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1. 质子交换膜电解水制氢技术的发展现状及展望
何泽兴, 史成香, 陈志超, 潘伦, 黄振峰, 张香文, 邹吉军
化工进展    2021, 40 (9): 4762-4773.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2021-0429
摘要1516)   HTML131)    PDF(pc) (2795KB)(2300)    收藏

氢能是支撑起智能电网和可再生能源发电规模化的最佳能源载体,而电解水制氢是实现制氢规模化的重要途径。在多种电解水制氢技术中,质子交换膜电解水技术由于具备电流密度大、产氢纯度高、响应速度快等优势,吸引了科学界和工业界的广泛重视。本文首先介绍了质子交换膜电解池的结构组成以及各组成的主要作用,对比分析了碱性电解池、固体氧化物电解池与质子交换膜电解池的技术差异,并结合电解水析氢反应以及析氧反应的机理阐释,分别介绍了两步半反应的常用催化剂;然后,从最初的实验室研究阶段到目前兆瓦级别的质子交换膜电解水系统,回顾了该技术的发展历程以及应用现状;其次,从制氢成本、电堆性能及电堆寿命等多角度分析目前该技术面临的瓶颈问题;最后,根据质子交换膜电解池的技术优势,并针对上游间歇性可再生能源的需求以及和下游产业的联合应用,对其未来前景进行了展望。

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2. 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1476)   HTML143)    PDF(pc) (3475KB)(1663)    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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3. 绝热加速量热仪在反应安全风险评估应用中的常见问题
吴展华, 盛敏
化工进展    2023, 42 (7): 3374-3382.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2023-0509
摘要1428)   HTML127)    PDF(pc) (2807KB)(927)    收藏

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

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4. 可再生能源电解制氢技术及催化剂的研究进展
郭博文, 罗聃, 周红军
化工进展    2021, 40 (6): 2933-2951.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2020-1889
摘要1346)   HTML113)    PDF(pc) (1870KB)(2101)    收藏

氢能是一种清洁、高效的二次能源,是构建未来清洁社会的重要支撑。在众多制氢技术中,利用可再生能源产生电能,并通过电解水制备高纯度氢气是最具潜力的制氢路线之一。本文在介绍三种电解水制氢技术及核心部件的基础上,重点讨论了电解水析氢催化剂,特别是过渡金属基电催化剂及单原子催化剂的研究进展。本文最后对可再生能源发电与电解水制氢技术的耦合进行了分析与讨论,简述了现阶段国内外基于可再生能源发电制氢项目的开发进展。文章指出,随着电力成本下降,高效、稳定、经济的析氢催化剂的开发,可再生能源发电制氢将成为解决能源消纳、加速氢能产业化进程、最终实现我国向低碳清洁能源转型的重要途径。

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5. 导电水凝胶的制备及应用研究进展
王思恒, 杨欣欣, 刘鹤, 商士斌, 宋湛谦
化工进展    2021, 40 (5): 2646-2664.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2020-1196
摘要1197)   HTML63)    PDF(pc) (6358KB)(1178)    收藏

导电水凝胶是一类将亲水性基质和导电介质有机结合的新型水凝胶,具有较高的柔韧性、可调的力学性能和优异的电化学性能,在柔性电子设备等领域具有广阔的应用前景。本文综述了导电水凝胶材料的研究前沿和动态,介绍了导电水凝胶的分类及制备方法,讨论了导电水凝胶的结构设计与性能,重点阐述了导电水凝胶材料的应用研究进展,归纳了导电水凝胶材料面临的问题与挑战,并展望了导电水凝胶材料的发展趋势,指出采用天然可再生资源为原料开发具有高导电性、力学性能稳定、耐极端温度、生物相容性和生物可降解的导电水凝胶将成为下一步研究重点,同时优化柔性电子装置、提高器件输出稳定性也将成为重要的研究方向之一。导电水凝胶的制备及应用研究将促进柔性电子功能材料领域的快速发展。

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6. 一种基于特斯拉阀结构的微混合器设计、模拟及其试验研究
翁祥宇, 严生虎, 张跃, 刘建武, 沈介发
化工进展    2021, 40 (8): 4173-4178.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2020-1894
摘要1089)   HTML35)    PDF(pc) (1005KB)(512)    收藏

微混合器是常见的用于流体混合的设备,由于特斯拉阀结构简单稳定,流动方式特殊,具有开发微混合器的潜质。本文通过数值模拟的方法,在特斯拉阀结构以及前期研究的基础上,改进并优化了一种特斯拉型的微混合器,利用流体力学软件(Fluent)研究了不同θ角度以及不同雷诺数下的混合程度,并对该结构的混合效果进行了流场分析以及试验验证。结果表明,该新型微混合器的最佳几何参数为θ=30°。两股流体在Re=52.5、混合长度为50mm时,混合程度η=0.9647,体系压降为330.45Pa。该微混合器的操作压降较低,相对于先前结构,混合性能更好,混合长度更短。

