黄铁矿促进煤低温氧化作用机理研究

为全面了解煤氧化、风化乃至自燃的全过程,基于黄铁矿氧化作用机理,分析了黄铁矿对煤低温氧化的影响以及水分对煤、黄铁矿氧化的促进作用,论述了黄铁矿对煤体初始低温条件下氧化的促进作用。煤中黄铁矿与适量水分的协同作用有利于煤体蓄积热量,促进煤体的氧化;煤体受到机械破碎后,黄铁矿化学活性增强、吸附氧气量增大,促进其氧化发热,也对煤体低温缓慢氧化过程具有促进作用。对于长时间保存的特殊用途煤样,应从2方面延缓煤体低温氧化反应:关注量值受氧化作用较大的煤样应寻找黄铁矿含量较低的样品;关注全硫和黄铁矿含量的煤样应充分考虑煤样的适宜保存水分或最高保存水分。煤样若需长期保存,需注意环境湿度变化和气流影响,尽量保持静风状态。     

氧化煤对CTAB的吸附性能及表面润湿性改性

为研究表面活性剂在氧化煤表面的吸附特性及其对煤表面润湿性的影响,系统考察了溶液温度、初始浓度、溶液pH值和吸附时间对阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)在氧化煤表面吸附量的影响,研究了吸附CTAB对氧化煤表面润湿性改性的影响.结果表明,提高温度,增大CTAB溶液初始浓度,会增加CTAB在氧化煤表面的吸附量,CTAB溶液pH值在5~7之间时,有利于CTAB与煤吸附过程的进行;氧化煤表面极性含氧官能团的增加明显有利于CTAB在煤表面的吸附.氧化煤吸附CTAB后,接触角随时间变化由急剧减小变为略有下降,平衡接触角由0°变为70°,水分复吸率下降,其表面润湿性发生了明显的由亲水性向疏水性的反转.     

非离子表面活性剂对氧化煤吸附及浮选行为的影响

为提高细粒氧化煤表面疏水性,改善浮选效果,选取了三种含有不同疏水尾链的非离子表面活性剂:C_(12)EO_(15),AC-1215,NPEO_(15),考查了初始质量浓度和吸附时间对三种表面活性剂在氧化煤表面吸附量的影响,结合FTIR和浮选实验,对比了三者在氧化煤表面的吸附差异.结果表明,疏水尾链结构对非离子表面活性剂在氧化煤表面的吸附效果有重要影响.在实验质量浓度范围内,随着三种溶剂质量浓度增大,氧化煤对溶剂的吸附量及精煤产率均提高;C_(12)EO_(15)可以显著增强氧化煤表面疏水性,浮选精煤产率由49.39%升至84.83%;NPEO_(15)次之,精煤产率最高可达81.14%;AC-1215的吸附效果一般,精煤产率最高可达58.58%.     

ZL50活性炭吸附烟气脱硫过程的内扩散机制及其动力学模型

为考察扩散在炭法烟气脱硫中的机制和规律,用基于扩散的表观吸附动力学模型对烟气中不同SO2体积分数时动态吸附中的扩散过程进行了模拟和扩散机制分析。结果表明,SO2在ZL50脱硫脱硝活性炭内的扩散系数在10-16~10-13m2·s-1的范围内,扩散可能以构型扩散为主。颗粒内扩散模型随SO2体积分数增大和吸附时间推移预测性能提高;这说明SO2体积分数增加和吸附时间推移使得努森扩散比重增大,构型扩散比重减小,导致SO2扩散阻力比在催化氧化反应中克服更多活化能能垒阻力增加快,使扩散阻力在扩散反应总阻力中的比重增加。吸附过程的一种可能机制是从吸附前期的表面反应控制过渡到后期的扩散与表面反应联合控制。     

