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2017年 第36卷 第08期 刊出日期:2017-08-05
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    本期封面、中英文目次表
    化工进展. 2017, 36(08):  0-0. 
    摘要 ( 97 )   PDF (9670KB) ( 288 )  
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    化工进展. 2017, 36(08):  0-0. 
    摘要 ( 58 )   PDF (7088KB) ( 76 )  
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    特约评述
    分子模拟方法计算相平衡热力学性质的研究进展
    李洪, 张季, 李鑫钢, 高鑫
    化工进展. 2017, 36(08):  2731-2741.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-0205
    摘要 ( 415 )   PDF (473KB) ( 1059 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    化工单元操作与相平衡有着密不可分的联系,相平衡现象一直是化工工程师以及广大科研工作者们研究的热门课题。近年来随着计算机技术和统计力学的快速发展,应用分子模拟方法研究相平衡已成为热点。本文综述了近二十年来该领域的研究进展,归纳总结了分子模拟计算相平衡的多种方法以及4种常用的模拟力场。系统介绍并分析了相平衡分子模拟在宏观热力学数据计算、萃取剂筛选以及热力学机理分析等方面的应用情况,表明分子模拟方法在宏观热力学数据计算方面趋于成熟,能够准确模拟较多物系的相平衡数据,阐明了分子模拟方法在萃取剂筛选方面的优势,同时指出了分子模拟在热力学性质微观机理分析方面的不足和局限性,最后对分子模拟方法在相平衡领域的发展进行了展望。
    化工过程与装备
    高黏油水两相流研究进展
    唐绍猛, 刘德俊, 文江波
    化工进展. 2017, 36(08):  2742-2747.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2016-1943
    摘要 ( 331 )   PDF (533KB) ( 579 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    在多相流研究领域,高黏油水两相流已成为研究重点,但该领域的研究仍处于起步阶段。本文从转相、流型转换和压降规律三个方面对国内外高黏油水两相流的研究进展进行了介绍和分析。在转相方面,通过国内外学者的研究阐述了高黏油水两相流转相发生的机理及影响因素;在流型转换方面,介绍了影响分层流和分散流等流型转换的因素;在压降规律方面,分析了影响分层流、分散流和环状流压降规律的因素,并对现有的压降计算模型及压降预测的准确性问题进行了探讨。此外,还重点阐述了高黏油水两相流研究存在的不足与今后研究的两个重要发展方向:一是将实验得到的结论与成果应用于实际管道时应进行相关参数的修正;二是弯管对高黏油水两相流流型转换及转相的影响需要进一步研究,它们对于管道的安全和经济运行具有重要意义。
    甲基苯基碳酸酯歧化反应研究进展
    付嫱, 欧阳春, 曾毅, 王公应
    化工进展. 2017, 36(08):  2748-2755.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2016-2321
    摘要 ( 334 )   PDF (566KB) ( 521 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    碳酸二甲酯(DMC)与苯酚通过酯交换法合成碳酸二苯酯(DPC)是一条清洁生产路线,该法一般分两步进行,研究发现,其中第二步甲基苯基碳酸酯(MPC)的歧化反应大都不能彻底进行,极大地制约了目标产物DPC的生成,因此,MPC歧化反应作为DMC与苯酚发生酯交换反应生成DPC的关键步骤,对其进行深入的研究有着重要意义。本文综述了MPC歧化反应热力学、动力学、催化剂以及合成工艺方面的研究进展,尤其对MPC歧化反应的动力学问题和平衡限制问题进行了详细讨论,指出打破平衡限制的合理途径是采用减压歧化工艺,而高选择性地生成DPC取决于催化剂的性能,多相催化剂的研究开发应作为今后主要的研究方向。最后对国内研究现状进行了评价和展望,旨在加快我国聚碳酸酯行业的工业化进程。
    微混合与微反应技术在提升化工安全中的应用
    孙冰, 朱红伟, 姜杰, 石宁
    化工进展. 2017, 36(08):  2756-2763.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2016-2391
