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2020年 第39卷 第5期 刊出日期:2020-05-05
    本期封面、中英文目次表
    化工进展. 2020, 39(5):  0-0. 
    摘要 ( 167 )   PDF (6211KB) ( 249 )  
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    化工进展. 2020, 39(5):  0-0. 
    摘要 ( 0 )   PDF (253595KB) ( 27 )  
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    特约评述
    中美两国石油化工产业实力对比分析
    宋倩倩, 慕彦君, 侯雨璇, 王春娇, 郑轶丹
    化工进展. 2020, 39(5):  1607-1619.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-0226
    摘要 ( 568 )   HTML ( 23 )   PDF (1469KB) ( 644 )  
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    2018年中国原油对外依存度首超70%,炼油能力达到8.31亿吨/年,成品油产量与消费量分别为3.6亿吨/年、3.2亿吨/年,炼油技术整体达到世界先进水平,乙烯产能、产量、消费量分别达到2532.5万吨/年、1841万吨/年、2098.6万吨/年,聚乙烯产能、产量、消费量分别达1898.4万吨/年、1626万吨/年、3005.7万吨/年,已成为仅次于美国的第二大石油化工国家。美国石油化工产业无论在规模还是技术上一直引领着世界的发展,近年来得益于页岩油气革命的成功,美国原油对外依存度大幅下降,开始逐步实现能源独立,并给石油化工产业注入了新的发展活力与动力。文中提出尽管中国已成为石油化工大国,但较世界强国的美国仍有不小差距,要实现石油化工强国的“中国梦”,中国应强化原油供应,拓展进口渠道实现多元化,加大国内勘探开发力度,全方位保证能源供应安全;严控炼油能力,持续加大落后产能淘汰步伐,强化装置结构调整,扩大成品油出口,加快传统炼油技术升级及新技术创新;坚持乙烯原料的多元化和低成本化,加快石化产品结构调整,强化高端化工产品科技创新。

    蒸汽渗透技术在燃料乙醇生产中的应用研究进展
    李洪深, 李十中
    化工进展. 2020, 39(5):  1620-1631.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-1458
    摘要 ( 419 )   HTML ( 28 )   PDF (1312KB) ( 456 )  
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    蒸汽渗透作为一种新型膜分离技术,可有效解决生物燃料乙醇生产中发酵产物浓度低、能源消耗量大、污染环境等诸多瓶颈问题。与渗透蒸发相比,蒸汽渗透技术具有分离性能好、进料清洁、能量损耗低、操作弹性大等优点,在燃料乙醇生产领域具备更广阔的应用前景。本文在比较渗透蒸发和气体分离技术的基础上,简述了蒸汽渗透过程的机理和特点。介绍了优先透水膜和优先透醇膜两类应用于燃料乙醇生产不同阶段的蒸汽渗透膜和这两类膜材料当前的研究进展,重点阐述了有机/无机杂化膜在成膜方法、杂化材料选择等方面的最新成果。回顾了蒸汽渗透在乙醇脱水方面的工业应用成果,指出该技术在发酵原位分离乙醇和替代精馏工艺方面所具有的优势,探讨了与固态发酵技术相结合进行一次相变生产燃料乙醇工艺实现的可能性,并提出未来亟待研究和解决的问题,为蒸汽渗透技术在燃料乙醇生产领域大规模发展提供参考。

    化工过程与装备
    C6H11NO/nCF3SO3H型低共熔溶剂氧化脱除模拟油中的二苯并噻吩
    刘昊然, 王韵淇, 李秀萍, 赵荣祥
    化工进展. 2020, 39(5):  1632-1640.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-1027
    摘要 ( 253 )   HTML ( 14 )   PDF (1455KB) ( 255 )  
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    通过简单加热并搅拌己内酰胺(C6H11NO)和三氟甲磺酸(CF3SO3H)的混合物合成了C6H11NO/nCF3SO3H(n=0.25,0.5,1)型酸性低共熔溶剂。利用红外光谱(FTIR)和氢谱(1HNMR)确定了C6H11NO/nCF3SO3H的结构特征。以C6H11NO/0.5CF3SO3H低共熔溶剂和H2O2组成萃取-氧化脱硫系统,并将其应用于脱除模拟油中的二苯并噻吩(DBT)。研究n(CF3SO3H)∶n(C6H11NO)、反应温度、O/S、C6H11NO/0.5CF3SO3H的加入量和不同类型的硫化物对脱硫效果的影响。实验结果表明,在模拟油体积为5mL、n(CF3SO3H)∶n(C6H11NO)=0.5、反应温度为60℃、 O/S=6、C6H11NO/0.5CF3SO3H的加入量为1.0mL的最佳反应条件下,C6H11NO/0.5CF3SO3H对DBT、4,6-DMDBT、BT和真实油的脱硫率分别达99.4%、98.6%、83.6%和61.6%。红外表征分析了DBT与DESs之间存在相互作用,这种作用促进了氧化脱硫的进程。催化剂5次循环反应以后,其脱硫率仍高达91.9%,表明C6H11NO/0.5CF3SO3H低共熔溶剂具有较高的脱硫性能和稳定性。

    受限纳米通道内气泡核化的分子动力学模拟
    苗瑞灿, 张石重, 陈占秀, 杨历
    化工进展. 2020, 39(5):  1641-1648.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-1427
    摘要 ( 308 )   HTML ( 11 )   PDF (3654KB) ( 266 )  
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    采用分子动力学方法模拟研究受限纳米通道内液体在固体壁面上的核化生长过程,本文主要研究固体壁面润湿性对液体核化生长的影响并分析了气泡成核机理。结果表明:不同壁面润湿性对气泡核化生长产生较大影响。壁面润湿性强时,近壁面处会形成一层液膜,出现与池沸腾不同的现象,流体在液膜层发生均质核化,气泡核化生长速度较快;壁面润湿性较弱时,液体在近壁面处发生异质核化,气泡核化生长速度相对较慢;壁面润湿性最弱时,在近壁面处会形成一层气膜,热量通过气膜传递给流体,传热效果不佳,液体很难发生核化现象。形成这种现象的原因是壁面润湿性强,近壁面处会形成“类固体”层,热量由壁面经“类固体”层传给通道内流体,传热效果好,此外,“类固体”层越厚传热效果越好。壁面润湿性弱时,近壁面处没有“类固体”层,会形成一层气膜,降低传热效果,影响通道内流体核化生长。

    油井采出液预分水用轴向水力旋流器的实验研究
    白春禄, 王春升, 陈家庆, 尚超, 张明, 刘美丽, 郑晓鹏
    化工进展. 2020, 39(5):  1649-1656.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-1380
    摘要 ( 282 )   HTML ( 5 )   PDF (3841KB) ( 136 )  
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    高含水油井采出液的高效预分水是目前油气集输处理领域面临的关键难题之一,轴向水力旋流器因具有结构紧凑、分离效率高等优点而得到了国内外的广泛关注。本文针对自主研发的油井采出液预分水用轴向水力旋流器开展了室内实验研究。与切向水力旋流器对比,轴向水力旋流器不仅分离效率更高,而且油出口处的油滴聚结长大近1.8倍,在分水率高于50%的情况下,水出口处的含油浓度低于1000mg/L;轴向水力旋流器压降较低,且压降比与分流比呈线性相关。分流比、含水率和流量对分离性能均有显著影响,其中分流比的变化直接影响油核的大小和稳定性,室内样机的最佳分流比为0.45,当含水率为90%、处理量为1.00m3/h时分水率与含油浓度分别为62.9%和432.8mg/L;含水率高于75%时分离性能良好;室内样机的最佳流量为1.50m3/h。自主研发的轴向水力旋流器不仅满足性能要求,而且在操作弹性、可控性方面较切向水力旋流器均有一定的提升。

