CO2 Reforming of CH4 over Aerogel Nanoparticle Catalysts in Fluidized Bed Reactors

CH4-CO2重整反应制取合成气在合理利用资源和保护环境方面具有双重意义，因而引起许多研究者的广泛关注。从目前的研究现状来看，催化剂易积碳失活是尚未解决的关键问题，而且催化剂的活性也需进一步提高。在众多催化剂中，气凝胶纳米颗粒催化剂由于比表面积高、活性组分粒径小和分散度高等优点，在抑制积碳和提高催化活性等方面表现优异。但是，纳米颗粒催化剂在常规的固定床重整反应时存在活性组分利用率不足、床内压降过高等缺点，流化床操作由于具有优异的气固接触效率和较低的床层压降等特点可以克服固定床操作中的不足，然而目前还没有纳米颗粒催化剂在流化床内进行CH4-CO2重整反应的研究报道。因此，本文采用气凝胶纳米颗粒催化剂在流化床内进行了CH4-CO2重整反应的研究。取得的创新性结果如下： （1）对气凝胶Ni/Al2O3催化剂在流化床内进行了CH4-CO2重整反应的研究，并与其在固定床内的重整反应进行对比。重整反应24h内的对比结果表明，气凝胶催化剂在流化床内具有较高的床层膨胀比和较大的颗粒循环量，较长的气体停留时间使反应物转化率得到14～30％的提高，催化剂颗粒的循环运动加快了碳物种消除的反应速率，因而仅有少量碳沉积；同时，在重整反应的24h内流化床的操作压降仅为16Pa，远低于固定床的1656～2460Pa。但是，当气凝胶Ni/Al2O3催化剂在流化床重整反应延长至48h时，不同Ni含量气凝胶Ni/Al2O3催化剂由于催化剂表面积碳较多而导致反应物转化率有5～10％的降低。在所测试的催化剂中，Ni含量为10wt.%的气凝胶Ni/Al2O3催化剂由于具有较小的Ni颗粒直径和较强的Ni与载体间作用力，因而表现出较低的碳沉积量和较高的催化稳定性。 （2）为增强气凝胶Ni/Al2O3催化剂的抗积碳性能，添加助剂MgO制备出气凝胶Ni/MgAl2O4-Al2O3催化剂并用于CH4-CO2重整反应。催化剂表征结果表明添加MgO助剂可以提高Ni分散度、降低Ni颗粒直径和增强CO2吸附活化能力。研究结果表明Ni含量为10wt.%的气凝胶Ni/MgAl2O4-Al2O3催化剂在流化床内可以连续运行1200h保持热力学平衡转化率而没有失活，比当前文献中Ni/Mg/Al催化剂最长的催化稳定性时间55h提高了约22倍。催化剂稳定性分析认为，流化床操作是气凝胶催化剂稳定运行的基础，气凝胶Ni/MgAl2O4-Al2O3催化剂具有较小的Ni颗粒直径延缓了活性组分的烧结，而较强的CO2吸附活化能力可以保证在重整反应中催化剂表面碳物种的消除快于碳物种的形成，抑制了催化剂表面积碳而保持了很好的催化稳定性。 （3）为提高气凝胶催化剂在流化床内的气固接触效率和减少颗粒夹带现象，在磁性纳米颗粒Co/Al2O3催化剂床层内部引入轴向均匀磁场研究其流化特性并考察反应器操作型式对催化性能的影响。研究结果表明在磁场强度137Oe～320Oe范围内，床层内部的大聚团和大气泡得到有效破碎，由普通流化床的聚团鼓泡流化转变为聚团散式流化，流化质量得到明显改善。对气凝胶Co/Al2O3催化剂在三种不同床型操作条件下的重整反应研究表明，磁场流化床内的催化活性、催化稳定性和抗积碳性能最佳，其次是流化床，而固定床最差。对比结果表明气凝胶Co/Al2O3催化剂在磁场流化床重整反应中优异的流化质量降低了碳沉积速率而延长了催化稳定性，而且磁场力的束缚也抑制了催化剂颗粒的夹带。 （4）为增强气凝胶Co/Al2O3催化剂的抗积碳性能，添加助剂MgO制备出气凝胶Co/MgAl2O4-Al2O3催化剂并用于磁场流化床CH4-CO2重整反应。催化剂表征结果表明该催化剂具有较小的Co颗粒直径、较高的Co分散度和较强的CO2吸附活化能力。研究结果表明Co含量为20wt.%的气凝胶Co/MgAl2O4-Al2O3催化剂可在磁场流化床重整反应的1200h内保持热力学平衡转化率而不失活，比当前文献中Co基催化剂的最长催化稳定性时间120h提高了10倍。催化稳定性分析认为，优异的流化质量和抗积碳性能的催化剂共同作用促使高Co含量气凝胶催化剂在磁场流化床重整反应中抑制了催化剂表面积碳而保持了很好的催化稳定性

