SOFC中干甲烷在Ni-YSZ阳极上的转化

以氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)作电解质、Ni-YSZ为阳极,研究中/低浓度干甲烷在固体氧化物燃料电池(SOFC)中阳极的反应。改变甲烷浓度,测量不同电流密度下,阳极出口气体产生速率,得到不同电流密度下的CH_4转化率(X_(CH_4))与CO选择性(S_(CO))。根据质量平衡以及产物生成速率与不同反应速率之间的关系,分析干甲烷在阳极平行发生的化学和电化学反应,得到X_(CH_4)和S_(CO)与阳极反应的关系。结果表明,低浓度千甲烷,在电流密度小时,发生部分氧化(POM)反应;电流密度大时,在发生POM反应的同时,发生全氧化(DOM)反应。中浓度干甲烷,发生POM反应。当发生DOM反应时,随电流密度的增加,CO选择性降低,甲烷转化率增加的幅度降低。发生POM反应时,两种浓度甲烷的电化学转化速率基本相同。     

SOFC中低浓度干甲烷在Ni/YSZ阳极上的反应

固体氧化物燃料电池(SOFC)趋向于直接使用甲烷天然气为燃料,确定甲烷在固体氧化物燃料电池阳极发生的化学与电化学反应非常重要.以Ni/YSZ为阳极、YSZ板做电解质、LSM为阴极,用涂浆法制作电解质支撑的电池,研究低浓度干甲烷在固体氧化物燃料电池中的反应.改变甲烷浓度、电池工作温度、电解质厚度,用在线色谱测量不同电流密度下,阳极出口气体产生速率.根据阳极出口气体产生速率变化,分析干甲烷在阳极的反应变化.通过氧消耗计算和转移电子数的分析,说明甲烷在电池阳极发生不同类型的反应.电流密度小时,甲烷发生部分氧化反应.电流密度大时,发生氢氧化和CO氧化,部分甲烷发生总反应为完全氧化的反应.部分甲烷发生完全氧化反应的同时,部分甲烷仍发生部分氧化反应,但其反应速率随电流密度增加逐渐降低.甲烷浓度和试验温度增加,甲烷开始发生完全氧化的电流密度增加.     

SOFC中干甲烷流量对Ni-YSZ阳极上反应的影响

为为探讨SOFC中干甲烷流量对反应的影响,采用色谱在线检测阳极尾气,总结阳极尾气的变化规律,在此基础上,分析干甲烷在固体氧化物燃料电池Ni-YSZ阳极上的反应,寻找干甲烷流量与电流对电池阳极反应影响的数学关系。依据甲烷基元反应的活化能分析反应的途径,结果表明,随电流密度以及氧离子流量的增加,干甲烷与不同电流密度下的氧离子依次发生电化学反应。这些电化学反应分别是甲烷部分氧化反应生成CO、H2并产生电子,或生成CO、H2O、H2和产生电子的反应,或产生CO、H2O和产生电子的反应,或甲烷完全氧化的电化学反应。高流量甲烷只发生消耗氧离子最少的部分氧化反应,中流量甲烷发生前两个或前三个反应。依据法拉第第一定律及反应物之间的关系,确定甲烷的低、中、高流量的判定依据分别为:v(CH4)小于等于I/(4F),v(CH4)大于等于I/(4F)以及小于等于I/(2F),v(CH4)大于等于I/(2F)。     

操作条件对固体氧化物燃料电池阳极反应转变的影响

研究了不同电流密度下,甲烷浓度、反应温度对甲烷在SOFC中反应由部分氧化到完全氧化转变的规律;测量了不同电流密度下,阳极出口气体产生速率;确定了甲烷浓度和电池反应温度变化时甲烷电化学反应由部分氧化转变为完全氧化的电流密度门槛值,及该门槛值与甲烷浓度、电池操作温度的变化关系.结果说明甲烷开始发生完全氧化的电流密度门槛值与甲烷浓度成正比;甲烷浓度一定,温度升高,甲烷开始发生完全氧化的电流密度的门槛值也随之提高.     

低浓度瓦斯燃料重整技术及电化学性能分析

研究针对低浓度瓦斯在固体氧化物燃料电池中的催化重整作用进行分析。在分析过程中研究将碳氧比例作为主要调控变量,将低浓度瓦斯燃料作为主要催化作用物。首先研究将镍基-氧化钇稳定氧化锆（Ni-YSZ）阳极支撑半电池作为重整催化反应器,对比分析不同碳氧比例下的催化重整反应和燃料成分变化规律。之后研究通过制备固体氧化物燃料电池来分析不同碳氧比例的低浓度瓦斯固体氧化物电池的性能变化。研究结果显示,在碳氧比例不断降低的情况下,甲烷转化率表现出在变化前端有所升高,变化后端有所降低的趋势。同时在低浓度瓦斯固体氧化物电池电化学性能测试中,在750℃环境下,电池能够在较长时间下稳定提供0.78 V的电压,并且在这一过程中阳极部分没有明显的积碳生成,兼具效率性与稳定性。     

