将塑料废料转化为航空燃料的方法 诸平 据美国华盛顿州立大学（ Washington State University ， WSU ） 2019年6 月 3日提供的消息，该大学的雷汉武(Hanwu Lei 音译 )博士与中国华东理工大学（East China University of Science and Technology）以及美国明尼苏达大学（University of Minnesota ）的科研人员合作，完成了利用废塑料制造航空燃料的研究。雷汉武博士和他的研究团队一直致力于为塑料垃圾寻找新出路。他们发现了一种将日常塑料垃圾转化为航空燃料的方法。相关研究结果于 2019 年 5月20 日已经在《应用能源》 ( Applied Energy ) 杂志网站发表— — Yayun Zhang ， Dengle Duan, Hanwu Lei, Elmar Villota, Roger Ruan. Jet fuel production from waste plastics via catalytic pyrolysis with activated carbons . Applied Energy ， Volume 251 , 1 October 2019, 113337. DOI: 10.1016/j.apenergy.2019.113337 在论文中，雷汉武等人他们用活性炭在高温下融化塑料垃圾，可以生产航空燃料。雷博士是华盛顿州立大学生物系统工程系的副教授，他说：“废弃塑料是一个世界性的大问题”，他们的研究成果“是一种很好的、相对简单的回收塑料的方法。” 具体说，此项成果是如何工作的呢？ 在实验中，雷博士和他的同事们测试了低密度聚乙烯，并混合了各种废旧塑料产品，比如水瓶、奶瓶和塑料袋，然后把它们磨碎到大约 3 mm（ 大约一粒米那么大） 的小颗粒。 然后将塑料颗粒置于活性炭管反应器中，置于 430～571 ℃的高温下。实际上碳是一种催化剂，能够加速化学反应而不被反应所消耗。雷博士说：“塑料很难分解，必须添加催化剂来帮助打破其化学键。塑料中含有大量的氢，而氢是燃料的关键成分。” 一旦碳催化剂完成了它的工作，即可被分离出来，在下一批废塑料转化中再利用。催化剂失去活性后也可以再生。在不同温度下测试了几种不同的催化剂后，他们得到了 85% 的航空燃料和 15% 的柴油的混合物。 环境影响 根据美国环境保护署 ( Environmental Protection Agency ， EPA ) 的数据， 2015 年美国的垃圾填埋场接收了 2600 万吨塑料，最新的统计数据可以直接浏览 EPA 网站。美国 EPA 利用美国化学委员会和美国 聚对苯二甲酸乙二 酯 （ polyethylene terephthalate , PET ）容器资源协会的数据，来衡量塑料的回收利用。 2015 年回收塑料总量相对较少，为 310 万吨，回收率为 9.1% ，但某些特定类型塑料容器的回收利用更为显著一些。 2015 年 PET瓶瓶回收率为29.9% ， HDPE瓶回收率为30.3% 。 2015年美国城市生活垃圾塑料燃烧总量为540 万吨。这只是当年 所有垃圾焚烧与能源回收的 15.9% 。 2015 年，美国的垃圾填埋场接收了 2600 万吨塑料。这占填埋场所有都市固体废物的 18.9% 。而且中国最近已经停止接受来自美国和加拿大的回收塑料。据科学家保守估计，全球每年至少有 480 万吨塑料进入海洋。可见，解决塑料污染问题，迫在眉睫，刻不容缓。 雷汉武等人的这种新工艺不仅能减少环境污染，而且可以避免浪费资源，关键是生产出来的东西很少被浪费掉。 雷博士说： “我们可以从我们测试的塑料中回收几乎 100% 的能量，生产的这种燃料质量非常好，产生的副产品气体质量高，也很有用。”他还说，“这个过程的方法很容易扩展。它可以在大型设施中使用，甚至可以在农场中使用，在那里农民可以将废塑料垃圾转化为柴油。要想得到航空燃油，就必须把生产出来的产品进行分馏才能分开，否则他们的混合物就只能作为柴油使用了。”更多信息请注意浏览原文或者相关报道。 Highlights •Catalytic pyrolysis of waste plastics over activated carbon catalyst was studied. •Up to 100% of obtained liquid compounds belonged to jet fuel-range hydrocarbons. •Alkanes and aromatics rich liquid products could be selectively achieved. •P-containing function groups could promote aromatization reactions. Abstract With the increasing amount of waste plastics being used domestically and industrially, the disposition of those being not reusable is a challenging task. Herein, the catalytic pyrolysis of waste plastics over seven types of commercial and home-made activated carbons was studied in a facile tube reactor. A central composite experimental design was further adapted to optimize the reaction conditions and up to 100 area% of the