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1. 绝热加速量热仪在反应安全风险评估应用中的常见问题
吴展华, 盛敏
化工进展    2023, 42 (7): 3374-3382.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2023-0509
摘要1428)   HTML127)    PDF(pc) (2807KB)(927)    收藏

绝热加速量热仪(ARC)目前已被广泛运用于反应安全风险评估中。本文在总结ARC在反应安全风险评估中应用的基础上,指出在进行ARC测试时一些常见问题一直被人忽略,这些问题中一部分是可以通过更好地设计实验方法来避免,如进样量过少、样品池的不兼容性和样品低温反应等问题;另外一部分是仪器自身的问题,需要了解其根本原因从而避免使用错误的数据得出错误的结论,如绝热炉最大温升速率限制、压力链接接头的热损失、压力链接管道中的蒸气冷凝和温升速率较大时ARC样品温度测量准确性等问题。本文就这些问题作系统性分析,旨在提醒科研学者可以更好地设计实验和解读数据。文中分析得出结论:推荐ARC进样量为4g左右,选择与测试样品兼容的样品池,尽量使用新制备的样品做测试,且能分辨当样品的最大温升速率大于ARC绝热炉的最大温升速率时的非绝热数据。文章总结以上几种方法为在工艺反应安全风险评估中更准确地使用ARC数据提供参考。

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2. 锂离子电池隔膜的发展现状与进展
于捷, 张文龙
化工进展    2023, 42 (4): 1760-1768.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2022-1183
摘要651)   HTML48)    PDF(pc) (1416KB)(937)    收藏

锂电池隔膜是锂离子电池的重要组成部分,对整个电池的安全及性能有显著影响。目前国内国产化步伐加快,在锂电池隔膜方面已有明显的成果进步,市场占有率和产能都位居世界前列,但高端隔膜市场却依旧被国外公司垄断,因此,为进一步提高高端化市场的国产化率,仍需加大锂电隔膜的研究力度。本文主要针对电池隔膜在电池中的主要作用、种类、性能差异及优缺点,详细阐述了相应的国内外研究和进展,同时还概括了锂电池隔膜的制备工艺方法等,包括湿法和干法制备工艺。对隔膜的种类以及不同的改性方法进行了概述,包括不同改性方法导致的隔膜性能上的差异,并以几种商业隔膜和纤维素纸基隔膜为例,进行了性能对比。最后对锂电池隔膜在工艺、新型锂电池隔膜发展以及研究方向等方面的未来发展趋势进行了总结展望。

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3. 碳足迹评估技术及其在重点工业行业的应用
刘含笑, 吴黎明, 林青阳, 周烨, 罗象, 桂志军, 刘小伟, 单思珂, 朱前林, 陆诗建
化工进展    2023, 42 (5): 2201-2218.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2022-1501
摘要412)   HTML33)    PDF(pc) (1524KB)(311)    收藏

我国碳足迹研究起步较晚,建立完善的碳足迹评估体系是我国有效应对复杂国际关系和日益激烈的国际低碳经济竞争、科学推动和引导绿色低碳转型发展、有序实现“双碳”目标的必然选择。基于国内外文献调研,本文系统梳理和分析了碳足迹概念、碳足迹评估方法、碳足迹评估标准、碳足迹评估边界划分及数据获取等。虽然学术上对碳足迹的定义尚未完全统一,但更多倾向于从全生命周期来进行阐述,本文从“全生命周期”和“全工艺流程”2个角度对工业产品碳足迹概念进行了补充完善。与投入产出分析法(IOA)相比,生命周期评价法(LCA)发展相对较为领先,在普适性、系统化、定量化上具有一定的优势,并对产品系统在时间和空间上进行了扩展,但在截断误差控制、数据质量保证和标准体系统一等方面还需进一步完善。PAS2050、GHG Protocol和ISO14067是目前应用最为广泛的全生命周期碳足迹评估标准,但针对具体的产品门类,还需开展更细化、精准、明确的产品类别评估规范(PCR)。基于上述研究总结及碳足迹评估技术在电力、钢铁、水泥、石油和化工等重点工业控排行业的应用进展分析,提出了目前研究存在的问题及国内碳足迹评估技术发展面临的挑战:多领域全生命周期全流程的本土化碳排放数据库尚待完善;高精度、标准化、国际互认的碳足迹评估方法体系尚待构建;碳足迹和碳减排量化评估相结合的研究还不够深入,碳足迹支撑低碳化方案实施的标志化示范项目较少。未来需进一步探索碳足迹评估技术与排放量核算、碳交易研究的结合,产品碳足迹与产品碳标签、绿色产品认证(EPD)机制相结合,充分发挥碳足迹评估技术在推动科学有序降碳、引导绿色低碳消费、应对贸易壁垒等方面的作用。

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4. 中国流态化技术研发史略
金涌, 程易, 白丁荣, 张晨曦, 魏飞
化工进展    2023, 42 (6): 2761-2780.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2023-0218
摘要384)   HTML54)    PDF(pc) (10339KB)(421)    收藏

现代流态化技术始于20世纪40年代其在石油催化裂化工艺的成功应用,迄今已有近80年的发展历史。在中国,流态化技术在经历了艰难的初期发展阶段后,随着改革开放和科技复兴才开始深入系统的基础及其工业应用的研究,进入到快速发展的高潮期和稳定发展期。本文在回顾了世界流态化研究的起源与进展后,概述了流态化技术在中国数十年的发展历程。按照流态化技术在中国发展的三阶段,依据本文作者的亲历和认知,回顾了中国学者多年来对世界和中国流态化理论和技术发展所做的重要贡献,特别是在产业化技术方面取得的成果。最后,展望了流态化技术未来的研究和技术发展方向。

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5. 分子筛催化反应过程高效化的技术进展
王达锐, 孙洪敏, 王一棪, 唐智谋, 李芮, 范雪研, 杨为民
化工进展    2024, 43 (1): 1-18.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2023-1274
摘要377)   HTML27)    PDF(pc) (2856KB)(447)    收藏

以分子筛为活性组分制成的催化剂广泛应用于石油化工领域。设计开发高效能的分子筛催化剂来实现化学反应过程高效化,可为化工企业节能降耗和降本增效提供技术支撑。种类繁多的催化反应对分子筛提出了不同的需求,本文从四个方面综述了开发高效分子筛的技术进展,包括硅铝分子筛酸性活性中心调变和钛硅分子筛Ti活性中心构建的活性中心修饰方案、微孔分子筛内部造介孔和介孔SiO2包覆分子筛的孔道结构调变方案、制备纳米级颗粒和控制择向性生长的晶体形貌控制方案、创制新结构分子筛的拓扑结构创新方案,探讨了分子筛催化剂的未来发展方向,指出我国仍需在该领域持续加强技术创新,尤其是原始创新,做到产学研深度结合,将先进技术转化为可实际操作的方案,最终服务于生产装置、实现工业应用是提高石油化工技术进步的重点工作。

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6. 数字孪生技术助力石化智能工厂
索寒生, 贾梦达, 宋光, 刘东庆
化工进展    2023, 42 (7): 3365-3373.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2023-0643
摘要335)   HTML12)    PDF(pc) (1076KB)(342)    收藏

