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1. 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839)   HTML45)    PDF(pc) (4027KB)(778)    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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2. 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637)   HTML43)    PDF(pc) (2856KB)(769)    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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3. 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610)   HTML25)    PDF(pc) (6811KB)(432)    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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4. 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557)   HTML13)    PDF(pc) (7931KB)(209)    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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5. 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519)   HTML29)    PDF(pc) (4131KB)(1006)    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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6. 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455)   HTML34)    PDF(pc) (845KB)(658)    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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7. 液相剥离法高效制备石墨烯的研究进展
李文鹏, 刘晴, 杨志荣, 高展鹏, 王景涛, 周鸣亮, 张金利
化工进展    2024, 43 (1): 215-231.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2023-1595
摘要446)   HTML25)    PDF(pc) (4336KB)(257)    收藏

石墨烯是一种具有优良物理化学性质的二维纳米材料,广泛应用于电池、催化、传感器、印刷、生物医药等领域。然而,石墨烯及其衍生产品的应用与发展面临着巨大挑战——低成本、高品质、规模化生产。本文综述了液相剥离法高效制备石墨烯的研究进展,重点探讨了电化学插层法、溶剂插层法、高温膨胀法和微波膨胀法等液相剥离的前处理方法原理以及对石墨烯剥离效果的影响;分析了水基溶剂、有机溶剂和混合溶剂等剥离溶剂的优缺点与选取原则;对比了超声、高剪切和微通道等过程强化设备的剥离原理和优缺点;简述了离心分离的后处理方法以及分离效果;最后对液相剥离法宏量制备石墨烯的发展趋势进行了展望:通过结合人工智能等方法进行多目标优化,开发无残留的功能化插层剂并匹配温和快速的膨胀方法,寻找低毒、低沸点、高分散的溶剂体系,精确调控液相剥离设备作用机理,设计连续化梯级离心设备,实现液相剥离制备石墨烯的连续化、规模化、低成本快速制备。

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8. 可再生能源合成绿氨研究进展及氢-氨储运经济性分析
曾悦, 王月, 张学瑞, 宋玺文, 夏博文, 陈梓颀
化工进展    2024, 43 (1): 376-389.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2023-0228
摘要424)   HTML18)    PDF(pc) (2063KB)(502)    收藏

可再生能源和氢能产业快速发展,氨作为储氢介质,因其能发挥长时储氢和长距离运氢的作用,受到广泛关注。化石燃料制氢合成氨工艺成熟,但二氧化碳排放强度大。绿氨以可再生能源电解制氢作为氢源,具有减少合成氨产业碳排放、消纳风光等可再生能源、充当储氢载体易于储运等优势,在碳达峰碳中和的目标下,开发绿氨合成工艺具有重要意义。本文总结了工业Haber-Bosch法合成氨、电化学、光催化、等离子体和化学链合成氨取得的研究进展及面临的挑战,阐述了可再生能源电解制氢合成氨工艺的技术路线和发展现状,对比了煤制灰氨和可再生能源制绿氨工艺的技术经济可行性,分析了电价、电解制氢能耗等因素对电解制氢合成氨成本的影响,论述了分别以氨为载体储氢和储存液氢的成本构成,研究了分别以氨为载体运氢和运输气氢的成本,提出了对绿氢合成绿氨、以绿氨为载体储运氢产业发展的思考。

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9. 微气泡发生器的研究与应用进展
翟霖晓, 崔怡洲, 李成祥, 石孝刚, 高金森, 蓝兴英
化工进展    2024, 43 (1): 111-123.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2023-1171
摘要419)   HTML21)    PDF(pc) (3127KB)(383)    收藏

微气泡具有体积小、稳定性高、停留时间长、比表面积大和具有较强自增压效应等优点,可以显著增加气液两相的接触面积和接触时间,强化气液两相的传质速率。目前,多种基于不同原理的微气泡发生器均可以有效产生微气泡,而不同领域利用微气泡的侧重点有所不同,因此其应用的微气泡发生技术也有所区别。本文综述了微气泡发生器在水处理过程、生物和医学领域、矿物浮选过程以及化工过程中的应用,重点阐述了各工业过程中常用的微气泡发生器类型和微气泡发生器的发泡原理,简述了各类微气泡发生器的气泡生成效果,指出了微气泡发生器的结构和操作条件对微气泡发生性能的影响,总结了各类微气泡发生器的使用条件。当下,依靠单一原理的微气泡发生技术仍具有一定的局限性,而耦合式微气泡发生器结合多种微气泡生成原理的优势,可以产生尺寸更小、分布更均匀的微气泡,因此耦合式微气泡发生器的研发对未来微气泡技术的应用具有重要意义。本文最后对微气泡发生器的应用前景、研发方向等进行了总结和展望。

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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411)   HTML31)    PDF(pc) (3392KB)(329)    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. Pickering乳液制备及稳定性研究进展
齐亚兵, 吴子波, 杨清翠
化工进展    2024, 43 (4): 2017-2030.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2023-0528
摘要406)   HTML8)    PDF(pc) (2615KB)(212)    收藏

Pickering乳液是一类以超细固体颗粒或固态胶体颗粒代替传统表面活性剂作乳化剂而制备的新型乳液,其具有稳定性好、易调控、环境友好、成本低等优点,在石油、水处理、化妆品、食品、医药、材料制备等多个领域得到了广泛应用。基于Pickering乳液的制备和稳定性,本文简述了Pickering乳液的制备方法,介绍了固体乳化剂粒子的类型和研究进展,阐述了Pickering乳液的稳定机制,解析了Pickering乳液稳定性的影响因素,分析了Pickering乳液存在的问题,展望了Pickering乳液的发展方向。未来Pickering乳液的发展主要集中在以下三个方面:①以天然固体纳米粒子或经过各种改性修饰后的天然固体纳米粒子为乳化剂,制备价格低廉、绿色环保、可重复使用的Pickering乳液;②制备智能响应型(温度、pH、磁场等响应型)Pickering乳液,用于材料制备、物质缓释或回收、催化反应等过程;③深入研究不同固体粒子稳定Pickering乳液的机制,精确调控固体乳化剂粒子和乳液的结构,建立Pickering乳液系统制备理论。

