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1. “双碳”目标下膜技术发展的思考
徐南平, 赵静, 刘公平
化工进展    2022, 41 (3): 1091-1096.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2021-2143
摘要408)   HTML38)    PDF(pc) (1233KB)(564)    收藏

实现碳达峰和碳中和,本质在于使经济社会发展彻底摆脱对含碳矿产资源的依赖,其关键在科技创新。作为一种高效节能的共性分离技术,膜技术在这个过程中可以发挥怎样的作用?本文从零碳能源重构、低碳流程再造、非二气体减排及负碳体系构建四个方面详细阐述了膜技术在实现“双碳”目标的关键技术途径中所发挥的重要作用,主要包括零碳电力存储、绿氢制备及利用、工业流程优化及节能降耗、CO2及非二气体捕集、CO2转化再利用等。文中分析了相关领域膜技术的发展现状,并对“双碳”目标下我国未来膜技术的研究方向和发展目标进行了展望,指出通过一系列颠覆性膜技术的大规模应用,可助力实现可再生能源成本全球最低、低碳流程再造代价最小两大战略目标,为我国实现碳中和提供坚实的技术支撑。

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2. 添加剂对电解铜箔作用机理及作用效果的研究进展
孙玥, 刘玲玲, 李鑫泉, 潘建锋, 刘嘉斌
化工进展    2021, 40 (11): 5861-5874.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2020-2311
摘要358)   HTML37)    PDF(pc) (6256KB)(794)    收藏

电解铜箔作为锂离子电池负极集流体和活性材料的载体,其性能直接影响电池的容量和循环寿命。添加剂的引入是电解铜箔制备工艺中性能调控的重要方式。通过向电解液中引入添加剂可以改变铜沉积的反应电位,影响镀层的微观结构和形貌,有利于提升电解铜箔的某种性能。多种添加剂共同作用时可以提升铜箔的综合性能。本文根据特征基团分类,综述了含硫有机物、含氮有机物、聚醚类化合物、卤素离子、稀有元素这五类常用添加剂对电解铜箔的作用以及不同添加剂间的相互作用和改性优化方式。通过对各添加剂作用机理和效果的分析比较,总结了目前研究中在机理与性能关联性、机理解释矛盾、机理研究的有效手段、添加剂配方生产应用等方面存在的局限性,并指出未来的研究将向着作用机理深入化、添加剂结构配方优化等方向前进。

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3. 膜法碳捕集技术——研究现状及展望
王志, 原野, 生梦龙, 李庆华
化工进展    2022, 41 (3): 1097-1101.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2021-2271
摘要340)   HTML23)    PDF(pc) (383KB)(309)    收藏

碳捕集是实现CO2减排的重要技术手段之一。在众多碳捕集技术中,膜分离技术具有操作简单、能耗低、环境污染小等优势,吸引了广泛关注。完整的膜法捕集CO2技术研究链条包括膜材料开发、分离膜规模化制备、膜组件研制和膜分离工艺及装置的设计建造。本文针对膜法碳捕集技术链的四个环节,总结对比了国内外技术水平和研究进展,分析了碳捕集膜从实验室研究到工业放大的瓶颈问题,并对本文作者课题组在各个技术环节所积累的研究成果进行了综述。在此基础上,对进一步提高膜法碳捕集技术水平的研究方向进行了展望。

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4. 碳中和目标下石油与化学工业绿色低碳发展路径分析
黄晟, 王静宇, 李振宇
化工进展    2022, 41 (4): 1689-1703.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2021-2520
摘要331)   HTML44)    PDF(pc) (1182KB)(257)    收藏

石油与化工行业是高耗能、高污染、高碳排的“三高”行业,在碳达峰、碳中和的目标下,促进石油与化学工业和生态环境的协调可持续发展成为亟需解决的热点问题。本文从国家层面和企业层面总结典型国家及其石油与化学工业面对“双碳”目标采取的措施行动,对乙烯、成品油等石油与化工产品不同生产路径的能耗及二氧化碳排放情况进行比较分析,概述中国的区域能源分布特点、各省份的石油与化学工业产值及二氧化碳排放情况,明确提出作为碳排放的大户,石油与化工行业有可能在“十四五”期间被纳入全国碳市场。文中指出石油与化工行业必须在借鉴发达国家先进碳减排经验的基础上,立足本国国情,综合考虑本国的能源分布情况和石油与化工产品生产的能耗及二氧化碳排放情况,建构清洁低碳、节能高效的工艺流程体系,促进石油与化学工业的高质量发展。石油与化学工业二氧化碳减排的核心是区域能源结构的调整和工艺流程的优化,并以此为前提建设绿色集成化工园区,辅之以可再生能源如风能、太阳能等的综合利用,研发碳捕集、利用与封存技术进行碳固定。还提出值得注意的是,由于其他温室气体如甲烷等的减排已经提上日程,我国也应加快相关技术储备。

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5. 2021年度国家自然科学基金委员会化学工程与工业化学科学基金项目申请和评审工作综述
傅杰, 赵志坚, 张国俊
化工进展    2022, 41 (1): 513-518.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2022-0056
摘要330)   HTML22)    PDF(pc) (436KB)(364)    收藏

总结了2021年度国家自然科学基金委员会化学工程与工业化学科学基金各类项目的申请和资助情况,分析了化学工程与工业化学科学基金各类项目在实施新学科代码后的变化,并为下一年的项目申报工作提出了建议。

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6. 中国碳达峰碳中和目标下炼化一体化新路径与实践
周红军, 周颖, 徐春明
化工进展    2022, 41 (4): 2226-2230.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2022-0225
摘要303)   HTML35)    PDF(pc) (652KB)(210)    收藏

通过对传统炼化一体化流程的思考,本文提出以纵向串联模式分析温度如何强化炼化过程,以横向并联思维归纳炼化工艺。提出通过电供能重构传统的蒸汽裂解技术,获得再电气化下炼化一体化新的技术路线和创新发展空间。文中指出:通过电供能代燃料炉,电烯氢技术及干重整技术不仅使传统的炼油厂和烯烃厂节能减排绿色低碳转型,电供能置换出的干气制合成气及氢用于氢冶金还原铁,二氧化碳捕集、封存及利用(CCUS),甲醇及汽车生产,也使中国钢铁产业同时脱碳,促进中国CCUS及氢能汽车产业发展,支撑中国2030年碳达峰和2060年碳中和目标实现。

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7. 二氧化碳转化为合成气及高附加值产品的研究进展
邵斌, 孙哲毅, 章云, 潘冯弘康, 赵开庆, 胡军, 刘洪来
化工进展    2022, 41 (3): 1136-1151.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1909
摘要299)   HTML26)    PDF(pc) (5948KB)(424)    收藏

由于二氧化碳(CO2)过度排放导致全球变暖日益严峻,发展零碳技术已成为人类社会面向可持续发展的战略选择。将CO2捕集并转化为高附加值化学和能源产品,可以优化化石能源为主体的能源结构、有效缓解环境问题,并实现碳资源的充分利用,是一项可以大规模实现低碳减排的技术。本文重点介绍了CO2高效利用新途径,通过二氧化碳-合成气-高附加值化学品的产品工艺路线,实现CO2的资源化利用。对比综述了热催化法、电催化法和光催化法高效转化合成气的最新进展,总结了热、电、光催化制备合成气过程中催化剂的设计原理和方法以及目前工业化应用前景;简单概述了合成气作为重要平台分子,进一步通过费托合成路线或接力催化路线转化为低碳烯烃和液态燃料或芳烃等化学品过程中催化剂设计研究进展。最后,总结了大规模工业化CO2转化为合成气及高附加值产品过程催化剂设计和反应器优化的技术难题,并对未来CO2高效转化利用方向进行了展望。同时指出目前各技术还普遍存在反应机理不清晰、催化剂成本高以及缺乏大规模合成等问题,未来开发出高效、高活性、低成本且稳定的催化剂是各技术推广应用的关键。