obtained liquid components belonged to jet fuel-ranged hydrocarbons, in which alkanes and aromatics accounted for 71.8% and 28.2%, respectively. Experiment results revealed that these activated carbons although generated via various physical and chemical activation processes could all exhibited excellent catalytic performance in converting low-density polyethylene into jet fuel and H 2 -enriched gases. Properties of activated carbons were also characterized by scanning electron microscope, Fourier transform infrared spectrometer, nitrogen gas adsorption, and chemical adsorption. It can be concluded that the acidity was a critical factor in determining the catalyst activity, where jet fuel-ranged alkanes and aromatics were favored by using activated carbons of weak and relevant strong acidity, respectively. Rising catalytic reaction temperature could enhance the aromatization of alkanes to increase the percentage of aromatics and release more hydrogen molecules. In addition, the production of jet fuel was also achieved from daily waste plastics, which was also confirmed by nuclear magnetic resonance analysis. The present work offers a novel route of converting waste plastics directly into transportation jet fuel.
高压气体（20MPa）在多孔介质的吸附现象在吸附领域已有大量报道。但是由于实验设备的限制，在准确测量高压气体吸附的等温吸附曲线，还存在很多问题。具体的表现形式之一就是： 高压条件下，气体的在不同温度条件下的等温吸附曲线是否会表现出交叉现象。本文特附上一些参考文献，供大家共同学习，交流，探讨。 （1）等温吸附曲线交叉（人工合成材料；最大压力50MPa）： 1 Thermodyanmic description of excesss isothemrs of Methane Argon and Nitrogen.pdf 2 High pressure adsorption equilibria daa.pdf 3 High pressure adsorption of hydrogen nitrogen and CO2 Methane.pdf （2）等温吸附曲线不交叉（页岩；最大压力35MPa） 1 Geological models of gas in place of the Longmaxi shale in southeast China.pdf 2 Methane in shale.pdf
近来论坛有些冷清，我来抛砖引玉，大家多多交流，有交流才有进步嘛。 这次我要说的是我们近期的一部分亮点工作，也是先前我在回帖里提到“发表后即来详细描述”的部分。 这还要从张芳博士的帖子说起，话说张博士发现了活性炭是个好材料，我们也迷上了这东西，后来事实证明，活性炭优于Pt。这个看起来有点不符合常理，一小撮Pt能换好几麻袋活性炭，这是什么情况（太极12345看多了）？ 实际上，目前MFC空气阴极之所以不能应用的一个最大问题是成本，谁都不可能把大把的白金扔在污水厂中。污水中的成分还可能导致Pt失活（比如硫化物, Feng et al., Biosen. Bioelectron. 2012, 35(1): 413-415）。Pt的替代催化剂有很多，比如Fe系，Co系，Mn系.....过渡金属都不错，可是，它们的成本还是有点贵，而且有些金属催化的是二电子反应，就是说，生成中间产物H2O2。高级氧化的童鞋们飘过吧.....最早的活性炭阴极应该是张芳的09年那篇电化学通讯（可以搜索本版，有她的一个总结精华帖）。我们的工作是提出了辊压制作活性炭阴极的方法（Water Res., 2012, 46: 5777-5787）。具体的方法看起来比较复杂，有人跟我说，看到那个流程图就头大，实际上仔细看明白了，比涂刷法简便很多的。简单来讲就是用不锈钢作为基体材料，将碳黑和PTFE按照3:7（开始是4:6，后来发现三七开更好一些）的质量比（我们论文里都是质量比，PTFE质量是60%乳液的质量，可用密度换算成体积）活成面团，做过饭的同学这里有优势（手感很弹，很Q）。然后用辊压机压成一定厚度的薄膜，然后压在不锈钢网上，加热，获得了空气扩散层。传统方法这里可是要烧1个碳基层和4个扩散层的哦。另外一面用同样的方法辊压活性炭与PTFE质量比为6:1的催化层，烧一下，就ok了，做完了。