    数据驱动的跨临界CO2热泵多目标优化设计
    李恩腾, 徐英杰, 谢小东, 范伟
    化工进展. 2020, 39(5):  1657-1666.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-1362
    摘要 ( 238 )   HTML ( 7 )   PDF (2370KB) ( 132 )  
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    针对跨临界CO2热泵成本过高与占用空间大等问题,提出了一种基于经济性与实用性的数据驱动跨临界CO2热泵多目标优化设计方法。本文通过对跨临界CO2热泵进行性能模拟获得大量的驱动数据,然后经由BP神经网络构建跨临界CO2热泵的热力学预测模型,并且从投资、运营、环境以及空间占用等多角度建立跨临界CO2热泵的多目标优化模型。最后以住宅用户最关心的总年度成本与水箱容积为设计优化目标,通过精英策略非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)与TOPSIS决策法进行最优设计方案求解。案例研究表明,占用空间小、总年度成本低的最优设计方案的水箱体积为0.235m3、总年度成本为958.1USD/a。且通过分析设计参数对优化目标的影响,发现水箱保温层厚度的影响主要集中在一个较优区域,水箱直径与高度的影响较大,而气冷器换热温差的影响较小。

    高温CO2热泵的超临界喷气增焓性能
    吴孟霞, 王汉治, 李帅旗, 宋文吉, 冯自平
    化工进展. 2020, 39(5):  1667-1673.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-1404
    摘要 ( 272 )   HTML ( 6 )   PDF (1790KB) ( 254 )  
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    提出了一种基于高温超临界喷气增焓技术的新型CO2热泵循环,以显著提升跨临界CO2热泵在高温循环加热工况下的制热性能。通过建立超临界喷气增焓型高温CO2热泵系统的数值模型,并采用EES(engineering equation solver)软件对该热泵系统的循环加热性能进行了仿真分析。研究了在较高气体冷却器出口温度下,蒸发温度、压缩机中间压力、气体冷却器压力等参数对单位容积制热量和性能系数(COP)的影响。结果表明:在最优排气压力下,气体冷却器出口温度高达60℃时,该热泵循环的COP也能达到3.0左右;相对于普通喷气增焓系统,COP明显提高;相对于无喷气增焓的常规系统,在气体冷却器出口温度为60℃时,相对补气量为0.3、0.4、0.5的超临界喷气增焓系统COP分别提高了14.8%、21.2%、29.2%;气体冷却器压力和中间压力对系统COP的影响变化趋势一致,但气体冷却器压力的影响更为显著;此外,存在最优的气体冷却器压力和中间压力使系统COP达到最大,在气体冷却器出口温度为60℃,相对补气量为0.4时,最优气体冷却器压力和中间压力分别为13.5MPa和8.5MPa。

    二维喷嘴内稠密气固射流稳定性实验
    杨璐明, 刘昊坤, 李伟锋, 刘海峰, 王辅臣
    化工进展. 2020, 39(5):  1674-1681.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-1409
    摘要 ( 249 )   HTML ( 3 )   PDF (2987KB) ( 143 )  
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    利用高速摄像仪对二维喷嘴内稠密气固射流稳定性进行了实验研究,考察了颗粒粒径、料仓压力以及喷嘴收缩角等因素对射流流动模式及稳定性的影响。结果表明:对于颗粒粒径为78μm的气固射流,随着料仓压力的增大,射流出口速度增大,射流固含率降低,在料仓压力≥0.03MPa、射流速度≥4.82m/s、射流固含率≤0.168时,喷嘴内稠密气固射流出现气泡型的不稳定流动模式;随着颗粒粒径的增大,气固射流固含率降低,喷嘴内稠密气固射流从气泡模式转变为颗粒团不稳定流动模式;改变喷嘴收缩角对射流不稳定模式影响不大。利用微型压力传感器对喷嘴直管不同位置压力进行测量,结果表明压力脉动主要是由于气固射流中气泡及颗粒团的产生及演变导致的。研究表明,随着料仓压力增大,颗粒在喷嘴内向下运动过程中压降增加,渗透进颗粒流的气体分率增加,将导致喷嘴内气固相互作用增强,进而引起气固射流不稳定。

    大型吸收式热电联产机组性能分析与对比
    刘浩晨, 耿直, 莫子渊, 顾煜炯
    化工进展. 2020, 39(5):  1682-1691.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-1340
    摘要 ( 296 )   HTML ( 8 )   PDF (3461KB) ( 265 )  
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    燃煤热电联产机组在电能与热能的协调和转换中起到至关重要的作用,并且在未来一段时间内仍是我国北方冬季采暖的主力热源。本文构建了包含电厂侧和热力站侧两部分在内的一种热电联产系统方案,并研究了机组背压、供给热电比、汽水系统?效率、热网换热器?效率、机组发电量、热网水泵功率在变工况下和单独改变供热功率、供水温情况下的变化规律,开创了电热价比的方法对电热两种捆绑式生产的热电联产机组来衡量其整体经济收益,最后通过热网水质量流量、热电比、背压、抽凝比和发电煤耗率这些指标将新方案与传统热电联产方案进行了对比。结果表明:对于热电联产机组,系统热力学参数随工况、供热负荷和供水温度变化呈现不同规律;本文新提出的电热价比方法能为热电联产机组提供运行决策和收益预测规划;新方案可通过提升热网供回水温差可以显著提高系统供热能力和能源利用效率:使得发电煤耗率减小3.22~7.00g/(kW·h),机组背压降低了65.07%,热网水流量减少了33.33%。

    有机膜精确调控传质的新型溶析结晶及过程强化
    盛磊, 脱凌晗, 姜晓滨, 贺高红
    化工进展. 2020, 39(5):  1692-1700.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-1229
    摘要 ( 256 )   HTML ( 6 )   PDF (1951KB) ( 194 )  
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    溶析结晶是一种环保、高效的结晶方法,在温敏性、低溶解度物系的晶体生产领域具有不可替代的重要作用。但是,传统溶析结晶过程中溶液过饱和度的时空均一性差,传质调控为微米级尺度,容易爆发成核,是亟待解决的关键问题。本文提出利用聚醚砜(PES)中空纤维膜,为溶析剂与结晶溶液之间的传质提供均匀稳定的界面,实现结晶溶液与溶析剂的精确混合和结晶过程强化,开发了一种新型的溶析结晶传质调控技术。溶析剂在压力差驱动下均匀渗透通过有机膜,在结晶溶液一侧的膜外表面形成溶析剂液膜层,通过表面液膜的不断更新,将传统溶析结晶的毫米级宏观混合转变为亚微米级尺度的微观混合,实现过饱和度的均匀分布。同时,这层液膜的存在,避免了结晶溶液直接接触膜表面,有效地解决了异相成核附着导致膜污染的问题。实验中,对壳程流速做出周期性改变后,渗透通量可即时发生一致的线性响应变化,证实有机膜调控传质过程的精确性和灵敏性。PES膜重复使用多次后,渗透通量仍可以保持稳定。相比传统的滴加式溶析结晶,在相同的溶析剂传质速率下,有机膜调控过程制备的晶体产品,形貌更加规整、粒径分布更集中。因此,在溶析剂精确传质和抗污染方面,有机膜调控的溶析结晶过程均表现出良好的性能,为药物、大分子结晶的高效工业化制备开拓了新的思路。

    多种废水制备水煤浆智能化专家系统的设计及应用
    刘建忠, 王双妮, 李得第, 王金乾
    化工进展. 2020, 39(5):  1701-1706.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-1365
    摘要 ( 248 )   HTML ( 4 )   PDF (2554KB) ( 100 )  
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    有机废水组分繁多、种类各异,国内发展成熟的水煤浆技术能高效、低成本、资源化处理煤化工等行业的高浓度有机废水。目前针对多种废水制备水煤浆少有研究,如何以最优化的配比进行多种废水制浆,是十分有意义的课题。为了解决这一问题,本文围绕高浓度有机废水制备水煤浆的影响研究,将废水中的不同组分作为影响水煤浆性能的多因子,采用神经网络技术,设计了一套能够求解最佳废水配比、预测废水煤浆成浆浓度的专家系统。此专家系统能够满足企业生产的要求,提高企业的经济效益。为了验证专家系统预测成浆浓度的准确性,进行了14组不同废水比例的成浆性实验,并将实际实验结果与预测结果进行对比,得到预测值与测试值的误差均小于10%,具有较高的可信度。