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12. 自愈水凝胶的设计原理及应用
刘萌萌, 秋列维, 万智卫, 李世婧, 许玉雨
化工进展    2024, 43 (3): 1350-1362.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2023-0428
摘要377)   HTML14)    PDF(pc) (4910KB)(221)    收藏

自愈水凝胶是一种在遭到外界破坏损伤后可自行修复其结构和功能的智能水凝胶。在保留传统水凝胶吸水保水性质的基础上,自愈水凝胶仍具有可自修复、安全性高、耐疲劳、使用寿命长等优势。本文综述了近年来基于物理、化学交联和多重作用机理结合型自愈水凝胶及其在可穿戴电子产品、3D打印、生物医药、石油化工领域的部分应用。物理交联包含氢键、疏水相互作用、主客体相互作用等非共价键交联,化学交联包含酰腙键、亚胺键、二硫键等共价键交联,多重作用机理交联是将两种以及两种以上的物理、化学交联同时引入。在上述研究基础上,指出了目前自愈水凝胶存在制备方法烦琐、功能单一、无法响应多重刺激以及缺乏多方位解析自愈合机制等问题。因此,未来自愈水凝胶的研发重点应侧重在多机制、多功能型自愈水凝胶的研发,从多角度、多学科交融探索水凝胶自愈合机制,促进其在多个新兴领域的应用。

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13. 污染土壤生物修复技术的进展与工程应用现状
房晓宇, 卢滇楠, 刘铮
化工进展    2023, 42 (12): 6498-6506.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2023-0046
摘要371)   HTML18)    PDF(pc) (2384KB)(366)    收藏

人类生产和生活中对于污染物的不当处理会导致土壤污染,威胁生态安全、粮食安全和可持续发展。土壤生物修复利用微生物来降解土壤中的有机污染物、转化重金属污染物价态或者降低其生物可利用度而降低其危害。伴随现代生物技术的发展,土壤生物修复技术被日益广泛地应用于污染耕地和污染工业场地的修复。本文从污染物质的转化与利用角度,概述了土壤污染物的主要类型及其所适用的生物修复技术及其进展。重点综述了生物修复菌株的筛选、土壤微生态分析、生物修复过程强化三方面的最新进展,介绍了生物修复技术在加油站、废弃化工厂的生物修复及秸秆还田中的工程实施案例,分析了土壤生物修复技术应用中存在的问题,如土壤修复效果评估和降解菌剂性能强化等,讨论了土壤生物修复技术的研究方向和应用前景。

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14. 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367)   HTML34)    PDF(pc) (390KB)(374)    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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15. 液态有机储氢技术研究现状与展望
刘若璐, 汤海波, 何翡翡, 罗凤盈, 王金鸽, 杨娜, 李洪伟, 张锐明
化工进展    2024, 43 (4): 1731-1741.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2023-0515
摘要359)   HTML20)    PDF(pc) (1594KB)(163)    收藏

随着构建绿色氢能社会愿景的提出,氢能的需求量将会大规模增长,氢能的储运就成为了制约产业规模化发展的瓶颈。液态有机储氢技术在氢能大规模储存和长距离运输上具有成本低、安全性高等传统高压储氢无法比拟的优势,由于这项技术目前仍处于发展初期,国内相关的报道较少。本文综述了芳香烃类和氮杂环芳香烃类等主要的液态有机储氢材料,并对其储氢性能、优势、存在问题及发展现状展开了分析;阐述了液态有机储氢技术中加氢和脱氢过程所涉及的各种金属催化剂的性能。基于目前的研究,对液态有机储氢技术在未来氢能规模化应用方面的发展前景进行了展望,同时指出液态有机储氢技术在诸多氢能应用领域的可行性及其极高的经济价值。但是若要实现大规模应用,则需选择更优的有机储氢材料,开发高选择性、高催化活性及低成本的新型催化剂,进一步优化加氢和脱氢技术。

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16. 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358)   HTML8)    PDF(pc) (2124KB)(221)    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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17. 碳化硅陶瓷膜的制备及其应用进展
李冬燕, 周剑, 江倩, 苗凯, 倪诗莹, 邹栋
化工进展    2023, 42 (12): 6399-6408.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2023-1507
摘要356)   HTML21)    PDF(pc) (3016KB)(154)    收藏

碳化硅陶瓷膜具有耐高温、抗热震、耐腐蚀、高通量、使用寿命长等优势,是环境污染治理领域中的关键材料。如何制备面向应用过程的高性能碳化硅陶瓷膜已经成为目前的研究热点。本综述介绍了碳化硅陶瓷膜的成膜方法,包括浸渍提拉法、喷涂法、化学气相沉积法及相转化法。此外,阐明了各方法的成型机理、影响因素及优缺点等,概述了碳化硅膜烧结技术的机理、特点及研究现状,包括重结晶技术、前体转化技术、原位反应烧结技术及新型烧结技术,其中重点描述了共烧技术的实际应用价值及挑战,利于明晰碳化硅陶瓷膜性能与制备工艺的关系。并阐明了碳化硅陶瓷膜在高温烟气净化、油水分离、气体分离领域中的应用现状及前景,最后对碳化硅陶瓷膜工业化应用潜力作出展望。

