系列镍基载氧体化学链燃烧的反应机理和性能调控

来源 :宁夏大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xiayuanyuan001
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
化学链燃烧(CLC)是新型能源高效利用技术,将传统反应借助于载氧体解耦为两个气固反应,实现能源定向转化与产物低耗分离。提高载氧体的活性是研究CLC过程强化的热点之一。单一氧化镍(NiO)作为载氧体存在反应活性低、积碳和反应机理不明确等问题。基于双金属之间互补和协同效应,研究反应机理和性能调控,对于化学链燃烧过程强化和清洁生产至关重要。围绕CLC过程中镍基载氧体和不同燃料的反应机理,本论文采用共沉淀法制备系列镍基载氧体,开展提高镍基载氧体反应活性和改善积碳问题的研究。将制备的镍基载氧体进行XRD、BET、SEM、XPS、Raman、原位DRIFTS材料表征,以及H2-TPR和TGA性能评价利用反应动力学分析反应机理和行为。以H2/CO与NiO为探针反应,采用DFT计算研究本征反应机理。论文将实验和多尺度分子模拟有机结合,从原子分子尺度研究镍基载氧体CLC过程的反应机理和性能调控。主要结果如下:1.利用DFT计算方法,研究了化学链过程中涉及的C1分子吸附在NiO载氧体表面的本征相互作用。吸附结合能和独立梯度模型(IGM)分析结果显示,C1分子与NiO表面是非化学键作用;基于IGM图直观地证明CH3OH/HCOOH在载氧体表面存在氢键相互作用。能量分解分析(EDA)定量分析相互作用,除HCOOH外的C1分子吸附在NiO表面最高能量构象色散作用的贡献占主导。不同C1分子吸附能量最低的优势构象,相互作用的贡献不同。2.多尺度分子模拟结合实验,以H2和NiO为探针反应研究系列Fe/Co掺杂的镍基载氧体的反应机理和性能调控。反应力场(ReaxFF)模拟结果证明H2与NiO反应是基元反应。DFT计算本征反应能垒和实验拟合的表观活化能规律一致,Fe掺杂提高反应活性,而Co掺杂则相反。Ni32032(NiO)、FeNi31O32(Fe0.07Ni0.93O)和 CoNi31O32(Co0.07Ni0.93O)载氧体的能垒(活化能)分别为0.998(0.549)、0.800(0.331)和1.380(0.581)eV。受颗粒、表面和缺陷等的影响导致整个非本征反应行为与本征反应并不完全一致。3.利用CO和NiO为探针反应,通过实验结合DFT计算研究Ca/Sr/La掺杂镍基载氧体反应机理与积碳行为。DFT计算得到的反应能垒和TGA实验的核收缩模型拟合表观活化能的结果显示,载氧体的活性顺序是:La掺杂>Ca掺杂>Sr掺杂>纯NiO。800℃下的TGA实验增重量表明,不同金属掺杂明显改善积碳,并且积碳量顺序是:Sr0.05Ni0.95O<La0.05Ni0.95O<Ca0.05Ni0.95O<NiO。XPS结果表明,载氧体表面积碳的形式主要以C—C,少量C—O和C=O。不同金属掺杂后表面含氧碳占比减少,石墨化程度增强,结构更规整,堆叠高度降低。4.现代材料表征和多尺度分子模拟辅助搭建了羊场湾(YCW)煤镜质组单分子模型,分子式为C323H232O38N4S。使用ReaxFF方法对庆华(QH)/YCW煤与NiO的反应机理和行为进行了研究。结果表明:YCW与NiO反应体系总势能、生成的分子片段数以及非脂肪烃气体的含量证明低变质程度的YCW煤的反应活性大于QH煤。不同反应温度QH和YCW煤的产物分布表明:反应温度越高,气体质量分数占比越大,且YCW煤气体量大于QH煤。统计学研究NiO释放晶格氧总量,YCW煤体系大于QH煤体系。综合分析表明YCW煤的CLC过程的反应活性大于QH煤。
其他文献
滩羊是宁夏优势特色畜种,具有肉质细嫩、无膻腥味、含脂率低等特点,倍受消费者厚爱。抗氧化因子是评估肉品抗氧化能力的重要指标,同时也可以当做肉品品质检测指标。其传统检测方法存在样品前处理复杂、费时费力及测定步骤繁琐等问题,无法满足肉品行业的快速发展需求。因此,亟需一种快速、经济、高效、全方位测量的无损定量检测方法,以实现滩羊肉抗氧化因子的快速无损检测。本文以滩羊肉为研究对象,以内源抗氧化因子(TPC、