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8. 铜渣综合回收利用研究进展
王林松, 高志勇, 杨越, 韩海生, 王丽, 孙伟
化工进展    2021, 40 (10): 5237-5250.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2021-0657
摘要285)   HTML22)    PDF(pc) (1216KB)(365)    收藏

铜渣是火法炼铜的副产物,中国90%以上的铜是通过火法冶炼生产的,随着科学技术进步和人们生活需要,我国铜产量呈逐年上升的趋势。铜渣中含有大量可回收的有价金属,且铜渣本身也是一种优异的无机材料。综合回收铜渣中有价金属可以减少资源不足带来的压力,对余渣进行资源化利用既能减少环境污染,又能生产出有经济价值的产品。本文分析和讨论了火法贫化、湿法浸出、选矿富集和联合工艺等手段回收铜渣中有价金属的原理、现状和优缺点,总结了铜渣作为硅酸盐无机材料的在建筑材料和功能材料中的应用,并对铜渣未来的金属回收与资源化利用发展方向进行了展望。

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9. 低能耗化学吸收碳捕集技术展望
唐思扬, 李星宇, 鲁厚芳, 钟山, 梁斌
化工进展    2022, 41 (3): 1102-1106.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2021-2234
摘要283)   HTML35)    PDF(pc) (2113KB)(458)    收藏

低能耗的CO2捕集技术对“碳减排”有重要意义。化学吸收法是工业常用的CO2捕集方法,过程能耗高、成本高,限制了大规模的工业应用。近年来,随着新型吸收剂的开发和吸收解吸装置的设计,过程能耗有所降低,在我国已有多套碳捕集示范装置。然而进一步降低捕集能耗,节约捕集成本是实现“碳中和”的不变追求。本文基于溶剂化学吸收CO2研究,提出以下化学吸收法的研究方向:开发广泛的相变吸收理论,构建吸收体系数据库,建立定量预测模型,以实现吸收体系的分子设计;强化气液传质,设计液相传热部件和气液分离空间,研发高效吸收解吸设备,以提升碳捕集效率;耦合化学吸收和矿化,实现原位CO2吸收固定,提升过程经济性。通过化学吸收技术的系统研发,以期促进低能耗的碳捕集,助力祖国实现“碳中和”。

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10. 太阳燃料甲醇合成
王集杰, 韩哲, 陈思宇, 汤驰洲, 沙峰, 唐珊, 姚婷婷, 李灿
化工进展    2022, 41 (3): 1309-1317.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2022-0244
摘要278)   HTML14)    PDF(pc) (3552KB)(388)    收藏

我国将力争于2060年前实现碳中和,而实现碳中和的根本途径是能源利用形式由化石能源向可再生能源转变。本文指出太阳燃料甲醇合成(又称“液态阳光”)是利用太阳能等可再生能源分解水制取绿氢,再将二氧化碳与绿氢结合转化为甲醇的综合性技术,它不仅可将再生能源存储在液体燃料甲醇中,还可解决重要领域如冶金、建材、化工中的刚性二氧化碳排放,是实现碳中和目标切实可行的技术路线和有力手段。本文就作者团队研究发展的液态阳光水分解制氢和二氧化碳加氢制甲醇技术进行总结,并对当前液态阳光技术的工业应用进行了介绍。

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11. 碳中和目标下的光伏发电技术
苗青青, 石春艳, 张香平
化工进展    2022, 41 (3): 1125-1131.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2021-2500
摘要258)   HTML16)    PDF(pc) (4124KB)(415)    收藏

化石能源燃烧发电过程是我国CO2排放的主要来源之一。在碳中和、碳达峰的“双碳”目标下,大力发展可再生能源等低碳或零碳能源体系,构建以新能源为主体的新型电力系统,成为能源领域技术变革的战略方向,其中光伏发电是公认的我国未来可再生能源发电的主要方式之一。本文重点对我国光伏发电的开发现状、存在问题、关键技术、未来趋势及发展策略等进行简要论述,分别对晶硅太阳能电池、薄膜太阳能电池(硅基、砷化镓、铜铟镓硒、碲化镉)、钙钛矿太阳能电池、其他新型太阳能电池(有机、染料敏化、量子点)等关键技术进行了详细论述,以期为我国光伏发电产业的快速发展及高效安全的清洁能源新体系构建提供方向引导。

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12. 高压氢环境奥氏体不锈钢焊件氢脆研究进展
周池楼, 何默涵, 郭晋, 李运泉, 吴昊, 肖舒, 陈国华, 欧阳瑞祥, 何实
化工进展    2022, 41 (2): 519-536.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2021-0575
摘要252)   HTML19)    PDF(pc) (4114KB)(235)    收藏

奥氏体不锈钢焊件是高压氢系统中重要的承载结构,其长期服役在高压高纯氢气环境中会出现塑性损减、疲劳裂纹扩展速率加快等氢脆现象,导致高压氢系统存在安全隐患。因此,为保障高压氢系统的安全运行,研究高压氢环境奥氏体不锈钢焊件的氢脆具有重要意义。本文首先介绍奥氏体不锈钢焊件中氢的两种来源,随后讨论评价材料氢脆敏感性的静态实验方法和动态实验方法,其次概述当前主流的氢脆机理,然后着重分析内部因素及外部因素对奥氏体不锈钢焊件氢脆敏感性的影响,最后归纳并总结五种典型的奥氏体不锈钢焊接工艺对焊件微观组织的影响,并进一步探讨相应焊件的氢脆敏感性。基于上述分析,针对奥氏体不锈钢焊件氢脆性能研究现状及发展趋势提出了若干建议。

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13. 生物炭基光催化剂的制备、性能及环境应用研究进展
张鹏会, 李艳春, 胡怀生, 齐慧丽, 胡浩斌
化工进展    2022, 41 (1): 1-16.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2021-0170
摘要242)   HTML23)    PDF(pc) (3187KB)(231)    收藏

生物炭因具有独特的表面性质、易修饰的官能团、良好的导电性和化学稳定性常被用作光催化剂的载体。将光催化剂与生物炭复合制备得到生物炭基光催化剂,不仅将二者的优势有效结合起来,同时得到的复合材料在官能团、孔性能、表面活性位点、催化降解能力等方面均有显著改善。生物炭良好的导电性提高了光催化过程中电子-空穴对分离的效率,丰富的表面官能团能够吸附固定不同的污染物,便于其光催化去除。本文综述了生物炭基光催化剂的各种制备工艺、催化性能及其对废水处理的影响,详细地介绍了溶胶-凝胶、超声、水热/溶剂热、水解、焙烧、沉淀和热缩聚等生物炭基光催化剂的制备方法。此外,还通过深入的机理分析,探讨了生物炭基光催化剂对污染物的吸附和光催化降解的协同效应。最后,归纳了生物炭基光催化剂在不同污染物去除方面的应用并展望了未来的发展前景和潜力。

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14. 中国钢铁工业低碳绿色生产氢源思考与探索
周颖, 周红军, 徐春明
化工进展    2022, 41 (2): 1073-1077.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2022-0005
摘要240)   HTML15)    PDF(pc) (879KB)(168)    收藏

