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2018年 第37卷 第10期 刊出日期:2018-10-05
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    化工进展. 2018, 37(10):  0-0. 
    摘要 ( 85 )   PDF (7088KB) ( 57 )  
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    本期封面、中英文目次表
    化工进展. 2018, 37(10):  0-0. 
    摘要 ( 12 )   PDF (10371KB) ( 72 )  
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    特约评述
    碳纳米管材料在食品安全分析中的应用
    刘腾飞, 杨代凤, 毛健, 章雪明, 虞锐鹏
    化工进展. 2018, 37(10):  3699-3725.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-0314
    摘要 ( 296 )   PDF (6421KB) ( 577 )  
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    食品中有害因子的快速高效检测一直是食品安全领域致力解决的重要问题。碳纳米管作为一种新型的纳米碳材料,以其比表面积大、导电性好、吸附性强、易于化学修饰等诸多优良性质在食品安全检测领域得到广泛关注和应用。本文简述了碳纳米管的类型、制备和表征方法,分析了食品中有害因子的种类及其来源,论述了碳纳米管在农药残留、兽药残留、重金属、微生物和毒素、食品添加剂等食品有害因子检测中的应用,并展望了碳纳米管在食品安全分析领域的发展方向。指出将碳纳米管用于食品安全分析极大地促进了食品安全检测方法和技术向高灵敏度、低成本、高效率、快速等方向发展。
    化工过程与装备
    膜蒸馏技术研究及应用进展
    刘羊九, 王云山, 韩吉田, 任天健
    化工进展. 2018, 37(10):  3726-3736.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-0120
    摘要 ( 454 )   PDF (644KB) ( 817 )  
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    膜蒸馏作为一种新型分离技术,具有操作温度低、设备简单、脱盐率高等特点,在海水淡化、苦咸水脱盐、果汁浓缩等过程具有良好的应用前景。本文简述了膜蒸馏的工作原理、特点和膜材料的制备方法,指出当前膜材料的研究方向。综述了直接接触式、气隙式、真空式和气扫式4种基本膜蒸馏形式和几种改进的膜蒸馏形式的传热传质原理、研究现状和发展方向。重点介绍了可再生能源以及工业低温余热驱动膜蒸馏的技术特点、研究现状和应用,包括太阳能光伏/光热驱动膜蒸馏技术、太阳能热泵耦合驱动膜蒸馏技术、太阳池膜蒸馏技术、地热能梯级利用驱动膜蒸馏技术和低温余热驱动膜蒸馏技术等,并指出其发展方向。最后,探讨了膜蒸馏技术亟待研究和解决的问题,为该技术的进一步发展提供参考。
    高通量换热器用于低温发电系统的研究
    姚玉婷, 李士雨
    化工进展. 2018, 37(10):  3737-3743.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-0127
    摘要 ( 226 )   PDF (546KB) ( 329 )  
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    针对高通量换热器用于有机朗肯循环(organic Rankine cycle,ORC)低温发电系统进行了理论研究,以芳烃装置二甲苯塔余热回收为实例,选取6种工质运用Aspen Plus模拟软件分析了普通光管蒸发器夹点温差对ORC系统的影响,并将使用高通量蒸发器时ORC系统的发电性能与使用普通蒸发器时进行了对比分析。结果表明:芳烃装置ORC发电系统蒸发器夹点温差越小,发电性能越好,但小于10℃后普通换热器面积急剧增大,成本升高,限制了ORC系统发电性能的提升。以最佳工质R601夹点温差12℃时作为基础工况,高通量蒸发器的总换热系数比普通蒸发器可增加26%以上,使用高通量蒸发器比普通蒸发器的换热面积减小21%,若换热面积保持不变,夹点温差可减小2.5℃,此时ORC系统的净输出功率可增加约49kW,R601流量减少1559kg/h,发电性能得到了提升。
    超亲水/水下超疏油膜的制备及油水分离性能
    曹思静, 潘子鹤, 杜志平, 程芳琴
    化工进展. 2018, 37(10):  3744-3750.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-0263
    摘要 ( 303 )   PDF (4594KB) ( 243 )  
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    工业生产和频繁的溢油事故产生大量的含油废水,其高效分离依然面临全球性的挑战。具有仿生浸润特性的膜可以选择性透过水或油,分离效率高且操作简单而广泛应用于油水分离。本文通过一步浸渍法将TiO2纳米颗粒和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)原位固化到不锈钢网上制备了具有微/纳米层级结构的超亲水/水下超疏油油水分离膜。重点考察了TiO2/PVP涂覆液浓度(质量分数1%、3%、5%、7%、9%)对膜的浸润特性和油水分离性能的影响。实验结果表明,不同TiO2/PVP浓度改性的膜具有超亲水/水下超疏油特性,水的接触角均为0°,在水中油的接触角达160°,油水分离效率大于99.5%。膜通量随浓度的增大先减小后增加,当质量分数为3%时膜通量最大为8422.5L/(m2·h)。经过30次连续油水分离后,其分离效率仍大于99.5%,表明TiO2/PVP-SS (stainless steel)膜有良好的耐久性和稳定性。因此,TiO2/PVP-SS仿生特殊浸润膜材料在油水分离领域具有经济、高效、环境友好的潜在优势。
    分相式多孔壁微通道流动冷凝传热强化与减阻
    余雄江, 袁金斗, 王彦博, 徐进良
    化工进展. 2018, 37(10):  3751-3758.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-1061
    摘要 ( 246 )   PDF (3719KB) ( 265 )  
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    微通道换热器应用广泛,强化传热和减阻是新型换热器设计的重要目标。为了同时实现这两相目标,本文提出了一种分相式多孔壁微通道冷凝器,利用微针肋阵列组成的多孔壁在冷凝传热过程中实现了汽液两相分离。采用实验研究方法对比了分相式多孔壁微通道与普通实心壁微通道的流动和传热特性,结果证明分相式微通道在冷凝传热中同时具备强化传热和减阻的作用。深入研究了通道内两相流动摩擦耗散原理并提出了相分离减阻理论,指出汽液两相流内部摩擦耗散的减小是分相流减阻的关键。另一方面,分相过程使针肋换热面侧壁直接与高温蒸汽接触,极大消减了蒸汽与换热壁面之间的传热液膜厚度。沿流动方向不断扩展的液通道截面与不断减缩的汽通道截面积适应了流动冷凝过程延工质流动方向"水渐多,汽渐少"的规律,保证沿程传热效果不会恶化。
    石墨烯/镍复合微结构表面的池沸腾传热特性
    张伟, 牛志愿, 李亚, 赵亚东, 徐进良
    化工进展. 2018, 37(10):  3759-3764.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-2444
    摘要 ( 205 )   PDF (1278KB) ( 153 )  
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    采用电刷镀和表面改性技术,在紫铜表面制备了纯镍微结构(TS1)、亲水性石墨烯/镍复合微结构(TS2)以及疏水性石墨烯/镍复合微结构(TS3)。采用扫描电镜和接触角测量仪分别对三类微结构的表面形貌和润湿性进行了表征;以去离子水为工质,对三类微结构表面的池沸腾传热特性进行了实验研究,发现含有石墨烯的TS2和TS3较TS1的沸腾传热性能均显著改善,其中,TS3具有最大的传热系数和最高的临界热流密度,与TS1相比,其最大传热系数和临界热流密度分别提高了135%和97%。分析表明,TS3具有复杂三维堆叠微结构,疏水性微结构减小了气泡成核的活化能,增加了核化密度,是传热系数提高的主要因素,同时,三维堆叠微结构增加了受热表面的毛细吸液再润湿能力,是临界热流密度提高的主要机理。
