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2017年 第36卷 第11期 刊出日期:2017-11-05
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    本期封面、中英文目次表
    化工进展. 2017, 36(11):  0-0. 
    摘要 ( 130 )   PDF (9145KB) ( 202 )  
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    化工进展. 2017, 36(11):  0-0. 
    摘要 ( 16 )   PDF (7088KB) ( 81 )  
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    特约评述
    环氧乙烷水合制乙二醇多相催化剂的最新进展
    陶桂菊, 何文军, 俞峰萍, 李亚男, 杨为民
    化工进展. 2017, 36(11):  3927-3939.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-1285
    摘要 ( 395 )   PDF (1026KB) ( 596 )  
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    乙二醇是一种重要、但我国自给率却长期不高于40%的大宗化工原料。目前工业上生产乙二醇采用的高水比(水和环氧乙烷进料摩尔比)非催化直接水合技术存在能耗高的问题。发展低水比催化水合技术势在必行。立足于催化与失活机制,本文首次详细而深入地介绍了新型树脂类、金属氧化物基、Co(Salen)基和Sn掺杂的沸石类催化剂,并针对它们各自的缺点提出了改进措施与解决方案。如提出选取新型官能团以及不同长径比碳纳米管、不同层数石墨烯和纳米氧化物为添加剂以提升离子交换树脂的活性、耐热性和耐溶胀性;合成不同酸度的多孔铌酸材料以提升铌酸催化剂的活性;从有机配体和轴配体两方面出发发展新型Co(Salen)基催化活性中心以提升Co(Salen)基催化剂的稳定性;选择不同结构的沸石、采用不同的制备方法和金属源发展多种杂原子沸石以进一步提高现有沸石的活性位点数和活性。本文的阐述有望为发展用于节能降耗工业化生产乙二醇的催化剂提供一定的指引。
    化工过程与装备
    细颗粒在锥形和平底料仓中的重力卸料特性
    钟佳, 吕慧, 曹贵平, 刘海峰
    化工进展. 2017, 36(11):  3940-3946.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-0486
    摘要 ( 200 )   PDF (1909KB) ( 252 )  
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    对细颗粒在料仓内的重力卸料特性进行了实验研究,分别考察了颗粒粒径和料仓构型对卸料流率的影响,采用高速摄像仪对料仓出口处颗粒的卸料形态进行捕捉,并分析其周期性。结果表明,随着颗粒粒径的增大,颗粒卸料流率受逆向压力梯度和"空环效应"两种因素共同影响,先增大后基本保持恒定。另外,锥形和平底料仓中细颗粒的卸料形态,均随粒径增大由不稳定的间歇卸料向稳定的连续卸料过渡。在间歇卸料形态下,由于间歇卸料周期较长,锥形料仓的卸料流率要小于平底料仓;在连续卸料形态下,受料仓锥角影响,锥形料仓的卸料流率要大于平底料仓。最后,通过修正逆向压力梯度项,分别建立了适用于锥形和平底料仓的细颗粒重力卸料流率预测模型,卸料流率的预测值和实验值吻合很好。
    粗糙度对微细通道纳米流体临界热流密度(CHF)和不稳定性的影响
    罗小平, 李海燕
    化工进展. 2017, 36(11):  3947-3954.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-0523
    摘要 ( 239 )   PDF (3498KB) ( 334 )  
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    分别以去离子水和质量分数为0.3%的Al2O3-H2O纳米流体为实验工质,在水力直径为1.24mm的矩形微细通道内进行饱和流动沸腾传热实验研究。首先运用酸性抛光技术对矩形微细通道的壁面粗糙度进行处理,再采用SFS法获得壁面粗糙度的显微图像,然后借助MATLAB对图像进行灰度化处理,从而获得粗糙度分别为25.3、38.7、51.2的3种实验矩形微细通道。对比研究了去离子水和0.3% Al2O3-H2O(质量分数)纳米流体在饱和流动沸腾传热过程中不同壁面粗糙度对临界热流密度(CHF)和纳米流体流动不稳定性的影响。研究结果表明:相同工况下,0.3% Al2O3-H2O纳米流体的CHF比去离子水可提高18.37%~226.28%;随着壁面粗糙度的增大,两种工质的CHF均略有增大,但相比去离子水,0.3% Al2O3-H2O纳米流体CHF随壁面粗糙度增大而增大的趋势更为明显;通过对大量实验数据综合评估分析,发现微细通道壁面粗糙度的增大会使微细通道内流体流动的不稳定性增大。
    孔隙尺度下超临界CO2驱水两相流数值模拟
    姜水生, 赵万东, 张莹, 李培生, 王昭太, 钟源
    化工进展. 2017, 36(11):  3955-3962.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-0567
    摘要 ( 274 )   PDF (4479KB) ( 495 )  
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    以咸水层封存二氧化碳(CO2)为研究背景,利用流体体积函数(Volume of Fluid,(VOF)多相流模型建立孔隙尺度多孔介质计算模型,研究了超临界二氧化碳(ScC-CO2)注入到含水多孔介质中的两相运移规律。对比分析了毛细管数、地质封存压力、ScC-CO2注射温度、两相表面张力系数、接触角等因素对两相运移速率以及驱替效率的影响,同时将不同毛细管数下的驱替效率与实验数据进行了对比。研究结果表明,随着毛细管数的增大,驱替效率先减小然后趋于稳定,数值模拟与实验数据吻合良好;在同一孔隙率下,在壁面表现为亲水性时,壁面润湿性越好,驱替速率越快,但驱替效率有所下降;同时毛细管数越小、地质封存压力越低、注射温度越高、张力系数越小驱替速率越快,且驱替效率越高。
    挡板的相对曲率对分离器入口局域流场流体力学性能的影响
    张静, 刘晓亮, 龚斌, 李雅侠, 吴剑华
    化工进展. 2017, 36(11):  3963-3970.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-1083
    摘要 ( 185 )   PDF (3131KB) ( 388 )  
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    以立式圆筒体非均相分离器入口处的冲击挡板为研究对象,探究挡板的结构参数——相对曲率K对入口局域流体力学性能的影响。以水为介质,在K=-0.15~0.25范围内,利用计算流体力学三维湍流数值模拟,研究了凹柱面K>0、平面K=0和凸柱面K<0共3个类型的9种挡板结构入口局域流场的压力和阻力特性,分析了挡板结构对分离器入口受限空间冲击射流的影响机理。结果表明,随着相对曲率的降低,挡板所受冲击力下降,入口局域阻力下降。相对平挡板,K=-0.1的凸柱面挡板局域阻力相对降低2.8%,K=0.1的凹柱面挡板相对提高2.0%。在受限空间内,挡板相对曲率改变了射流冲击间距,影响了入口局域流场结构和静压力分布。凹柱面挡板有效地加长了冲击间距,限制了射流在冲击区轴向和径向扩展。而凸柱面挡板则缩短了冲击间距,有利于射流的扩展。射流冲击区对壁面射流区切向速度分布及挡板出口速度分布起到了决定性作用。
    方形管道内壁面微结构对湍流减阻效果的影响
    李恩田, 吉庆丰, 庞明军
    化工进展. 2017, 36(11):  3971-3976.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-0436
    摘要 ( 190 )   PDF (12656KB) ( 183 )  