依据2007年至今的思考、探索和沉淀,本文认为中国钢铁工业脱碳转型依然沿世界现有的钢铁发展规律,从以高炉和转炉的长流程转向电炉钢加直接还原铁为代表的短流程,中国在这一低碳化转型过程中卡脖子问题是没有直接还原铁生产的氢资源,世界直接还原铁生产基本以天然气为氢源,但中国富煤缺油少气的现状利用天然气生产直接还原铁不具可行性。依据本文作者团队近15年的科研实践,提出:各类煤气可成为中国近期生产直接还原铁的可行氢源,中期为电替代炼厂干气及电烯干气,远期则为光伏风电的电解水制氢,以上氢源可支撑中国钢铁工业的氢冶金低碳化转型。以上述中国氢源路线图,开发低碳绿色氢冶金棋局技术是当务之急。本文提出应集政府、头部企业和科研单位一体化三螺旋合作攻关示范,易于发挥中国集中力量办大事的体制优势,攻克中国钢铁工业低碳化生产的瓶颈。

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15. 石油化工流程模拟软件现状与发展趋势
高立兵, 吕中原, 索寒生, 刘晓遇
化工进展    2021, 40 (S2): 1-14.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2021-0471
摘要237)   HTML22)    PDF(pc) (4948KB)(713)    收藏

流程模拟软件是石油化工行业的核心研发设计软件,其应用已贯穿于技术研发、工程设计、生产优化等全生命周期业务环节。我国石油化工行业使用的商业流程模拟软件90%为国外产品,基本被国外垄断。本文从商业软件的角度,首先对化工流程模拟技术和早期的软件发展进行了回顾,分析了近年来跨国流程工业巨头收购兼并案例和启示。在对石油化工企业和软件供应商调研的基础上,分析了国内流程模拟软件的市场应用情况和自主流程模拟软件的成熟度,阐述了流程模拟软件技术发展的五大趋势:遵循CAPE-OPEN软件接口规范、基于分子级表征和反应动力学建模、数据驱动与工艺机理联合建模、三大集成建模和数字孪生应用等。石化产业需求和市场规模以及科研基础是发展自主流程模拟软件的有利条件,但构建工业软件政产学研用产业生态链,形成产品化和市场化为导向的健康产业环境尤为关键。

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16. 中国碳中和目标下CO2转化的思考与实践
周红军, 周颖, 徐春明
化工进展    2022, 41 (6): 3381-3385.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2022-0395
摘要234)   HTML25)    PDF(pc) (447KB)(161)    收藏

提出政策引导CO2回收、利用与封存(CCUS)发展,需重新定义二氧化碳的属性及价值,深度挖掘其资源属性,在以煤油气为一次能源、电为二次能源,向以电热为一次能源、氢为二次能源的再电气化能源革命转型中,为从有碳能源向无碳能源转变,将影响及重构所有社会活动及产业。本文通过未来低碳场景下CCUS绿色技术的思考,指出以二氧化碳氢化的三个技术链的创新开发和实践,使二氧化碳转化为合成气(CO+H2),从而实现高值化、资源化碳的固化和封存。文章提出:煤电、煤化工与水泥产业的二氧化碳氢化及费托合成高碳烃燃料,不仅高值化,还可用于电网调峰;沼气及非常规天然气CO2与CH4的干重整可生产绿氢、可再生燃料及甲醇而高值化,对于中国的乡村振兴具有特别意义,可打通村镇废弃物处理能源化与国家工业补农业的能源基金通道,将使中国乡村振兴获得资本强化新机遇;钢铁及炼化产业的低碳发展,煤气及干气的二氧化碳干重整高值利用,特别是干重整合成气生产甲醇经甲醇制烯烃(MTO)生产乙烯和丙烯及聚合物进行碳固化,将使CCUS获得新的产业链。CCUS将成为所有社会活动及工业的附属产业,成为新的公共服务产业链。

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17. 均温板散热技术研究进展
万晓琪, 崔晓钰, 谢荣建
化工进展    2022, 41 (2): 554-568.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2021-0706
摘要233)   HTML10)    PDF(pc) (1925KB)(577)    收藏

均温板作为一种新型的两相流散热技术,具有导热性高、均温性好、热流方向可逆等优点,克服了传统热管接触面积小、热阻大、热流密度不均匀等问题,已经成为解决未来电子工业中高热流密度电子器件散热有效途径之一。本文总结了3种吸液芯种类:微槽道型、烧结粉末型、烧结丝网型,阐述每种毛细芯的制备方法,并比较它们的优缺点;简述了当前国内外对均温板传热传质理论的最新研究进展,学者们利用输运模型沸腾理论捕捉气液界面,确定临界热通量,分析工质在均温板内的流动和传热的规律。本文剖析了影响均温板性能的各个因素,包括流体选择、充液率、热源输入功率大小和分布位置、工作角度等。最后从背景环境角度对均温板的应用方向进行了分析和展望。

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18. 质子交换膜燃料电池研究进展
高帷韬, 雷一杰, 张勋, 胡晓波, 宋平平, 赵卿, 王诚, 毛宗强
化工进展    2022, 41 (3): 1539-1555.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2021-2003
摘要233)   HTML12)    PDF(pc) (3475KB)(536)    收藏

质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell, PEMFC)因具有效率高、功率密度大、排放产物仅为水、低温启动性好等多方面优点,被公认为下一代车用动力的发展方向之一。然而,目前PEMFC在耐久性和成本方面距离商业化的要求还存在一定差距。为攻克上述两大难题,需要燃料电池全产业链的共同努力和进步。本文回顾了近年来质子交换膜燃料电池从催化剂、膜电极组件、电堆到燃料电池发动机全产业链的研究进展和成果,梳理出单原子催化剂、非贵金属催化剂、特殊形貌催化剂、有序化催化层、高温质子交换膜、膜电极层间界面优化、一体化双极板-扩散层、氢气系统循环等研究热点。文章指出,催化层低铂/非铂化、质子交换膜超薄化、膜电极组件梯度化/有序化、燃料电池运行高温化、自增湿化是未来的发展趋势,迫切需要进一步的创新与突破。

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19. 碳中和背景下国内外废塑料裂解法回收进展
王月, 赵秦峰, 张占全, 雷俊伟, 侯远东
化工进展    2022, 41 (3): 1470-1478.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2021-0815
摘要232)   HTML7)    PDF(pc) (979KB)(374)    收藏

人类生产生活对塑料制品日益增长的需求使得塑料废弃物迅速增加,由此引起的环境问题和社会问题亟待解决。本文综述了碳中和背景下国内外废塑料裂解法回收进展,从废塑料裂解催化剂、废塑料裂解反应器、废塑料与其他固废共裂解三个方面对废塑料裂解技术进展进行总结,归纳了国内外塑料回收企业和石油石化企业在废塑料裂解回收方面的进展,分为裂解法制油和裂解法制化学品两个方面。阐明了废塑料回收在节约能源、碳减排和经济性方面的意义,指出国内废塑料裂解法回收存在法规缺失、废塑料分类不清晰、产业链条不完善、相关学术研究不深入等问题,提出国内石油石化企业应从全生命周期角度出发对废塑料进行裂解法回收处理,结合上下游产业链,分阶段实施废塑料裂解产油品路线和产化学品路线。

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20. 二氧化碳直接空气捕集材料与技术研究进展
宋珂琛, 崔希利, 邢华斌
化工进展    2022, 41 (3): 1152-1162.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2021-2216
摘要232)   HTML17)    PDF(pc) (4442KB)(253)    收藏

