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Ni-Al掺杂的钙基热化学储热循环性能研究

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中国电机工程学报 2024年

作者：丁历威陈冬吕洪坤侯成龙国旭涛黄泰格肖刚祝培旺浙江省清洁能源与碳中和重点实验室(浙江大学) 国网浙江省电力有限公司电力科学研究院

以CaCO3/CaO可逆反应为基础的钙基热化学储热具有能量密度高、成本低、储存时间长等特点，是下一代CSP技术的储热方案之一。在储、放热循环过程中，钙基的反应活性会迅速降低，制约了它的进一步应用。为了改善这一问题，本文通过溶胶凝... 详细信息

以CaCO3/CaO可逆反应为基础的钙基热化学储热具有能量密度高、成本低、储存时间长等特点，是下一代CSP技术的储热方案之一。在储、放热循环过程中，钙基的反应活性会迅速降低，制约了它的进一步应用。为了改善这一问题，本文通过溶胶凝胶法和球磨法制备了掺杂NiAl2O4的改性钙基储热材料，系统研究了NiAl2O4掺杂对钙基储热循环稳定性和储热/放热过程中反应性能的影响。实验结果表明：NiAl2O4掺杂对提升CaCO3/CaO循环稳定性起到显著的作用，20次循环时的放热效率可达84%以上，其中，当掺杂摩尔比为100:6:12(Ca:Ni:Al)时，改性材料展现出了最佳的稳定性，20次循环时的放热效率为88.7%，是未改性的1.6 倍；在反应温度750℃的煅烧-碳酸化等温循环过程中，NiAl2O4掺杂可以提升反应速率，促使碳酸化反应更早开始，减少反应时间。结合表征结果，提出了掺杂NiAl2O4改善钙基循环稳定性的反应过程：NiAl2O4均匀分布在钙基材料表面，可以有效抑制钙基的团聚，从而减缓循环性能的衰减，改善CaCO3/CaO在储、放热循环过程中的反应性能。

关键词： CaCO CaO 热化学储热循环稳定性

融合学科逻辑和学生认知逻辑的“热化学”单元教学研究

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化学教学 2024年第3期 33-39页

作者：武衍杰王秀红福建省厦门第一中学福建厦门361000 东北师范大学化学教育研究所吉林长春130000

单元教学逻辑的建构既要关注学科逻辑又要兼顾学生认知逻辑。以选择性必修“热化学”教学内容为例,基于学科视角抽提形成“热化学”特征的思维方式、建构具有实质联系的学科内容体系;基于学生视角分析“热化学”学习进阶路径、提取关注... 详细信息

单元教学逻辑的建构既要关注学科逻辑又要兼顾学生认知逻辑。以选择性必修“热化学”教学内容为例,基于学科视角抽提形成“热化学”特征的思维方式、建构具有实质联系的学科内容体系;基于学生视角分析“热化学”学习进阶路径、提取关注学生认知的内容组织形式。在平衡“学科”和“学生”的基础上,设计促进学生学科理解的选择性必修“热化学”单元教学逻辑和核心问题,取得较好的教学效果。

关键词：热化学学科逻辑学生认知逻辑单元教学化学学科理解

融合学科逻辑和学生认知逻辑的“热化学”单元教学研究

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农林业固废超临界水热化学制氢进展——反应机理

中学化学教与学 2024年第7期

作者：武衍杰王秀红

单元教学逻辑的建构既要关注学科逻辑又要兼顾学生认知逻辑。以选择性必修“热化学”教学内容为例，基于学科视角抽提形成“热化学”特征的思维方式、建构具有实质联系的学科内容体系；基于学生视角分析“热化学”学习进阶路径、提取关... 详细信息

单元教学逻辑的建构既要关注学科逻辑又要兼顾学生认知逻辑。以选择性必修“热化学”教学内容为例，基于学科视角抽提形成“热化学”特征的思维方式、建构具有实质联系的学科内容体系；基于学生视角分析“热化学”学习进阶路径、提取关注学生认知的内容组织形式。在平衡“学科”和“学生”的基础上，设计促进学生学科理解的选择性必修“热化学”单元教学逻辑和核心问题，取得较好的教学效果。

关键词：热化学学科逻辑学生认知逻辑单元教学化学学科理解

来源：人大复印报刊资料评论

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西安交通大学学报 2023年第2期57卷 1-14页

作者：郭烈锦王乐黄勇杜明明葛晖刘兆峥陈渝楠西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室西安710049

超临界水热化学制氢技术采用超临界水作为介质,通过热化学的方式将农林业固废中的有机成分转化成富氢气体,是一种非常具有前景的农林业固废能源化利用技术。本文主要围绕反应机理对该技术展开了系统的分析,介绍了超临界水的特殊物理化... 详细信息