    沉淀过程对锰孔雀石结构及其演化过程的影响
    陈帅帅, 陈鑫超, 凌晨, 蒋新
    化工进展. 2020, 39(5):  1707-1713.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-1439
    摘要 ( 245 )   HTML ( 9 )   PDF (1241KB) ( 143 )  
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    锰孔雀石中的Mn含量对其后续演变和Cu-Mn催化剂的活性有重要的影响。本文利用搅拌釜反应器和微反应器制备了铜锰的碱式碳酸盐共沉淀物,研究了混合过程对Cu2+、Mn2+的共沉淀反应过程及共沉淀产物的后续演变过程的影响。采用X射线衍射(XRD)、热重质谱联用(TG-MS)、氢气程序升温还原(H2-TPR)分析了前体、催化剂的结构及演变过程。研究发现,在混合较好的微反应器制备的样品中,锰孔雀石中的极限Mn质量分数为25%左右,明显高于文献研究从搅拌釜中得到的数值。通过对扩散-反应过程的分析发现,反应过程中的混合效果越好,制备得到的前体中锰孔雀石的含量越多且其中的锰含量越高。高锰含量的锰孔雀石在焙烧时会形成更多的Cu-Mn界面,进而产生更多的高温碳酸盐,最终的铜锰催化剂中Cu、Mn相互作用更强,催化活性更高。

    果糖在高黏度水溶液中的生长模型及机理
    龚俊波, 李康, 何兵兵, 黄翠, 陈明洋
    化工进展. 2020, 39(5):  1714-1721.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-1209
    摘要 ( 298 )   HTML ( 4 )   PDF (1305KB) ( 78 )  
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    果糖是一种高附加值的甜味剂,其水溶液的黏度很高,导致晶体生长速率非常缓慢。利用常规的在线和离线测量方法会因为黏度大和成核而造成测量不准确。这导致果糖晶体在纯水中的生长速率目前尚无可靠数据,难以精确实现果糖工业生产过程的设计及优化。本文通过考察黏度、密度与扩散作用研究了高黏度果糖水溶液中的晶体生长速率。首先,利用旋转黏度计测定了果糖水溶液的黏度,考察了温度、浓度对其黏度的影响,使用经验模型对黏度数据进行了关联。随后利用比重瓶法测定了果糖水溶液的密度,考察了温度、浓度对溶液密度的影响。基于黏度和密度的测定结果,利用自由体积模型预测了果糖饱和水溶液的扩散系数,探究了在高黏度果糖水溶液中影响溶质分子传递过程的关键因素。最后,使用扩散控制的生长模型预测了果糖晶体的理论生长速率。采用单晶生长实验测定了果糖晶体的实际生长速率,将理论生长速率与之进行比较,结果吻合良好。此外,基于扩散控制和实际生长形貌,判断果糖晶体的生长机理属于螺旋错位生长。

    能源加工与技术
    高温车用燃料电池的发展及现状综述
    赵俊杰, 涂正凯
    化工进展. 2020, 39(5):  1722-1733.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-1425
    摘要 ( 503 )   HTML ( 33 )   PDF (1010KB) ( 662 )  
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    燃料电池车以其能量转化效率高、绿色环保、噪音低等优点,被认为是替代传统化石能源汽车最有前景的新能源汽车。目前车用燃料电池的工作温度一般都低于80℃,低温的工作环境使其面临着诸多问题,如复杂的水管理和CO中毒等。通过提高质子交换膜燃料电池(PEMFC)的工作温度可以缓解这些问题,提高燃料电池的性能。然而,高温的工作环境也会对燃料电池带来诸多挑战,如膜脱水、催化剂团聚、冷启动速度缓慢等。要促进高温(90~120℃)车用燃料电池的快速发展,需要对其问题及解决方法进行分析。本文从电堆比功率、膜电极、双极板、进气方式、加湿方式等方面,介绍燃料电池的发展现状及存在的问题,包括Nafion膜和催化剂的热稳定问题、双极板的耐腐蚀问题、流道的气体分配问题、进气方式和加湿方式的优化以及冷启动问题。指出通过掺杂亲水性氧化物改善Nafion膜的高温性能;将Pt合金化及采用介孔炭提高催化剂的稳定性和电化学活性;镀层不锈钢金属双极板可以增强耐腐蚀性;3D流场等新型流场结构及提高进气温度、速度可以提高气体的均匀性;采用自增湿方式可以简化电堆结构等解决方法,以期对燃料电池车的进一步发展起到引导作用。

    钙循环捕集CO2后CaO的水合/脱水热化学储热性能
    孙超颖, 李英杰, 闫宪尧, 赵建立
    化工进展. 2020, 39(5):  1734-1743.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-1230
    摘要 ( 315 )   HTML ( 9 )   PDF (2119KB) ( 123 )  
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    提出了基于CaO的钙循环捕集CO2与CaO/Ca(OH)2体系热化学储热耦合新工艺,在双固定床反应器上,研究了循环捕集CO2中煅烧条件和碳酸化条件对CaO储热性能的影响,探究CaO循环捕集CO2过程和循环水合/脱水储热过程的相互作用。研究表明,多次循环碳酸化/煅烧捕集CO2后CaO仍具有较高储热性能,10次循环捕集CO2后再经10次储热循环,CaO水合转化率可达0.66mol/mol。与苛刻煅烧条件相比,温和煅烧条件下经历多次循环捕集CO2后CaO的储热性能更高。在碳酸化气氛中加入水蒸气对经历多次循环捕集CO2后CaO储热性能的影响不大。钙循环捕集CO2过程和水合/脱水循环储热过程能够相互促进。该工艺有望同时实现CO2捕集和储热,具有一定的应用前景。

    工业催化
    芳烃长链烷基化催化工艺研究进展
    刘键, 刘恒源, 谭斌, 李平, 徐建鸿
    化工进展. 2020, 39(5):  1744-1755.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-1282
    摘要 ( 374 )   HTML ( 15 )   PDF (1557KB) ( 382 )  
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    芳烃长链烷基化是一类重要的有机合成反应,在化工生产中具有广泛的应用价值。传统催化工艺所采用的氢氟酸等催化剂具有高腐蚀、高污染的特点,难以满足化工行业环境友好的发展需求。本文指出固体酸、离子液体两大类催化剂是实现该工艺绿色化转型的关键所在,并综述了固体酸、离子液体两大催化体系的研究成果、应用现状及主要技术问题。研究表明二者对于芳烃长链烷基化均具有较高的活性及选择性,以固体酸为催化剂的Detal工艺已然实现工业化生产。但目前两种催化剂均存在易失活的问题,且Detal工艺的运行成本较高,因而未来需开展有关研究提高催化剂的稳定性、降低工艺的能耗及物耗以缩减运行成本。

    埃洛石负载的纳米金可控制备及对环己烷选择性氧化的催化性能
    张学云, 祝琳华, 司甜
    化工进展. 2020, 39(5):  1756-1764.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-1204
    摘要 ( 264 )   HTML ( 2 )   PDF (1787KB) ( 133 )  
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    埃洛石纳米管(HNTs)是一类具有独特物理结构和化学性质的天然黏土化合物,本文以经过提纯和聚二烯丙基二甲基氯化铵溶液(PDDA)改性的埃洛石为载体,将预先制备的粒径可控的金溶胶负载到改性埃洛石(PHNTs)表面得到负载型的纳米金颗粒,通过调节氯金酸前体的浓度和用量,实现了对负载型纳米金尺寸的有效调控,透射电镜表征结果显示,埃洛石负载的纳米金分散性良好,平均粒径分别处于2nm以下、2~5nm和5nm以上。以环己烷的液相选择性氧化为模型反应,评价了所制备的不同尺度负载型纳米金粒子的活性和对环己醇和环己酮的选择性。结果表明:纳米金颗粒的平均粒径处于2~5nm时,表现出最好的催化活性和选择性,在170℃和2.0MPa下反应2h,环己烷的转化率可达10.29%,环己醇和环己酮的选择性达85.75%,优于该反应体系使用的工业催化剂对活性和选择性的指标要求。此外,X射线光电子能谱仪表征结果显示,当埃洛石负载的纳米金平均粒径处于2~5nm时,金元素主要以Au0 的形式存在。