低温等离子体协同填料床吸附净化甲醇废水

采用低温等离子体协同填料床吸附强化氧化降解高浓度甲醇废水。研究表明单独采用4A分子筛、陶粒、陶瓷Rasching环和γ-Al_2O_3不同填料均可吸附废水中甲醇,但较易达到吸附饱和,其中4A分子筛的吸附速率和平衡吸附量优于其他3种填料。单独采用多针板式介质阻挡放电低温等离子体技术,化学需氧量(COD)降解率随放电时间和放电电压增加而增大。采用低温等离子体协同填料降解甲醇废水优于单一净化过程,协同初始阶段以吸附为主,随放电时间延长以等离子体降解反应为主,液相和填料吸附的甲醇同时被等离子体活性基团逐渐氧化降解,最大降解率达90%以上。单独填料吸附过程符合准二级吸附动力学方程。低温等离子体对COD降解反应级数随污染物浓度降低和反应时间延长逐渐增大。低温等离子体协同填料吸附对降解过程相互影响,等离子体活性基团对液相和固相吸附的污染物都有一定的活化作用。填料的吸附作用和等离子体氧化作用会不断改变液相中的污染物浓度与·OH浓度比值,降解过程宏观反应动力学级数随着液相中甲醇浓度降低而逐渐增大。     

补连塔煤低温氧化特性的热重研究

为研究煤粉的低温氧化特性,对实验煤样在不同升温速率和氧气体积分数条件下进行了热重实验,并利用Coats-Redfen积分法计算了不同实验条件下最大失重开始时的温度至燃点间的活化能。结果表明:在实验条件范围内煤样的特征温度随升温速率的增大而升高,随氧气体积分数的增加而降低;活化能随升温速率的增大而增大,随氧气体积分数的增大而增大。同时,TG曲线随着升温速率的增加向高温段漂移,随着氧气体积分数的增大向低温段漂移,说明在一定范围内,氧气体积分数的增加可以缩短反应时间,而增大升温速率则会延长反应时间。     

O_2/CO_2气氛下煤与生物质混燃NO_x的排放特性

在滴管炉上研究不同煤种(褐煤、烟煤、贫煤和无烟煤)与生物质(稻壳)混燃NO_x的排放特性,分析不同燃烧气氛、生物质掺混比例和氧气体积分数对混燃NO_x排放特性的影响.结果表明:在20%O_2/80%N_2气氛下,不同煤种和生物质混燃时,NO_x沿程分布均呈现出先增大后减小的变化趋势,烟煤/稻壳的NO_x排放量最高;在氧气体积分数为20%条件下,O_2/CO_2气氛比O_2/N_2气氛下NO_x的排放量降低;在30%O_2/70%CO_2气氛下,随着混燃中生物质掺混比例的增加,不同煤种NO_x的排放量逐渐降低,褐煤的NO_x排放量下降最显著,由130.029mg/m~3下降到49.674mg/m~3;在O_2/CO_2气氛下,随着氧气体积分数的升高,NO_x排放量增加.氧气体积分数由20%升高到30%,烟煤单燃时NO_x排放的增加量较小,生物质和烟煤混燃时NO_x排放的增加量较大.     

O_2/CO_2气氛下生物质三组分的燃烧特性

采用热重分析法对生物质三组分(纤维素、半纤维素和木质素)进行O_2/CO_2燃烧特性实验,分析了不同气氛(O_2/N_2和O_2/CO_2)、氧体积分数(10%,21%和40%)和升温速率(10℃/min,20℃/min和30℃/min)对三组分O_2/CO_2燃烧特性的影响.结果表明:与O_2/N_2气氛相比,在O_2/CO_2气氛下三组分燃烧过程存在不同程度的延迟,主要体现在焦炭燃烧阶段;由于木质素焦炭质量分数较高,因此其燃烧延迟相较于纤维素和半纤维素更加明显.O_2/CO_2气氛下,由于三组分氧含量较高,氧体积分数增大对三组分挥发分燃烧阶段影响较小;而氧体积分数增大对焦炭燃烧阶段产生了明显的影响,使其向低温区移动,综合燃烧特性明显改善.O_2/CO_2气氛下,升温速率增大,三组分燃烧过程整体向高温区移动;在挥发分析出燃烧阶段,纤维素与半纤维素的失重速率显著增加,在焦炭燃烧阶段,木质素失重速率显著增加;三组分综合燃烧特性得到改善.相比于纤维素与半纤维素,木质素综合燃烧特性指数较低,综合燃烧特性相对较差.     

