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我国是以煤炭为主要能源的国家,煤炭作为一种战略资源在我国经济发展中具有特别重要的地位。但是目前煤炭在使用上存在利用率低,污染严重等缺点。那么发展洁净煤技术,提高煤炭利用效率、减少污染物排放对我国国民经济发展具有重要的现实意义。本论文研究煤高效清洁利用(重整制氢)的电化学新方法,是一种新型的洁净煤技术,其原理是通过电解煤浆将煤炭重整,阴极制备高纯氢气,阳极得到烷烃,烯烃,羧酸,腐植酸等有经济价值的产品。这一新型技术,同时兼有煤的清洁高效综合利用和新制氢方法开发的两大能源主题。
本文对煤电氧化这一新的技术进行了研究,主要致力于提高煤电氧化的产品转化率研究。首先,选择Ti作为催化电极制备的基体,利用电沉积的方法成功地制备了Ti/FePt催化电极,测试了其形貌,结构等对电极性能的影响,实验结果表明对煤的电氧化具有较高的催化活性。同时利用热分解以及高温条件下氢气还原的方法,制备了一系列钛基铂铁电极,XRD,EDS分析表明,催化层中形成了FePt,Pt3Fe,(Pt,Fe)合金相,但也有单质铂,铁氧化物掺杂。其对煤电氧化的催化性能与铂铁比例密切相关。其中,铂铁比例为1:1时,催化活性最高。
然后研究了硫酸,盐酸,高氯酸体系中煤的电氧化情况,电流大小:高氯酸>盐酸>硫酸。硫酸,盐酸体系中,阴极反应只有析氢反应,在高氯酸体系中,除了析氢反应外,电解质也参与反应。虽然盐酸,高氯酸电解质易于煤的氧化,但是仍然存有缺点,盐酸溶液对电极腐蚀较大,高氯酸电解质需要消耗电解质,增加了成本。研究了三价铁,铁氰化钾,氯化钾,溴化钾四种催化剂对煤电氧化速率的影响,其中三价铁,铁氰化钾对于提高煤电氧化的电流较为明显,溴化钾.氯化钟次之。通过实验得出:溴化钾对煤电氧化电流的提高主要是受间接氧化机理影响,而氯化钾主要是受吸附机理影响。
最后利用GC-MS测试了煤电氧化前后的气,液,固三相的萃取组分,气体产品主要成分为二氧化碳,一氧化碳,和少量的烷烃,烯烃.液体部分主要是一些带有支链的链状烷烃,以及环烷烃,固体部分主要是一些芳香族化合物及其衍生物。利用循环伏安曲线和极化曲线探讨了煤的电氧化动力学过程,红外光谱测试了煤中各官能团,利用元素分析测试了电氧化前后煤颗粒中碳、氢、氧、氮、硫元素的质量变化,结合GC-MS产物分析,初步建立了不加催化剂时煤的电氧化模型。