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2018年 第37卷 第12期 刊出日期:2018-12-05
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    化工进展. 2018, 37(12):  0-0. 
    摘要 ( 93 )   PDF (7088KB) ( 321 )  
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    本期封面、中英文目次表
    化工进展. 2018, 37(12):  0-0. 
    摘要 ( 19 )   PDF (9446KB) ( 324 )  
    相关文章 | 多维度评价
    特约评述
    酶自固定化方法研究进展
    林源清, 李夏兰, 张光亚
    化工进展. 2018, 37(12):  4523-4532.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-0605
    摘要 ( 266 )   PDF (1888KB) ( 500 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    固定化酶有诸多优势,传统酶固定化方法通常需要外界辅助,但额外的固定化流程无疑会增加酶使用成本。近年来提出的酶自固定化则可在温和条件下实现自身固定化,简化固定流程,为降低酶的成本、促进酶的广泛应用提供了新思路。本文系统、深入介绍了无载体类型、自催化类型和自结合类型酶自固定化的方法,并指出其各自特点:无载体类型无需载体成本;自催化类型能有效降低载体成本,获得机械强度较高的固定化酶;自结合类型可在温和条件下易实现多酶固定。结合本文作者课题组的相关研究,阐述了酶自身催化的自固定化和蛋白或多肽介导的融合酶自固定化最新研究进展。最后指出当前研究的重点应致力于自固定化新方法的研发,为后期理性选择、合理组合自固定化方法奠定基础,以加快自固定化酶实际应用。
    化工过程与装备
    电火花改性表面池沸腾换热特性
    何照荣, 范志卿, 王大成
    化工进展. 2018, 37(12):  4533-4542.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-0399
    摘要 ( 259 )   PDF (9412KB) ( 353 )  
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    通过电火花成型加工技术在铜基换热表面制备微纳结构改性表面,以自制换热表面性能测试装置进行改性表面的池沸腾换热性能实验。改性表面随加工电流改变而具有不同粗糙度、孔隙率和粗糙度因子,表面接触角范围在117.4°~133.5°。实验结果表明,改性表面的微纳结构提高换热面的池沸腾换热效果,临界热流密度较光滑铜表面提高了26%~87.8%,最大传热系数提高了48.1%~213%。改性表面的传热系数随着粗糙度增大而减小,而临界热流密度则是先增大后减小;孔隙率的增大使得改性表面的传热系数也随之增大,临界热流密度则是随着孔隙率的增大而先增大后减小;临界热流密度随着粗糙度因子的增大而降低,传热系数则是先增大后降低。粗糙度对沸腾换热的强化效果较小,孔隙率和粗糙度因子是强化池沸腾换热的关键,孔隙率和粗糙度因子分别影响了气泡核化密度和实际接触面积,提高了气泡脱离频率,带走更多的热量,但两者间存在互相制约的平衡关系。
    蛋白土与硫酸铵煅烧反应产物及过程动力学
    刘阳钰, 贾宏伟, 潘永泰, 郑水林, 孙志明, 李铭哲
    化工进展. 2018, 37(12):  4543-4550.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-0522
    摘要 ( 277 )   PDF (3063KB) ( 379 )  
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    蛋白土具有良好的应用前景,但是其自然白度较低制约了其开发应用。蛋白土硫酸铵煅烧法可去除其中的显色金属氧化物,提高蛋白土的白度,同时提取其中Al2O3。本文采用热重-差示扫描量热(TG-DSC)、同步热分析与红外质谱(TG-FTIR-MS)联用系统,结合X射线衍射对煅烧过程的固相及气相产物进行了表征分析,明析了其化学过程。结果表明,蛋白土中的Al2O3和Fe2O3在200~350℃时反应生成(NH43(Al,Fe)(SO43,同时逸出NH3和H2O;350~450℃时,进一步反应转化为NH4(Al,Fe)(SO42,同时逸出NH3、H2O、SO2和O2;450~550℃时,NH4(Al,Fe)(SO42分解生成(Al,Fe)2(SO43,同时逸出NH3、H2O、SO2和O2;550~750℃时(Al,Fe)2(SO43分解生成Al2O3和Fe2O3,同时逸出SO2和O2。采用Kissinger微分法与Ozawa积分法分别计算出4个阶段表观活化能后取二者平均值,分别为101.74kJ/mol、104.52kJ/mol、201.40kJ/mol、232.51kJ/mol,并获得对应4个热化学反应阶段的频率因子、反应级数和动力学方程。
    理想范围内充液率对环路热管温度振荡的影响
    胡卓焕, 周宇仁, 许佳寅
    化工进展. 2018, 37(12):  4551-4557.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-0586
    摘要 ( 223 )   PDF (2067KB) ( 428 )  
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    为研究充液率对平板式环路热管(flat loop heat pipe,FLHP)温度振荡的影响,设计并制造了一类带有透明蒸发器外壳的平板式环路热管,以实现蒸发区域、吸液芯和储液槽内蒸汽与液体流动的可视化研究。实验通过改变充液率对环路热管的启动和运行特性进行分析,发现在低热负荷条件下,当充液率较低时的环路热管运行温度出现第一类周期性振荡,而充液率增高后的环路热管运行温度则出现第二类周期性振荡,两种振荡的区别在于储液腔内是否存在干涸现象。而对应的可视化研究揭示该类环路热管低负荷时储液槽内液体回流出现了不连续现象,这意味着管内工质动态分布不均并最终导致了温度振荡。同时随着热负荷的提高,环路热管内部工质动态分布亦趋于稳定,温度振荡得以改善。研究表明:针对该类环路热管,52%的充液率综合性能最优,其温度振幅较小,且能在更低热负荷下进入稳定状态并同时具有较低的壁面工作温度。
    聚合过程贝叶斯统计学习质量模式监测
    高爽, 郑年年, 栾小丽, 刘飞
    化工进展. 2018, 37(12):  4558-4564.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-0595
    摘要 ( 202 )   PDF (463KB) ( 381 )  
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    聚合过程由于反应机理复杂、过程非线性强等特点,使得其质量监控问题成为过程控制领域的研究难点和热点。本文结合聚合反应过程的特点,利用聚合生产过程中与聚合物的物性参数相关的过程参数数据,引入质量模式监测的概念,创新性地提出了基于模式指标的贝叶斯统计学习方法,以解决聚合过程的质量模式监测问题。首先利用主成分分析将观测空间数据的本质特征投影到低维空间,得到模式指标;然后,基于贝叶斯统计学习算法,根据后验概率对构建的质量模式进行判别;最后利用某化工厂提供的聚合反应釜的生产数据对所提方法进行验证。由于模式指标相比于质量指标如转化率、聚合速率等,更能反映聚合反应过程的一致性和产品品质,因此基于模式指标的贝叶斯判别法较基于参数指标的贝叶斯判别法更加准确,更能实现对聚合过程的质量监控。
    白钨矿连续酸浸槽内固体颗粒的流动特性实验及模型研究
    曹国祥, 唐忠阳, 李江涛, 李永立, 赵中伟, 伏虎
    化工进展. 2018, 37(12):  4565-4571.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-0701
    摘要 ( 193 )   PDF (2207KB) ( 404 )  
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    以停留时间分布(RTD)为评价指标,对硫磷混酸浸出白钨矿的连续浸出槽内固相颗粒流动行为进行实验研究。同时探究了进料流量、搅拌转速、连续浸出槽中物料进出口位置组合对固相颗粒流动行为的影响。实验结果表明:随着进口流量的增大,一开始槽内的返混程度得到了增强,量纲为1化方差变大,但是继续增大进口流量,进口处物料的横向迁移速度加强,使槽内流体流动趋向平推流,导致量纲为1化方差减小;量纲为1化方差随着搅拌转速的增大而增大,但是此时在槽下部区域会逐渐形成循环死区,槽内死区体积分数随之增大;平均停留时间随着物料进出口位置的变化而发生变化,下进下出的进出料位置组合其平均停留时间最大,且最接近理论平均停留时间。最后利用非理想流动模型来表征实验过程中的停留时间分布,模型拟合的停留时间曲线与实验测量的曲线吻合程度良好。