    储罐充装柴油与白油过程的静电实验
    王良旺, 陈国华, 严大鹏, 王新华, 梁峻
    化工进展. 2018, 37(10):  3765-3771.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-2248
    摘要 ( 227 )   PDF (5434KB) ( 92 )  
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    搭建储罐充装油品系统静电实验平台,实验测量镀锌金属管、金属骨架塑料软管、PVC管输油过程管道逸散电流以及采用底部管道输油、中间鹤管输油等不同充装方式时储罐内液面最大电势。实验结果表明:管道输送柴油过程中,管道导电能力越强管道内油品流动产生的静电荷越多,管道逸散电流越大;镀锌金属管道内油品开始流动,管道上静电荷即开始逸散,而PVC管内油品流动约3.5s后管道上静电荷开始逸散;输油管路中设置逸散罐可使油品中部分电荷逸散到大地,以减少储罐内静电荷输入量,可以使储罐内静电势降低约50%;储罐充装柴油过程中,中间鹤管输油比底部管道输油产生的液面最大电势小,但储罐充装白油过程则相反;储罐充装白油过程中,储罐是否接地对储罐内静电势的影响显著小于储罐充装柴油过程。研究结果对于指导充装方式、输油管道选取以及输油管路布置以降低静电危险性具有重要意义。
    能源加工与技术
    钾离子电池研究进展
    张鼎, 燕永旺, 史文静, 赵小敏, 刘世斌, 王晓敏
    化工进展. 2018, 37(10):  3772-3780.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-2414
    摘要 ( 471 )   PDF (5340KB) ( 704 )  
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    阐述了钾离子电池关键材料和电池技术的研究现状,特别是对普鲁士蓝类和P2、P3相层状氧化物材料作为正极材料的电化学性能及存在的问题、碳基负极材料(石墨、硬碳、软碳等)的电化学性能及钾离子脱嵌机理、当前所用电解液的优缺点等方面都进行了较为全面的讨论和分析。分析表明普鲁士蓝和非石墨材料等材料已经同时展示出较高的比容量和循环性能,而对于层状氧化物材料和石墨材料,钾离子的电化学嵌入/脱出伴随显著的体积变化和复杂的相变,同时与正负极材料具有高度相容性的电解液尚未获得。指出钾离子电池需要进一步发展其电极材料和电解液。
    费托合成油和石油基油加工产品对比分析
    张雅琳, 张占全, 王燕, 张志华
    化工进展. 2018, 37(10):  3781-3787.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-2079
    摘要 ( 343 )   PDF (394KB) ( 617 )  
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    费托合成及煤化工的发展能够有效缓解我国对石油资源的依赖。本文针对低温煤基合成油与传统石油基石脑油、煤油、柴油、润滑油和蜡产品性能进行对比。文章指出与传统石油基产品对比,费托合成油产品具有蜡含量高、无硫、无氮、少芳烃的特性,满足清洁油品的环保要求,同时在高档润滑油基础油和高熔点石蜡等高附加值产品生产方面更具竞争优势。但费托合成油加工的油品普遍存在凝点、冰点、密度等相关关键指标不合格问题,不同油品的生产,均需要通过异构、精制、裂化、重整等技术改善油品的低温流动性,并通过切割、掺炼等工艺改进才能生产符合标准的油品。文章提出结合我国清洁燃料消费及能源结构调整的变化,费托合成工艺和煤制油应发挥高端产品优势,延伸加工产业链,实现粗放型加工向产业链高端迈进。
    煤直接液化性能的影响因素浅析
    桑磊, 舒歌平
    化工进展. 2018, 37(10):  3788-3798.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-2125
    摘要 ( 264 )   PDF (849KB) ( 191 )  
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    发展煤直接液化技术是我国缓解石油供需矛盾和保障能源安全的一个较好的战略选择,但影响煤直接液化性能的因素很多,对这些影响因素进行阐述分析是该技术进一步发展的关键。本文首先在反应原料方面,主要综述了煤的煤化程度、官能团、显微组分和无机矿物质,催化剂的种类、特点、作用、添加量和研究热点,溶剂的种类、作用和研究现状,反应气氛的种类和作用,并指出:煤化程度适中、镜质组含量较高、灰分较低的煤更适宜作为直接液化原料;煤粉担载的原位合成高分散铁基催化剂性能较好,并且经过了工业装置的验证;含有较多部分氢化稠环芳香烃的物料适宜作为煤直接液化溶剂;氢气提供活性氢的机理及其他廉价气体替代氢气气氛还需进一步研究。然后在工艺条件方面,主要分析讨论了反应温度、反应压力、煤浆浓度、进料空速和气液比高低的影响,认为需综合考虑较高的油收率和装置处理量及装置的平稳运行,选择适当的工艺条件。最后指出这些工作将为煤直接液化技术的完善提供一定的参考,我国的煤直接液化产业也将取得良好的发展前景。
    焦炉余热综合利用研究进展
    陈光辉, 李升大, 陶少辉, 李建隆
    化工进展. 2018, 37(10):  3799-3805.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-2259
    摘要 ( 241 )   PDF (1077KB) ( 305 )  
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    煤炭是我国主要化石能源,大力发展煤化工具有重要的战略意义,而煤焦化作为煤化工领域的一种重要技术得到了广泛的应用。目前的煤焦化技术耗能巨大,除高温干馏所需能量和炉体散热外,其余绝大多数能量最终转换成红焦显热、烟道气余热和荒煤气余热等待回收的热量。充分回收焦化厂所产生大量余热是当前煤焦化技术的研究重点。本文简述了以上3种形式热量的回收技术研究进展,指出干熄焦技术发展已日趋成熟,可回收大部分红焦显热;采用煤调湿技术、热管技术等可基本实现烟道气余热的高效回收;而回收荒煤气所带高温余热尚未形成成熟、可靠、规模化的技术方案。青岛科技大学开发的基于洗涤精馏的荒煤气余热回收技术,可彻底去除荒煤气中所夹带的焦粉,实现煤气、重质焦油与高沸点洗油的分离,并产生43.5kg高压蒸汽,是解决集中式热量回收的新思路,指出了荒煤气余热利用的新方向。
    印尼油砂热重红外及基于AKTS动力学分析
    贾春霞, 于皓, 巩时尚, 陈佳佳, 刘洪鹏, 王擎
    化工进展. 2018, 37(10):  3806-3817.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-1994
    摘要 ( 233 )   PDF (2043KB) ( 143 )  
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    通过热重分析仪、傅里叶红外光谱仪和质谱仪对印尼油砂的热解过程和热解产物进行了探究,基于不同升温速率下的TG-DTG曲线,将热解过程分为两个阶段,即热解低碳化合物析出段和无机物高温受热分解段。升温速率相同时,YN2油砂比YN1油砂挥发分析出的温度低。油砂热解产物是由脂肪烃、芳香烃、含氧官能团和羟基等组成的混合物,利用傅里叶红外光谱仪探究印尼油砂在不同升温速率下气体产物H2O、CO2、CO、CH4、CnHm等的析出特性,气态烃类、含氧有机物等有机气体是由羰基和羧基以及甲氧基、亚甲基、甲基在热解低温段受热分解产生的,根据质谱图,确定了各个时刻逸出气体的种类和产量。利用AKTS软件基于F-W-O和Kissinger模型计算了油砂脱挥发分的热解动力学参数,计算结果表明,在相同的转化率下,不同升温速率的活化能呈线性分布,YN1的活化能高于YN2的活化能。
    不同运行方式对多阳极型微生物燃料电池反硝化及产电性能的影响
    顾霞, 黄珊, 陆圆, 孔赟, 朱光灿, 陆勇泽
    化工进展. 2018, 37(10):  3818-3825.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-2330
    摘要 ( 212 )   PDF (1152KB) ( 267 )  