活性炭表面模拟烟气与元素汞间均/异相氧化反应特性

通过固定床吸附实验,在130℃温度下模拟研究燃煤烟气组分在椰壳活性炭(CS-AC)表面吸附气态元素汞(Hg⁰)过程中的作用与影响,揭示模拟烟气组分、Hg⁰以及活性炭表面三者间的均相、异相氧化反应特性。实验研究了CS-AC在N₂和模拟烟气气氛下对Hg⁰的吸附,模拟烟气组分与Hg⁰间的均相氧化反应,以及吸附模拟烟气组分后CS-AC在N₂气氛下对Hg⁰的吸附。研究表明在N₂气氛下CS-AC对Hg⁰不具备物理吸附的能力,而在模拟烟气组分下CS-AC对Hg⁰具有较强的吸附能力,初始吸附效率达80%。仅在模拟烟气均相反应作用下,大约只有14%的Hg⁰被氧化为Hg²⁺。经过预先跟常规模拟烟气吸附反应,CS-AC表面具备一定氧化性化学元素基团（如NO_x）后,能够在N₂气氛下对Hg⁰进行化学吸附,初始吸附效率达67%左右。可以认为模拟烟气和Hg⁰两者间的均相作用不是促进CS-AC在模拟烟气组分下对Hg⁰具有较强的吸附能力的主因。活性炭吸附Hg⁰的过程中,活性炭表面在烟气组分氧化Hg⁰的过程中起到了积极的促进作用。无论在N₂气氛下,还是在模拟烟气下,CS-AC吸附Hg⁰是气氛中氧化性组分、Hg⁰和活性炭表面三者间的异相化学氧化吸附反应过程。     

煤表面对氧分子物理吸附的微观机理

应用量子化学的理论和方法研究煤这种非晶体物质的物理吸附机理,从微观上揭示其吸附机理和吸附过程,定量研究煤对氧分子发生物理吸附过程中吸附量和放出热量的关系,从而揭示煤炭氧化自燃初始反应的本质.从煤表面对多个氧分子吸附优化后的平衡几何构型可以看出,煤表面吸附5个以下的氧分子时,1个氧分子在煤表面含氮的侧链吸附,其余的氧分子被苯环所吸附.煤表面吸附6个氧分子以上时,苯环对氧分子的吸附减弱,被吸附的氧分子偏向侧链端,在煤表面侧链部位吸附了大量的氧分子,这也证明了在煤的氧化自燃过程中侧链首先被氧化的结论的正确性.煤表面对氧分子的吸附量与吸附能呈线性关系.     

低温等离子体协同填料床吸附净化甲醇废水

采用低温等离子体协同填料床吸附强化氧化降解高浓度甲醇废水。研究表明单独采用4A分子筛、陶粒、陶瓷Rasching环和γ-Al₂O₃不同填料均可吸附废水中甲醇,但较易达到吸附饱和,其中4A分子筛的吸附速率和平衡吸附量优于其他3种填料。单独采用多针板式介质阻挡放电低温等离子体技术,化学需氧量（COD）降解率随放电时间和放电电压增加而增大。采用低温等离子体协同填料降解甲醇废水优于单一净化过程,协同初始阶段以吸附为主,随放电时间延长以等离子体降解反应为主,液相和填料吸附的甲醇同时被等离子体活性基团逐渐氧化降解,最大降解率达90%以上。单独填料吸附过程符合准二级吸附动力学方程。低温等离子体对COD降解反应级数随污染物浓度降低和反应时间延长逐渐增大。低温等离子体协同填料吸附对降解过程相互影响,等离子体活性基团对液相和固相吸附的污染物都有一定的活化作用。填料的吸附作用和等离子体氧化作用会不断改变液相中的污染物浓度与·OH浓度比值,降解过程宏观反应动力学级数随着液相中甲醇浓度降低而逐渐增大。     

氧射频等离子体中洋葱状富勒烯的原位修饰

利用射频等离子体,在淮南气煤中加入二茂铁制备洋葱状富勒烯(OLFs),然后加入不同体积分数的氧气对OLFs进行表面氧化修饰.生成的产物用场发射扫描电子显微镜、高分辨透射电子显微镜和红外光谱进行分析,结果表明,由淮南煤和二茂铁在射频等离子体条件下可生成内包铁纳米颗粒的OLFs;经含氧等离子体修饰后,OLFs表面被氧化,当氧气体积分数为3%和4%时,OLFs的表面引入了新的羟基和羧基官能团,且氧气体积分数为4%时引入的官能团最多.简单分析了其生成机理.     