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18. 电沉积法制备碱性电解水镍基析氧电极的研究进展
张静, 贺业亨, 王晶晶, 夏博文, 赵秦峰, 王延飞, 余颖龙, 邵晨熠, 龙川
化工进展    2023, 42 (12): 6239-6250.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2023-0067
摘要354)   HTML21)    PDF(pc) (4719KB)(431)    收藏

在“碳达峰、碳中和”的目标下,绿氢成为极具前景的清洁能源。碱性电解水制取绿氢技术商业化程度最高,但由于析氧反应(OER)动力学过程缓慢且需要较高的过电位,成为制约电解水电极效率的主要瓶颈。商业电解槽中广泛使用的镍网或泡沫镍电极的OER性能仍有很大提升空间,在其上复合镍基催化功能层,开发新型高活性的析氧电极有利于提高电极效率,降低制氢成本。电沉积技术具有工艺简单、条件温和、利于放大生产自支撑电极的优势,成为工业化生产OER电极的理想工艺之一。本文综述了近年来利用电沉积技术制备的镍基析氧电极并用于碱性电解水的研究进展。采用电沉积技术在镍网或泡沫镍基底上制备镍(氢)氧化物、双金属及多元金属以及非金属掺杂的镍基催化剂作为催化功能层,通过增强催化功能层的电导率及金属间的协同作用、增加活性位点数量、减小扩散路径以及改变表面原子构型等方式提高镍基自支撑电极的OER性能。最后,展望了镍基自支撑电极在电解水领域的应用,同时指出了电沉积法制备电极材料存在的挑战。

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19. 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354)   HTML12)    PDF(pc) (2183KB)(412)    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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20. 面向实用化的钠离子电池碳负极:进展及挑战
杨涵, 张一波, 李琦, 张俊, 陶莹, 杨全红
化工进展    2023, 42 (8): 4029-4042.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2023-0640
摘要352)   HTML25)    PDF(pc) (7154KB)(504)    收藏

随着电化学储能需求的不断攀升,加之锂资源储量不高、分布不均、成本高等因素影响,作为低成本二次储能电池的代表,钠离子电池迎来新的发展机遇,其研发和产业化迈入快车道。其中,原料丰富、性能优异的碳材料脱颖而出,成为钠离子电池负极的首要选择。本文面向实用化钠离子电池碳负极梳理了碳负极的研究进展,简要介绍了碳负极材料的储钠机制,重点论述了不同类型碳负极的设计思路及其实用化进展,最后分析探讨了实用化钠离子电池碳负极材料发展中面临的挑战及未来研究中需进一步重视的主要问题。

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21. 直接空气捕集二氧化碳技术研究进展
廖昌建, 张可伟, 王晶, 曾翔宇, 金平, 刘志禹
化工进展    2024, 43 (4): 2031-2048.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2023-0606
摘要350)   HTML32)    PDF(pc) (3385KB)(219)    收藏

直接空气捕集(DAC)二氧化碳技术作为负碳排放技术的一种,可助力实现“双碳”目标,是一项极具发展前景的碳捕集技术。本文简述了DAC的发展历史与现有DAC项目的运行及发展情况,介绍了碱性氢氧化物溶液、胺溶液、氨基酸盐溶液/BIGs与碱度浓度变化四种液体DAC技术,以及固体碱(土)金属、固态胺、金属有机框架MOFs材料及变湿吸附等固体DAC技术。对各种DAC技术的工艺流程及相关设备进行了综述,详述了各种DAC技术的原理、二氧化碳捕集方法及吸附/吸收剂再生方式,重点分析了每种DAC技术在吸附/吸收剂性能、再生温度、再生能耗及循环稳定性等方面的优缺点。指出需进一步研发低成本、高吸附/吸收性能且循环稳定性好的DAC吸附/吸收剂,优化或开发吸附/吸收剂再生工艺,同时开发适用于DAC技术的过程强化技术,为DAC的后续规模化与商业化应用奠定基础。

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22. 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
摘要343)   HTML22)    PDF(pc) (7263KB)(273)    收藏

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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23. 循环精馏技术研究进展
杨晨阳, 朱怀工, 蔡旺锋, 张敏卿, 王燕, 张英, 陈建兵
化工进展    2024, 43 (3): 1109-1117.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2023-0469
摘要337)   HTML30)    PDF(pc) (3110KB)(319)    收藏

在“碳中和”“碳达峰”的战略目标下,过程强化是实现绿色生产的关键技术之一。循环精馏作为一种基于过程强化理论的新型精馏技术,通过采用特定塔内构件和控制方案而改变传统精馏塔内气相和液相的流动方式,实现气液两相分别呈周期性独立运动SPM的操作模式。循环精馏技术理论上可实现塔内液相返混为零,使分离推动力最大化,具有处理能力大、能耗低及分离性能好等优点。相较传统精馏操作,循环精馏技术可使单板效率提高到140%~300%,能耗降低20%~30%。本文针对循环精馏技术的研究背景、工作原理、工业应用、两种专用塔板(Maleta塔板和COPS塔板)以及循环精馏技术在隔板塔和反应精馏等过程强化技术中的应用进行了综合论述。论文对循环精馏技术的控制方法和内构件研究中存在的问题进行了总结,并对循环精馏技术的发展方向和前景进行了展望。

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24. “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
摘要336)   HTML19)    PDF(pc) (1661KB)(532)    收藏

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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25. 元素掺杂生物质炭材料在电化学储能中的研究进展
王帅晴, 杨思文, 李娜, 孙占英, 安浩然
化工进展    2023, 42 (8): 4296-4306.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2022-1797
摘要336)   HTML16)    PDF(pc) (2059KB)(244)    收藏