    气相质谱法研究CO2-O2钢液脱碳反应
    严红燕, 胡晓军, 罗超, 李晨晓, 朱荣, 周国治
    化工进展. 2018, 37(12):  4572-4578.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-1269
    摘要 ( 181 )   PDF (900KB) ( 460 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    采用气相质谱法研究了CO2-O2在Fe-C体系中的脱碳反应,将气相质谱仪用于气-液体系反应动力学研究,且研究体系具有重要的科研、经济价值。通过质谱分析脱碳反应,考察了气体取样口位置、CO2喷吹浓度、喷吹高度、气体流速、原始配碳量及反应温度对脱碳反应的影响。结果表明:气体取样口位置为1cm、气体喷吹高度为3cm、气体流速为150mL/min时为最佳气体喷吹条件。原始配碳量在4.0%~1.0%范围CO、CO2气体呈现3个阶段式变化,1.0%~0.4%呈现两个阶段式变化;在第一阶段中O2与碳发生反应生成CO2、CO的同时,CO2与碳也发生反应生成CO,确定原始配碳量为3.0%是最佳值。且反应温度越高越有利于脱碳反应的进行,达到1873K以后反应温度对脱碳反应的影响较小,确定1873K为最佳实验温度。质谱法测定的终点碳含量理论值与测量值基本一致,说明气相质谱法研究CO2-O2脱碳反应的实验数据是可靠的,可用于研究气-液体系反应动力学。
    转轮式分级器切割粒径的预测模型
    冯乐乐, 吴玉新, 王景玉, 张海
    化工进展. 2018, 37(12):  4579-4585.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-0366
    摘要 ( 221 )   PDF (725KB) ( 390 )  
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    针对转轮式分离器,建立不同结构参数及操作参数下的切割粒径预测模型有助于指导其设计和运行。基于相似理论以及对颗粒分离过程的分析,提出一种考虑结构参数的半经验模型,确定了模型参数,并通过实验以及文献报道的数据验证了模型的可靠性。与前人工作相比,此模型在不同的转轮分离器结构下显示出较好的通用性;此外,模型可以复现切割粒径随叶轮转速增大而先减小后增大的非单调关系,这是原有的半理论模型不能实现的。对不同结构转轮分离器性能的系统分析表明,较大的分离器入口面积及较小的导流角度可确保入口产生强旋流气流,进而使切割粒径对转速的敏感段在低转速区;而较小的分离器入口面积,或较高的入口风速可以提高对细颗粒的分离能力。对运行参数的研究表明,增大颗粒流率会减小切割粒径;调整叶轮转速可以灵活地改变切割粒径,适应不同的工作需求。
    能源加工与技术
    化学储热技术的研究现状及进展
    闫霆, 王文欢, 王程遥
    化工进展. 2018, 37(12):  4586-4595.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-0473
    摘要 ( 370 )   PDF (3805KB) ( 729 )  
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    化学储热技术通过可逆的化学反应来存储和释放热能,其储热密度远高于显热储存和相变热储存,不仅可以对热能进行长期储存几乎无热损失,而且可以实现冷热的复合储存,因而在余热/废热回收及太阳能的利用等方面都具有广阔的应用前景。本文将化学储热分为浓度差热储存、化学吸附热储存和化学反应热储存3类,并针对上述分类的特点及其应用,对化学储热技术进行了系统的归纳。其中主要概括了目前广为关注、有前景的储热材料,总结了化学储热技术当前的研究现状以及最新进展,并且回顾了将化学储热技术应用于储热研究的试验系统。同时,基于研究现状的分析,指出了此项技术需要进一步研究和解决的相关问题,以期为化学储热技术的发展和走向实际应用提供有价值的借鉴和参考。
    水合物法分离CH4/CO2研究现状及展望
    李璐伶, 樊栓狮, 温永刚, 李淇, 陈秋雄
    化工进展. 2018, 37(12):  4596-4605.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-2561
    摘要 ( 204 )   PDF (824KB) ( 417 )  
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    介绍了国内外水合物法CH4/CO2分离技术的研究现状。首先综述了针对该工艺的促进强化措施,主要包括热力学促进、动力学促进与综合促进。其中,热力学促进能改变反应条件,但会降低分离效率;动力学促进能提高反应速率,但不能改变反应条件;综合促进集合了前两者的优点,但技术还不成熟,是未来的研究重点。接着,讨论了针对该过程的数学模型,主要为热力学模型和动力学模型。目前,所建立的热力学模型多是针对无促进作用体系,且不能同时用于准确地计算相平衡条件和各项组成;动力学模型主要针对水合物生长过程。然后分析了针对该工艺的流程分析现状,即主要停留在实验阶段和平衡条件下的模型计算。最后,基于现状分析,认为提高反应效率,强化热力学、动力学促进和完善热力学、动力学模型等是今后主要的研究方向。
    油砂沥青超临界水热改质研究进展
    刘志远, 李永红, 徐磊, 朱江
    化工进展. 2018, 37(12):  4606-4615.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-2472
    摘要 ( 223 )   PDF (1492KB) ( 389 )  
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    油砂沥青超临界水热改质技术作为一种新型的绿色工艺,具有原料转化率高,体系结焦量少,脱硫、脱硝、脱重金属效果明显等优点;但迄今为止学术界对该过程的机理及相态变化情况仍无法进行准确的描述,尤其是对超临界水在体系中的作用仍存在争议。本文总结了油砂沥青超临界水热改质技术的机理,重点分析了超临界水在体系中的作用,简述了供氢剂和催化剂的研究情况,同时从相行为方面提出了提高体系改质效果的方法。分析表明超临界水在体系中的供氢效果并不显著,而更多的是以催化剂的作用存在。固体催化剂在该体系中的应用存在诸多缺陷,供氢剂的开发将成为油砂沥青超临界水热改质技术的发展方向,且供氢剂和自由基引发剂的应用将极大缓和工艺条件、降低设备要求,有利于促进该工艺的工业化。
    碱处理HZSM-5分子筛对神东煤热解产物分布的影响
    张妮娜, 张壮壮, 李刚, 徐龙, 兰婷玮, 高婷, 马晓迅
    化工进展. 2018, 37(12):  4616-4624.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-2521
    摘要 ( 185 )   PDF (1824KB) ( 382 )  
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    使用NaOH溶液对HZSM-5分子筛进行处理,利用粉-粒流化床快速热解实验装置,考察了经过不同时间碱处理的HZSM-5分子筛对神东煤热解产物分布的影响。结果表明:适当的碱处理能够在不破坏HZSM-5分子筛晶相结构的情况下在晶体内部引入介孔,且随着碱处理时间的延长,分子筛的介孔孔容、介孔比表面积增加,孔径分布变宽,总酸量先增大后减小。碱处理0.5h的HZSM-5分子筛催化时焦油中苯、甲苯含量最大,较原煤热解分别增加了268%、296%;碱处理2h的HZSM-5分子筛催化下热解气体总含量达到最大,较原煤热解增加了24.8%;碱处理4h的HZSM-5催化时焦油中萘及萘的同系物、多环芳烃(除萘类)含量最大,分别较原煤增加了92%、192%。
    CaCl2-LiNO3/H2O三元工质对的热物性及应用
    李娜, 李艺群, 罗春欢, 苏庆泉
    化工进展. 2018, 37(12):  4625-4637.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-0419
    摘要 ( 187 )   PDF (704KB) ( 469 )  
