多级旋转电极电化学反应器性能及应用研究电化学氧化被认为是一种极具应用前景的废水处理技术。而电化学反应器是发生电化学氧化反应的必不可少的重要场所,因此对电化学氧化反应器的研究是电化学氧化过程强化的重要方向。在电化学反应过程中,尤其是在电流密度较高的操作条件下,反应器的传质性能成为影响电化学氧化处理效果的一项关键因素。并且反应器内析氧反应的发生会使电极表面产生气泡帘附着现象,将削弱和降低反应器电极表面的传质性能和有效反应面积。为此,急需开发一种可以有效强化电化学氧化过程的新型电化学反应器。本论文针对所研发的一种新型多级旋转电极电化学反应器(RMER)的旋转特性及其反应性能规律进行系统实验探究,对其传质强化效果作出定量评价及可视化分析。同时,通过脉冲示踪技术和计算流体力学(CFD)技术对反应器内流体流动特点进行定性和定量评价。并通过耦合臭氧工艺,将该反应器应用于处理罗丹明B模拟废水的实验研究。主要研究结果如下:1、针对电化学反应器内传质性能较差,气泡帘易于附着在电极表面的关键科学问题,所开发一种新型多级旋转电极电化学反应器,通过使用苯酚模拟工作体系对该反应器的降解效率进行评价,100 min内旋转电极最高降解效率为84.3%,相比于静止电极提高1.45倍;300rpm下,旋转电极的传质系数增加110%。另外,根据可视化结果显示旋转电极有利于电极表面气泡脱除,500rpm后电极表面已无明显气泡附着。主要操作条件下反应器的降解效率和模拟废液的COD值变化均进行了实验研究和评估。2、利用脉冲示踪技术对多级旋转电极电化学反应器内电极表面是否存在气泡附着的停留时间分布进行了系统的实验研究,结果显示反应器内的流体随流量的增加混合程度降低,随转速的增加反应器内轴向扩散程度显著改善,混合程度适度增加。同时,通过3D打印扰流件的筛选和使用,显著改善气泡附着时反应器内沟流死区情况,进一步实现了反应器内流体流动过程的强化,反应器内离散度Dz处于0.05-0.25间,达到适度分散的水平。3、利用计算流体力学方法对多级旋转电极电化学反应器内流场特性进行模拟分析,并针对我们所选用的四种不同结构的改善流体流动的扰流件优化方案,借助模拟技术对各个不同扰流件在反应器内产生的流场特点进行比较。模拟结果表明,旋转电极表面具有显著速度梯度分布,可显著促进液体在电极表面更新;扰流件的加入可提升反应器内部的湍动能水平,进而改善反应器内部宏观混合效果,为电化学反应过程提供更有利的反应环境,实现电化学反应过程中的强化思想。同时,针对结构较优的扰流件——四叶直立桨叶在不同操作参数下的流场特征参数的变化情况进行系统研究。通过研究表明,较高的转速,较低的进料配比以及较低的流量对反应器内的流体湍动能提高和宏观混合性能增强有显著的促进作用。4、利用电化学耦合臭氧工艺优化的方式对模拟染料废液-罗丹明B(RhB)溶液进行了应用研究。结果表明,耦合臭氧工艺后RhB的降解速率显著提高,20 min内RhB的降解速率达到99.4%,相比于单独的电化学氧化过程,耦合臭氧的电化学反应过程降解效率提高了 49.3%。通过操作参数的实验研究发现,较高的臭氧浓度,较大的气速,和较低的pH值有利于RhB的降解过程。同时,对降解产物和不同工艺降解效率进行相应分析和对比,其结果表明电化学反应器耦合臭氧工艺能较好的强化电化学降解过程。}

1.本发明属于氨合成技术领域，特别是涉及一种合成氨催化剂的制备及合成氨系统和方法。背景技术：2.氨(nh3)是农业、工业上生产化肥、染料、医药产品等的重要原料，也是重要的清洁能源载体。目前人类社会在工业规模上还一直使用传统的哈伯-博施(haber-bosch)合成氨法仍然存在一些不可回避的问题：(1)受热力学限制，氮气加氢转换效率较低，约10％～15％；(2)能耗高，每年合成氨需要消耗全世界总能耗的1％～3％；(3)合成氨需要的h2主要来源于天然气和水蒸汽裂解重整，每年需消耗全世界天然气总量的3％～5％，且伴随大量co2的排放(生产1吨氨产生约1.87吨co2)。因此发展低温低压，不利用化石资源，没有温室气体排放的人工合成氨技术具有重大的研究意义。3.