内构件流化床内颗粒停留时间分布及压降的研究

在一内径100mm设有数块水平挡板、底部连续加料与上部溢流排料的流化床内,采用粒径为0．04-1．0mm 的精钛矿颗粒,进行了加料速率、流化气速以及内构件间距等不同因素对物料在床内停留时间及压降影响的实验研究, 发现在气固并流向上的流化床内增设水平挡板且d／H=1时,可形成稳定流化状态．研究结果表明流化床中的持料量主要取决于流化气速,平均停留时间随流化气速和进料速率增加而降低．平衡时床内颗粒平均粒径大于进料颗粒的平均粒径,使得床内小颗粒停留时间减少,大颗粒停留时间延长,可满足各种粒度颗粒所需的反应时间．实验数据可为此类床型用于气固相加工提供有益参考

流化床反应器中不同Ni/Al_2O_3催化剂上CH_4-CO-2重整反应性能的比较研究

采用浸渍法、溶胶-凝胶过程与普通干燥、超临界干燥过程相结合的方法制备了三种20%的NiO-Al2O3体系催化剂,利用BET、XRD、H2-TPR、H2-TPD等方法对各催化剂样品物化性质进行了表征,并考察了催化剂在流化床反应器中CH4-CO2重整反应的催化性能.研究结果表明,经923 K焙烧后气凝胶催化剂中镍与载体间作用力最强,主要为固定NiO和尖晶石NiAl2O4结构,而浸渍型催化剂和干凝胶催化剂中镍与载体间作用力较弱.三种催化剂中,气凝胶催化剂具有比表面积较大、堆密度较低、Ni还原度及分散度较高的特点.它在流化床反应器中所形成的聚团流态化状态具有较高的床层膨胀率,大量多孔疏松状的纳米颗粒聚团在床内的循环运动有效地提高了传质效率,能使得生成的沉积炭快速得到气化,从而抑制了催化剂失活;对于浸渍型催化剂和干凝胶催化剂,流化床反应器中床层膨胀率较低、颗粒循环量较少、传质效率较低,易于造成催化剂表面积炭失活.经用TG和XRD等方法对反应后催化剂分析表征,证明催化剂表面石墨碳的沉积是导致浸渍型催化剂和干凝胶催化剂失活的主要原因

流化床反应器中不同Ni/Al_2O_3催化剂上CH_4-CO_2重整反应性能的比较研究

采用浸渍法、溶胶-凝胶过程与普通干燥、超临界干燥过程相结合的方法制备了三种20%的NiO-Al2O3体系催化剂,利用BET、XRD、H2-TPR、H2-TPD等方法对各催化剂样品物化性质进行了表征,并考察了催化剂在流化床反应器中CH4-CO2重整反应的催化性能。研究结果表明,经923K焙烧后气凝胶催化剂中镍与载体间作用力最强,主要为固定NiO和尖晶石NiAl2O4结构,而浸渍型催化剂和干凝胶催化剂中镍与载体间作用力较弱。三种催化剂中,气凝胶催化剂具有比表面积较大、堆密度较低、Ni还原度及分散度较高的特点。它在流化床反应器中所形成的聚团流态化状态具有较高的床层膨胀率,大量多孔疏松状的纳米颗粒聚团在床内的循环运动有效地提高了传质效率,能使得生成的沉积炭快速得到气化,从而抑制了催化剂失活;对于浸渍型催化剂和干凝胶催化剂,流化床反应器中床层膨胀率较低、颗粒循环量较少、传质效率较低,易于造成催化剂表面积炭失活。经用TG和XRD等方法对反应后催化剂分析表征,证明催化剂表面石墨碳的沉积是导致浸渍型催化剂和干凝胶催化剂失活的主要原因

Ion mobility spectrometry for the detection of sodium saccharin and trace maleic acid in beverages