超临界水热化学制氢技术采用超临界水作为介质,通过热化学的方式将农林业固废中的有机成分转化成富氢气体,是一种非常具有前景的农林业固废能源化利用技术。本文主要围绕反应机理对该技术展开了系统的分析,介绍了超临界水的特殊物理化学性质;研究了超临界水在整个农林业固废热化学反应过程中的反应机理以及主要生物质组分,例如纤维素、半纤维素、木质素和氨基酸在超临界水中的不同降解机理和路径;针对不同的反应条件,在一定范围内提高温度、降低浓度和延长停留时间均能显著提高制氢性能,但是同时会增加系统的运行成本,而压力的变化对反应结果影响不大。对不同催化剂分析结果表明,碱金属均相催化剂在生物质的气化中虽然能够发挥显著的催化作用,但是同时会加剧设备的腐蚀问题和堵塞问题;非均相催化剂具有高催化活性、高热稳定性、无腐蚀性及易于回收等优点,更适合应用于工业规模的超临界水热化学制氢系统。未来研究重点方向为:对于不同有机组分机理研究的定量描述;灰分之间相互反应以及灰分与催化剂之间反应的机理研究;进一步研究催化剂的失活机理和明确催化剂的添加量问题。

关键词：农林业固废超临界水热化学制氢技术

卤代芳香族羧酸与含氮配体合成镧系配合物的结构、热化学和荧光性质

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物理化学学报 2023年第1期39卷 56-66页

作者：王晨璐宿素玲任宁张建军河北师范大学分析测试中心化学与材料科学学院石家庄050024 河北省特种设备监督检验研究院石家庄050000 邯郸学院化学化工与材料学院河北省杂环化合物重点实验室河北邯郸056005

采用室温溶液挥发法合成了五种结构新颖的镧系配合物,其结构通式为[Ln(2,4-DFBA)3(phen)]2(Ln=Sm 1,Eu2,Er 3,2,4-DFBA为2,4二氟苯甲酸的简写,phen为1,10-菲啰啉的简写),[Ln(2-Cl-6-FBA)2(terpy)(NO3)(H2O)]2(Ln=Tb4,Dy 5,2-Cl-6-FBA为2-氯-6-氟苯甲酸的简写,terpy为2,2’:6’2’’-三联吡啶的简写)。五个配合物可以分为两个系列,使用不同的镧系离子作为中心离子。通过X射线单晶分析,5种配合物均属于单斜晶系,空间群为P21/n。配合物1,2和配合物3虽然具有相同的分子通式,但配位方式明显不同,形成了前者为9配位的松饼型,后者是8配位的双帽三棱柱几何构型。二维面状超分子结构的形成方式也明显不同,区别在于配合物1和2通过微弱的π-π堆积作用形成。配合物4和5是同构的,结构中引入了硝酸根离子较为有趣,通过C―H···F氢键和π-π堆积作用形成二维面状超分子结构。在299.25–1073.15K温度下对配合物1–5通过热重-微分热重-差示扫描量热/红外光谱(TG-DTG-DSC/FTIR)联用技术进行热分解机理的研究。测定了配合物1,2,4,5的固体荧光,特征过渡峰位于^(4)G_(5/2)→^(6)H_(5/2),^(4)G_(5/2)→^(6)H_(7/2),^(4)G_(5/2)→^(6)H_(9/2)(1),^(5)D_(0)→^(7)F_(0),^(5)D_(0)→^(7)F_(1),^(5)D_(0)→^(7)F_(2),^(5)D_(0)→^(7)F_(3),^(5)D_(0)→^(7)F_(4)(2),^(5)D_(4)→^(7)F_(6),^(5)D_(4)→^(7)F_(5),^(5)D_(4)→^(7)F_(4),^(5)D_(4)→^(7)F_(3)(4),和^(4)F_(9/2)→^(6)H_(15/2),^(4)F_(9/2)→^(6)H_(13/2)(5),均表现出镧系离子的特征过渡峰。此外,还对配合物2和4进行了荧光寿命的研究,其荧光衰减时间分别为1.288和0.648 ms。

关键词：镧系配合物超分子结构热化学三维红外荧光性质

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市政污泥热化学处置中磷元素形态转变与回收利用研究进展

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化工进展 2023年第2期42卷 985-999页

作者：王毅斌冯敬武谭厚章李良钰西安交通大学热流科学与工程教育部重点实验室陕西西安710049

我国市政污泥产量即将突破9000万吨,无害化、减量化和资源化处置非常迫切。干污泥中磷元素含量占2%~6%,回收磷资源的潜力巨大,其可以减少有限磷矿的消耗,缓解全球磷危机。本文从污泥处置技术、脱水污泥中磷元素含量与形态、热化学(热解... 详细信息