就这么简单。WR的论文里，最让我们骄傲的就是图6，LSV中活性炭阴极比Pt-Nafion阴极好那么多，而且重现性一目了然啊，我们当时得到这个结果的时候非常兴奋，Power值可以达到802mW/m2. 有人会说，现在power都已经上升到多少k了，你还不到1k呢。大家要注意，我这些测试阳极用的都是二维的碳纤维布（Wang et al., Environ. Sci. Technol., 2009, 43: 6870-6874），电极间距4cm，如果用刷子阳极外加2cm的间距，power值大家可以试试。 接下来我们改进了制作工艺，严格上来说简化了制作工艺，催化层做好后不烧，power值达到1086mW/m2（J Power Source, 2013, in press, just accepted）。这篇文章真的是几经沧桑，开始投到EST，审稿人说，前面那篇WR还没收录呢，这篇工作没有基础，不能发表，灭掉。结果我接到退稿信的那天，第一篇WR接收了。无奈转投WR，经历了2个半月的审稿，意见是9个审稿人都表示审不了，于是乎这篇变成了不符合WR要求的稿件。最后转往JPS，还差点因为the和a的故事被拒之门外，唉，血泪史，不说了，说正题。我们这篇的特色在于引入了压汞分析、表面接触角和介孔全分析，发现催化层加热后疏水性增强，不利于质子的迁移。而且加热后PTFE和碳粉间的孔隙减少，不利于气体和质子的传输。而扩散层不加热无孔，加热后则出现了多孔的疏松结构，利于O2的传导。为何加热对催化层和扩散层会有相反的效果，参见我们的JPS论文。 最后，我们用旋转圆盘电极分析了XC-72（普通碳），活性炭和超级电容活性炭的氧还原转移电子数，并对照了其压成催化层后转移电子数的变化，发现辊压形成的PTFE-碳-溶液三相界面提高了氧还原转移电子数，而用Nafion粘结后，Pt转移电子数降低，充分说明了辊压的必要性。阴极性能不在于用不用Pt，用多少Pt，而是如何创造最优的氧还原三相界面。就算你用Pt，界面问题处理不好，到头来还不如用碳的。原理大致如此。结合介孔分析和压汞分析，初步确定氧还原发生的位点在小于2nm的活性炭微孔内，此外，power值进一步提升到1355mW/m2，细节内容参见Environ. Sci. Technol., 2012, 46, 13009-13015。成本由1400美元/m2降低到30美元/m2，可以说已经具备应用的条件了。这里再次重申，不同反应器的power值并不能简单比较。 我师弟的研究还没有发表，他发现这种辊压阴极能承受3m的水压，不漏水。 先讲这么多吧，什么时候有空我再讲点阳极方面的工作。 最后感谢为上述研究工作付出辛勤汗水的董恒同学（论文第一作者），她的智慧和刻苦工作是本研究得以完成的必要条件。 此外，还要一并感谢一起奋斗的彭新红同学，高宁圣洁同学，等等，一并谢之。 相关的研究论文如下： Dong H, Yu H, Wang X, Zhou Q, Feng J. A novel structure of scalable air-cathode without Nafion and Pt by rolling activated carbon and PTFE as catalyst layer in microbial fuel cells. Water Res., 2012, 46: 5777-5787. Dong H, Yu H, Wang X. Catalysis kinetics and porous analysis of rolling activated carbon-PTFE air-cathode in microbial fuel cells. Environ. Sci. Technol., 2012, 46, 13009-13015. Dong H, Yu H, Yu H, Gao N, Wang X. Enhanced performance of activated carbon-polytetrafluoroethylene air-cathode by avoidance of sintering on catalyst layer in microbial fuel cells. J. Power Sources, 2013, in press. 本文转自中美环保科技交流论坛： http://www.cespn.net/bbs/forum.php?mod=viewthreadtid=17365extra=page%3D1
就是采用活性炭在 a bubbling fluidized bed 中研究脱汞的效果。研究了 inert particle sizes, bed masses, fluidization velocities and carbon feed rates 四个影响因素。结果就是表明 a bubbling fluidized bed 效果好点。
燃煤的汞排放由于其高挥发性和高毒性近年来受到人们的广泛关注，活性炭吸收已经被证明是一种有效的汞控制方法， with high cost limit 。 The renewable bioresource of bamboo 包含了活性炭的重要前驱体，并且 bamboo charcoal(BC) 可能可以作为一种低成本的吸附剂用于汞吸收。 BC 的吸收的可能性以及采用 H2O2 改性的 BC 对吸收元素汞采用的实验室规模的床体进行了吸收参数的研究。孔结构以及表面化学对吸收的影响效果通过 BET,XPS 手段进行研究。结果显示采用 BC 材料是一种很好的潜在的汞吸附剂，尤其是采用 H2O2 改性的。 H2O2 改性改变了 BC 材料的物理和化学属性，使其甚至在较高的温度下可以更有效的吸收汞。随着 H2O2 量的增加，增强的吸附效果更加明显。 我都觉得是 H2O2 的作用了 …..
