氟化鈣-氧化鋁体系的相平衡与化学反应

采用淬火法研究CaF_2-Al_2O_3体系的相平衡关系,并作出相图。氟化钙与氧化铝构成简单共熔二元系,共熔点是1290±5°,7分子％Al_2O_3。氟化钙与氧化铝的固溶体(Pascal)以及CaAl_2O_3F_2与CaAl_(10)O_(15)F_2化合物(Günther等)在本工作中均未能证实。在空气中,氟化钙与氧化锚生成CaAl_4O_7(1275°),反应主要按 CaF_2+2Al_2O_3+H_2O→CaAl_4O_2+2HF或 3CaF_2+7Al_2O_3→3CaAl_4O_2+2AlF_3 2AlF_3+3H_2O→Al_2O_3+6HF进行。热力学计算的结果支持氟化钙与氧化铝的共存现象及上述氟化钙与氧化铝之间的化学变化。     

煤和生物质化学链气化中铜基载氧体与灰分的碳热反应研究

从反应温度、灰的种类和灰的比例三个方面,对煤和生物质化学链气化过程中铜基载氧体与灰中矿物的碳热反应过程进行了研究;通过往复切换固定床的氧化还原气氛模拟化学链气化的循环过程,利用XRD和SEM-EDS等表征手段并结合热力学计算对产物进行分析。结果表明,灰中Fe_2O_3和Al_2O_3易与CuO/Cu_2O反应形成CuAl_2O_4、Cu_2Fe_2O_4和CuFe_2O_4等尖晶石结构的物质,而CaO能够通过阻碍Cu-Al和Cu-Si复合化合物的形成来缓解铜基载氧体的烧结。温度升高促使CuO极易与CaSiO_3和MgSiO_3等硅酸盐矿物发生固-固反应,生成CaCuSi_2O_6和CuMgSi_2O_6等而降低铜基载氧体的反应活性。随着灰分比例的增加,Ca~(2+)和Fe~(3+)等离子富集所生成的Ca_2Fe_9O_(13)易与SiO_2发生反应生成高熔点的CaFeSi_2O_6三相共熔体,与铜基载氧体共熔并覆盖在载氧体表面,阻碍其释氧性能。     

煤燃烧过程中铍的迁移转化特性研究

通过热力学平衡模拟计算煤燃烧过程中铍的形态转化,采用高温真空管式炉进行含铍化合物与矿物的固固反应实验,以及富铍煤中加入添加剂的燃烧实验,通过X射线衍射仪(XRD)、X射线荧光探针(XRF)以及电感耦合等离子质谱仪(ICP-MS)揭示煤燃烧过程中铍的迁移转化规律。结果表明,模拟计算发现铍只与含铝化合物反应生成BeAl_2O_4和Be Al6O10,同时固固反应实验也印证了这一结论,但反应温度在1 000℃左右,明显高于模拟计算温度650℃。添加Al_2O_3的富铍煤在燃烧时,由于铍与Al_2O_3发生反应,铍的释放率明显降低,最高降低33%以上;添加了伊利石的富铍煤,由于伊利石与铍的反应温度高于Al_2O_3,其抑制作用弱于Al_2O_3;而高岭石由于与铍的反应温度过高,在高岭石与铍发生反应产生抑制效果之前,部分铍已经在燃烧过程中释放出去,因此,抑制效果最差。     

超支化聚碳硅氮烷的合成与表征

聚碳硅氮烷是一种新型含硅有机金属聚合物,其主链由硅氮碳连接而成,侧链为有机基团;与其它含硅聚合物(聚硅氮烷、聚碳硅烷等)类似,聚碳硅氮烷适于用做力学性能极佳且耐高温氧化的氮化硅(Si3N4)和氮化硅/碳化硅(Si3N4/SiC)复相陶瓷的前驱体.[1]超支化聚合物具有溶解性好、粘度低     

TS分子筛的催化氧化性能研究Ⅴ.环己酮氨肟化反应

研究了自制的钛硅分子筛(TS-1)催化H_2O_2参与的环己酮氨肟化反应.结果表明,降低反应溶液中H_2O_2的浓度、增加NH_3用量有利于H_2O_2利用率、环己酮肟收率和选择性的提高,适宜的n(H_2O_2):n(酮)<1.0,n(NH_3):n(酮)>2.0.反应时间应控制在3.5h左右.对溶剂的研究显示,叔丁醇在溶剂中所占的体积对反应有较大的影响,在叔丁醇体积分数为0.2到0.8之间,实验获得了较好的结果.当n(NH_3):n(H_2O_2):n(酮)=2.0:1.0:1.0,叔丁醇体积分数为0.5,反应时间2.5h,反应温度353K时,H_2O_2利用率、环己酮肟收率和选择性分别达95%,94%和97%以上.并对空白实验结果和TS-1的重复性试验进行了讨论.     