我国市政污泥产量即将突破9000万吨,无害化、减量化和资源化处置非常迫切。干污泥中磷元素含量占2%~6%,回收磷资源的潜力巨大,其可以减少有限磷矿的消耗,缓解全球磷危机。本文从污泥处置技术、脱水污泥中磷元素含量与形态、热化学(热解、焚烧、气化和水热炭化)处理中磷元素形态转变、污泥灰/炭中磷元素回收方法和含磷矿物的植物可吸收性五个方面对污泥中磷资源回收与利用展开论述,详细对比分析了温度、添加剂成分、掺混燃料种类等因素对热处理产物中磷元素形态的影响。最后,归纳分析了热处理产物中磷元素的回收工艺和不同因素的影响以及含磷矿物的植物可吸收性,以期为我国未来污泥资源化利用提供参考。

关键词：市政污泥磷元素热化学回收

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太阳能热化学反应器多场耦合及协同优化研究

太阳能学报 2022年第9期43卷 527-534页

作者：王沛李嘉宝周领刘德有河海大学能源与电气学院南京211100 可再生能源发电技术教育部工程研究中心南京210098 河海大学水利水电学院南京210098

以太阳能高温热化学反应器作为研究对象,针对甲烷还原氧化铈分解水制氢的两步法热化学循环过程,建立耦合光学、流动与传热、化学反应动力学及组分输运的多物理场模型,与实验结果对比验证模型精确性;研究各场之间的耦合机制及其对提升太... 详细信息

以太阳能高温热化学反应器作为研究对象,针对甲烷还原氧化铈分解水制氢的两步法热化学循环过程,建立耦合光学、流动与传热、化学反应动力学及组分输运的多物理场模型,与实验结果对比验证模型精确性;研究各场之间的耦合机制及其对提升太阳能燃料转化效率的影响机理,提出太阳能反应器内的光-热-化学过程之间的协同优化方法。结果表明:甲烷氧化放热与氧化铈还原吸热互相作用使得催化剂温度存在波动;提高催化剂质量,同时辅以适当的光功率与反应物流量,反应物产率可得到进一步提升,太阳能-化学能转化效率最大可达到38.75%。

关键词：太阳能热化学反应器数值模拟多场耦合

适合于太阳能热发电的锰铁锂复合金属氧化物储热特性与热化学反应机理

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太阳能学报 2022年第11期43卷 119-124页

作者：肖刚彭记康袁鹏向铎倪明江浙江大学能源清洁利用国家重点实验室杭州310027

提出在锰基氧化物中添加Fe_(2)0_(3)和Li_(2)0,构建锰铁锂三元复合金属氧化物,降低热化学储热反应温度,更好地满足新一代太阳能热发电系统需求。实验发现,与Mn_(2)O_(3)相比,新生成的Li_(2)FeMn_(3)O_(8)复合氧化物的还原反应初始温度由... 详细信息

提出在锰基氧化物中添加Fe_(2)0_(3)和Li_(2)0,构建锰铁锂三元复合金属氧化物,降低热化学储热反应温度,更好地满足新一代太阳能热发电系统需求。实验发现,与Mn_(2)O_(3)相比,新生成的Li_(2)FeMn_(3)O_(8)复合氧化物的还原反应初始温度由773℃降低至622℃;还原反应活化能从797.10 kJ/mol降低至132.44kJ/mol;氧化反应由难以进行,变为从590℃开始进行;氧化放热量增至209.40 kJ/kg;经过105次循环后仍保持良好的循环反应稳定性。

关键词：热化学金属氧化物反应动力学储热温度锰铁锂

钴铜锂复合金属氧化物热化学储热温度调控特性研究

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太阳能学报 2023年第1期44卷 114-118页

作者：袁鹏彭记康肖刚浙江大学能源清洁利用国家重点实验室浙江大学青山湖能源研究基地杭州310027 浙江省清洁能源与碳中和重点实验室嘉兴314031

提出通过掺杂的方法,调控复合金属氧化物的热化学反应温度,试验结果表明钴铜锂三元复合氧化物的还原起始反应温度可从850℃降低到795℃,氧化反应起始温度也可降低35~50℃。XRD和反应动力学分析表明,复合相CoLiO2的出现使还原反应活化能... 详细信息

提出通过掺杂的方法,调控复合金属氧化物的热化学反应温度,试验结果表明钴铜锂三元复合氧化物的还原起始反应温度可从850℃降低到795℃,氧化反应起始温度也可降低35~50℃。XRD和反应动力学分析表明,复合相CoLiO2的出现使还原反应活化能均值从911 kJ/mol降低到602 kJ/mol,这是反应温度降低的主要原因。经过105个循环后,钴铜锂三元复合氧化物的氧化还原反应循环的比例仍保持在80%以上。

关键词：热化学储热反应动力学金属氧化物温度调控