数字孪生技术的应用已经在多个领域发挥着越来越重要的作用,我国工业和信息化部《“十四五”智能化制造发展规划》中也强调了数字孪生技术的重要性。本文阐述了数字孪生技术在石油石化行业的应用现状,并介绍了石化智能工厂全生命周期数字孪生平台框架。该框架以工业互联网平台为支撑,以石化企业复杂的工艺与装置为核心,可以提供石化智能工厂的数字化交付、智能建设服务、智能运行模拟以及智能维护等服务。同时,本文还规划了基于数字孪生的智能工厂生产调度可视仿真、基于增强现实的智能工厂设备智能巡检和基于虚拟现实的智能工厂沉浸式培训与安全演习三个应用场景。最后,本文分析了数字孪生技术在石油石化行业的应用挑战与措施,为数字孪生技术在智能工厂应用提供了指导建议。本文的研究成果对于推动数字孪生技术在石油石化行业的应用具有重要意义,同时也为数字孪生技术在智能工厂应用提供了新的思路和方法。

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7. 碳中和目标下推动绿色甲醇发展的必要性分析
舒斌, 陈建宏, 熊健, 吴其荣, 喻江涛, 杨平
化工进展    2023, 42 (9): 4471-4478.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2023-0647
摘要326)   HTML26)    PDF(pc) (845KB)(353)    收藏

目前我国甲醇产能接近9800万吨、产量8000万吨,表观消费量约占世界总量的60%,自给率达90%以上,但以煤为主天然气和焦炉气为辅的原料格局导致甲醇生产每年产生2亿吨CO2排放。文章指出:在碳中和背景下,随着以电力领域为代表的烟气CO2捕集工作的深入开展、绿电装机规模的不断增加,将有越来越多的CO2和绿电以产品形式存在,捕集1t CO2的综合成本达到300元左右。在该成本边界下,如不能将捕集获得的CO2进行资源化利用带来效益,将会对双碳目标的达成带来不利影响,因此如何对CO2进行转化利用成为研究热点,将CO2加氢合成绿色甲醇则是一个很好的解决方案,并且相关研究和工业开发也逐渐掀起热潮。本文从政策驱动、工艺优势、降碳效应、绿电及CO2转化消纳、市场需求、甲醇产业升级6个方面进行了分析,认为发展绿色甲醇是实现碳中和目标重要且必要的举措之一。

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8. 柔性吸附材料最新研究进展
路建美
化工进展    2023, 42 (6): 2781-2798.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2023-0537
摘要321)   HTML35)    PDF(pc) (7811KB)(347)    收藏

近年来,具有柔性三维框架结构的吸附分离材料逐渐引起研究人员极大兴趣,其独特的动态吸附行为和富化学环境的结构框架赋予了其完全不同于传统刚性吸附材料的特性,这种特殊的柔性吸附材料在吸附分离、环境净化和传感等领域显示出巨大潜力。然而,由于研究者们缺少对柔性吸附现象的深入理解和相应的理论研究方法,该领域的发展较为缓慢。本文立足于作者自身研究工作,对柔性吸附的定义、理论发展和分类等方面的最新研究进展以及其在污染物去除、共沸物分离等方面的应用实例进行深度分析,力求为该领域发展提供相应的理论支撑。文中也指出了柔性吸附材料的产业化方向及前景,即应该努力探索柔性吸附材料大规模、高效率地处理环境中高浓度(低浓度)的液相(气相)污染物的应用前景,以此来推动柔性吸附材料的产业化。

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9. 固体储氢材料的研究进展
刘木子, 史柯柯, 赵强, 李晋平, 刘光
化工进展    2023, 42 (9): 4746-4769.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2022-1906
摘要312)   HTML32)    PDF(pc) (4027KB)(390)    收藏

氢的廉价制取、安全储运以及高效应用是目前氢能研究领域的重点,而安全、高效的氢储运是实现氢能规模化应用的技术关键,因此高容量固态储氢材料的研发具有重要的学术意义和应用价值。固体材料储氢因储氢密度大、安全系数高而成为最有前景的储氢技术,得到了研究者们的广泛关注。本文针对目前国内外固体储氢材料研究现状,论述了几种固体储氢材料的研究进展,包括物理吸附类储氢材料、金属基储氢材料、配位氢化物和水合物储氢材料。重点评述了固态储氢材料中最具发展潜力的镁基储氢材料,并阐述了合金化、纳米化、添加催化剂以及复合轻金属配位氢化物等几种改性方法对镁基储氢材料储氢机理、微观结构、热力学性能、动力学性能的影响。制氢-储氢-用氢一体集成化设计应是固态储氢尤其是镁基储氢产业化应用发展道路,而镁基固态储运氢技术的发展,将可能实现氢气安全高效及大规模储运。

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10. 填料塔液体分布器的研究进展
李春利, 韩晓光, 刘加朋, 王亚涛, 王晨希, 王洪海, 彭胜
化工进展    2023, 42 (9): 4479-4495.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2022-1986
摘要285)   HTML27)    PDF(pc) (3392KB)(286)    收藏

填料塔作为化工单元操作过程中重要的汽液传质设备,因具有传质效率高、整塔压降低、能耗低等优点,已经成为精馏操作中的关键设备。液体分布器是填料塔中重要的塔内件,其结构形式直接关系到液相物料在塔内的分布情况,从而影响填料塔的分离效果。本文系统介绍了液体分布器的发展现状,从自然流分布、径向分布系数等方面详细总结了分布质量对填料塔分离效率的影响;深入分析了国内外关于各种结构类型的液体分布器的理论研究以及设计优化过程;并总结了不同液体分布器分布质量评价方法的适用场景。文章最后对液体分布器的发展进行了展望,为液体分布器的设计与优化提供了思路。

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11. 乙烯丙烯生产过程强化技术进展及思考
王子宗, 刘罡, 王振维
化工进展    2023, 42 (4): 1669-1676.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2022-2304
摘要284)   HTML28)    PDF(pc) (1622KB)(293)    收藏

归纳提炼了乙烯丙烯行业现状、发展趋势以及化工过程强化内涵,深入分析了外场协同强化、核心反应器/设备强化、系统耦合强化和新材料(介质)强化在乙烯丙烯生产过程中的最新关键进展及趋势,研究提出了包括加快成熟/近成熟过程强化技术在重点生产流程中的试点与推广,推进研发颠覆性、平台性过程强化技术,重视耦合工艺技术对乙烯丙烯生产过程中的整体优化,以及发挥先进信息化技术对于乙烯丙烯生产过程的加速作用等在内的四点关于过程强化技术在中国石化行业中乙烯丙烯生产过程的发展建议,为制定我国石化行业烯烃产业链过程强化技术发展战略提供重要参考。

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12. 氮掺杂生物炭的制备与应用研究进展
李艳玲, 卓振, 池亮, 陈曦, 孙堂磊, 刘鹏, 雷廷宙
化工进展    2023, 42 (7): 3720-3735.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2022-1563
摘要283)   HTML12)    PDF(pc) (3817KB)(286)    收藏

生物质不仅储量丰富、分布广泛且可再生,是一种亟待高值化利用的资源。将其炭化后制备的生物炭具有良好的理化性质,常被用于吸附污染物、制作电极材料。但与活性炭相比,生物炭存在孔隙结构欠发达、表面官能团种类和数量稀少等问题,其应用受到了很大限制。通过对生物炭进行N元素掺杂改性制成N掺杂生物炭(NBC)可丰富生物炭孔隙结构和表面活性位点,提高吸附、导电和催化性能。本文综述了国内外近几年来关于NBC的制备/改性方法(热解法、活化法、水热法、模板法和后处理法等)及其优点和局限性,梳理了各方法得到的NBC的形貌结构及表面化学特征,概括了氮掺杂对NBC的催化、吸附、电化学性能的影响及NBC在各领域的应用。以“制备-结构-性能及应用”相结合的思路,从NBC的应用角度逆向出发,思考如何通过探究N掺杂机理和优化制备方法,来充分发挥NBC在各领域中的应用价值,并对今后该领域的研究发展提出了展望。