    一种具有温敏表面的氧化石墨烯负载钯催化剂的制备及催化性能
    丁雪洁, 窦梦迪, 李丹, 鲁墨弘, 李明时, 李永昕, 朱劼
    化工进展. 2020, 39(5):  1765-1773.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0917
    摘要 ( 235 )   HTML ( 2 )   PDF (2132KB) ( 107 )  
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    以过硫酸铵(APS)为引发剂,N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)为单体,在氧化石墨烯(GO)表面生长温敏高分子聚(N-异丙基丙烯酰胺)(PNIPAM),获得复合载体GO-PNIPAM,并通过水相浸渍还原法制备具有温度敏感特性的Pd催化剂(Pd/GO-PNIPAM)。采用红外光谱、差示量热、热重、元素分析、透射电镜和电感耦合等离子原子发射光谱对复合载体GO-PNIPAM和Pd催化剂进行表征。结果表明,PNIPAM在GO上的接枝率约占60%。GO-PNIPAM显示出明显的温敏效应,其最低临界溶液温度约37℃。Pd/GO-PNIPAM上Pd纳米颗粒的平均粒径为(4.70±0.85)nm,远小于Pd/GO中Pd平均粒径(8.79±2.68)nm。因此,PNIPAM在GO上的接枝为金属纳米颗粒的沉积提供了大量的锚定位点,有助于金属纳米颗粒在其上的分散。Pd/GO-PNIPAM在高温下(80℃)肉桂醛(CAL)的选择性加氢反应中显示出优良的催化性能,初始转换频率(initial TOF)达192.3min-1,高于GO负载Pd催化剂(Pd/GO,103.5min-1)。Pd/GO-PNIPAM较高的Pd纳米颗粒分散性和高温下对CAL良好的吸附性能协同作用,导致其催化活性提高。

    CuNi纳米晶的可控合成及Pt/CuNi催化剂催化肉桂醛加氢性能
    张欢, 阮露娜, 裴安, 艾文斌, 吴锋顺, 熊晚枫, 朱丽华
    化工进展. 2020, 39(5):  1774-1783.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-1320
    摘要 ( 312 )   HTML ( 4 )   PDF (3070KB) ( 126 )  
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    采用水热法制备了CuNi二元金属纳米晶。以水合肼为还原剂,探究水热合成温度、表面活性剂[乙二胺(EDA)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)]对CuNi纳米晶形貌的影响。随水热合成温度的升高(60℃、90℃、120℃、150℃),Cu2+、Ni2+的还原速率加快,有利于形成Cu@Ni核壳结构。以EDA为表面活性剂时,制备的CuNi二元金属纳米晶在120℃和150℃时分别呈现花状和海胆状。此外,以CuNi纳米晶为催化剂载体,采用化学置换法负载贵金属Pt合成了Pt/CuNi三元金属催化剂。X射线粉末衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、扫描电镜X射线能谱(SEM-EDS)、X射线光电子能谱(XPS)、高角度环形暗场扫描透射(HAADF-STEM)和元素面扫(STEM-EDS)表征结果表明,Pt/CuNi催化剂纳米结构为小岛状的Pt纳米团簇负载于CuNi纳米晶。其中,Pt/CuNi-120-EDA(120为水热合成温度,EDA为制备CuNi纳米晶时添加的表面活性剂)催化剂表面具有较丰富的缺陷位和活性位点,使其在肉桂醛加氢反应中表现出最佳的催化性能(80℃下对苯丙醇的产率达100%)。

    Mn/Cu-BTC催化剂同时脱硫脱硝实验研究
    赵珂, 宁平, 李凯, 孙鑫, 宋辛, 王驰
    化工进展. 2020, 39(5):  1784-1791.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-1317
    摘要 ( 319 )   HTML ( 12 )   PDF (1653KB) ( 124 )  
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    通过水热合成法制得金属有机骨架材料Cu-BTC,采用浸渍法将金属氧化物(Fe、Mn、Ce、Co、Mo)负载在Cu-BTC上得到复合催化剂(X/Cu-BTC)并用于同时脱除模拟烟气中的SO2和NO。采用N2物理吸附(BET)、X射线衍射分析(XRD)、热重分析(TG)以及扫描电镜(SEM)等方法对催化剂进行表征。表征结果显示MnOx的负载使得催化剂的比表面积、孔体积下降,负载前后催化剂的结构保持不变。同时考察了不同金属氧化物负载Cu-BTC同时脱硫脱硝的效果:Mn/Cu-BTC的脱硝最佳,其次为Ce/Cu-BTC。最后对MnOx与CeOx的负载量进行了考察,10% Mn/Cu-BTC与10% Ce/Cu-BTC为最佳负载量。在250℃,空速为10000h-1时,10% Mn/Cu-BTC的脱硫和脱硝效率分别为100%和88%,10% Ce/Cu-BTC的脱硫和脱硝效率分别为100%和75%,表明Mn/Cu-BTC催化剂对于SO2和NO具有良好的同时脱除效果。

    Ni-P/HZSM-5催化木质素降解制备酚类化学品
    郑云武, 王继大, 刘灿, 卢怡, 林旭, 李文斌, 郑志锋
    化工进展. 2020, 39(5):  1792-1802.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-1444
    摘要 ( 317 )   HTML ( 6 )   PDF (5346KB) ( 168 )  
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    采用Ni-P复合改性HZSM-5催化剂催化木质素降解制备高附加值的单酚类化学品,探讨了催化剂种类、金属负载量、反应温度、反应时间以及溶剂种类对木质素催化降解制备酚类化合物的影响。同时采用X射线衍射仪(XRD)、比表面积和孔径分析仪(BET)、化学吸附仪(NH3-TPD)、热重分析仪(TG)以及气相色谱质谱联用仪(GC/MS)对催化剂以及液相产物进行分析表征,同时探讨其催化失活以及再生机制。结果表明:Ni、P高度分散在HZSM-5催化剂的表面,Ni的添加有效地弱化了C-C键,致使β-O-4和α-O-4发生断裂,有效地提高了木质素加氢解聚的活性,减少了焦炭的生成,但催化剂的再生水热稳定性较差,重复使用性较低。当采用甲醇为供氢试剂,在反应温度为220℃,氢气压力为2MPa,反应时间为8h,催化剂负载量为10%,NaOH为共催化剂时,其木质素的转化率为98.6%,酚类化合物的含量达到74.97%。产物以苯酚、愈创木酚和紫丁香酚为主,低温促进了紫丁香酚的产生。

    材料科学与技术
    离子液体在纳米材料合成中的应用
    张虹, 罗莹, 崔朋蕾, 杨军
    化工进展. 2020, 39(5):  1803-1811.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-1453
    摘要 ( 365 )   HTML ( 12 )   PDF (2256KB) ( 241 )  
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    室温离子液体(ionic liquids, ILs)作为一种新型的绿色环保溶剂,由于其特殊的功能化结构及热稳定性好、挥发度低和溶解能力强等特点,目前被广泛应用于纳米材料的制备领域。本文重点介绍了离子液体在纳米材料制备中的应用及相关研究的最新进展,结合一些示例对本领域进行了概述,其中包括离子液体作为溶剂,例如作为反应介质和稳定剂;模板剂,例如利用离子液体的微结构(胶束和囊泡、液晶凝胶、乳液和微乳液)作为纳米材料合成中的模板和软模板;反应物,例如作为反应中的还原剂和反应组分;以及离子液体微乳液在纳米材料制备中的特殊用法进行了总结,并讨论了离子液体在快速发展的纳米材料制备领域中的存在挑战和机遇。

    硅藻土基磁性复合材料的研究进展
    王苏蕾, 朱海涛, 陈冉冉, 曹镜宇, 李金鹏, 丁益
    化工进展. 2020, 39(5):  1812-1823.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-1411
    摘要 ( 358 )   HTML ( 11 )   PDF (1467KB) ( 286 )  
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    硅藻土基磁性复合材料因其具有大的比表面积、良好的抗腐蚀性能,能够在外加电场下定向移动且易于分离,同时兼具光电、电磁性,常作为吸附剂、催化剂和吸波基材广泛应用于环境、生物、光电及催化工程中。其磁性组分性能多样使得硅藻土基复合材料具有不同的效能评价,硅藻土表面因磁性组分的复合发生化学和物理变化,因此需要不同的制备方法。本文将磁性硅藻土复合材料基于磁性组分进行分类,综述了近年来的最新硅藻土基磁性复合材料的研究进展,主要探讨了此类复合材料表面及结构、活性机理、制备方法等对其性能的影响,最后根据不同应用领域对复合材料取得的新进展进行介绍。分析表明:硅藻土基磁性复合材料的天然多孔结构所具有的吸收、吸附性能和半导体的磁光性能结合,使得材料性能得到改善的同时具有更好的综合性能。特别是尖晶石型铁氧体-硅藻土在光电催化和吸波领域的性能表现更好,应用前景广泛。