直接空气捕集(DAC)等新兴负碳排放技术是实现“双碳”目标的托底技术保障,近年来受到广泛关注。本文简要分析了直接空气碳捕集技术的特性,归纳总结了胺功能化无机材料和聚合物、金属氢氧化物和碳酸盐、多孔材料等痕量二氧化碳捕集性能,初步分析了负载方式、载体结构等与吸附容量和动力学的关系。浅析了该领域发展面临的问题和机遇,从能耗和性能方面对捕集材料和技术的研发提出以下建议:相较于物理吸附材料,胺功能化材料和固体碱等化学吸附材料具有更好的应用前景;在工艺开发领域,可以借鉴其他低浓度气体深度脱除工艺的经验;另一方面,可以结合不同工艺优势,设计多种工艺耦合的流程;最后,在严峻的环境问题下,必须加快材料研发的步伐,未来的研究重点应集中在材料的设计和低能耗再生方式的开发上。

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21. 化工过程本质安全评估方法研究进展与展望
朱佳兴, 郝琳, 刘国钊, 卫宏远
化工进展    2022, 41 (8): 4009-4024.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2021-2004
摘要229)   HTML43)    PDF(pc) (1472KB)(252)    收藏

可持续性发展已经成为社会、生态和经济发展的关键。可持续制造的发展道路需要平衡环境、社会和经济各方面。本质安全设计是减少风险、实现化学工业可持续发展的最有效的方法之一,本质安全设计可以永久性地消除或减少化工过程中涉及的危害。本文综述了本质安全的历史发展、本质安全四大原则的概念、本质安全四大原则应用的使用潜力、本质安全设计评估工具,并系统介绍了本质安全设计评估方法的研究进展和存在的问题,包括基于参数的得分索引本质安全方法、基于参数的数值索引本质安全方法、基于图示的本质安全方法、基于风险分析的本质安全方法和基于多目标评价的本质安全方法,分析比较了各种方法的优缺点,并对本质安全评估方法的未来发展和完善提出了一些见解。

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22. CO2的捕集及资源化利用
孔祥宇, 谢亮, 王延民, 翟尚鹏, 王建国
化工进展    2022, 41 (3): 1187-1198.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2021-2316
摘要227)   HTML21)    PDF(pc) (4687KB)(304)    收藏

新型吸附材料对CO2进行吸附分离并催化转化为高附加值产品,具有绿色清洁的优点,是未来全球应对气候变化的重要技术选择之一,但在复杂环境CO2的捕集过程中存在无法高效吸附分离以及成本较高的问题。本文简述了CO2吸附材料最新研究进展以及资源化利用的有效途径,主要介绍了金属有机骨架(MOF)、分子筛、多孔碳材料、共价有机骨架(COF)等吸附材料的物化性质等对吸附量和选择性的影响,从催化转化的角度对合成甲酸、甲醇以及烯烃等小分子化合物进行了论述。基于含CO2废气的综合治理问题,探讨了将钢铁行业中的烟道气以及高炉煤气等进行加氢的可行性,在CO2捕集和转化的科学技术进步上开拓了新思路,对CO2更加清洁高效利用,实现低碳化、智能化多能融合进行展望。

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23. 3D打印制备三维石墨烯及其在水处理中的应用
张惠宁, 石中玉, 肖彦奎, 张晓琴, 尹鑫, 田丽红
化工进展    2022, 41 (5): 2231-2242.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1277
摘要220)   HTML33)    PDF(pc) (2710KB)(166)    收藏

石墨烯作为一类新型纳米材料,具有对水中各类污染物良好的吸附去除性能,但石墨烯纳米粉末态的性状使其在使用后难以从溶液中分离出来而造成二次污染。因此构建大体积的三维石墨烯结构,可以有效弥补水处理中纳米材料难以分离的问题。本文介绍了如今常用的三维结构制备方法,如模板法、自组装法等,但这些方法通常步骤烦琐、影响因素及所需条件较多等,在过程中易产生结构缺陷,从而影响制得的三维结构的力学性能。文中指出,3D打印法通过计算机数据调控,具有操作简便、结构设计精准、批量制备的优点,可制备出优良的三维结构体,并可通过对浆料组分的灵活调控进行改性或增加其力学性能。综上所述,配置满足3D打印黏度要求的浆料,并使制得的三维结构具备一定要求的力学性能,充分利用其精密的规模化生产,是使3D打印三维石墨烯适用于水处理的关键所在。

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24. 电催化还原二氧化碳制一氧化碳催化剂研究进展
张少阳, 商阳阳, 赵瑞花, 赵丹丹, 郭天宇, 杜建平, 李晋平
化工进展    2022, 41 (4): 1848-1857.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2021-0804
摘要218)   HTML14)    PDF(pc) (1290KB)(243)    收藏

电催化还原CO2作为缓解能源危机和全球变暖的有效途径已成为催化领域的研究热点。然而,不同反应途径的氧化还原电位较为接近,使产物的选择性成为电催化还原CO2所需解决的主要问题。迄今为止,在水性电解质中可实现CO2选择性地转化为一氧化碳(CO)和甲酸(HCOOH)。本文简述了电催化还原CO2制CO的机理,包括CO2吸附过程、二电子转移过程和CO脱附过程。从贵金属的晶面设计、形貌调控和表面功能化对反应活性和产物选择性的影响,铁卟啉、钴酞菁和镍三嗪在还原CO2为CO反应中的电子转移途径,非金属碳基材料中杂原子和碳基质间的耦合效应等方面,重点介绍了近年来贵金属催化剂、过渡金属络合物催化剂和非金属碳基材料催化剂的研究进展,总结了各类催化剂的优缺点。指出在三类电催化还原CO2制CO的催化剂中,非金属碳材料具有较高的CO法拉第效率,尤其是非金属碳材料成本较低、制备简单、结构易调控,在电催化还原中具有潜在的应用优势,是有望实现商业化应用的新型催化剂的候选材料之一。

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25. 电催化析氢催化剂研究进展
王春霞, 宋兆毅, 倪基平, 潘宗卫, 黄国勇
化工进展    2021, 40 (10): 5523-5534.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2021-0763
摘要209)   HTML8)    PDF(pc) (5839KB)(203)    收藏

氢能热值高和环境友好性强等特点使其成为未来能源界最具发展潜力的能源之一。电催化析氢反应(hydrogen evolution reaction,HER)作为一种绿色、可持续的产氢方法成为近年来广泛研究的主题。发展高性能、低成本、高活性的析氢催化剂是目前该领域面临的主要挑战。本文总结了近年来高性能催化剂用于HER反应的进展,重点介绍HER反应的基本原理,评估HER催化剂催化性能的典型方法,过渡金属以及化合物、非金属催化剂以及单原子催化剂等电催化析氢催化剂的最新研究进展,系统讨论了催化活性与催化剂形态、结构、组成和合成方法之间的联系,并对催化剂的合成策略、活性位点的固有活性、如何提高活性中心的内在活性和活性位点的数量进行了展望。

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26. 碳中和目标下的煤化工变革与发展
相宏伟, 杨勇, 李永旺
化工进展    2022, 41 (3): 1399-1408.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2021-2314
摘要208)   HTML13)    PDF(pc) (1363KB)(288)    收藏