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13. 微反应器在含能材料合成与品质提升中的应用
刘卫孝, 刘洋, 高福磊, 汪伟, 汪营磊
化工进展    2023, 42 (7): 3349-3364.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2023-0329
摘要283)   HTML14)    PDF(pc) (8223KB)(300)    收藏

含能材料是一类含有爆炸性基团或含有氧化剂和可燃物、能独立进行化学反应并输出能量的化合物或混合物。由于含能材料的特殊性,其合成过程具有强烈放热、对温度敏感的特点,同时,在实际应用中武器装药对含能材料的粒度控制也有很高的要求。微反应器具有传热传质效率高、安全性高、设备微型化和集成化、环境污染小等优点,十分适合于含能材料的合成过程与粒度控制,近年来成为国内外含能材料领域研究的热点与重点之一。本文第一部分介绍了硝酸酯、硝基、叠氮、氮杂环四类含能化合物的微反应合成,点明了微反应器可以显著提高合成安全性、加快合成效率和安全性;第二部分总结了微化工技术在含能材料微纳米化、球形化以及复合含能材料制备方面的应用,发现了微反应器具有粒度控制更精确、球形度高等特点。最后指出了微反应器在含能材料领域具有广阔的应用潜力,并对未来研究的重点及改进方向进行了展望。

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14. 混合增强的微流控通道进展
田启凯, 郑海萍, 张少斌, 张静, 余子夷
化工进展    2023, 42 (4): 1677-1687.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2022-1058
摘要268)   HTML25)    PDF(pc) (4482KB)(225)    收藏

以微尺度过程强化为特征的微流控技术具有传质传热效率高、反应速率快、反应器尺寸小、可控性高以及易于放大等特点,被广泛应用于各个方面。其中,在流体混合领域,微流控技术所采用的微通道能够增强多相流体之间的传质,实现样品的快速混合,从而强化反应过程。常用的增强混合的方法可分为改变各通道结合处的通道类型(如从T型变到同轴流动聚焦)、改变通道内部结构(如从普通微通道变为含内部挡板微通道)以及改变流体的流形(如从层流变为泰勒流)三种。本文主要介绍了近年来微尺度过程强化技术在微流控通道设计方面的研究进展,分析了不同类型微流控通道的设计及原理,简述了不同类型微流控通道的混合增强效果,并介绍了微流控通道在制备纳米颗粒等功能材料方面的应用。未来,精细化、集成化且制造简单的微流控装置将会在过程强化中得到更充分的应用。

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15. 电催化氮还原合成氨MOF基催化剂研究进展
郭朋举, 何小波, 银凤翔
化工进展    2023, 42 (4): 1797-1810.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2022-1042
摘要268)   HTML24)    PDF(pc) (5613KB)(259)    收藏

室温下电催化氮还原合成氨(nitrogen reduction reaction,NRR)因其较低的能耗而受到广泛关注。到目前为止,设计高效电催化剂以提高NRR性能是研究重点。其中,金属有机骨架(metal organic framework,MOF)及衍生材料因其独特的多孔结构和可控成分等优势促进了其在气体捕获、分离和催化中的应用。本文首先讨论NRR的反应机制,然后重点讨论MOF及衍生材料用作NRR电催化剂的研究进展,最后,对MOF基NRR电催化剂的设计策略、存在问题及NRR催化面临挑战进行了总结与展望。 此外,文中指出:① 自支撑MOF基电催化剂的合理设计对NRR性能有质的提升;② 机器学习、DFT计算及原位测试技术的有效结合对NRR机理、催化剂的高效设计及筛选等具有重要指导意义。因此这些也将成为NRR催化未来研究趋势。

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16. 退役锂电池正极材料资源化回收技术研究进展
王昊, 霍进达, 曲国瑞, 杨家琪, 周世伟, 李博, 魏永刚
化工进展    2023, 42 (5): 2702-2716.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2022-1239
摘要268)   HTML47)    PDF(pc) (1256KB)(543)    收藏

新能源汽车产业快速发展带动锂离子电池消费不断增加,直接导致用于生产电池材料的钴、锂、镍等能源金属严重短缺。未来退役锂离子电池产量将呈指数增加,其资源化回收受到广泛关注。资源化回收不仅可以缓解电池材料紧缺现状,还解决了废旧电池堆积而引起的危害。本文针对退役锂离子电池放电预处理和湿法、火法两种资源化回收工艺最新研究现状进行了综述,并就未来发展趋势进行了讨论。在现有火法回收工艺基础上提出一种利用高温熔融冶炼渣处理废旧锂离子电池回收有价金属的新方法,通过添加适宜的氯化剂将渣中锂转化为高温易挥发的LiCl,实现从烟尘中富集并高效回收锂的新思路,解决了传统火法工艺需从渣中对锂进行二次提取的技术缺陷。

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17. 新型相变有机胺吸收捕集CO2技术研究进展
符乐, 杨阳, 徐文青, 耿錾卜, 朱廷钰, 郝润龙
化工进展    2023, 42 (4): 2068-2080.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2022-1019
摘要267)   HTML13)    PDF(pc) (2730KB)(283)    收藏

CO2捕集、利用与封存(CCUS)技术是实现碳减排的关键技术之一,有机胺吸收技术是目前研究最广泛、最成熟的CO2捕集技术,已有少数工业应用案例。吸收剂是吸收技术的核心,吸收剂的研发创新是该领域的热点方向。相比于单一相的有机胺吸收剂,相变吸收剂在吸收CO2后产生相变行为,仅需对富相进行再生,可大幅减少再生体积,降低再生能耗。本文介绍了传统混合胺相变吸收体系的典型工艺、吸收机理和吸收剂研究进展,分析了吸收剂吸收CO2后富相黏度高、富相体积占比大及其导致的再生能耗增加的问题。本文系统梳理了为解决上述问题而研发的四种新型的相变吸收体系,分别为空间位阻胺混合型相变吸收剂、物理溶剂混合型相变吸收剂、醇胺混合型相变吸收剂、催化剂-有机胺复合型相变吸收剂,对各类新型相变吸收体系的设计构建原理及性能强化机制进行了分析。最后,基于对研究进展的深入分析,提出了相变吸收剂的未来研究方向。

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18. 溶剂脱沥青技术应用与进展
廖志新, 罗涛, 王红, 孔佳骏, 申海平, 管翠诗, 王翠红, 佘玉成
化工进展    2023, 42 (9): 4573-4586.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2022-2012
摘要266)   HTML12)    PDF(pc) (2183KB)(259)    收藏

溶剂脱沥青可拓宽原料组成及性质限制范围,避免高残炭及高金属含量制约,与转化工艺灵活组合可处理分子量大、氢含量低、杂质含量高的渣油、油浆及油砂沥青等,显著提高转化率、降低装置操作苛刻度、提高经济效益。本文分析了溶剂脱沥青技术特点及国内外工业化溶剂脱沥青技术应用情况和实施效果,综述了以溶剂脱沥青技术为上游或下游工艺的氢转化、裂化、气化等组合工艺最新进展。以低碳数烃类、CO2及其改性剂、共沉淀剂分类阐述了溶剂作用及研发进展,分析了塔及内构件结构优化、设备改造的新技术,指出未来仍需对溶剂脱沥青技术进行更多基础和优化研究。提出进一步提高抽提效率、降能耗,扩大在非常规原油改质中的应用,将劣质油/油砂/未转化油直接或间接转化为高附加值化学品等可能是溶剂脱沥青技术的未来发展方向。

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19. 木质纤维素类生物质水热炭化机理及水热炭应用进展
王雪, 徐期勇, 张超
化工进展    2023, 42 (5): 2536-2545.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2022-1223
摘要260)   HTML23)    PDF(pc) (1347KB)(255)    收藏

