评选|《洁净煤技术》2023年度优秀论文初选

来源：洁净煤技术

《洁净煤技术》2023年度优秀论文评选活动旨在促进洁净煤技术领域科学成果的传播与推广，增强洁净煤技术前沿技术的交流与互动。本届优秀论文评选采用专家评审与读者投票相结合的方式，从本刊2022年正式刊出的论文中，遴选30篇论文入围本轮投票，根据综合得票确定20篇获奖论文。

希望喜欢支持《洁净煤技术》的读者，关注并参与本次活动，积极转发投票页面，选出您心目中的《洁净煤技术》2023年度优秀论文。

行业视野: 洁净煤技术
类别; 153个
关键词; 149位
专家; 30篇
论文; 25486IP
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低温等离子体协同催化技术处理VOCs研究综述

作者(Author)：韩丰磊, 季纯洁, 张子琦, 朱一凡, 李丹丹, 张婷婷, 周硕, 郭雯雯

摘要：针对浓度较低、流量较大的挥发性有机化合物（VOCs）的治理，传统处理技术在技术和经济上存在一定局限性，达不到预期结果。而低温等离子体（Non-Thermal Plasma，NTP）技术在处理VOCs方面具有反应器处理费用少、反应器结构简单、适用范围广、反应条件温和等优点，近年来受到广泛关注。单独等离子体降解VOCs存在O3、NO2、有机副产物众多等问题，易对环境造成二次污染。低温等离子体协同催化降解VOCs体系对于提高VOCs降解率、降低反应系统能耗、减少有害副产物产生均有显著作用。详细介绍了NTP协同催化降解VOCs技术，总结了NTP协同催化降解VOCs的影响因素、不同催化体系和放电类型对降解率的影响，对等离子体技术降解VOCs机理及低温等离子体协同催化降解VOCs的机理进行了推断，并阐述了等离子体技术与催化剂催化在降解VOCs方面产生的协同作用，最后对该技术进行了展望。目前单一处理技术很难满足VOCs的处理要求，普遍采用多种技术耦合的方式进行处理。近年来学者将低温等离子体技术与催化技术联合，对提高VOCs降解率、降低反应系统能耗、减少有害副产物产生均有显著作用，该技术具有可行性和研究价值。目前研究集中于催化剂与低温等离子体的复合方式、催化剂种类、工艺参数等因素对污染物的降解效果，研究不深入。等离子体技术仍存在矿化率较低、副产物多等缺点，如等离子体内反应后会产生NOx、臭氧等副产物，形成二次污染。由于气体放电产生的低温等离子体中活性自由基种类繁多，降解VOCs的化学反应过程复杂，关于低温等离子体与催化协同的作用机理还不明确，尤其是等离子体降解VOCs的分子动力学基础理论还有待进一步研究。因此，应立足本质安全，着眼于工业应用，提出一套适于低温等离子体协同催化治理VOCs工艺特性的安全评价理论、方法与工具，对整个工艺体系开展全方位的危险性辨识与风险评价，确定可能的安全隐患，并给出改善举措，最大限度降低工艺流程设计中的不合理选择与缺陷，从根本上达到安全工业应用的目标。

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洁净煤技术

2022年第02期

787

395
生物炭材料吸附VOCs研究进展

作者(Author)：黄钰坪, 王登辉, 惠世恩, 刘长春

摘要：挥发性有机化合物（VOCs）因其对生态环境和人类健康的严重危害而受到广泛关注。VOCs处理技术主要有焚烧法、冷凝法、吸附法和催化氧化法等，其中，吸附法以成本低、效果稳定、吸附剂可再生等优点被认为是一种高效、经济的处理手段。生物炭是一种绿色环保、廉价易得的炭质吸附材料，近年研究较多。介绍了生物炭基本吸附特性，对比不同制备和改性方法的优劣，重点分析了比表面积、孔隙特性和官能团等因素对生物炭吸附VOCs的影响，讨论了生物炭吸附VOCs的机理。生物炭原料来源广泛，原料种类、含量和成分差异都会影响生物炭的结构性质，从而影响其吸附能力。生物炭具有丰富的官能团和复杂的孔隙结构，一般采用常规热解方法在适当温度下制备的生物炭产率较高，结构性能较好。现阶段对生物炭改性效果显著的方法包括物理改性和化学改性，且生物炭改性后具备很高的VOCs吸附性能。通常生物炭比表面积越大，吸附性能越好；孔径越大，对大分子VOCs吸附更有利，但孔径远大于VOCs分子直径时，分子间吸附减弱；孔径越小，对小分子VOCs吸附更有利，但孔径过小也会增加VOCs的扩散阻力。较大的比表面积、适当的孔径以及针对被吸附VOCs气体极性进行改性使得生物炭具有较好的吸附性能。生物炭吸附VOCs的机理主要包括炭化区的吸附和非炭化有机物的分配，炭化温度小于300 ℃时分配作用为主要作用。比表面积越大，孔隙结构越发达，越有利于物理吸附；化学吸附一般通过生成化学键（如氢键、π—π键）产生作用。多组分VOCs会发生竞争吸附，且吸附亲和力较强的气体会取代吸附亲和力弱的气体。生物炭在相关领域的研究主要集中在实验室阶段，原料运输以及二次污染等问题使得生物炭吸附在工业上还未有成熟应用。提出未来生物炭吸附VOCs重点研究方向在于开发靶向改性生物炭、新型环保型生物炭复合材料、降低生物炭材料生产成本以及在分子水平上进行模拟研究。

