超声波强化水煤浆电解阳极氧化调控机制

煤在温和条件下的氧化反应能够生成高附加值的化学品，传统方法的氧化速率和产物定向控制较差，水煤浆电解能够强化煤的氧化反应，但电解氧化过程传质效率较差。为了强化电解过程的传递速率，调控电化学反应与传质之间的匹配性，实现水煤浆的高速与高效氧化，本研究将电解氧化与超声波传质有机结合，实现二者高效耦合以调控水煤浆的氧化过程。.通过改变水煤浆电解氧化过程中槽电压和电极材料，实现对氢氧自由基的浓度与析出速率的调控；通过调节电解液组成以及超声波参数实现水煤浆在电解过程中的传质调控。基于对不同超声电解参数、不同阶段的氧化产物结构、氧化速率、氧化产率的解析，揭示电解氧化与超声波传质耦合调控的规律，阐明水煤浆电解阳极氧化调控机制。本项目以研究水煤浆电解氧化反应与超声波强化传质过程的匹配性为目的，为提高水煤浆电解制备高值化学品的氧化速率效率提供理论依据。

该项目研究了超声强化煤浆电解阳极氧化调控机制，利用煤浆电解产物结构、电解过程的电化学表征及电解过程动力学，揭示了煤浆电解氧化机制。研究表明煤浆阳极电解实质是水电解阳极产生的氧化介质氧化煤颗粒的过程。煤颗粒氧化后的结构表明，煤颗粒表面的氧化明显，导致颗粒表面结构中含氧官能团明显增加；由不同煤种的循环伏安曲线可知电解氧化活性与煤的变质程度有关，煤矿物质中酸性物质对有机质的氧化过程具有抑制作用，碱性氧化物具有催化作用。研究可知煤颗粒和氧化介质在电解液中的传递作用是煤浆电解氧化控制环节，也是实现煤浆高效电解的瓶颈问题。. 煤浆电解氧化生成溶水有机物的浓度随温度和时间具有明显变化，利用电解液中的总有机碳浓度的变化计算了煤浆电解氧化动力学，研究表明溶水有机物的生成过程受表面反应控制。通过超声强化煤浆电解氧化产物生成动力学研究表明，超声没有改变煤浆电解氧化路径，只是通过增加矿物颗粒在电解液中的浓度以及电极上产生氧化介质的浓度。超声水电解电极动力学表明，超声没有改变水电解电极反应活化能，即说明超声没有改变电极反应过程。另外，超声也强化了煤颗粒在电解液中的传质，即增加了局部矿浆浓度和减小矿物颗粒粒径。通过超声矿物电解氧化脱硫与水电解对比，发现较低的温度下超声强化了水电解析氧过程，在较高的温度下超声强化了活性氧的生成。超声使得水电解阳极极化曲线负移，随着的温度增加负移幅度增加，而矿物电解过程阳极极化曲线负移程度较小。