学位
随着多溴联苯醚类阻燃剂在世界范围逐步禁用,有机磷酸酯(OPEs)阻燃剂的生产与使用均将大幅增加。室内环境是有机磷酸酯阻燃剂污染使用的场所和人体暴露的主要区域,因此研究室内有机磷酸酯阻燃剂的污染状况与人体暴露具有重要的意义。采集了北京地区冬季和夏季的家居、宿舍和办公室灰尘样品。灰尘样品过不锈钢筛后,先用铝箔包裹,然后装入自封袋中,在-20℃冰箱中储存,并进一步使用LC-MS/MS联用仪对室内灰尘中O
会议
遥感监测是自然保护地监管的重要技术手段。本文以大方寺省级自然保护区为例,选用2018—2022年多期卫星影像进行遥感监测,提取人类活动信息,并进行影响评估。研究表明,2018—2022年,大方寺自然保护区人类活动类型中农田面积最大,养殖和居民点等人类活动逐步减少;保护区内人类活动影响程度逐步减小,实验区影响程度大于缓冲区大于核心区。大方寺自然保护区受人类活动影响程度较小,但仍需严格控制旅游开发,加
期刊
开发低碳排放清洁能源的同时将CO2转化为高值化学品(甲酸、甲醇、乙烯、乙醇等)具有重要意义。电催化水分解(Electrocatalytic Water Splitting,EWS)和电催化CO2还原反应(Electrocatalytic CO2 Reduction,ECR)是解决上述问题的有效途径,可利用光伏、风电产生的清洁可再生的电能实现“绿氢”和高值化学品的制备。但上述两体系中均涉及到动力学过
学位
工业仿真软件的自主可控问题关系着供应链与产业链的安全,而工业仿真软件的应用与发展也关系着双碳政策的实践与工业的数字化转型进程。利用SWOT-PEST矩阵对国产工业仿真软件产业进行内外部的态势分析以及利用WSR系统方法论对态势分析的结果进行自下而上的策略规划,为有关部门制定政策、企业制定商业战略、行业协会协调共同发展提供参考。
会议
温室气体大量排放导致全球变暖而引起的极端天气和海平面上升等气候灾难给人类的生存造成了严重威胁。燃煤电厂烟道气中CO2排放量占总碳排放量的33.3%,实现烟道气中CO2高效捕集具有重要意义。固体吸附法具有吸附速率快、选择性高和操作简单的优点。生物炭作为固体吸附材料具有稳定性高,吸附量大的优点。但使用生物炭材料对CO2吸附受到温度及自身结构的限制。本文围绕生物炭结构调控、功能化改性及烟道气中H2O(g
学位
为了深入了解不同施用量的土壤改良产品和有机复合肥对草花植物的影响,开展了相关试验,结果表明:施用土壤改良产品(50%园林营养土+50%油饼渣)与施用有机复合肥一样可为植物提供生长所需的营养元素,且对部分植物生长的促进作用优于施用有机复合肥。土壤改良产品对植物生长的促进作用随施用量增加而递增,未见不利于植物生长的情况。
期刊
甲醇是工业社会重要的化工原料、储能载体。随着未来能源变革,预期甲醇将扮演愈加重要的角色。甲醇合成是低温有利的过程,即在低的反应温度,原料转化率高。但面临的挑战是催化剂活性不足。Cu/ZnO催化剂是工业甲醇合成(220-280℃)优异的活性组分,但在低温条件的活性距平衡转化有差距。本文制备了系列助剂修饰的Cu/ZnO低温甲醇合成催化剂,并用于150℃、4 MPa、乙醇为溶剂的甲醇合成过程。采用XRD
学位
能源是社会经济稳定发展的重要物质基础,发展清洁、低碳、安全、高效的新能源体系是应对全球气候恶化、能源短缺,实现“双碳计划”、促使社会发展的有效策略,新能源的探索已成为当今科研领域的重点研究方向。氢能作为一种新型高效的能源载体,具有高的能量密度和清洁的燃烧产物,是代替传统化石能源,解决能源环境问题的理想替代品。光催化分解水产氢具有环保可持续、清洁无污染,氢能纯度高等特点,被视为最理想的氢能制备技术之
学位
滚珠丝杠副是一种精密传动部件,其功能是实现旋转运动与直线运动的转换和力的传输。因具有传动效率高、定位精度好、摩擦系数小、运动平稳性好等优点,被广泛应用于精密机床、精密仪器等领域。随着机器人、工业机械手等装备机构追求更高的传动速度,提高滚珠丝杠副进给速度显得尤为重要。一般通过增大滚珠丝杠副的导程来提高其进给速度,大导程滚珠丝杠副便应运而生。然而滚珠丝杠副导程增大的同时,精密加工大导程滚珠螺母内滚道所
学位