BDD电极电催化降解苯酚废水的研究

采用直流等离子体化学气相沉积方法制备了硼掺杂金刚石(BDD)薄膜电极。以苯酚为目标污染物,研究了苯酚废水在电极上的电化学降解规律及降解历程。结果表明,不同浓度的苯酚在电极上均能够完全矿化成CO2。高浓度条件下,苯酚先转化成中间产物,然后中间产物再氧化成CO2;低浓度条件下,苯酚氧化反应迅速,直接矿化成CO2。提高电流密度能够加速苯酚的降解,但会导致电流效率下降。苯酚的降解历程为对位首先受到·OH自由基的攻击,生成对苯二酚,再开环形成顺、反丁烯二酸与乙酸,然后顺、反丁烯二酸在阴极还原为丁二酸,丁二酸氧化脱羧形成丙二酸、乙酸、草酸或甲酸,最终氧化成CO2。     

玻碳电极上碘仿电解合成的机理

本文采用循环伏安法研究了在Na2CO3溶液介质中KI在金电极和玻碳电极上的电化学行为.在0.2V～1.2V电位范围内玻碳电极上仅发生I-被氧化为I2的反应,而在金电极上除了I-被氧化为I2外,还发生生成IO3-的氧化反应.同时通过不同电位扫描速度下的循环伏安行为分析发现电极过程为传质控制步骤.     

硼掺杂金刚石膜电极电氧化降解对氯苯酚废水

采用循环伏安法研究了中性介质中对氯苯酚在硼掺杂金刚石(BDD)膜电极上的电氧化行为。提出了一种以BDD膜电极为阳极的电化学氧化降解对氯苯酚废水的新工艺,考察了阳极电流密度、对氯苯酚初始浓度、电解液初始pH、支持电解质浓度等工艺因素对电氧化降解效果的影响。结果表明:在阳极极化电位为1.4～1.6V(vs.SCE)时,对氯苯酚在BDD膜电极表面发生直接电氧化反应,生成易吸附的中间产物,导致电极活性降低;在阳极极化电位高于2.0V(vs.SCE)时,BDD膜电极能够良好地电氧化降解对氯苯酚溶液,该过程是通过直接电氧化过程与间接电氧化过程联合作用实现的。通过考察若干工艺因素对对氯苯酚电氧化降解效果的影响发现,较为理想的工艺参数组合为,阳极电流密度60mA·cm-2、支持电解质浓度10g·L-1、对氯苯酚初始浓度10mmol·L-1、电解液初始pH7。在该工艺条件下,COD去除率达到96.1%,平均电流效率为50.2%。高效液相色谱证实了BDD膜电极能有效地电氧化降解对氯苯酚。     

铱-钽氧化物涂层阳极氧化再生酸性蚀刻液

采用Ir-Ta氧化物涂层阳极(DSA)和直流电解法研究了酸性蚀刻液的阳极氧化再生回用过程.酸性蚀刻液在Ir-Ta氧化物涂层阳极的氧化再生过程中发生浓差极化,电极反应速率为Cu+离子扩散传质所控制,极限电流密度与Cu+离子浓度和温度成正比,采用小于或等于极限电流密度的电流密度进行阳极氧化时不析出氯气.酸性蚀刻液阳极氧化再生的电流密度小,槽电压低,电解能耗少,电流效率可达到100%.阳极氧化再生后酸性蚀刻液的蚀刻能力与双氧水再生的相近,完全可以替代双氧水再生.     

双阳极氧化与日光/派生过硫酸盐氧化复合降解刚果红

阳极氧化体系中引入了过硫酸盐的自动生成机制。文中主要研究了Ti/Ru-Ir氧化物涂层电极和Pt双阳极体系中过硫酸盐的生成与刚果红的降解规律。实验证明,在阳极区过硫酸盐的生成与刚果红的降解之间存在竞争关系,Ti/Ru-Ir氧化物涂层阳极有利于刚果红的降解,Pt阳极有利于过硫酸盐的生成;刚果红的降解速率与Ti/Ru-Ir氧化物涂层阳极电流密度、SO2-4浓度呈正比,与pH呈反比;过硫酸盐的产量与电流密度、SO2-4浓度、pH密切相关,其中电流密度的影响最大,只有当Pt阳极电流密度高于Ti/Ru-Ir氧化物涂层阳极电流密度200倍以上时,SO2-4才可有效转化成S2O2-8。电解体系中生成的过硫酸盐在模拟日光照射下可对有机物进一步降解。文中还研究了日光/过硫酸盐法的降解机理。