预氧化处理后基团对煤氧化反应活性的影响

使用氧化剂对无烟煤进行预氧化处理,利用TPD-MS和TG-DTA等表征方法,研究了煤表面官能基团种类、含量的变化及其对煤氧化活性的影响.结果表明,使用氧化剂处理煤样可以不同程度地改变煤表面官能基团及其分布.双氧水、次氯酸钠处理后的无烟煤,其氧化反应活性的变化不明显;硝酸处理的无烟煤,其低温氧化反应活性有所提高.根据处理前后煤表面基团及其分布的变化推测:无烟煤中的羧基等含氧基团明显提高煤的低温氧化活性,而烷基对煤的低温氧化活性影响不明显,但对煤氧化反应热有一定影响.     

改性活性炭对染料废水的吸附性能研究

采用化学氧化改性活性炭来处理染料废水,通过Boehmd官能团滴定法、扫描电子显微镜以及傅里叶红外光谱仪对活性炭的含氧官能团和微观结构进行研究。分析了改性活性炭在不同的投加量、初始浓度、吸附时间、温度、溶液p H值等反应条件下对亚甲基蓝溶液吸附效果的影响。结果表明:随着硝酸体积分数的增大,改性活性炭所含含氧官能团越多,孔结构越明显;当活性炭的投加量为0.5g,亚甲基蓝溶液的浓度为15 mg/L,时间为210 min时,吸附接近平衡,随着溶液p H的升高,活性炭对亚甲基蓝的去除率提高,最高可达88.3%。     

活性焦低温催化氧化脱硝影响因素及机理

为了研究活性焦低温催化氧化NO特性,采用长周期试验,搭建固定床反应器试验台架,按照煤粉工业锅炉实际烟气组分模拟配制试验烟气。重点分析反应温度、O_2体积分数、空速及SO_2体积分数对脱硝效率影响,同时对反应前后的活性焦进行红外及热重分析。结果表明:当温度由50℃升到90℃时,活性焦脱硝效率显著下降,有效脱硝时间由81 h降到2.3 h;当O_2体积分数由0提高到10%时,有效脱硝时间由0.6 h提高到35 h;空速由500 h~(-1)升高到2 500 h~(-1)时,有效脱硝时间由15 h降到0.26 h;SO_2体积分数由0提高到200×10~(-6)时,有效脱硝时间由15 h降到1.6 h。红外及热重分析结果表明,低温时NO被催化氧化为NO_2,且大部分NO_2被活性焦吸附。     

液化残渣基CO2吸附剂的制备与性能优化

以煤液化残渣(CLR)为原料制备CO₂吸附剂，在实现碳减排的同时，可有效提高煤直接液化工艺的经济性和环保价值。本文采用神华煤直接液化残渣为碳源，通过预氧化、炭化活化等工艺，制备出了吸附性能较优的CO₂吸附剂。利用热重分析仪(TGA)、低温氮吸附仪(BET)、扫描电镜(SEM)以及透射电子显微镜(TEM)等分析手段对吸附材料的微观形貌、孔径结构以及吸附性能进行了表征测试。结果显示，低灰分液化残渣所制备的吸附材料具有更高的比表面积和更多的微孔结构，更有利于CO₂的吸附。以低灰分液化残渣为原料，在较优活化条件下(活化剂/原料质量比为1∶1、升温速率5℃/min、活化时间1h)制备的CO₂吸附剂表现出良好的吸附性能，在40℃、15%(体积分数) CO₂模拟烟气条件下的CO₂吸附容量为4.47%(质量分数)，在0℃、1bar (1bar=105Pa)条件下的CO₂吸附容量可高达27.70%(质量分数)，低温吸附性能优异，吸附速率快且具有良好的循...     