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    利用循环管路系统,对方形管道内壁面微结构对湍流减阻效果的影响进行了试验研究,研究了循环管路系统不同壁面微结构下流动的范宁系数和减阻率。试验采用的肋条结构尺寸为:肋条宽度均为1.0mm,肋高分别是h=0.3mm、0.5mm、0.7mm。试验介质为普通自来水,水温控制在25℃±0.5℃,水平管道内流体流速范围为0.03~1.80m/s。试验研究结果表明:在量纲为1的肋深h+处于4~15范围内,肋条壁面的范宁系数小于光滑壁面的范宁系数,肋条壁面具有减阻效果;肋高h=0.5mm肋条的减阻效果最好,最大减阻率为11.91%;粒子成像测速仪研究了不同壁面微结构下流体流动的平均速度、雷诺切应力和近壁区的涡量。实验结果表明:肋条的存在使得湍流边界层增厚,雷诺切应力减小,近壁区的涡量降低,从而达到减阻的效果。
    复合热源热泵热水器变工况运行特性分析
    赵伟强, 李舒宏, 张小松
    化工进展. 2017, 36(11):  3977-3985.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-0377
    摘要 ( 215 )   PDF (1002KB) ( 211 )  
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    为了对复合热源热泵热水器进行变工况运行特性分析,采用变频压缩机与电子膨胀阀,搭建了直膨式太阳能-空气复合热源热泵热水器实验装置,建立了系统数学模型,并在相同工况下进行模拟计算和实验验证,比较发现,模拟结果与实验结果吻合良好。利用验证过的数学模型进一步分析了环境温度、太阳辐射强度和压缩机频率对系统性能的影响,并制定了压缩机变频控制策略,给出了不同工况下的推荐频率和加热时长,可以为用户提供变工况运行控制指导。利用南京地区典型年气象参数,对系统在不同模式下的全年逐月运行特性进行了模拟计算并作对比分析。结果表明,相比定容量模式,系统在变容量模式下的性能系数(COP)全年平均增长49.27%,耗电量全年平均下降29.73%,节能效果显著。
    夹点对超临界二氧化碳布雷顿再压缩循环性能的影响
    曹春辉, 李惟毅
    化工进展. 2017, 36(11):  3986-3992.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-0323
    摘要 ( 322 )   PDF (586KB) ( 356 )  
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    研究了超临界二氧化碳(supercritical carbon dioxide,SCO2)布雷顿再压缩循环回热器的夹点问题,分析了换热器夹点对SCO2布雷顿再压缩循环热效率、净输出功、不可逆损失和(火+用)效率等性能的影响,阐述了膨胀机进口温度和循环压比对SCO2布雷顿再压缩循环的影响,并比较了再压缩循环和简单回热循环的性能。结果表明:夹点的位置随着分流比的增大,先出现在低温回热器低温侧的出口,然后出现在低温回热器内部,最后出现在低温回热器低温侧进口;在给定的初始条件下,分流比存在最小值,随着分流比的增大,循环的热效率和(火+用)效率先增大后减小;分流比对加热器、低温回热器、冷却器和高温回热器的(火+用)损失有较大影响;压比的增大和膨胀机进口温度的升高都会使再压缩循环最小分流比减小;在一定分流比下,再压缩循环的热效率比简单回热循环要高。
    柱状生物质颗粒在回转干馏炉中的运动及导热特性
    张立栋, 韦庆文, 秦宏, 王擎
    化工进展. 2017, 36(11):  3993-3999.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-0333
    摘要 ( 206 )   PDF (1243KB) ( 208 )  
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    为探究柱状生物质颗粒在固体热载体(钢球颗粒)回转干馏炉(回转炉)内的运动及导热特性,采用离散单元法模拟了柱状生物质颗粒和钢球颗粒在回转炉中的运动和导热;分析了转速和生物质颗粒数量(钢球颗粒数量固定)对颗粒运动和导热的影响;探讨了颗粒在回转炉中的分布规律;用生物质颗粒的平均温度和温度标准差来评价钢球颗粒对生物质颗粒的加热速率和生物质颗粒温度分布的均匀程度。结果表明:在本文设定的工况下,颗粒在回转炉中可以分成3个区域,即左侧的单层钢球颗粒区、中间的颗粒混合区和右侧的生物质颗粒堆积区;单层钢球颗粒区的不稳定因素(不稳定区、不稳定线、不稳定空穴)诱发了此区的周期性塌落;颗粒的运动模式为阶梯模式;随着转速的升高,钢球颗粒的加热速率升高。在前20s,相较5r/min和25r/min,转速为15r/min时的生物质颗粒温度分布均匀性最差。
    基于能量最小多尺度曳力模型的搅拌槽内气液两相流计算流体力学模拟及实验研究
    李新菊, 管小平, 杨宁, 刘明言
    化工进展. 2017, 36(11):  4000-4009.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-0051
    摘要 ( 299 )   PDF (11591KB) ( 220 )  
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    采用双电导探针和欧拉-欧拉双流体模型对涡轮桨搅拌槽内局部气液分散特性分别进行了实验和三维计算流体力学(CFD)数值模拟研究。重点研究了转速对搅拌槽上下循环区局部气含率分布的影响、,以及全槽液相流场和湍动动能的影响随搅拌转速的变化。实验表明,转速对上循环区气含率分布的影响大于下循环区,且上循环区气含率随转速的增大而增大。CFD模拟比较了TOMIYAMA曳力模型和基于能量最小多尺度理论(EMMS)的DBS-Local曳力模型对局部气含率的预测结果。结果显示DBS-Local曳力模型能够较好地预测出不同搅拌转速下搅拌槽循环区气含率径向分布;TOMIYAMA曳力模型只能定量预测出低搅拌转速下(140r/min,280r/min)循环区的气含率分布,高转速下(420r/min,560r/min)该曳力模型不能模拟出下循环区壁面附近的气体,且低估了上循环区气含率。
    能源加工与技术
    低温烟气有机郎肯循环ORC系统热力性能与经济性的对比分析
    韩中合, 许鸿胜, 范伟, 赵若丞, 王智
    化工进展. 2017, 36(11):  4010-4016.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2016-2287
    摘要 ( 235 )   PDF (875KB) ( 301 )  
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    以工业低温烟气余热有机朗肯循环(ORC)循环发电系统为研究对象,选取了两组共4四种工质,基于热源参数分别对系统热力性能及经济性指标进行计算,分析不同工质系统的热经济性与经济性指标的变化,对4四种工质的热力性能指标、经济性指标以及最佳工况进行对比分析。结果表明,同组工质的净功量和热耗率变化相似且数值接近,但电力生产成本和投资回收期差别较大。同一工质的最佳热经济性工况和最佳经济性工况存在差异,在本文条件下,工质最佳经济性工况下的蒸发温度高于最佳热经济性工况下的蒸发温度约8~10℃左右。R600a为所选4四种工质中兼顾经济性与热经济性的最佳工质,采用R236ea的系统热力性能好于R600,而采用R600的系统电力生产成本始终低于R236ea,R600相比于R236ea具有明显的经济性优势。
    稻壳在水蒸气中气化实验研究
    李洪亮, 李金鸿, 李彦豪, 方书起, 陈俊英, 刘利平, 白净
    化工进展. 2017, 36(11):  4017-4021.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-0330
    摘要 ( 251 )   PDF (437KB) ( 398 )  
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    在流化床实验装置上以水蒸气为气化剂,对稻壳进行热解气化的实验研究,分别考察单因素反应温度(500~700℃)、蒸气流量(7~11kg/h)和进料速率(1.2~3.6kg/h)对产气率及其主要组分(H2、CO、CH4、CO2)的影响。实验结果表明:温度的升高可提高气化气产率及气体组分中CH4和H2的含量,同时降低了CO2的含量,随温度升高,CO的含量呈先增加再降低的趋势。蒸气流量和进料速率的增加对产气率影响分别在500℃和700℃呈现出了不同的规律,说明了在不同反应温度下床内起主导作用的反应不同。在700℃,随蒸气流量和进料速率增加,气化气中H2、CO和CO2的含量都有小幅度变化,CH4体积分数稳定在12%左右。在条件考察范围内,当反应温度为700℃、蒸气流量为7kg/h、进料速率为1.2kg/h时,产气率和H2体积分数分别有最大值,为725L/h和18.05%。