在“双碳”目标的背景下,新型生物质炭材料的开发及其在电化学储能领域中的应用引起了人们广泛的关注。在各种优化生物质炭材料性能的方法中,元素掺杂能够解决比容量低、稳定性差的问题,为提高生物质炭材料电化学性能提供了一种简单、有效的方法和策略。本文从植物基、动物基和微生物基三方面介绍了元素掺杂生物质炭材料的来源,并根据掺杂元素的种数将元素掺杂生物质炭材料归纳为单元素掺杂和多元素共掺杂。回顾了元素掺杂生物质炭材料在超级电容器、锂离子电池、钠离子电池、锂硫电池等电化学储能器件中的应用,在此基础上分析了其化学组成和微观结构对电化学性能的影响。同时对其今后的发展和商业化前景做出展望,指出掺杂元素的种类和含量的调控、制备方法和工艺的优化、生物质自掺杂属性的激活仍是目前亟待解决的问题和未来的发展方向。

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26. 质子交换膜燃料电池气体扩散层结构与设计研究进展
陈匡胤, 李蕊兰, 童杨, 沈建华
化工进展    2023, 42 (S1): 246-259.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2023-1102
摘要335)   HTML12)    PDF(pc) (5616KB)(351)    收藏

气体扩散层(GDL)在质子交换膜燃料电池(PEMFC)中起到支撑催化层、传输反应气体和排出反应过程中产生的水的作用,设计和优化GDL的结构对提升燃料电池的性能有重要作用。本文首先介绍了氢燃料电池应用前景,简述了PEMFC的结构和工作原理,指出了目前GDL的气液传输能力不足的问题,分析了孔结构、碳材料、微孔层微观结构、润湿性和耐久性五个因素对GDL性能的影响,并归纳了当前的研究进展,同时还涵盖了与GDL内传质过程相关的建模方法。最后总结了影响GDL性能的各种因素,并对质子交换膜燃料电池内的GDL发展进行了展望,指出用新型金属泡沫材料代替传统碳材料构建气体扩散层-双极板集成结构从而缩短传质路径并降低传质阻力,提出利用新兴的3D打印技术去构建高精度具有复杂结构的气体扩散层。本综述对未来优化GDL结构、提高燃料电池性能具有一定的指导意义。

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27. 光伏电池封装胶膜材料发展现状与前景分析
黄格省, 师晓玉, 丁文娟, 王春娇, 慕彦君, 侯雨璇
化工进展    2023, 42 (10): 5037-5046.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2023-0872
摘要325)   HTML11)    PDF(pc) (1435KB)(494)    收藏

光伏发电是我国优化能源消费结构、大力发展可再生能源与新能源、实现“双碳”目标的重要途径,展现出广阔前景。本文介绍了光伏电池结构和胶膜分类,详细分析了国内外乙烯-乙酸乙烯酯共聚物(EVA)、聚烯烃弹性体(POE)生产技术现状及其生产与消费结构,并对光伏胶膜产业发展前景进行分析展望。文章认为,EVA胶膜是光伏电池胶膜的主流材料,在电池技术不断进步的趋势下,电池封装胶膜技术迭代加快,POE胶膜和多层共挤胶膜(EPE)消费需求不断扩大。当前我国EVA胶膜已经完全国产化,在市场需求驱动下,POE胶膜成为新材料行业关注的重大热点,项目研发与投资建设活动十分密集,POE技术攻关进展迅速,聚合单体高碳α-烯烃技术、茂金属催化剂技术以及高温溶液聚合技术壁垒逐渐取得突破,2025年将迎来国产POE产能集中释放期,支撑POE胶膜生产供给加快实现国产化,推动我国光伏产业和新能源行业高质量发展。

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28. 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322)   HTML16)    PDF(pc) (2325KB)(548)    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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29. 六氟化硫替代气体的研究现状及未来发展趋势
杨志强, 曾纪珺, 马义丁, 尉涛, 赵波, 刘英哲, 张伟, 吕剑, 李兴文, 张博雅, 唐念, 李丽, 孙东伟
化工进展    2023, 42 (8): 4093-4107.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2023-0724
摘要319)   HTML17)    PDF(pc) (3871KB)(380)    收藏

六氟化硫(SF6)是电力行业应用最为广泛的绝缘和灭弧介质。然而,SF6具有极高的温室效应潜值(GWP = 23900),其引起的环境问题逐渐成为制约我国电网绿色发展的重要因素。本文首先回顾了SF6替代气体试错法和计算机辅助法的筛选历程,综述了全氟酮、全氟异丁腈、三氟硫氮、氢氟烯烃等候选物在绝缘性能和制备方法两方面的研究成果。随后聚焦SF6替代气体筛选中的核心问题,分别从物理定义、基团贡献、定量构效关系和机器学习的角度,回顾了绝缘气体各性能预测方法的研究进展,指出同时兼顾计算效率、精确性和泛用性的预测方法是未来的发展趋势。基于目前的研究现状,提出了高通量分子设计和共沸绝缘气体两种研发思路,以期为我国绝缘环保气体的研发提供有益的借鉴。

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30. 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313)   HTML21)    PDF(pc) (3627KB)(760)    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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31. 双极膜研究进展及应用展望
罗芬, 杨晓琪, 段方麟, 李小江, 吴亮, 徐铜文
化工进展    2024, 43 (1): 145-163.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2023-1260
摘要311)   HTML13)    PDF(pc) (8916KB)(165)    收藏