通过水热炭化方法(HTC)制备纤维类生物质炭材料,是当前废弃生物质高值化处理的一种方式。生物质具有种类繁多、结构复杂的特点,在不同的水热条件下涉及水解、降解、聚合等复杂反应。制备的水热炭性质如形貌、孔结构、表面官能团分布等受原料物理化学结构和水热反应条件影响较大,而水热炭的性质直接影响水热炭的应用。木质素炭化需要较高的水热强度,生成的水热炭石墨化程度和稳定性更高,可应用于导电、耐高温材料等领域;纤维素、半纤维素相对于木质素炭化温度低,更易形成多孔结构,获得更高的比表面积。另外二者因富含羟基,制备的水热炭表面具有丰富的含氧官能团,有利于通过静电吸附、离子交换等过程实现污染物吸附,进一步应用于环境治理等领域。水热温度主要影响炭化程度和水热炭得率,而水热时间则对水热炭形貌具有更明显的作用。通过改性可以定向调控水热炭性能,扩大其应用领域范围。为明晰不同条件下水热炭的结构变化,本文综述了纤维类生物质的种类、原料组成及水热条件对水热炭结构的影响,深入分析了水热炭生成机理,探讨了生物炭改性方法,归纳了生物炭在不同领域的应用并展望了未来的发展方向和前景,为生物质基水热炭研究提供参考。

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20. 镁基储氢材料的性能及研究进展
史柯柯, 刘木子, 赵强, 李晋平, 刘光
化工进展    2023, 42 (9): 4731-4745.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2022-1905
摘要257)   HTML15)    PDF(pc) (6811KB)(227)    收藏

镁基储氢材料具有储氢容量高、价格低廉、在自然界中镁资源丰富等优点,被认为是最具有发展前景的一类固态储氢材料。由于MgH2稳定性好且放氢焓值高(75kJ/mol H2),氢分子在Mg表面解离能高及氢原子在镁晶格中扩散速率慢,导致吸放氢热力学稳定、动力学缓慢,从而限制了其在储氢方面的应用。对于镁基储氢材料性能的改善,目前已经取得了许多研究成果。本文综述了国内外镁基储氢材料的研究报道,归纳了镁基储氢材料的改性方法,重点阐述了合金化、纳米化和添加催化剂对于优化和改善热力学和动力学性能以及吸放氢机理的影响。最后对该领域的研究成果和发展前景进行了总结和展望,基于现有分析认为,在未来的研究中可以综合运用添加催化剂和纳米化改性双重机制对MgH2体系热力学性能进行调控,以获得具有高容量、高性能的Mg/MgH2储氢体系,满足商业化应用的要求。

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21. 化工科研范式智能化转型的思考与展望
李蓝宇, 黄新烨, 王笑楠, 邱彤
化工进展    2023, 42 (7): 3325-3330.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2023-0530
摘要255)   HTML18)    PDF(pc) (1135KB)(346)    收藏

化工行业作为国家的支柱性产业,不断地积极响应国家号召,推动行业数字化、智能化发展。实验室和研究院作为化学工程核心技术支撑,是化工行业智能化转型中必不可少的一部分。站在智能化变革的起点,本文调研归纳了目前国内外化工实验室的智能化转型最新进展,围绕科研创新展望了化工实验室的智能化转型蓝图,提出了从信息化、数字化到智能化过渡,涵盖不同发展层级的智能研究院建设大纲,为规划智能研究院建设的具体方案提供指导,并展望了人工智能全面赋能的化工科研范式变革。

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22. 中国炼油创新技术MIP的开发策略及启示
许友好, 王维, 鲁波娜, 徐惠, 何鸣元
化工进展    2023, 42 (9): 4465-4470.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2023-0920
摘要245)   HTML31)    PDF(pc) (1722KB)(253)    收藏

车用汽油质量升级是世纪之交的国家重大需求,中国炼油工业基于自身的技术力量,设计了正确的技术开发策略,提出具有原创性的多产异构烷烃催化裂化(MIP)技术,由此开发出适应不同排放阶段汽油生产的中国自主技术及相应的技术路线。本文回顾了MIP技术诞生之初的国际环境、当时国内催化裂化技术面临的难题以及MIP技术在汽油质量升级过程中的作用和技术开发策略。文中指出,需基于市场需求,对MIP技术持续迭代,使其在激烈的竞争环境下始终保持强劲的生命力。

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23. MOFs材料在光电催化领域应用的研究进展
葛全倩, 徐迈, 梁铣, 王凤武
化工进展    2023, 42 (9): 4692-4705.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2023-0598
摘要243)   HTML22)    PDF(pc) (4131KB)(436)    收藏

为满足可持续发展的要求,光电催化在水分解制氢、CO2还原和污染物降解等方面的应用由于其在储能和运输方面的可预测性优势而成为研究热点。金属有机框架(MOFs)材料具有高比表面积、金属/有机配体丰富、孔体积大、结构和组成可调等优点,在光电催化领域应用中具有巨大的潜力。因此,本文主要从水分解制氢、CO2还原、有机污染物降解这三个方面,综述了MOFs材料在光电催化领域中的应用研究进展。首先简要介绍了近年来MOFs材料在催化领域的进展,总结了几种MOFs催化剂应用较广的合成方法,并就其优劣进行比较;其次分别介绍了MOF基光电催化剂在这几个应用方面的基本机理和最新研究进展;最后,本文对MOFs材料在光电极中的作用及其在光电催化领域所面临的机遇和挑战进行了简要的总结与展望。

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24. 二氧化碳矿化高钙基固废制备微细碳酸钙研究进展
李文秀, 杨宇航, 黄艳, 王涛, 王镭, 方梦祥
化工进展    2023, 42 (4): 2047-2057.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2022-1012
摘要241)   HTML4)    PDF(pc) (2321KB)(384)    收藏

微细碳酸钙作为一种重要的化工填充物,广泛地应用于造纸、油墨、橡胶、塑料等行业。随着当前碳减排行动的日趋深入,微细碳酸钙制备从原料到工艺路线已经越来越多元化。利用工业高钙原料,如钢渣、电石渣、废弃石膏等作为钙源耦合CO2制备微细碳酸钙的技术越来越被关注。本文综述了CO2矿化高钙固废制备微细碳酸钙的研究进展,分别对采用氧化钙、氢氧化钙、硫酸钙以及高钙基工业固废等材料制备微细碳酸钙进行了具体介绍。比较了在不同材料与CO2矿化反应制备碳酸钙的技术特性以及优化碳酸钙产品性能方面的最新成果,并对最具代表性的工业固体废弃物制备微细碳酸钙技术规模化应用及环境经济性评价进行了总结归纳。在初步技术经济分析的基础上,发现当前CO2矿化高钙固废制备微细碳酸钙的规模化应用主要受限于碳酸钙结晶速度快、运行成本高及能源强度大等方面。为更好地开展大规模工业化应用,建议如下:一是针对碳酸钙结晶过程,着眼于微观反应机制和高钙固废材料特性,开发有效适用于工业应用的控制方法;二是将工业固废资源化与合成精细化碳酸钙技术耦合,推进特定工艺开发和装置研发;三是基于控制方法和装备开发,对特定工艺路线展开全生命周期环境和经济性评估。

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25. 漂浮型光催化材料的制备及其在水处理领域的应用研究进展
张宁, 吴海滨, 李钰, 李剑锋, 程芳琴
化工进展    2023, 42 (5): 2475-2485.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2022-1273
摘要240)   HTML12)    PDF(pc) (2079KB)(310)    收藏