    草木灰水溶液改性的天然贫铁矿载氧体的反应性能
    胡晓雨, 金保昇, 王晓佳, 王旭东, 朱小明
    化工进展. 2017, 36(11):  4022-4029.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-0293
    摘要 ( 226 )   PDF (2661KB) ( 230 )  
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    化学链燃烧是一种基于CO2零排放理念的无焰燃烧技术,能够提高CO2捕集效率。本文选用一种天然贫铁矿作为载氧体,在热重分析仪上采用CO作为还原气考察了其反应特性。为了减轻载氧体表面的烧结情况,本文提出了采用草木灰水溶液对天然贫铁矿载氧体进行改性,并对改性后载氧体进行短时间、多次数氧化还原循环实验研究;考察了反应器温度对改性前后的载氧体反应特性影响。实验结果表明:天然贫铁矿在15次氧化还原循环反应中展现了一定的循环稳定性,但载氧体的还原程度和反应速率较低;改性后的载氧体还原程度更深、反应速率更快,且保持了良好的反应活性。载氧体在100次的氧化还原循环中出现粉化团聚现象,导致轻微的质量损失。XRD和SEM的分析结果表明生物质灰中的K元素在反应中与铁矿石中的物质生成了新的化合物,增大了载氧体的比表面积,提高了载氧体的还原反应活性。载氧体表面没有出现明显的烧结团聚现象。
    基于微热管阵列锂电池的低温加热性能
    梁佳男, 赵耀华, 全贞花, 叶欣, 迟远英
    化工进展. 2017, 36(11):  4030-4036.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-0385
    摘要 ( 216 )   PDF (1566KB) ( 414 )  
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    锂离子电池作为车载动力电池,其充放电性能受到低温环境影响。对低温环境下的锂电池进行加热,升高电池温度,可以提高其充放电容量及可用容量比,改善其充放电性能。为了研究采用新型热管加热的锂电池加热方法对低温锂电池充放电性能的影响,本文对不同低温环境下锂电池充放电特性进行测试,并采用新型热管加热的方法对低温锂电池加热,对比其充放电性能。结果表明:低温环境下锂电池的充放电性能大幅衰减,采用新型热管加热的方法能够显著提升电池的低温充放电性能,加热时间很短,温度反应迅速。-30℃环境下,30W加热功率可使单块电池20min内温度升高30℃,放电容量提高39.95%,充电容量提高86.44%。本研究为低温环境下车载锂电池的高效利用提供了新的技术方法与数据支持。
    江阴市某建筑地源热泵系统性能的数值模拟
    刘广平, 骆超, 龚宇烈, 邱泽晶, 郑鑫
    化工进展. 2017, 36(11):  4037-4042.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-0120
    摘要 ( 195 )   PDF (798KB) ( 265 )  
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    针对江阴市某建筑的地源热泵系统,利用TRNSYS软件,分别模拟不同埋管深度和不同冷热负荷比情况下,运行30年土壤平均温度的变化情况,分析了冬夏季供暖空调期内系统性能系数COP及热泵机组部分负荷率的变化情况,模拟结果表明,100m埋管深度比60m和80m埋管深度温度波动较小且温降较小,稳定性较好;在分别只满足热负荷和冷负荷需求的情况下,土壤平均温度分别下降了2.67℃和上升了2.15℃,而在满足冷热负荷需求时温度只下降了0.66℃,此时系统的稳定性最好;热泵机组供暖空调期内系统的供暖平均COP为2.75,制冷平均COP为3.28,热泵机组部分负荷率处于较低水平,这也导致了系统全年的COP偏低的现象。该别墅的地源热泵系统的数值模拟结果为长江三角区地源热泵系统工程提供了技术支撑。
    工业催化
    环境领域的二氧化钛基光催化剂负载和改性技术研究进展
    阿山, 于丹丹, 白杰, 郑家威, 李春萍
    化工进展. 2017, 36(11):  4043-4050.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-0432
    摘要 ( 295 )   PDF (2899KB) ( 414 )  
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    在环境问题日益加剧的今天,二氧化钛基光催化剂因其具有优异的性质,是光催化领域中人们研究的热点。二氧化钛基光催化剂研究包括能源领域的光解水制氢、太阳能电池、水体内污染物的去除以及CO2资源化利用等方面。本文综述了近年来国内外二氧化钛的负载和改性技术的研究进展。通过硅土类、聚合物类、玻璃类和碳材料等载体来负载二氧化钛,可有效解决其易流失、难回收和容易团聚的问题;以非金属掺杂、贵金属沉积、过渡金属离子掺杂、染料敏化和半导体材料复合等对二氧化钛进行改性研究,可有效减小二氧化钛半导体材料禁带宽度,能够有效降低电子和空穴复合的概率,增强二氧化钛基催化剂的可见光活性。并对未来的二氧化钛基光催化剂在环境中污水处理及大气有机污染物治理应用研究方面进行了展望。
    复合TiO2纳米管材料光催化裂解水产氢研究进展
    梁可心, 徐芸菲, 许佩瑶, 檀玉, 张胜寒
    化工进展. 2017, 36(11):  4051-4056.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-0216
    摘要 ( 242 )   PDF (1352KB) ( 539 )  
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    光催化裂解水是目前制取清洁能源氢气的热点研究方向。本文简述了TiO2纳米管及其掺杂改性技术在光催化裂解水制氢领域的发展。分析表明TiO2纳米管阵列的表面形貌对光催化产氢的效率方面起着非常重要的作用,采用两步或多步电化学阳极氧化制备的高度规整的TiO2纳米管表现出比一步阳极氧化制备的TiO2纳米管更高的产氢效率。非金属元素掺杂TiO2纳米管、能带宽度减小、染料敏化向TiO2纳米管导带注入激发电子,都能促使吸收光红移。掺杂金属离子能有效促使TiO2纳米管电子-空穴对分离。TiO2纳米管同窄能带的半导体复合使其吸收光红移,同时能有效地分离电子-空穴对。这些方法都能有效提高产氢效率。最后评述了将多种修饰方法有机结合起来制备催化剂是目前裂解水制氢的一个重点研究方向。
    蒽醌法生产过氧化氢加氢催化剂的研究进展
    王松林, 程义, 张晓昕, 宗保宁
    化工进展. 2017, 36(11):  4057-4063.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-0214
    摘要 ( 358 )   PDF (1715KB) ( 981 )  
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    加氢催化剂是蒽醌法生产过氧化氢(H2O2)的核心,很大程度上决定了装置的生产能力和成本,因而一直是蒽醌法工艺中的研究热点和需要重点突破的课题之一。高活性、高选择性和高稳定性的加氢催化剂不仅能显著提高生产效率,还可明显减少蒽醌降解物的生成,从而降低生产成本。本文简述了用于蒽醌加氢的镍基和钯基催化剂研究进展,特别重点介绍了Al2O3负载的钯基催化剂。总结了Al2O3载体的物理性质、表面酸性和修饰等因素对钯基加氢催化剂性能的影响,还介绍了近年来发展的新型钯基加氢催化剂。在此基础上,指出比表面积和孔径均较大、酸性和钯层厚度均适中、并且加入适当修饰剂的蛋壳型载钯催化剂是理想的蒽醌加氢催化剂。
    铁铈复合选择性催化还原脱硝催化剂的碱金属(钾)中毒机理
    王丽霞, 仲兆平, 朱林, 杨瀚
    化工进展. 2017, 36(11):  4064-4071.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-0264
    摘要 ( 234 )   PDF (697KB) ( 351 )  
