蒋湘芬
,
王学斌
,
沈丽明
,
吴强
,
王秧年
,
马延文
,
王喜章
,
胡征
催化学报
doi:10.1016/S1872-2067(15)61117-2
高性能低成本的担载型铂基催化剂是直接甲醇燃料电池(DMFC)实用化过程中的一大挑战.利用高比表面积、高稳定性、容易负载金属的载体实现 Pt颗粒的高度分散,既可提高催化剂的催化性能,又可提高 Pt的利用率以降低成本,是担载型 Pt基催化剂实用化的有效途径.碳材料是一种常用的催化剂载体,近年来我们课题组发展了一种高性能的碳纳米笼材料,并可通过异原子掺杂调变其表面性能,提高其活性和负载能力.我们采用原位氧化镁模板法制备氮掺杂碳纳米笼：以具有多级结构的碱式碳酸镁作为氧化镁模板的前体,吡啶为碳源和氮源,经高温热解沉积,在原位形成的氧化镁模板表面形成氮掺杂的石墨化碳纳米薄层；经稀盐酸浸泡并洗涤,获得高纯度的氮掺杂碳纳米笼.氮掺杂碳纳米笼具有分等级的微纳米结构、高导电性、高比表面积和可调变的孔结构,结合表面氮原子的锚钉作用,氮掺杂碳纳米笼有望成为电化学催化剂 Pt的优良载体.
在前期研究基础上,本文探索多级结构氮掺杂碳纳米笼(hNCNC)作为新型载体负载 Pt的能力,并评价所构建的负载型催化剂 Pt/hNCNC的电催化性能.通过简便的微波辅助多元醇还原法,将氯铂酸还原成 Pt纳米粒子负载于 hNCNC的表面.为了揭示氮掺杂的效应,我们对比研究了具有相似分级结构但无掺杂的碳纳米笼(hCNC)以及商业化活性炭(Val-can XC-72)作为载体的情况.经热重(TG)和 X射线光电子能谱(XPS)分析,三种催化剂 Pt/hNCNC、Pt/hCNC和 Pt/XC-72的负载量均接近理论负载量(23.1 wt%),都主要以金属态存在.然而,扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)结果表明, Pt/hNCNC的 Pt分散状态优于 Pt/hCNC,更远优于 Pt/XC-72. Pt/hNCNC的平均 Pt粒径最小,仅约3.3 nm.这种良好的分散状态主要得益于氮原子掺杂,高负电性的氮原子改变了局域的表面极性,有利于 Pt颗粒的成核,也有利于固定 Pt颗粒.
由于 hNCNC对 Pt的优异分散能力, Pt/hNCNC表现出高的电化学活性面积.氢吸附和一氧化碳溶出伏安曲线表明, Pt/hNCNC的电化学活性面积高于 Pt/hCNC和 Pt/XC-72,这与显微观察和 X射线衍射(XRD)结果相吻合. Pt/hNCNC展现出优异的甲醇电催化氧化活性和高稳定性,其催化电流明显高于 Pt/hCNC和 Pt/XC-72,电流衰减亦慢于 Pt/hCNC和 Pt/XC-72. hNCNC的分级微纳米结构有利于孔内传质和电子输运,从而提高反应速度. hNCNC的氮掺杂有利于 Pt在载体表面的分散,增强了载体-金属相互作用,提高了电化学活性面积和催化活性.为了进一步考察 hNCNC对 Pt的负载能力,本文还考察了高负载量 Pt/hNCNC的性能.在负载量高达60 wt%时, Pt/hNCNC中的 Pt颗粒仍无明显聚集,其甲醇氧化电流增加了30%,可以有效提高 DMFC的输出电流密度.
综上可见, hNCNC可以有效分散并稳定 Pt颗粒,从而提高电化学活性面积和甲醇电催化氧化活性,优于未掺杂的碳纳米笼和传统碳材料,展示了 hNCNC高分散 Pt颗粒用作 DMFC的高效阳极催化剂的重要前景,也表明 hNCNC有望成为应用广泛的新型载体.
关键词:
甲醇氧化
,
燃料电池
,
铂催化剂
,
分级结构氮掺杂碳纳米笼
,
高性能
刘洋
,
刘正宁
,
谭厚章
,
陈二强
,
王学斌
,
牛艳青
,
徐通模
工程热物理学报
纯烧生物质锅炉高低温过热器都不太结渣而中温过热器结渣非常严重.为了探索中温过热器结渣的机理,本文对中温过热器上沉积了一年的完整焦块做了详细的SEM线扫描分析及XRD检测,得到了焦块沿渣体高度方向元素和物相分布,发现了焦块沿高度方向有明显的分层结构.文中详细探讨了生物质灰结渣机理,表达了结渣的形成发展过程,解释了中温过热器相对高低温过热器结渣严重的原因.
关键词:
生物质
,
过热器
,
结渣机理
,
燃烧
王学斌
,
张利孟
,
谭厚章
,
徐通模
,
阎维平
,
魏小林
,
惠世恩
工程热物理学报
高浓度煤粉火焰对装有浓淡燃烧器的煤粉燃烧系统的着火具有十分重要的作用,本文在一简化的燃烧系统和一配备浓淡燃烧器的1 MW切圆煤粉炉内进行了大量试验,研究了煤质对最佳煤粉浓度Copt的影响规律,在该最佳煤粉浓度下燃烧系统具有最高的火焰温度及最低的飞灰含碳.试验结果表明:对于所有的高浓度煤粉火焰均存在一最佳的煤粉浓度,着火特性差的无烟煤的最佳煤粉浓度显著高于着火特性更佳的烟煤,该最佳煤粉浓度随着煤质发热量Q与挥发分y乘积的增大而降低,并存在一经验公式Copt=1.069-0.051·10-5·V·Q.