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    围绕以LiBr/H2O为工质对的单级太阳能吸收式制冷循环因对太阳能集热温度要求高而难以实现产业化工程应用的问题,本文提出了一个创新性的技术途径。即以改变工质对的吸收特性为切入点,探索具有优于LiBr/H2O的制冷吸收特性的新工质对。研究发现,CaCl2/H2O溶液具有良好的制冷吸收特性,并从利用CaCl2/H2O的制冷吸收特性出发,筛选出了制冷吸收特性明显优于LiBr/H2O、以廉价CaCl2为主成分的新工质对,即CaCl2-LiNO3(1.8:1)/H2O。系统地测定了其结晶温度、饱和蒸气压、密度、黏度、比热容和比焓,并与LiBr/H2O进行了比较。结果表明,采用CaCl2-LiNO3(1.8:1)/H2O作为单级太阳能吸收式制冷循环的工质对时,在同一制冷工况条件下,其发生温度亦即太阳能集热温度比采用LiBr/H2O的情况低6.9℃,且浓溶液的结晶温度为5.0℃,比发生器温度低69.1℃,比吸收器温度低32.0℃,因而运行时不会出现结晶问题。另外,采用浸泡失重法测定了Q235碳钢和T6紫铜在CaCl2-LiNO3(1.8:1)/H2O中的腐蚀速率,并与LiBr/H2O的情况进行了比较,结果表明其腐蚀性较低,可满足实际工程应用的要求。
    相变蓄能-热泵多能互补供能系统冬季性能分析
    蔡俊杰, 全贞花, 王岗, 姚孟良, 刘新, 赵耀华
    化工进展. 2018, 37(12):  4638-4645.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-0716
    摘要 ( 213 )   PDF (1972KB) ( 425 )  
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    研发了一种新型相变蓄能-热泵多能互补供能系统,该系统冬季可利用水结冰过程释放的潜热作为水源热泵的低温热源,再通过空气能融冰将热量储存于蓄能水箱中,可使系统保持较高的运行性能,同时解决了传统空气源热泵结霜问题。本实验对相变取能供暖、融冰蓄能及空气能直接供暖3种冬季运行模式进行实际测试及理论分析。结果表明,相变取能供暖模式下,平均机组性能系数(COP)达2.80,系统COP达2.10;融冰蓄能模式下,蓄能水箱循环载冷剂进出口温差维持在2℃左右,融冰时长为7h;空气能供暖模式下,平均机组COP达2.73,系统COP达1.93。系统性能在3种运行模式下较为稳定,性能较好。同时对系统节能量、CO2减排量及经济性进行了分析。该综合供能系统节能减排效果较为显著,为寒冷地区的农村建筑采暖、"京津冀"煤改电政策的实际推广,提供了新的技术方案。
    毛细管网为末端的小型溴化锂吸收式制冷系统变工况实验研究
    朱茂川, 周国兵
    化工进展. 2018, 37(12):  4646-4653.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-0578
    摘要 ( 202 )   PDF (744KB) ( 381 )  
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    对毛细管网为末端的小型溴化锂吸收式制冷系统进行实验研究,分析了不同热源水温度、热源水流量、冷却水流量和冷媒水流量分别对溴冷机性能、冷媒水供水温度以及房间温度的影响。实验得出该系统相对较优外部工况为:热源水温度90~92℃,热源水流量1.5m3/h,冷却水流量4m3/h,冷媒水流量2.5m3/h。实验结果表明,提高热源水温度和冷却水流量可以明显增大机组供冷量,但也存在冷媒水供水温度降低,可能造成结露的问题;热源水流量对机组制冷量和冷媒水供水温度影响较小,不适于作为动态调节的依据;改变冷媒水流量是调节系统供冷能力和避免结露的有效手段,冷媒水流量从1.0m3/h升高到2.5m3/h,制冷量升高92.1%,冷媒水供水温度也从16.7℃上升到17.7℃。实验为今后以毛细管网为末端的小型太阳能溴化锂吸收式制冷系统应用调节提供依据和指导。
    工业催化
    富氧条件下金属催化CO还原NO的研究进展
    张国祥, 陈晓晖
    化工进展. 2018, 37(12):  4654-4661.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-0080
    摘要 ( 246 )   PDF (526KB) ( 473 )  
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    CO广泛存在于燃煤烟气及汽车尾气中,利用未完全燃烧的CO催化还原NO可同时脱除NO和CO,过程中催化剂起着决定性作用。本文对近年来含氧条件下CO催化还原NO的研究成果进行了系统梳理,重点关注了Pd系、Ir系、Cu系、其他贵金属及金属氧化物催化剂的研究进展,分析了催化剂制备方法、掺杂改性及反应条件对催化性能的影响,同时考察了O2浓度、H2O以及SO2对催化反应的影响,总结并对比了不同体系催化剂的活性位点及其催化机理,指明了O2在催化还原过程中的抑制机理,得出了几种体系催化剂催化CO还原NO的活性顺序。最后,针对富氧条件下CO催化还原NO所存在的问题和难点,提出深入研究O2抑制机理、降低贵金属用量、添加活性助剂是今后的研究方向。
    二甲醚水蒸气重整制氢催化剂的研究进展
    臧云浩, 党海峰, 花开慧, 范洪波, 董新法
    化工进展. 2018, 37(12):  4662-4668.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-2705
    摘要 ( 303 )   PDF (360KB) ( 378 )  
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    高品质氢气的在线稳定供给是质子交换膜燃料电池(PEMFC)商业化的瓶颈和亟待解决的关键问题,以二甲醚为原料经水蒸气重整制取氢气是近中期最为现实和有效的氢源供给方案之一。本文总结和评述了近期二甲醚水蒸气重整制氢催化剂的研究进展,主要集中在固体酸催化剂中氧化铝和HZSM-5分子筛酸强度、酸类型以及结构的调变对性能的影响,同时对金属催化剂特别是Pd基贵金属催化剂和Zn基催化剂的研究现状、整体式催化剂以及催化剂的失活与再生的相关研究进行了重点介绍。根据对相关研究结果的总结,提出今后该领域的重要研究方向为:开发新型In2O3催化剂;构建具有多级孔、纳米结构的催化剂体系;创制具有特殊结构的催化剂(以多级孔分子筛/氧化铝为核,连续无缺陷的金属催化剂为壳)。
    选择性催化加氢合成氯代苯胺最新进展
    齐亚妮, 冯振龙, 季豪克, 王昊, 朱倩文, 张雪洁, 周烨彬, 卢春山, 李小年
    化工进展. 2018, 37(12):  4669-4678.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-0200
    摘要 ( 210 )   PDF (521KB) ( 580 )  
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    如何抑制脱氯氢解副反应是实现高效绿色合成氯代芳胺的核心问题。依据氯代硝基苯催化加氢合成氯代苯胺反应的抑制脱氯方法,选择性加氢催化剂设计思路可分为调变催化剂金属组分与载体的相互作用,制备双/多金属催化剂、非晶态合金催化剂、聚合物稳定的贵金属催化剂和杂原子修饰的贵金属催化剂等。本文分别综述了近年来各类抑制脱氯方法的研究进展及抑制脱氯机理,并进一步分析比较了不同反应介质对催化反应性能的影响。现有研究表明,杂原子修饰的贵金属催化剂表现出更好的催化性能,无溶剂条件下合成氯代苯胺彰显了绿色友好化工理念。两者有望成为今后的研究热点。
    分子筛催化异丁烷/丁烯烷基化反应的失活行为及对策分析
    杜延年, 周祥, 周涵, 郭锦标
    化工进展. 2018, 37(12):  4679-4686.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-0035
    摘要 ( 176 )   PDF (590KB) ( 586 )  
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    分子筛在催化异丁烷/丁烯烷基化反应过程中表现出良好的催化活性和择形选择性,但反应过程易生焦,导致催化剂寿命较短。本文对分子筛的宏观失活过程、焦组分的定性表征分析和失活分子筛的处理对策进行了综述,发现目前对焦组分的定性和定量分析并不全面,而现有的结论多是基于实验现象的宏观推测,导致分子筛的失活机理研究并不明确;在失活处理对策方面,再生后的分子筛活性不理想且工艺复杂、投资较大。本文在总结焦组分的结构特征基础上,以焦组分模型化合物为导向,对其生焦路径进行了推导,为从动力学角度进行焦组分的定量研究提供了可能性。另外多角度分析了分子筛生焦失活原因,并提出微观层面界定焦组分对分子筛性能影响的差异性是进一步研究烷基化反应分子筛失活机理的方向。
    钐掺杂对锰基催化剂的NO分解性能影响
    杨梅君, 马艳娇, 涂溶, 章嵩