长治煤与生物质混合灰熔融特性研究

采用灰熔点测定仪、X射线荧光仪、X射线衍射仪和Fact Sage软件相结合对生物质(花生壳、稻壳)与高灰熔点长治煤混合灰的熔融特性及其熔融机制进行了研究。结果表明,两种生物质灰都可以降低长治煤的灰熔融温度,花生壳灰助熔效果优于稻壳灰,这主要与它们的化学组成和赋存形态有关。低熔点长石类矿物(钙长石、钠长石)和白榴石的生成是花生壳与长治煤混合灰熔融温度降低的主要原因;长石类矿物的生成及其与SiO_2结合生成的低温共熔物引起稻壳与长治煤混合灰熔融温度降低。热力学计算表明,在碱性氧化物Na_2O、CaO、K_2O存在时,SiO_2和Al_2O_3优先与其反应生成低熔点硅铝酸盐,一定程度上抑制了高熔点莫来石矿物的生成,从而起到助熔作用。混合灰的熔融过程可以分为含钾矿物熔融和含钙矿物熔融两个阶段,两类矿物熔融顺序:含钾矿物先于含钙矿物。     

甲胺体系硅磷铝分子筛结晶行为及理化性能的研究

研究了CH_3NH_2-SiO_2-P_2O_5-Al_2O_3-H_2O体系的水热结晶行为,得到了在SiO_2:Al_2O_3:H_2O=0.4:1:40(摩尔比)时CH_3NH_2、P_2_5和Al_2O_3组成变化对分子筛结晶相影响的三元相图,发现了CFSAPO-1和CFSAPO-2两种分子筛。合成了一组含硅量不同的CFSAPO-1样品,利用XRD、IR、DTA、吸附和NH_3-TPD等方法进行了理化性能测定,发现进入骨架的Si等比地取代P和Al。     

高温下煤中矿物质对气化反应的影响

利用XRD对1100℃~1500℃高温下矿物质在弱还原气氛中的变化进行考察,并利用RIR对矿物质进行半定量分析,发现随着温度的升高莫来石含量增大,而SiO₂含量下降,符合SiO₂-Al₂O₃二元相图的变化。高温下部分无定形矿物质发生熔融,主要为硅铝酸盐。在煤焦二氧化碳气化过程中,熔融的硅铝酸盐与煤焦表面接触阻碍气化反应进行。利用FT-IR测定了硅铝酸盐结构的变化,说明高温下矿物质对气化反应的影响与硅铝酸盐的聚合程度存在一定的关系。     

丁烯-2在HZSM-5分子筛上的齐聚反应

在温度为210~300℃、压力为3~5 MPa、LHSV为0.5~1.5 h-1的条件下,用连续固定床反应器,考察了丁烯-2在HZSM-5上的齐聚反应.结果表明:丁烯-2在HZSM-5分子筛上的反应类型和产物中高碳烯烃的含量与温度、压力及空速有关.反应温度在300℃以下,反应产物主要是烯烃,其结构显示择形催化的特点.HZSM-5分子筛的酸性对齐聚反应的活性和选择性有一定影响,低硅铝比的HZSM-5有较高的活性和高碳烯烃的选择性.     

四配位硅单体及其共聚物的制备和结构表征

研究了直接从无定形二氧化硅出发, 与乙二醇、氢氧化钾反应, 生成高反应活性的五配位硅钾化合物, 并以此为原料与含活泼氯的3-氯丙烯反应制备出含双键官能团的四配位硅单体. 讨论了合成单体的条件如温度、反应时间、反应物浓度、溶液pH值及溶剂等因素的影响. 然后以该四配位硅单体与甲基丙烯酸甲酯(MMA)在偶氮二异丁腈(AIBN)作引发剂下进行自由基聚合得到支链含硅共聚物. 并借助于红外光谱(IR)、核磁共振(¹³C和¹H, ²⁹Si)、能谱元素分析对合成的单体进行了结构表征; 用红外光谱(IR)、热失重谱(TG)、差示扫描量热谱(DSC)、凝胶渗透色谱法(GPC)等现代测试手段对支链含硅共聚物进行了结构表征及热性能分析. IR表明四配位硅单体在1646 cm^－1处是C＝C的伸缩振动吸收峰, 在共聚物中此峰消失; TG表明共聚物在249.6 ℃才开始失重, 552 ℃有机部分失重完毕; GPC分析表明共聚物的数均分子量为8.7万.     

