A gas-solid circulating fluidized bed heat exchanger is designed and built to investigate the particle collision behavior and heat transfer performance under different operating parameters, such as air flow rate, heat flux, and particle type. Air, Polyoxymethylene (POM) and three sizes of glass beads (GB) are selected as working media. Time-domain and frequency-domain analyses are conducted for the collision acceleration signals. The results show that adding solid particles can enhance heat transfer and increase pressure drop of system. The heat transfer enhancing factor reaches up to 33.4%, and the maximum pressure drop ratio is no more than 15.7%. The frequency distribution range of pure gas phase collisions is 0-1000 Hz, and the solid phase plays a dominant role in the collision of gas-solid two-phase flow, distributed between 2000 and 25,000 Hz. The signal power increases with the increase in air flow rate. The heat transfer enhancing factor of POM particles decreases with the increase in air flow rate, but those of GB particles first increases and then decreases. The signal power of POM particles is generally greater than those of GB particles. The heat transfer enhancing factor of POM particles is obviously higher than those of GB particles, especially at low air flow rate. The pressure drop ratio fluctuates with the increase in air flow rate, and generally increases with the increase in heat flux. The drop ratio of the POM particles is higher than those of the GB particles.
In response to the problem that the conventional concentrated sulfuric acid catalyst for esterification reactions are prone to corrosion and generate large amounts of acid-containing wastewater, highly efficient gel resin-loaded ionic liquid solid acid (SA-ILs) catalysts were prepared by a one-pot method of loading ionic liquids onto gel resins. It is shown that the gel resin carrier has a strong water-absorbing structure, and the ionic liquids are covalently loaded on the gel resin carrier through chemical bonding, leading to SA-ILs catalysts with excellent acidity and good structural stability. With an optimal ionic liquid loading of 11
The Ce-modified OMS-2 catalyst (Cex-OMS-2) was synthesized by the hydrothermal synthesis method, after which its catalytic efficacy in the selective reduction of NO by CO was assessed. The experiments showed that Ce0.08-OMS-2 was capable of 100% NO conversion between 175 and 300 degrees C when 0.05%NO, 0.1%CO, 5%O2 and N2 were used as equilibrium gases, and the N2 selectivity peaked at 93.2% at 175 degrees C. Additionally, Ce0.08-OMS-2 exhibits good sulfur resistance in the presence of 0.02% SO2 and maintains more than 88% NO conversion at 175-275 degrees C. By using BET, XPS, H2-TPR, NH3-TPD, and In situ DRIFTS to characterize the catalysts, the effects of doping the active metal Ce on the physicochemical characteristics of OMS-2 catalysts were under investigation. In conclusion, the improvement of the low-temperature activity of the Cex-OMS-2 catalyst is facilitated by lower agglomeration and crystallinity, larger specific surface area, smaller average pore size, enhanced surface oxygen vacancies, increased Mn4+ concentration, and richer Bronsted acid. Reaction gas adsorbed species and intermediates on the catalyst surface were dynamically captured during In situ DRIFTS experiments. The CO-SCR reaction of the catalyst was found to follow the E-R mechanism below 200 degrees C and the L-H mechanism at 200-350 degrees C.
The particle collision behavior and heat transfer performance are investigated to reveal the heat transfer enhancement and fouling prevention mechanism in a Na2SO4 circulating fluidized bed evaporator. The particle collision signals are analyzed with standard deviation by varying the amount of added particles epsilon (1%-3%), circulation flow velocity u (0.37-1.78 m.s(-1)), and heat flux q (7.29-12.14 kW.m(-2)). The results show that the enhancement factor reach up to 14.6% by adding polytetrafluoroethylene particles at epsilon = 3%, u = 1.78 m.s(-1), and q = 7.29 kW.m(-2). Both the standard deviation of the particle collision signal and enhancement factor increase with the increase in the amount of added particles. The standard deviation increases with the increase in circulation flow velocity; however, the enhancement factor initially decreases and then increases. The standard deviation slightly decreases with the increase in heat flux at low circulation flow velocity, but initially increases and then decreases at high circulation flow velocity. The enhancement factor decreases with the increase in heat flux. The enhancement factor in Na2SO4 solution is superior to that in water at high amount of added particles. The empirical correlation for heat transfer is established, and the model results agree well with the experimental data. (C) 2021 The Chemical Industry and Engineering Society of China, and Chemical Industry Press Co., Ltd. All rights reserved.