等离子体技术被认为是一种可持续和清洁的技术，等离子体内含大量的高能粒子可将自然丰富的化合物(如水(h2o)和氮气(n2))分解电离为性质活泼的自由基，如活性氢、活性氮，氮氧化物等，这些高能粒子在特定的条件下可以制成氨气。技术实现要素：4.本发明的目的在于提供一种应用于等离子体热催化还原氨的prceo3负载ru团簇催化剂；以及一种利用等离子体技术活化水蒸气和氮气协同催化剂合成氨的方法及装置。5.通过该催化剂的获得，方便进行原位反应合成氨，同时能够在低温低压条件下合成氨；同时通过合成氨的装置以及基于该装置进行合成氨，h2o和n2预热处理形成混合气、混合气净化、等离子体活化混合气协同催化剂原位反应，实现了h2o和n2的单步联产。6.为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：7.本发明为一种合成氨催化剂的制备方法，8.包括：将草酸铵、pr(no3)3·6h2o、ce(no3)3·6h2o加入去离子水中，搅拌30分钟后，将溶液转移到80℃的恒温水浴中，旋转蒸发直到完全干燥；9.取出样品研磨后,将得到的的粉末在马弗炉中800℃下煅烧6h，升温速率为5℃/min；10.再将样品用rucl3水溶液充分浸渍；烘干后再通入h2/ar混合气的管式炉中加热到400℃并保持2h，升温速率为5℃/min；11.加热结束后自然冷却到室温；用去离子水和乙醇洗涤去除离子残留，60℃干燥6h即得ru/prceo3催化剂。12.一种合成氨的合成系统，包括塔本体，所述塔本体内由下至上依次设置有第一滤网、第二滤网和第三滤网；位于所述第一滤网和第二滤网之间的区域内填充有催化剂、且安装有等离子体发生装置；所述催化剂为ru/prceo3催化剂。13.进一步地，所述塔本体的顶部和底部分别构成其的出气端和进气端，且顶部和底部分别设置有第一风扇和第二风扇；所述所述第一风扇位于第二滤网和第三滤网之间；所述第二风扇位于所述第一滤网正下方。14.一种合成氨的方法，包括如下步骤：15.stp1、将水和氮气热处理成水蒸气和氮气，然后按摩尔体积比为3:1进行混合形成混合气a；16.stp2、将混合气通入气体净化装置后再通入塔本体内，在催化剂和等离子体发生装置的作用下获得具有氨气和氧气的混合气b；17.stp3、第二滤网和第三滤网将催化剂和进行初步分离，使得混合气b进入纯化装置；18.stp4、纯化装置进行氨气纯化，将氨气和氧气分别排出，同时将混合气b中包含的水蒸气和氮气重新送入气体净化装置内。19.进一步地，所述气体净化装置具有两进气端、一进气端与纯化装置连通、另一进气端连接y型进气管，y型进气管分别接入水蒸气和氮气；所述气体净化装置的出气端与所述塔本体的进气端连通，所述塔本体的出气端与纯化装置连通。20.进一步地，在所述stp1中，所述水蒸气和氮气的摩尔体积比为3:1；在所述stp3中，所述催化剂为ru/prceo3催化剂。21.本发明具有以下有益效果：22.本发明通过该催化剂的获得，方便利用水蒸气和氮气进行原位反应合成氨，同时能够在低温低压条件下合成氨。23.同时通过气体净化装置、集成式流化床反应塔以及气体纯化分离装置组成的氨气合成系统，利用水和氮气作为原料进行氨气的合成，解决了现有氨气制备的成本高问题24.当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。附图说明25.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。26.图1为为合成系统结构示意图；27.图2为ru/prceo3催化剂透射电镜图；28.图3为ru/prceo3催化剂透射电镜元素分布图；29.图4为实施例3附图一；30.图5为实施例3附图二。具体实施方式31.实施例132.一种合成氨催化剂的制备方法，33.包括：取1.552g草酸铵、0.928g硝酸镨、1.086g硝酸铈和50ml去离子水中，搅拌30分钟后，将溶液转移到80℃的恒温水浴中，旋转蒸发直到完全干燥；进行检测得到产氨率。52.得到的产氨率如下表一所示：53.