Silsesquioxane Chemistry, 4.: Silsesquioxane Complexes of Titanium(III) and Titanium(IV)

Reaction of the incompletely condensed silsesquioxane derivative Cy₇Si₇O₉(OH)₃ (1) with Ti(OEt)₄ affords the dimeric titanasilsesquioxane [(Cy₇Si₇O₁₂)Ti(μ-OEt)(EtOH)]₂ (13) in 81% yield. The known titanasilsesquioxane [Cy₇Si₇O₁₁(OSiMe₃)]₂Ti (18) has been prepared through a modified procedure starting from titanium tetraalkoxides. Novel oxotitanium silsesquioxane derivatives are obtained from reactions of titanocene dihalides with Cy₇Si₇O₉(OH)₂(OSiMe₃) (14). Cp₂TiCl₂ yields dinuclear (μ-O)[{Cy₇Si₇O₁₁(OSiMe₃)}TiCp]₂ (19), while with Cp^*₂TiCl₂ the trinuclear titanacycle Cp^*₂Ti₃O₃[Cy₇Si₇O₁₁(OSiMe₃)]₂ (20) is obtained. In addition, a new synthetic route to model compounds for titanium catalysts immobilized on silica has been developed. Disilylated Cy₇Si₇O₉(OH)(OSiMe₃)₂ (15) cleanly reacts with the ‘tucked-in’ fulvene complex Cp*Ti(C₅Me₄CH₂) to give the titanium(III) silsesquioxane Cp*₂Ti[Cy₇Si₇O₁₀(OSiMe₃)₂] (21). In a similar manner treatment of Cp*Ti(C₅Me₄CH₂) with Cy₇Si₇O₉(OH)₂(OSiMe₃) (14) affords the mono(pentamethylcyclopentadienyl) complex Cp*Ti[Cy₇Si₇O₁₁(OSiMe₃)][Cy₇Si₇O₁₀-(OH)(OSiMe₃)] (22) which is an advanced model compound for a catalytically active titanium center on a silica surface. The molecular structures of these titanium silsesquioxane derivatives have been determined by X-ray diffraction analyses.     

磷对泥/煤混燃灰熔融特性的影响及矿物相演变规律

采用灰熔点仪、X射线荧光仪(XRF)研究了无机非金属P2O5对城市污水污泥与烟煤的混烧灰熔融特性的影响,利用X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱仪(XPS)研究在各混烧温度下灰中含磷矿物在晶体和非晶体间的演变。结果表明,对于Al_2O_3含量较多且熔点较高的灰样,磷含量的增加可显著降低其灰熔点,P2O5含量在0-4%时影响最大,使其灰熔点降低126℃;但对碱性含量高的灰样的影响较小。低温灰中主要以磷酸铝(AlPO_4)晶体为主,温度升高后,与硬石膏(CaSO_4)等含钙矿物和赤铁矿(Fe_2O_3)反应生成晶体Ca_3(PO_4)_2和玻璃相(Fe_2O_3)_(0.252)(P_2O_5)_(0.748),磷含量增加可使灰中玻璃相(Fe_2O_3)_(0.252)(P_2O_5)_(0.748)增加,是磷降低灰熔点的主要原因。     

低温共熔物对煤灰熔融温度影响的研究

以中国中西部地区59个典型煤样为研究对象,研究了熔融温度与煤灰中常见低温共熔物和除低温共熔物以外的化学组分的关系,分析了软化温度高于等于1 500℃时煤灰的化学组成。提出将低温共熔物等引入回归分析中,合理对煤灰化学组分进行分组,拟合得到了预测煤灰熔融温度的计算式,计算式兼顾了矿物组成和化学组成对熔融温度的影响,对108种煤样进行预测,90%预测值误差小于5%,在1 300-1 400℃,预测值误差小于2.4%。同时,提出了判断煤灰软化温度不低于1 500℃的充分必要条件:0.9≤Si O2/A12O3≤1.8且Si O2+A12O3≥78%,167种煤样中154种煤样可以用该判据进行准确判断,准确性为92.2%。     