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7. 新能源化工技术
马紫峰, 贺益君, 陈建峰
化工进展    2021, 40 (9): 4687-4695.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1613
摘要980)   HTML98)    PDF(pc) (3623KB)(1150)    收藏

发展新能源是实现“碳中和”战略目标的必由之路。本文首先勾画出可再生能源转换利用基本途径,指出新能源化工技术研究的理论基础是电化学工程、光化学工程、生物化学工程、分子化学工程、系统工程和人工智能等;其次,以可再生能源制氢、燃料电池发电与化学品共生、太阳能转换过程为例,阐明可再生能源资源转换中的化工问题;第三,通过对锂离子电池和钠离子电池中多元过渡金属氧化物正极材料及其电极制备过程开发,揭示电化学储能材料与器件制造过程工程特性;第四,介绍了化工系统工程和人工智能在电池状态预测模型构建、综合能源系统管理、光-储-充系统集成与优化运行中的应用。最后,根据各种案例分析,归纳出新能源化工研究的本质是将新能源转换与储存中涉及的“生物/光/电化学反应”,从实验室放大到规模化生产装置,阐明反应中的传质、传热和传荷机理及其反应工程特性。对未来新能源化工技术研发,从“共性科学问题”和“关键技术”两个层面提出了若干研究方向以供参考。

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8. 电化学储能材料及储能技术研究进展
朱晟, 彭怡婷, 闵宇霖, 刘海梅, 徐群杰
化工进展    2021, 40 (9): 4837-4852.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2021-0745
摘要879)   HTML72)    PDF(pc) (5824KB)(910)    收藏

电化学储能材料及储能技术是新能源利用和实现双碳目标的关键。本文结合上海电力大学上海市电力材料防护与新材料重点实验室的研究成果,综述了近年来电化学储能材料及储能技术的最新研究进展,包括锂离子电池、钠离子电池、锂硫电池和超级电容器等,分析了各电化学储能技术目前存在的主要问题,从电化学储能机理的角度出发,介绍了正负电极、隔膜、电解质和集流体等电化学储能材料组成和结构的改进方法,为开发大容量、长寿命、高安全、低成本的电化学储能器件提供新的思路。最后,对电化学储能技术的未来发展趋势提出了展望,即探索全固态电池、金属-空气电池等新一代储能器件,拓展电化学储能器件在全温度、柔性条件下的适用性。

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9. 新型储氢材料研究进展
高佳佳, 米媛媛, 周洋, 周红军, 徐泉
化工进展    2021, 40 (6): 2962-2971.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2020-1771
摘要854)   HTML70)    PDF(pc) (1306KB)(831)    收藏

氢能作为一种环保可再生的新型能源,生产技术逐渐走向成熟,成本大幅度下降,将迎来快速发展的机遇期。氢能被广泛利用的关键在于是否能够实现高效储存。本文重点讨论了四类新型储氢材料,即金属络合氢化物储氢材料、碳纳米管储氢材料、沸石以及新型沸石类材料、有机液态储氢材料。文章指出:金属络合氢化物储氢材料储存压力低但循环稳定性差;碳纳米管储氢材料已经有很长的发展历史,安全性高且易脱氢,然而目前对其储氢机理认识不够成熟;沸石以及新型沸石类材料价格低廉,但是对反应条件的要求高;有机液态储氢材料被认为是大规模储存和运输的可行选择,然而昂贵的成本和苛刻的反应条件限制了其发展。文章指出后续需要改进并开发具有较高存储容量和具有经济价值的储氢材料。

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10. 基于仿生学的强化传热与减阻技术研究进展
李娟, 朱章钰, 翟昊, 王嘉洛
化工进展    2021, 40 (5): 2375-2388.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2020-1140
摘要848)   HTML38)    PDF(pc) (2389KB)(1126)    收藏

换热器优化设计对于提高设备能源利用率、缓解化工电力、航空动力等工业领域的能源短缺与余热浪费等问题具有重大意义。近年来,基于生物体表面形貌及其具备的功能,运用仿生学理论开发强化传热与流动减阻技术表现突出。本文主要综述了以仿生结构为优化设计参考,有关单相、相变强化传热以及沟槽、凹坑凸包、超疏水等流动减阻技术的研究进展,分析和总结了各类仿生结构的强化传热及减阻机理;结合微尺度高效传热的发展趋势,指出目前微尺度仿生结构研究仍停留在简化形仿阶段,结构优化方向不明确,结构参数影响规律以及传热减阻机理未有统一定论。基于微尺度对流传热高阻耗特点,本文提出了高效低阻耦合仿生结构设计以及综合性能研究的必要性,为微通道换热器优化设计提供有益指导与发展方向。

