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非贵金属催化剂NiCoO/MoS用于电化学分解水制氢制氧的综合实验设计

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化学世界 2024年

作者：成媛媛李宗美戚洪彬中国地质大学(北京)数理学院

设计了一种非资金属催化剂NiCo2O4/MoS2的制备以及用于电化学分解水制氢制氧的综合实验。非贵金属催化剂相较于传统金属铂用于电解水反应来说具有明显优势,如价格低廉、较易制备、可大量生产等优点。在1 mol/L KOH,10 mA·cm-2的电流密... 详细信息

设计了一种非资金属催化剂NiCo2O4/MoS2的制备以及用于电化学分解水制氢制氧的综合实验。非贵金属催化剂相较于传统金属铂用于电解水反应来说具有明显优势,如价格低廉、较易制备、可大量生产等优点。在1 mol/L KOH,10 mA·cm-2的电流密度下,NiCo2O4/MoS2催化剂的阳极析氧反应（OER）和阴极析氢反应（HER）的过电位分别为271和272 mV,同时该催化剂具有良好的全解水性能,10 mA·cm-2的电流密度下的电压为1.66 V,并在10 h的全解水测试中表现出良好的稳定性,电流密度保持率为96.4%。电催化材料NiCo2O4/MoS2的制备涉及到无机化学中的金属氧化物和硫化物的制备方法;材料性能的表征涉及到分析化学中的仪器使用;电解水的原理涉及到物理化学中的电化学基础知识,因此,该综合实验适合安排在大三或大四学期进行。

关键词：电化学制氢制氧综合实验

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空间站制氧技术国外专利分析

科技视界 2024年第16期14卷 1-4页

作者：李新刚国家知识产权局专利局专利审查协作北京中心北京100160

制氧技术属于空间站再生生保系统的关键内容,与航天员的生存息息相关。文章针对国外再生生保系统制氧技术专利布局进行研究,从申请趋势、技术来源国和主要申请人三方面对国外专利申请概况进行研究,并且重点针对物化再生制氧、生物再生... 详细信息

制氧技术属于空间站再生生保系统的关键内容,与航天员的生存息息相关。文章针对国外再生生保系统制氧技术专利布局进行研究,从申请趋势、技术来源国和主要申请人三方面对国外专利申请概况进行研究,并且重点针对物化再生制氧、生物再生制氧的专利技术发展路线进行分析,为再生生保系统制氧技术的研究提供借鉴和参考。

关键词：再生生保系统制氧物化再生生物再生

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变压吸附制氧性能提升实践

冶金动力 2024年第5期 26-28页

作者：任项东蒋小林王超安徽马钢气体科技有限公司安徽马鞍山243011

介绍了真空变压吸附制氧工作原理、设计性能参数、运行控制时序及阀位调整等基本概念。通过对四塔流程优化前、后运行参数的性能对比分析,论述了时序、阀位及鼓风机进气条件对制氧性能的影响。

关键词：真空变压吸附制氧时序阀位能耗指标

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《老年家庭智能制氧产品设计》

包装工程 2024年第16期45卷 I0014-I0014页

作者：丁群江苏建筑职业技术学院建筑装饰学院徐州市工业设计学会

设计说明:氧疗逐步成为家庭保健的一种新方式,尤其当老年用户在脱离医院专业治疗后,进行以家庭环境为载体的家庭氧疗护理,达到增强运动耐力和生活自理能力、稳固病情等目的一种康养方式。该产品以用户的需求为中心,集制氧、指标检测、... 详细信息

设计说明:氧疗逐步成为家庭保健的一种新方式,尤其当老年用户在脱离医院专业治疗后,进行以家庭环境为载体的家庭氧疗护理,达到增强运动耐力和生活自理能力、稳固病情等目的一种康养方式。该产品以用户的需求为中心,集制氧、指标检测、指标监测、康复训练为一体的一款智能制氧产品。该产品自检设备包括手腕式血压计、红外体温计、伸缩式指夹血氧仪以及呼吸训练仪为主;通过无菌密封,将氧管、呼吸面罩以及相关药物试剂在良好的状态下保存,将一系列自检设备置于产品机身内,同时设计通过产品机身可翻转的操作方式,完成用户快速拿取自检设备。