温度(℃)240℃280℃320℃360℃400℃产氨率(μmolg-1h-1)29763521495280891517654.如图4所示，可知在400℃的条件下获得的产氨率最高。55.按照实施例3的方法，在第二组实施方式中，通过控制反应时间，并检测相应反应时间下的产氨率。56.时间(小时)246810产氨率(μmolg-1h-1)147621523514832151641432157.如图5所示，可知保持4个小时的反应时间在获得较高的产氨率的前提下，节省能源提高单位时间的产量，也就提高反应速率。58.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。59.以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。技术特征：1.一种合成氨催化剂的制备方法，其特征在于：包括：将草酸铵、pr(no3)3·
6h2o、ce(no3)3·
6h2o加入去离子水中，搅拌30分钟后，将溶液转移到80℃的恒温水浴中，旋转蒸发直到完全干燥；取出样品研磨后,将得到的的粉末在马弗炉中煅烧6h；再将样品用rucl3水溶液充分浸渍；烘干后再通入h2/ar混合气的管式炉中煅烧并保持2h；加热结束后自然冷却到室温，用去离子水和乙醇洗涤去除离子残留，60℃干燥6h即得ru/prceo3催化剂。2.根据权利要求1所述的一种合成氨催化剂的制备方法，其特征在于，在所述马弗炉中煅烧温度为800℃，升温速率为5℃/min；在所述管式炉中的煅烧温度为400℃，升温速率为5℃/min。3.一种合成氨的合成系统，其特征在于，包括塔本体(21)，所述塔本体(21)内由下至上依次设置有第一滤网(22)、第二滤网(23)和第三滤网(24)；位于所述第一滤网(22)和第二滤网(23)之间的区域内填充有催化剂(25)、且安装有等离子体发生装置(26)；所述催化剂(25)为ru/prceo3催化剂。4.根据权利要求3所述的一种合成氨的合成系统，其特征在于，所述塔本体(21)的顶部和底部分别构成其的出气端和进气端，且顶部和底部分别设置有第一风扇(27)和第二风扇(28)。5.根据权利要求3所述的一种合成氨的合成系统，其特征在于，所述所述第一风扇(27)位于第二滤网(23)和第三滤网(24)之间；所述第二风扇(28)位于所述第一滤网(22)正下方。6.一种合成氨的方法，其特征在于，包括如下步骤：stp1、将水和氮气热处理成水蒸气和氮气，然后进行混合形成混合气a；stp2、将混合气通入气体净化装置(1)后再通入塔本体(21)内，在催化剂(25)和等离子体发生装置(26)的作用下获得具有氨气和氧气的混合气b；stp3、第二滤网(23)和第三滤网(24)将催化剂(25)和进行初步分离，使得混合气b进入纯化装置(3)；stp4、纯化装置(3)进行氨气纯化，将氨气和氧气分别排出，同时将混合气b中包含的水蒸气和氮气重新送入气体净化装置(1)内。7.根据权利要求6所述的合成氨的方法，其特征在于，所述气体净化装置(1)具有两进气端、一进气端与纯化装置(3)连通、另一进气端连接y型进气管，y型进气管分别接入水蒸气和氮气；所述气体净化装置(1)的出气端与所述塔本体(21)的进气端连通，所述塔本体(21)的出气端与纯化装置(3)连通。8.根据权利要求6所述的合成氨的方法，其特征在于，在所述stp1中，所述水蒸气和氮气的摩尔体积比为3:1。9.根据权利要求6所述的合成氨的方法，其特征在于，在所述stp3中，所述催化剂(2)为ru/prceo3催化剂。技术总结本发明公开了一种合成氨催化剂的制备，涉及氨合成技术领域。具体包括将草酸铵、Pr(NO3)3·技术研发人员：丁军 丁峻 陈龙威 项婷 陈秋远 程宇 方世东 朱晓慧 崖华青受保护的技术使用者：合肥综合性国家科学中心能源研究院（安徽省能源实验室）技术研发日：2022.01.26技术公布日：2022/5/17
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