双极膜是一类具有特殊“三明治”结构的离子交换膜。在反向偏压下,双极膜界面层独特的水解离行为使其具有在线生成H+和OH-能力,因而在酸碱生产、资源分离回收等领域发挥着越来越重要的作用。双极膜界面层催化剂的引入可以有效降低水解离反应电阻。然而,大部分双极膜由于界面层构筑不当使其存在水解离电压过高、膜层结合力差、催化剂泄漏以及第一极限电流密度大等问题,无法实现大规模的工业化制备及应用。因此,本文立足于双极膜及技术近期研究进展,从双极膜的水解离机理出发,综述了界面层催化剂的种类、界面构筑方式及膜层的复合工艺三个方面的研究进展,深度分析了浸蘸法、涂覆法、静电组装、原位生长、层层堆叠等界面催化剂固定方式的优缺点,力求为双极膜的规模化制备提供相应的理论支撑。文中也指出了双极膜在工业化酸碱生产过程中的瓶颈问题,提出了不对称双极膜电渗析在工业化酸碱生产应用中的关键作用。最后对双极膜的电化学应用前景进行了展望,即应该努力探索双极膜在电解水制氢、二氧化碳还原、电化学合成氨、燃料电池、液流电池等能源领域的应用前景,以此来推动双极膜的发展。

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32. 生物炭对水环境中微塑料的去除研究进展
苏景振, 詹健
化工进展    2023, 42 (10): 5445-5458.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2022-2168
摘要308)   HTML8)    PDF(pc) (1742KB)(392)    收藏

微塑料已成为水体环境中的一种新污染物。常规水处理方法去除微塑料局限较多,生物炭的多样微孔结构、高疏水性和高碳含量能够有效吸附微塑料且自发解吸率较低,表现出经济环保、去除效率高的优势,但仍存在无法降解除去微塑料以及生物炭多环境应用性低的问题。本文概述了微塑料的水污染现状和常规水处理去除方法,重点从生物炭特性、作用机理和影响因素等方面综述了生物炭吸附去除微塑料的研究进展,分析了生物炭(原料成分、制备条件、改性方式等)和微塑料(种类、粒径、结构特征等)自身的理化性质以及环境因素(pH、共存离子、有机干扰物质等)对吸附行为的影响,并介绍了土壤中生物炭与微塑料的共存现状。最后对未来工作提出进一步统一归类微塑料以针对性开发生物炭材料、改进实验条件以真实性模拟实际环境、探索生物炭与微塑料的协同效应机制及重视生物炭循环再生等建议,以期为生物炭针对性去除不同水体中常见微塑料提供理论支持。

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33. 柔性可穿戴压阻式压力传感器研究进展
徐娜, 王国栋, 陶亚楠
化工进展    2023, 42 (10): 5259-5271.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2022-2228
摘要304)   HTML11)    PDF(pc) (6923KB)(303)    收藏

伴随着数字医疗与制造业的进步,灵活柔韧的柔性可穿戴设备可以和人体表面完全贴合,从而对人体运动及健康信号等进行监测,从而实现多种传感功能。柔性可穿戴设备具有灵活性、体积可变、生物适应性好等优点,但仍然存在灵敏度低、检测范围有限、易受外界环境的干扰、可靠性低等问题。在柔性可穿戴设备中,一个关键器件就是用于压力检测的柔性压力传感器。在今后几年柔性可穿戴压力传感器会更加注重新型结构传感器的探索和整体高性能传感器的构建。本文概述了近年来柔性压力传感器的研究进展,并就压力传感器种类、工作机理、设计原则及最新进展进行了说明。通过近年来的文献重点对压阻式压力传感器在材料及器件设计等方面进行归纳整理与总结,并对压阻式压力传感器主要应用领域做了简单介绍。从压阻式压力传感器的结构设计及今后应用的角度出发,概述了压阻式压力传感器的可靠性及未来面临的挑战。

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34. 废弃聚烯烃的高值化学回收研究进展
常印龙, 周启民, 王青月, 王文俊, 李伯耿, 刘平伟
化工进展    2023, 42 (8): 3965-3978.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2023-0556
摘要304)   HTML9)    PDF(pc) (3639KB)(948)    收藏

占全球塑料产量一半以上的聚烯烃,由于其稳定碳氢链结构,极难降解,废弃后带来了严重的“白色”污染和“微塑料”问题。研究废弃聚烯烃的可控化学回收,实现其资源化和升级循环利用,具有重要的意义。本文重点总结了聚烯烃催化裂解的方法、特点及过程机理,包括催化热解、加氢裂化和氢解;梳理了高值裂解产物如芳烃、轻质烯烃、润滑油等的生成机制以及裂解过程中常用的催化剂种类及其催化构效关系;讨论和介绍了裂解反应以及高值产物生成的过程强化手段,包括基于反应器设计的反应过程强化、基于高效分离材料设计的分离过程强化等方面的研究进展。通过高效催化剂的设计及反应和分离过程强化技术的研究,有望实现废弃聚烯烃低温可控裂解及产物的高值化利用。

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35. 非金属元素掺杂石墨相氮化碳光催化材料的研究进展
宋亚丽, 李紫燕, 杨彩荣, 黄龙, 张宏忠
化工进展    2023, 42 (10): 5299-5309.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2022-2180
摘要303)   HTML13)    PDF(pc) (3146KB)(232)    收藏

石墨相氮化碳(g-C3N4)是一种非金属光催化材料,其具有制备成本低、制备过程简单、绿色、无二次污染、带隙能可调控、热稳定性高等特点,使其成为人们在能源与环境领域研究和关注的焦点。然而,g-C3N4还存在比表面积小、禁带宽度较大、光生电子和空穴复合过快等缺点,限制了其发展。非金属元素掺杂可以对g-C3N4进行改性以有效解决以上问题,使其带隙减小,拓宽光谱响应范围,抑制光生电子-空穴对的复合,提高光吸收能力,来提高其光催化性能。本文对非金属元素掺杂g-C3N4的合成方法、应用等方面进行综述,从非金属单元素掺杂(单元素自掺杂和其他单元素掺杂)、非金属多元素共掺杂方面进行了总结。最后指出了在非金属元素掺杂g-C3N4方面,仍需要关注g-C3N4产量偏低、可见光利用效率不足、回收较难等问题,并强调了非金属元素掺杂g-C3N4在治理环境污染和应对能源危机方面的重要作用。