采用简单的一步水热法制备了硅烷偶联剂功能化氧化石墨烯(KGO),并将其与环氧树脂复合,制备了一种高性能的防腐涂料.采用傅里叶变换红外光谱、拉曼光谱、扫描电子显微镜和X射线衍射分析对KGO的各项性能及微观形貌进行了表征.随后通过电化学阻抗谱(EIS)和盐雾试验对添加了质量分数为0.1％、0.2％和0.3％的环氧树脂复合涂料的耐腐蚀性能进行表征.结果表明,KGO显著提高了环氧树脂复合涂层的屏蔽性能和耐腐蚀性能.环氧树脂复合涂层腐蚀电流密度由8.8×10-8 A·cm-2最低下降到2.0×10-8 A.cm-2.其中,0.2 KGO/EP涂层的低频阻抗模量在浓度为3.5％的NaCl溶液中浸泡72 h后仍维持在较高水平,约高出纯环氧树脂涂层2个数量级.当KGO的添加量为0.2％时,环氧树脂复合涂层具有最优异的耐腐蚀性能.
针对乙炔氢氯化钯基催化剂稳定性较差的问题,通过简易湿法浸渍法制备了含氮配体改性的新型钯基催化剂.在配体添加量为10％,温度160℃,乙炔空速720 h-1,氯化氢与乙炔流量比值为1.2时,转化率高达99％,且20 h后只下降了 5％.TEM结果证明钯在催化剂中高度分散,XPS结果证明配体的引入可以减少钯物种在反应过程中的还原.TG、ICP-OES和BET结果证明配体的引入显著降低积碳,并抑制Pd物种的流失.基于前线轨道理论分析,配体的引入增强了对氯化氢的吸附和活化,并且降低了电子从钯向氯化氢转移过程中的能量差,有效促进了乙炔氢氯化反应的进行.
1-(2-甲氧基乙基)-3-乙基咪唑双三氟甲基磺酰亚胺盐([C22O1IM][NTf2])作为醚基功能化离子液体具有热稳定性好、低黏度、较高的电导率等许多优良特性.对[C22O1IM][NTf2]+甲酰胺(FA)/二甲基甲酰胺(DMF)二元混合物进行了研究,测定在温度15～50 ℃和大气压下整个组成范围内此二元混合物的密度ρ、声速u和黏度η.根据实验数据,计算了体系的超额摩尔体积VmE、等熵压缩系数偏差Δκs和黏度偏差Δη.所得结果用这些混合物中发生的分子间相互作用来解释.