漂浮型光催化材料以高效光催化剂为核心,以太阳光等绿色清洁能源为驱动力,克服了纳米光催化剂难以回收利用这一瓶颈问题,通过吸附、光催化等耦合作用高效原位降解水体中的污染物,是实现光催化高级氧化技术规模化应用最有前景的途径之一。本文从载体类型出发,概括总结了近年来漂浮型光催化材料的轻质特性构建策略、形貌结构和不同载体利弊;分析比较了典型光催化剂-载体复合材料制备方法的优缺点;分类阐述了漂浮型光催化剂在水处理领域的应用研究成果。通过归纳漂浮型光催化材料在实际应用中存在的问题,指出未来漂浮型光催化剂的研究开发应重点关注环境友好型载体和材料性能稳定性;同时可通过构建多功能复合材料或采取多工艺耦合的方式以推动高效光催化剂在水处理方面的规模化应用。

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26. 阴离子交换膜电解池的研究进展
冯江涵, 宋钫
化工进展    2023, 42 (7): 3501-3509.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2022-1687
摘要240)   HTML9)    PDF(pc) (1089KB)(342)    收藏

阴离子交换膜电解池(AEMWE)可以将稀碱性溶液或纯水作为电解液,使用较为廉价的阴离子交换膜和高活性的非贵金属催化剂,有效降低电解水能耗且大幅减少投入成本。本文对AEMWE的性能特点和发展优势进行了总结,详细分析了AEMWE中的催化剂材料、阴离子交换膜和离聚物等关键组件的研究进展。研究认为,Ni-Fe基催化剂将是最有可能的阳极材料,通过设计新型催化剂层,制造多孔结构,解决催化剂的溶解问题;通过提高离子交换容量来有效提升离聚物和阴离子交换膜的离子电导率、水扩散系数和耐久性等。最后提出了未来AEMWE的研发方向,通过对膜电极组件进行材料创新和工艺优化,发展纯水作为电解液,提高测试体系的灵活性,获得高效、低成本、稳定的AEMWE制氢装置。

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27. 铂基纳米催化剂的制备及在加氢领域的进展
陈怡欣, 甄摇摇, 陈瑞浩, 吴继伟, 潘丽美, 姚翀, 罗杰, 卢春山, 丰枫, 王清涛, 张群峰, 李小年
化工进展    2023, 42 (6): 2904-2915.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2022-1484
摘要238)   HTML21)    PDF(pc) (1784KB)(186)    收藏

铂基金属催化剂在许多重要的液相加氢化学转化中起着至关重要的作用,研究尺寸、晶型及形貌可控的催化剂以制备铂利用率高及活性好的催化剂具有重要意义。本文系统地介绍了铂基金属催化剂的研究进展,包括不同铂基金属纳米催化剂的合成方法、还原剂的种类以及影响铂基催化剂性能的重要因素(包括粒子粒径、形貌、组成、载体)对催化活性和选择性的影响。铂基催化材料催化效率高但价格昂贵,文中指出进一步探索铂基催化剂对加氢反应机理的影响机制,降低成本的同时提高催化剂寿命并实现铂基催化剂的可控制备仍是未来的重点研究方向。

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28. 纳米材料用于铁死亡联合治疗的研究进展
徐沛瑶, 陈标奇, KANKALA Ranjith Kumar, 王士斌, 陈爱政
化工进展    2023, 42 (7): 3684-3694.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2022-1595
摘要235)   HTML11)    PDF(pc) (2696KB)(181)    收藏

铁死亡作为一种新发现的调节性细胞死亡形式已成为新型的肿瘤治疗策略,然而复杂的肿瘤微环境及肿瘤部位特殊的病理微环境严重限制了铁死亡的治疗效果。将铁死亡与传统的抗肿瘤治疗方式结合,能提高治疗效率并减少毒副作用。为实现药物在肿瘤部位富集效果并发挥协同治疗效果,基于纳米材料的药物递送体系在抗肿瘤领域显示出广阔的临床应用前景和发展价值。本文首先介绍了不同种类纳米材料(铁基纳米材料及非铁基纳米材料)用于铁死亡协同肿瘤治疗的相关进展,归纳了铁死亡与多种治疗方法(包括化学治疗、光热治疗、光/声动力治疗、其他治疗方式等)协同治疗的相关研究;最后阐明了铁死亡协同肿瘤治疗的挑战,并指出确认铁死亡的具体抗癌机制、开发多功能纳米材料并探索高效协同治疗手段将是未来的研究方向。

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29. 化工本征安全技术发展路径的思考与探索
乔旭, 张竹修
化工进展    2023, 42 (7): 3319-3324.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2023-0309
摘要234)   HTML22)    PDF(pc) (437KB)(209)    收藏

目前我国化工行业安全生产形势严峻。本文首先阐述了化工本征安全“四原则”的具体含义及其在生产源头和制造过程中降低甚至消除风险时发挥的作用,然后从技术成熟度角度出发,对本征安全“四原则”的落实情况及存在的问题进行了分析,提出重点围绕本征安全“四原则”中的最小化和替代原则对现有化工技术和装备进行提档升级,开发相应的本征安全工艺设备与技术。在此基础上,探讨了最小化和替代原则的技术路径:通过设计开发泛厘米尺度下的最小化单元设备,积极融合人工智能手段,研发智能化单元集成技术与装备,减少装置内的危化品存量和能量密度,确保生产安全风险可控。此外,还需要将最小化和替代原则拓展至化工清洁生产中,减少“三废”处置不当造成的安全隐患,实现生产、安全、环保三者之间的统一。最后列举了两项泛厘米单元智能集成技术在化学品生产和化工废气治理中的应用案例,反映出该类技术的普适性和产业化应用前景。可以预见,本征安全技术可以从根本上改变“高塔林立、釜罐成群”的化工业态,切实提升化工安全风险防控水平,助力化工产业安全化、高端化、智能化发展。

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30. 生物合成氧化锌纳米颗粒材料及其抗菌应用
司银芳, 胡语婕, 张凡, 董浩, 佘跃惠
化工进展    2023, 42 (4): 2013-2023.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2022-1026
摘要230)   HTML22)    PDF(pc) (1909KB)(291)    收藏

随着环境污染加剧与抗生素的广泛使用,各种威胁人类健康的疾病逐渐爆发,病原菌对抗生素的耐药性问题也愈发严重。这促使许多研究都集中在对绿色环保、抗菌活性强、不易产生耐药性的新型抗菌剂的探索上,并且纳米技术已被证明可作为对抗病原菌的有效手段。氧化锌纳米颗粒材料具有优异的抗菌抑菌性能,有望作为新型金属离子抗菌材料而被广泛应用。与传统物理化学方法相比,氧化锌纳米颗粒的生物方法具有操作简单、安全性高、对环境污染小等优势,已成为纳米合成技术发展的新趋势。本文首先综述了利用植物、藻类、微生物等提取物进行氧化锌纳米颗粒的生物合成方法与合成机理,总结了氧化锌纳米颗粒的抗菌机制,讨论了氧化锌纳米材料在医药行业、纺织工业、食品行业、农业等相关领域的抗菌应用,最后进一步展望了含有氧化锌的创新型多金属复合型纳米颗粒的相关研究与应用前景,为氧化锌纳米技术发展提供了新思路。

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31. 气固流化床化学反应数值模拟中颗粒尺度模型研究进展
邱沫凡, 蒋琳, 刘荣正, 刘兵, 唐亚平, 刘马林
化工进展    2023, 42 (10): 5047-5058.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2022-2138
摘要226)   HTML18)    PDF(pc) (3627KB)(333)    收藏