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11. 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811)   HTML79)    PDF(pc) (5948KB)(1015)    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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12. 沸石分子筛用于VOCs吸附脱除的应用研究进展
王旭, 吴玉帅, 杨欣, 陈汇勇, 张建波, 马晓迅
化工进展    2021, 40 (5): 2813-2826.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2020-1145
摘要745)   HTML23)    PDF(pc) (3299KB)(1074)    收藏

挥发性有机化合物(volatile organic compounds,VOCs)作为空气中有机污染物的主要成分,对环境与人类健康造成了严重的危害。吸附法可有效富集低浓度VOCs气体,成本低、易操作,是末端治理去除VOCs的主要技术。沸石分子筛具有高度有序、孔径可调的微孔孔道,可实现VOCs分子的选择性吸附,且热稳定性极佳,易于脱附再生,是一种优良的VOCs气体吸附剂。本文分别从沸石分子筛的结构性质、复合型分子筛吸附剂以及整体式分子筛吸附剂三方面详细介绍了沸石分子筛用于VOCs吸附脱除的研究进展。结果表明,变换骨架拓扑结构以及补偿阳离子类型,可实现对VOCs分子进行选择性吸附;提高结构疏水性可有效降低高湿度条件下水分子对VOCs的竞争吸附,增强分子筛吸附剂的环境适应性;通过孔道多级化或与其他介/大孔构建复合型吸附剂,可提高分子筛吸附剂的比表面积和孔容,增大对VOCs的吸附容量;沸石分子筛可构建为整体式吸附剂,相较于颗粒型吸附剂,其机械强度更高,应用性更强。文章还指出,作为整体式分子筛吸附剂的典型代表,分子筛转轮吸附技术在高通量、高压降等吸附工况条件下均表现出极佳的VOCs吸附脱除效率,已广泛应用于工业排放VOCs的有效治理。

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13. 碳达峰与碳中和目标下PEM电解水制氢研究进展
胡兵, 徐立军, 何山, 苏昕, 汪继伟
化工进展    2022, 41 (9): 4595-4604.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2021-2464
摘要736)   HTML108)    PDF(pc) (2252KB)(1136)    收藏

氢能作为重要的能源载体,燃烧过程绿色无污染,能够助力碳达峰和碳中和目标实现。本文通过对比化石能源制氢、工业副产气制氢、电解水制氢等方式,分析各制氢方式的优缺点,阐述了质子交换膜(PEM)电解水制氢与可再生能源结合的重要意义。之后从PEM电解槽内部结构和可再生能源电解水制氢两个方面展开综述,详细介绍了PEM电解槽双极板、催化剂、扩散层、质子交换膜研究进展、存在的主要问题和未来发展方向。文中通过分析我国太阳能、风能分布特征,总结可再生能源利用存在的问题,从研究现状和产业发展的角度介绍了太阳能制氢、风电制氢、可再生能源多能互补制氢的发展。最后对可再生能源PEM电解水制氢的未来发展方向进行了展望,期望为可再生能源PEM电解水制氢的发展提供借鉴和参考。

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14. 纤维素基水凝胶的研究进展
沈娟莉, 付时雨
化工进展    2022, 41 (6): 3022-3037.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1308
摘要728)   HTML54)    PDF(pc) (2898KB)(1131)    收藏

纤维素是世界上最丰富的天然、可再生以及可生物降解的高分子材料,在化工、材料等领域有广泛的应用。本文主要对近几年来纤维素基水凝胶的研究进展进行了归纳总结。首先,介绍了纤维素基水凝胶的研究背景。其次,列举了纤维素水基凝胶的交联方法,主要有物理交联与化学交联。其中物理交联有氢键交联、疏水性交联、离子交联等,化学交联则是酯化交联、迈克尔加成、自由基共聚合、动态共价键交联等。最后,重点介绍了纤维素基水凝胶在可降解性、生物医学性、亲水性、吸附性、导电性等领域方面的应用。此外,对于纤维素基水凝胶材料在高机械性和产业化制备等方面的发展进行了展望。

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15. 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727)   HTML67)    PDF(pc) (652KB)(501)    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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16. 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722)   HTML67)    PDF(pc) (6256KB)(1640)    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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17. “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708)   HTML63)    PDF(pc) (1233KB)(909)    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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18. 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699)   HTML37)    PDF(pc) (3552KB)(775)    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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19. 氢燃料电池电催化剂研究进展
王敏键, 陈四国, 邵敏华, 魏子栋
化工进展    2021, 40 (9): 4948-4961.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1087
摘要697)   HTML52)    PDF(pc) (10180KB)(506)    收藏

