Ni-MOF-74制备及其对CO的吸附性能

通过水热合成法制备了Ni-MOF-74材料,采用全自动表面积吸附仪、PXRD、扫描电子显微镜、同步热分析仪对材料的孔隙结构、晶体形貌和热稳定性进行了表征,并采用静态吸附法测定了CO、N_2、CH_4和CO_2在Ni-MOF-74上的吸附等温线;采用挤压成型方法制备了Ni-MOF-74成型材料,并研究了挤压成型后Ni-MOF-74晶体结构和微孔结构的变化及对CO的吸附性能的影响。结果表明,制得的Ni-MOF-74材料比表面积达1 212.61 m~2/g,其孔径主要集中在0.8～1.0 nm之间,对CO的吸附量远高于相同条件下对N_2和CH_4的吸附量,具有良好的热稳定性;Ni-MOF-74对CO的吸附作用力明显高于对N_2、CH_4和CO_2的;挤压成型后Ni-MOF-74的完整晶体数量明显减少,且部分微孔结构遭到破坏,成型后对CO的吸附性能明显下降。     

Ni-MOF-74的疏水改性及对CO吸附性能的影响

CO常与N₂、CH₄、CO₂及H₂O等气体混合存在，为纯化CO气体，采用Ni-MOF-74材料为吸附剂开展了探索性研究。通过PFAS(全氟烷基硅烷)浸渍法，制备了Ni-MOF-74疏水材料。通过接触角测量仪、SEM、傅里叶红外光谱仪对Ni-MOF-74材料表面疏水情况及形貌进行了分析，并探讨了浸渍温度、浸渍浓度、浸渍时间、浸渍次数对疏水性的影响，以及疏水改性对Ni-MOF-74的CO吸附性能的影响。确定了PFAS浸渍实验的工艺条件：浸渍温度110 ℃、浸渍时间24 h、浸渍1次、PFAS浓度3%。结果表明：PFAS成功覆盖在Ni-MOF-74材料上，但只有很少的PFAS覆盖到了Ni-MOF-74材料表面；PFAS改性后Ni-MOF-74的晶体结构遭到了部分破坏，热稳定性有所降低。     

复杂混合气体组分在低温活性炭表面的吸附特性

为实现大体积气体中微量放射性气体Kr、Xe同位素的测量，须将混合气体进行浓集并将目标气体吸附于10 mL左右的活性炭源盒中。本实验对混合气体中各组分在活性炭分离柱上的吸附性能进行研究，建立了通过去除其他杂质气体、浓集大体积气体制备放射性Kr和Xe活度源的方法。根据反应堆流出气体和核爆可能生成的气体组分，配制了模拟气体，使用活化的4A分子筛对其中的水和CO₂进行模拟去除，获得了流程中去除水和CO₂的实验条件；选择5个低温点(273、264、255、246、238 K)，在低温活性炭柱上对H₂、CO、CH₄、Kr和Xe的吸附特性进行研究，测定了各气体在不同温度下的吸附穿透曲线。结果表明，室温下4A分子筛对水和CO₂有较好的吸附效果。低温下，H₂、CO不易在活性炭表面吸附；CH₄、Kr吸附性质相似；Xe吸附能力较强。低温下难以去除的CH₄可在高温下氧化去除。因此，可根据混合气体中各组分性质的不同实现杂质气体的去除和目标气体Kr、Xe的回收测量。     

Ni-MOF-74的疏水改性及对CO吸附性能的影响

CO常与N_2、CH_4、CO_2及H_2O等气体混合存在,为纯化CO气体,采用Ni-MOF-74材料为吸附剂开展了探索性研究。通过PFAS(全氟烷基硅烷)浸渍法,制备了Ni-MOF-74疏水材料。通过接触角测量仪、SEM、傅里叶红外光谱仪对Ni-MOF-74材料表面疏水情况及形貌进行了分析,并探讨了浸渍温度、浸渍浓度、浸渍时间、浸渍次数对疏水性的影响,以及疏水改性对Ni-MOF-74的CO吸附性能的影响。确定了PFAS浸渍实验的工艺条件:浸渍温度110℃、浸渍时间24 h、浸渍1次、PFAS浓度3%。结果表明:PFAS成功覆盖在Ni-MOF-74材料上,但只有很少的PFAS覆盖到了Ni-MOF-74材料表面;PFAS改性后Ni-MOF-74的晶体结构遭到了部分破坏,热稳定性有所降低。     