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    利用多阳极型微生物燃料电池(multi-anode microbial fuel cell,MA-MFC)实现生物阴极反硝化过程,分别考察了阴极和多阳极之间不同连接方式、开路或闭路状态、阴极是否存在碳源以及电阻值的大小对MA-MFC的产电性能及反硝化过程的影响。当MA-MFC的阴极存在碳源时,闭路状态下15天内的硝酸盐氮去除率为64.35%,明显高于开路状态下同样时间内的硝酸盐氮去除率(45.89%)。当MA-MFC的阴极不存在碳源时,闭路状态下15天内的硝酸盐氮去除率为17.49%,而开路状态下的硝酸盐氮浓度没有变化。此外,MA-MFC采用并联方式运行时的产电性能和硝酸盐氮去除速率比采用串联方式运行时大幅提高。而在外电阻为100Ω时,MA-MFC在串联或并联状态下均能够达到最高的硝酸盐氮去除率及较高的产电性能。综合上述条件,发现当MA-MFC处于闭路状态、采用并联方式运行、阴极无碳源以及外电阻为100Ω时,能够实现最佳的硝酸盐氮去除率和最大输出功率,分别为94.21%、2.07W/m3
    光伏光热一体化系统流量的分析与优化
    王博飞, 李舒宏
    化工进展. 2018, 37(10):  3826-3831.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-2473
    摘要 ( 197 )   PDF (3224KB) ( 312 )  
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    建立水冷型PV/T热水系统模型并搭建实验台,从发电量、集热量和水泵耗电量各方面考虑,模拟计算流量变化对系统性能的影响,并结合相对应工况下的实验数据进行对比分析。结果表明:存在最佳流量值使得水冷型PV/T系统综合效率最大,最佳流量值大小与太阳辐射值为正系数线性关系,南京夏季典型工况下系统的最佳流量在0.02kg/(s·m2)左右。以此为基础,本文提出了变流量运行方式优化系统性能,即根据太阳辐射强度调整系统运行流量使水冷型PV/T全天运行时刻处于最高综合效率,结果表明:以实际工程0.072m3/(h·m2)定流量运行为参照实验,全天运行变流量系统实际能量比其多收益19808J。因此,对PV/T系统流量的分析和优化是极有意义的,变流量运行有实际应用前景。
    工业催化
    醇还原胺化反应催化剂研究进展
    余秦伟, 惠丰, 张前, 袁俊, 王为强, 赵锋伟, 杨建明, 吕剑
    化工进展. 2018, 37(10):  3832-3842.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-2302
    摘要 ( 348 )   PDF (516KB) ( 459 )  
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    醇还原胺化反应是胺合成最有效、最有应用潜力的方法之一,而催化剂是还原胺化反应的关键。本文详细阐述了Ru、Ir、Pd、Cu、非金属等均相催化剂和Co、Ni、Ru、Pd等非均相催化剂在醇还原胺化反应中的研究进展,介绍了不同催化体系的催化性能和反应规律、应用特点和局限性。指出了均相催化体系的回收使用仍然是阻碍其应用的难题,研究重点应集中在高效、廉价催化体系开发、拓展应用范围和分离回收研究;非均相反应催化剂的专用性强,性能难以满足工业应用需求,加强微观结构及反应机理、高性能催化剂、高压体系中流场状态与过程研究以及提高活性、选择性和稳定性是未来的研究重点。
    合成气制取低碳混合醇Cu-Co双金属催化剂研究进展
    安霞, 宁文生, 刘化章
    化工进展. 2018, 37(10):  3843-3849.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-2402
    摘要 ( 252 )   PDF (457KB) ( 190 )  
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    近年来,合成气制低碳醇Cu-Co基催化剂备受关注,催化剂的活性中心和构效关系等问题被广泛研究。本文基于这些研究,归纳和分析了Cu-Co双金属催化剂的设计思路、对催化剂双活性中心结构的认识和制备方法等的演变,重点阐述了催化剂中纳米化Cu-Co合金相的形成对催化剂反应性能的影响及其制备的难点和改善该活性相反应稳定性的方法;认为从纳米尺度上对催化剂进行设计,使催化剂表面具有丰富的Cu-Co双活性中心,并进一步改善催化剂在长期运行过程中的稳定性是今后研究的重点。
    甲烷干重整Ni基催化剂失活及抑制失活研究进展
    阮勇哲, 卢遥, 王胜平
    化工进展. 2018, 37(10):  3850-3857.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-2241
    摘要 ( 314 )   PDF (1876KB) ( 496 )  
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    使用甲烷和二氧化碳为原料,通过甲烷干重整反应可以将其转化为合成气。由于此反应可以利用甲烷和二氧化碳这两种温室气体,因而近年来受到了研究人员广泛的关注。其中,反应所使用的Ni基催化剂由于其较高的活性和较低的成本得到了较为深入的研究。针对甲烷干重整Ni基催化剂,本文简要介绍了几种常用的制备方法,并指出了在反应条件下存在的活性组分Ni的烧结和积炭的生成这两个问题,还详细分析了其各自的影响因素。另外,还从使用特殊载体、添加助剂以及构造特殊结构三方面阐述了甲烷干重整Ni基催化剂的失活解决方案,并指出解决催化剂的烧结和积炭问题是当前该领域的研究重点。
    铜系低温选择性催化还原脱硝催化剂的研究进展
    张巍, 卢程, 董鹏飞, 尹艳山, 方毅伟, 邹济遥, 胡章茂, 阮敏, 徐慧芳
    化工进展. 2018, 37(10):  3858-3866.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-2281
    摘要 ( 330 )   PDF (1277KB) ( 434 )  
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    选择性催化还原(SCR)技术已广泛应用在燃煤电站烟气脱硝技术中,开发低温高活性、高抗中毒性能的催化剂体系已经成为国内外学者的研究重点。Cu系催化剂由于具有良好的脱硝性能及水热稳定性,得到了广泛的研究和关注。本文综述了近年来活性组分Cu负载在TiO2、Al2O3、碳基材料和分子筛等材料上的研究进展;重点分析了Cu系催化剂低温SCR反应机理,主要包括Eley-Rideal (E-R)机理和Langmuir-Hinshelwood (L-H)机理,同时分析了SCR反应的两个必然过程:吸附(NH3吸附和NOx吸附)和反应;简要地介绍了Cu系催化剂的抗水抗硫中毒性能研究现状以及反应机理,同时介绍了碱金属中毒、飞灰和催化剂烧结对催化剂失活的影响,结合生命周期分析SCR脱硝系统还原剂氨和尿素对NO排放的影响。在此基础上展望了未来铜系催化剂的研究方向:采用新型方式对催化剂进行改性、进一步采用表征和模拟技术研究催化体系的反应机理、优化锅炉和催化剂设计减轻催化剂失活以及研究适用于其他还原剂条件的高选择性催化剂。
    PHR系列固定床渣油加氢催化剂的研制开发与工业应用
    谭青峰, 聂士新, 程涛, 赵元生, 夏恩冬, 崔瑞利, 赵愉生, 姚元勋
    化工进展. 2018, 37(10):  3867-3872.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-0854
    摘要 ( 279 )   PDF (3608KB) ( 364 )  
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    中国石油石油化工研究院通过深入研究渣油原料的结构组成与加氢转化行为特征,成功开发出包括保护剂、脱金属剂、脱硫剂和脱残炭剂4大类共12个牌号的PHR系列固定床渣油加氢催化剂。在保护剂中构建了"毫米-微米-纳米"多级孔体系,其微米级孔(PHR-402、PHR-403催化剂)与纳米级孔(PHR-404催化剂)均为双峰分布,微米级孔(PHR-402、PHR-403催化剂)主要分布在1μm附近区域和30~200μm的较宽泛区域,纳米级孔(PHR-404催化剂)的集中孔径则分别约为13nm和250nm,纳米级孔中大于100nm的孔比例达到35%。脱金属剂具有双峰分布的孔结构及内高外低的活性金属含量分布,其"扩散孔"孔径达到微米级(2300nm),大于100nm的孔比例超过20%。工业应用结果表明,PHR系列渣油加氢催化剂具有高而稳定的脱硫、脱氮、脱残炭等活性,催化剂内部孔结构的利用率高,且床层压降更低,有利于延长装置运转周期。
    废弃钒钛系选择性催化还原催化剂重金属浸出特性
    戴泽军, 王乐乐, 唐浩, 苏胜, 杨涛, 刘威, 许凯, 汪一, 胡松, 向军
    化工进展. 2018, 37(10):  3873-3878.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-2269
    摘要 ( 223 )   PDF (844KB) ( 469 )  