碳中和目标的达成将对我国煤化工产业的发展产生深刻的影响。本文分析了煤炭消费与煤化工的CO2排放情况及煤化工在国家经济中的作用,指出碳减排技术与煤化工工艺耦合是实现煤化工碳减排与可持续发展的关键,现实地选择优化产业结构与提高能量利用效率的措施可明显但有限地降低CO2排放量,认为要实现煤化工亿吨级规模的碳减排必须采用绿电绿氢、碳捕获与封存/碳捕获利用与封存(CCS/CCUS和CO2)资源化利用技术。文中评述了近年来绿电绿氢、CCS/CCUS和CO2资源化利用技术应用的主要进展,指出2030年碳达峰前这些碳减排技术将处于关键的示范考验期,能否成熟可靠将决定之后的煤化工发展走向,同时预测氢冶金与绿氨合成示范技术的推广应用将可能导致煤化工产业格局的重大变化。最后基于空气直接捕集CO2技术与光电催化CO2转化或模拟光合反应的研究进展,设想了未来可能呈现的零碳化工体系。

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27. 废弃塑料化学回收及升级再造研究进展
陈欢, 万坤, 牛波, 张亚运, 龙东辉
化工进展    2022, 41 (3): 1453-1469.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2021-2227
摘要207)   HTML15)    PDF(pc) (5171KB)(474)    收藏

塑料对人类社会进步和经济发展发挥着重要作用,但其大规模生产和不恰当的处置已造成了严重的生态灾难。通过化学回收和化学升级再造的方法将废弃塑料转化为高附加值的产品是实现塑料资源可持续发展的关键技术之一。本综述总结了近年来废弃塑料的回收现状和化学升级再造的途径,包括催化热解、化学解聚、催化氢解、光催化、化学氧化等,着重探讨了反应条件对于产物分布和产率的影响、催化剂的构效关系及反应机理等。针对目前存在的反应条件严苛、催化剂成本高且重复利用性差等问题,提出未来研究方向包括优化工艺条件、弄清催化剂失活机理和开发价格低廉的高效催化剂,有望进一步实现废塑料资源化利用的工业化发展。

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28. CO2加氢一步制二甲醚展望
刘畅, 刘忠文
化工进展    2022, 41 (3): 1115-1120.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2021-2239
摘要207)   HTML20)    PDF(pc) (1947KB)(365)    收藏

CO2加氢制二甲醚(DME)是有潜力实现CO2资源化利用的重要途径之一。与光、电催化相比,CO2的非均相催化转化具有转化效率高等优点,但目前CO2加氢一步制备DME催化剂的反应活性较低、稳定性较差。本文在简要介绍CO2加氢一步制DME的铜基双功能催化剂、复合氧化物和氮化镓催化剂的基础上,重点总结了活性中心结构和反应机理的研究进展。对于铜基双功能催化剂,CO2加氢经甲醇中间体合成DME,其中还原态铜(Cu0、Cu+及Cu δ+,0<δ<2)是其催化活性中心,且还原态铜的分散度及稳定性、固体酸的性质和酸性位分布以及两类活性中心的耦合效应是决定DME收率和催化剂稳定性的关键因素。与此相反,DME是氮化镓催化CO2加氢的初级产物。这与铜基双功能催化剂有着本质区别,属新催化剂体系。在此基础上,文章对CO2加氢制DME的可能研究方向进行了展望,认为“二甲醚经济”更具发展潜力。

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29. 电解水制氢耦合碳酸盐还原展望
徐明, 邵明飞, 刘清雅, 段雪
化工进展    2022, 41 (3): 1121-1124.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2021-2345
摘要204)   HTML15)    PDF(pc) (637KB)(176)    收藏

无机金属碳酸盐是一类具有高附价值和地球储量丰富的矿物质资源,且碳酸盐热分解是制备金属氧化物的主要途径。但是,该类反应通常需要在高温、氧气气氛下焙烧获得,从而造成大量二氧化碳排放,与其相关的碳排放总量超过了全国工业碳排放的50%。为了解决这一问题,无机金属碳酸盐加氢热分解逐渐引起关注。本文首先介绍了碳酸盐加氢热分解的研究进展,进一步结合本文作者课题组近期关于电解水制氢和碳酸盐加氢还原的最新成果,提出电解水制氢耦合碳酸盐还原的观点,其有望成为制备金属氧化物的新型技术路线,对我国重排放过程工业的减排增效具有借鉴意义。

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30. 热力学研究在锂离子电池回收中的应用
刘子潇, 张家靓, 杨成, 陈永强, 王成彦
化工进展    2021, 40 (10): 5325-5336.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2021-0818
摘要200)   HTML10)    PDF(pc) (2972KB)(289)    收藏

废旧锂离子电池的回收是近年来资源回收研究领域的热点,但相关回收体系的理论基础研究仍然较为薄弱。其中在热力学研究方面,研究者们大多仍以经典冶金物理化学理论为指导,并借助E-pH图、优势区域图等方法开展研究。本文对该领域已有的较为典型的热力学研究进行综述,详细阐述了热力学研究对废旧锂离子电池常规回收工艺的指导作用以及对三元正极废料选择性提锂、磷酸铁锂正极废料选择性提锂和失效电池材料再生修复等新技术开发的启发性作用。同时,基于对现有锂离子电池回收体系热力学研究的总结和评述,指出了未来锂离子电池回收体系热力学研究亟待解决的关键问题和发展方向。

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31. 多孔g-C3N4基光催化材料的制备及应用研究进展
王文霞, 刘小丰, 陈浠, 许艳虹, 蒙振邦, 郑俊霞, 安太成
化工进展    2022, 41 (1): 300-309.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2021-0288
摘要194)   HTML13)    PDF(pc) (1522KB)(383)    收藏

多孔g-C3N4基光催化材料由于具有较高的比表面积、丰富的反应活性位点和较短的电子传递路径等特点,能较好地解决块体g-C3N4基材料存在的比表面积小、光生载流子复合快及可见光利用效率低等问题,因而具有广阔的发展前景和应用潜力。本文主要从以下方面进行综述:多孔g-C3N4基光催化材料常用的制备方法,包括硬模板法、软模板法、水热合成法、热聚合法、超分子自组装法;多孔g-C3N4基材料在光催化领域的应用,包括光解水制氢、光催化降解有机污染物、光催化去除氮氧化物和光催化还原CO2等;最后指出了当前影响多孔g-C3N4基光催化材料发展的关键问题,并对其在光催化领域的应用前景进行了展望。

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32. 离子液体萃取分离烃类化合物的研究进展
倪清, 来锦波, 彭东岳, 管翠诗, 龙军
化工进展    2022, 41 (2): 619-627.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2021-0517
摘要193)   HTML10)    PDF(pc) (941KB)(130)    收藏

溶剂萃取分离技术广泛应用于石油化工领域,为石油石化产品的分离和提纯生产提供了有力的技术支撑。离子液体的结构可设计性、化学稳定性和热稳定性、极低的蒸气压等优点,使其在烃类化合物分离领域受到了研究者广泛关注。本文首先介绍了离子液体的性质及分类,根据分离目标不同,归纳了离子液体在芳烃-饱和烃分离、脱硫脱氮、烯烃-烷烃分离领域取得的最新进展,探讨了离子液体在油品分离领域研究中存在的问题和未来发展方向。文中指出:阳离子烷基侧链和极性是影响其对芳烃萃取效果的关键因素,然而对实际体系芳烃-饱和烃分离还有待进一步研究;离子液体对杂原子含硫含氮化合物均表现出较强的分离能力,但是碱性氮化物和非碱性氮化物不易通过一种离子液体同时脱除;氢键碱性是影响离子液体分离烯烃的关键因素,然而大部分离子液体对烯烃选择性仍然不高。根据不同的分离任务,从分子水平上认识离子液体结构与分离效果的关系,进而设计出兼具高效分离能力和低环境影响的新型离子液体,对提升油品中关键组分的高附加值转化利用具有重要意义。