氯盐及其复配阻化剂对煤氧化抑制作用的实验研究

氯盐是矿井煤自燃阻化防控技术中较为普遍使用的阻化剂。为提升煤自燃的阻化效果和氯盐阻化剂的性能，选取阜生煤矿煤样，采用程序升温的方法，分别研究了水及浓度均为20%的NaCl溶液、KCl溶液、CaCl₂溶液对煤氧化的影响规律，并优选出CaCl₂与茶多酚进行复配，对比分析不同复配比例阻化剂对煤氧化的抑制作用。结果表明：水和氯盐溶液使相同温度下煤氧化气体中的O₂体积分数升高、CO和CO₂体积分数降低，表观活化能增大，对煤氧化产生抑制作用，其中CaCl₂溶液的阻化效果最好，平均阻化率约为66.00%,相对于水的平均阻化率提升了24.61%,且阻化效果较为稳定；CaCl₂/茶多酚复配阻化剂进一步提升了阻化效果，阻化率随着茶多酚质量分数的增大而增大，其中茶多酚质量分数为6%、CaCl₂质量分数为14%时，阻化效果较好，平均阻化率达到了75.37%,且阻化效果比单一CaCl₂溶液的阻化效果更为稳定，继续增大茶多酚的质量分数，则阻...     

氩气-低温等离子体分解硫化氢动力学模拟

为探索氩气(Ar)气氛下介质阻挡放电低温等离子体(DBD-NTP)分解硫化氢(H2S)的基元反应动力学规律,通过一系列模型假设,采用水力直径为特征尺度的等效模型(Re相似),利用Chemkin软件的Plasma-PFR反应器模型,构建10组分11动力学模型,进行化学动力学模拟得到数值模拟结果,并和实验结果进行了比较。结果表明:低体积分数时(H2S初始体积分数为5%—15%),模拟数据和实验数据相对误差在10%以内,高体积分数时(H2S初始体积分数为20%—25%),相对误差为10%—30%;低体积分数时,DBD-NTP分解H2S主要最终产物体积分数从高到低依次为H2S4SS2,其中φ(S4)∶φ(S)∶φ(S2)≈104∶3∶1,质量平衡基本在90%以上。     

用于低温干法催化氧化所吸附苯酚的CuO-CeO2/AC吸附-催化剂

对CuO-CeO2/AC(活性炭载氧化铜和氧化铈)吸附-催化剂低温干法催化氧化所吸附苯酚的行为进行了研究. 结果表明,CeO2的引入促进了CuO/AC对吸附苯酚的低温催化氧化活性,苯酚初始催化氧化温度降低约30℃;连续吸附-催化氧化循环过程中的苯酚吸附量平均提高6%左右,苯酚脱附量平均减少77%. 铈掺杂的促进作用可能在于提高了表面化学吸附态的氧含量,进而减少了催化氧化过程中在吸附-催化剂表面形成的残留物量.     

掺镧钛酸钡陶瓷晶界的再氧化

掺La的BaTiO3陶瓷在H2和Ar（体积比1：99）的还原气氛下烧结后,在氧分压p（CO2）-260Pa的气氛（Ar和O2的混合气体）下进行氧化,测量了吸氧量不同时的复阻抗图谱,研究了再氧化过程中晶粒和晶界的吸附氧对电阻率的影响。结果表明：在还原气氛下烧结可以扩展有效施主掺杂浓度的范围,通过晶粒的异常生长．制备出高施主掺杂量（10％,摩尔分数）的半导性BaTiO3陶瓷。再氧化过程中,随氧化温度的升高（1017～1380℃）,晶界吸附氧的量增大,晶界处的晶界势垒包括两部分：外部晶界吸收氧原子充当表面受主态;内部晶界在氧化过程中被氧化形成正离子空位（Ti空位）充当受主态．从而提高了受主态密度,导致样品的正温度系数电阻效应增强。