目前铂(Pt)及其合金仍是氢燃料电池首选催化剂,但是Pt高价格、低储量及循环稳定性差等缺点严重阻碍了氢燃料电池商业化,因此发展低成本、高性能的新型非Pt催化剂和低Pt催化剂是实现氢燃料电池商业化的关键。本文围绕燃料电池催化开发及使用过程中存在的成本、稳定性和毒化问题,回顾了近年来阴离子交换膜燃料电池和质子交换膜燃料电池催化剂分别在提高阳极催化剂活性、降低阴极催化剂成本领域的最新研究进展,包括催化剂的组成、结构以及颗粒尺寸等对催化活性、稳定性的影响。最后针对燃料电池催化剂存在的问题,指出未来应基于原位观测和表征技术加强对碱性氢氧化机理的研究,同时开发高温制备小尺寸高有序度的有序铂合金阴极催化剂的方法是未来的研究重点。

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20. 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695)   HTML45)    PDF(pc) (1290KB)(606)    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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21. 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678)   HTML42)    PDF(pc) (383KB)(819)    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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22. 氢能供应链成本分析及建议
张轩, 樊昕晔, 吴振宇, 郑丽君
化工进展    2022, 41 (5): 2364-2371.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1062
摘要673)   HTML42)    PDF(pc) (1316KB)(1024)    收藏

氢能具有能量密度高、环保清洁可再生的优势,已经成为未来能源发展的重要方向,被视为实现碳减排的必由之路。但目前氢能发展的核心问题是用氢成本过高,与电动车和传统燃油车相比没有经济优势。本文从制氢-运氢-加氢的产业链角度分析,发现电解水制氢成本远远高于化石能源制氢,且氢气的成本主要在运氢和加氢环节被抬升。文中指出:究其原因,主要由于氢气储存不易,在现有的长管拖车运输条件下,每次运输氢气量少,效率不高;同时由于燃料电池汽车数量少,每日加注量不足,叠合加氢站关键设备不能国产化,固定资产投资高导致折旧成本高,增加了氢气成本。针对这一问题,文中给出了具体降低成本建议,包括增加运氢压力以增加单次氢气运载量;加快科技攻关,关键设备国有化;突破政策限制,实现站内制氢;优化加氢站工艺,减少日常运营成本等。

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23. 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670)   HTML84)    PDF(pc) (1182KB)(663)    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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24. DMC-甲醇-水三元混合物的萃取精馏分离工艺
王玉春, 张志浩, 高源, 李忠, 郑华艳
化工进展    2021, 40 (8): 4196-4204.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2021-0097
摘要666)   HTML26)    PDF(pc) (1314KB)(522)    收藏

运用Aspen Plus软件回归文献数据校正了碳酸二甲酯(DMC)-水(H2O)混合物的UNIQUAC热力学模型参数,并以该模型为基础分析了水作为萃取剂萃取精馏分离DMC-甲醇(CH3OH)-水三元混合物的分离原理,结合混合组分的三角相图和物料组成设计了反向萃取精馏工艺,发现选用水为萃取剂可以利用DMC-水的部分互溶特性,通过三塔精馏即可分离DMC-甲醇-水三元混合物,沸点较高的DMC和少量水由塔顶馏出,而沸点较低的甲醇和大部分水由塔底采出,避免了DMC-甲醇二元共沸物的形成。同时,在相同分离要求下设计了变压精馏工艺,通过对两个精馏工艺参数模拟优化,发现萃取精馏工艺的总冷凝负荷和总加热负荷分别为888.7kW和898.2kW,其总能耗较变压精馏工艺节约了47.2%,萃取精馏工艺的年总费用(TAC)比变压精馏工艺下降了48.8%。

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25. 功能性超疏水表面的构建及其应用进展
郑龙珠, 苏晓竞, 李红强, 官航, 古孜努尔·阿巴白克力null, 冯海洋, 韦业, 赖学军, 曾幸荣
化工进展    2021, 40 (5): 2634-2645.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2020-1284
摘要655)   HTML26)    PDF(pc) (3700KB)(441)    收藏

由于具有独特的液体润湿性,超疏水表面在工业生产和日常生活中具有广阔的应用前景,但其单一的超疏水性却难以满足在严苛环境和新兴领域中的使用需求。近年来,将表面超疏水性与自修复性、透明性、导电性等至少一种功能相结合的功能性超疏水表面已成为该领域的研究热点,对于延长其使用寿命并拓宽其在柔性电子、快速融冰融雪等新兴领域中的应用具有重要意义。本文简单介绍了超疏水表面的基本原理,然后综述了近年来功能性超疏水表面的研究进展,具体介绍了可修复、可拉伸、透明、磁性、导电及非对称浸润性的功能性超疏水表面的构建和应用,最后总结了目前该领域存在的一些问题,主要包括功能性有待于改善、制备工艺复杂、成本高、污染环境、耐久性较差等,并指出利用简单环保的方法开发出能够长期使用的功能性超疏水表面将会是该领域未来的主要发展方向,同时要注重推动其实际生产及应用。