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33. 加快生物质废弃物吸附增强制可再生氢气
冯翔, 杨朝合, CHEN De
化工进展    2022, 41 (3): 1107-1110.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2021-2233
摘要192)   HTML11)    PDF(pc) (368KB)(135)    收藏

作为全球性的优质能源载体,氢的主要生产方式包括碳氢化合物(例如天然气、煤炭和生物质)的热化学过程以及使用电力来源与可再生能源(如风能或太阳能等)的水电解过程。目前的水电解技术在大规模制氢方面经济竞争力亟待提升。本文指出:为了在2060年实现碳中和,迫切需要开发绿氢制备新技术,大力发展可再生制氢和低碳制氢。具有碳捕集、利用和封存的碳氢化合物低碳制氢(蓝色)技术将占重要地位,随后逐步转向可再生制氢(绿色),并有望全面实现零碳制氢,进而对长期低碳化社会的发展至关重要。文章提出我国生物质资源非常丰富,但生物质废弃物制氢的技术成熟度仍然较低,迫切需要开发从生物质中高效生产可再生氢气的新技术,以显著提高氢气产量并降低成本;吸附增强反应代表了一种可用于可持续生产氢的有前景的新技术;氢气的产率和纯度可以通过过程强化得到显著提高,制氢过程的强化可以在多功能反应器中实现,其中重整和/或气化、水煤气变换和CO2移除步骤可将重整/水煤气变换反应催化剂和CO2捕集剂混合而集成到一个反应器中。最后指出:由于该过程潜力巨大,因此应助推耦合气化和吸附增强反应过程从生物质废弃物中生产可再生氢气的工艺过程,以加快推进碳中和进程。

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34. 单原子位点催化剂及其电催化应用研究进展
竹涛, 韩一伟, 刘帅, 谢蔚, 苑博, 宋慧平, 程芳琴
化工进展    2022, 41 (2): 666-681.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2021-0658
摘要191)   HTML11)    PDF(pc) (9080KB)(114)    收藏

单原子位点催化剂作为新兴类别,由于具有接近100%的高效原子利用率,出色的活性、选择性和稳定性等优异特性,受到广泛的关注和研究。本文综述了单原子位点催化剂的最新研究成果及在电催化领域的应用。详细介绍了单原子位点催化剂的制备方法,包括“自下而上”合成策略中的共沉淀法、电化学沉淀法、原子层沉积法、光化学法和原子约束法等,“自上而下”合成策略中的高温原子迁移捕获法、高温热解法和悬挂键捕获法。分析了用于表征单原子位点催化剂的高角环形暗场透射扫描显微镜和X射线吸收光谱表征技术,进行单原子位点催化剂理论计算的密度泛函理论(DFT)和第一性原理。在电催化领域的应用主要包括氧还原反应(ORR)、氮还原反应(NRR)、CO2还原反应(CO2RR)、氢析出反应(HER)和氧析出反应(OER)。最后指出目前单原子位点催化剂存在无法大规模生产和催化机制不清晰等问题并给出相关建议,展望了单原子位点催化剂的发展前景,指出创新制备方法以实现稳定型单原子位点催化剂的大规模制备及工业应用,利用先进表征技术进一步明确单原子位点催化剂催化机制是未来发展的方向。

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35. 钛系锂离子筛用于盐湖提锂的研究进展
路青强, 陈琳琳, 巢艳红, 李小为, 蒋磊, 朱文帅
化工进展    2021, 40 (S1): 1-12.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2021-0465
摘要189)   HTML26)    PDF(pc) (4926KB)(212)    收藏

随着新能源行业在世界范围内的快速发展,金属锂因其能量密度高等优势被广泛应用,从蕴含大量锂资源的盐湖卤水中提锂是获取锂资源的重要方向。盐湖提锂的方法主要有碳化法、沉淀法、离子筛吸附法、电化学辅助法等。离子筛吸附法适合从浓度低的液相中选择性回收锂,其中钛系锂离子筛因其稳定性强、吸附容量大而成为吸附法的研究热点。本文以钛系锂离子筛技术为立足点,对全球锂资源分布现状、钛系锂离子筛提锂机理进行了分析,综述了目前钛氧化物锂离子筛的合成方法、成型方法、现存的问题等,为后续开发新型钛系锂离子筛,提高饱和吸附容量等方面提供参考。

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36. 基于水力空化的化工过程强化研究进展
孙逊, 赵越, 玄晓旭, 赵珊, YOON Joon Yong, 陈颂英
化工进展    2022, 41 (5): 2243-2255.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1244
摘要189)   HTML28)    PDF(pc) (6297KB)(150)    收藏

水力空化(HC)是一种利用声化学效应(即空泡溃灭时释放出的巨大能量)的高效、绿色化工过程强化技术,是国内外的研究热点。该技术具有设备造价低、可放大性强、可与其他物理及化学方法高效耦合等优点,工业应用前景广泛。本文介绍了HC现象及其特性;归纳了近年来HC技术在有机废水处理、水消毒与生物燃料制备等代表性应用的研究、应用进展以及作用机理,展示了其工业应用的潜力;总结了用于诱发HC现象的水力空化反应器的发展过程与研究现状;最后,结合发展趋势与作者的研究经历,归纳了国内外在HC研究方面存在的问题,指出了其未来发展方向,为HC技术的发展与工业应用探索提供建设性意见。

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37. 化工新材料产业及其在低碳发展中的作用
何盛宝, 黄格省
化工进展    2022, 41 (3): 1634-1644.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2021-2527
摘要189)   HTML11)    PDF(pc) (1573KB)(453)    收藏

化工新材料是新材料的重要组成部分,是国民经济建设所需的关键材料,已经成为炼化行业转型升级的重要方向。本文分析了国内外化工新材料的产业发展现状,重点从化工新材料原料供给、新材料生产、产品回收与循环利用全生命周期(LCA)角度,阐述了可再生原料的汇碳作用,典型新材料(包括高端碳材料、汽车轻量化材料、新能源材料、碳捕集材料)生产的固碳作用,以及废弃材料回收和循环利用中的减碳作用。文章对我国新材料产业发展现状和前景进行了思考,认为化工新材料在降低CO2排放、实现碳中和目标进程中作用显著;基于未来我国化工新材料市场需求强劲的总体态势,应该加大技术研发投入,突破重点新材料生产技术瓶颈,加快自主产品产业化进程,满足我国经济发展迫切需求,推动社会经济绿色低碳高质量发展。

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38. 微生物燃料电池在废水处理中的研究进展
陈诗雨, 许志成, 杨婧, 徐浩, 延卫
化工进展    2022, 41 (2): 951-963.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2021-0420
摘要185)   HTML14)    PDF(pc) (2852KB)(146)    收藏

随着全球工业化进程加快,水污染和能源短缺问题日益严重。微生物燃料电池(MFC)作为一种新型微生物电化学工艺,可以在降解有机物的同时产电,具有清洁、节能、经济等优势,引起人们的广泛关注,成为水处理领域的研究前沿。本文首先介绍了MFC原理和电子传递机制,分析影响其处理性能的关键因素(阳极材料、阴极材料、接种微生物、反应器构型和系统运行参数);然后回顾了近年来MFC在废水(生活废水、农业废水和工业废水)处理领域的应用,并拓展性地阐述了MFC与其他技术(电芬顿、光催化、人工湿地系统和微生物电解池)的耦合应用;最后指出MFC存在的问题,并提出未来可行的发展方向,包括深度挖掘机理、优化接种微生物种群、改进装置材料与构型、改善进水模式与运行参数和研究新的耦合系统等。