    化工进展. 2018, 37(12):  4687-4692.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-0203
    摘要 ( 202 )   PDF (3021KB) ( 449 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    采用共沉淀法,以乙酸锰为前体,pH为10,焙烧温度为700℃时,制备得到不同含量钐元素(Sm)掺杂锰基催化剂,研究Sm掺杂对催化剂物相、形貌、比表面积及NO催化转化能力的影响。结果表明:Sm掺杂有利于活性物质MnO2的生成,Sm/Mn摩尔比为0.05时,锰基催化剂在100~700℃的整个温度窗口内,NO的转化率都较高,且在温度高于150℃时NO转化率超过80%。钐嵌入锰晶格形成钐锰固溶体,三价钐取代四价锰,在催化剂中形成阴离子空位,产生缺陷,表面缺陷位增多使得活性位点增加,促进了催化反应。
    载体对铁基整体式催化剂上丙烯催化还原NO的影响
    周皞, 葛梦瑶, 伍士国, 叶必朝, 苏亚欣
    化工进展. 2018, 37(12):  4693-4700.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-0150
    摘要 ( 186 )   PDF (2544KB) ( 407 )  
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    以Al2O3、SiO2和TiO2为载体,采用凝胶-溶胶法和浸渍法制备铁基堇青石整体式催化剂,并对其丙烯选择性催化还原NO性能进行了研究。通过N2物理吸附/脱附、XRD、SEM、H2-TPR、Py-FTIR和原位DRIFTS技术对催化剂进行了表征。不同载体对催化剂的表面酸性、氧化还原性能、比表面积和表面形貌有显著影响,从而导致丙烯还原NO的催化活性明显差异。C3H6-SCR的催化活性按Fe/Al2O3/CM > Fe/SiO2/CM > Fe/TiO2/CM依次降低。在450℃的有氧条件下,在Fe/Al2O3/CM上催化C3H6还原NO效率可达到100%,这主要是因为较好的氧化还原性能和丰富的Lewis酸性位。基于原位的DRIFTS研究表明,Lewis酸性位的增加有助于促进形成NO2/NO3-物种,从而提高了催化性能。
    Ce掺杂ZnO光催化氧化脱硫性能
    梁鹏举, 管荣新, 王伟华, 秦少伟, 穆金城, 丁慧萍, 姜建辉
    化工进展. 2018, 37(12):  4701-4708.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-0261
    摘要 ( 189 )   PDF (1053KB) ( 365 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    以水热反应制备前体和随后高温煅烧的方法制得了稀土元素Ce掺杂的ZnO光催化剂。利用X射线衍射、紫外可见、扫描电镜和能谱仪(EDS)对样品进行了物理性质表征,考察了催化剂制备条件、催化剂中Ce、Zn掺杂比和实验条件对催化剂光催化氧化脱硫性能的影响。结果表明,Ce和Zn的摩尔比对Zn(1-xCexO催化剂的光催化氧化脱硫性能有显著影响;最佳条件100℃水热反应4h、300℃煅烧2h,制得的Zn0.89Ce0.11O催化剂在模拟油200mL(含硫量300mg/L)、n(O)/n(S)为39(H2O2 15mL)、催化剂0.3g和紫外光照射1.5h的条件下脱硫率高达98.9%,经过5次再生循环使用后脱硫率没有明显降低。
    材料科学与技术
    有机-无机复合相变材料的研究进展
    何媚质, 杨鲁伟, 张振涛
    化工进展. 2018, 37(12):  4709-4718.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-0042
    摘要 ( 345 )   PDF (2286KB) ( 643 )  
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    有机相变材料具有过冷度小、无相分离、蓄热强等优势,在相变储热领域一直受到广泛的关注。然而,较低的热导率、液相泄漏和较差的热稳定性成为限制其应用的瓶颈缺陷。近几年,有机-无机复合相变材料的研究成为新的热点,极大地促进了有机相变材料的应用和发展。本文综述了常见的提高有机相变材料导热性能的高导热性纳米材料,以及制备有机-无机定形复合相变材料常选用的多孔支撑材料,并从制备方法、作用方式和热物性等方面介绍了有机-无机复合相变材料,复合相变材料相比于单一纯相变材料具有诸多优越的性能。预测有关结构优化、封装工艺并与高效储能系统结合的研究会成为有机-无机复合相变材料未来的发展趋势。
    生物医用硅橡胶表面抗菌性能改造研究进展
    李兆双, 李建芳, 刘鹤, 商士斌, 宋湛谦
    化工进展. 2018, 37(12):  4719-4725.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-0010
    摘要 ( 252 )   PDF (394KB) ( 538 )  
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    硅橡胶材料由于其优越的力学性能及良好的生物相容性,广泛应用于生物医学领域。但使用过程中易引发细菌感染,严重阻碍其临床应用,因此硅橡胶材料的抗菌性能改造成为国内外专家的研究热点。本文综述了近些年关于硅橡胶表面抗菌性能改造的研究成果,介绍了硅橡胶表面的亲水性改造以及不同种类的杀菌剂涂层对材料表面的改性可以有效地提升其抗菌性能。最后对硅橡胶表面抗菌性能改造研究进行展望,指出将亲水化合物与杀菌剂相结合制备出具有抗粘附及杀菌效果的双功能抗菌涂层对硅橡胶表面抗菌性能改造将成为下一步研究重点,同时采用天然可再生资源为原料开发抗菌涂层也将成为重要的研究方向之一。
    纳凝胶的制备、性能及应用进展
    刘流, 张颂红, 贠军贤, 姚克俭
    化工进展. 2018, 37(12):  4726-4734.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-0144
    摘要 ( 271 )   PDF (464KB) ( 399 )  
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    纳凝胶(nanogels)具有比表面积大、负载量高、分散稳定、刺激响应性等优点,在生物医药、化工和新材料等领域有广阔的应用前景。本文对制备纳凝胶的物理和化学交联等常规方法及微流控、电喷射、电芬顿法等新方法进行了综述,阐述了各种方法的制备原理与优缺点;对纳凝胶的生物相容性和降解性、溶胀性、稳定性等基本性能作了介绍,特别对其刺激响应性作了重点调研;并对其在药物控释、生物传感器、酶固定化、分子成像、增塑剂、水处理等方面的应用研究进展进行了归纳。最后结合纳凝胶在制备方法及应用中存在的实际问题,指出新型凝胶基质、纳凝胶表面改性及绿色可控制备方法等是今后纳凝胶研究的重要方向。
    聚丙烯/碳纳米管复合材料的研究进展
    彭文理, 张文学, 黄安平, 高琳, 陈振斌, 朱博超
    化工进展. 2018, 37(12):  4735-4743.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-0377
    摘要 ( 266 )   PDF (2308KB) ( 396 )  
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    聚丙烯(PP)作为通用型热塑性塑料,具有物理性能优异、成型加工简单、密度小以及原料来源丰富等优点,广泛应用于电器、汽车和包装等行业。但是PP具有韧性差、低温脆性突出、抗冲击性能不佳、介电常数低、制品尺寸稳定性差等诸多缺点。碳纳米管(CNT)不仅具有独特的管状结构,还具有优异的力学、导电、导热以及耐磨等性能。将CNT和PP进行复合并制备出具有导电、导热、耐磨等高性能复合材料具有广阔的应用前景。因此,本文重点综述PP和CNT复合材料的新进展,主要包括结晶行为、力学性能、电学性能、摩擦性能、导热性能以及其他性能。针对现阶段PP/CNT复合材料研究和开发过程中存在的问题提出意见和建议,并对PP/CNT复合材料的未来发展做出展望。
    聚丁二酸丁二醇酯/聚乙二醇硬脂酸酯共混物非等温结晶行为
    黄勇, 刘俊红, 肖金富, 何凤霞
    化工进展. 2018, 37(12):  4744-4751.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-0353
    摘要 ( 231 )   PDF (1674KB) ( 662 )  