关键词：生活自理能力呼吸面罩指标监测康复训练家庭保健运动耐力产品设计制氧

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六塔变压吸附制氧工艺的模拟与分析

化工学报 2023年第12期74卷 4934-4944页

作者：孔德齐张莹莹武文玲马军宋振兴张东辉张彦军天津大学化工学院化学工程研究所化学工程联合国家重点实验室天津300350 军事科学院系统工程研究院卫勤保障技术研究所天津300161

采用13X分子筛作为吸附剂,设计了一种六塔变压吸附制氧工艺,可用于中型医用制氧机。通过静态容积法测定了氮氧气体在13X分子筛上的吸附等温线,建立了六塔变压吸附工艺的数学模型,包括吸附床模型和辅助设备的数学模型。利用Aspen Adsorpt... 详细信息

采用13X分子筛作为吸附剂,设计了一种六塔变压吸附制氧工艺,可用于中型医用制氧机。通过静态容积法测定了氮氧气体在13X分子筛上的吸附等温线,建立了六塔变压吸附工艺的数学模型,包括吸附床模型和辅助设备的数学模型。利用Aspen Adsorption软件对工艺进行了数值模拟,分析了塔内的压力、温度和吸附相浓度分布。模拟结果表明,在吸附压力6 bar (1 bar=0.1 MPa)、步骤时长8 s、产品流量6 m^(3)·h^(-1)的条件下,O2产品纯度达93.83%,回收率46.85%,生产能力3.42×10^(-2) m^(3)·h^(-1)·kg^(-1)。相较于已有的两塔和四塔工艺,该工艺的回收率有所提高。探究了步骤时长、吸附压力和产品流量对氧气浓度、回收率和生产能力的影响。在4.5~7.5 m^(3)·h^(-1)的产品流量范围内,该工艺均可以制得90%以上纯度的氧气,可应用于氧气纯度需求不同的场景。

关键词：变压吸附数值模拟制氧 13X分子筛吸附剂吸附

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快速真空变压吸附制氧的排放气充压过程研究

工程科学学报 2015年第11期37卷 1513-1519页

作者：祝显强刘应书焦璐璐杨雄刘文海北京科技大学机械工程学院北京100083 江苏昊泰气体设备科技有限公司丹阳212300 北京科技大学冶金工业节能减排北京市重点实验室北京100083

测试了微型制氧吸附剂的平衡吸附特性,在此基础上选出适合快速真空变压吸附制氧的吸附剂.针对传统的单塔两步快速变压吸附制氧含量低问题,提出了提高产品气氧含量的单塔快速变压吸附制氧的排放气和原料气组合充压流程,并对该流程进行实... 详细信息

测试了微型制氧吸附剂的平衡吸附特性,在此基础上选出适合快速真空变压吸附制氧的吸附剂.针对传统的单塔两步快速变压吸附制氧含量低问题,提出了提高产品气氧含量的单塔快速变压吸附制氧的排放气和原料气组合充压流程,并对该流程进行实验研究.结果表明:在单塔快速真空变压吸附制氧过程中,采用排放气和原料气组合充压流程可以有效提高产品气氧含量.充压前排放气的压力和氧含量是影响产品气氧含量的关键参数,采取合适的排放气压力和较高氧含量的排放气可获得更高的产品气氧含量.在吸附和解吸压力分别为240 k Pa和60 k Pa时,采用排放气和原料气组合充压的快速真空变压吸附流程可获得氧体积分数90%的产品气,其产氧率为325.08 L·h-1·kg-1.

关键词：制氧快速变压吸附充压吸附剂

空气源电化学连续分离制氧(Ⅰ)：单池性能优化

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化工学报 2016年第5期67卷 2022-2032页

作者：朱晓兵张建辉李小松刘景林刘剑豪金灿大连理工大学氢能与液体燃料研究中心等离子体物理化学实验室辽宁大连116024

随着工业化进程高速发展,尤其受近期"雾霾"的影响,大气环境质量越来越受重视。空气中氧气补给是提高空气质量的关键方法之一。相对于传统制氧技术(如空气物理分离法、化学法以及水电解法等),空气源电化学连续分离制纯氧技术具有空气源... 详细信息