    相变储热技术用于被动式建筑节能的研究进展
    孙婉纯, 冯锦新, 张正国, 方晓明
    化工进展. 2020, 39(5):  1824-1834.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-1314
    摘要 ( 338 )   HTML ( 7 )   PDF (2177KB) ( 487 )  
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    相变潜热储能系统具有储热密度高、工作温度稳定和工艺流程简单等优点。相变材料可以通过多种方式与建筑物相结合,利用自身吸热/放热的特性对热能进行储存和释放,从而提高可再生能源的利用率。研究表明,相变储热单元能够有效地降低室内的温度波动,提高室内环境的热舒适性,减少建筑能耗。本文基于相变储热技术在建筑围护结构中的墙体、屋顶、地板以及窗户的研究现状,对近年来被动式储热建筑节能的研究现状进行了综述。阐述了适用于建筑物的相变材料的特点、优化相变材料热性能的方法、相变储热技术调控室内热环境的原理以及相变材料应用于建筑物的节能效果。文章指出,未来的研究应注重高性能相变材料的开发、复合工艺的简化以及室内热环境的综合评价。

    基于3D打印技术制造柔性传感器研究进展
    李仲明, 李斌, 武思蕊, 赵梁成
    化工进展. 2020, 39(5):  1835-1843.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-1412
    摘要 ( 560 )   HTML ( 26 )   PDF (1341KB) ( 332 )  
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    与传统的涂覆、沉积等加工手段相比,使用3D打印技术可制造复杂立体功能结构的传感器,将3D打印与柔性传感技术结合可以促进未来生物医疗、人工智能等领域的发展。本文介绍了国内外基于3D打印技术制造柔性传感器的最新进展,其中包括聚酰亚胺等多种基底材料、纳米金属等多种打印传感材料;按照熔融沉积、黏弹性墨水沉积、粉末烧结熔化、还原光聚合和材料喷射的制造原理分别阐述了多种传感器的材料选择、成型特点,并对制造方法进行总结分析。虽然3D打印制造柔性传感器件存在着缺乏行业标准及多种类打印材料等问题,但经过不断创新与发展,3D打印将成为柔性传感领域极佳的制造手段。

    花状与颗粒状NiMn2O4纳米材料的制备及其超级电容性能
    李明伟, 杨绍斌, 贾婧, 顾金峰, 耿福洋
    化工进展. 2020, 39(5):  1844-1850.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0616
    摘要 ( 217 )   HTML ( 7 )   PDF (2337KB) ( 158 )  
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    分别以尿素和氨水为沉淀剂,采用热溶剂法制备了多孔的花状NiMn2O4和颗粒状NiMn2O4纳米电极材料,采用 X射线衍射仪、扫描电镜、透射电镜和N2 吸附-脱附等手段对NiMn2O4材料的物相、形貌结构和孔径分布进行了表征,并通过循环伏安、恒电流充放电、交流阻抗等方法测试了所制备材料的电化学性能。研究了沉淀剂对NiMn2O4材料形貌、微观结构及电化学性能的影响。结果表明:以尿素为沉淀剂的NiMn2O4是由纳米片组成的花状结构,纳米片厚度为50~60nm,比表面积为104m2/g。在 1A/g 电流密度下比电容为1614F/g,在5A/g电流密度下,尿素为沉淀剂的花状NiMn2O4材料经1000次恒电流充放电后其比电容可达初始值的89%。以氨水为沉淀剂的多孔NiMn2O4为直径约30nm的纳米颗粒结构,颗粒间团聚严重,比表面积为91m2/g。在1A/g电流密度下比电容为1147F/g,在5A/g电流密度下,氨水为沉淀剂的颗粒状NiMn2O4材料经1000次恒电流充放电后其比电容可达初始值的80%。尿素为沉淀剂的花状NiMn2O4具有优越的超级电容性能。

    GO@TA-Fe/PVDF纳米复合材料制备与介电性能
    张帆, 周文英, 张财华, 李旭, 汪广恒, 闫智伟
    化工进展. 2020, 39(5):  1851-1856.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-1442
    摘要 ( 253 )   HTML ( 6 )   PDF (2359KB) ( 215 )  
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    为降低氧化石墨烯(GO)/聚偏氟乙烯(PVDF)体系的介电损耗,本文采用单宁酸-铁配合物(TA-Fe)修饰GO表面,将改性GO和PVDF复合后制得了GO@TA-Fe/PVDF纳米复合电介质材料,研究了GO@TA-Fe对PVDF复合材料的微观形貌及介电性能影响。研究结果表明,TA-Fe包覆层强化了GO与PVDF基体间界面相容性及界面作用力,促进了GO在基体中均匀分散;TA-Fe界面层的存在显著降低了GO/PVDF漏导电流及损耗,归因于绝缘界面层有效阻止了GO之间直接接触,抑制漏导电流;TA-Fe用量对体系介电性能有明显影响,随TA-Fe用量增大,体系的介电损耗和电导率显著降低。与GO/PVDF相比,质量分数2%的GO@TA-Fe/PVDF在100Hz下介电常数为1000,而介电损耗由19.8降低为0.08。本研究制备的高介电常数及低损耗的柔性GO@TA-Fe/PVDF纳米电介质材料在电子器件及电力设备领域具有潜在应用。

    Au/TiO2复合物的制备、表征及其增强光催化灭菌活性
    王玉梅, 冀海伟, 常通, 毕玉水
    化工进展. 2020, 39(5):  1857-1865.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-1329
    摘要 ( 280 )   HTML ( 27 )   PDF (5176KB) ( 140 )  
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    为提升TiO2光催化活性克服其可见光响应能力差的问题,采用沉积-沉淀法制备了Au/TiO2复合物光催化剂,利用X射线衍射(XRD)、傅里叶红外光谱(FTIR)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外-可见漫反射光谱(UV-vis DRS)、荧光发射光谱等对样品进行了表征。XRD、FTIR和XPS结果表明,Au/TiO2中TiO2为锐钛矿相且Au成功沉积至TiO2。UV-vis DRS和荧光发射光谱结果表明,适量Au修饰不仅能提高TiO2对可见光的吸收,还可促进TiO2光生电子-空穴对分离,有利于增强其光催化活性。自由基捕获实验证实,形成?OH的数量与光照时间成正比且?OH生成量越多,光催化活性越高。对比考察了Au/TiO2和TiO2在氙灯光源照射下对大肠杆菌的光催化杀灭作用,并探讨了Au负载量、光照时间、光照强度、光催化剂浓度等因素对灭菌性能的影响。结果表明:Au/TiO2的光催化灭菌活性优于TiO2,且与光照时间和光照强度均成正比;Au的适宜负载量为3%(质量分数);3%Au/TiO2在光照时间60min、光照强度7mW/cm2、光催化剂浓度100μg/mL的条件下,对大肠杆菌的杀灭效率高达91.3%。

    氨基修饰片状氮化碳的制备及光催化性能
    焦莉, 徐金妹, 张秋亚, 彭慧, 许霞, 王利平
    化工进展. 2020, 39(5):  1866-1874.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-1336
    摘要 ( 324 )   HTML ( 11 )   PDF (2168KB) ( 295 )  
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    石墨相氮化碳是一种低成本易获得的可见光响应光催化剂,但由于比表面积小、光生载流子易复合等缺点限制了其应用。为克服传统氮化碳的缺陷,本实验以尿素和三聚氰胺为原料,通过水热预处理改性前体,再用高温煅烧法成功制备出氨基修饰片状氮化碳光催化材料。并通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和X射线光电子能谱仪(XPS)等手段对样品的晶格结构和形貌特征等进行表征。结果表明,成功引入氨基基团的片状氮化碳,比表面积增加且光生载流子复合率显著降低。以罗丹明B和壬基酚溶液的光降解考察材料光催化性能,发现氨基修饰片状氮化碳对其去除率分别为80.69%和50.7%,分别是传统块状氮化碳的2.45倍和2.19倍,是未修饰片状氮化碳的1.26倍和1.21倍。且氨基修饰片状氮化碳材料重复使用5次后仍具有较高光催化活性,光催化性能显著提高。