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    为探讨废弃选择性催化还原(SCR)催钒钛系催化剂中重金属的浸出毒性及其浸出特性,收集了山东某电厂的废弃SCR催化剂进行实验。采用固体废弃物毒性浸出方法硫酸/硝酸法(HJ/T299-2007)进行废弃SCR催化剂毒性浸出实验,同时开展了不同溶液pH、不同浸出时间和不同液固比(L/S)下废弃SCR催化剂中重金属浸出特性的实验研究。结果表明:废弃钒钛系SCR催化剂有一定的重金属浸出毒性,其中V和Zn的浸出浓度偏高,分别为13.8mg/L和2.1mg/L;pH对重金属的浸出影响显著,强酸对Cr、Ni、Cu和Zn的浸出有促进作用,V在强酸强碱环境下(pH<3或pH>11)容易释放;V、Cr、Ni和Cu主要在浸出过程的前2h内释放,18h时释放率都已高达96%以上,18h后这4种重金属浸出基本完成,而Zn在浸出18h后仍有6%释放,浸出周期相对较长;室温下加大液固比对废弃催化剂中V的浸出仅起稀释作用;Cr、Ni、Cu和Zn的溶出在液固比(L/S)<30时受溶解度的影响,L/S>30时被稀释。
    三核铜配合物的合成、表征及其催化性能
    冷帅, 李云涛, 邓建国
    化工进展. 2018, 37(10):  3879-3884.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-2271
    摘要 ( 217 )   PDF (3790KB) ( 459 )  
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    采用溶剂热法合成了以三核碘化亚铜(CuI)四面体结构为活性中心的硅氢加成反应催化剂,探讨了物料比对产物收率的影响。结果说明了当配体与碘化亚铜的摩尔比为1:6时,产物收率最高。通过元素分析、傅里叶红外光谱分析、X射线光电子能谱分析、X射线单晶体衍射分析、紫外可见光光谱分析、热失重分析对配合物的化学组成、空间结构及性能进行表征,并进一步通过甲基苯基乙烯基树脂和甲基苯基含氢硅油的硅氢加成反应进行催化固化效果验证。结果说明了在催化剂填加量为0.04%、固化温度为150℃的优化条件下反应24h,共混体系固化效果最佳。该配合物对硅氢加成反应具有很好的催化性能,并且原料成本低、制备方法简单、晶体颗粒方便储存,有望解决硅氢加成反应中贵金属催化剂的高成本问题。
    TiO2改性γ-Al2O3基催化剂的中温水解羰基硫活性
    刘艳霞, 上官炬, 王泽鑫, 徐壹堃, 蔺隆
    化工进展. 2018, 37(10):  3885-3894.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-2296
    摘要 ( 200 )   PDF (746KB) ( 258 )  
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    中温催化水解羰基硫(COS)是实现气体精细脱硫净化的关键之一。虽然TiO2的加入可以明显提升γ-Al2O3基低温COS水解催化剂的抗硫酸盐中毒性能,但探讨TiO2物化性质对COS催化水解活性的影响将对制备中温COS水解催化剂至关重要。因此,分别添加商用TiO2或通过化学沉淀法获得的纳米TiO2制备出两类TiO2改性γ-Al2O3基中温COS水解催化剂。在固定床装置上,考察了两类催化剂的COS水解转化率随空速、温度、COS进口浓度等因素的变化规律及随O2存在的气氛效应,并且通过XRD、BET和CO2-TPD等手段表征了催化剂的物化性质,分析了催化剂物化性质与催化水解活性之间的关系。研究结果表明:两类催化剂的中温(150~350℃)水解COS反应呈一级,在300℃、9000h-1时,COS水解转化率高达97%以上;TiO2改性γ-Al2O3基催化剂具有良好的孔隙结构,降低了内扩散阻力,有利于COS水解产物H2S的传质,即H2S的脱附;化学沉淀法获得的纳米TiO2改性γ-Al2O3基催化剂在含O2气氛中水解转化率稳定性较好,具有一定的抗氧中毒能力,这表明锐钛矿型TiO2能更明显提升催化剂的抗氧中毒能力。
    凹凸棒石镍基催化剂对污泥气化焦油催化裂解的特性分析
    王延涛, 梁财, 周群, 杨叙军, 宋联, 朱葛, 陈晓平, 赵长遂
    化工进展. 2018, 37(10):  3895-3902.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-2416
    摘要 ( 172 )   PDF (2104KB) ( 137 )  
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    以凹凸棒石为催化剂载体,采用等体积浸渍法制备了多种镍基催化剂,并对催化剂进行了XRD、SEM、BET、EDS等特性分析。在固定床反应器中对催化剂催化裂解污泥气化焦油模型化合物的特性进行了实验研究。考察了反应温度、水碳比(S/C)、气相停留时间、助剂等因素对模型化合物催化裂解特性的影响。结果表明,提高反应温度、增加S/C、延长停留时间、添加助剂均能提高催化剂的催化活性,模型化合物转化率明显增加。但是助剂含量过高反而导致催化剂催化裂解的能力减弱,模型化合物转化率下降。对比Fe、Ce、Cu、Ca 4种助剂发现,在实验范围内,增加Fe的含量,模型化合物转化率上升。当Ce、Cu、Ca助剂质量分数达到3%及以上时,转化率下降明显,甚至低于未添加助剂时的转化率。
    CuO改性商用选择性催化还原催化剂催化氧化单质汞性能
    陈传敏, 贾文波, 刘松涛, 曹悦
    化工进展. 2018, 37(10):  3903-3910.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-2428
    摘要 ( 198 )   PDF (719KB) ( 358 )  
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    燃煤烟气中单质汞(Hg0)的高效氧化是提高燃煤电厂脱汞效率的关键,为提高传统选择性催化还原(SCR)催化剂氧化Hg0的性能,本文采用溶液浸渍法制备了CuO-SCR催化剂,在固定床反应装置上考察了其脱硝协同氧化单质汞性能,并借助BET、XRD和XPS等分析技术对催化剂进行表征。结果表明,CuO的掺杂显著提高了商用SCR催化剂的Hg0氧化性能和低温脱硝活性;在200~400℃内,随着反应温度升高和NO+NH3浓度增大,NH3对CuO-SCR催化剂的Hg0氧化性能抑制作用加强;在350℃、模拟燃煤烟气条件下,随着空速比的减小,催化剂的Hg0氧化性能显著提高,NH3对Hg0氧化的抑制作用明显减弱。催化剂表征结果表明,CuO-SCR催化剂表面存在氧化还原反应V4++Cu2+?V5++Cu+,增强了催化剂的催化活性。Hg0在CuO-SCR催化剂表面的氧化过程遵循Mars-Maessen机制,能够有效增强催化剂的Hg0氧化性能。
    多级孔道纳米尺度TS-1的制备及性能评价
    李奕川, 李亚仙, 范清, 柴永明, 刘晨光
    化工进展. 2018, 37(10):  3911-3918.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-2447
    摘要 ( 235 )   PDF (2376KB) ( 175 )  
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    以四丙基溴化铵(TPABr)为模板剂、正丁胺(NBA)为碱源、可溶性淀粉作为硬模板空间填充剂,利用添加晶种且蒸汽辅助晶化的方式,制备出富含四配位Ti物种且具有多级孔道的纳米尺度TS-1,采用X射线衍射、紫外漫反射可见光谱、傅里叶变换红外光谱、电感耦合等离子光谱、N2物理吸附-脱附及固体核磁共振等手段对所制备的样品进行一系列表征,并考察其对氯丙烯(ALC)环氧化反应的催化性能。结果表明,采用晶种辅助的方式晶粒尺寸可减小至280nm×170nm×500nm,淀粉的加入可制备出多级孔道结构且有效抑制非骨架Ti的产生;对于ALC的环氧化反应,当淀粉的添加量与SiO2的质量比为0.4时,所制备的多级孔道TS-1催化活性最高,H2O2的转化率达到99.15%,环氧氯丙烷(ECH)的选择性为97.23%,并且此时ECH的收率及H2O2的有效利用率均较高。
    铜渣载镍催化剂催化气化松木屑的实验研究
    袁晓涛, 胡建杭, 张凤霞, 刘慧利, 刘泽伟, 李慧
    化工进展. 2018, 37(10):  3919-3927.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-2312
    摘要 ( 188 )   PDF (4311KB) ( 277 )  