ESR法研究Pt催化N2H4分解机制

采用电子自旋共振谱（ESR）法，研究了酸性条件下•NH₂的转化，HClO₄体系下反应时间对溶液中自由基产生的影响、pH值对N₂H₄断键的影响以及HNO₃中N是否对溶液中的•NH₂有贡献，确定了Pt催化N₂H₄分解的反应机理。结果表明：在酸性条件下•NH₂被DMPO捕捉时反应式为•NH⁺₃+HO-H+DMPO=NH⁺₄+DMPO(•OH)，硝酸在Pt催化N₂H₄体系中不会发生断键产生•NH₂，所产生的•NH₂是由N₂H₄断键形成的；在HClO₄体系中，随着Pt催化N₂H₄反应时间的延长，N₂H₄中N-N断键的趋势逐渐减小，N-H断键的趋势逐渐增大；随pH值的增大，N₂H₄中N-N断键的速率先快速减小，pH>3后缓慢增大；Pt催化N₂H₄分解反应中N-N断键和N-H断键两种方式共存，但N-N断键占优；反应体系中N₂H₄与H^＋浓度之比决定了N-N断键生成•NH₂的速率，而•NH₂与H^＋的浓度又决定了•NH₂转化成产物的速率，这两方面共同决定了N₂H₄分解的速率。     

氧化铜气凝胶的制备与结构表征

以CuSO₄·5H₂O为前驱体,聚丙烯酸为分散剂,采用溶胶 凝胶法制备出铜基复合气凝胶,该气凝胶经高温热处理后得到氧化铜气凝胶。通过场发射扫描电镜（FESEM）、高分辨透射电镜（HRTEM）、X射线衍射（XRD）以及N₂吸附对气凝胶的结构进行了表征。结果表明：铜基复合气凝胶是由大量球状颗粒堆积而成的;经不同温度热处理,气凝胶逐渐由三维网络状结构转变为致密结构。XRD谱表明,该材料为无定形态,随处理温度的升高,气凝胶的晶型不断变化,并最终变为氧化铜气凝胶。N₂吸附结果表明,经不同温度处理后,气凝胶样品具有较高的比表面积。     

Pt催化N2H4还原U(Ⅵ)制备U(Ⅳ)过程中N2H4断键机制研究

为优化硝酸介质下Pt催化N₂H₄还原U(Ⅵ)制备U(Ⅳ)的工艺条件，确定此反应过程的控制步骤，有针对性地提高控制步骤的反应速率，以确定N₂H₄还原U(Ⅵ)制备U(Ⅳ)过程中的反应历程以及反应机理，通过实验研究确定了N₂H₄在Pt催化剂上的断键方式和分解机理。采用气相色谱法、分光光度法、滴定法及排水法对硝酸介质下Pt催化N₂H₄还原U(Ⅵ)制备U(Ⅳ)过程中的产物进行分析，确定反应过程中N₂H₄的断键机制。结果表明，硝酸介质下Pt催化N₂H₄还原U(Ⅵ)制备U(Ⅳ)反应过程中没有叠氮酸、氮氧化物及氢气生成，产物主要是N₂，生成的N₂的量与消耗的N₂H₄的量接近1∶1；当存在U(Ⅵ)时，生成的NH⁺₄产量较低，当U(Ⅵ)反应完全后，NH⁺₄的产生速率急剧增大；N₂H₄以N-N断键和N-H断键两种方式共存；反应温度升高有利于加快由U(Ⅵ)制备U(Ⅳ)还原反应的进行。     

