纳米Cu-Zr/CeO2催化剂上转炉放散煤气自持催化燃烧的微观反应机理及稳燃机制研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    51776216
  • 项目类别：
    面上项目
  • 资助金额：
    60.0万
  • 负责人：
    宾峰
  • 依托单位：
    中国科学院力学研究所
  • 学科分类：
    E0604.燃烧学
  • 结题年份：
    2021
  • 批准年份：
    2017
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2018-01-01 至2021-12-31

项目摘要

Converter steelmaking is of great importance for national energy-saving and emission-reduction work. In order to enhance the recovery of chemical heat from the off-gas and reduce the environmental pollution, the self-sustained catalytic combustion method is proposed firstly to realize the CO conversion efficiently in this project. The purposes of this project focus on CO self-sustained combustion over nano Cu-Zr/CeO2 catalyst to obtain the structure-activity relationships from the nanometer level of catalyst, establish quantitative analysis methods of CO reactants, active species and the intermediate species contributing to CO conversion, expand the understanding about microscopic reaction mechanism from intrinsic reaction kinetics stage to self-sustained catalytic combustion stage. The operational domain and parameter sensitivity criterion in the system of CO self-sustained catalytic combustion will be also investigated, which is beneficial to designing reaction system for stable operation and thus enriching the safety control theory of CO catalytic combustion. The research results obtained will transform the off-gas treatment from the ignition induced by methane to own energy recycling, which is favor to realize bidirectional energy saving, and hence facilitate the development of energy-saving and emission-reduction in converter steelmaking.
钢铁企业是国家节能减排工作开展的重点对象之一。本项目针对转炉煤气引燃放散造成的大气污染和能源浪费问题，首次提出采用自持催化燃烧方法实现放散煤气中CO的高效转化，以达到提高转炉煤气化学热回收、减少环境污染的目的。项目基于纳米Cu-Zr/CeO2催化剂，围绕CO自持催化燃烧技术中的基础理论问题开展研究，旨在从纳米层次明确Cu-Zr/CeO2催化剂组成-结构-表/界面性质-催化性能之间的构效关系，建立CO自持催化燃烧过程中反应物、活性位及中间物种对反应贡献度的定性定量分析方法，推动CO催化燃烧微观反应机理的认识，由本征反应动力学阶段向自持催化燃烧阶段拓展；通过CO自持催化燃烧可操作域的考察及参数敏感性判据的建立，为反应系统的优化设计与稳定运行提供理论依据。研究结果为促进转炉放散煤气从所需燃气引燃到自身能量回收利用的双向节能奠定基础，有利于促进钢铁企业节能减排事业的蓬勃发展。

结项摘要

钢铁企业作为高能耗、高污染企业，是国家节能减排工作开展的重点对象之一。本项目创新性的提出自持催化燃烧的方法，实现了转炉炼钢放散煤气中CO高效转化、以及煤气化学热回收率的提高。高浓度CO催化引燃是本征反应动力学阶段向自持催化燃烧阶段的跃迁过程。本项目首先采用CuO/Ce0.75Zr0.25O2-δ高效纳米催化剂开展本征反应动力学研究，证实CuO/Ce0.75Zr0.25O2-δ催化剂上存在CuO和Cu-Ce-Zr-Oδ固溶体两种活性位点，且证实本征动力学阶段反应遵循M-K机理。在高浓度CO条件下，CO自持燃烧的催化活性取决于点火温度，遵循递减顺序CuCe0.75Zr0.25Oδ>CuCe0.75Zr0.25Oδ（H）>Ce0.75Zr0.25Oδ。在流速为100-1000vml/min时，稀薄燃烧的稳燃极限Φ分别为0.06-0.09、0.10-0.13、0.24-0.37，通过程序升温表面反应和原位红外分析，证明作为速率控制步骤，CO优先吸附在表面分散的CuO上生成羰基，然后羰基与晶格氧相互作用形成CO2释放。针对纳米催化剂构筑用于自持催化燃烧的研究目标，采用液相还原法成功地合成了不同形貌的Cu2O微米/纳米晶体，证实铜和氧在（111）上的不饱和配位和（110）晶面可以增强气态氧的相应还原性、吸附性和活化性。本研究还精确考察CuO-CeO2催化剂上CO催化点火过程中活性控制因素的变化。CO燃烧活性按CuO-CeO2>CuO>CeO2的顺序递减。除非活性CeO2外，温度升高会导致共燃，从而在CuO和CuO-CeO2上实现自持燃烧。然而，CuO提供了足够的铜位来吸附CO和丰富的活性晶格氧，从而获得比CuO-CeO2更高的热点温度。在诱导过程中，CO优先吸附在氧空位（Cu+-[Ov]-Ce3+）上，生成Cu+-[C]≡O] -Ce3+复合物。阶跃响应运行和动力学模型证明，点火后，从CO覆盖表面到活性晶格氧覆盖表面发生动力学相变。在CO自持燃烧过程中，气体的快速扩散和传质有利于处理CO的低覆盖率。CuO的活性晶格氧参与CO氧化。本项目还针对转炉放散煤气高品位余热回收利用前的高温条件，探索性的采用LaMn1-xCexO3钙钛矿催化剂研究其自持催化燃烧性能及微观反应机理。上述结果为促进转炉放散煤气从所需燃气引燃到自身能量回收利用奠定基础。