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26. 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651)   HTML27)    PDF(pc) (1925KB)(1175)    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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27. 锂离子电池隔膜的发展现状与进展
于捷, 张文龙
化工进展    2023, 42 (4): 1760-1768.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2022-1183
摘要651)   HTML48)    PDF(pc) (1416KB)(937)    收藏

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

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28. 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646)   HTML47)    PDF(pc) (4124KB)(767)    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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29. 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642)   HTML47)    PDF(pc) (4442KB)(673)    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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30. 改性聚乙烯醇膜的研究进展
刘超, 董岸杰, 张建华
化工进展    2021, 40 (6): 3258-3269.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2020-1487
摘要640)   HTML17)    PDF(pc) (2215KB)(551)    收藏

聚乙烯醇(PVA)因其良好的化学稳定性、耐酸碱、耐有机溶剂性以及优异的成膜性和生物安全性,成为应用最广泛的亲水性膜材料之一。但亲水性PVA膜力学性能弱和耐水性能差等缺点严重限制其实际应用。近些年,人们通过共混、纳米复合、热处理、化学交联以及协同改性等方法对PVA膜进行了大量的改性研究工作并取得了众多成果。本文总结了不同PVA膜改性方法的特点及存在的问题,重点阐述了性能优异的填料在纳米复合改进PVA膜力学性能上的研究现状,简述了共混、热处理、化学交联对改性PVA膜的作用,强调了协同改性对提高PVA膜综合性能的重要意义,为设计和制备高性能的PVA膜提供一定的参考。指出改性后的PVA膜在水处理和食品包装领域具有良好的应用前景。

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31. 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640)   HTML47)    PDF(pc) (5839KB)(672)    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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32. 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639)   HTML50)    PDF(pc) (4948KB)(1136)    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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33. 热增强的光催化二氧化碳还原技术
罗志斌, 龙冉, 王小博, 裴爱国, 熊宇杰
化工进展    2021, 40 (9): 5156-5165.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2021-0632
摘要634)   HTML33)    PDF(pc) (4375KB)(753)    收藏

利用太阳光驱动二氧化碳(CO2)催化转化合成燃料是缓解能源危机和降低温室效应的理想途径。然而,当前面临的主要挑战在于CO2固有的化学稳定性使得光催化反应的转化效率低下。热量被认为是促进催化转化反应过程的重要推动力,可以有效提升光催化转化的效率。本文综述了不同形式的热增强光催化在CO2还原生产燃料方面的应用,包括外加热源的光催化CO2还原、光热效应促进的光催化CO2还原以及等离激元增强的光催化CO2还原体系。文章指出:热增强的光催化技术继承了光催化的高选择性和热催化的高反应活性的优势,实现了CO2还原反应的高效进行。具体分析如下:外加热源主要通过直接加热装置或者聚焦太阳光能实现,产物的生成效率明显增强,选择性影响不大;光热效应发挥着局部提高催化剂反应温度的作用,使能量利用效率更高,大幅度降低CO2还原反应所需的能量;等离激元效应除了发挥光热效应的作用,同时兼备增强光吸收、促进载流子分离和加速表面反应动力学的作用。文章最后指出,通过对反应机理进行深度研究,合理调控反应体系的反应条件,将极大促进热增强的光催化CO2还原技术发展,为CO2利用提供有效手段。

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34. 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631)   HTML58)    PDF(pc) (2852KB)(465)    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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35. 惰性气体影响乙烯爆炸极限参数及动力学特性
罗振敏, 刘璐, 苏彬, 宋方智
化工进展    2022, 41 (9): 4653-4661.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2021-2432
摘要629)   HTML7)    PDF(pc) (4149KB)(121)    收藏

为研究惰性气体对乙烯爆炸极限参数及动力学特性的影响,使用标准可燃气体爆炸极限装置和CHEMKIN软件,对比分析了N2和CO2对乙烯的爆炸极限、临界氧浓度和爆炸三角形的影响,通过模拟得到乙烯爆炸过程中温度、压力、·H、·O、·OH浓度变化,并进行了敏感性分析。结果表明,N2和CO2都使乙烯爆炸极限缩小,爆炸危险度减小,达到爆炸临界点时,N2添加量为60.1%,CO2添加量为43.3%,此时CO2惰化的临界氧浓度为11.1%,N2惰化的临界氧体积分数为7.7%。通过分析爆炸三角形,CO2惰化下的乙烯爆炸区和窒息比相比N2惰化下的明显减小。此外,N2和CO2均使乙烯的点火延迟时间增加,且爆炸后的温度和压力及自由基浓度均有所减小,通过对两种惰化条件下的乙烯爆炸过程中关键自由基变化的敏感性分析,发现R38、R46、R112、R119、R285、R294对·H、·O、·OH的生成起促进作用,R25、R173对·H、·O、·OH的生成起抑制作用,在降低敏感性系数方面,CO2抑制作用大于N2抑制作用,也从一定程度说明CO2的惰化效果优于N2的惰化效果。