    摘要 ( 294 )   PDF (2112KB) ( 619 )  
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    现代化工的发展对工艺过程的安全性提出了更高的要求,也为在反应安全性上具有独特优势的微化工技术提供了机遇。本文从微通道内流体流动特点出发,解释了特征尺度微型化导致的通道内传递效率、流动行为的变化,同时选取有代表性的文献结果和应用实例,分析了微化工技术在提升工工艺本质安全性方面的作用,并将其归纳为3个方面:传热传质的强化能够迅速移除反应放热并保证物料浓度的均匀分布;对危险物料的约束作用能够减少有毒、不稳定物质的暴露风险和易燃物质的燃爆风险;对苛刻条件的耐受性能够保证反应在高温高压条件下安全进行。最后,本文从微化工技术面临的制造成本高、平行分配难和催化剂担载方式的创新3个挑战出发,对其应用前景作出了展望。
    闭式热虹吸管强化传热研究进展
    战洪仁, 惠尧, 吴众
    化工进展. 2017, 36(08):  2764-2775.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2016-2323
    摘要 ( 299 )   PDF (578KB) ( 678 )  
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    介绍了闭式热虹吸管的工作原理和性能表征方式,从固有参数和操作条件两个方面对闭式热虹吸管强化传热研究进行了综述,阐述通过改变工质种类、充液率、结构参数、表面处理、加热功率、运行温度、倾角和冷却介质流量等因素对闭式热虹吸管性能影响的主要机理。归纳总结了上述因素对闭式热虹吸管传热性能影响的研究现状和变化规律,并指出目前闭式热虹吸管强化传热研究中的不足和局限性。建议研究中应确定各性能影响因素之间的协同关系,消除其他因素的影响,扩大所研究变量变化范围。此外建议将闭式热虹吸管强化传热研究与封闭空间内沸腾和冷凝等传热传质过程强化机理研究相结合,完善传热传质理论及计算公式。
    隔壁反应精馏技术进展
    凌笑媚, 郑伟跃, 王晓达, 邱挺
    化工进展. 2017, 36(08):  2776-2786.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2016-2289
    摘要 ( 363 )   PDF (823KB) ( 578 )  
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    隔壁反应精馏技术是近年来受到广泛关注的化工过程强化技术之一,兼具隔壁塔技术能耗低、占地少、投资省与传统反应精馏技术转化率高、选择性好等优点,可实现反应与分离过程的有机耦合。本文在回顾反应精馏及隔壁塔工艺技术发展的基础上,介绍了隔壁反应精馏技术的发展概况,综述了隔壁反应精馏工艺在实验与模拟、塔内件结构和控制设计3个方面近年来的研究新进展,简要分析了该技术在工业化进程中存在的阻碍以及目前仍存在的问题,总结了隔壁反应精馏技术今后主要的研究方向是对多组分反应体系的应用扩展以及对隔壁反应精馏塔的控制结构的进一步优化,同时还展望了该技术在生物柴油、醚类等可再生能源的制备以及石油炼制和液化气深加工领域内拥有广阔的发展前景。
    1,4-丁炔二醇加氢过程研究进展
    刘响, 廖启江, 张敏卿
    化工进展. 2017, 36(08):  2787-2797.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-0320
    摘要 ( 657 )   PDF (1144KB) ( 1130 )  
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    1,4-丁炔二醇(BYD)加氢产物1,4-丁二醇(BDO)是重要的有机化工原料,工业上该加氢过程存在反应压力高、设备投资大、催化剂易失活等问题。本文综述了1,4-丁炔二醇加氢反应过程的特点,对比了不同BYD加氢工艺并分析了各工艺特点和面临的问题,回顾了Ni基、Pt基、Pd基加氢催化剂的开发进展,简述了新型加氢反应器的特点与研究进展。基于催化剂表面氢浓度对BYD加氢反应过程影响显著的特点,提出通过强化反应过程气液、液固传质效率对BYD加氢过程进行改进,以期降低反应压力。通过加入金属助剂和改变载体性质开发加氢催化剂,提高催化剂活性和稳定性。最后总结展望了开发BYD低压加氢剂催化剂和低压加氢反应器的发展趋势,结合BYD加氢Ni基催化剂具有磁性的特点,提出磁场辅助流化床对BYD加氢过程的潜在应用前景。
    多孔结构及表面浸润性对池沸腾传热影响的研究进展
    陈宏霞, 黄林滨, 宫逸飞
    化工进展. 2017, 36(08):  2798-2808.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2016-2350