目的利用电喷雾-高效离子迁移谱(ESI-HPIMS)对饮料中常见的甜味剂糖精钠和有可能残存的痕量马来酸进行检测。方法通过在饮料中加入糖精钠和马来酸标准品来模拟添加剂存留情况,添加后的饮料经简单的稀释,过滤等前处理,直接进样即可测定。结果研究结果表明,仪器对糖精钠和马来酸标准品的灵敏度达到了10~(-10)数量级,最低检出限为0.1 ng/μl,6组平行数据的相对标准偏差(rSd)在1.2%~7.2%,线性相关系数均达到了r~2大于0.99,单次测量时间低于10 S。结论实现了糖精钠和痕量马来酸的快速分析检测。Objective Saccharin sodium and possible remaining maleic acid in beverages were detected by high performance ion mobility spectrometry with direct electrospray ionization(ESI-HPIMS).Methods By adding saccharin sodium and maleic acid standards into beverages to simulate real situation,the beverages were diluted,filtered,samples were injected into IMS directly.Results The research showed that the sensitivity of the instrument for saccharin sodium and maleic acid could reach 10-10 with detection of minimum standard 0.1 ng/μL,the relative standard deviation(RSD) of 6 parallel data was in the range of 1.2%~7.2%,with linear correlation coefficients r~2>0.99.The single detection time was less than 10 s.Conclusion This method can achieve a rapid analysis of sodium saccharin and trace maleic acid.国家质检总局科研项目(2014IK111)~

一种质子交换膜燃料电池膜内水含量的在线测量方法

本发明涉及一种质子交换膜燃料电池膜内水含量的在线测量方法，具体的说是在质子交换膜两侧分别加入一根微型探针来测量燃料电池运行过程中膜两侧的电压降，之后通过相关理论关联实现对膜内水含量的表征。本发明能够对燃料电池运行过程中膜内的水含量进行在线监测，并适用于稳态和暂态过程，且该结构具有良好的稳定性。待填

长江江豚种群衰退机理研究进展

长江江豚（Neophocaena phocaenoides asiaeorientalis）是生活于我国长江中下游的一种独特的淡水小型鲸类,1996年被收录为IUCN濒危物种。在过去的三十年间,其种群数量呈快速下降趋势。数据显示,20世纪90年代以来,其种群下降速率约为每年6.3%。2006年考察发现长江干流中其种群数量少于1 200头,与15年前相比减少了50%以上。为了深入了解造成长江江豚种群快速衰退的机理,课题组从种群生态学、生物声学和种群遗传学三个方面开展研究工作。综述了该项目的研究进展,并对下一步的研究计划进行了展望。相关研究不仅能促进长江江豚保护生物学理论的发展,也有助于深化对白鱀豚衰退和灭绝过程的反思,并为其他长江水生生物资源的保护提供理论借鉴

长江江豚种群衰退机理研究进展

长江江豚(Neophocaena phocaenoides asiaeorientalis)是生活于我国长江中下游的一种独特的淡水小型鲸类,1996年被收录为IUCN濒危物种。在过去的三十年间,其种群数量呈快速下降趋势。数据显示,20世纪90年代以来,其种群下降速率约为每年6.3%。2006年考察发现长江干流中其种群数量少于1 200头,与15年前相比减少了50%以上。为了深入了解造成长江江豚种群快速衰退的机理,课题组从种群生态学、生物声学和种群遗传学三个方面开展研究工作。综述了该项目的研究进展,并对下一步的研究计划进行了展望。相关研究不仅能促进长江江豚保护生物学理论的发展,也有助于深化对白鱀豚衰退和灭绝过程的反思,并为其他长江水生生物资源的保护提供理论借鉴

Method for automatic identification and detection of defect in composite material

本发明涉及一种复合材料内部缺陷类型自动识别检测方法，步骤为：利用红外热波无损检测设备对复合材料进行检测，生成红外图像；对红外序列图像进行相空间重构，确定复合材料缺陷的位置并分割图像的缺陷区域；对具有缺陷区域的红外序列图像进行相空间重构，进行奇异值分解得到奇异矩阵及左右两个投影矩阵，对上述两个投影矩阵分别进行再次矩阵重构，再次通过奇异值分解提取缺陷时间信息和空间信息的代数特征，构造混合特征向量作为缺陷的特征表征；运用RBF神经网络分类器结果完成识别分类判断。本发明对复合材料的部缺陷实现自动识别检测，对复合材料的损伤类型进行快速的检测，对复合材料的使用情况提供快速检测手段，具有重要的实际意义和研究价值