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    以聚丁二酸丁二醇酯(PBS)和聚乙二醇硬脂酸酯(PEOST)为原料,采用溶液共混法制备了PEOST质量分数分别为10%(POS-10)和30%(POS-30)的两种合金材料。通过差示扫描量热法(DSC)研究了合金材料的非等温结晶行为,用莫志深(Mo)法分析了PBS的非等温结晶动力学,采用Kissinger法和Friedman法计算PBS的结晶活化能,并用红外(FTIR)和偏光显微镜(POM)进行表征。研究结果表明:PBS先结晶形成结晶微区不利于PEOST结晶,而较高含量的PEOST有利于PBS的结晶。受PBS先结晶的影响,POS-10降温DSC曲线没有出现PEOST的结晶峰,而POS-30在低的降温速率情况下出现了PEOST双结晶峰;升温DSC曲线中两试样均出现了PEOST的熔融峰。在相同的冷却速率下,POS-30的PEOST熔融温度(Tm)和熔融焓(△Hm)大于POS-10;POS-30的PBS结晶峰温度(Tp)、结晶焓(△Hc)大于POS-10,而结晶半峰宽(D)值更小;但两者的Tm和△Hm相当。随冷却速率的增加,PBS的D值增大,而PEOST的D值却降低;冷却速率的增加对PBS的Tm值影响不大,但使PEOST的Tm略有减小。Mo法适合用于共混物中PBS的非等温结晶动力学分析。POS-30的PBS绝对值结晶活化能要大于POS-10。POS-30在红外光谱谱图中出现了PEOST结晶的红外响应峰(1109cm-1和841cm-1)而POS-10没有。
    增韧导热环氧树脂/氮化硼复合材料的制备与表征
    徐晨, 武向南, 张庆新, 瞿雄伟
    化工进展. 2018, 37(12):  4752-4757.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-0389
    摘要 ( 235 )   PDF (3108KB) ( 329 )  
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    采用种子乳液聚合方法制备了聚(丙烯酸正丁酯/甲基丙烯酸甲酯-co-甲基丙烯酸缩水甘油酯)核壳增韧剂(PBMG),并用湿法球磨与超声辅助相结合的方法对六方氮化硼(h-BN)进行改性,制备的改性氮化硼(MBN)可提高环氧树脂(EP)的热导率。最后采用机械共混方法制备了环氧树脂/增韧剂/改性氮化硼(EP/PBMG/MBN)复合材料。通过透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、动态激光光散射(DLS)、热导率和力学性能等测试对核壳增韧剂的粒子形成、改性氮化硼和复合材料进行了表征。结果发现:最终制备的聚丙烯酸酯乳胶粒子呈现明显的核壳结构,且粒度分布很窄。当聚丙烯酸酯增韧剂添加量为5%、改性氮化硼为8.99%时,环氧树脂/增韧剂/改性氮化硼复合材料的冲击强度和热导率比纯环氧树脂(EP)的分别提高了133%和171%。随着未来的基板材料要求有效的热耗散,这种复合材料有望用于微电子工业上。
    氧化石墨烯/磺化聚苯并咪唑高温质子交换膜的制备和表征
    张琪, 潘丽燕, 徐荣, 周守勇, 钟璟
    化工进展. 2018, 37(12):  4758-4764.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-0430
    摘要 ( 199 )   PDF (1291KB) ( 240 )  
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    通过共混法和原位聚合法成功制备氧化石墨烯(GO)/磺化聚苯并咪唑(SPBI)质子交换复合膜。用FTIR及TEM表征了复合膜的结构,并测试了复合膜的热稳定性、力学性能、尺寸稳定性、含水率、酸掺杂率、氧化稳定性及质子电导率,重点考察不同制备方法、GO的加入对GO/SPBI质子交换复合膜结构和性能的影响。实验结果表明,GO在Y-GO/SPBI-1%复合膜中呈薄片状并良好分散。添加GO后复合膜的力学性能大幅提高,拉伸强度相较于Nafion 117膜(26.65MPa)提高了2.5倍。Y-GO/SPBI-1%复合膜热稳定性稍高于G-GO/SPBI-1%复合膜。Y-GO/SPBI-1%复合膜拥有与SPBI膜相当的含水率,比G-GO/SPBI-1%复合膜的含水率提高了51.36%,表明原位聚合法制备的膜具有良好的保水能力。原位聚合法制备的复合膜具有更高的酸掺杂率和更低的酸溶胀度,提高了膜的尺寸稳定性。Y-GO/SPBI-1%质子交换复合膜在相对湿度40%、160℃下具有最高的质子电导率0.113S/cm。GO上的含氧官能团有助于复合膜中质子的跳跃,原位聚合法使GO更均匀地分散在SPBI基质中,对复合膜质子电导率的提高起到关键作用。
    二苯基金刚烷改性3,6-咔唑共聚物的合成及性能
    柳滢春, 郭建维, 罗涛, 王伟彬
    化工进展. 2018, 37(12):  4765-4772.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-1406
    摘要 ( 188 )   PDF (740KB) ( 381 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    咔唑类蓝色发光材料固有的低玻璃化转变温度严重限制了实际应用,为了解决这个问题,本文制备了一种高稳定性聚咔唑蓝光材料。以单体3,6-二溴-9-(2-乙基己基)咔唑和N-(2-乙基己基)-3,6-二(4,4,5,5-四甲基-1,3,2-二氧硼戊烷-2-基)咔唑、1,3-二(4-溴苯基)金刚烷为原料,以四(三苯基膦)钯为催化剂,通过调整单体比例,经Suzuki反应合成了数均分子量约3500~6000的3,6-咔唑-二苯基金刚烷共聚物。差热扫描量热测试结果表明,在加入摩尔分数分别为10%、30%和50%的二苯基金刚烷后,共聚物玻璃化转变温度从3,6-咔唑均聚物的66℃分别显著升高至78℃、93℃、106℃,热重测试的失重5%热分解温度同样随着二苯基金刚烷含量的升高而升高。低含量二苯基金刚烷改性共聚物的荧光量子产率较3,6-咔唑均聚物高,显示了优良的荧光传递特性。且共聚物薄膜态时的最大荧光发射波长均处于蓝光最适波长范围内。研究结果表明:二苯基金刚烷的加入显著改善了咔唑聚合物的热稳定性能,还改善了发光性能,制备的共聚物是一种非常有应用前景的新型蓝光材料。
    废菌渣基微/中孔活性炭的制备与结构表征
    张蒙蒙, 陈雄木, 李领肖, 赵风清
    化工进展. 2018, 37(12):  4773-4781.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-0356
    摘要 ( 210 )   PDF (5522KB) ( 244 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    利用微波与碱液的协同作用脱除废菌渣中的含氮物质,脱氮后的滤渣用于制备活性炭,旨在减少氮氧化物排放,实现废菌渣的清洁化利用。分别以碘吸附值和亚甲基蓝吸附值为目标,采用响应面法(Box-Behnken)得到两种孔径活性炭的定向制备条件。①微孔活性炭:活化时间1h,活化温度425℃,ZnCl2质量分数20%,浸渍比1:3.85。产品的碘吸附值为884.76mg/g,平均孔径为1.83nm。②中孔活性炭:活化时间2h,活化温度600℃,ZnCl2质量分数30%,浸渍比1:4。产品的亚甲基蓝吸附值为448.65mg/g,平均孔径为3.15nm。利用扫描电镜、红外光谱等手段对活性炭结构进行表征,发现在活性炭表面形成了大量的表面官能团,包括羧基、羟基、内酯基等。
    铜基碳纳米管复合薄膜载流性能分析
    刘璇, 李必奎, 李明, 王鹏波
    化工进展. 2018, 37(12):  4782-4790.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-0226
    摘要 ( 177 )   PDF (6085KB) ( 235 )  
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    碳纳米管和铜纳米线的纳米复合膜兼具铜纳米线的电学性能与碳纳米管的力学性能,合适配比的复合膜具有优良的电学性能,对于金属基复合材料的研究具有重要意义。理论上复合材料的电学性能主要受复合成分和成分配比的影响最大。本文利用单一变量法,在铜纳米线的导电性能提升上,分析了反应时间、NaOH纯度、乙二胺含量以及水浴反应温度等对生成铜纳米线长径比的影响;在碳纳米管的导电性能增加上,分析了烧结温度、匀质、退火还原及机械压制对碳纳米管电学性能的影响。利用优化后碳纳米管与铜纳米线制备了一系列不同配比的CuNWs/CNTs复合薄膜,对复合薄膜的电学性能进行实验论证。结果表明:当反应时间为1h、NaOH为分析纯、乙二胺含量为1mL及水浴温度为70℃时,铜纳米线的导电性最佳;当烧结温度为常温、匀质压力500MPa、连续匀质3次、退火温度500℃、保温时间1h、压制力6N、压制时间10min时,碳纳米管的导电性最佳;当CuNWs体积分数为49.04%时,复合薄膜导电性能最佳,载流性能最好,分别达到9.58×10-5Ω·m和159.09A/cm2