灰中酸性成分对灰熔融温度的影响

搜集并统计了世界129种典型煤种、城市污水污泥及污泥/煤混烧灰样的灰成分及灰熔融特征温度等相关数据,研究灰中酸性成分SiO2、Al2O3、TiO2和P2O5对灰熔融特性的影响。结果表明,Al2O3是决定灰熔点的主要因素,酸性金属氧化物SiO2、Al2O3和TiO2形成的耐熔矿物质石英、偏高岭石、莫来石、金红石等可提高灰熔点。非金属氧化物P2O5与污泥和污泥/煤的灰熔点FT二次拟合很好且明显降低熔点,污泥灰中P2O5含量显著高于煤灰是导致其熔点明显低于煤的重要原因。     

高温气化条件下Na_2O对煤灰中矿物质演化行为的影响

利用XRD和FT-IR考察了高温弱还原气氛下Na_2O对两种硅铝含量不同的煤灰中矿物质组成的影响,揭示了Na_2O影响煤灰熔融特性的本质。通过Fact Sage计算了高温下矿物质反应的ΔG,探讨了Na_2O影响煤灰中矿物质组成的机理。结果表明,Na_2O对煤灰矿物质组成的影响与原煤灰的硅铝含量密切相关。硅铝总含量82.89%的煤灰,Na_2O含量为5%-20%时,钠长石和霞石的生成是煤灰熔融温度降低的主要原因;当Na_2O含量大于20%时,导致煤灰熔融温度降低的原因是霞石的生成。硅铝总含量47.85%的煤灰,Na_2O含量小于10%时,没有含钠矿物质生成;当Na_2O含量大于10%时,主要生成菱硅钙钠石、青金石和含钠的硅铝酸盐矿物,导致煤灰熔融温度降低。Fact Sage计算表明生成含Na矿物质反应的ΔG较小,其在高温下更容易发生。     

煤化学链燃烧Fe2O3载氧体的反应性研究

利用流化床反应器并以水蒸气作为气化-流化介质,研究了温度、反应时间、循环数对Fe₂O₃载氧体反应性的影响。实验表明,载氧体与煤气化产物的反应性随温度升高而增强,且温度越高,反应受化学反应控制时间越短。当温度高于900℃时,煤中碳转化为CO₂的比率大于90%,载氧体体现了很好的反应性,但反应温度低于850℃时,比率小于75%。反应温度900℃时,CO₂干基浓度随循环数而逐渐降低,CO、CH₄浓度增加,且CH₄浓度值大于CO。利用XRD、SEM分析了固体反应产物成分与微观形态结构。分析表明,Fe₂O₃的还原产物为Fe₃O₄,载氧体颗粒随循环数增加而逐渐烧结。     

山西典型无烟煤灰流动性的调控

为满足气化炉液态排渣的要求,考察和比较了CaO、MgO和Fe₂O₃三种助熔剂对山西典型无烟煤煤灰流动性(熔融性和黏温特性)的影响.研究发现,MgO对硅铝比在1.2~2.0的高硅铝煤灰的流动温度降低最有效,其次为CaO和Fe₂O₃,这是由于使用各种助熔剂时生成不同的高温稳定矿物组分造成的.针对三种助熔剂建立了流动温度和完全液相温度的关系式,并得到了CaO和Fe₂O₃含量与流动温度的关系:FT = 1 593-9.573 × w_CaO (R²=0.9429) 和FT =1 576-8.330 6 × w_Fe2O3 (R²=0.955 9),可以用于指导助熔剂的添加.CaO无论从降低黏度数值或降低临界黏度温度都具有最好的效果.Ca²⁺、Mg²⁺、Fe²⁺的电负性差异和高温下的产物不同是三种助剂对黏度数值影响不同的根本原因; Mg²⁺、Fe²⁺具有较小的离子半径以及单质铁在高温下析出是导致临界黏度温度较高的原因.     

含氟CaO-P2O5-SiO2-Na2O-B2O3玻璃陶瓷的制备及性能表征

采用溶胶-凝胶法制备CaO-P₂O₅-SiO₂-Na₂O-B₂O₃体系前驱体粉末,用CaF₂替代部分CaO再次制备前驱体粉末。 通过TG-DSC分析确定结晶温度为865 ℃,经过热处理获得主晶相为Na₆Ca₃Si₆O₁₈的玻璃陶瓷。 通过X射线衍射(XRD)、傅里叶红外光谱(FTIR)、扫描电子显微镜(SEM)等技术手段及体外生物活性实验分析玻璃陶瓷的显微结构及性能。 结果表明,CaF₂的加入能提高玻璃陶瓷的体积密度、抗折强度和弹性模量,并且不会破坏玻璃陶瓷的生物活性。