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    采用湿法浸渍法将碱金属(钾和钠)负载到柠檬酸法制备的铁铈复合催化剂(FeCeOx)表面模拟中毒,考察碱金属对此催化剂低温选择性催化还原(SCR)脱硝活性的影响;通过N2吸附、程序升温脱附(NH3-TPD、NO-TPD)、H2程序升温还原(H2-TPR)及原位漫反射红外傅里叶变换光谱(in situ DRIFTS)等表征技术分析了催化剂的失活原因和机理。结果表明,碱金属钾比钠对铁铈复合催化剂的脱硝活性影响更大;碱金属钾中毒后,催化剂的比表面积和氧化还原性能下降;钾降低了催化剂的低温NOx吸附能力,尤其是减少了活性硝酸盐物种而生成更多的惰性硝酸盐物种;催化剂表面酸性的显著下降是此催化剂失活的主要因素,且Brønsted酸位和Lewis酸位两种酸性位均受到钾的影响,抑制着NH3在催化剂表面的吸附。
    活性炭负载磷钨酸催化剂的制备及其催化氧化脱硫性能
    侯影飞, 李力军, 蒋驰, 郭宁, 牛青山
    化工进展. 2017, 36(11):  4072-4079.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-0356
    摘要 ( 269 )   PDF (1744KB) ( 535 )  
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    以活性炭(AC)为载体,磷钨酸(HPW)为活性组分,通过等体积浸渍法制备HPW/AC催化剂,并以二苯并噻吩(DBT)的正十二烷溶液为模拟油(硫含量为800μg/g),H2O2为氧化剂,探究催化剂的催化氧化脱硫性能。采用BET、SEM和XRD表征手段对催化剂的结构进行分析。考察了反应温度、反应时间、H2O2用量、催化剂用量、乳化剂用量以及模拟油的组成对催化剂催化氧化脱硫效果的影响,最后考察了催化剂的循环使用性能。结果表明,AC经质量分数45%硝酸溶液80℃下活化2h,活性组分HPW的负载质量分数为30%时,所制备的HPW/AC催化剂的氧化脱硫性能最好;最佳反应条件为反应温度80℃,反应时间80min,氧化剂/硫摩尔比n(H2O2)/n(S)=12,催化剂用量0.05g/mL,乳化剂用量0.004g/mL。该反应条件下DBT被氧化为二苯并噻吩砜(DBTO2),用N-甲基吡咯烷酮(NMP)进行萃取,萃取比为1,模拟油的氧化脱硫率达到90.4%。芳香族化合物和烯烃对氧化脱硫效果起到抑制作用,烯烃的影响最为显著,并且催化剂具有良好的稳定性。
    Co-BiVO4异质结光催化剂的制备及其性能
    黄文迪, 孙静, 申婷婷, 王西奎
    化工进展. 2017, 36(11):  4080-4086.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-0407
    摘要 ( 214 )   PDF (2211KB) ( 508 )  
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    采用一步水热法合成具有高效光催化活性的Co-BiVO4纳米复合材料。该材料通过Co氧化物包覆在钒酸铋表面构成p-n型异质结结构。通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、高倍透射电镜(HRTEM)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外可见漫反射(UV-vis DRS)等对所制备的纳米光催化剂进行形貌、结构、组成及光电性能表征分析。发现Co是以氧化物的形式负载在BiVO4的表面,并且复合材料的可见光吸收带发生了红移。利用亚甲基蓝(MB)作为目标污染物,以可见光作为光源考察不同材料的光催化性能。结果表明,Co-BiVO4复合光催化剂的催化活性明显高于纯BiVO4。当Bi和Co的复合比为2:1时,Co-BiVO4的光催化活性最高,与纯BiVO4相比光催化反应速率提高了4倍。本研究完善了铋系异质结和过渡金属提高光催化活性的相关机理。
    氧化石墨烯掺杂锌铝类水滑石负载钯金催化剂的制备及催化性能
    马帅, 陈郑, 王家喜
    化工进展. 2017, 36(11):  4087-4092.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-0387
    摘要 ( 206 )   PDF (1866KB) ( 380 )  
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    采用离子交换-还原法制备了氧化石墨烯(GO)掺杂锌铝类水滑石负载钯金双金属纳米颗粒的催化剂(PdAu/Zn-Al LDHs/GO),通过XRD、TEM表征了催化剂的结构,以GO掺杂锌铝类水滑石为载体负载钯金纳米颗粒粒径小(约2nm)且分散均匀。以苯甲醇空气氧化形成苯甲醛的反应为模型,评价催化剂的催化性能,探讨了载体及钯、金比例对催化反应的影响。催化结果表明,氧化石墨烯掺杂的锌铝类水滑石是考察载体中最好的钯、金催化剂的载体,随着钯金比的增加催化剂的催化活性先增加后降低,生成苯甲醛的选择性下降,当钯金比例为1:1时,催化剂(Pd1Au1/Zn-Al LDHs/GO)的综合催化性能最好,催化活性随反应温度的升高而升高,但选择性随温度的升高而下降。在Pd1Au1/Zn-Al LDHs/GO催化下,80℃反应8h后苯甲醇的转化率可达96%,苯甲醛的选择性为93%,催化剂循环使用4次后仍保持较好的催化性能。
    壁载氨氧化催化剂X/TiO2(X=Pt、Pd、Au)制备与反应机理
    邱伟, 陶阳, 蒋炜, 梁斌
    化工进展. 2017, 36(11):  4093-4098.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-0435
    摘要 ( 220 )   PDF (2091KB) ( 224 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    催化剂壁载化是在微通道反应器内负载催化剂的有效方法,适用于氨氧化过程这一强放热气固反应体系,但不同的催化剂壁载化后其催化性能还有待研究。本研究通过将Pt、Pd、Au 3种贵金属通过光催化沉积方法负载于TiO2纳米管上并组装入微通道反应器内,考察了其催化氨氧化过程性能,并通过密度泛函方法解释了其性能差异。结果证实,TiO2载体对催化过程无明显影响,3种催化剂催化活性顺序为Pt/TiO2 > Pd/TiO2 > Au/TiO2,其中Pt/TiO2氨转化率在280℃下即可达100%,NO选择性380℃即达99%。TPD检测及模拟证实,NH3及O2在催化剂表面吸附能大小顺序为Pt > Pd > Au,与催化活性顺序一致。
    材料科学与技术
    二氧化钒在红外伪装隐身技术中的应用研究进展
    嵇海宁, 刘东青, 张朝阳, 程海峰, 杨力祥
    化工进展. 2017, 36(11):  4099-4105.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-0243
    摘要 ( 321 )   PDF (7830KB) ( 326 )  
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    二氧化钒是一种具有热致相变性质的功能材料,其相变温度接近于室温,在相变温度处发生金属-绝缘体转变并伴有电阻率和红外发射率的突变,具有重要的研究价值和潜在的应用前景。本文综述了二氧化钒的热致相变特性和相变温度的调控方法。基于二氧化钒可以主动降低红外发射率,控制自身红外辐射强度,总结了二氧化钒薄膜和粉体在红外伪装隐身中的研究进展,并对二氧化钒用于红外伪装隐身情形进行了模拟分析。最后提出了制备高纯单相二氧化钒纳米粉体、增加二氧化钒涂层的热致变发射率突变量、系统研究二氧化钒的中远红外特性以及实现可见/红外兼容伪装等方面是今后的发展趋势。
    钠离子电池碳基负极材料的研究进展
    张英杰, 朱子翼, 董鹏, 赵少博, 章艳佳, 杨成云, 杨城沣, 韦克毅, 李雪
    化工进展. 2017, 36(11):  4106-4115.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-0315
    摘要 ( 623 )   PDF (5029KB) ( 1146 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    电极材料的研究开发是钠离子电池技术发展和应用的关键之一,碳基负极材料具有原料丰富、成本低廉、可逆容量较大及倍率性能良好等优点,备受国内外专家、学者的关注。本文系统综述了钠离子电池碳基负极材料的最新研究进展,就石墨类和非石墨类碳基负极材料的分类和掺杂改性研究进行了详细介绍。石墨类材料有石墨和石墨烯,非石墨类材料有软碳和硬碳;元素掺杂改性主要是以N和S为主,并分别阐述了各种碳基负极材料的电化学性能及可能的充放电机理。分析了目前碳基负极材料面临着首次库仑效率较低、电压滞后现象严重、循环稳定性能不佳等问题,未来的发展方向主要是增大碳基负极材料的碳层间距、结构的纳米化以及优化制备工艺,以确保循环稳定性及倍率性能的优异性。