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39. 碳中和约束下绿色减排体系的构建
田原宇, 乔英云, 张永宁
化工进展    2022, 41 (2): 1078-1084.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1974
摘要185)   HTML8)    PDF(pc) (487KB)(175)    收藏

基于对CO2具有“既是亟待减排的温室气体,又是人类生存必不可少的可再生资源”双重性的认知,本文首次提出了碳中和约束下的“污染温室因子禁排、CO2净零排放、调控CH4产生和排放”的温室因子绿色减排体系。文中从两个方面提出绿色减排体系的构建:在国家层面,通过制定相关减排政策体系、进行国家超级工程和行动,为我国实现“30·60双碳目标”提供依据、标准和规范,形成实施绿色碳减排的基石和支撑体系;在微观技术层面,通过全过程控碳排放的CO2绿色减排技术,包括源头上避免高碳排放、过程中控制碳排放、末端强化碳循环与捕集利用(3CU)等。最后指出,依靠能源绿色低碳转型,以节能降耗和生物固碳为抓手,疏堵结合,满足自然界的碳循环平衡需求,高效低成本实现经济社会高质量低碳化发展、生态文明建设与应对气候变化的三赢,将会促进我国2030年前达到峰值和2060年前实现碳中和。

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40. 超低碳炼铁技术路径分析
朱庆山
化工进展    2022, 41 (3): 1391-1398.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2021-2325
摘要184)   HTML8)    PDF(pc) (690KB)(211)    收藏

2060年碳中和目标既使我国钢铁工业未来发展面临巨大挑战,又为其提供了换道超车的发展机遇。本文对绿氢直接还原、氧化铁熔融还原、碱性溶液电沉积铁、酸性溶液电沉积铁的发展历史和技术现状进行了综述。在全绿电炼铁场景下,本文对各种技术路线的理论和实际耗电进行了估算,从技术成熟度、电耗、技术难度、应用前景等方面,对各技术路径进行了对比分析,发现碱性溶液电沉积铁电耗最低,酸性溶液电沉积铁和电供热氢气熔融还原次之。从技术难度上看,氢气直接还原、酸性溶液电沉积铁技术难度较小,且都已完成一定规模的中试,氢气熔融还原炼铁、碱性溶液电沉积铁和氧化铁熔融电解炼铁技术都还处于概念或技术发展早期阶段。综合来看,氢气直接还原、酸性溶液电沉积铁和氢气熔融还原炼铁路线可望发展成为有竞争力的超低碳炼铁技术,而碱性溶液电沉积铁和氧化铁熔融电解炼铁技术难度较大,短期内恐难以取得较大突破。

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41. 典型二氧化碳利用技术的低碳成效综合评估
尚丽, 刘双, 沈群, 张凌云, 孙楠楠, 魏伟
化工进展    2022, 41 (3): 1199-1208.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2021-2551
摘要181)   HTML10)    PDF(pc) (1610KB)(351)    收藏

面向全新的碳中和愿景,二氧化碳利用作为一种重要的低碳技术,受到了学术界和工业界的广泛关注,开展技术的低碳成效评估对于技术研发及布局的顶层设计具有重要意义。然而已有研究主要基于技术特征开展定性的优先序判断,缺乏系统性的评估方法。本文首先对国内外二氧化碳利用技术发展现状开展梳理,围绕技术特性、碳中和效应、经济效应和社会效应四个方面,采用层次分析和目标趋近相结合的方法,构建了针对二氧化碳利用技术低碳成效综合评估的方法学;并对我国典型的二氧化碳利用技术低碳成效现状以及未来潜力开展应用评估,通过不同二氧化碳利用技术低碳成效的横向对比以及技术不同阶段低碳成效的纵向对比,研究发现:目前我国二氧化碳利用技术低碳成效整体水平偏低,不同二氧化碳利用技术低碳成效的差异主要来自技术特性和碳中和效应两大方面;我国现有的典型二氧化碳利用技术中,二氧化碳加氢合成甲醇技术和二氧化碳与甲烷重整制备合成气技术的低碳成效相对显著;通过对未来不同阶段二氧化碳利用技术低碳成效的对比分析,发现不同二氧化碳利用技术的低碳成效变化有较大差异,其中二氧化碳矿化养护混凝土和二氧化碳光电催化转化技术的低碳成效有明显提升。

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42. 基于Taguchi方法的微小通道性能分析与参数优化
刘少斌, 齐宏, 余智强, 何明键, 于喜奎
化工进展    2021, 40 (12): 6409-6422.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1379
摘要177)   HTML20)    PDF(pc) (2958KB)(118)    收藏

以高效、紧凑、轻质的航空燃油换热器为研究背景,对影响微小通道换热和压力性能的多种工况条件和结构参数进行探究和优化。应用Taguchi方法的正交实验设计和损失函数分析,得到不同因子对性能指标的贡献度和影响规律,并通过可加性检验证明结论具有统计显著性。结果显示,入口流速和通道流型对微小通道传热和压力性能的贡献度最大,通道流型选择圆柱旋涡发生器通道能获得最佳综合性能。此外发现,换热过程中工质的物性变化会影响普朗特数计算,导致多种传热压力性能和综合性能的评价指标有不同影响规律和不同优化参数组合,因此研究时需要根据实际问题选择恰当的评价指标。

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43. 生物炭基材料在抗生素废水处理中的研究进展
姜记威, 张诗轩, 曾文炉, 李凤祥
化工进展    2021, 40 (S2): 389-401.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2021-0990
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生物炭是一种由生物质原料热解而成的稳定多孔碳材料。目前,生物炭及其碳基材料作为功能材料因其在一定程度上不仅实现了废弃物的合理资源化利用,而且兼具经济与环境效益而倍受研究者关注。本文综述了生物炭的生物质原料种类、生物炭在不同成分下(纤维素、半纤维素、木质素)的形成机制及表面特性;重点介绍了生物炭的改性技术,主要包括物理化学处理、杂原子掺杂、金属元素掺杂、多种元素共掺杂以及制备工艺的改良等,生物炭改性的目的是为了增加其比表面积、反应活性位点和官能团,改良孔隙结构和无机成分,从而提高它在修复环境污染的性能;然后综述了生物炭作为优良吸附剂或催化剂在用于抗生素废水的具体应用及其去除机理。最后指出生物炭虽被证明了具备去除水中各类抗生素的潜力,但在材料本身的优化以及工程抗生素废水应用中仍有一些需要填补的知识空白。

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44. 吸附法净化室内甲醛研究进展
肖康, 王琼
化工进展    2021, 40 (10): 5747-5771.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2020-2041
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吸附法技术成熟、操作简单、现有系统完善,且一次性固定投资小,被广泛应用于室内气相污染物的净化处理。本文简单综述了吸附法在净化室内甲醛方面的研究,从原生碳吸附剂、改性碳吸附剂、无机非碳基吸附剂和有机非碳基吸附剂几个方面介绍了不同类型吸附剂的研究现状,对比了吸附性能,简要介绍了甲醛与吸附剂表面的作用机理,并详细总结了影响吸附效果的主要因素。指出整体上改性碳吸附剂性能最优,其他类型吸附剂之间差异不大,并与商品吸附剂没有明显差别;吸附剂结构和表面物化性质是影响吸附效果的首要因素,其织构特征、表面酸碱性、表面含氧/含杂原子官能团以及表面第二相等均对吸附效果产生重要影响。评述了吸附条件如甲醛浓度、吸附温度和湿度、吸附剂粒径等同样影响最终吸附效果。