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2022年第02期

762

422
固体吸附剂捕集CO2的研究进展

作者(Author)：江涛, 魏小娟, 王胜平, 马新宾

摘要：化石燃料的大规模使用造成了CO2排放量逐年递增，其作为温室气体的主要成分加速了全球变暖及气候变化。CO2的捕集、利用与存储（Carbon Capture, Utilization and Storage，简称CCUS）技术作为降低碳排放的有效方法，受到广泛关注。在诸多减少CO2排放量的方法中，吸附法分离脱除CO2具备良好的应用前景。固体吸附材料具有操作温度广、不易腐蚀设备、循环使用过程中产生的废物较少且易于处理等优点，被认为是理想的CO2捕集材料。综述了3种类型的CO2固体吸附剂的研究进展，包括低温、中温和高温固体吸附剂，指出了其优点和局限性及强化CO2吸附性能与循环稳定性的措施。通常来说高压对低温固体吸附剂更加有利，但此条件下其选择性较差，且气流中存在的水分会水解某些吸附剂中的配位键，并与CO2产生竞争吸附，导致CO2吸附性能下降。因此低温吸附剂的吸附能力、吸附选择性和水热稳定性是研究重点。中温固体吸附剂中，类水滑石材料面临的挑战在于其独特的氢键堆积结构限制了其吸附容量进一步提高，而MgO吸附剂由于缺少基础活性位点以及固有的高晶格焓同样导致其吸附性能与吸附动力学较差。故中温吸附剂需要优先解决其低吸附能力和低循环稳定性的问题。高温固体吸附剂中，Li4SiO4吸附剂相比于Li2ZrO3吸附剂具备更低的制备成本以及更高的吸附容量，但2者皆面临动力学限制问题。CaO基吸附剂由于其理论吸附容量高、适用范围广、成本低廉、无毒、具备快速的吸附动力学特性等优点受到广泛关注。而在CO2吸附/脱附多循环过程中，钙基吸附剂由颗粒烧结引发的热失活以及颗粒磨损问题是限制其进一步发展的最大障碍。针对这些问题可采用高温预处理、水合作用、化学掺杂、酸改性等方式来提高其吸附性能与多循环稳定性。此外，造粒及规模化制备技术是提高其工业应用潜力需解决的瓶颈问题。

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2022年第01期

1195

677
整体煤气化燃料电池联合发电(IGFC)技术研究进展

作者(Author)：王琦, 杨志宾, 李初福, 雷泽, 刘淑琴

摘要：整体煤气化燃料电池联合发电技术(IGFC)是一种新型煤基洁净高效发电技术，不考虑热电联供的情况下，发电效率达60%以上，可有效控制污染物的排放，为CO2捕集和回收创造了条件，可实现CO2的近零排放。IGFC系统一般由煤气化净化、燃料电池发电、余热回收及CO2捕集和封存等子系统构成，其中燃料电池发电技术是制约IGFC发展的关键技术。固体氧化物燃料电池（SOFC）及熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）是适配IGFC系统的2种燃料电池技术，其中SOFC在生产成本及发电效率方面更具优越性。2017年国家能源集团牵头，联合中国矿业大学（北京）、北京低碳清洁能源研究院、华能清洁能源技术研究院、清华大学等，在国家重点研发计划项目支持下承担了开发100 kW级SOFC和MCFC发电单元，建成MWth级CO2近零排放的IGFC示范工程任务，项目成果推动了我国IGFC系统从基础技术研发向产业化迈进的步伐。