气固流化床由于其优良的气固接触效率和传热传质效率,已经被广泛应用于能源、矿冶、化工、制药等工业领域。本文针对颗粒流态化-反应系统数值模拟研究进行了综述,阐述了数值模拟的三个尺度:化学反应工程模型、双流体模型以及颗粒尺度模型。然后聚焦于基于CFD-DEM方法的变粒径颗粒流态化-化学反应过程模拟,梳理分析了6种颗粒反应模型,即均匀转化模型、缩粒反应模型、缩核反应模型、联合收缩模型、细颗粒反应模型和随机孔隙模型,并从颗粒性质变化、化学反应模型、不同尺度耦合三个角度探讨了不同的颗粒反应模型的优点和应用中的局限性,分析了跨尺度颗粒系统模拟方法的发展近况,最后讨论了CFD-DEM方法在气固流化床化学反应过程模拟的应用上未来可能的发展方向,包括颗粒尺度大规模高效计算算法、颗粒反应模型的精确化以及颗粒-气体信息传递的精细化描述方面。有助于气固流化床化学反应模拟领域的梳理和发展,尤其是可供颗粒尺度模拟领域的研究人员参考和借鉴。

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32. 2023年度国家自然科学基金委员会化学工程与工业化学领域科学基金项目申请与评审工作综述
王天富, 周晨, 张国俊
化工进展    2024, 43 (1): 560-564.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2024-0060
摘要223)   HTML20)    PDF(pc) (390KB)(214)    收藏

总结了2023年度国家自然科学基金委员会化学工程与工业化学(B08)领域科学基金各类项目的申请、受理和资助概况,对B08下属16个二级代码的各类项目申请与资助情况进行了分析,为下一年度国家的项目申报提出了建议。

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33. 二氧化碳/环氧化合物开环共聚催化剂进展
何志勇, 郭天佛, 王金利, 吕锋
化工进展    2023, 42 (4): 1847-1859.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2022-1190
摘要221)   HTML5)    PDF(pc) (7083KB)(212)    收藏

“双碳”背景下,利用CO2与环氧化合物为原料制备聚醚碳酸酯多元醇是CO2化工利用的有效途径。高效的催化剂能够促进CO2与环氧化物反应,制备更高性能的聚合物产品。本文详细介绍了近3年CO2与环氧化合物开环共聚催化剂研究的主要进展。文中从非均相催化剂和均相催化剂两个方面,分别对金属羧酸盐、双金属氰化物、金属Salen、金属卟啉以及新型有机催化剂进行归类和综述。低廉的非均相催化剂仍是工业化实验的首选,但如何通过催化剂制备工艺控制活性位点分布,从而控制聚合物产品质量,是未来需要研究的重点。金属Salen催化剂是目前最热门的研究方向,其有机配体结构的多样性赋予多种金属组合配位的可能,期待开发更高效低廉的催化剂。

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34. 沥青基多孔炭材料的制备及在超级电容器中的应用进展
蔡江涛, 候刘华, 兰雨金, 张晨陈, 刘国阳, 朱由余, 张建兰, 赵世永, 张亚婷
化工进展    2023, 42 (4): 1895-1906.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2022-1030
摘要218)   HTML12)    PDF(pc) (2912KB)(278)    收藏

沥青是由富含稠环芳烃的系列碳氢化合物及其非金属衍生物组成的复杂混合物,具有较高的碳含量。开发沥青作为炭材料前体,用于制备超级电容器炭电极材料,既拓展了沥青的应用市场及提升其附加值,更是响应国家对于新型能源利用的需求。本文首先对超级电容器的储能机理进行了阐述,探讨了影响超级电容器用炭材料电化学性能的结构因素及规律,概述了沥青的组成、结构模型、来源及其应用。然后综述了沥青基多孔炭用作超级电容器电极材料的研究进展,并对活化法、模板法及熔盐法等方法制备沥青基多孔炭的特点与进展进行了分析,着重对沥青基多孔炭材料的改性研究进行了总结。最后指出了沥青基多孔炭材料作为超级电容器电极材料的发展优势及不足,建议对沥青原料进行预处理联合炭化后脱除金属杂原子,以获得稳定长循环寿命的电容炭;加强对沥青中四组分炭化成炭规律的研究,以提高沥青基超容炭材料的成炭率;KOH活化法与其他活化方法相结合,以期在获得高性能活性炭基础上减少对设备的损耗与环境的影响。

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35. 功能固体材料智能合成研究进展
陈森, 殷鹏远, 杨证禄, 莫一鸣, 崔希利, 锁显, 邢华斌
化工进展    2023, 42 (7): 3340-3348.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2023-0655
摘要218)   HTML23)    PDF(pc) (4126KB)(294)    收藏

先进功能材料是现代工业发展的基础与先导,加快材料研发与筛选速度的关键在于研究范式的创新。以过程自动化、合成高通量、信息数字化为核心要素的智能合成模式作为新的研究范式逐渐成为现代材料研发的新趋势。本文介绍了近年来功能固体材料在智能合成领域的研究现状,着重梳理了以沸石、金属有机框架材料、多孔有机聚合物为代表的多孔材料以及其他功能固体材料在自动化、高通量合成方面的研究进展。文章指出了目前功能固体材料智能合成中仍存在的全流程自动化实现难、与人工智能结合程度有限等不足,对比了几种高效合成方法在反应时效性、产物影响等方面的特性及优缺点,分析了以“人工智能+大数据”为代表的数据驱动模式对功能材料性能预测与辅助合成带来的影响,最后总结出功能更全、精度更高、微量化自动合成平台的开发,准确性更高、泛用性更广的人工智能算法的构建以及两者的高度集成将成为未来的发展方向。

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36. 垃圾焚烧飞灰重金属毒性浸出评价方法研究进展
李卫华, 吴寅凯, 孙英杰, 尹俊权, 辛明学, 赵友杰
化工进展    2023, 42 (5): 2666-2677.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2022-1314
摘要217)   HTML6)    PDF(pc) (1226KB)(124)    收藏

垃圾焚烧飞灰产生量大且属于危险废物,其妥善处理是垃圾焚烧全过程污染控制的重点,选择适宜的重金属毒性浸出评价方法对飞灰的污染控制尤为重要。针对国内外涉及飞灰重金属毒性浸出常用评价方法进行了系统总结,分类比较了相关评价方法实验参数/条件和应用背景的差异性,重点分析了主流模拟场景类方法的应用情况及其局限性,剖析了当前评价方法存在的问题,并为研究者和管理者选择合适的毒性浸出方法给予了指导性建议。指出为实现对飞灰的精细化管理,应当根据社会、环境及科技变化及时更新方法内容,尤其在方法的应用中应充分考虑环境条件的多维性(如处置环境的多元化),同时更应基于现实需求(如污染物赋存的长期稳定性)探索符合我国国情且因地制宜的飞灰重金属毒性浸出评价方法。

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37. 生物质基炭材料孔径调控及电化学性能研究进展
刘静, 林琳, 张健, 赵峰
化工进展    2023, 42 (4): 1907-1916.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2022-1056
摘要215)   HTML13)    PDF(pc) (2063KB)(188)    收藏

生物质基炭材料具有来源广泛、表面官能团丰富和微观结构多样的优点,但具有孔径分布不合理的问题,从而限制了其在电化学储能领域的应用。本文简述了微孔、介孔和大孔结构对电化学性能的影响机制,详细阐述了孔径调控方法:微孔为碱活化法、发泡活化法、CO2/蒸汽活化法和冷冻处理法,介孔为酸活化法、模板法、熔融盐炭化法、催化活化法和纤维素酶解法,大孔为SiO2-胶体模板法和软模板法。并将以上调控方法的影响因素和优缺点进行了分析,总结了各种方法在电极材料中的应用效果。分析表明,发泡活化法对微孔调控高效且环保,酸活化法和熔融盐炭化法对介孔率提高显著。此外,本文将调控方法按照生物质材料来源(组分)的不同进行了分类,得出碱活化法和自模板法适用于动物基炭材料微孔和介孔调控,而纤维素酶解法为植物基炭材料的介孔调控提供了绿色环保的新思路。最后,本文就生物质基炭材料孔径调控和绿色制备在电化学储能领域的应用提出了建议。