铜基催化剂能够有效地将二氧化碳电化学还原为多碳C2+产物,催化剂的组成和结构是影响C2+产物催化活性和选择性的重要因素.本研究旨在考察Cu2O催化剂多孔结构对电化学还原CO2的C2产物选择性的影响.首先通过酸刻蚀实心Cu2O立方体(S-Cu2O)制备了具有多孔结构的Cu2O立方体(P-Cu2O).SEM、TEM、XRD、XPS和CV等表征结果表明,S-Cu2O和P-Cu2O的组成相同,为混合Cu价态Cu(0)和Cu(Ⅰ).2者形貌为约180 nm立方体,而P-Cu2O具有不规则的空腔型多孔结构.电化学表征结果表明,P-Cu2O的电化学活性表面积约为S-Cu2O的1.75倍,且界面电荷转移电阻比S-Cu2O低.在N2和CO2氛围下的线性伏安扫描(LSV)结果表明P-Cu2O具有更高的CO2催化活性.在气体扩散电极-流动电解池体系进行不同电位下催化剂的电催化还原CO2反应,考察多孔结构对CO2还原活性和C2产物选择性的影响,结果表明,在电位为-1.0 Vvs.RHE,电解质为2 mol·L-1 KOH时,P-Cu2O的CO2还原产物选择性达37.7％(C2H4:25.6％,C2H5OH:12.1％),分电流密度达 20.9 mA·cm-2,比 S-Cu2O 提高 了～28％.以*COR/[*COR/CO(g)]计算关键中间体*CO深度转化率,结果表明P-Cu2O的*CO深度转化明显高于S-Cu2O.综上,P-Cu2O对C2产物选择性的提高归因于:多孔结构使P-Cu2O具有高活性表面积,提供更多的CO2还原活性位点,促进CO生成;空腔的结构有利于*CO局域浓度提高,加速*CO二聚反应生成C2产物.为设计和开发电催化还原二氧化碳制多碳产物的Cu2O基高效催化剂具有重要意义.
采用溶胶凝胶法制备了 CuO/CeO2-ZrO2/SiC整体催化剂,并将其应用到甲醇水蒸气重整制氢反应中.通过XRD、BET、H2-TPR、N2O滴定等表征手段,探究焙烧温度对CuO/CeO2-ZrO2/SiC整体催化剂的影响.结果表明,焙烧温度对CuO/CeO2-ZrO2/SiC整体催化剂催化活性影响较大.结合表征分析,其中500℃焙烧的整体催化剂具有较好的Cu分散度,较大的Cu比表面积.在反应温度为360 ℃,水醇物质的量之比为1.2,甲醇水蒸气气体空速为4 840 h-1的条件下甲醇的转化率为77.3％.为整体催化剂的开发提供基础数据.
氨及掺氨燃烧对于替代化石燃料实现无碳化及减碳化燃烧、实现双碳目标具有积极意义.针对氨及掺氨燃烧在燃料化学工业中的应用潜力,阐述了氨及掺氨燃烧的过程机理包括的反应路径、反应方程及机制模型,主要限制因素包括当量比、氨掺混比例和初始温度等对火焰传播速度和火焰温度的影响,氨及掺氨燃烧的反应、流动与能量的数学模型及其模化性能评估,氨及掺氨燃烧过程氮氧化物的生成与控制,以及掺氨燃烧的工业应用.最后,就氨及掺氨燃烧的基础理论和技术发展进行了展望.
为了研究纳米气泡(NB)对有机溶液表观黏度的影响,利用无机陶瓷膜在溶液中产生纳米气泡后监测溶液的表观黏度变化,并利用计算流体动力学(CFD)模拟计算溶液内鼓入纳米气泡后表观黏度的变化情况以验证实验结果.实验结果表明:0.3 MPa压力下,纳米气泡的粒径分布在125～425 nm范围内,且液面纳米气泡的存在使水的平均表面张力从72.0减小至68.1 mN·m-1.此外,经30 min鼓泡处理后,水、牛血清白蛋白(BSA)和海藻酸钠(SA)溶液的表观黏度分别从1.07、1.3和2.27 mPa·s减小至1.01、1.24和2.21 mPa·s,且随着纳米气泡浓度的增大,溶液的表观黏度持续降低.采用计算流体动力学种群耦合模型(CFD-PBM)模拟计算后溶液表观黏度的变化趋势与实验结果相一致,证实了纳米气泡在降低溶液表观黏度方面的效用.