关键词:
高浓度煤粉火焰
,
最佳煤粉浓度
,
煤质
,
浓淡燃烧器
王学斌
,
冯明霞
,
邹宗树
,
赵国光
,
刘正祥
钢铁
转炉成渣路线直接影响生产效率，而预直炼法脱磷期与脱碳期任务的不同，对成渣的要求应区别对待。 从热力学和动力学两个方面，对预直炼法不同时期成渣路线进行了分析探讨。结果表明，铁水磷含量不同应选择不同的成渣路线，预直炼法脱磷期和脱碳期成渣路线有明显不同。脱磷期铁水中磷含量较高，脱磷的驱动力较大，主要通过改善动力学条件来加快脱磷，宜采用铁质成渣路线。脱碳期铁水温度较高是脱磷的不利条件，因此改善热力学条件来进一步强化脱磷，宜采用钙质成渣路线。
关键词:
复吹转炉;脱磷;预直炼法;成渣路线
谭厚章
,
高镪
,
刘海玉
,
王学斌
,
徐通模
,
惠世恩
工程热物理学报
为了更精确地对锅炉飞灰含碳量进行在线监测,本文搭建了1.～4. GHz微波在线检测实验平台,研究了飞灰含碳质量与微波功率衰减的关系.实验发现:飞灰含碳质量与微波功率衰减关系有三种趋势;第一种是正比线性趋势,主要分布频段为1.～1. GHz和2.～2. GHz;第二种是波动趋势,主要分布在频段2.～4. GHz内;第三种是反比线性趋势,主要分布在频段1.～1. GHz内.文中从电导率损耗以及谐振吸收理论出发,对其形成机理做了详细的分析.
关键词:
飞灰含碳量
,
微波
,
功率衰减
,
频率
王学斌
,
赵科
,
孔德娟
,
周屈兰
,
徐通模
,
惠世恩
工程热物理学报
以吡啶、吡咯为煤的含氮模型化合物,利用红外烟气分析仪和气相色谱研究二者在873～1473 K下混合热解时产物的析出规律.结果表明:吡啶和吡咯的热解是两种不同的热解开环方式,吡啶的热稳定性强于吡咯,其氢气产率高于吡咯,但其氰化氢产率较低;混和热解时的氰化氢产率明显小于单独热解,氰化氢产率在1073 K时随混合物中吡啶含量增大而减小,在1373 K时随吡啶含量增大而增大;氢气随温度和混合物中吡啶含量的变化趋势与氰化氢相似,并且热解产物中还检测到少量的甲烷.
关键词:
吡啶
,
吡咯
,
热解
,
氰化氧
,
氢气
王聪玲
,
谭厚章
,
王学斌
,
徐通模
,
惠世恩
工程热物理学报
本文在石英反应器内试验了高温脱除HCN反应机理,研究了CaO对氰化氢的脱除作用,探讨了温度、体积空速和氰化氢浓度对脱除氰化氢的影响.试验结果表明:当T<45℃,CaO促使HCN中的N元素转化到CaCN_2,当T>800℃,CaO促使HCN中的N元素全部转化为N_2;CaO在800℃时,只要体积空速小于12000 h~(-1),CaO对HCN均有接近100%的脱除效果;在体积空速10000 h~(-1)、温度800℃工况下,CaO对初始浓度范围127×10~(-6)-512×10~(-6)的HCN均有接近100%的脱除效果.
关键词:
氰化氢
,
CaO
,
高温脱除
王学斌
腐蚀与防护
计量分离器下封头腐蚀导致壁厚减薄甚至穿孔是容器报废的主要原因,容器的安装和更换过程复杂、成本高、耗时长.根据容器腐蚀原因分析及腐蚀通常发生的部位,对容器的本体、支座、液位计接管等部位的结构进行改进,减小了单个组件尺寸,简化了安装、维修和更换过程,提高了设备安全性和抗腐蚀能力.
关键词:
计量分离器
,
腐蚀原因
,
结构改进
胡中发
,
王学斌
,
王毅斌
,
邓双辉
,
李智锋
,
谭厚章
工程热物理学报
生物质燃烧释放的碱金属氯化物蒸气会在受热面上冷凝,并在烟气中SO2/O2/水蒸汽等共同作用下发生异相硫化反应,从而影响碱金属对受热面的腐蚀.本文利用固定床反应器研究了反应温度、停留时间、氯化物及SO2/O2/H2O等浓度等对固相KCl硫化的影响,实验结果表明:KCl非均相硫化的主要产物是K2SO4,在O2和H2O较低是KCl异相硫化较慢,KCl异相硫化速率随SO2/O2和H2O浓度增大而提高,随停留时间的延长呈线性递增,并随反应温度的升高呈指数关系升高.
关键词:
碱金属
,
硫化
,
SO2
,
KCl
,
生物质
王学斌
,
冯明霞
,
刘崇林
,
邹宗树
材料与冶金学报
doi:10.3969/j.issn.1671-6620.2009.01.003
在1:6物理模型上,通过水模实验对复吹转炉底吹喷粉时熔池搅拌情况进行了研究.结果表明:喷粉对熔池搅拌有明显的促进作用.喷粉条件下,均混时间随顶吹气体流量的增加存在最小值,最佳顶吹气体流量为117.0 m3/h,增加底吹气体流量对降低均混时间有利.在本实验范围内最佳顶吹流量为117.0 m3/h、最佳底吹流量为2.36 m3/h.
关键词:
复吹转炉
,
喷粉
,
底吹
,
水模型
,
均混时间