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    采用二级固定床管式反应器,以松木屑为原料,水蒸气为气化介质,载镍铜渣为催化剂,结合XRD、TEM、BET、SEM、H2-TPR等表征手段,考察了不同的镍载量、催化剂焙烧温度以及催化温度对生物质催化气化的影响。结果表明,铜渣载镍催化剂有相对低的比表面积,但它表现出极好的抗积炭性能和裂解焦油的能力。镍载量为2.0%的催化剂经过600℃焙烧后,氢气产量为26.91mmol/g,碳转化率达到了94.86%,积炭仅为0.16%;当催化温度从850℃升高到900℃时,氢气产量只增加了0.28mmol/g,综合考虑能源消耗、催化性能以及设备损耗等因素,最佳的催化温度为850℃。由此可见,铜渣在镍催化剂上的应用可实现废物回收利用,有着重要的实用价值。
    材料科学与技术
    面向油水分离的无机膜制备及应用进展
    任秀娥, 李刚, 陈建标, 樊栓狮, 郎雪梅, 王燕鸿
    化工进展. 2018, 37(10):  3928-3935.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-0315
    摘要 ( 281 )   PDF (2276KB) ( 262 )  
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    膜技术是处理含油污水及含水油液的有效分离方法。无机膜材料由于可调变的表面性质和良好的稳定性,即使在苛刻的条件下,在分离油水方面表现出优异的分离性能。本文首先阐述了设计与制备油水分离膜的理论基础,包括分离过程中压力驱动力和膜表面特性对膜通量和选择性的影响;然后综述了当前国内外用于油水分离的无机膜的制备及其应用进展,重点介绍分子筛膜、金属氧化物/金属氢氧化物膜和氧化石墨烯膜等的研究,分析了在不同油水混合物中研究者们调控无机膜表面性能的策略,提出膜表面润湿性和膜结构是提高膜分离效率和抗污染性的关键;最后指出抵制含大量表面活性剂、碱液及有机聚合物种的乳化油对膜造成污染,是无机膜亟需解决的问题,并展望了无机膜在分离油水方面的发展方向。
    基于氮掺杂碳量子点的荧光微球制备和Fe3+检测
    刘清浩, 何艳飞, 梁丽娜, 念继鹏, 胡志勇, 郭金春, 梁栋, 刘红彦
    化工进展. 2018, 37(10):  3936-3942.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-2017
    摘要 ( 219 )   PDF (2056KB) ( 195 )  
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    分别以尿素、氨水、二乙烯三胺、多乙烯多胺为氮源,绿色廉价的白菜为碳源,采用水热法合成氮掺杂的蓝色荧光碳量子点,结果表明多乙烯多胺氮掺杂碳量子点(NCDs)荧光量子产率最高为53.3%。然后将NCDs作为荧光探针应用于荧光微球制备和Fe3+检测方面,以三聚氰胺甲醛(MF)为载体,合成了氨基化MF荧光微球;基于Fe3+对NCDs良好的荧光猝灭效应,建立了一种荧光测定Fe3+的方法,并对NCDs和MF荧光微球的结构和性能进行表征。结果表明,NCDs的荧光性能得到了显著的改善;MF荧光微球单分散性好、荧光性能好且稳定,在生物医学领域方面有重要的应用价值;NCDs对Fe3+具有单一选择性,Fe3+浓度在0~2μmol/L内与NCDs的荧光猝灭程度呈良好的线性关系(R2=0.9945),检出限为0.035μmol/L。将该体系应用于实际水样中Fe3+的测定,相对标准偏差(RSD,n=6)在1.42%~3.02%内,加标回收率在98.7%~104.5%之间。该体系对Fe3+检测灵敏性好、选择性高以及抗干扰性强,在离子分析检测方面有潜在的应用前景。
    动态水热法制备Silicalite-1分子筛膜包覆多孔缺陷Al2O3微球
    董道敏, 刘宾, 柴永明, 吴仪岚, 刘晨光
    化工进展. 2018, 37(10):  3943-3948.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-2224
    摘要 ( 193 )   PDF (5876KB) ( 508 )  
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    采用晶种涂覆-预晶化-晶化成膜的动态水热法成功在具有多孔缺陷的氧化铝微球上合成Silicalite-1分子筛膜。以乙醇作为润湿试剂在氧化铝表面涂覆一层晶种,将涂覆过晶种的载体加入到分子筛合成液中预晶化,一层分子筛完全覆盖载体并与载体结合牢固。预晶化后的载体在动态水热条件下处理3天,得到致密分子筛膜包覆的Al2O3微球。运用X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)对所得材料进行表征。结果表明,包覆的分子筛膜具有典型的MFI结构,晶粒交互生长,厚度约为3μm。考察了TPAOH用量和水量对分子筛膜微观结构的影响,结果发现TPAOH用量主要影响Silicalite-1分子筛膜的形貌,当TPAOH用量为0.17时,合成的Silicalite-1分子筛膜连续致密,而水量对分子筛膜微观结构的影响较小。这种晶种涂覆-预晶化-晶化成膜的方法有助于在多孔缺陷的Al2O3微球上制备高质量的分子筛膜。
    LM-S沥青改性剂提高沥青混合料黏附性能的分子模拟计算及路用性能考察
    方伟锋, 沈本贤, 仝玉军, 于小桥, 倪腾亚, 孙辉
    化工进展. 2018, 37(10):  3949-3957.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-2430
    摘要 ( 207 )   PDF (3454KB) ( 195 )  
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    沥青与石料的黏附性大小直接影响沥青混合料的强度、稳定性、耐久性等性质。通过分子模拟计算的方法研究沥青与石料的黏附作用,计算比较沥青改性前后与石料间的黏附功,并与水煮法沥青黏附性实验结果及沥青混合料微观形貌研究结果进行比对;同时考察沥青改性剂LM-S对沥青混合料路用性能的改进效果。结果表明,采用LM-S改性后的沥青-石料体系的界面黏附功比基质沥青-石料体系提高了近26%,因而具有更好的黏附性;沥青混合料实验结果亦表明LM-S改性剂可显著提高基质沥青和SBS改性沥青混合料的高温稳定性能、低温稳定性能及水稳定性性能,其中动稳定度分别提高了162%和43%。
    高能球磨法制备铈锆铝复合氧化物的工艺
    何秋梅, 鲁忠臣, 曾美琴
    化工进展. 2018, 37(10):  3958-3965.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-0777
    摘要 ( 190 )   PDF (2384KB) ( 241 )  
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    采用高能球磨法制备铈锆铝复合氧化物,运用XRD、SEM等方法研究CeO2-ZrO2-Al2O3复合催化材料分别在不同球磨时间、不同成分含量、不同焙烧温度和不同球磨工艺路线下的组织结构和稳定性能。结果表明:①随球磨时间的延长,各组元晶粒细化效果越来越明显,球磨30h,CeO2晶粒约20nm,颗粒约200nm,但复合粉末一直未发生机械合金化。②经30h球磨的复合粉体,在1000℃以下具有良好的稳定性能,高温下有少量的ZrO2溶入CeO2中形成固溶体,CeO2-ZrO2和Al2O3之间表现出一定的协同稳定效应,而在1000℃以上相结构变化明显。③质量分数为18%的CeO2和6%的ZrO2的复合粉体颗粒比较细小,分布比较均匀,对γ-Al2O3的稳定化效果比较理想。④采用先将CeO2和ZrO2球磨30h,再添加Al2O3并继续球磨30h的高能球磨工艺,可制备出含大量CeO2-ZrO2固溶体的复合粉体,CeO2-ZrO2γ-Al2O3相互改性作用更加理想。
    基于纤维取向的纳米纤维滤料设计及其性能
    于宾, 赵晓明, 孙天
    化工进展. 2018, 37(10):  3966-3973.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-0823
    摘要 ( 214 )   PDF (1242KB) ( 178 )  
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    通过基于霍夫变换的图像分析法获取静电纺纳米纤维取向分布信息,分析纤维取向对纳米纤维滤料性能的影响,并据此设计制备了中间为杂乱纤维层、两侧为相互垂直的取向纤维层构成的复合纳米纤维膜滤料。采用扫描电镜对纳米纤维膜形貌进行观察并获取SEM图像,进行了透气性、拉伸性能、孔径尺寸和过滤性能测试。结果表明,纳米纤维膜纤维分布方向拉伸断裂强度高,纤维取向各向异性比例理论值和实验值相吻合,纤维取向是影响纳米纤维膜力学各向异性的主要参数;取向纳米纤维膜滤料孔径较大且有许多微粒可逃逸的通道,其过滤效率和过滤阻力均较低,与文献中报道的数值模拟结果相一致;所设计制备的复合纳米纤维膜滤料结合了取向纳米纤维膜滤料力学性能优良和杂乱纳米纤维膜滤料过滤效率高的优点,其纵向和横向断裂强度分别为8.85MPa和8.71MPa,气流流速为25L/min时过滤效率高达99.691%。