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36. 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628)   HTML47)    PDF(pc) (436KB)(632)    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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37. 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625)   HTML54)    PDF(pc) (447KB)(428)    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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38. 液氢储运技术及标准化
陈晓露, 刘小敏, 王娟, 张邦强, 杨海波, 杨燕梅, 鲍威
化工进展    2021, 40 (9): 4806-4814.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2021-0162
摘要622)   HTML29)    PDF(pc) (802KB)(1084)    收藏

液氢作为一种高效的储氢方式,其应用前景十分广阔,但储运技术相对落后、储运环节标准化的缺失限制了液氢产业的快速发展。本文介绍了液氢特性及发展现状,对液氢存储容器类型和运输方式进行对比分析,调研了液氢国内外相关标准现状,并讨论了液氢产业发展对标准体系的迫切需求,阐述了液氢储运技术的难点和未来发展方向,并对液氢储运标准体系的建立进行展望。分析表明,减少液氢储罐的蒸发率、有效降低储运设备成本将是液氢储运技术未来重要的发展方向,液氢储运技术的发展需要建立健全的标准体系,液化天然气相关标准体系对液氢储运标准化具有重要的参考意义。

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39. 新型复合纳滤膜研究进展
陈宇昊, 刘家辉, 刘娟, 章洪斌, 孙海翔
化工进展    2021, 40 (5): 2665-2675.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2020-1094
摘要622)   HTML30)    PDF(pc) (3386KB)(401)    收藏

纳滤膜因操作压力低、通量高、具有分离选择性以及运行成本较低等优势引起越来越多的关注,目前已在苦咸水脱盐、污水治理和海水淡化等领域发挥着重要作用。界面聚合作为常见的制备聚酰胺纳滤膜的方法,其聚合反应进程的调控可以有效地调节纳滤膜的微观结构,进而对其分离性能产生重要影响。本文从复合纳滤膜的结构入手,总结了当前常用的提升纳滤膜性能的改性方法,包括优化分离选择层、构建中间层、调整底膜结构三个方面,讨论了界面聚合过程反应单体、添加剂种类、制备条件等对分离层结构和分离性能的影响,并分析了底膜的孔径、孔隙率、亲疏水性等理化性质对复合膜性能的影响以及不同类型中间层的优缺点。在此基础上,总结了当前业界内亟待解决的问题,并对纳滤膜的未来发展趋势进行了展望。

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40. 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
摘要615)   HTML49)    PDF(pc) (4034KB)(652)    收藏

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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41. 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604)   HTML32)    PDF(pc) (979KB)(983)    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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42. 超临界发泡法制备高性能热塑性高分子微/纳孔泡沫材料研究进展
王博, 冯东
化工进展    2021, 40 (6): 3270-3286.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2020-1321
摘要600)   HTML14)    PDF(pc) (4146KB)(298)    收藏

国民经济和高科技领域的飞速发展,对高分子泡沫材料的高强度及耐高低温性能、无毒无烟及本征阻燃、易加工成型等方面的要求进一步提高,通用高分子泡沫材料,如聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)等难以满足使用要求。因此,聚醚酰亚胺(PEI)、聚酰亚胺(PI)、聚醚砜(PES)、聚芳砜(PPSU)、聚苯硫醚(PPS)、聚醚醚酮(PEEK)等高性能热塑性高分子泡沫材料和制品的研究成为新的热点。本文对超临界流体发泡原理和超临界流体发泡技术进行了系统介绍,重点综述了超临界流体(supercritical fluid),如scCO2或scN2作物理发泡剂,结合各种发泡技术,如釜压发泡、注塑发泡、挤出发泡和珠粒发泡,在高性能热塑性高分子发泡领域中的应用及取得的研究成果,以期为高性能高分子材料的研究及应用提供借鉴。最后,对开发操作简单、所得泡沫制品尺寸精确的发泡技术作了展望。