Journal of Power Sources Article in Press, Accepted Manuscript - Note to users doi:10.1016/j.jpowsour.2011.02.041 | How to Cite or Link Using DOI Copyright 2011 Published by Elsevier B.V. Permissions Reprints Capacitance Improvement of Supercapacitor Active Material Based on Activated Carbon Fiber Working with a Li-ion Containing Electrolyte Tsutomu Takamura a , , , Youh Sato b and Yuichi Sato b a Department of Applied Chemistry, Harbin Institute of Technology, West Dazhi Road, Harbin 150001, China b Department of Applied Chemistry, Kanagawa University, Rokkakubashi, Kanagawa-ku, Yokohama 221-8686, Japan Received 10 August 2010; revised 2 February 2011; accepted 17 February 2011. Available online 24 February 2011. Abstract In an attempt to provide a favorable active material of Li+ supercapacitor for HEV use, we modified the surface of an activated carbon fiber felt by coating with some transition metal oxides after mild-oxidation treatment. Major source of enhancing capacitance is attributed to be due to the nano-ionics mechanism proposed by Maier and coworkers. Cyclic voltammetry and constant current charge-discharge performance were examined for the surface modified samples in view of power capability. The oxides of Ag, Cu, Pd, and Sn were found effective to enhance the capacitance and high rate charge/discharge performance. The cycleability test was performed as well. Key words: Supercapacitor active material; Activated carbon fiber; Capacitance enhancement; Surface modification; Coating of transition metal oxide;Nano-ionics mechanism
由于水和VOCs的竞争吸附,会严重影响VOCs在活性炭上的吸附性能,与此同时，活性炭也可以作为湿度控制材料使用，其优点在于脱附能耗（相对于分子筛及硅胶等创传统除湿材料）比较小，因此,近年来,关于水在活性炭上吸附的试验及模拟研究很多。其中模拟研究以北卡罗来纳州立大学化工系的Gubbins, K. E.教授为代表,而实验研究以 纽约城市大学的 Bandosz, T. J.以及澳大利亚昆士兰大学的D. D. Do教授和H. D. Do教授为代表。 影响水在活性炭上吸附和脱附性能的主要因素是活性炭的表面基团种类及孔隙结构，本文，通过对活性炭的氧化还原改性，及先氧化后还原改性等方法，改变活性炭表面的酸碱基团含量及孔隙结构，结果发现：活性炭在H2氛围内比在N2氛围可以脱除更多的含氧基团，尤其以先氧化后在H2氛围内还原的活性炭脱除含氧基团效果最好，改性后的活性炭在低湿度下的吸湿能力及脱附活化能均明显下降。值得注意的是，经过先氧化后在H2氛围内还原改性的活动性炭的孔容有明显提高，所改性的活性炭在高湿下的吸湿能力明显增强，但脱附能耗也比较小，这种改性材料将比较适合在中高湿度下用作湿度控制材料。 文章接受在ACS的Journal of Chemical Engineering Data杂志上发表，已于6月10日可以在线阅读，具体见下面连接： http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/je100024r
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