    硅/石墨烯基自支撑薄膜的制备及电化学性能
    马艳, 林振, 贾秋荣, 高志杰
    化工进展. 2018, 37(10):  3974-3979.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-0950
    摘要 ( 154 )   PDF (7611KB) ( 97 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    采用简单的超声、抽滤和水合肼化学还原相结合的方法制备硅/石墨烯基自支撑薄膜,系统研究了硅含量对硅/石墨烯复合材料电化学性能的影响。结果表明:通过在石墨烯水凝胶的片层之间插入纳米硅颗粒,可以有效地控制硅体积变化,增加该复合膜的机械强度并提高其导电性。提高硅/石墨烯复合材料中硅含量的比例可以提升其可逆比容量和首次库仑效率,当硅质量分数为53%时,复合膜在0.1C倍率下的可逆比容量及首次库仑效率分别达到945.6mA·h/g和64.8%(纯硅的229倍和9倍);继续提高硅含量的比例,可以提升其循环寿命(循环50次容量保持率60.9%、质量分数为67%的Si),但材料比容量有所下降,说明石墨烯在稳定硅基复合材料电化学性能方面发挥着非常重要作用。
    生物与医药化工
    TiO2纳米结构作为载体在药物缓控释传递系统的应用
    孟戎茜, 李巧玲, 晋日亚
    化工进展. 2018, 37(10):  3980-3987.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-2404
    摘要 ( 179 )   PDF (5166KB) ( 338 )  
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    TiO2纳米结构以其生物相容性好、机械强度高、耐热耐腐蚀等优点,在药物缓控释传递系统载体应用方面引起广泛关注。结合近几年研究报道,本文将单一和功能化TiO2纳米结构作为药物缓控释载体进行分类,简述了制备方法、结构表征、载药方法、释药机理等,分析了功能化TiO2纳米结构修饰结合外界刺激响应在药物缓控释系统的应用。结果表明,相比单一结构,功能化修饰后的TiO2纳米结构具有载药率高、缓控释效果明显、生物相容性好等优点;功能化修饰结合外界刺激响应,进一步提升药物缓控释效果;而相比单一和双重刺激响应,多重刺激响应能够更好地实现局部靶向释药。最后预测该纳米结构作为药物缓控释传递系统载体的研究发展方向并指出目前实现临床应用所面临的问题。
    安丝菌素P-3生产菌株Actinosynnema pretiosum ssp. auranticum的诱变育种及其发酵培养基优化
    荣艳, 郭静, 苏春, 管义娜, 朱孝霖, 蔡志强
    化工进展. 2018, 37(10):  3988-3994.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-2322
    摘要 ( 189 )   PDF (827KB) ( 124 )  
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    为了提高安丝菌素P-3(AP-3)的发酵产量,通过紫外诱变并运用紫外-分光光度法建立96孔板高通量快速筛选体系对原始菌株(Actinosynnema pretiosum ssp.auranticum)进行育种,筛选获得了一株产量较高的突变菌株B24-13。发酵7天后,其发酵液中AP-3的含量为112.5mg/L,是原始菌株的2.03倍。随后通过单因素优化与正交实验设计对突变菌株B24-13进行发酵培养基优化,得到最优发酵培养基组分:蔗糖25g/L,甘油15g/L,玉米浆25g/L,CaCO3 7g/L,异丁醇2g/L,缬氨酸0.5g/L,MgSO4·7H2O 0.5g/L,FeSO4·7H2O 0.01g/L。对优化结果进行验证实验,发酵7天后AP-3的产量为(127.5±6.3) mg/L。实验结果表明:通过对生产菌株的诱变育种与发酵培养基优化可有效的提高AP-3的发酵产量,也从侧面验证了该研究所建立的96孔板高通量快速筛选体系用于AP-3高产菌株的初筛是可行的。
    耐冷嗜酸硫杆菌快速氧化地浸采铀吸附尾液中Fe2+
    王清良, 陈鹏, 胡鄂明, 李乾, 王红强, 阳奕汉, 李德, 徐屹群
    化工进展. 2018, 37(10):  3995-4005.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-2356
    摘要 ( 208 )   PDF (2752KB) ( 332 )  
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    为解决中温菌在低温吸附尾液中作氧化剂时生长繁殖慢、氧化Fe2+速率低等问题,实验结合新疆某酸法地浸采铀现场生产实际,选取耐冷嗜酸硫杆菌作为氧化剂,以生物陶粒为挂膜载体,在生物反应器内对细菌进行固定化培养,研究了细菌快速氧化吸附尾液中Fe2+规律。实验结果表明,选用的生物陶粒具有高孔隙率、高透水性、高吸附性和高比表面积等特点,对细菌有较好的吸附固着效果,有利于细菌的生长繁殖,提高了细菌氧化Fe2+速率;生物陶粒在pH 1.6~1.7的吸附尾液中具有较强的耐酸性和稳定性;当通气量为20L/h、吸附尾液温度为17~19℃、流量为500L/h时,生物反应器连续氧化Fe2+速率达到0.85g/(L·h);与H2O2作氧化剂相比,可以节约费用约72.6%,为实现细菌作氧化剂的工业化应用提供了有力依据。
    乳酸菌发酵甘蔗糖蜜产乳酸的培养条件优化
    杜刚, 刘赟, 詹梦涛, 胡秋月, 张振宇, 杨海英
    化工进展. 2018, 37(10):  4006-4012.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-2487
    摘要 ( 286 )   PDF (1229KB) ( 228 )  
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    乳酸是有广泛应用的有机酸,廉价原料是降低乳酸生产成本的重要因素。以实验室前期筛选的植物乳杆菌sy4为出发菌株研究了利用甘蔗糖蜜生产乳酸的培养条件。在确定发酵温度和初始pH后,通过Plackett-Burman实验和中心复合实验优化乳酸发酵条件。结果表明:植物乳杆菌sy4乳酸发酵的最适条件为温度32℃、60h、初始pH 6.5;Plackett-Burman实验表明酵母提取物、糖蜜和碳酸钙是影响乳酸产量的主要因素;中心复合实验得到三因素的最优组合为:酵母提取物13.19g/L、糖蜜476.63g/L和碳酸钙134.82g/L,确定了最适发酵培养基。在此条件下乳酸产量为(145.53±1.24) g/L,与模型预测值147.23g/L接近。本研究为以甘蔗糖蜜为原料生产乳酸提供了技术支持。
    精细化工
    国内外黏土水化抑制剂研究现状与发展趋势
    都伟超, 孙金声, 蒲晓林, 张洁, 陈刚
    化工进展. 2018, 37(10):  4013-4021.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-2162
    摘要 ( 222 )   PDF (1328KB) ( 461 )  
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    黏土水化抑制剂在钻井液中的添加可有效降低钻井事故发生,但存在效果不明显、抗温性能尚待提高等缺点。本文简述了国内外黏土水化抑制剂研究现状并分析了其发展趋势。从研究历程来看,黏土水化抑制剂大体上经过了从无机离子型向有机铵(胺)型过渡并逐步成熟于聚合物型的过程。从最新研究结果来看,聚醚胺型抑制剂为主流研究对象,由此形成的高性能水基钻井液在国内外广泛应用;超支化聚合物型抑制剂因具有体型结构而具有较好抗温、抗盐性能而颇具发展优势;传统共聚物型抑制剂分子量大,在高温高密度钻井液中难以适用,仍有改进空间。指出了今后发展趋势是充分利用生物质资源,开发绿色、环保高效的黏土水化抑制剂;研究低聚物抑制剂,提高抑制剂的抗温性、普适性和一剂多效性;摆脱传统钻井液处理剂之间化学作用力观念束缚,探索超支化抑制剂的开发,积极有效结合纳米技术与钻井流体之互补点,以促进钻井液及相关技术发展。
    KH570-AM-淀粉接枝共聚物降滤失剂的制备及其性能
    王爱荣, 石海信, 童张法, 王梓民, 王伟建
    化工进展. 2018, 37(10):  4022-4028.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-0577