    金属有机骨架用于气体存储、吸附分离的研究进展
    郑丽君, 龚奇菡, 李雪静, 朱庆云
    化工进展. 2017, 36(11):  4116-4123.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-0392
    摘要 ( 367 )   PDF (1082KB) ( 1078 )  
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    金属有机骨架(MOFs)由于具有大比表面积、高孔隙率、可调孔径、结构多样、开放的金属位点和化学可修饰性等诸多优点而被广泛用于气体的吸附分离研究。本文对近年来MOFs在气体存储、吸附分离领域的研究进展进行了综述,讨论了不同MOFs对氢气、甲烷的存储性能和存储机理及对二氧化碳、低碳烃等的分离性能和吸附机理,指出MOFs材料的比表面积、孔结构、金属位点、π-π键合作用、可修饰基团等是影响不同MOFs吸附分离过程的重要参数。有目的的功能化改性是提高MOFs材料选择性吸附分离性能的有效方法,但目前仍普遍存在存储吸附性能不够、稳定性不强、成本过高等问题,只有解决这些问题才能使MOFs大量从实验室走向工业化。
    石墨烯-酞菁复合材料制备及应用研究进展
    牛素冉, 王永杰, 朱丽君, 周玉路, 项玉芝, 夏道宏
    化工进展. 2017, 36(11):  4124-4131.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-0416
    摘要 ( 244 )   PDF (1240KB) ( 356 )  
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    石墨烯和酞菁结合形成的新型多功能复合材料既兼备了石墨烯与酞菁的优良特性,又有效克服了两者的缺点,并且它们之间有一定的协同作用,表现出卓越的性能,具有广阔的应用前景,是一种有极大发展潜力的复合材料。本文介绍了石墨烯-酞菁复合材料的两种链接方式,并详细阐述了石墨烯通过不同链接方式与单核酞菁、双核酞菁等形成复合材料的制备方法以及这种复合材料在作为电极材料、制备传感器、降解有机污染物、催化氧化、光解水制氢等方面的应用研究进展。这种复合材料在电催化、光催化等方面的研究是今后应用研究的主要发展方向。
    反式-1-氯-3,3,3-三氟丙烯的制备研究进展
    曾纪珺, 韩升, 唐晓博, 赵波, 郝志军, 张伟, 吕剑
    化工进展. 2017, 36(11):  4132-4141.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-0367
    摘要 ( 324 )   PDF (563KB) ( 381 )  
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    反式-1-氯-3,3,3-三氟丙烯[HCFO-1233zd(E)]的臭氧消耗潜值(ODP)为0.00024,温室效应潜值(GWP)为7.0,环保性能优良,已被国际社会认定为第四代氟代烃发泡剂,应用前景广阔。本文对现有HCFO-1233zd(E)制备方法进行综述,通过比较各合成路线优缺点,提出以HCC-240fa及其衍生物为原料的合成路线最具工业化前景。同时,对制备工艺中涉及的HCFO-1233zd(E)与HF和副产物共沸分离问题进行了分析总结。最后指出高效的氟化催化剂和绿色的分离工艺是未来HCFO-1233zd(E)工业化开发的研究重点。
    新型吸附材料在放射性锶废水处理中的应用进展
    张铭栋, 顾平, 董丽华, 张光辉
    化工进展. 2017, 36(11):  4142-4150.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-0484
    摘要 ( 456 )   PDF (3184KB) ( 576 )  
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    吸附法因其处理效率高、选择性强、工艺简单、化学试剂用量少等优点成为处理放射性锶废水的重要方法,是一种"绿色清洁"技术。本文综述了近几年,特别是2011年福岛核事故以后,国内外利用吸附法处理放射性锶废水的研究进展,总结了几种用于去除水中Sr2+的新型吸附剂,重点分析了掺杂金属氧化物、纳米碳材料以及金属硫化物吸附水中Sr2+的研究现状,从合成方法、吸附性能、应用范围等方面归纳了这些材料的吸附特性,对比了材料的优缺点。最后针对吸附材料的开发以及在处理放射性锶废水中的应用,提出了亟待解决的问题,展望了未来的研究方向,指出开发清洁、高效、廉价、适应特定水质的吸附材料,并使这些材料在工程中获得应用是吸附法处理放射性锶废水的未来发展趋势。
    氧化石墨烯分离膜的制备及其水处理领域的应用进展
    刘阳, 顾平, 张光辉
    化工进展. 2017, 36(11):  4151-4159.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-0401
    摘要 ( 280 )   PDF (536KB) ( 527 )  
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    氧化石墨烯优越的物理化学性能和膜技术的广泛应用使氧化石墨烯分离膜成为解决水环境污染和水资源短缺问题最具潜力的手段之一。本文简要介绍了氧化石墨烯分离膜的概念、分类和制备方法,在氧化石墨烯分离膜的制备方法中,表面改性的氧化石墨烯膜和氧化石墨烯杂化复合膜的相关研究报道比较多;梳理了最近几年氧化石墨烯分离膜在水处理领域的应用研究,主要包括重金属的去除、脱盐、抗菌、油水分离、染料脱色以及天然有机物的去除。详细介绍了氧化石墨烯分离膜的独特分离性能和分离机理,氧化石墨烯能够改善原有聚合物膜的某些性能,比如提高水通量、污染物截留率、膜的机械强度和抗污染性等,分离机理主要为尺寸筛分机制和电荷效应。最后,展望了氧化石墨烯分离膜在水处理领域未来的发展和面临的挑战。
    热脱附谱技术在储氢容器材料氢陷阱研究中的应用研究进展
    屈文敏, 花争立, 李雄鹰, 顾超华, 郑津洋, 赵永志
    化工进展. 2017, 36(11):  4160-4169.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2016-2274
    摘要 ( 294 )   PDF (1305KB) ( 893 )  
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    氢能作为重要的二次能源,因其具有来源多样、储运便捷、清洁环保、利用高效等优点受到了各国的青睐。高压储氢容器是氢能的重要储输设备之一,其材料氢脆问题是氢能及其相关技术发展中的瓶颈,并逐渐发展为金属材料科学领域中一个非常重要且活跃的研究方向。热脱附谱(TDS)作为一种研究材料中氢陷阱特性的重要方法,得到了国内外学者的广泛使用。本文首先在综合介绍TDS装置及其测试原理的基础上,讨论了升温热脱过程中可能发生的氢陷阱变化对TDS结果及分析的影响。然后通过对TDS试样预处理技术发展水平及各技术利弊的分析,讨论了充氢技术和参数的选择以及充放氢过程对TDS试验结果的影响。最后,基于TDS数据后处理的现有理论及研究进展,讨论了TDS 3种拟合模型的适用性以及在其处理多陷阱曲线重合问题时反褶积过程的复杂性。
    高性能NaA沸石膜的制备及其脱盐性能
    邢庆达, 周亮, 李华征, 王金渠, 张文君
    化工进展. 2017, 36(11):  4170-4175.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-0577
    摘要 ( 230 )   PDF (2267KB) ( 306 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    以廉价大孔α-Al2O3管为载体,通过两步变温热浸渍涂晶法,修饰载体表面缺陷,得到连续而均匀的晶种层。在微波辅助作用下,短时间内有效诱导制备出超薄NaA分子筛膜。将其用于渗透汽化脱盐体系中,研究发现,微波加热法制备的超薄NaA沸石膜水通量明显高于常规加热法制备的较厚NaA沸石膜,水的渗透通量随着盐浓度的增大在小范围内有所降低,而操作温度的升高对水的渗透具有明显促进作用,当原料液浓度为0.6mol/L、操作温度85℃时,水通量达到11.03kg/(m2·h)。同时,离子截留率不受操作温度及原料液浓度的影响,始终保持>99.9%。此外,NaA沸石膜在渗透蒸发脱盐中表现出较高的稳定性,75℃条件下,在0.6mol/L的NaCl溶液中性能可稳定72h以上。该方法在降低制膜成本的同时有效提高了水的渗透通量及离子截留率,表明NaA沸石膜在膜法脱盐的工业化应用领域具有较好的应用前景。