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43. 复合固体推进剂用新型二茂铁类燃速催化剂研究进展
冯海涛, 刘晓菊, 张弛, 王艳丽, 马晓燕
化工进展    2021, 40 (5): 2560-2573.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2020-0884
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二茂铁及其衍生物是一类性能良好的复合固体推进剂燃速催化剂,较少的添加量便可调控推进剂的燃烧性能。然而结构简单、分子量小的二茂铁类燃速催化剂存在易迁移和易挥发等缺点,严重影响了推进剂装药的贮存寿命、使用可靠性及环境适应性。因此设计和合成具有低迁移、低挥发和高催化效率的二茂铁类燃速催化剂便成为这一领域研究的关键点。本文介绍了近年来已报道的新型二茂铁类燃速催化剂的合成方法、抗迁移挥发性和催化性能,指出了其存在的问题,并对该领域今后的研究方向进行了展望。低分子量的二茂铁化合物合成相对简单,催化性能优异,但迁移挥发趋势依然存在;二茂铁聚合物分子量大,能彻底解决二茂铁的迁移问题,但催化效率较低,合成工艺复杂。在这些新型燃速催化剂中,含能离子型二茂铁化合物迁移挥发性低、易于合成修饰、热稳定性好且高含氮量,有利于提高推进剂的能量水平,具有广阔的应用前景。

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44. 以生物质为原料的未来绿色氢能
岳国君, 林海龙, 彭元亭, 闵剑, 王梦, 熊强
化工进展    2021, 40 (8): 4678-4684.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1500
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目前开发氢能技术已具备了推广应用的基本条件,而发展生物质为原料的绿色氢能将有助于解决氢气来源绿色化与氢气储运成本两大问题。本文首先从解决氢能源发展制约因素、实现碳中和目标、加速生物质资源化能源化利用的角度阐述了发展生物质绿色氢能的意义。接着,从氢能产业的政策环境和技术成熟度分析出发,对我国氢能源的制取和储运技术发展现状及存在的问题进行了分析,比较高压、液氢和含氢化合物作为氢载体储运的几种方式,提出以生物质作为氢载体储运具有的突出优势。最后,探讨了生物质氢载体未来的发展方向,对氢生产和储运的多条技术路径成本和产业化前景进行了初步技术经济分析,指出以生物质为原料生产的甲烷、甲醇和乙醇有望成为最先实现产业化的储氢载体,在未来将有可能成为实现氢燃料电池“绿色化”的一种经济可行的方式。

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45. 聚多巴胺修饰纳米SiO2颗粒
马冠香, 杨令, 王亭杰
化工进展    2021, 40 (12): 6729-6737.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2021-0229
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纳米SiO2颗粒粒径小、比表面积大,广泛用做填料、涂料、催化剂等。由于纳米SiO2颗粒表面能高、亲水性强、易团聚、在聚合物基体中的分散性差,需要对其表面修饰改性。多巴胺(DA)分子具有类似贻贝分泌的黏附蛋白的结构单元儿茶酚和活性基团氨基,在碱性条件下,通过氧化自聚可在多种材料表面沉积,形成富含活性基团的聚多巴胺(PDA)包覆层,可进行二次修饰,是近期发展的一种新型表面修饰方法。本文针对纳米SiO2颗粒表面的PDA功能化修饰,分析了该修饰方法的工艺特点及优势,阐述了SiO2@PDA纳米颗粒及SiO2/PDA共聚复合颗粒的制备路线及应用,总结了SiO2@PDA颗粒表面二次功能化修饰的研究进展。分析表明,SiO2@PDA表面易于接枝功能化聚合物分子,并可负载功能纳米颗粒,有利于拓展SiO2纳米颗粒的多功能应用。关于多巴胺与SiO2纳米颗粒的表面反应机制、沉积动力学、聚合机理等仍需进一步研究。

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46. 天然气生物脱硫技术研究进展
陈郑, 赵秀梅, 穆廷桢, 杨茂华, 苗得露, 赵胥浩, 张建, 邢建民
化工进展    2021, 40 (5): 2471-2483.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2020-1123
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天然气作为绿色、高效的优质清洁能源,在我国能源结构中所占比例日益增加。因为天然气中含有一定量的有毒有害气体硫化氢,所以天然气在使用之前就需要脱除其中的硫化氢气体。生物脱硫是利用微生物脱除气体和废水中的含硫化合物,具有操作条件温和、能量消耗低、环境污染小、脱硫效率高、副产生物硫黄等优势。因此,天然气生物脱硫技术已成为天然气净化研究的热点之一。本文首先介绍了天然气中硫化氢气体的主要来源,回顾了工业上广泛应用的天然气脱硫技术(克劳斯法脱硫和络合铁法脱硫);随后阐述了生物脱硫的主要菌种以及脱硫机理,并重点介绍了天然气生物脱硫技术的典型工艺(Bio-SR脱硫和Shell-Paques脱硫)和新型工艺 (嗜盐嗜碱生物脱硫);最后指出了天然气生物脱硫技术的发展方向。