随着工业化进程高速发展,尤其受近期"雾霾"的影响,大气环境质量越来越受重视。空气中氧气补给是提高空气质量的关键方法之一。相对于传统制氧技术(如空气物理分离法、化学法以及水电解法等),空气源电化学连续分离制纯氧技术具有空气源分离制纯氧、能量效率高、连续运行、环境友好、安静、易规模放大等特点,可实现室内外场合应用。该技术的关键部件是质子交换膜燃料电池和固体聚合物电解质电解池(简称燃料电池和电解池)。分别考察了其单池操作条件对性能的影响,如燃料电池的操作温度、相对湿度、气体利用率和压强,以及电解池的供水方式、循环水流速、操作温度等。测试了燃料电池单池极化曲线、电化学交流阻抗谱,并计算了膜电导率和活化能。对极化曲线进行拟合得出塔菲尔(Tafel)斜率、氧还原反应交换电流密度i0以及传质影响参数m、n等基本动力学参数。结果表明,氢空燃料电池单池最优化条件为:常压条件下,操作温度为60℃,峰值功率密度可达0.42 W·cm^(-2),膜面电阻为77 m?·cm^2,膜电导率为41.4 m S·cm^(-1)。Tafel斜率受温度影响较小,在120 m V·dec^(-1)左右,但受相对湿度影响较大。相对湿度对单池性能影响显著。电解池单池最优化操作条件为:操作温度对性能影响较大且最佳为65℃,膜面电阻为1.08?·cm^2,膜电导率为11.7 m S·cm^(-1)。循环水流速对性能影响较小。供水方式的优劣次序为两极供水≈阳极供水>阴极供水。在上述实验条件下,燃料电池中Nafion®211膜和电解池中Nafion®115膜的活化能计算值分别为3.75和4.61 k J·mol^(-1)。基于燃料电池和电解池的单池电化学性能优化,研究结果可为后续的制氧机系统中电池堆的实施提供实验依据。

关键词：制氧质子交换膜燃料电池固体聚合物电解质电解池电化学分离优化

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快速变压吸附制氧动态传质系数模拟分析

化工学报 2018年第2期69卷 759-768页

作者：丁兆阳韩治洋石文荣沈圆辉田彩霞韩旸湲张东辉化学工程联合国家重点实验室天津大学化工学院天津300072

研究快速变压吸附制氧过程中的传质过程,结合实验数据对全局动态传质系数与常数传质系数进行对比模拟分析,并考察各传质阻力对传质效果的影响。结果表明:基于轴向、膜扩散和孔扩散估算的动态传质系数是有效的。膜阻力是主要阻力,其次是... 详细信息

研究快速变压吸附制氧过程中的传质过程,结合实验数据对全局动态传质系数与常数传质系数进行对比模拟分析,并考察各传质阻力对传质效果的影响。结果表明:基于轴向、膜扩散和孔扩散估算的动态传质系数是有效的。膜阻力是主要阻力,其次是轴向扩散阻力,大孔扩散阻力较小,微孔扩散阻力可忽略。在快速变压吸附中,由于气速和温度变化较快,传质系数也会有较大变化,总体趋势是传质系数随着温度和气速的升高而升高。采用恒定传质系数无法准确描述吸附塔内各个时间点、空间点上的传质行为,根据各节点状态计算出的动态估算传质系数能够与吸附塔内的行为有较好的吻合度,模型具有较高的可信性。

关键词：快速变压吸附传质制氧动态仿真动力学模型

基于MPC控制技术优化VPSA制氧工艺的模拟

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化工学报 2020年第2期71卷 669-679页

作者：邢瑞江南刘冰安亚雄汪亚燕张东辉化学工程联合国家重点实验室天津大学化工学院化学工程研究所

针对真空变压吸附制氧在gPROMS软件中建立了严格的数学模型,基于LiLSX吸附剂设计了两塔八步的真空变压吸附流程生产纯度为92%的O2。对此流程进行优化,其纯度和回收率有了明显的改进。在此基础上,引入实际生产中经常存在的如进料流量的... 详细信息

针对真空变压吸附制氧在gPROMS软件中建立了严格的数学模型,基于LiLSX吸附剂设计了两塔八步的真空变压吸附流程生产纯度为92%的O2。对此流程进行优化,其纯度和回收率有了明显的改进。在此基础上,引入实际生产中经常存在的如进料流量的变化以及吸附性能降低等扰动因素,使模拟工作更接近实际。根据产品气中O2纯度的反馈,采用模型辨识技术设计了MPC控制器,用于预测控制VPSA过程的动态行为。开环和闭环控制结果的对比显示,流程在设计的MPC控制下展现出更好的结果,这表明MPC控制策略可以明显改善空气分离制氧的生产过程。

关键词：吸附制氧 VPSA模拟优化模型预测控制