    水浸泡和潮湿环境下CO2侵蚀对水泥基材料孔结构的影响
    周辉, 郑俊, 胡大伟, 张传庆, 卢景景, 高阳
    化工进展. 2018, 37(12):  4791-4798.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-0086
    摘要 ( 226 )   PDF (4854KB) ( 191 )  
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    引水隧洞等地下工程结构处于复杂的水环境。引水隧洞运行和检修期,混凝土结构分别处于水浸泡和潮湿环境,其服役环境下CO2对混凝土结构的侵蚀作用与大气环境下的碳化作用存在一定差异。本文采用氮吸附法分析水浸泡和潮湿环境下CO2侵蚀后水泥基材料的孔结构,并与大气环境下侵蚀后的孔结构作对比。研究结果表明:CO2侵蚀作用下,水泥基材料吸附能力提高,而水浸泡和潮湿环境下水泥基材料碳化后吸附能力较大气环境下要大;CO2侵蚀后,水泥基材料小孔隙数量明显增多而大孔隙数量减少,而水浸泡和潮湿环境下水泥基材料小孔隙数量较大气环境下要多,其中水浸泡环境下水泥基材料总孔体积、平均孔径以及所有孔径的孔隙数量均大于潮湿环境,水浸泡环境会进一步加剧孔隙的发育和扩展。
    自发式气调共混膜的制备及性能分析
    何家鹏, 何其, 董浩, 杨小翠, 李煌, 肖凯军
    化工进展. 2018, 37(12):  4799-4805.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-0151
    摘要 ( 194 )   PDF (2107KB) ( 304 )  
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    以磺化聚醚醚酮(SPEEK)和聚偏氟乙烯(PVDF)为原材料,制备自呼吸式气调共混膜,并对其气调特性及保藏效果进行分析。利用SEM、DSC等手段研究SPEEK与PVDF之间的相容性,杂合制备共混膜,通过一系列测试手段分析共混膜的孔径分布、透气性等,并应用于花椰菜的气调保藏。结果表明:通过改变SPEEK与PVDF的混合比例,可以制备出不同透气性的气调膜。不同比例的共混膜对纯CO2的渗透系数范围为1.05×10-10~1.495×10-9cm3·cm/(cm2·s·cmHg),对纯O2的渗透系数范围为0.19×10-10~2.97×10-10cm3·cm/(cm2·s·cmHg)。将所制备的共混膜应用于花椰菜的气调保藏时,气调包装内CO2浓度在3.7~9.1h后达到平衡状态,终浓度保持在体积分数4.4%~7.8%;O2的浓度在5.5~9.6h后到达平衡状态,终浓度保持在体积分数4.2%~9.2%,该气体组分适宜花椰菜的长期气调保鲜。根据膜的调节范围和保藏实验可推测,该共混膜可应用于多种新鲜果蔬产品的自发性气调保藏。
    新型无机复配缓蚀剂对钠基膨润土中Q235钢的缓蚀作用
    唐思哲, 胡家秀, 赵健, 柯伟, 王维斌
    化工进展. 2018, 37(12):  4806-4813.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-0096
    摘要 ( 199 )   PDF (7437KB) ( 219 )  
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    钠基膨润土是电网工程上常用的降阻剂,可以保证接地网良好的接地导通性,向其中加入缓蚀剂是降低接地网材料腐蚀的有效方法。本文采用动电位极化和电化学阻抗谱(EIS)研究了新型复配缓蚀剂(Na2B4O7、Na2MoO4、NaNO2)和各单组分缓蚀剂在0.75%、1.50%和3.00%质量分数下对接地网常用的Q235钢在钠基膨润土降阻剂中的缓蚀行为。用埋片失重法、SEM、XPS分析了腐蚀速率、腐蚀形貌和腐蚀产物。结果显示Q235钢在钠基膨润土降阻剂中会产生较严重的腐蚀,主要腐蚀产物为Fe2O3以及少量FeOOH。Q235钢在高含水钠基膨润土中的腐蚀受电荷转移控制,复配缓蚀剂可大幅提高电荷转移电阻和电化学阻抗。该无机复配缓蚀剂在保证降阻剂体系较低电阻率的同时具有优良缓蚀效果。在1.5%和3.0%质量分数下,短时和较长期埋放缓蚀效率均可达99%以上。在相同浓度情况对比下,复配缓蚀剂体系中Q235钢的年腐蚀速率比单组分缓蚀剂体系中更低,并且复配体系的电化学阻抗和电荷转移电阻更高,有着明显的协同效应,具有工程推广价值。
    生物与医药化工
    乳酸脱氢酶的分离纯化及其催化合成苯乳酸的研究进展
    富敏霞, 祝铃钰, 贠军贤
    化工进展. 2018, 37(12):  4814-4820.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-0206
    摘要 ( 246 )   PDF (420KB) ( 195 )  
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    对乳酸脱氢酶的来源、分离纯化及其催化合成苯乳酸的研究进行了综述。首先,分析了乳酸脱氢酶的微生物来源,重点对乳酸菌中乳酸脱氢酶的分离方法及相关研究现状进行了总结,认为采用晶胶层析方法可直接一步从破胞液中分离高纯度的乳酸脱氢酶;然后,分析了乳酸脱氢酶催化苯丙酮酸的核心反应机理、最适条件及其工程改造,讨论了pH、温度、耐热性等参数对乳酸脱氢酶催化苯丙酮酸的影响,表明不同菌种乳酸脱氢酶催化苯丙酮酸最适pH和温度有很大差异;最后,对比了乳酸脱氢酶酶法合成苯乳酸相关工程改造的研究工作,指出基因修饰能有效提高乳酸脱氢酶酶法对苯丙酮酸的催化能力,同时乳酸脱氢酶与辅酶共表达体系的构建是下一步研究的重点方向。
    α-酮异己酸的生物合成研究进展
    程申, 张颂红, 贠军贤
    化工进展. 2018, 37(12):  4821-4829.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-0193
    摘要 ( 327 )   PDF (587KB) ( 316 )  
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    α-酮异己酸是重要有机酸、药用氨基酸合成前体、新陈代谢调节因子和治疗药物,其生物合成路径条件温和,环境友好。本文对α-酮异己酸的生理功能和体内代谢机理进行了归纳,并着重对其生物合成路径的研究进展进行了综述。现有研究表明,α-酮异己酸可用葡萄糖为底物,通过代谢工程改造的谷氨酸棒杆菌或大肠杆菌工程菌发酵合成,但产物浓度较低;或以L-亮氨酸为底物,经氨基酸转氨酶、氧化酶、脱氨酶、重组工程菌或全细胞催化转化合成,产物浓度较高。α-酮异己酸高产菌株的筛选、利用代谢工程方法对菌株进行改造以构建高效工程菌、发酵与分离提取工艺优化等问题,是今后需要研究的重点。
    铜离子与葡萄糖协同补料对球头三型孢菌产赤藓糖醇的影响
    康培, 胡翠英, 鞠鑫, 姚雪梅, 陈佳佳, 郭伟强, 李良智
    化工进展. 2018, 37(12):  4830-4836.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-0391
    摘要 ( 173 )   PDF (606KB) ( 110 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    为考察葡萄糖和铜离子盐协同补料发酵对球头三型孢菌产赤藓糖醇的影响,在5L发酵罐中先采用不同浓度的葡萄糖进行分批发酵,然后采用优化的葡萄糖浓度并添加CuSO4·5H2O进行发酵研究。结果表明,初始葡萄糖浓度为300g/L的赤藓糖醇产量最大为44.52g/L,其体积生产速率为0.371g/(L·h)、转化率为0.167g/g。在此浓度葡萄糖的基础上添加30mg/L的CuSO4·5H2O后,赤藓糖醇产量达到49.62g/L,提高了11.5%。进一步控制总糖浓度为300g/L,且初始浓度为200g/L,分别进行单独补糖和协同补糖与铜离子的补料发酵,结果赤藓糖醇产量分别为47.25g/L和55.31g/L,比初始300g/L的葡萄糖分批发酵分别提高了6.1%和24.2%。特别地,协同补糖与CuSO4·5H2O后,赤藓糖还原酶(erythrose reductase,ER)的活性在84h达到最大,为0.152U/mg,比单独补糖时提高了18.8%;通过铜离子盐和葡萄糖的协同补料发酵可显著提高赤藓糖醇的产量,最终使赤藓糖醇产率达到0.461g/(L·h)。
    珍贵橙色束丝放线菌固体发酵合成安丝菌素P-3的工艺探索
    周少敏, 郭静, 王怡, 荣艳, 朱孝霖, 蔡志强
    化工进展. 2018, 37(12):  4837-4844.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-0301