    摘要 ( 202 )   PDF (1394KB) ( 200 )  
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    以木薯淀粉(CSt)为原料,丙烯酰胺(AM)、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH570)为单体,过硫酸铵和亚硫酸氢钠按质量比为1:1构成氧化-还原引发体系,采用水相法合成淀粉-KH570-AM接枝共聚物降滤失剂(CSt-KH570-AM),探索了制备条件及其在钻井液中的应用。适宜的制备条件是:总反应物溶液质量分数为20%,m(AM)/m(CSt)=2,KH570与引发剂质量分数分别为30%和1%,溶液pH=4,反应时间3h,温度50℃。FTIR证明AM与KH570均已成功接枝到淀粉分子上;TGA-DSC及Frontier-TGA联用分析表明,CSt-KH570-AM在245℃之前热稳定性良好;XRD证明CSt-KH570-AM属非晶结构。在降滤失性能评价中,将CSt-KH570-AM与CSt-AM (质量分数分别为2.5%与1.5%)复配添加到淡水基浆中可抗温至180℃,在140℃的NaCl盐水基浆中可抗盐至饱和。
    非天然磷脂化合物磷脂酰基γ-羟基丁酸的合成
    李环宇, 李冰麟, 王姣, 段丹丹, 张小里, 赵彬侠
    化工进展. 2018, 37(10):  4029-4032.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-2409
    摘要 ( 303 )   PDF (453KB) ( 252 )  
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    首次利用生物酶催化法对非天然磷脂化合物磷脂酰基γ-羟基丁酸(phosphatidylbutyric acid,PB)的合成工艺进行了系统的探究。采用磷脂酶D (phospholipase D,PLD)在有机溶媒-水两相体系中催化磷脂酰胆碱(phosphatidylcholine,PC)和γ-羟基丁酸钠(sodium γ-hydroxybutyrate)发生磷脂酰基转移反应合成PB。实验结果表明,有机溶媒、底物摩尔比、反应温度、水相pH都对磷脂酰基γ-羟基丁酸的制备有一定的影响。确定最佳工艺为:以氯仿为有机溶媒,底物摩尔比(γ-羟基丁酸钠/PC)为90:1,反应温度为30℃,水相pH为5.5,反应时间为6h,在此工艺条件下的磷脂酰基γ-羟基丁酸的产率为73.51%。
    资源与环境化工
    废水好氧生物处理工艺中氧的传质与强化的理论与实践
    吴海珍, 韦聪, 于哲, 韦景悦, 吴超飞, 韦朝海
    化工进展. 2018, 37(10):  4033-4043.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-0289
    摘要 ( 242 )   PDF (1287KB) ( 655 )  
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    废水处理好氧生物工艺供氧过程的控制步骤是气液传质作用,即将气体分子氧转化为足够微生物用于氧化污染物的溶解氧(DO),包含碳源BOD5的降解、氨氮的硝化和总氮的去除以及无机COD氧化的共同需求。文章指出DO的传质过程由总传质系数KLa决定,废水性质、生物量、污泥龄、微生物耗氧速率、微生物种群等因素都会影响KLa。DO的浓度梯度是气液固三相氧传质的主要推动力,气液传质受水温、水质、氧分压、气泡大小、液体紊流程度和液膜更新速度等的影响,通过提高氧气分压、增大气泡比表面积、强化气液混合以及无泡供氧等方式及其它们的结合,或者控制污泥流态化程度及其污泥龄,可以获得微生物摄氧能力的提高。本文指出在对水质特征、环境条件、微生物特性、反应器流体特性以及运行参数等优化的基础上,结合一些研究新的方向,如无泡供氧、纯氧/富氧曝气的气泡行为,流场分布、湍流构造、浓度梯度的流体行为,挡板内构件、流态化控制的反应器结构优化,以及充分考虑负荷的HRT和SRT的运行工艺条件,可以实现更加全面的节能目标。
    燃煤电厂脱硫废水氯离子检测现状与应用进展
    马双忱, 徐昉, 徐东升, 李德峰, 范紫瑄, 樊帅军, 庞蔚莹
    化工进展. 2018, 37(10):  4044-4052.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-2581
    摘要 ( 212 )   PDF (684KB) ( 435 )  
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    近年来脱硫废水零排放作为燃煤电厂中控制污染物排放的重要措施而备受关注,特别是脱硫废水中氯离子含量的检测手段和方法已经成为研究热点。本文简述了适用于脱硫废水中氯离子检测的类别和方法,在阐述容量分析、色谱分析、光学分析和电化学分析4类氯离子分析方法原理的基础上,进一步介绍了硝酸银滴定法、离子色谱法、原子吸收光谱法、分光光度法、长周期光纤光栅法、电位滴定法和离子选择电极法7种氯离子检测方法及实际应用,并针对脱硫废水特殊条件对7种检测方法进行了比较,最后对燃煤电厂脱硫废水氯离子检测方法的发展趋势进行了展望。离子选择电极法具有响应快速、易微型化、在线监测等优点,是最适合发展成为脱硫废水氯离子检测标准方法的技术。
    GC-MS解析炼化污水中挥发性有机物组成和变化
    栗则, 季远玲, 张宇曦, 张晓飞, 李雪凝, 吴百春, 李兴春
    化工进展. 2018, 37(10):  4053-4059.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-0031
    摘要 ( 223 )   PDF (681KB) ( 165 )  
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    对西北某大型炼化企业炼油、化工两条污水处理流程的关键工艺环节进行水样采集,采用紫外可见光谱及吹扫捕集-气相色谱与质谱联用(GC-MS))解析了污水水样中挥发性有机成分的组成和含量的变化。共鉴定出有机物19类76种,化工污水当中的有机物(43种)相对炼油污水(32种)更加复杂。研究表明,炼油污水含较多的含硫化合物(硫醚、噻吩),是恶臭气体的主要来源;化工污水含较多的含氮化合物(硝基化合物、腈类、氰类),是氨氮及总氮的主要贡献者;芳香化合物种类多达数十种,对VOCs贡献较大。指出化工污水水解环节可产生部分醇、酮类化合物,提高后续污水可生化性。生化处理环节能去除污水中的绝大部分烷烃、烯烃、炔烃和少部分醇、酮;而芳香烃、多环芳烃、氯代烃生物降解性相对较差,生化后依旧具有残留,是污水处理COD残留的重要原因,可作为炼化特征有机污染物。提出分子水平的精细解析,能够为污水处理工艺评价提供科学依据,进而对工艺开发和工艺改进提供帮助。
    CuO/腐植酸复合材料的制备及其吸附性能
    刘志雄, 张佳丽, 洪许言, 田桂英, 汤志豪, 胡明宇
    化工进展. 2018, 37(10):  4060-4067.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-0092
    摘要 ( 237 )   PDF (1906KB) ( 311 )  
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    采用水热法合成了CuO-腐植酸(HA)纳米复合材料,研究了其对亚甲基蓝的初始吸附性能及再生吸附性能。运用扫描电镜/能谱仪(SEM/EDS)、傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)、X射线粉末衍射仪(XRD)、激光粒度分析仪和比表面积测定仪(BET)对其结构进行了表征。研究了pH、亚甲基蓝初始浓度和反应温度等因素对CuO/HA吸附亚甲基蓝的影响,采用多种模型研究了CuO/HA复合材料对亚甲基蓝的吸附动力学和热力学行为。结果表明:合成的CuO/HA平均粒径约为135.0nm,比表面积为188.15m2/g。CuO/HA对亚甲基蓝(MB)的吸附动力学行为符合拟一级动力学模型,在60min内达到吸附平衡,较好地符合Frendlich吸附模型。在室温下pH=7时,CuO/HA复合材料初始饱和吸附量达172.01mg/g;循环使用8次,可保持初始吸附能力的89.27%,表明有较好的吸附性能,可作为一种有效除去水体中亚甲基蓝污染物的高容量吸附材料。
    NH4Cl改性活性炭脱除气态Hg0的特性分析
    周强, 段钰锋, 冒咏秋, 朱纯
    化工进展. 2018, 37(10):  4068-4073.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-0124
    摘要 ( 189 )   PDF (783KB) ( 162 )  