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45. 自具微孔聚合物PIM-1膜在气体分离领域的研究进展
郭海燕, 彭东来, 冯孝权, 金业豪, 田志红, 王景, 张亚涛
化工进展    2021, 40 (10): 5577-5589.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2020-2061
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PIM-1由自身扭曲且刚性的单体组成,具有比表面积高、热稳定性好和结构简单等优点,是最具代表性的一种自具微孔聚合物。与传统有机聚合物膜相比,PIM-1膜可表现出极高的气体渗透性,在气体分离领域展现出巨大的研究价值与应用潜力。因此概括并总结PIM-1膜在气体分离领域的研究进展,同时梳理制约PIM-1膜的发展的关键问题及解决策略十分有必要。本文首先概述了气体分离膜的性能指标及气体在膜内的传递模型,重点总结了近二十年来PIM-1膜在气体分离中的主要研究进展,包括纯PIM-1膜、改性PIM-1膜和PIM-1混合基质膜的设计制备及气体分离性能,并分析了不同改性方法和制膜策略对膜气体分离性能的影响以及膜内结构与性能之间的关系。最后,文章对PIM-1膜在实现工业应用前亟待解决的问题以及未来的研究重点进行了总结和展望,如继续致力于PIM-1膜对气体的渗透选择性提高,同时加强膜稳定性与超薄化的研究。

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46. 生物质协同流程工业节能、降污、减碳路径思考
朱家华, 穆立文, 蒋管聪, 刘立, 熊晶晶, 陆小华
化工进展    2022, 41 (3): 1111-1114.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2021-2229
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流程工业的低碳/零碳/负碳转型,需从节能、降污、减碳出发,根本上要在能源和原料供给侧摆脱传统化石能源的束缚。风电、光电、水电等为未来社会提供源源不断的可再生能源,但其不具备资源属性,而生物质兼具能源和资源属性,是未来替代化石燃料和原料的重要载体。本文指出,当前生物质转化主要集中在能源、材料、化学品等领域,以生物甲烷、乙醇、航煤等为代表的生物质能源取得了阶段性成果。将生物质转化技术与流程工业耦合,是当下流程工业低碳转型的重要手段,也是实现未来零碳/负碳目标的根本性措施。本文从生物质气化热电联用、生物质气化与燃煤耦合发电、水泥工业生物质替代燃料等案例出发,简要阐述了生物质转化与流程工业耦合面临的挑战,以及未来亟需发展的可再生能源为主的流程再造新理论和前沿颠覆性技术。

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47. 淀粉基水凝胶的研究进展
刘玉华, 魏宏亮, 李松茂, 刘子君, 李维坤, 王刚
化工进展    2021, 40 (12): 6738-6751.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2021-0099
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淀粉是一种可再生的天然高分子,具有生物相容性好、可生物降解、无毒等优点,而水凝胶是具有吸水、保水性能的亲水聚合物网络。本文对近5年来淀粉基水凝胶的研究成果进行了归纳总结,以期为科研工作者提供淀粉基水凝胶的最新研究进展。文章分为如下部分:第一部分介绍了淀粉基水凝胶的研究背景;第二部分从淀粉基水凝胶的组成、形成原理、环境响应性等方面进行归纳总结;第三部分重点介绍了淀粉基水凝胶在水体净化、药物缓释、3D打印、农业和再生医学方面的应用。由此可知,目前淀粉基水凝胶在传感器、光电材料等方面的应用研究较少,同时其性能还不能够完全满足实际需求,因此科研工作者需进一步研究淀粉基水凝胶的结构与性能相互作用规律,完善淀粉基水凝胶的制备策略,拓展淀粉基水凝胶的应用范围,同时快速将其商品化及市场化,以产生巨大的经济效益与环境效益。

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48. 离子液体和低共熔溶剂催化二氧化碳合成有机碳酸酯的研究进展
阮佳纬, 叶香珠, 陈立芳, 漆志文
化工进展    2022, 41 (3): 1176-1186.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2021-2276
摘要173)   HTML11)    PDF(pc) (2670KB)(216)    收藏

离子液体和低共熔溶剂因其良好的溶解与催化能力,可催化CO2转化为高附加值化学品。本文综述了离子液体和低共熔溶剂催化CO2转化为有机碳酸酯的研究进展,分析了CO2与醇生成直链碳酸酯以及与环氧化物生成环状碳酸酯的反应机理;介绍了传统型、质子型、功能化离子液体以及由氯化胆碱、季铵盐与季膦盐、有机碱等作为氢键受体组成的低共熔溶剂,及其在CO2转化为直链和环状碳酸酯反应中的催化性能;总结了此两类反应中离子液体和低共熔溶剂设计的基本规律;指出了CO2转化反应中离子液体与低共熔溶剂存在的催化效率低、稳定性不高、后续分离困难等问题,后续研究可结合计算机辅助设计方法,探索更合适的阴阳离子/氢键供受体组合,获得更高效的催化体系。

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49. 碳中和背景下现代煤化工技术路径探索
杨学萍
化工进展    2022, 41 (7): 3402-3412.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2022-0475
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从源头减碳、过程控碳、末端碳捕集封存和碳资源高附加值利用四个方面,分析了现代煤化工产业低碳发展的技术路径、对降低碳排放的效果以及未来应用前景。文中指出:源头减碳技术路径包括原料结构调整和能源结构调整,引入富氢和绿氢资源与煤炭进行碳氢互补,提高煤炭利用效率,并通过气代煤、电代煤,尤其利用弃风、弃电,可显著降低碳排放和工艺生产成本;过程控碳技术路径包括节能提效和开发革新技术,依靠现代煤化工技术进步,突破传统工艺瓶颈,是当前企业易于实施、应用较多的节能减排方式;末端碳捕集封存技术路径包括地质深层掩埋、驱油、强化深部咸水开采等,将工艺过程产生的高浓度CO2通过低成本捕集,有效提高油气采收率,并为水资源匮乏地区提供额外供水;碳资源高附加值利用技术路径主要包括CO2化学转化制高附加值及大宗化学品,国内正加快CO2制低碳烯烃、芳烃、甲醇、碳酸酯的技术研发与示范应用,努力将CO2从化石能源利用的终结排放者转化为碳循环利用的参与者,发展碳循环经济,减少碳排放。最后提出:未来将现代煤化工融入能源系统的大格局统筹考虑,推动其与新能源的优势“合并”,突破碳减排关键核心技术,是碳中和背景下现代煤化工低碳清洁发展的必由之路。

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50. 撞击流反应器内涡特性研究进展
张建伟, 高伟峰, 冯颖, 张一凡, 董鑫
化工进展    2021, 40 (11): 5883-5893.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2020-2368
摘要168)   HTML15)    PDF(pc) (2768KB)(521)    收藏

撞击流技术具有良好的混合效果,广泛应用于能源、环保、化工等工程领域。由于撞击流反应器流场内存在大量无序的湍流涡结构,使其具有良好的混合效果。本文基于撞击流的混合原理,详细叙述了撞击流反应器内不同混合尺度下的混合过程以及涡的演变对混合的影响。结合实验和数值模拟等研究结果,阐述了不同类型撞击流反应器和撞击流反应器多相流场涡特性,归纳了撞击流反应器流场涡的特点。论述了撞击流反应器涡的产生和脱落机理。着重对圆柱射流、平板射流和撞击流流场内涡特性的本征正交分解(POD)分析进行总结,利用流场能量的角度揭示涡演化和消散规律。最后,对开发新型撞击流反应器、优化分析方法等研究前景进行展望。

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