    摘要 ( 174 )   PDF (4773KB) ( 416 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    为了探索珍贵橙色束丝放线菌(Actinosynnema pretiosum)合成安丝菌素P-3(AP-3)的固体发酵培养条件的最佳工艺,利用农副产品(玉米淀粉、玉米粉、棉籽饼粉、豆粕、豆饼粉、菜籽饼粉、麦麸、米糠)作为固料,采用单因素实验和正交实验对固体发酵培养基组成及培养条件进行摸索。得到合成AP-3固体发酵的最佳培养基组分为:玉米淀粉、豆粕及棉籽饼粉的质量配比为1:1:1,红糖4%,玉米浆干粉2%,CaCl2 1%。最佳固体发酵工艺条件为:初始pH为7.5,培养温度28℃,固液比(质量比)为1:0.8,装量25g(250mL锥形瓶),接种量150mL/kg,培养时间为7天,最优条件下AP-3的产量为(26.86±1.87)mg/kg(每千克培养基)。本研究为发酵合成安丝菌素提供了新的方法与思路。
    精细化工
    核壳型丁苯胶乳的制备及其对油井水泥石性能的影响
    樊金杰, 郭锦棠, 肖明明, 于永金, 张华
    化工进展. 2018, 37(12):  4845-4852.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-0461
    摘要 ( 205 )   PDF (6521KB) ( 152 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    针对传统的丁苯胶乳敏感性强、增韧能力不足、综合性能差等问题,本文采用微滴乳液聚合方法,利用苯乙烯、液体聚丁二烯、新型含羧基功能单体X和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸为主要原料,合成了一种具有抗盐、增韧效果的丁苯胶乳RSL-100L。透射电镜照片显示:RSL-100L具有明显的核壳结构,且在溶液中分散性良好。应用性能实验评价表明:RSL-100L胶乳改性水泥浆抗盐性能良好,早期强度发展快,具有优良的防气窜能力;与纯水泥石相比,RSL-100L胶乳改性水泥石在高强度下具有良好的形变能力和弹韧性。RSL-100L胶乳与水泥颗粒之间的作用机制探究表明:RSL-100L胶乳可通过静电吸引作用和与钙离子的络合作用吸附到水泥颗粒表面,从而填充水泥颗粒之间的孔隙和裂缝,进而防止气窜,提高水泥基复合材料的弹韧性。
    资源与环境化工
    中温和高温厌氧消化的比较
    张文哲, 陈静, 刘玉, 肖本益
    化工进展. 2018, 37(12):  4853-4861.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-0599
    摘要 ( 291 )   PDF (472KB) ( 116 )  
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    厌氧消化目前已广泛应用于市政污泥、有机废水、城市有机垃圾、养殖粪便等有机废弃物的资源化处理,由于其具有在实现有机废弃物处理的同时产生甲烷燃料,剩余物还可以作为肥料使用的优点,全球各地已建立了许多大规模的厌氧消化工厂。温度是影响厌氧消化的重要因素,中温和高温厌氧消化是目前常采用的两种工艺,二者各有优劣,但是我国存在对高温厌氧消化的重视程度远远不及中温厌氧消化的问题。因此,本文首先对中温和高温厌氧消化及比较两种工艺的中英文文献进行了统计分析,然后重点从运行参数、有机物降解率、系统稳定性、产沼气性能、消化污泥特性(包括脱水性能、起泡潜力和病原菌含量)和微生物特性等运行性能、厌氧消化模型、经济效益和应用现状等方面对中温和高温厌氧消化进行了详细的比较,并对厌氧消化的应用和发展提出了建议。
    活化过硫酸盐氧化法修复有机污染土壤的研究进展
    肖鹏飞, 姜思佳
    化工进展. 2018, 37(12):  4862-4873.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-0719
    摘要 ( 368 )   PDF (525KB) ( 885 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    过硫酸盐在不同活化因子的作用下可产生具有强氧化性的硫酸根自由基(SO4-·),能氧化分解众多的有机化合物,同时因其具有的氧化能力强、反应速度快及应用范围广等特点,近年来在环境污染治理领域备受关注。本文在对活化过硫酸盐氧化机理分析的基础上,综述了国内外利用过渡金属离子、氧化剂、热、强碱及联合活化等多种方式活化过硫酸盐修复有机物污染土壤的研究现状,并对活化过硫酸盐修复污染土壤的影响因素如氧化剂的添加量及添加方式、初始pH和反应时间进行了综述。此外,对活化过硫酸盐氧化法与电动修复、微生物修复、表面活性剂洗脱、固化稳定化等技术在土壤修复中的联合应用同样进行了的阐述。最后提出了活化过硫酸盐应用于土壤修复领域存在的问题,并对今后的研究方向进行了展望。
    燃煤电厂烟气二氧化碳胺法捕集工艺改进研究进展
    林海周, 裴爱国, 方梦祥
    化工进展. 2018, 37(12):  4874-4886.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-2525
    摘要 ( 376 )   PDF (1552KB) ( 505 )  
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    有机胺化学吸收法是当前最具大规模工业化应用前景的燃煤电厂烟气二氧化碳捕集技术,但目前仍存在能耗较高的缺点,而通过工艺改进将是降低碳捕集系统能耗的有效方法之一。本文从吸收端和解吸端分别对十余类工艺改进方法的原理和研究进展进行了阐述,其中吸收端涉及吸收塔内部冷却、富液循环、贫液分配流和旋转塔4类工艺;解吸端则包括解吸塔塔级再热、富液分流、闪蒸再生、闪蒸压缩、多压力解吸、多效解吸塔和直接蒸汽解吸共7类工艺。分析表明,富液分流、闪蒸压缩、多效解吸塔和直接蒸汽解吸工艺展示了较好的改进效果。并进一步介绍了多种工艺联合改进的碳捕集系统综合优化方法,特别对综合优化过程中需要重点关注的各工艺间相互作用以及吸收剂与优化工艺匹配性进行了讨论说明,由此指出联合采用新型胺吸收剂和复合工艺改进是未来开发先进胺法碳捕集系统的重要研究方向。
    燃煤烟气中SO3迁移转化特性及其控制的研究现状及展望
    李欣怡, 潘丹萍, 胡斌, 程滕, 杨林军
    化工进展. 2018, 37(12):  4887-4896.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-2486
    摘要 ( 228 )   PDF (3428KB) ( 262 )  
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    SO3排放导致的烟羽浊度增大、蓝烟/黄烟现象及其排入大气环境后转化为二次气溶胶等问题,已引起广泛关注。燃煤电厂SO3的排放主要由煤燃烧以及SCR烟气脱硝中SO2氧化形成,随着选择性催化还原(SCR)脱硝设施的推广应用及高硫煤使用量的增多,控制燃煤SO3排放已迫在眉睫。本文分析综述了燃煤烟气SO3在SCR脱硝过程、低低温电除尘、湿法烟气脱硫以及湿式电除尘中的生成、迁移转化及脱除特性。同时介绍了两类控制燃煤烟气系统中SO3的技术,一是利用现有污染物控制设备的协同作用;二是喷射碱性吸收剂吸收SO3,综合比较了各类碱性吸收剂以及不同喷射位置,提出一种将喷碱性吸收剂与脱硫废水烟道蒸发技术相结合的控制方法。最后指出探究烟气系统中SO3迁移转化特性以及碱性吸附剂脱除SO3的反应机理及其影响因素是未来燃煤烟气SO3控制技术研究的发展方向。
    基于整体煤气化联合循环的燃烧前CO2捕集工艺及系统分析
    柳康, 许世森, 李广宇, 任永强
    化工进展. 2018, 37(12):  4897-4907.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-2632
    摘要 ( 262 )   PDF (2584KB) ( 314 )  
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    CO2减排作为应对全球变暖的重要手段而逐渐成为国内外研究热点。为研究燃烧前CO2捕集系统关键技术,以华能(天津)265MW级整体煤气化联合循环发电系统(IGCC)示范电站为依托,从气化装置抽出合成气约10000m3/h(标况下),进行一氧化碳耐硫变换、甲基二乙醇胺(MDEA)硫碳共脱、PDS硫回收等技术研究,同时完成我国首套工业规模级燃烧前捕集工艺模拟、系统分析及现场测试。研究结果表明:满负荷运行工况下,每年可捕集CO2 7.811万吨,系统单位能耗2.35GJ/t(CO2),CO2捕集率≥ 85%;模拟结果与实际运行数据相吻合。其中MDEA工段能耗占捕集能耗的93.3%,热再生部分则占MDEA工段能耗的81.61%;同时分析了捕集系统各工段CO2损失过程,增加四段变换可使系统能耗基本不变同时捕集率增加至92.29%;考察了CO2压缩液化工段能耗及成本。本研究结果可为燃烧前CO2捕集的设计、工业放大及过程优化提供理论支持。