粉煤灰是一种细小的颗粒固体废弃物,处理不当会造成环境危害且影响人类健康.利用粉煤灰生产沸石是一种高值化利用方式,既解决了一部分粉煤灰处置问题,同时也增加了一种新型"以废治废"的环保材料.通过对近年来有关粉煤灰沸石的相关文献进行总结梳理,简述了粉煤灰与沸石的特征及粉煤灰沸石的合成方法,重点介绍了粉煤灰沸石的几种改性方法及其机理,如阳离子表面活性剂改性、离子交换改性和磁改性等.同时介绍了粉煤灰沸石作为吸附剂、催化剂载体在水处理中的应用,并对粉煤灰沸石改性及其在水处理中应用的发展方向提出了建议.
首先合成了一种羧甲基壳聚糖气凝胶(CMCS)吸附剂,并将其应用于净化钴离子废水;然后对吸附钴离子后的废弃吸附剂进行改性和燃烧,合成了负载钴纳米颗粒氮掺杂碳材料(Co@NC-800),并将其应用于活化过氧单硫酸盐(PMS)降解双酚A(BPA).结合动力学分析与多种表征手段结果共同证明了 Co纳米颗粒是主要的活性位点;并通过调控煅烧温度,探明石墨氮有利于提高Co纳米颗粒与碳载体的协同作用,从而促进PMS的活化.自由基淬灭实验和电化学测试分析确定了硫酸根自由基(SO4·-)和羟基自由基(·OH)是Co@NC-800/PMS体系中主要的功能活性物种.本研究为废水固废物高效利用制备催化剂材料提供了一种新的思路.
国内工业生产季戊四醇存在收率低等问题.以甲醛与乙醛为原料,氢氧化钠为催化剂,用微通道反应器这一新型工艺方法合成季戊四醇,并使用液相色谱进行定量分析.考察了反应温度、反应时间和原料物料等因素对收率的影响.并通过使用Design-Expert 8软件设计响应面实验,优化实验条件,结果表明:当反应温度为44℃,反应时间为161 min,n(甲醛)∶n(乙醛)为5∶1时,季戊四醇的摩尔收率达到93.17％.与传统釜式反应相比季戊四醇摩尔收率提高了 25.21％,具有工业化的前景.
二氧化碳氧化丙烷脱氢制丙烯(CO2-OPDH)工艺是丙烯生产路线中较为理想的途径,而高性能催化剂的研制是该工艺取得突破的关键.以介孔分子筛MCM-41为载体,GaN-ZnO固溶体为活性组分,通过固相氮化法构筑具有双功能活性中心的GaN-ZnO/MCM-41催化剂,并对其催化CO2-OPDH反应性能进行了研究.结合X射线衍射光谱(XRD)、氮气吸脱附测试、场发射扫描电镜-能谱(SEM-EDX)、透射电子显微镜(TEM)、热重-质谱联用(TG-MS)以及拉曼光谱(Raman),对催化剂的物理化学性质进行了表征分析.研究表明,固相氮化法能够制备出固溶体催化剂,且该催化剂表现出有效的催化丙烷脱氢性能,优于相同反应条件下负载的单组分氮化镓或氧化锌催化剂.在600 ℃,CO2气氛下,Ga0.5-Zn0.5/MCM-41-800的丙烷转化率为21％,丙烯选择性高达92％.固溶体结构有利于活性组分的分散,能够产生更多的活性位点,而焙烧温度影响固溶体的组成结构,进而影响其催化活性.此外,CO2不仅能提高催化剂的活性,而且能够减少积炭的生成,改善催化剂的稳定性.
蒽醌加氢制备H2O2是一个具有重大工业价值的反应.采用分步浸渍法制备了一系列不同AlCl3含量的Pd/xAl-Al2O3催化剂.基于N2吸附脱附、XRD、TEM、NH3-TPD和XPS对催化剂进行表征分析.AlCl3 质量分数为1％的Pd/1.0Al-Al2O3催化剂对蒽醌加氢反应具有较高的加氢效率(8.3 g·L-1)和选择性(99.5％),明显优于对照Pd/Al203催化剂(5.2g·L-1,97.2％).表征结果表明AlCl3改性的催化剂具有丰富的表面弱酸,为蒽醌分子提供了较多的吸附位点.同时,AlCl3 的引入可以改善催化剂的分散度,增加了金属颗粒与载体的相互作用,从而抑制了金属颗粒团聚和流失.