ESR法研究pH值对Pt催化N2H4断键的影响机制

为明确酸性条件下Pt催化N₂H₄还原U（Ⅵ）制备U（Ⅳ）的反应历程和反应机理，有针对性地提高其反应速率、优化工艺流程，本文采用电子自旋共振(ESR)法实验研究•NH2转化为•OH的机理及0.25 mol/L和0.5 mol/L N₂H₄浓度条件下不同酸度的高氯酸体系中Pt催化N₂H₄分解过程中产生的自由基，确定反应过程中pH值对N₂H₄断键的影响机制。结果表明，在高氯酸介质中，Pt催化N₂H₄分解反应体系中检测到的•OH是由N₂H₄分解产生的•NH₂转化而来；该反应体系中酸度会对N₂H₄分解产生影响，在酸度逐渐降低的过程中Pt催化N₂H₄分解的反应速率表现为先增大后减小的趋势，其中在pH=1～2之间时Pt催化N₂H₄分解反应最为迅速。     

氦中痕量杂质气体气相色谱检测分析方法研究

为实现聚变堆氘氚燃料工艺气中痕量杂质气体组分的快速检测分析,需建立特殊的高精度在线气相色谱检测分析方法。以高纯氦作为载气,在不同的色谱柱温度和载气流速控制下,通过分子筛毛细管柱和PLOT-Q柱进行分离,采用放电氦离子化检测器（DID）进行检测,对氦中含量为1、10以及100 ppm的杂质标准气体进行检测分析。结果表明：在柱温为40 ℃、流速为15～20 mL/min实验条件下,分子筛柱在160 s内能够实现H₂、O₂、N₂、CH₄和CO全部分离,且柱效较高,响应值的重复性较好,H₂和O₂之间的分离度高于1.5,实现了完全分离;在柱温为40 ℃、流速为20 mL/min时,PLOT-Q柱分离CO₂组分效果最佳。     

含氚废气中杂质气体去除材料研制

为去除含氚惰性废气中的CH₄、水气、O₂等杂质气体,采用溶胶凝胶法制备了65%Ni-10%Cu-25%SiO₂材料作为杂质气体消除材料,对材料进行XRD、SEM及程序升温还原表征,结果显示,少量Cu的加入增加了Ni的分散度,有助于稳定Ni的形态,避免Ni过早发生氧化。材料可以使Ar中的少量CH₄、O₂和水气得到有效的去除,在空速1000 h^-1时Ar中φ=1%CH₄和φ=1%CO₂重整时CH₄去除率达到81.5%以上,对于Ar中φ=1%O₂的去除率达到91.8%以上,对于Ar中φ=1%水气的去除率达到91.7%以上。实验还发现低浓度的CH₄可以与水气及O₂发生反应而去除,空速10000 h^-1催化φ=1%水气和φ=1%CH₄反应,CH₄的去除率均高于80.7%;空速10000 h^-1催化φ=0.67%CH₄和φ=0.33%O₂的反应,CH₄的去除率均高于84.2%。     

Insulation characteristics of triple mixtures of c-C4F8/N2/CO2 under lightning impulse voltage

This paper has researched the insulation characteristics of 10%c-C₄F₈/N₂/CO₂ mixtures under lightning impulse voltage by experiment. It is shown that the positive and negative lightning impulse breakdown voltages of 10%c-C₄F₈/N₂/CO₂ gas mixtures rise linearly as the electrode gap distance and gas pressure increase and under the same conditions, the positive lightning impulse breakdown voltage of the gas mixtures is always higher than the negative lightning impulse breakdown voltage. As the gas mixtures have a little higher liquefied temperature than SF₆ and the comprehensive GWP is about 5% of SF₆ , and the positive and negative lightning impulse breakdown voltages can both reach 60% of SF₆ , 10%c-C₄F₈/N₂/CO₂ gas mixtures can be applied as insulation gas in electrical equipment such as C-GIS, GIT, GIL and so on.     

CO_2 conversion by thermal plasma with carbon as reducing agent: high CO yield and energy efficiency

A key problem in CO_2 conversion by thermal plasma is suppressing the inverse reactions,CO?+?O?→?CO_2 and CO?+?0.5O_2?→?CO_2, to simultaneously obtain high CO yield and energy efficiency. This can be done by quickly quenching the decomposed gas or rapidly taking away free oxygen from decomposed gas. In this paper, experiments of CO_2 conversion by thermal plasma with carbon as a reducing agent are presented. Carbon quickly devoured free oxygen in thermal plasma decomposed gas, and not only is the inverse reaction completely suppressed, but the discharge energy to form oxygen atoms, oxygen molecular, and thermal energy is also reused.A CO_2 conversion rate of 67%–94% and the corresponding electric energy efficiency of about 70% are achieved, both are much higher than that seen so far by other plasma implementations.     