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    制备了原始活性炭与NH4Cl改性活性炭,对其进行了物化特性表征,在固定床汞吸附实验台上考察了N2气氛下颗粒粒径、NH4Cl溶液浓度、SO2、CO2等因素对活性炭脱除Hg0性能的影响。研究结果表明:NH4Cl浸渍改性没有造成活性炭孔隙结构的明显变化,但使得Cl元素成功担载到活性炭表面;随着颗粒粒径增大,活性炭吸附Hg0的外部传质速率、内部扩散速率均降低,较小的颗粒粒径有利于活性炭脱汞;由NH4Cl改性在活性炭表面所产生的卤素官能团(AC-Cl)能够有效地氧化烟气中的Hg0,增强了活性炭对于Hg0的氧化吸附作用;SO2能有限地促进原始活性炭的脱汞性能,对NH4Cl改性活性炭脱汞性能则表现出先促进后抑制并主要体现抑制作用的现象,并且抑制作用随SO2浓度的增大而增加;CO2由于能在活性炭表面极化,且能与氨基官能团反应生成有利于吸附汞的羰基,促进了活性炭的脱汞性能。
    表活聚合物驱采出污水稳定性分析
    岑驰, 朱莹, 段明
    化工进展. 2018, 37(10):  4074-4079.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-0194
    摘要 ( 158 )   PDF (597KB) ( 145 )  
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    目前油田聚合物驱主要研究的是提高采收率和驱油机理,在采出污水稳定性方向少有报道。为了解决这一问题,本文针对一种表活聚合物(活化剂)对采出污水稳定性的影响进行了研究。首先通过测量离心后污水的吸光度研究了未处理、剪切水解前和剪切水解后3种状态的活化剂对模拟采出污水稳定性的影响,接着用zeta电位仪、分配系数实验和双偏振光极化干涉测量分析仪(DPI)测试评价了模拟采出污水中油滴之间的静电相互作用和空间位阻效应,用界面参数一体测量系统测试和评价了活化剂对油水界面的界面张力、弹性模量、黏弹性模量和扩张模量的影响。实验结果表明,模拟活化剂驱采出污水稳定性低于模拟水驱采出污水稳定性;当污水中存在活化剂时,污水中油滴间的静电作用、扩张模量和弹性模量下降,从而降低了采出污水稳定性,且分子量的大小对此结果无影响,但活化剂水解度增大后,采出污水稳定性降低则是因静电作用和粘性模量的降低。当污水中已存在活化剂时,随着活化剂浓度增加,污水稳定性增强,主要是因为油水界面膜强度增强,界面张力降低。
    磷硅渣提钒及制备磷酸铝工艺
    刘久传, 吴和培, 张建霞, 范兵强, 郑诗礼, 张洋
    化工进展. 2018, 37(10):  4080-4087.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-0292
    摘要 ( 221 )   PDF (520KB) ( 269 )  
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    磷硅渣作为高磷含钒原料提钒过程中钙化脱磷和铝盐脱硅的固体废弃物,其中含有较多的重金属,如不进行合理处置,不仅造成资源浪费,也会对环境产生较大的威胁,而目前有关该种渣的研究鲜有报道。本文采用多种检测技术分析了磷硅渣中主要成分含量,并开发了一种合理化利用途径——以磷硅渣为原料制备磷酸铝。考察了pH、温度和时间等条件对氧化钙中和脱硫和磷酸铝制备过程的影响。氧化钙中和脱硫过程中,控制终点pH=0.5可以有效消除有价元素P、Al、V的损失,且常温即能达到反应要求;P、Al、V分离过程中,控制终点pH=8.0可以有效消除磷酸铝对V的吸附作用,提高分离效率;净化除杂过程的最优条件为:反应终点pH=12,反应时间2h,反应温度80℃;磷酸铝产品制备过程中,控制终点pH=8.0,磷铝比为最佳,130℃高温转型处理能够使磷酸铝浆料的过滤性能提升30倍。
    膜吸收CO2工艺中不同吸收液对膜润湿的影响
    孙莹, 张琳, 杨林军
    化工进展. 2018, 37(10):  4088-4097.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-0326
    摘要 ( 207 )   PDF (3642KB) ( 201 )  
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    以单乙醇胺(MEA)、二乙醇胺(DEA)和N-甲基二乙醇胺(MDEA)作为吸收液,利用聚丙烯(PP)中空纤维膜组件进行分离模拟烟气中CO2的实验研究,考察不同吸收液的脱除效率以及长时间连续运行下的膜润湿现象。建立膜相传质阻力随时间变化模型,与实验数据拟合较好。同时将膜丝在不同吸收剂中浸泡,结合接触角、场发射扫描电镜(FE-SEM)、衰减全反射红外光谱(ATR-IR)以及热重(TG)表征分析膜性能的改变。结果表明,相同浓度下,单一吸收剂的CO2脱除效率大小为MEA > DEA > MDEA;当吸收液为1mol/L MEA时,16天后CO2脱除效率从93.3%下降到72.1%;而吸收液为1mol/L DEA时,脱除效率从88.3%到第16天的78%,下降约12%;理论计算得吸收液为1mol/L MEA和1mol/L DEA时,膜相传质阻力分别为10564.06s/m和4881.08s/m;浸渍时间增加,膜接触角减小,疏水性减弱,同时膜孔径变大,出现润湿现象;红外光谱和热重分析表明在MEA溶液作用下膜丝出现溶胀。
    生物质热解油/柴油乳化效果评价方法及影响因素
    马腾, 丛宏斌, 王敬茹, 赵立欣, 姚宗路, 孟海波, 霍丽丽
    化工进展. 2018, 37(10):  4098-4108.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-2421
    摘要 ( 198 )   PDF (2241KB) ( 138 )  
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    采用微观和宏观分析相结合的方法,评价稻壳热解油和柴油乳化效果,宏观上以热解油乳化比例为评价依据,微观上以乳化液中热解油液滴的平均粒径和数密度为评价依据,重点研究了乳化剂种类、亲水亲油平衡指数(hydrophilic-lipophilic balance,HLB)、乳化液静置时间、乳化温度、热解油质量分数、乳化剂用量等因素对热解油和柴油乳化效果的影响。研究结果表明:微观和宏观分析法对乳化效果变化规律的评价结果基本一致,评价方法具有较高的准确性。与司班80-吐温80复配乳化剂相比,Atlox 4194-DP 2206复配乳化剂对热解油和柴油混合液的乳化效果更好,且乳化剂的最佳HLB值为4.82。热解油液滴平均粒径和液滴数密度在静置第1天内变化较为明显,在静置时间超过3天后基本保持不变。静置时间超过1天后,乳化温度对乳化液的稳定性和乳化效果没有影响。随热解油质量分数或乳化剂用量的增加,热解油乳化效果先增加后降低,热解油的质量分数范围应在10%~20%间,且质量分数为10%时,热解油乳化效果最好,热解油乳化比例可保持在90%以上;乳化剂与热解油比例的范围应在0.25~0.5,且比例为0.5左右时,乳化效果最佳,热解油乳化比例可稳定在85%以上。
    应用技术
    春风减渣改质塔河减渣制取60#道路沥青效果
    姚正天, 沈本贤, 仝玉军, 孙辉
    化工进展. 2018, 37(10):  4109-4118.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-2407
    摘要 ( 256 )   PDF (732KB) ( 71 )  
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    塔河减渣(THVR)直接生产合格道路沥青存在技术瓶颈。本文用调和工艺,以塔河减渣为基质沥青,在荆门油浆、荆门抽出油及春风减渣3种不同种类的调和组分中优选出新疆春风减渣(CFVR)为优质软组分,对THVR改质制备60#道路沥青的效果进行考察,建立基于正庚烷沥青质含量的沥青热老化动力学模型,并对改质前后沥青四组分进行平均分子结构表征。结果表明:与THVR相比,CFVR热老化性能及低温性能较好,但感温性能较差,添加40% CFVR的调和沥青TH-CF-40可满足道路石油沥青60#标准。TH-CF-40老化速率较小,老化反应活化能Ea为102.00kJ/mol,较THVR为高;其饱和分链长为14.44,较THVR短;芳香分、胶质及沥青质芳碳率fA分别为0.29、0.42、0.46,芳环与环烷环之比RA/RN分别为1.24、2.65、2.93,平均侧链长度L分别为6.78、6.09、5.40,均向CFVR趋近,从而使得调和沥青的抗热老化性能及低温延展性有所提高。采用该工艺有助于减少塔河减渣焦化处理量,提高塔河减渣的利用水平,研究结果为拓展春风优质沥青的更高效利用提供理论指导,具有学术意义和应用前景。
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