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36. 有机液体储氢技术催化脱氢过程强化研究进展
盖宏伟, 张辰君, 屈晶莹, 孙怀禄, 脱永笑, 王斌, 金旭, 张茜, 冯翔, CHEN De
化工进展    2024, 43 (1): 164-185.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2023-1265
摘要303)   HTML9)    PDF(pc) (12637KB)(154)    收藏

氢能是实现化石能源清洁高效利用和支撑可再生能源大规模发展的理想互联媒介,然而氢的储运是制约氢能规模化应用的关键技术瓶颈。有机氢化物(LOHC)储氢技术具有成本低、储氢密度大、安全稳定等优势,可匹配现有化石能源输运架构,有望在大规模、长距离和分布式的氢储运场景中发挥重要作用。但是,在LOHC储氢循环中,相对于发展较为成熟的加氢技术,LOHC脱氢过程效率低、稳定性差,是制约该技术发展的关键。基于此,本文综述了LOHC储氢技术催化脱氢过程强化的研究进展和发展趋势,概述了LOHC储氢基本概念和催化脱氢反应基本原理,从催化过程强化、产物分离强化、能量效率强化等方面总结了脱氢过程强化策略,通过对比不同技术手段的特点,分析了LOHC储氢技术催化脱氢过程目前亟需解决的难题,即开发高效的脱氢催化剂、提高催化脱氢过程的传热传质效率以及降低脱氢过程能耗,这对LOHC储氢技术的实际应用具有重要的参考和借鉴意义。

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37. 共价有机框架(COFs)在锂离子电池中的应用
马文杰, 姚卫棠
化工进展    2023, 42 (10): 5339-5352.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2022-2041
摘要299)   HTML11)    PDF(pc) (8214KB)(424)    收藏

锂离子电池(LIBs)具技术成熟、能量密度较高、使用寿命长等优点使其在储能领域研究应用广泛,但传统商业化LIBs由于本身电极材料及电解质的限制,存在可逆比容量有限、功率密度不高、循环性能较差、生产材料成本较高、工作过程面临安全隐患等不足。本文简述了由轻质元素构成的晶态有机多孔材料共价有机框架(covalent organic frameworks,COFs),其有序的大孔道、可预先设计的结构、较大比表面积、低密度、易功能化等优势,完全具备利用于LIBs关键材料的潜力。回顾了近年来研究者们设计的各种COFs及其在LIBs的应用,包括COFs在LIBs电极材料、隔膜、电解质中的应用,得出COFs应用于LIBs具有卓越的电化学性能,最后对其在LIBs的研究方向给予预测,以期为储能和再生能源产业的发展提供一定参考。

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38. 用于复杂原油乳液的高效破乳剂开发及应用研究进展
吴亚, 赵丹, 方荣苗, 李婧瑶, 常娜娜, 杜春保, 王文珍, 史俊
化工进展    2023, 42 (8): 4398-4413.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2022-1754
摘要299)   HTML5)    PDF(pc) (6607KB)(332)    收藏

石油生产中通常产生大量W/O、O/W或多重乳化的复杂原油乳液,造成生产效率大大降低以及严重的环境问题。目前所使用的破乳剂破乳效率低、普适性差、成本高、安全性不够等,开发高效、普适、绿色、安全破乳剂仍备受关注。本文基于原油乳液的特点及稳定机制分析,综述了不同原油乳液的破乳剂研究进展,主要围绕聚合物破乳剂、生物质基破乳剂、离子液体破乳剂和纳米材料破乳剂的特点、适用范围及其应用效果进行全面总结,对相应破乳剂的破乳机理进行针对性地分析研究,并指出破乳剂机理的研究方法。最后,本文对复杂原油乳液的高效破乳剂开发进行展望,提出破乳技术的未来发展趋势,以期为W/O、O/W或多重乳化的复杂原油乳液的破乳技术应用提供一定借鉴与参考。

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39. 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
摘要296)   HTML6)    PDF(pc) (2602KB)(607)    收藏

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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40. CH4和CO2共转化反应机理研究进展
成昊霖, 年瑶, 韩优
化工进展    2024, 43 (1): 60-75.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2023-1069
摘要291)   HTML17)    PDF(pc) (4476KB)(235)    收藏

综述了CH4和CO2共转化生成合成气、乙酸和C2烃3种反应路径的反应步骤、关键中间体及反应产物选择性的影响因素。当生成合成气时,CH4与CO2的活化解离是关键步骤,催化剂载体表面为酸性或中性时反应遵循单功能机理,CH4和CO2在同一活性中心被活化,当载体为表面碱性时,CH4和CO2遵循双功能机理,在不同活性中心被活化,通常双功能机理的催化效率更高。当生成乙酸时,C-C耦合过程应被重点关注,该过程中气相CO2可能直接插入M—CH3键(Eley-Rideal机理)或先被吸附活化后再插入(Langmuir-Hinshelwood机理),后者反应能垒更低。当生成C2烃时,活性氧物种被认为是反应过程中的关键中间体,其可能来源于催化剂中的晶格氧或CO2的活化与解离。因此,在催化剂表面构建多个独立活性位点,以分别对CH4和CO2进行多位点协同催化被认为是良好的催化剂改性策略。另外,先进的模拟计算方法和原位表征手段能够深入揭示反应过程中催化剂和反应中间体的动态演变过程及机理,从而为真实CH4和CO2共转化反应过程中催化剂的设计提供理论指导。