    海藻酸钠/魔芋葡甘露聚糖复合海绵材料的制备及性能
    张珂, 隋淑英, 朱平, 董朝红, 刘杰, 张晓云
    化工进展. 2017, 36(11):  4176-4181.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-0346
    摘要 ( 242 )   PDF (756KB) ( 241 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    采用冷冻干燥法,利用海藻酸钠(SA)和魔芋葡甘露聚糖(KGM)共混溶液,制备了一种多糖类复合海绵材料,测定了不同配比中复合海绵材料的孔隙率、吸湿保湿性及力学性能,讨论了甘油的添加量对复合海绵材料柔软性及透气性的影响,并用红外光谱(FTIR)、扫描电镜(SEM)对复合海绵材料的结构进行了表征。研究结果表明,制备的复合海绵材料孔径为100~200μm,气孔为圆形或扁长形,具有良好的连通性和均匀性;SA和KGM通过物理共混的方式共存,并没有发生化学反应。SA和KGM的最佳质量分数比为2.0:0.9,甘油的最佳添加量为4%,此时制备的复合海绵材料具有良好的透气性、吸湿保湿性和较好的力学性能,同时保持了天然多糖优良的生物相容性能,在生物医用材料领域具有潜在的应用价值。
    溶胶凝胶-自蔓延燃烧法中焙烧温度对CuFe2O4晶体结构的影响
    薛锐, 王永强, 臧萌, 陈曦, 刘敏敏
    化工进展. 2017, 36(11):  4182-4188.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-0445
    摘要 ( 219 )   PDF (2087KB) ( 359 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    通过溶胶凝胶-自蔓延燃烧法制备了纳米尖晶石CuFe2O4材料,采用TG-DTA、XRD、FTIR、N2-吸附脱附、SEM等技术对样品进行表征,探究溶胶凝胶-自蔓延燃烧法的机理及焙烧温度对尖晶石CuFe2O4材料晶体结构的影响。结果表明,前体溶胶中金属离子与柠檬酸-COOH形成三维网状的柠檬酸络合物,使金属离子分散于溶胶体系中;200~230℃时柠檬酸络合干凝胶自蔓延燃烧,大量络合物发生原位分解,放出大量的热,生成正式CuFe2O4尖晶石晶型,并有明显正四面体和正八面体亚晶格出现,晶粒尺寸约25.6nm;经400℃焙烧后,不完全燃烧形成的碳残留物分解,同时正式CuFe2O4尖晶石晶型发生转变,形成片状的Fe[CuFe]O4反式尖晶石晶型;随着焙烧温度升高,晶格尺寸从13.9nm增长到58.2nm,反式尖晶石晶型结晶程度逐渐增强,片状结构逐渐融合,形成层状整体,比表面积逐渐减小。
    增容剂对竹纤维/聚己内酯复合材料的界面增容及性能改善
    龚新怀, 赵升云, 王兆礼, 饶瑞晔
    化工进展. 2017, 36(11):  4189-4193.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-0080
    摘要 ( 223 )   PDF (1412KB) ( 228 )  
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    以过氧化二异丙苯为引发剂,甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)为单体,通过熔融反应制备了聚己内酯(PCL)接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯(PCL-g-GMA),用傅里叶红外光谱(FTIR)和核磁共振氢谱(1H-NMR)表征了接枝物的化学结构,并以PCL-g-GMA为增容剂,考察了其添加对竹纤维/聚己内酯(BF/PCL)复合材料结构与性能的影响。研究结果表明,FTIR和1H-NMR分析结果证实了GMA已成功接枝到PCL上。PCL-g-GMA添加后,竹纤维与PCL的界面相容性得到明显改善,复合材料力学性能显著提升,吸水率下降。在PCL-g-GMA添加质量分数为10%时,复合材料拉伸强度、断裂伸长率比未增容BF/PCL复合材料分别增大了80%和70%。
    生物与医药化工
    亚麻刺盘孢表面磁纳米修饰及其羟化去氢表雄酮
    李刚, 李恒, 陆震鸣, 李会, 龚劲松, 许正宏, 史劲松
    化工进展. 2017, 36(11):  4194-4199.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-0279
    摘要 ( 188 )   PDF (2537KB) ( 262 )  
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    以阳离子聚电解质聚烯丙基胺盐酸盐(PAAH)对共沉淀法制备的Fe3O4磁性纳米颗粒进行包裹,再以此对亚麻刺盘孢Colletotrichum lini ST-1进行表面修饰,制备具有磁性的菌体复合物。通过SEM、XRD、VSM和zeta电位分析表明,PAAH修饰的Fe3O4能够稳定均一地结合在C.lini ST-1菌体表面,形成的磁性复合物具有超顺磁性,可利用外加磁场对菌体进行回收。本研究利用该磁性复合物对去氢表雄酮(DHEA)进行生物羟化,制备三羟基雄甾烯酮(7α,15α-diOH-DHEA),通过回收菌体完成了4个批次的转化,产物7α,15α-diOH-DHEA的浓度为10.83g/L,约为游离菌体转化效果的3倍。
    精细化工
    改性纳米颗粒稳定的可逆乳化钻井液的制备与性能
    刘飞, 王彦玲, 郭保雨, 王旭东, 张悦, 任金恒, 李永飞, 王坤
    化工进展. 2017, 36(11):  4200-4208.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-0402
    摘要 ( 231 )   PDF (1482KB) ( 233 )  
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    可逆乳化钻井液可集中水基钻井液与油基钻井液的优势。现有可逆乳化钻井液所用乳化剂为表面活性剂,考虑用改性纳米颗粒制备可逆乳化钻井液提高其耐温性能和稳定性。本文优选可制备可逆乳状液的改性纳米颗粒,在此基础上制备可逆乳化钻井液,并进行性能评价。经研究,改性纳米颗粒3可制备可逆乳状液,在此基础上制备可逆乳化钻井液,与表面活性剂HRW稳定的可逆乳化钻井液(乳化剂用量1.4%)相比,所制备可逆乳化钻井液在乳化剂用量较少(0.8%)的情况下,保持良好的可逆转相性能、滤饼清除和含油钻屑处理性能,且在耐温性能(180℃)和稳定性(1000V
    咪唑类离子液体对水基钻井液抑制性的影响及机理
    罗志华, 王龙祥, 夏柏如
    化工进展. 2017, 36(11):  4209-4215.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-0905
    摘要 ( 185 )   PDF (1296KB) ( 455 )  
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    油气钻井过程中泥页岩不稳定主要是由于泥页岩的水化作用造成。本文采用页岩滚动回收率法、毛细管吸入时间法和粒度分析法3种方法,与传统抑制剂KCl和新型抑制剂聚胺作对比,评价了离子液体RIL作为抑制剂对水基钻井液抑制性能的影响。结果表明高温作用下低浓度(质量分数0.05%)的离子液体RIL有着优异的抑制黏土膨胀和分散的能力,其抑制效果优于5% KCl,与2%聚胺相当;同时低浓度的离子液体RIL可以改善水基钻井液的高温流变性而不会使钻井液的滤失性变差。通过接触角和热稳定性测试分析了其抑制机理。离子液体RIL改性后的Na蒙脱土润湿性从亲水性向疏水性转变,可以阻止水分子进入Na蒙脱土的层间结构从而抑制Na蒙脱土的膨胀和分散。低浓度的离子液体RIL改性后的钠蒙脱土具有更好的热稳定性,可以提高高温作用下水基钻井液的抑制性。
    新型絮凝-缓蚀双效高分子的合成及性能
    王博涛, 甄建斌, 郭睿, 李晓芳, 杨江月, 王超