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38. 相变蓄冷材料及系统应用研究进展
汤磊, 曾德森, 凌子夜, 张正国, 方晓明
化工进展    2023, 42 (8): 4322-4339.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2022-1777
摘要214)   HTML2)    PDF(pc) (7931KB)(130)    收藏

相变蓄冷技术利用相变材料在相变时伴随着的吸热或放热过程对能量进行储存和应用,起到控制温度、降低能耗和转移用能负荷的作用。本文综述了相变温度在25℃以下的相变蓄冷材料及其在不同应用场景的筛选依据,介绍了相变蓄冷材料在食品医疗冷链物流、建筑节能控温与数据中心应急冷却、人体热管理和医疗保健的相变纺织品等领域的应用。从调节相变蓄冷材料相变温度、过冷度、热导率和循环稳定性等方面总结了材料热物性的调控策略,分析了不同调控策略存在的优缺点,指出相变蓄冷系统可通过增强蓄冷系统热导率和强化传热结构来改善普通材料传热性能差的问题。最后从复合相变材料制备到系统设计优化和应用场景拓展等方面对相变蓄冷技术研究方向进行了展望。

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39. 煤气化渣资源化利用
张丽宏, 金要茹, 程芳琴
化工进展    2023, 42 (8): 4447-4457.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2022-1845
摘要210)   HTML7)    PDF(pc) (2124KB)(94)    收藏

煤气化技术作为清洁利用技术得到迅速发展,但同时产生大量的煤气化渣。本文从煤气化渣的来源及危害、煤气化渣的基本性质、煤气化渣制备材料(介孔材料、活性炭、复合材料)和煤气化渣的应用(废气废水处理、建工建材、农业)4个方面进行概述总结,对存在的问题、应用前景分别进行了分析和展望。文中指出:煤气化渣含碳量高、铝硅资源丰富、比表面积较大、孔隙结构比较发达,可用于制备高值化产品,但制备过程中所产生的废液需要进行处理与处置,剩余的含铝、硅和碳残渣也需要进行回收利用。煤气化渣的研究虽然取得了良好的效果,但大都处于实验室研究阶段或试验推广阶段,无法实现规模化利用。建议开发工艺简单、可行性强且具有经济效益的煤气化渣资源化利用技术,在分级利用的基础上实现铝、硅、碳资源的协同利用;在全利用的基础上实现其规模化利用。

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40. 氨储能在新型电力系统的应用前景、挑战及发展
杨鹏威, 于琳竹, 王放放, 蒋昊轩, 赵光金, 李琦, 杜铭哲, 马双忱
化工进展    2023, 42 (8): 4432-4446.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2022-1817
摘要208)   HTML7)    PDF(pc) (2325KB)(215)    收藏

储能技术及其产业化应用对建设新型电力系统具有重大意义。在传统电力系统到新型电力系统升级转型的过程中,风能、太阳能等新能源发电占比持续提高,但其波动性和间歇性制约了对新能源的高水平消纳,导致电力系统对灵活性调节资源的需求剧增。氨具有大规模、跨季节和跨区域储存的优势,加快氨能产业发展和氨储能在新型电力系统中的应用,是实现“双碳”目标和保障国家能源安全的战略性选择。本文对比了氨储能和其他储能系统的特征,比较了氨储能与氢储能、甲醇储能等化学储能的共性及优缺点,重点介绍了目前国内外现有的氨储能技术、氨储运方式和低浓度氨分离技术,阐述了氨储能在电源侧、电网侧和用户侧的应用价值,最后,指出了氨储能在新型电力系统中应用面临的挑战,并展望了其未来发展。

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41. 生物质与塑料催化共热解技术研究进展
王志伟, 郭帅华, 吴梦鸽, 陈颜, 赵俊廷, 李辉, 雷廷宙
化工进展    2023, 42 (5): 2655-2665.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2022-1316
摘要204)   HTML8)    PDF(pc) (1271KB)(218)    收藏

生物质是唯一一种可再生碳源,其高效利用是解决能源与环境问题的纽带。近年来,基于化石能源的塑料制品使用和废弃量快速增加,其难于自然降解,对环境造成严重威胁。生物质与塑料的催化共热解技术能够得到选择性更高的产品,进而提升高附加值产物的产率和品质,是生物质与塑料规模化利用的重要方向。本文从生物质与塑料高效转化的角度出发,梳理了生物质与塑料催化共热解技术研究进展,对生物质与塑料共热解机理、ZSM-5基催化剂共热解、过渡金属基催化剂共热解、碱/碱土金属催化剂共热解、多催化剂共热解等不同种类的催化共热解研究前沿进行了综述,并对比了原位催化和非原位催化的共热解方式,展望了生物质与塑料催化共热解的主要技术和发展方向,以期为生物质与塑料的高效协同转化提供方法参考和研究思路。

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42. 含碳掺氨燃料的研究进展
赖诗妮, 江丽霞, 李军, 黄宏宇, 小林敬幸
化工进展    2023, 42 (9): 4603-4615.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2022-2005
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随着经济和社会的发展,国家对能源的需求量越来越大,这与化石能源短缺、环境污染、温室效应等问题相矛盾,因此寻找高效清洁的替代燃料势在必行。氨的体积能量密度较高、成本低且完全燃烧时产物的污染性小,具有成为新时代绿色能源的潜力。但它的燃烧性能较差,通常需要掺混煤、CH4和合成气等燃料来改善。本文主要介绍了含碳掺氨的煤掺氨和甲烷掺氨混合燃料在基础燃烧特性和燃烧应用优化方面的研究进展。总结了不同燃烧策略及燃烧器设计中掺混氨燃料的燃烧特性和排放规律,为未来工业化应用研究提供一定的参考。但在实际应用氨燃料过程中仍存在不少挑战,未来可进一步对优化分级燃烧的策略、改善相关燃烧设备的结构、调整含氨燃料的喷射方式等方面进行研究,以实现高效低污染氨燃料的应用目标。

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43. “双碳”目标下的氨能技术与经济性研究进展
李卫东, 李逸龙, 滕霖, 尹鹏博, 黄鑫, 李加庆, 罗宇, 江莉龙
化工进展    2023, 42 (12): 6226-6238.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2023-0066
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由于氨的高能量密度和零碳特性,其作为氢能和可再生能源载体具有良好的未来市场。氨比氢更易储运且本质安全性强,有望成为推动能源革命、社会进步和国家发展的零碳能源发展路线之一。本文从氨能的全产业链角度出发,介绍了合成氨产业发展趋势以及各类合成氨技术的最新进展和成本经济性;列举了目前氨的主要储运方式、效率、成本和安全性特征;综述了氨的新能源燃料应用,包括氨燃料电池、氨内燃机、氨燃气轮机等技术体系发展现状和燃料成本经济性,以及氨分解制氢效率和生产成本优势。通过上述技术和经济性分析,探讨了氨能在能源系统中的重要作用,进一步梳理了氨能技术发展方向。