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41. 铜基催化剂电还原二氧化碳选择性的调控策略
王耀刚, 韩子姗, 高嘉辰, 王新宇, 李思琪, 杨全红, 翁哲
化工进展    2023, 42 (8): 4043-4057.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2023-0397
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在水系电解液中利用电能直接将CO2还原成基础化学品为CO2资源化利用提供了一种绿色可行的策略。铜是唯一能够高效地将CO2还原成C2+产物的金属催化剂,然而其催化产物多达16种,产物的多样性严重增加了后期产物分离的成本并大幅降低了整个电催化二氧化碳还原(eCO2RR)系统的能量转换效率,是eCO2RR走向工业化生产的一个重要瓶颈,因此对铜基催化剂进行合理的调控,以提高其对单一产物的选择性一直是研究的热点问题。经过30余年的发展,铜基催化剂的研究已经取得了巨大的进展,回溯近期铜基催化剂电催化CO2还原领域的研究历程,本文综述了电催化二氧化碳还原的反应原理、反应路径和针对不同产物的调控策略,着重总结了提高铜基催化剂对单一产物选择性的设计策略和设计方法,最后展望了铜基催化剂面临的挑战和未来的发展方向。

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42. 氟掺杂改性LiMn0.5Fe0.5PO4正极材料及其电化学性能
于松民, 金洪波, 杨明虎, 余海峰, 江浩
化工进展    2024, 43 (1): 302-309.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2023-1224
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目前磷酸铁锂材料由于其较低的能量密度难以满足使用需求。磷酸锰铁锂具有比磷酸铁锂更高的能量密度,同时兼顾磷酸铁锂低成本和晶体结构稳定性的特点。然而缓慢的锂离子扩散动力学和Mn3+引起的Jahn-Teller效应导致材料的循环和倍率性能差,限制了磷酸锰铁锂实际应用。本工作通过引入F离子掺杂,构筑沿b轴取向生长的110nm纳米颗粒磷酸锰铁锂正极材料,探究了它们的基本物理化学性质与电化学性能,发现沿b轴取向生长并暴露的(010)晶面能够显著提升锂离子扩散动力学。此外,F离子引入显著增强了Li—O键以及PO43-骨架结构,提高锂离子嵌入和脱出过程中晶体结构稳定性。因此,在0.1C和5C电流下,改性磷酸锰铁理正极材料可逆放电比容量分别为153mA·h/g和106mA·h/g。相比于未改性材料,1C循环750次后比容量保持率从90.6%提升到96.4%。

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43. 多级孔MOF的制备及其吸附分离应用研究进展
杨东晓, 熊启钊, 王毅, 陈杨, 李立博, 李晋平
化工进展    2024, 43 (4): 1882-1896.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2023-0546
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金属有机框架材料(MOF)因其具有高比表面积、丰富孔隙率、孔径可调的优点,受诸多学者关注,被认为是用于吸附分离的理想吸附剂。但是在实际应用中,大部分微孔MOF材料在吸附过程中的内在传质速率严重受限,而且构建多级孔的方法一般不具有普遍性。本文介绍了调节剂策略、模板策略、后处理策略等构建多级孔MOF的方法,制备了兼具介孔、大孔的多级孔材料,并结合应用场景评价各方法的优缺点,以获得在相对温和条件下构建孔径可调的多级孔MOF的普适性策略。针对多级孔MOF材料在气体吸附分离领域的应用问题,着重剖析了构建多级孔MOF对CO2气体吸附提升的案例,发现多级孔的构建增加了孔径,提高了MOF的比表面积,提供了额外的孔通道,使气体分子的吸附容量和传质速率得到提升,表明多级孔MOF在气体吸附分离方面有优异的性能。最后讨论了多级孔MOF合成和应用存在的问题,并对多级孔MOF面临的合成过程绿色可重复等挑战进行了展望。

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44. 气力输送颗粒系统中静电的研究进展
刘浩宇, 赵彦琳, 姚军, WANG Chi-Hwa
化工进展    2024, 43 (2): 565-578.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2023-1341
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在过去的几十年里,由于许多工业问题和相关新技术的发展,颗粒和颗粒流的静电学得到了越来越多的关注。颗粒-颗粒和颗粒-壁面之间发生碰撞从而产生静电。静电的发生会受多种因素的影响,随着颗粒与壁面之间的接触会在它们的表面产生静电荷的积累,静电量可以达到饱和状态。本文分别综述了气力输送颗粒系统中的静电发生及静电平衡,着重分析了颗粒与壁面之间接触带电的两种方式(碰撞带电和摩擦带电)、颗粒流模式及受力情况,讨论了颗粒带电过程所受的影响因素,包括外界条件(温度、相对湿度)、颗粒几何条件(尺寸、形状、接触面积、粗糙度)以及受力条件(摩擦力、常压)等。此外,对气力输送颗粒系统中静电的数值计算作了简单介绍。最后,为澄清气力输送颗粒系统中静电发生的机理,对单颗粒发生静电的物理机制进行了分析。根据对相关研究结果的总结,发现由于碰撞或摩擦造成的电荷转移的工作机制尚未完全明了,这些问题将在未来逐步得到解决。