    钙基碳载体造粒的捕集CO特性及力学性能
    迟长云, 李英杰
    化工进展. 2018, 37(12):  4908-4916.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-1237
    摘要 ( 212 )   PDF (5357KB) ( 246 )  
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    采用挤出滚圆法对钙基碳载体Ca(OH)2进行造粒。在双固定床反应器上研究了黏结剂、支撑体和造孔剂对造粒后钙基碳载体循环捕集CO2性能的影响,并提出采用多孔Al2O3球粉作为新型支撑体。结果表明,选择聚乙烯吡咯烷酮为颗粒黏结剂时最佳添加量为2%。高铝水泥和多孔Al2O3球粉均可作为支撑体造粒。多孔Al2O3球粉作为支撑体造粒后碳载体的循环捕集CO2性能更高,其10次循环后CO2吸收量为0.23g/g,是添加高铝水泥造粒碳载体的1.35倍。微晶纤维素作为造孔剂显著提高了造粒碳载体的循环捕集CO2性能。多孔Al2O3球粉作为支撑体造粒后碳载体的抗压强度略高于高铝水泥作为支撑体。多孔Al2O3球粉造粒钙基碳载体拥有大量30~100nm孔隙,其比孔容高于高铝水泥造粒碳载体,这有利于CO2捕集。
    反硝化深床滤柱深度脱氮效果及反硝化功能基因分析
    刘灵婕, 季民, 王芬, 孙未, 翟思媛, 王阳
    化工进展. 2018, 37(12):  4917-4923.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-0697
    摘要 ( 194 )   PDF (784KB) ( 153 )  
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    采用石英砂、活性炭双层滤料反硝化深床滤柱处理城镇污水处理厂二沉池出水中硝酸盐氮(NO3--N),研究了深床滤柱反硝化脱氮性能以及主要反硝化功能基因对进水碳氮比(化学需氧量/总氮,即COD/TN,简称C/N)的响应。结果表明,NO3--N平均转化率随着C/N升高,由46.5%升高至90.0%,化学需氧量(COD)平均去除率由97.2%降至76.5%。低碳氮比(C/N<6)条件下,出水亚硝酸盐氮(NO2--N)出现明显的积累,在C/N=4.2时,积累率达41.5%,在高碳氮比(C/N ≥ 6)条件下,NO2--N积累量逐渐减少,直至出水无NO2--N。研究表明,反硝化深床滤柱对污染物的转化主要发生在前35cm滤料深度,COD去除率和NO3--N转化率分别为94.0%、81.2%。采用荧光实时定量PCR技术在C/N分别为4.2、6和7条件下,对深床滤柱中反硝化功能基因napAnarGnirKnirSnosZ数量进行分析,结果表明,随着C/N升高,各反硝化功能基因拷贝数也随之升高,说明增加碳源投加量可以为反硝化细菌提供更好的生长环境,有利于其生长繁殖,促进反硝化过程的进行;当narG基因拷贝数大于(nirS+nirK)基因拷贝数时,NO2--N会产生积累。
    冶金废渣对β-半水石膏凝结过程的影响及机理
    陈雄木, 李领肖, 赵风清
    化工进展. 2018, 37(12):  4924-4931.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-0665
    摘要 ( 289 )   PDF (2506KB) ( 207 )  
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    石膏制品具有优良的隔声、隔热、可呼吸和防火性能,是公认的环保型建筑材料。但是β-半水石膏凝结时间短,应用受到限制。本文利用冶金废渣对β-半水石膏进行改性,发现冶金废渣对石膏具有一定的缓凝作用。掺入5%(以半水石膏为基础)磨细的钢渣或锰渣时,石膏浆体的初凝时间可达100min以上,而对照组的磨细石英砂对石膏的凝结时间几乎没有影响。为揭示其原因,对半水石膏水化过程进行了分析研究。结果表明,几种冶金废渣降低了二水石膏的生成速率,阻滞了β-半水石膏的水化进程。钢渣对β-半水石膏的缓凝机理与其他缓凝剂有所不同,不仅改变了二水石膏晶体形状,而且有效抑制了半水石膏的水化反应。利用SEM观察石膏硬化体的微观结构,在相同的养护时间下含有钢渣和锰渣的体系中二水石膏晶体变短,与空白样相比数量也有所减少,这一点与XRD分析结果相互印证,是造成石膏体系凝结时间延长和强度损失的主要原因。研究发现,钢渣直接用于调控β-半水石膏的凝结时间时,较低的二水相和一定的酸性对钢渣调节石膏凝结时间有利。与柠檬酸钠、多聚磷酸钠等常用石膏缓凝剂相比,磨细钢渣、锰渣对石膏强度影响较小,成本优势明显。
    分子模拟十六烷基三甲基溴化铵对石油污染物在粗糙石英砂表面脱附的影响
    张岩, 祝新哲, 孟琪, 田林青, 吴国钟
    化工进展. 2018, 37(12):  4932-4938.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-0528
    摘要 ( 227 )   PDF (4939KB) ( 139 )  
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    溶剂萃取法广泛应用于石油污染土壤的修复,萃取前后土壤微观结构的改变会影响石油污染物在土壤中的迁移和传递。本文利用分子动力学模拟方法,通过在石英砂表面上构造不同的凹槽代表矿物表面粗糙的结构,研究十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)水溶液萃取石油污染物(正十二烷)的过程。结果表明:①脱附过程的主要驱动力为凹槽外的正十二烷和CTAB分子与凹槽内正十二烷分子之间的相互作用;②凹槽的宽度减小或者凹槽的深度增加,均会增加槽内正十二烷分子的脱附难度,同时还会影响CTAB分子的促进脱附效果;③CTAB分子对石油脱附的促进效果随其浓度的增加而减弱,当持续增加体系中CTAB的含量时(不同模拟体系中的CTAB分子数量分别为0、16、32),会抑制其促进脱附的效果。
    不同pH下涂装废水中沉淀物形成的计算模拟预测及验证
    付海娟, 池勇志, 赵建海, 曹凌云, 田秉晖, 费学宁, 付翠莲
    化工进展. 2018, 37(12):  4939-4947.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-0655
    摘要 ( 147 )   PDF (1454KB) ( 266 )  
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    采用中和沉淀法处理涂装废水,在不同pH(4~12)下研究了涂装废水中总磷、硫酸根等阴离子和总铁、总铅、总铬等主要的阳离子去除效果,并利用修正后的热力学方程Gibbs函数△G=RTln(Qc/K°sp)对pH调节过程中沉淀形成机制进行讨论。结果表明,pH=2.18~10时离子强度I在0.10mol/L左右,pH=12时离子强度I为0.59mol/L;考虑离子强度I影响时沉淀产物的活度积K°sp与溶度积Ksp相比最大,可相差15个数量级,对于涂装废水沉淀产物生成预测时应采用活度积K°sp进行判定;pH对弱酸弱碱各型体的存在浓度影响很大,pH=4~8时形成的沉淀产物主要为磷酸盐,pH=10~12时氢氧化物沉淀种类增加,pH=12时形成的沉淀产物种类最多。
    应用技术
    新负载型碳三液相加氢催化剂的开发和工业应用
    卫国宾, 王勇, 易水生, 余仁杰, 戚文新
    化工进展. 2018, 37(12):  4948-4952.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-0807
    摘要 ( 220 )   PDF (586KB) ( 139 )  
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    开发新负载型碳三馏分选择加氢催化剂,针对液相加氢工艺特点,在侧线装置上摸索和测试各种操控及运行参数,指导并首次成功应用于770kt/a乙烯装置。通过对催化剂的机械强度、催化性能以及操作窗口考察和研究,发现新型BC-L-83G催化剂的耐磨损、抗破碎以及长周期运行能力都大大优于上一代BC-L-83催化剂,并具有良好的温度适应性和氢炔比敏感度。工业应用的12个月试验结果表明,BC-L-83G具有催化活性高、选择性好、抗波动能力强、再生周期长等优势,非常适合进一步推广使用。
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