针对现有的高级氧化除藻技术存在效率低、二次污染等问题,以小球藻为研究对象,采用 自行设计的螺旋切割器制备高浓度臭氧水循环装置进行灭藻试验,探究臭氧水平衡浓度、反应时间、初始藻细胞光密度和初始反应温度对小球藻的灭活效果并进行动力学分析.结果表明:臭氧水平衡浓度9 mg·L-1、初始藻细胞光密度0.4、初始反应温度25℃、反应时间12 min时,灭藻率可高达96.02％.通过对动力学拟合参数的比较,结果表明在臭氧水平衡浓度不低于11 mg·L-1、初始藻细胞光密度不高于0.5、初始反应温度不低于20 ℃时,适宜使用一级动力学拟合;在臭氧水平衡浓度低于11mg·L-1、初始藻细胞光密度高于0.5、初始反应温度低于20℃时,更适用二级动力学拟合.
微波加热因其独特的体积加热在连续流系统中应用广泛,但其存在的明显缺点是温度不均匀导致局部热失控影响物料的加热效果.因此,通过多物理场耦合计算讨论物料体积、物料间距、波导位置、微波功率和物料流速对物料微波能量利用率和加热效果的影响.结果表明:微波连续流反应器内放置2层物料具有最优的微波能量利用率和加热效率;物料间距和波导位置的变化使得反应器腔内双层物料的微波能量利用率和加热效果出现非同步的差异;增加微波功率会增大反应器内双层物料加热效果的差异性,而增加物料流速则会改善这种差异.
高效钯炭催化剂的研制是卤代硝基苯选择性加氢还原制备卤代苯胺工艺取得突破的关键.以单分散氮掺杂的碳纳米球为载体、钯为活性组分,采用浸渍法制备出负载型的Pd/CN-x(x代表碳基载体的焙烧温度),并对其催化氯代硝基苯加氢制备氯代苯胺反应的性能进行了研究.分别采用傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、X射线衍射光谱(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、场发射扫描电镜(SEM)以及X射线光电子能谱(XPS)技术对Pd/CN-x催化剂的形貌、结构及表面化学性质进行了表征分析.考察了不同温度下制备出的碳氮材料负载钯催化剂对氯代硝基苯选择性加氢还原反应活性和选择性的影响.研究结果表明,以单分散氮掺杂的碳纳米球为载体能够实现金属Pd颗粒的均匀分散,因而催化剂表现出优异的催化加氢性能.其中,Pd/CN-600催化剂表现出100％的3-氯硝基苯转化率,同时对3-氯苯胺的选择性高达76.9％.此外,载体表面含氮官能团影响活性Pd组分的有效分散,进而影响3-氯苯胺的选择性.
设计并搭建了气-固循环流化床螺旋板式换热装置,研究了空气流量(80～125 m3·h-1)、颗粒加入量(0.5％～2.0％)和颗粒类型等操作参数对以恒温水作为热流体、空气作为冷流体、3种固体颗粒作为固相工作介质的循环流化床螺旋板式换热器传热性能和压降的影响.实验的结果显示,添加颗粒可以明显改善螺旋板式换热器的传热性能,但同时也会增大压降.在实验考察的操作参数范围内,强化传热效果最佳时的传热增强因子可以达到29.28％,此时系统内添加的颗粒为聚甲醛颗粒,空气流量为125 m3·h-1,颗粒加入量为2.0％,但相应的压降比率也达到了 20.86％.绘制了传热增强因子和压降比率的三维图以及综合影响雷达图,可指导工业应用.