    化工进展. 2017, 36(11):  4216-4223.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2016-2305
    摘要 ( 211 )   PDF (2728KB) ( 443 )  
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    以自制曼尼希碱(A)和对丙烯酰胺苯甲酸钠(B)为单体原料,以过硫酸钾和亚硫酸氢钠为复合引发剂,采用水溶液自由基聚合法制得聚合物(AB);利用响应面法优化合成工艺条件,确定其最佳工艺条件为n(曼尼希碱A):n(对丙烯酰胺苯甲酸钠B)为1.3:1,聚合时间为6.5h及聚合温度为80℃。采用Tafel极化曲线、AFM、XPS对该聚合物的缓蚀性能进行了研究,同时考察了该聚合物对油田废水的除油效果。结果表明:在50℃,聚合物的投加量为0.9%时,A3钢在20%的盐酸溶液中缓蚀剂率达到98.9%,且该聚合物为抑制阳极为主的缓蚀剂;当聚合物加入量为50mg/L、温度60℃、pH=5时,除油率达到90.3%。
    资源与环境化工
    城市污泥水热脱水处理的工业应用与研究进展
    庄修政, 阴秀丽, 黄艳琴, 吴创之
    化工进展. 2017, 36(11):  4224-4231.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-0359
    摘要 ( 236 )   PDF (606KB) ( 350 )  
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    城市污泥是人类生活活动的副产品,对其脱水处理是污泥处置的关键。其中,水热脱水技术由于其能有效提高污泥脱水效率与低能耗等优势,成为污泥减量化与资源化处理的研究热点。文章首先介绍了城市污泥的特点及其处理现状,然后总结了近年来国内外关于污泥水热脱水工艺的发展历程与工业应用情况,并进一步对比分析了污泥水热脱水与其他脱水技术之间的能耗优势。此外,重点综述了污泥水热脱水的影响因素与机理,包括温度、时间、pH等处理条件以及水热过程中污泥水分形态与胞外聚合物(EPS)对污泥脱水性能的影响,并分析了目前机理研究上存在的矛盾与原因。最后对污泥水热脱水的发展前景作出展望,指出通过优化EPS分层提取从而深入分析污泥中各组分在水热过程中的迁移与结构变化是研究污泥水热脱水机理的重要途径。
    工业有机废气热氧化技术研究进展
    王波, 马睿, 薛国程, 张龙
    化工进展. 2017, 36(11):  4232-4242.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-0382
    摘要 ( 324 )   PDF (769KB) ( 836 )  
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    研究开发节能、高效的有机废气处理技术对环境保护有重要意义。本文简要介绍了有机废气常见的处理技术,重点论述了蓄热式热氧化技术(RTO)和蓄热式催化氧化技术(RCO)用于处理工业有机废气的工作原理、适用条件。详细分析了关于蓄热式热氧化系统设计的关键技术问题,包括蓄热体的传热与流动阻力、催化剂的分类及各自的优缺点、催化剂的制备方法、换向系统的设计与选用、启动技术。蓄热式热氧化技术和蓄热式催化氧化技术在国内外都已有很多成功的实际运用案例,将来也将有更广阔的应用前景。由于企业有机废气的成分比较多元化、不稳定及企业间歇生产的特点,使得有机废气浓度和废气量都有间歇性变化,导致RTO系统运行不稳定,因此如何适应入口浓度的波动是需要进一步研究的问题。
    环境持久性自由基对有机污染物环境行为的影响研究进展
    王朋, 吴敏, 李浩, 郎笛, 潘波
    化工进展. 2017, 36(11):  4243-4249.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-0541
    摘要 ( 272 )   PDF (493KB) ( 447 )  
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    环境持久性自由基(EPFRs)作为一类新型的环境风险物质在环境中普遍存在,具有较高的反应活性和环境风险。以往研究主要关注污染物在燃烧或者高温等极端条件下EPFRs的产生机制,对更具普遍性的自然条件下产生的EPFRs的环境行为和风险关注不够。本文综述了环境介质、人工合成碳基材料以及有机污染物降解过程中EPFRs的存在和产生机制,着重论述了EPFRs对前体有机污染物环境行为的影响,以及EPFRs的存在能促进环境中共存有机污染物的降解。最后提出了EPFRs参与有机污染物的降解过程可能是理解有机污染物环境行为、风险研究中所缺失的重要环节,并对以后应注重开展的研究进行了展望。
    厌氧氨氧化烟气脱硝工艺的探讨
    丁爽
    化工进展. 2017, 36(11):  4250-4256.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-0543
    摘要 ( 211 )   PDF (637KB) ( 282 )  
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    以反硝化作用为基础的生物法烟气脱硝工艺具有脱硝效率较高、工艺设备简单、建设运行成本低等优点,但是也存在需要外加电子供体、释放温室气体(一氧化二氮)等问题。以厌氧氨氧化作用为基础开发的新型生物法烟气脱硝工艺有望解决以上问题。本文从氮素循环角度出发,指出了厌氧氨氧化作用和反硝化作用在生物脱硝方面具有相似性。以厌氧氨氧化的生化反应模型为依据,探讨了厌氧氨氧化烟气脱硝工艺的可行性,并提供了相应的事实依据。以传质和反应过程为基础,分析了厌氧氨氧化烟气脱硝工艺可能的实现途径和面临的关键问题。文中指出,利用厌氧氨氧化作用可将铵和一氧化氮转化为联氨,联氨进一步分解为氮气,从而实现烟气脱硝。考虑到烟气处理量大的特点,厌氧氨氧化烟气脱硝工艺的实现途径是先通过化学吸收将气相中的一氧化氮转移至液相,而后通过厌氧氨氧化反应实现氮素的脱除。厌氧氨氧化烟气脱硝工艺所面临的关键问题主要是相态转移问题和菌种培养问题,涉及化学吸收剂的选择和再生、脱氮菌群的协同培养等。
    改性燃煤飞灰吸附氧化脱汞机理研究进展
    顾永正, 王树民
    化工进展. 2017, 36(11):  4257-4264.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2016-2410
    摘要 ( 232 )   PDF (407KB) ( 276 )  
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    元素汞是燃煤电站汞污染防治工作的难点,研究开发高效价廉的汞吸附剂已被作为科技攻关重点方向。燃煤飞灰经卤化物改性后脱汞潜力强、成本低,但必须研究掌握其吸附氧化Hg0的作用机制。本文系统综述了飞灰作为脱汞材料在国内外燃煤烟气汞污染控制方面的研究进展。论述了物化特性、烟气组分、卤素等因素对飞灰脱汞性能的影响,指出未燃尽炭和无机矿物组分表面活性位上的非均相反应是Hg0氧化脱除的关键。分析了残炭和磁珠作为载体材料的优缺点,并讨论了不同改性剂和改性方法对飞灰直接改性的影响。总结了HBr改性飞灰对Hg0的吸附氧化机理,并提出利用量子化学理论与宏观实验研究相结合的方式探索Hg0在飞灰表面上的成键特征及反应动力学特性应作为今后的研究方向。
    混燃煤气气氛下NOx排放特性与建模预测
    梁占伟, 陈鸿伟, 杨新, 许文良, 赵争辉
    化工进展. 2017, 36(11):  4265-4271.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-1207
    摘要 ( 189 )   PDF (714KB) ( 370 )  
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    以300MW煤/气混燃锅炉为研究对象,理论计算了高炉煤气、焦炉煤气及煤粉的热量混燃比对烟气量的影响特性,对混燃煤气协同分级配风条件下的NOx排放特性进行了优化实验研究,利用实验数据建立了NOx排放浓度的预测模型。结果表明:当高炉煤气与焦炉煤气配比为0.3时产生的理论烟气量与纯然煤工况相当;混燃高炉煤气使得炉膛温度温差减小,有利于控制NOx排放;随着高炉煤气热量混燃比和分离燃尽风率的增加NOx排放浓度逐渐降低,而飞灰含碳量逐渐增加。综合衡量NOx排放浓度和飞灰含碳量,高炉煤气(BFG)与焦炉煤气(COG)的最佳热量混燃比配比应低于1.3,最佳的分离燃尽风率为24%。通过对比所建立的3种NOx排放预测模型,发现遗传算法优化的BP神经网络模型具有较高的预测精度,能够准确表达锅炉输入参数和输出参数的非线性关系。