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44. 耐盐型太阳能驱动界面光热材料及蒸发器的研究进展
李吉焱, 景艳菊, 邢郭宇, 刘美辰, 龙永, 朱照琪
化工进展    2023, 42 (7): 3611-3622.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2022-1732
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太阳能驱动界面蒸发技术(SDIE)依靠光热材料和蒸发器进行海水淡化,因光热转换效率高、环境友好、制造工艺简单和材料丰富等优点引起了学者们的广泛关注。但在海水淡化过程中,光热材料和蒸发器表面盐结晶的积累会直接影响太阳能界面蒸发效率,解决光热材料和蒸发器表面盐结晶问题是SDIE中重要的一步。本文简述了近年来耐盐型光热材料及蒸发器的设计理念与研究现状,阐述了不同耐盐设计的优点和局限性,梳理了其耐盐机制和性能,分析表明通过调控光热材料的孔结构、亲-疏水性、离子基团等方法可以增强光热材料的耐盐性,通过调控盐溶液的浓度和盐的结晶位置等可设计多种耐盐型蒸发器,讨论了目前在SDIE中解决盐结晶问题存在的共性问题并提出未来的研究挑战,以推进未来SDIE的研究与发展。

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45. 金属有机框架材料用于海水提铀的研究进展
朱雅静, 徐岩, 简美鹏, 李海燕, 王崇臣
化工进展    2023, 42 (6): 3029-3048.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2022-1434
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随着核能需求的增加,从海水中提取铀作为传统铀资源的补充或替代具有重要意义。金属有机框架材料(MOFs)具有高的比表面积和可调控的孔结构,作为一种新兴的除铀吸附剂,在学术界已引起了广泛关注。针对MOFs在海水中吸附铀时存在的水稳定差、选择吸附性差和分离困难等关键问题,研究发现可以通过定向官能化改性和与异相材料复合来提高海水提铀性能。本文简要介绍了MOFs材料在水中提取铀的结构优势,分析了水稳定性的影响因素,列举了具有代表性的三类高水稳定性MOFs材料特性,重点总结了该三类MOFs应用于海水中提取铀的性能以及机制研究,同时比较了原始MOFs、表面官能化MOFs和MOFs复合材料的提铀性能。基于MOFs的结构特征与对铀酰离子的吸附作用机制,得出除铀MOFs吸附剂的未来发展方向是提高水体稳定性、进行MOFs表面功能化以及拓展多种材料复合方式。

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46. 甲烷催化部分氧化制合成气催化剂的研究进展
阮鹏, 杨润农, 林梓荣, 孙永明
化工进展    2023, 42 (4): 1832-1846.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2022-1109
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天然气是一种前景广阔的清洁燃料,甲烷作为天然气的主要成分,其高效利用具有重要的现实意义。在众多甲烷转化途径中,甲烷催化部分氧化(CPOM)具有能耗低、合成气组分适宜、反应迅速等优势。本文简要介绍了CPOM反应机理,即直接氧化机理和燃烧-重整机理;重点综述了过渡金属、贵金属、双金属和钙钛矿这四类CPOM催化剂的研究现状;分析了反应温度、反应气体碳氧比和反应空速对CPOM反应特性的影响;阐述了积炭和烧结这两种催化剂失活的主要原因及应对措施。根据研究结果可知,通过选取合适的催化剂组分、采用优化的制备方法、精确控制催化剂活性组分分布和微观结构等措施,可以保证更多的有效活性位更稳定地暴露在催化剂表面,以此提高催化性能(包括甲烷转化率、合成气选择性、合成气生成率、反应稳定性等)。最后指出了对CPOM催化剂微观结构的合理设计与可控制备以及对CPOM反应机理的深入研究仍将是今后关注的重点。

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47. 微通道内气液流动与传质特性的研究进展
袁谅, 从海峰, 李鑫钢
化工进展    2024, 43 (1): 34-48.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2023-1167
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微化工过程具有高效、安全、节能、体积小和高传热传质率等方面的固有优势,其在气液非均相传质与反应强化领域表现出巨大的发展潜力。本文系统论述了微通道内气液两相流动与传质特性的研究现状,总结了微通道内气液两相流型及分布情况,从操作条件和微通道设计等方面分析了影响两相流型的关键因素,并讨论了多种因素对传质与过程强化的影响方式,对目前研究的微通道内气液两相的传质模型进行了总结分类。以气液两相在主要流动通道的流动形态为基准,分类介绍了多种气液两相微反应器的最新研究进展。文中指出进一步探究微化工过程强化方式以及开发新型气液微通道反应器仍是未来微化工研究的重点发展方向。

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48. 铜催化剂在涉氢反应中的失活机制和稳定策略
殷铭, 郭晋, 庞纪峰, 吴鹏飞, 郑明远
化工进展    2023, 42 (4): 1860-1868.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2022-1007
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铜基催化剂对C̿    O、C—H、O—H和H—H等化学键具有独特活性能力,因而被广泛应用于CO x 、醛、酸、酯加氢和醇脱氢等涉氢反应中。然而铜纳米颗粒塔曼温度较低,容易发生颗粒聚集长大而导致催化剂不可逆失活,限制了铜基催化剂的广泛应用。本文首先从表面能、金属物种表面迁移等角度入手系统地介绍了铜基催化剂的失活机理。然后,根据失活原因回顾了铜基催化剂在增强金属与载体相互作用、空间物理固定和合金化等方面的多种稳定策略。最后,通过现有结果分析了未来铜基催化剂的发展方向,指出可以通过失活机理的深入研究,借鉴新材料合成工艺和方法,制备廉价的新型铜基催化剂,为涉氢反应催化剂长寿命运行奠定基础。

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49. 模拟移动床分离过程及其优化方法研究进展
凌山, 刘聚明, 张前程, 李艳
化工进展    2023, 42 (5): 2233-2244.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2022-1321
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模拟移动床技术具有产率高、纯度高、过程连续性等优点,适用于多组分体系及各组分性质比较接近的难分离体系,其过程设计和优化工作一直是研究的重点和难点。本文首先对模拟移动床分离机理及其各种变型进行了介绍,其中重点阐述了目前应用广泛的顺序式模拟移动床技术的分离模式和优越性能。在此基础上,总结并分析了模拟移动床领域的各种优化方法和研究进展。从传统的三角形理论开始,总结归纳了三角形理论应用体系,指出其重要地位及局限性。之后依次介绍了基于三角形理论衍生而出的序列二次规划算法、应用较为广泛的驻波设计、体积分离分析和基于遗传算法的过程模拟、多目标优化等多种优化方法。分析结果表明,除多目标优化以外,无论是最传统的三角形理论,还是其他几种优化方法,在参数选择和实验设计等方面都存在诸多局限性,而多目标优化方法已被证明表现更为优异,可以适用于模拟移动床操作模式的各种变型,在未来将具有极大的发展潜力和应用前景。

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50. 基于短程反硝化厌氧氨氧化新型污水生物脱氮工艺的研究进展
朱紫旋, 陈俊江, 张星星, 李祥, 刘文如, 吴鹏
化工进展    2023, 42 (4): 2091-2100.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2022-1175
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短程反硝化厌氧氨氧化(PD/A)工艺凭借其无需曝气、废物质产量低、有机碳源需求少等优点,被视为近年来最具有主流工程应用前景的新型生物脱氮工艺。本文首先阐述了PD/A工艺的原理及特点;随后从pH、碳源、盐度以及重金属等方面总结了影响PD/A工艺的关键因素,同时提出了实现PD/A工艺核心功能菌群快速富集以及良好协同的调控策略;而后概括了由PD/A工艺发展而来的多种衍生工艺,并从工艺稳定性、经济性和可调控性等方面,分析了这些衍生工艺的研究前景;最后展望了PD/A工艺未来的研究重点,认为借助宏基因组学技术探明不利生境胁迫下PD/A工艺的抗性形成机制,有利于未来主流厌氧氨氧化(Anammox)工艺的实际工程应用;同时认为于双碳背景下与现有成熟的生物脱氮工艺相耦合,实现各类废水的经济、高效和达标处理,将会是PD/A工艺未来的一个重点研究方向。

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