Operando FT-IR study on basicity improvement of Ni(Mg,Al)O hydrotalcite-derived catalysts promoted by glow plasma discharge

CO₂ adsorption on the surface of hydrotalcite-derived mixed oxide catalysts was investigated under low pressure glow discharge plasma in operando conditions via FT-IR spectroscopy. Nickel catalysts were promoted with various transition metal species (Ce, Fe, La, Zr) to influence their physico-chemical properties. Fe and Zr species were successfully incorporated into hydrotalcite brucite layers. After calcination formed a single phase with Ni(Mg, Al)O mixed oxide, while La and Ce species formed separate phases. This had a consequence in the distribution of surface basic sites as well as in the affinity to CO produced upon CO₂ dissociation in plasma. Plasma treatment activated the surface of prepared materials and changed their properties via the generation of strong basic sites associated with low coordinated surface oxygen anions. Moreover, the CO₂ adsorption capacity of prepared materials increased after plasma treatment.     

浸渍活性炭性能和微观结构老化效应研究

为了研究老化引起的核级浸渍活性炭性能、结构上的变化,对现场应用老化及同批次自然老化后的浸渍活性炭,开展了吸附效率、关键物理性能、微观结构、热稳定性等变化特征的实验分析。研究发现,自然老化54个月的浸渍活性炭各性能指标变化不显著,但对于现场老化后吸附放射性甲基碘效率降至不足60%的浸渍活性炭,其CCl₄吸附率由初始的近60%显著下降至15%,pH值从9.7下降至7.2,碘吸附值下降至新浸渍活性炭的3/4,与除碘效率的下降趋势一致;SEM、N₂吸附测试表明,现场老化后的样品微观孔结构变化显著,孔道堵塞、磨损严重,比表面积减小,孔径增大;TG(失重实验)结果表明,现场老化后的浸渍活性炭在200~500 ℃失重约10%。这些理化性能及自身结构的变化是造成浸渍活性炭老化及除碘性能下降的重要原因。     

无盐有机还原剂结构与其氧化产物的定量关系

对羟胺、N,N-二甲基羟胺、甲醛肟、氨基羟基脲和对二氨基脲五种还原剂及其氧化产物进行了分析,并通过分子结构描述符研究了还原剂结构与其相应氧化产物之间的构效关系。结果表明:还原剂氧化产物包含N2、CH3OH、CH4、CH2O和CHOOH等,还原剂分子结构描述符与其相应氧化产物构效关系方程拟合良好,对新还原剂开发具有较强的指导意义;氨基羟基脲的氧化产物简单,在PUREX流程中具有良好的应用前景。     

微型气相色谱法测定H2中杂质气体

为了满足氢同位素分离系统、 等离子体排灰气处理系统和贮存与供给工艺系统对进气品质的要求,需建立准确、快速、高精度的杂质气体分析方法。针对H₂中体积分数为10^-2~10^-3的气体组分He、Ne、N₂、Ar、CH₄、CO和CO₂,本研究首先采用配有1个Pora PLOT U通道和1个MS5- 通道的微型气相色谱仪,以H2为载气,建立H2中杂质气体的分析方法并优化测量参数。结果表明,杂质气体组分测量精密度优于0.2%,-0.5%<测量相对误差<0.5%,分离度>1.5,检出限为1.3×10^-6~8.5×10^-6,定量限为4.5×10^-6~36.3×10^-6,分析时间<2.5 min。在优化后的测量条件下探讨分别以He、Ne和Ar为载气测量H2中杂质气体的可行性,得到了标准气体色谱图。所建立方法能够满足工艺系统对进气的分析要求,并可拓展应用到其他氢同位素气体的杂质组分分析。