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Efficient synthesis of forsterite via high-temperature thermochemical reactions from boron mud waste without briquetting

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Particuology 2024年第4期87卷 124-132页

作者： Fangling Hu Liangliang Fu Qingjin Zhang guangwen xu Dingrong Bai Key Laboratory on Resources Chermticals and Material of Ministry of Education Sheryang Unfversity of Chemical Technology.Shenyang110142China School of Chemical Engineering University of Science and Technology Liaoning.Anshan 114051China School of Materials Science and Engineering Shenyang University of Technology.Shenyang110142China

Forsterite is a highly demanded material in high-temperature industries due to its superior performance in elevated *** study proposes synthesizing high-quality forsterite via high-temperature thermochemical reactions using abundant boron mud *** new synthesis method capitalizes on the high reactivity of fine raw powder materials,enabling the reaction to reach completion at low temperatures *** chemical characteristics,microscopic morphology,and structure of synthe-sized samples are systematically studied using XRD and *** results confirm that boron mud can be efficiently transformed into forsterite after 10 min of reactions at 1500℃.The synthesized products attain over 98.7%densification and contain more than 85.0%forsterite with well-developed *** activation energy of forsterite grain growth in the 1100-1500℃temperature range is 165.5 kJ/*** study provides a low-cost method for producing forsterite and an efficient and environmentally friendly solution for treating solid waste.

关键词： Fluidized bed Boron mud Forsterite Solid state reaction Activation energy Grain growth

NiO@Ni nanoparticles embedded in N-doped carbon for efficient photothermal CO_(2) methanation coupled with H_(2)O splitting

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Nano Research 2024年第4期17卷 2283-2290页

作者： Yun Zhou Peng Zheng Fang Wang Fangna Gu Wenqing xu Qinyang Lu Tingyu Zhu Ziyi Zhong guangwen xu Fabing Su Institute of Process Engineering Chinese Academy of SciencesBeijing 100190China Key Laboratory on Resources Chemicals and Materials of Ministry of Education Shenyang University of Chemical TechnologyShenyang 110142China Institute of Industrial Chemistry and Energy Technology Shenyang University of Chemical TechnologyShenyang 110142China School of Ecology and Environment Beijing Technology and Business UniversityBeijing 100048China Beijing Key Laboratory of Enze Biomass Fine Chemicals College of New Materials and Chemical EngineeringBeijing Institute of Petrochemical TechnologyBeijing 102617China International School of Beijing 10 An Hua Street Shunyi DistrictBeijing 100048China Department of Chemical Engineering Guangdong Technion Israel Institute of Technology(GTIIT)Shantou 515063China Technion Israel Institute of Technology(IIT) Haifa32000Israel

Photothermal carbon dioxide(CO_(2))methanation has attracted increasing interest in solar fuel synthesis,which employs the advantages of photocatalytic H_(2)O splitting as a hydrogen source and photothermal catalytic CO_(2) *** work prepared three-dimensional(3D)honeycomb N-doped carbon(NC)loaded with core–shell NiO@Ni nanoparticles generated in situ at 500℃(NiO@Ni/NC-500).Under the photothermal catalysis(200℃,1.5 W/cm^(2)),the CH_(4) evolution rate of NiO@Ni/NC-500 reached 5.5 mmol/(g·h),which is much higher than that of the photocatalysis(0.8 mmol/(g·h))and the thermal catalysis(3.7 mmol/(g·h)).It is found that the generated localized surface plasmon resonance enhances the injection of hot electrons from Ni to NiO,while thermal heating accelerates the thermal motion of radicals,thus generating a strong photo-thermal synergistic effect on the *** CO_(2) reduction to CH_(4) follows the*OCH *** work demonstrates the synergistic effect of NiO@Ni and NC can enhance the catalytic performance of photothermal CO_(2) reduction reaction coupled with water splitting reaction.

关键词： Ni localized surface plasmon resonance photothermal methanation

气固微型流化床反应分析仪的理想流型判据分析

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化工学报 2024年第6期75卷 2201-2213页

作者：卢飞鲁波娜许光文沈阳化工大学化学工程学院辽宁沈阳110142 中国科学院过程工程研究所北京100190 中国科学院大学化工学院北京100049

微型流化床因具有气体返混小和可操作性强等优点,在反应动力学测量等领域备受关注。获得流型随操作参数的变化规律,才能实现微型流化床理想流型的有效调控。采用双流体模型耦合考虑结构的相间曳力(又称多尺度CFD)模拟了一系列A类和B类... 详细信息