    MPTES包覆下转换纳米粒子NaYF4:Yb3+及其氧化改性
    金前鹏, 徐阳
    化工进展. 2020, 39(5):  1875-1881.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-1431
    摘要 ( 252 )   HTML ( 2 )   PDF (1769KB) ( 181 )  
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    为了提高下转换纳米粒子NaYF4:Yb3+对蛋白质类纤维的结合力,本文采用γ-巯丙基三乙氧基硅烷(MPTES)对其进行水解包覆并利用醋酸-过氧化氢氧化改性。利用TEM、FTIR和XPS分析各阶段反应产物形貌和组成,并利用XRD和PL光谱表征了样品的物相结构和红外发射性能。实验结果表明:随着MPTES量的增加,纳米粒子NaYF4:Yb3+表面形成的包覆层厚度也增大,当MPTES体积达到1.5mL时,包覆层厚度增加不再明显;产物FTIR谱图表明纳米粒子表面形成了巯基化二氧化硅包覆层,并由醋酸-过氧化氢将SH原位氧化成SO3基团;XPS硫元素精细谱证实氧化后的产物只有高价态(+4)且未见低价态(-2)的硫元素。最后,XRD和PL发射光谱结果表明:包覆和氧化改性并未对纳米粒子NaYF4:Yb3+晶型产生影响,包覆改性后的产物下转换发射强度明显提高。

    B2O3-K2O-Sb2O3系统玻璃的光学折射率及带隙
    林社宝, 史东阳, 冯爱玲, 刘春晓, 许强, 赵磊, 郭佳伟, 王伟
    化工进展. 2020, 39(5):  1882-1887.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-1402
    摘要 ( 219 )   HTML ( 1 )   PDF (1213KB) ( 243 )  
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    高折射率和非线性光学玻璃可以用于高速光开关、光学存储器、新型光纤和光学运算元件等,其研究受到各国科技工作者的高度重视,本文采用熔融淬冷法制备了组成为(85-x)B2O3-15K2O-xSb2O3(x=70, 75, 80, 85)的4组玻璃,测试了玻璃样品的密度、折射率、热学性能、拉曼光谱和吸收光谱,利用玻璃样品的吸收光谱计算了其直接允许光学带隙、间接允许光学带隙及Urbach能量。结果表明:随着Sb2O3含量的增加,玻璃样品的密度从4.445g/cm3逐渐增加到4.767g/cm3,折射率从1.9438增加到2.0058,玻璃转变温度从291℃降低到260℃,玻璃析晶温度从463℃降低到370℃,直接光学带隙从3.2775eV降低到3.1379eV,间接光学带隙从3.1444eV降低到3.0256eV,Urbach能量从0.137eV逐渐减小到0.107eV。说明Sb2O3-K2O-B2O3系统玻璃可以作为新型的非线性光学玻璃候选材料之一。

    改性碳纳米管原位增强C36二聚脂肪酸柔性不饱和聚酯树脂的制备与性能
    严旭明, 黄雪, 杨锐钊, 冯光炷
    化工进展. 2020, 39(5):  1888-1896.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-1280
    摘要 ( 236 )   HTML ( 1 )   PDF (2570KB) ( 113 )  
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    采用原位聚合制备MWCNTs-OH改性C36二聚脂肪酸基柔性不饱和聚酯树脂,研究了掺入不同质量分数的MWCNTs-OH对DFA/UPR复合材料的力学性能、断面微观形貌、热稳定性以及耐溶剂性能的影响。经FTIR和SEM分析得出,MWCNTs-OH作为可反应型填料参与原位缩合反应,聚酯树脂的断裂方式为韧性断裂。不饱和聚酯树脂材料的综合性能在碳纳米管质量分数为0.6%时达到最佳,拉伸强度、弹性模量、断裂伸长率和弯曲强度分别提高了78.94%、111.02%、16.38%和70.03%,材料的热稳定性和耐溶剂性能得到有效改善。

    铁酸镧B位掺Mn/Co/Cr试样的红外辐射性能与机理
    刘庆生, 程华金, 谈成亮, 邱建民, 涂弢
    化工进展. 2020, 39(5):  1897-1906.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0972
    摘要 ( 254 )   HTML ( 2 )   PDF (3636KB) ( 365 )  
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    采用高温固相烧结法制备了粉体材料LaFeO3、LaFe0.75Co0.25O3、LaFe0.75Cr0.25O3和LaFe0.75Mn0.25O3,通过XRD、FTIR、SEM、XPS等检测手段对材料进行表征,同时运用CASTEP模块模拟计算了材料的电子能带结构和光学性质。实验结果表明:掺入Mn/Cr/Co离子后晶格发生畸变,晶格对称性降低。Mn/Cr/Co掺杂后的粉体材料在近中红外波段发射率排序为:掺Mn>掺Co>掺Cr>纯LaFeO3,其中掺Mn在0.2~2.5μm波段为0.8722,2.5~5μm波段为0.6755,远大于纯LaFeO3的发射率(近中红外波段发射率均为0.5左右)。发射率提升的机理在于:Mn掺杂后,引入了Mn3+杂质能级,产生了激活能小的Mn3+?Mn4+跳跃小极化子,电子-氧空位载流子吸收亦增强,同时体系的晶格畸变导致振动吸收加剧。第一性原理计算结果表明掺杂Mn/Cr/Co材料的禁带宽度分别0.793eV、2.406eV、1.722eV均小于纯LaFeO3的3.817eV,结合态密度计算结果分析其原因,主要Mn3d、Cr3d、Co3d轨道与O2p轨道杂化形成杂质能级,同时Mn3d、Cr3d、Co3d在导带也存在态密度峰,且峰的位置都比LaFeO3峰更靠近费米能级,作为新的导带底相当于缩短了价带顶到导带底之间的间隙宽度。LaFe0.75Mn0.25O3材料在近中红外波段的优异辐射性能表现,可作为耐高温抗氧化高发射率材料在高温热工炉窑具有潜在应用前景。

    褐铁型高锰红土矿微波预处理-酸浸提取镍钴
    王慧瑶, 魏永刚, 周世伟, 李博, 石瑀
    化工进展. 2020, 39(5):  1907-1914.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-1355
    摘要 ( 279 )   HTML ( 9 )   PDF (3912KB) ( 285 )  
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    以褐铁型高锰红土矿为研究对象,采用微波预处理-酸浸工艺提取Ni、Co。对矿样物相组成及Ni、Co、Fe、Mn等主要元素赋存状态进行X射线衍射(XRD)和电子探针(EPMA)表征,研究常压条件下硫酸浓度、浸出时间、浸出温度等因素对微波预处理矿样中Ni、Co浸出效果的影响。结果表明:矿样中镍钴品位较高但物相结构复杂,Ni主要与Mn以NiMn3O7?3H2O形式赋存,Co伴生于针铁矿和碱式氧化锰中;在最优浸出条件下,即硫酸浓度300g/L、浸出时间5h、浸出温度90℃、液固比6∶1(以mL/g计)、搅拌速度280r/min,Ni、Co浸出率分别达到95.4%和97.1%,与相同浸出条件下未经微波处理的矿样相比,Ni、Co浸出率分别提高了69.4%和70.1%,实现镍钴的高效浸出;对比微波处理前后矿样XRD图谱,发现微波作用下矿物中Ni、Fe、Mn等物相结构出现明显转变,利于Ni、Co酸浸反应。

    微波辐照法合成1,3-双(3-三乙氧基硅丙基)-咪唑氯鎓
    张荣, 谢有超, 喻昌木, 彭黔荣, 杨敏
    化工进展. 2020, 39(5):  1915-1921.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-1374
    摘要 ( 250 )   HTML ( 4 )   PDF (1434KB) ( 72 )  
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    比较了三种常规合成方法制备1,3-双(3-三乙氧基硅丙基)-咪唑氯鎓时,甲苯、乙腈做溶剂和无溶剂条件对产品收率的影响,认为溶剂极性较大和反应温度较高时更有利于反应的进行;同时,首次采用微波辐照法合成了1,3-双(3-三乙氧基硅丙基)-咪唑氯鎓,并考察了微波辐照功率、时间、投料比等对产品收率的影响;与常规合成方法相比,微波辐照合成1,3-双(3-三乙氧基硅丙基)-咪唑氯鎓具有反应时间短、收率高、不需要有机溶剂和操作方便等优点。该研究为快速、高效合成1,3-双(3-三乙氧基硅丙基)-咪唑氯鎓提供了新方法,为其他类似双硅烷化的有机硅前体的合成提供了新思路。