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2022年第01期

916

616
我国煤系针状焦技术发展现状分析

作者(Author)：程俊霞, 赵雪飞, 朱亚明, 赖士全, 高丽娟

摘要：我国煤系针状焦的发展起源于20世纪80年代，经过不断努力，目前煤系针状焦的生产已经初具规模。回顾总结了我国煤系针状焦制备技术所经历的3个主要发展阶段：实验室技术开发与工业化初步发展阶段、煤系针状焦工业化技术壁垒突破和圆梦国产化阶段、煤系针状焦技术深度发展阶段。同时，详细介绍了各发展阶段煤系针状焦技术的研究重点及发展方向，依次从煤系针状焦生产过程的3道主要工序：预处理工序、延迟焦化工序和煅烧工序入手，充分讨论了目前各工序采用的生产工艺流程。预处理工序以溶剂萃取法为基础，开发出了3种特色预处理工艺技术，总体上实现了精制沥青收率高、喹啉不溶物（QI）脱除效果理想的原料预处理操作。延迟焦化工序发展了零循环比和可调循环比的2种不同工艺技术，其根本区别是进入焦炭塔的物料不同，而具体操作工艺的差别在于零循环比工艺采用恒温、变压、短生焦周期操作方式，可调循环比工艺采用变温、变压、长生焦周期操作方式。2种工艺技术中，多数煤系针状焦生产企业选择了可调循环比工艺；煅烧工序以回转窑煅烧工艺为主，罐式炉煅烧工艺为辅；前者加工周期短、产能理想，但是炭质烧损大，收率低，且对含有较多粉料的生焦煅烧不友好，因此近2 a罐式炉煅烧工艺技术重新受到关注。通过分析目前国内煤系针状焦技术现状，打破现有煤系针状焦产品质量欠佳及“同质化”严重的局面，强调注重生产过程的技术基础研究以及不断完善生产工艺过程的策略来提高我国煤系针状焦产品的质量，增强国际竞争力。最后提出了未来我国煤系针状焦技术发展趋势是开发两段焦化工艺，实现操作简单、人为干预少、工艺参数控制精度高、环境友好及副产品附加值高的先进生产技术。在此基础上实现针状焦产品质量“品质高端化”、性能“应用差异化”的战略目标，以助力我国煤系针状焦行业的有序健康发展。

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洁净煤技术

2022年第01期

937

936
超级电容器用煤基多孔碳改性研究进展

作者(Author)：吴小燕, 秦志宏, 杨小芹, 林喆

摘要：煤炭因其碳含量高、储量丰富及价格低廉，而成为优质的多孔碳碳前驱体。以煤炭为原料制备超级电容器用多孔电极材料是实现煤炭高附加值利用的重要方向之一。研究表明，通过调整孔结构、改善表面化学活性均能有效提高煤基多孔碳电极材料的电化学性能。其中调整孔径分布可利用物理活化和化学活化联合、模板法和化学活化联合以及不同化学活化剂联合三种方法。物理活化和化学活化联合法主要是通过水蒸气或CO2对KOH活化过程进行辅助，在得到大量微孔的同时获得一定量的介孔，并实现煤基多孔碳孔隙与润湿性的协同调控。模板法与化学活化联合则可在获得与模板剂相同孔结构的同时，通过KOH活化进一步造出丰富微孔，从而实现合理的孔径分布。除使用模板剂外，也可利用碳前驱体自身含有的大量杂质充当自模板。采用不同化学活化剂联合的方法也能实现孔结构的调节，例如K+和Na+的离子尺寸不同，联合利用便可得到不同的孔径分布；利用KCl在高温下的流动性，可以将KOH的中间产物带入更广范围和更深层次，从而实现微孔向介孔的转化。改善表面化学活性则可通过炭前驱体预氧化和引入杂原子两种方式。如通过强酸或强氧化剂对原煤进行预处理，可以提高所制备碳材料的有机氧含量，增加活性位点并提高润湿性。通过掺杂剂掺杂可在碳材料中引入杂原子，其中应用最多的是N掺杂，所引入的含氮结构包括吡咯-N（N-5）、吡啶-N（N-6）、季铵-N(N-Q)和氧化-N（N-X）四种。此外，O、B、S和P也是常见的掺杂原子。另一种引入杂原子的方法是通过煤与生物质共碳化，此时生物质既充当碳源也充当杂原子源。杂原子掺杂可改善碳材料的润湿性、导电性和结构稳定性，并可产生一定量的赝电容。本文从以上这些方面综述了近几年来煤基多孔碳电极材料的研究进展，分析了不同改性方法的优缺点，并对目前研究所存在的问题进行了讨论，对超级电容器用煤基多孔碳未来研究趋势进行了展望。

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洁净煤技术

2022年第01期

664

388