微型流化床因具有气体返混小和可操作性强等优点,在反应动力学测量等领域备受关注。获得流型随操作参数的变化规律,才能实现微型流化床理想流型的有效调控。采用双流体模型耦合考虑结构的相间曳力(又称多尺度CFD)模拟了一系列A类和B类颗粒在不同操作条件下的流化行为,结合颗粒浓度和气体停留时间分布(RTD)特征考察气速、床径和初始床高对气体返混行为的影响。研究表明,当微型流化床在初始鼓泡到湍动流态化之间操作时,才逼近颗粒全混流和气体近似平推流的运动状态。进一步分析气体RTD曲线形状特征(如拖尾、多峰等),提出采用斜度S1]的不足,为微型反应分析仪的流型调控奠定了基础。

关键词：气固微型流化床平推流停留时间分布气体返混多尺度数值模拟

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基于生物基衍生有机溶剂的木质纤维素预处理研究进展

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化工进展 2024年第6期43卷 3347-3358页

作者：谢国平谭雪松刘鹏苗长林许光文庄新姝沈阳化工大学机械与动力工程学院辽宁沈阳110142 中国科学院广州能源研究所中国科学院可再生能源重点实验室广东省新能源与可再生能源研究与开发重点实验室广东广州510640

木质纤维素类生物质是地球上最丰富的可再生资源,但纤维素、半纤维素、木质素三组分之间复杂的键合结构限制了其有效的转化利用。有机溶剂预处理是消除这种顽抗性的有效方法,其能有效拆解三组分、提高纤维素酶水解性能,并回收高纯木质... 详细信息

木质纤维素类生物质是地球上最丰富的可再生资源,但纤维素、半纤维素、木质素三组分之间复杂的键合结构限制了其有效的转化利用。有机溶剂预处理是消除这种顽抗性的有效方法,其能有效拆解三组分、提高纤维素酶水解性能,并回收高纯木质素组分。随着对溶剂绿色和可持续性的要求,预处理有机溶剂正逐渐向生物基衍生溶剂方向发展,近期已有多种新型的生物基衍生溶剂预处理的报道。本文系统综述了基于Hansen溶度参数理论和CHEM21绿色溶剂指南的有机溶剂预处理体系设计,分别归类为均相体系、两相体系和多元相转化体系,归纳了生物基衍生预处理有机溶剂应用的研究进展,在此基础上探论了生物基衍生溶剂预处理面临的挑战和应用前景,以期为木质纤维素类生物质的有机溶剂预处理体系的设计和选择提供参考。

关键词：有机溶剂预处理生物基衍生溶剂木质纤维素类生物质溶解度参数相对能差

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热化学反应工程科学与技术发展与展望

化工进展 2024年第7期43卷 3513-3533页

作者：宋兴飞贾鑫安萍韩振南许光文沈阳化工大学特色资源化工与材料教育部重点实验室辽宁沈阳110142

“热”诱发、“热”驱动的热化学反应是人类最早认识的化学反应,占据工业化学反应的绝大部分,是能源转化、资源加工、循环经济等的重要反应,涉及发电、供热、冶金、建材、废物消纳等重大工业行业,这些行业是与人类活动相关的CO_(2)排放... 详细信息

“热”诱发、“热”驱动的热化学反应是人类最早认识的化学反应,占据工业化学反应的绝大部分,是能源转化、资源加工、循环经济等的重要反应,涉及发电、供热、冶金、建材、废物消纳等重大工业行业,这些行业是与人类活动相关的CO_(2)排放源的主体,在总碳排放中占比90%以上。在“双碳”目标下,热化学反应科学和技术的创新发展凸显更加特殊和重要的作用,其重要内容之一就是“支撑热化学反应工程化”的科学与技术,即“热化学反应工程”。针对“热”诱导、“热”驱动的化学反应,本文深入归纳和分析其相关科学和技术从古至今的发展特点,凝练形成了五个具有不同科学与技术特点的典型发展时期。总结典型热化学反应相关行业的重要科学与技术的发展及其对社会进步的贡献和影响,阐明“双碳”战略背景下“热化学反应工程”的科技创新机遇和贡献“碳中和”的潜力,揭示了通过碳减排、碳替代和碳循环的技术创新和应用推广,可有效推动我国各种“超级碳排放源”的碳排放强度和碳排放量的大幅降低,实现年60亿吨级二氧化碳的消减。

关键词：热诱发热驱动热化学反应工程碳中和工程热化学

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菱镁矿除杂提质研究进展

耐火材料 2024年第3期58卷 257-262页

作者：齐笑付亮亮白丁荣许光文沈阳化工大学资源化工与材料教育部重点实验室辽宁沈阳110142 辽宁科技大学化学工程学院辽宁鞍山114051

杂质的存在严重影响镁质产品的质量和应用范围,因此对菱镁矿的除杂提质加工具有至关重要的意义。综述了近年来菱镁矿除杂提质技术研究进展,并展望了菱镁矿除杂技术未来的发展方向,以期为菱镁矿资源利用率的提高提供助力。