项目成果

期刊论文数量（13）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（0）
专利数量（7）
Self-sustained combustion of carbon monoxide over CuCe0.75Zr0.25O delta catalyst: Stability operation and reaction mechanism
CuCe0.75Zr0.25O δ催化剂上一氧化碳的自持续燃烧：稳定运行和反应机理
  • DOI：
    10.1016/j.proci.2018.05.114
  • 发表时间：
    2019
  • 期刊：
    PROCEEDINGS OF THE COMBUSTION INSTITUTE
  • 影响因子：
    3.4
  • 作者：
    Bin Feng;Kang Running;Wei Xiaolin;Hao Qinglan;Dou Baojuan
  • 通讯作者：
    Dou Baojuan
Cu-Ce 催化剂上 CO 催化燃烧反应机理研究进展
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2020
  • 期刊：
    洁净煤技术
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    康润宁;魏小林;宾峰;王子兵
  • 通讯作者：
    王子兵
Study on activity, stability limit and reaction mechanism of CO self-sustained combustion over the LaMnO3, La0.9Ce0.1MnO3 and La0.9Sr0.1MnO3 perovskite catalysts using sugar agent
糖剂LaMnO3、La0.9Ce0.1MnO3、La0.9Sr0.1MnO3钙钛矿催化剂CO自续燃烧活性、稳定性极限及反应机理研究
  • DOI：
    10.1016/j.fuel.2021.120289
  • 发表时间：
    2021-02-16
  • 期刊：
    FUEL
  • 影响因子：
    7.4
  • 作者：
    Huang, Junqin;Teng, Zihao;Dou, Baojuan
  • 通讯作者：
    Dou, Baojuan
Self-sustained combustion of CO with transient changes and reaction mechanism over CuCe0.75Zr0.25O delta powder for honeycomb ceramic catalyst
蜂窝陶瓷催化剂用CuCe0.75Zr0.25O δ粉末CO瞬时变化自持燃烧及反应机理
  • DOI：
    10.1016/j.fuel.2019.116637
  • 发表时间：
    2020
  • 期刊：
    Fuel
  • 影响因子：
    7.4
  • 作者：
    Kang Running;Wei Xiaolin;Ma P;ong;Bin Feng;He Junyao;Hao Qinglan;Dou Baojuan
  • 通讯作者：
    Dou Baojuan
Effects of precursor concentration on morphologies of Cu2O micro/nanocrystals and properties of CO self-sustained catalytic combustion
前驱体浓度对Cu2O微纳米晶形貌及CO自持催化燃烧性能的影响
  • DOI：
    10.1016/j.fuel.2020.119776
  • 发表时间：
    2021-01-19
  • 期刊：
    FUEL
  • 影响因子：
    7.4
  • 作者：
    Ma, Pandong;Teng, Zihao;Dou, Baojuan
  • 通讯作者：
    Dou, Baojuan

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其他文献

高碱煤燃烧过程中亚微米颗粒物PM1的生成特性
  • DOI：
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  • 发表时间：
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  • 期刊：
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    --
  • 作者：
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计及分布式电源不确定性的快速网络重构
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
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  • 期刊：
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    --
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    --
  • 发表时间：
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  • 通讯作者：
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基于博弈论的多目标配电网重构
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    2019
  • 期刊：
    电力自动化设备
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    丁阳;汪沨;宾峰;周武
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    周武
含DGs的配网多阶段故障恢复
  • DOI：
    10.16339/j.cnki.hdxbzkb.2019.04.008
  • 发表时间：
    2019
  • 期刊：
    湖南大学学报(自然科学版)
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    汪沨;丁阳;陈春;宾峰;吕建红
  • 通讯作者：
    吕建红

其他文献

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宾峰的其他基金

CO自持催化燃烧反应机理定量化及其耦合作用下的传热传质规律研究
  • 批准号：
    52176141
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    面上项目

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课题项目：调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要：

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题，其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子，其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而，TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用，影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法，探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用，为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义，并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路：

科学问题：TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达？
前期研究：已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应，但其具体机制尚不明确。
研究创新点：本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线：包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术：TRIM2与病毒RNA的相互作用分析，IFN-β启动子活性检测。
实验模型：使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
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