    生物与医药化工
    基于T形共流聚焦法的液滴生成技术
    王洪, 郑杰, 闫延鹏, 张晨, 崔建国
    化工进展. 2020, 39(5):  1922-1929.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-1381
    摘要 ( 264 )   HTML ( 3 )   PDF (1660KB) ( 154 )  
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    针对传统流动共聚焦法两相流注入结构复杂,外部封装体积大的问题,本文开展了毛细管中微液滴生成的相关技术研究,借助商品化T形管,提出了一种基于T形共流聚焦结构的液滴生成方法。该方法不但简化了两相流的注入结构,较好地解决了封装难的问题,而且便于对液滴生成的相关参数开展进一步研究。对于液滴生成的相关参数,本文深入研究了液滴生成中液滴尺寸、流速比和生成频率之间的关系;通过正交试验深入研究了流速比、出口锥角角度和出口管径对液滴均一性的影响,其影响的主次顺序为:锥角角度>流速比>出口管径,在最优参数锥角角度为4°,流速比190∶1,出口管径72μm的条件下,所生成液滴平均体积为8.3nL,生成频率0.7Hz,均一性0.011。

    精细化工
    槐糖脂用于含油砂质土壤处理及石油资源回收
    王龙, 刘会娥, 于云飞, 王娩, 刘宇童, 陈爽, 王彬
    化工进展. 2020, 39(5):  1930-1937.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-1389
    摘要 ( 276 )   HTML ( 7 )   PDF (1155KB) ( 115 )  
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    模拟了以生物型表面活性剂槐糖脂配制水溶液和微乳液对原油污染土壤进行处理并回收原油的实验,通过对比证明槐糖脂微乳液对含油土壤的原油脱除效果优于其水溶液,分析了槐糖脂、NaCl、丙三醇的添加量对原油脱除效果的影响,并筛选出3种微乳液配方。将原始原油、土壤与3种配方微乳液回收的原油、土壤进行理化性质对比发现:回收土壤的pH略高且大致呈中性,黏粒体积分数减少,zeta电位无明显变化,微乳液处理对土壤的理化性质影响较小;回收原油中饱和分含量升高,芳香分、胶质和沥青质含量降低,灰分含量增加,密度增大,黏度降低,表明回收原油具备一定的经济使用价值。将3种配方微乳液进行温度和循环利用实验以检验原油脱除效果的稳定性,结果表明:随着温度的升高,微乳液对含油土壤的原油脱除率先升高后趋于稳定,微乳液循环使用5次,对含油土壤的原油脱出率仍在60%以上,其中配方槐糖脂10%丙三醇3.5%、NaCl 2.5%、柴油19.2%的微乳液处理含油土壤的稳定性最好。

    资源与环境化工
    重金属废水电沉积处理技术研究及应用进展
    于栋, 罗庆, 苏伟, 王亮亮, 孙宇维, 张忠国
    化工进展. 2020, 39(5):  1938-1949.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-1332
    摘要 ( 445 )   HTML ( 11 )   PDF (1334KB) ( 423 )  
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    重金属污染物具有毒性和不可降解等特点,对生态环境及生物多样性构成威胁,危害人类健康。处理重金属废水的方法很多,电化学方法是其中一种重要的清洁技术,其用途广泛,可以有效去除和回收废水中的重金属离子。本文聚焦于电沉积法,介绍其在重金属废水处理过程中的反应原理和传质机理,重点阐述影响其处理重金属废水效率的主要因素,包括反应器结构、电极材料、电压、电流密度、pH、废水温度、重金属浓度、杂质离子、电流形式、电沉积时间等。同时概括了电沉积技术在重金属废水处理方面的应用情况,并指出了电沉积法处理重金属废水的重要研究方向,如三维电极及新型电极材料的研发、能耗优化、不同重金属离子的分离等,为重金属废水的治理和电沉积技术的研究与应用提供指导。

    纳米铁的绿色合成及其在环境中的应用研究进展
    刘清, 邓真宁, 滑熠龙, 招国栋
    化工进展. 2020, 39(5):  1950-1963.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-1361
    摘要 ( 334 )   HTML ( 15 )   PDF (3216KB) ( 535 )  
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    纳米铁(零价铁及铁氧化物)比表面积大、还原能力强、反应活性高,是一种良好的环境功能材料。传统的纳米铁合成方法中,物理方法对反应所需仪器设备要求较高,化学方法使用的还原剂具有毒性,绿色合成方法能够有效克服传统方法的不足之处。本文首先根据合成途径、纳米铁的类型介绍了利用植物和微生物对纳米零价铁(nZVI)及纳米铁氧化物(IONPs)进行绿色合成的方法,同时论述了制备的纳米铁所表现的特征(如形貌、尺寸、聚集倾向、等电位点)。随后总结了纳米铁通过不同反应机制(吸附、还原、催化氧化)去除环境有机、无机污染物(染料、芳香族化合物、硝酸盐、重金属)的应用。最后指出了纳米铁在绿色合成与实际应用过程中存在的挑战性问题及解决方法,以期为纳米铁今后的深入研究和大规模的工业生产应用提供参考依据。

    介质阻挡放电技术处理挥发性有机物的研究进展
    李超
    化工进展. 2020, 39(5):  1964-1973.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-1388
    摘要 ( 298 )   HTML ( 10 )   PDF (1938KB) ( 312 )  
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    介质阻挡放电技术在处理低浓度挥发性有机物(VOCs)过程中具有反应快速、工艺简单及适应范围广等优点而受到广泛关注。本文从介质阻挡放电单独使用和介质阻挡放电协同催化两方面进行了概括总结。首先,简述了介质阻挡放电处理VOCs所用的驱动电源和等离子体发生器的研究现状及气体性质对VOCs降解性能的影响;其次,介绍了介质阻挡放电协同催化的两种方式(内置式和后置式)及各自情况下采用不同催化剂强化VOCs去除性能、提高能量效率、抑制副产物生成的过程机理;最后,分析了介质阻挡放电技术处理低浓度VOCs过程中存在的关键问题,并提出了未来的重要研究方向为:等离子体催化体系中VOCs的界面反应机理;催化剂的抗积碳性能的提高;适用于多组分VOCs的高效催化剂的开发。

    室内、车载空气净化器用滤网发展现状及趋势
    徐荣, 袁静, 蔡婷, 童琴, 赵昆峰, 何丹农
    化工进展. 2020, 39(5):  1974-1980.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-1334
    摘要 ( 321 )   HTML ( 6 )   PDF (664KB) ( 417 )  
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    室内和车内空气污染对人体影响非常大,是威胁人类健康的“隐形杀手”。空气净化器是控制空气污染物的一种有效手段,而空气净化器滤网是空气净化器的关键部件,其对污染物的净化效率和复杂污染条件下的稳定性有很大影响。本文首先介绍了室内、车内主要空气污染物的来源,明确了需要治理的主要目标。然后根据净化滤网的工作原理介绍了市场上主流室内、车载空气净化器滤网,比较了初、中效滤网,高效过滤网(HEPA),传统型活性炭滤网,负载型活性炭滤网,静电集尘滤网,贵金属催化式滤网,非贵金属催化式滤网,光触媒滤网,等离子滤网和多功能滤网各自的优劣势。最后提出了空气净化器滤网今后的发展趋势,分别是HEPA滤网、锰基室温催化材料、低温等离子体材料、多功能滤网和多技术协同净化滤网。

    短程反硝化耦合厌氧氨氧化工艺及其应用前景研究进展
    张星星, 张钰, 王超超, 达方华, 徐乐中, 吴鹏
    化工进展. 2020, 39(5):  1981-1991.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-1401
    摘要 ( 486 )   HTML ( 25 )   PDF (1655KB) ( 264 )  
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    短程反硝化以其碳源消耗量、废污泥产量、温室气体排量极低及无需曝气等优势,被认为是最具研究潜势的厌氧氨氧化底物供给技术,成为近年来研究热点。本文首先介绍了短程反硝化工艺原理;其次从污泥源、反应时间、碳源类型、碳源量及pH等5个方面总结了影响短程反硝化工艺启动因素;随后综述了短程反硝化耦合厌氧氨氧化工艺的重要研究进展,同时指出了耦合工艺实验研究与工程应用的不足,并提出了解决实验与工程应用缺陷的方案;最后展望了耦合工艺处理城市污水和工业硝酸盐废水的可行性及应用前景,认为全面分析工业硝酸盐废水化学组分与基于分子生物学水平的宏基因组学测序、元转录组学技术是未来耦合工艺同步处理城市污水和工业硝酸盐废水的研究重点。