关键词：菱镁矿杂质赋存形式化学除杂氯化焙烧法

Challenges and opportunities for engineering thermochemistry in carbon-neutralization technologies

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National Science Review 2023年第9期10卷 11-13页

作者： guangwen xu Dingrong Bai Chunming xu Mingyuan He Key Laboratory on Resources Chemicals and Materials Shenyang University of Chemical Technology College of Chemical Engineering and Environment China University of Petroleum-Beijing Shanghai Key Laboratory of Green Chemistry & Chemical Processes Department of Chemistry East China Normal University

Stalling and neutralizing carbon emissions while maintaining the quality of life is a global challenge of our ***>80% of the world’s energy and materials (***,cement,plastics)from fossil and carbonaceous resources,achieving this goal in a short time needs scientifically sound,economically sustainable and practically effective and deployable approaches,even though many strategies have been proposed by researchers and policymakers [1,2].

关键词： EMISSIONS

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充分挖掘生物质的能源和材料综合利用效能

中国发展 2024年第4期 23-31页

作者：杨梅姜新东许光文沈阳化工大学辽宁沈阳110142

利用生物质资源进行能源化利用和生产生物质基材料是实现减少碳排放的重要途径。我国每年产生生物质资源达到35亿吨,但是综合利用率不超过50%。主要的瓶颈在于利用方式单一化,造成成本高,无法推广和可持续发展。该文通过整理能源利用和... 详细信息

利用生物质资源进行能源化利用和生产生物质基材料是实现减少碳排放的重要途径。我国每年产生生物质资源达到35亿吨,但是综合利用率不超过50%。主要的瓶颈在于利用方式单一化,造成成本高,无法推广和可持续发展。该文通过整理能源利用和材料利用的产业化工艺,提出生物质资源综合利用的可能性探讨。建议通过技术的联合、国家政策的推动等,促进生物质资源更加高值化利用,实现“双碳”目标的达成。

关键词：生物质资源生物质能源生物基材料

耐磨球形Ni/Al_(2)O_(3)催化剂催化CO甲烷化反应的本征动力学

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过程工程学报 2024年第1期24卷 107-116页

作者：张烁关宇尤园江岳君容裴世红崔彦斌刘姣许光文沈阳化工大学化学工程学院辽宁沈阳110142 中国科学院过程工程研究所多相复杂系统国家重点实验室北京100190

一氧化碳和氢气在催化剂作用下合成甲烷,常应用于煤制合成天然气、焦炉煤气制液化天然气和生物质合成气等领域,有利于我国能源结构优化。针对CO甲烷化的快速表面反应、强放热特性,相比固定床,采用微球型催化剂的流化床甲烷化技术在移热... 详细信息

一氧化碳和氢气在催化剂作用下合成甲烷,常应用于煤制合成天然气、焦炉煤气制液化天然气和生物质合成气等领域,有利于我国能源结构优化。针对CO甲烷化的快速表面反应、强放热特性,相比固定床,采用微球型催化剂的流化床甲烷化技术在移热和催化性能方面具有明显的技术优势。在前期开发的耐磨球形Ni/Al_(2)O_(3)催化剂的基础上,采用常压微分固定床反应器对其催化CO甲烷化反应本征动力学进行了研究,以揭示反应机理和路径。在消除内外扩散的前提下,通过控制催化剂装填量和反应气体的量,将出口CO转化率控制在15%以下,从而获得不同CO/H_(2)比和不同反应温度下的CH_(4)生成速率,采用幂指数型动力学模型和双曲线型动力学模型分别进行数据拟合。基于幂指数型动力学模型计算的动力学参数结果表明,随着反应温度从260℃升高至350℃,CO甲烷化反应活化能从145.99 kJ/mol逐渐降至123.54 kJ/mol,CO的反应级数由-1.22增加至0.34,H_(2)的反应级数由0.31增加至2.28。为了进一步分析反应机理,根据不同温度下CO和H2浓度对反应速率影响程度不同,基于双曲线型动力学模型假设不同温度区间内的速控步骤并根据实验结果推导出相应的双曲线型反应速率方程,发现260~280℃下H_(2)的解离、280~310℃下CO的加氢解离、310~350℃下碳中间体的进一步加氢分别为速控步骤时,R2大于0.99,表明甲烷化反应速度控制步骤随温度变化而发生改变。

关键词： Ni基催化剂甲烷化本征动力学速控步骤流化床双曲动力学模型