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47. 环境中短链氯化石蜡去除方法的研究进展
韩婉玲, 钱勇兴, 张会宁, 陈吉炜, 马建青, 张科锋
化工进展    2021, 40 (6): 3444-3454.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2020-1438
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短链氯化石蜡(SCCPs)是2017年新定义的持久性有机污染物(POPs),能对人体健康及生态环境造成重大危害。现阶段国内外关于SCCPs的研究工作主要集中在环境中SCCPs的分析检测方法和浓度水平分布规律,对SCCPs的高效去除方法及去除机理的研究较少。本文主要综述了现阶段SCCPs的有效去除方法,包括物化法(一般物化法和高级氧化处理)和生物法(细菌降解和植物吸收法),对比分析了这些方法的优缺点,讨论了不同方法去除SCCPs的影响因素、可能降解机理及途径,并通过类比借鉴,提出了其他具有可行性的去除SCCPs的方法。总体而言,虽然物化法去除效率高,但是成本高且操作条件苛刻,微生物法因经济环保而具有更大的发展潜力,但若将微生物法与物化法联用,则有可能发展成为最佳去除工艺。最后展望了环境中SCCPs去除方法的研究重点。

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48. 未来石化智能工厂顶层设计: 现状、对比及展望
王子宗, 高立兵, 索寒生
化工进展    2022, 41 (7): 3387-3401.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2022-0306
摘要581)   HTML67)    PDF(pc) (4498KB)(968)    收藏

国内石化智能工厂建设已有十年发展历史,目前正在进行智能工厂3.0的规划设计。石化智能工厂存在哪些挑战?石化智能制造有什么发展趋势?如何设计未来石化智能工厂?针对这三个问题,本文首先总结了石化智能工厂面临的挑战以及业务和技术能力需求。从工业软件、开放流程自动化、工程建设模式等三个视角分析了石化智能制造发展趋势,研究了国际灯塔工厂案例及启示。文章还阐述了石化智能制造的基本特征、内涵及演进路线,提出了未来石化智能工厂需要提升的5项关键能力和“六化”特征,提出了重点建设内容及智能场景规划思路,最后对未来发展进行了展望。

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49. 木质素多孔炭的制备及应用研究进展
曾茂株, 佘煜琪, 胡玉彬, 吴林军, 袁慢景, 漆毅, 王欢, 林绪亮, 秦延林
化工进展    2021, 40 (8): 4573-4586.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2020-2031
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木质素是一种具有三维网状分子结构、含有大量芳香基团和高含碳量等特点的天然高分子,其在制备多孔炭领域具有巨大潜力。多孔炭在催化剂和能源储存领域具有极大的应用前景。以来源于制浆造纸和生物炼制行业的副产物工业木质素作为原料制备多孔炭应用于能源储存、吸附、催化剂载体等领域,可实现工业木质素在碳基功能材料领域的高附加值循环再利用。本文详细综述了目前木质素多孔炭的常用制备方法和微结构特性的调控方法,总结归纳了各制备方法的主要特点以及影响木质素多孔炭微结构与性能的关键因素;重点综述了近些年对木质素多孔炭孔道结构调控方面的研究,归纳了孔调控的方法;此外,总结了木质素多孔炭在超级电容器、锂离子电池、吸附剂和催化剂载体领域中的应用研究现状,讨论了催化和储能材料对木质素多孔炭的微结构特性要求。总结并展望了木质素多孔炭在制备与应用中面临的机遇和挑战。

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50. 聚烯烃塑料的热解和催化热解研究进展
孙艺蕾, 马跃, 李术元, 岳长涛
化工进展    2021, 40 (5): 2784-2801.   DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2020-1274
摘要574)   HTML15)    PDF(pc) (2147KB)(1006)    收藏

通过热解和催化热解技术将废塑料转化为高附加值产品是一种有前途的回收途径,可解决废塑料对环境的污染问题并促进环境的可持续化,这种方法同时具有经济效益和明显的环境优势,为塑料的回收行业确立了未来的发展趋势。本文以石蜡、轻质芳烃(BTX)、低碳烯烃和苯乙烯等产品为出发点,阐述了不同聚烯烃塑料的热解特性,详细介绍了温度和停留时间对产品分布和收率的影响,然后基于聚烯烃空间结构的差异,讨论了不同催化剂作用下的热解机理,并对催化剂的酸强度和孔结构等影响因素进行了着重分析,以改善产品选择性。此外,文章简述了聚氯乙烯脱氯的三类过程,即热解脱氯、催化热解脱氯和吸附脱氯。最后指出催化热解过程中催化剂成本高、重复使用活性低等潜在问题,今后的研究应致力于优化工艺路线、开发价格低廉的新型催化剂。

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