    污泥中蛋白类物质厌氧转化影响因素及其促进策略研究进展
    陈思思, 杨殿海, 庞维海, 董滨, 戴晓虎
    化工进展. 2020, 39(5):  1992-1999.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-1147
    摘要 ( 305 )   HTML ( 10 )   PDF (648KB) ( 138 )  
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    蛋白类物质是剩余污泥中的主要有机组分(占有机质的50%~60%),是污泥厌氧消化产沼气的主要底物,其降解率的提升将对剩余污泥厌氧转化效率的提升和脱水性能的强化起到决定性作用。本文首先重点归纳了蛋白质的厌氧转化机制,蛋白质的厌氧降解主要包括蛋白质水解与氨基酸代谢两个重要的步骤,蛋白质的结构与氨基酸组分差异将决定其厌氧转化性能。其次总结了污泥中蛋白类物质厌氧转化的影响因素,包括蛋白质来源、污泥中其他有机物如多糖、无机物如微细砂(二氧化硅)和金属离子、代谢产物如氨氮等。在此基础上归纳了污泥中的蛋白类物质厌氧转化的促进研究,破坏蛋白质的构象、二级结构与氢键网络等将有效强化其厌氧转化性能,其中高温热水解技术能够发挥有效的作用并得到了广泛应用。最后,系统性总结了污泥中蛋白类物质的前沿解析方法包括氨基酸测定方法、荧光光谱法和宏蛋白组学。明晰污泥中蛋白类物质的厌氧转化机制和限制性因素,不仅可以从源头上强化剩余污泥的厌氧转化效率,完善污泥厌氧消化过程中的氮循环理论,还可能从减少亲水性物质的角度改善其后续的脱水性能。

    碟管式纳滤膜在生活用水处理中的膜污染特性
    许家晟, 谢建国, 鹿燕, 任杰, 陈爽
    化工进展. 2020, 39(5):  2000-2008.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-1441
    摘要 ( 301 )   HTML ( 6 )   PDF (4402KB) ( 191 )  
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    采用碟管式纳滤膜对生活用水进行深度处理,研究了不同操作条件对元件分离性能及产水水质的影响,得到最佳运行条件为运行压力1MPa、进水温度为25℃以上、最小浓水流量300L/h。对原水水质进行分析,有效预测了污染物成分及膜污染情况,提出了预处理系统的设计及清洗方案。运用扫描电镜、EDS能谱、红外光谱及三维荧光光谱分析出,从进水端至出水端膜污染逐渐加剧,污染物成分主要以有机污染为主,并且含有难溶盐析出结晶的无机污垢及一定程度的生物污染。对碟管式纳滤膜在生活用水处理中膜污染特性的研究,分析污染成因为难溶盐随浓度增加在膜表面析出形成无机结垢,大量有机物在膜表面吸附形成有机污泥层,而水中微生物或细菌等在膜表面滋生造成生物污染,污染形成顺序为有机污染率先在膜表面形成,随后形成无机污垢,并且会发生相互作用,其结果导致膜通量下降、产水水质变差。本研究借助中试试验探究了碟管式纳滤膜元件的污染特性,为这种新型膜元件在实际生产中如何高效使用及有效控制纳滤膜污染提供依据。

    剑麻/含红土聚乙烯基复合材料制备与性能
    孙金鹏, 张靠民, 李如燕, 赵焱, 张兰
    化工进展. 2020, 39(5):  2009-2016.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-1944
    摘要 ( 289 )   HTML ( 4 )   PDF (2289KB) ( 74 )  
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    针对废旧地膜资源化利用过程中出现的高成本和低性能问题,本文提出了废旧地膜免清洗和剑麻纤维边角料增强的废旧地膜资源化利用技术。采用挤出造粒和注塑成型工艺,制备了剑麻边角料填充含红土废旧聚乙烯复合材料,分析了红土和剑麻纤维边角料对废旧地膜的填充作用。结果表明,红土颗粒使废旧地膜注塑试样的拉伸模量、硬度和耐热温度分别提高了34.4%、41.3%、和33.1%。红土颗粒难以和塑料基体形成良好的界面粘结,导致含红土废旧地膜注塑试样的拉伸强度、弯曲性能和冲击强度轻微降低,表明红土颗粒不能对废旧地膜进行增韧增强,但可以提高模量和耐热温度。剑麻纤维边角料对含红土废旧地膜具有明显的增强增韧作用,随着剑麻纤维添加量的增加,剑麻纤维填充的含红土废旧地膜复合材料的力学性能增加。剑麻纤维填充量超过一定值后,会在复合材料中引入气孔,同时会降低剑麻纤维的分散程度,出现剑麻聚集体,导致复合材料的力学性能降低。

    污水污泥水热炭化过程中磷的迁移转化特性
    郑晓园, 蒋正伟, 陈伟, 叶雨彤, 应芝, 纪莎莎, 王波
    化工进展. 2020, 39(5):  2017-2025.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-1330
    摘要 ( 340 )   HTML ( 17 )   PDF (1615KB) ( 196 )  
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    利用SMT方法研究了污水污泥水热炭化固体产物中磷的赋存形态和分布。结果表明,水热炭化处理可以使污泥中的有机磷(OP)转化为无机磷(IP)。在实验条件范围内,污泥中的磷主要富集在水热焦中(RTP>70%),且主要以无机磷(IP)形态存在。延长水热炭化时间或升高水热炭化温度,污泥中无机磷(IP)和非磷灰石无机磷(NAIP)均呈逐渐升高的趋势,而且水热炭化温度的影响程度显著大于水热炭化时间。水热炭化时间对磷灰石无机磷(AP)的影响不明显,但AP含量随水热炭化温度的升高而略微升高。结合XRD谱图分析发现,105℃烘干污泥中主要存在磷酸铝盐和磷酸铁盐两种含磷化合物;水热炭化处理促使焦磷酸盐转化为正磷酸盐,且磷在水热焦中基本以最稳定的正磷酸盐形式存在。该研究结果可为污泥的资源化利用及从污泥中回收磷资源提供理论参考。

    改性氧化钛对羟乙基乙二胺水溶液解吸CO2的强化
    李晓静, 张永春, 陈绍云
    化工进展. 2020, 39(5):  2026-2032.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-1392
    摘要 ( 235 )   HTML ( 7 )   PDF (1684KB) ( 120 )  
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    羟乙基乙二胺(AEE)水溶液的CO2循环吸收量高(1.2molCO2/molAEE),吸收速度快,稳定性好,但解吸速度慢、解吸量少(0.8mol CO2/mol AEE)是限制该技术广泛应用的主要原因。本文通过向AEE水溶液中添加质量分数为0.05%~0.20%的改性氧化钛(TiO2-MWCNT和TiO2-OH)强化AEE的解吸能力。CO2循环吸收(40℃)-解吸(120℃)实验结果表明改性氧化钛的添加比氧化钛强化CO2解吸效果更好,强化顺序为TiO2-MWCNT>TiO2-OH;其对应的最大解吸速率分别为0.093L/min(质量分数0.15%)和0.083L/min(质量分数0.20%),相对于AEE水溶液,分别提高了32.9%和18.6%;其对应的最大解吸量分别为0.92molCO2/molAEE(质量分数0.15%)和0.88molCO2/molAEE(质量分数0.20%),分别提高了12.2%和9.7%;其对应的CO2循环吸收量分别是0.95molCO2/molAEE(质量分数0.15%)和0.89molCO2/molAEE(质量分数0.15%),分别提高了18.75%和11.25%;5次循环吸收解吸实验结果表明改性氧化钛强化CO2解吸效果稳定,具有较强的化学稳定性。对反应后的改性氧化钛进行XRD、BET、FTIR和SEM表征,结果表明改性氧化钛具有较强的结构稳定性。TiO2-MWCNT和TiO2-OH在促进有机胺溶液解吸CO2方面具有一定的工业应用潜力。

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