    飞灰对单乙醇胺和二乙醇胺溶液吸收CO2效率的影响
    谢文霞, 徐成威, 张军, 赵亚仙, 涂春民, 吕剑虹, 钟辉
    化工进展. 2017, 36(11):  4272-4278.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2016-2316
    摘要 ( 209 )   PDF (669KB) ( 172 )  
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    为了掌握燃煤烟气中飞灰对单乙醇胺(MEA)和二乙醇胺(DEA)溶液吸收CO2效率的影响,在自行设计的乱堆不锈钢θ环填料塔内,采用液相加入飞灰的方式,进行了实验研究并考察了飞灰在溶液温度、液气比、填料高度和飞灰浓度等操作条件下的影响规律。结果表明:飞灰的存在使MEA、DEA溶液吸收CO2的效率降低且随着飞灰浓度的提高其影响有增加趋势,而飞灰对CO2吸收效率降低的影响与其化学成分关系不大;MEA溶液、MEA-飞灰溶液、DEA溶液和DEA-飞灰溶液吸收CO2的效率随着溶液温度、液气比和填料高度的增加均呈增加趋势;随着溶液温度或填料高度的增加,飞灰对MEA溶液吸收CO2效率的影响变化较小,而对DEA溶液则影响显著;随着液气比的提高,飞灰对MEA、DEA溶液吸收CO2效率的负面影响有下降的趋势。分析表明,飞灰的影响主要是通过改变吸收液初始分布而实现的。
    五种改性纳米纤维素吸附剂的制备及除磷性能比较
    王婷庭, 刘敏, 崔桂榕, 陈滢
    化工进展. 2017, 36(11):  4279-4285.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-0376
    摘要 ( 217 )   PDF (3113KB) ( 505 )  
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    含磷废水的排放是造成水体富营养化的重要原因,吸附法可以有效去除废水中的磷。开发环境友好的高效吸附剂是该法进一步推广的关键因素之一。采用TEMPO氧化+机械剪切结合的方法制备纳米纤维素(CNFs),分别用Fe(OH)3、Al(OH)3、Mg(OH)2、La2O3和MnO2对CNFs进行改性。将改性前后的CNFs用于吸附去除废水中磷,并比较了不同pH条件下的除磷效果。结果表明,Fe(OH)3、Al(OH)3、Mg(OH)2、La2O3和MnO2均能成功负载于CNFs上。经改性后的CNFs对磷的吸附去除效果有明显提高,pH越低吸附容量越高。同一pH条件下,吸附容量依次为Fe(OH)3@CNFs > Al(OH)3@CNFs > Mg(OH)2@CNFs > La2O3@CNFs > MnO2@CNFs。Fe(OH)3@CNFs对磷的吸附效果最好,且受pH变化的影响不大。在磷初始浓度为10mg/L、pH为4时,Fe(OH)3@CNFs对磷的吸附容量为7.58mg/g,为未负载CNFs的94.75倍;当pH升高至7时,其吸附容量仍可达到7.09mg/g。将其用于实际废水除磷时无需调节pH,可节约药剂,降低处理成本。
    高岭土对氢氧化镁混凝去除活性橙染料效果的影响
    李文朴, 卢静芳, 柳美乐, 赵建海
    化工进展. 2017, 36(11):  4286-4292.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-0574
    摘要 ( 203 )   PDF (10964KB) ( 358 )  
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    实际染料废水存在一定浊度,本文将高岭土和活性橙染料模拟配水混合,讨论不同镁盐混凝剂投加量的混凝效果和絮体特性;同时,讨论高岭土浓度对混凝的影响。研究结果表明:在镁盐投加量(以Mg2+计)为150mg/L时,混合高岭土的混合配水活性橙染料和浊度的去除效果好于未混合高岭土的配水,说明混凝过程中高岭土的存在能够对颗粒分离和活性染料去除起到显著提升作用;根据絮凝指数FI值和沉降后水样zeta电位的变化情况,可以得出镁盐混凝机理主要是网捕卷扫和电性中和共同作用;混凝絮体显微照片中絮体特征进一步证实了镁盐混凝剂对不同浊度高岭土-活性橙染料混合配水的混凝效果。实验得出高岭土-活性橙染料混合配水最佳镁投加量150mg/L,最佳高岭土浓度10mg/L。
    光催化对多通道陶瓷膜错流超滤去除腐植酸膜污染的影响
    杨涛, 乔波, 李国朝, 刘芬, 柏凌
    化工进展. 2017, 36(11):  4293-4300.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-0374
    摘要 ( 198 )   PDF (2217KB) ( 233 )  
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    为研究光催化作用对多通道陶瓷超滤膜去除水中腐植酸膜污染行为的影响,采用光催化陶瓷膜组合工艺,考察了不同光催化剂浓度下膜通量、污染物去除率、膜污染模式、膜污染阻力变化趋势以及在线反冲洗对膜通量变化的影响。结果表明:光催化可有效减缓陶瓷膜通量衰减程度,并提高污染物去除率;催化剂浓度为0.4g/L时膜通量衰减最小,最终相对膜通量达58.6%,催化剂浓度为0.6g/L时污染去除率最高,其中DOC为76.5%,UV254为87.3%,UV436为96.8%;光催化膜工艺在过滤初期经过短暂膜堵塞及过渡阶段后,膜污染以污染物在膜表面沉积为主;光催化可明显减低膜污染总阻力及可逆污染阻力;光催化作用下在线反冲洗对膜通量的恢复作用较小,但每次反冲前的膜通量衰减程度也小,使得在周期性在线反冲洗工艺中,光催化作用下的膜通量整体运行区间明显高于无光催化时的情况。
    应用技术
    钢铁企业蒸汽动力系统优化
    高金彤, 倪团结, 张琦
    化工进展. 2017, 36(11):  4301-4307.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-0237
    摘要 ( 234 )   PDF (715KB) ( 452 )  
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    随着能源短缺与环境污染问题日益紧迫,钢铁企业所面临的节能减排压力也越来越大,合理的生产方案对降低企业运行成本、减少污染物排放起着重要的作用。本文针对钢铁企业蒸汽动力系统,采用锅炉效率非线性拟合公式和汽轮机分解模型,考虑能源设备、生产操作以及分时电价等因素,建立了混合整数非线性规划(MINLP)模型,其中,非线性锅炉效率拟合公式的引入使得模型更加符合实际生产状况。模型以蒸汽动力系统运行成本为目标函数,通过优化求解得到各时段燃料和设备负荷的分配方案,与优化前相比,系统总的运行费用减少了4.26%。同时,本文还分析了煤价变化对优化方案的影响以及燃料结构对污染物排放的影响,为企业提高生产效率、降低运行成本及节能减排提供理论依据。
    化工园区
    化工容器碎片引发多米诺效应事故研究历程与展望
    陈国华, 祁帅, 贾梅生, 胡昆
    化工进展. 2017, 36(11):  4308-4317.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2016-2361
    摘要 ( 271 )   PDF (581KB) ( 330 )  
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    化工园区或厂区内,容器爆炸产生的碎片击中临近储罐或装置,可能会引发多米诺效应事故。本文系统分析了国内外有关爆炸碎片产生、飞行、击中及穿透破坏目标容器的相关文献,介绍了爆炸碎片产生阶段与飞行阶段相关随机变量参数的确定方法,以及击中、穿透破坏目标容器的概率模型等方面的研究方法、研究进展,对主要研究内容进行对比。指出碎片类型不全面、击中目标容器判定准则欠精确、目标容器破坏失效准则过于简化、缺乏对爆炸碎片产生概率的研究以及缺乏对目标容器破坏失效后果的研究等不足,提出安全附件等"小型碎片"随机参数的确定、考虑碎片形状体积的击中概率模型、目标容器破坏失效模式与判断准则的改进、爆炸碎片产生概率的计算方法以及目标容器破坏失效后果严重程度的确定是该领域进一步的研究与完善方向。
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