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45. 沼渣生物炭的制备及资源化利用研究进展
叶沁辉, 陈红, 于鑫, 王凯, 于露滢, 曾可佳
化工进展    2023, 42 (12): 6554-6566.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2023-0105
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沼渣是生物质经厌氧消化后产生的固体残渣,也是具有较大应用潜力的二次资源。与填埋、焚烧等传统沼渣处理工艺相比,使用热化学法处理废弃生物质沼渣可更好地实现沼渣中有机物的固定,且制备得到的沼渣生物炭结构稳定、性能优良,能被广泛应用于污染物吸附、催化降解、土壤修复等诸多领域。本文归纳总结了国内外常见的沼渣生物炭制备技术和改性方法,重点介绍了沼渣生物炭的结构、元素组成和理化性质。同时,汇总了现阶段沼渣生物炭的主要资源化应用途径,并对未来沼渣生物炭资源利用的发展方向进行了展望。

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46. 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
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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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47. 分子筛去除VOCs的研究进展
葛亚粉, 孙宇, 肖鹏, 刘琦, 刘波, 孙成蓥, 巩雁军
化工进展    2023, 42 (9): 4716-4730.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2022-1947
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目前,吸附及催化氧化技术是去除挥发性有机化合物(VOCs)最为高效、经济、环境友好的方法。分子筛具有较大的比表面积、规整的微孔孔道和稳定的结构,因此其作为吸附剂及催化剂在工业VOCs的去除过程中有重要的应用价值。本文总结了近年来分子筛吸附VOCs的规律性研究以及分子筛微结构和表面性质对催化氧化的影响。其中影响吸附VOCs的关键因素包括分子筛拓扑结构、阳离子类型、孔道多极化、亲疏水性等;针对催化氧化技术,主要讨论了负载贵金属/非贵金属的分子筛催化剂,其中获得高效催化氧化VOCs催化剂的关键在于以下几个方面:以结构形貌适宜的分子筛载体为基础,构建有效调控金属物种粒子尺寸的制备方法;调控活性物种的化学状态及其与分子筛载体的相互作用;深入理解分子筛微结构、活性物种的状态等因素对催化性能的影响。

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48. 离子聚合物-金属复合材料(IPMC)柔性电极的研究进展
林晓鹏, 肖友华, 管奕琛, 鲁晓东, 宗文杰, 傅深渊
化工进展    2023, 42 (9): 4770-4782.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2022-1979
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离子聚合物-金属复合材料(IPMC)是一种电活性的智能软材料,由离子交换薄膜及其上下表面的柔性电极组成,其中柔性电极的优异性能对于提升IPMC的驱动和传感性能至关重要。目前专门针对IPMC传感的电极研究相对较少,而适用于IPMC驱动的电极一般也满足其传感的电极要求,因此本文从IPMC柔性电极的材料筛选、制备和柔性电极对驱动性能的提升策略方面综述了IPMC柔性电极的国内外研究进展。首先,简单概述了IPMC智能软材料的组成及其驱动、传感机理;其次,归纳整理了IPMC电极材料的种类和各类电极材料面临的问题,如金属电极易疲劳开裂且比电容较低的问题,导电聚合物电极的电导率较低等问题;最后,重点综述了改性柔性电极在提升IPMC驱动性能方面的研究进展并展望了其发展趋势,理想的IPMC柔性电极应兼具较高的电导率、较大的比电容和优异的稳定性特点,以期为IPMC智能软材料的开发和应用提供参考。

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49. 载锰生物炭制备及其在环境修复中应用研究进展
姜晶, 陈霄宇, 张瑞妍, 盛光遥
化工进展    2023, 42 (8): 4385-4397.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2022-1746
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生物炭具有原料来源广、制备成本低、比表面积大等优点而成为一种有潜力的吸附剂,是固体废弃物资源化利用的一个重要方向,但吸附能力有限会限制其在环境修复的实际应用。通过不同方法对生物炭进行改性能够优化其理化性质,从而增强生物炭对污染物的去除能力。近年来,在生物炭上负载不同形态锰形成的载锰生物炭因在环境修复中表现出良好的应用潜力而备受关注。本文重点归纳和总结了载锰生物炭制备方法及其在去除环境中有机污染物和重金属方面的应用和机理研究,并介绍了其在高级氧化、污泥处理、低温选择性催化还原氮氧化物及再生利用等方面的应用。结合研究现状,提出未来载锰生物炭在制备、应用及应用后对环境影响方面的研究方向,以期为载锰生物炭在环境修复中更广泛应用提供参考。

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50. 车载液氢气瓶设计技术的研究进展
郭晋, 张耕, 陈国华, 朱鸣, 谭粤, 李蔚, 夏莉, 胡昆
化工进展    2023, 42 (8): 4221-4229.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2022-1764
摘要269)   HTML10)    PDF(pc) (504KB)(307)    收藏

在化石能源消耗和环境污染的双重压力下,新能源发电及氢能备受关注。氢能燃料电池车辆作为目前最为广泛的氢能终端应用场景,对氢燃料储用系统的重量、存储能力、安全性能提出了更高的要求。车载液氢气瓶以其高密度、轻量化被广泛认为是下一阶段燃料电池车辆燃料箱的重要型式,车载液氢气瓶的安全性、绝热性是目前的关键难题。鉴于氢燃料电池汽车使用环境复杂、事故危害大,车辆的本质安全和高效节能十分重要,但车载液氢气瓶的设计方法并不完善,存在材料脆断、疲劳失效、真空丧失等失效风险。本文针对车载储氢气瓶关键设计环节,从选材、选型、设计和测试环节出发,从液氢气瓶材料韧脆转变性、车载液氢气瓶静动力学分析、车载液氢气瓶疲劳寿命、车载液氢气瓶使用过程及真空丧失后的绝热性能、车载液氢气瓶增压设计和增压传热方面综述了研究的历史发展情况、相关研究进展情况,分析了目前国内外研究的情况,预测了与车载液氢气瓶相关的研究趋势,最后对车载液氢气瓶的设计关键技术做了总结与展望。

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