含有0.2%共晶磷的石膏中加入水溶磷、水溶氟时,由于水化过程中共晶磷部分转化为水溶磷,导致凝结时间延长,力学性能下降。
通过改进的hummers法合成氧化石墨烯,将氧化石墨烯(GO)分散液滴涂至玻碳电极表面,然后利用电聚合法将聚溴酚蓝(PBPB)修饰到电极上,成功制备出PBPB-GO复合膜修饰的NO-2检测电极。利用扫描电镜对电极材料的形貌进行表征,并对NO-2在复合材料上的电化学氧化机理进行了探讨。采用计时电流法对NO-2进行定量检测。结果表明,制备的复合膜修饰电极响应电流与NO-2浓度在1.0×10-6~1.0×10-2 mol/L范围内呈良好的线性关系,检出限为6.41×10-7 mol/L(S/N=3),电极稳定性高、重现性好、抗干扰能力强。依据国标法提取榨菜中的亚硝酸盐,用该复合电极对其进行加标回收实验,加标回收率为104.90%~112.80%,与分光光度法相比,该法的相对误差为3.49%~9.43%。
以农业废弃物玉米芯为炭前驱体、氢氧化钾为活化剂,通过氮掺杂结合预炭化和化学活化法制备了氮掺杂分级多孔炭。结果表明,三聚氰胺与预炭化生物炭的质量比为1∶1、活化温度为800℃时制备的多孔炭材料具有最大的比表面积(3 639 m2/g)和孔容(1.96 cm3/g)。与其他氮源相比,三聚氰胺有利于炭材料中氮原子的均匀掺杂和分级孔结构的形成。该电极材料在三电极体系中0.5 A/g时获得了342 F/g的高比电容,在10 A/g下比电容仍达到303 F/g。两电极体系中,该材料在500 W/kg时能量密度为32.3 Wh/kg;该器件在10 A/g下进行10 000次充放电后电容保持率为82.2%。
以年总操作费用(TAC)、CO2排放量(GEC)和精馏塔热力学效率(η)为目标,提出了基于粒子群算法(PSO)的优化方法,并将该方法应用于三氯氢硅(SiHCl3,TCS)歧化制取硅烷(SiH4,MS)反应精馏塔的优化设计。在Aspen Plus V7中建立流程进行模拟,使用平衡级模型,对RD-2IC(带有2个中间冷凝器的反应精馏塔)和高压分离塔的双塔构型建立稳态模型,考察了塔压、塔板数、回流比、进料位置、反应段持液量和中间冷凝器气相分率等影响因素,初步确定了各参数的最优值,为进一步深度优化提供了初值和可行域。结果表明,与单因素灵敏度分析结果相比,PSO算法优化后的TAC节省了54.50%、GEC减少了38.13%、η提高了22.55%。
为处理矿井大流量乏风中的超低浓度甲烷,拟采用将乏风作为锅炉二次风进行处理利用。对此类工程改造的锅炉引风、投资运行成本、项目改造收益、锅炉效率影响进行了分析。结果表明,矿井乏风甲烷利用工程改造减小了原来锅炉烟气的产生量,且烟气量改变很小,无需对锅炉侧进行改造。管道及保温材料的采购与安装是此类改造工程的主要投资部分。该类项目的主要收益为乏风处理的碳汇补贴收益。乏风流速越低,工程投资成本变高,但运行成本变低,有助于项目的长周期盈利。绘制了不同输运长度下乏风总量与瓦斯绝对涌出量的20年期盈利平衡曲线。提出了优化矿井侧及二次风侧的乏风输送系统,并对乏风温度、湿度等因素对锅炉效率的影响进行了分析。对矿井乏风利用项目的立项及可行性分析提供了指导。
蒸氨废水中存在较高浓度的S2-,严重影响离子选择性电极法测定结果的准确性,因此,焦化厂蒸氨废水中氨氮的检测一般采用纳氏试剂比色法,但该方法操作过程烦琐、测定时间长,分析结果滞后。鉴于此,研制了全固态铵离子选择性电极,通过向废水中加入适量的醋酸锌消除S2-的干扰,进而建立一种适用于蒸氨废水中氨氮快速检测的电化学分析方法。调节水样的pH至4~7,加入适量的醋酸锌,测量铵离子选择性电极与Ag/AgCl参比电极间的电位差,通过标准曲线即可快速获得水样中氨氮的浓度。该方法对氨氮的检测线性范围为0.14~1 400 mg/L,检出限为0.011 mg/L,相对标准偏差RSD为1.14%~3.02%,加标回收率为99.85%~104.18%。该方法操作简便,测定时间短,可快速分析焦化厂蒸氨废水中的氨氮,并具有开发氨氮在线监测装置的良好应用前景。