    摘要 ( 473 )   PDF (3066KB) ( 1216 )  
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    沸腾传热是一种高效换热方式,在多种领域具有广泛应用前景。其中多孔金属表面由于其比表面积大、导热性能好以及汽化核心密度高等突出优点,受到广泛关注;而多孔表面、耦合表面、亲疏水改性能极大地提高临界热流密度,调控沸腾传热,变无序为可控,正迅速成为强化沸腾相变传热领域的新热点。本文追踪了多孔表面和表面改性强化沸腾传热的最新进展,重点介绍多孔尺度、形状、核化点布局及整体/局部亲疏水性强化沸腾性能及机理;简要分析了以Zuber临界热流密度公式为基础的Kandlikar系列公式;整理近年来不断完善和改进的沸腾传热机理模型,认为微液层蒸发和瞬态热传导是微纳多孔表面强化沸腾的主导机制;进一步指出微纳多孔表面耦合、局部亲疏水性处理是强化沸腾传热新的发展方向。
    考虑多因素的危险气体探测器选址优化方法
    章博, 慕超, 王志刚, 王彦富
    化工进展. 2017, 36(08):  2809-2815.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2016-2279
    摘要 ( 278 )   PDF (687KB) ( 273 )  
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    危险气体探测器是炼化装置安全的重要保护层,合理的选址可大幅提高检测效率,降低泄漏事故损失。本文从削减气体泄漏风险的角度提出了一种危险气体探测器选址的定量优化方法。基于多种影响危险气体泄漏扩散的外界因素,确定了危险气体泄漏场景发生概率、泄漏后果以及泄漏风险的定量表征方法。以累积泄漏风险最小化为优化目标,针对气体探测器的工作失效模式和冗余结构等内部因素,建立了考虑气体探测器不可用性、表决逻辑和条件风险值约束的选址优化模型,并提出求解优化方案的粒子群算法。以某柴油加氢装置为例进行算例研究,结果表明优化方案可有效削减气体泄漏风险,且效果明显优于原布设方案。后继还将开展优化模型的验证试验及多目标优化研究,以进一步提高优化模型的实用性。
    工质表面张力和黏度对脉动热管启动及传热热阻的影响
    郑开明, 徐荣吉, 王瑞祥, 邢美波, 蔡骥驰, 苑亚
    化工进展. 2017, 36(08):  2816-2821.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2016-2309
    摘要 ( 296 )   PDF (677KB) ( 335 )  
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    以表面活性剂全氟辛酸钾(potassium perfluorooctanoate,PFOK)为溶质,以纯水为基液,配制了质量分数为0.02%、0.05%、0.1%、0.2%、0.5%共5种溶液并进行了物性测试,发现PFOK对水的表面张力改变较大,黏度其次,比热容、密度、热导率等参数影响较小;实验研究了不同表面张力及黏度工质对内径为2.5mm的脉动热管在不同加热功率下的启动时间和传热热阻的变化规律。结果表明:加热功率对启动时间的促进作用在≤ 60W时较为明显;由于黏度增加的影响,表面张力对启动时间及传热热阻的变化规律都呈现W形图像;并且随着加热功率的增加,表面张力和黏度对传热热阻的影响作用下降。
    大倾角上倾管气液两相流动特性
    王权, 李玉星, 胡其会, 王琳, 刘昶
    化工进展. 2017, 36(08):  2822-2829.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2016-2339
    摘要 ( 266 )   PDF (1017KB) ( 399 )  
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    针对地形起伏区域常见的大倾角上倾管气液两相流动问题,利用室内实验装置进行气液混输实验,对气液两相流的流型、压力波动特性进行了研究。实验中观测到6种流型,得到了不同气液流量和倾角下压力波动的时域值、概率密度函数(PDF)、累积分布函数(CDF)和功率谱密度(PSD)特征。实验结果分析表明:由于气体的膨胀和段塞运动的惯性,严重段塞流气液喷发阶段时,上倾管上部会出现下部压力小于上部压力的现象;得到了不同折算气速、折算液速和倾角的压力信号并进行统计学分析;PDF呈单峰或双峰分布;不同流型的CDF的斜率、拐点和曲线位置不同;PSD图会出现一阶、二阶、三阶和多阶波峰,甚至无波峰分布;在同等气液流量下,随着倾角的增加,严重段塞流的周期和压力波动值增大;结合压力波动特性及对应分析结果可以进行流型识别并对设备的选型以及管道的安全运行提供参考。
    基于面积再分配和遗传算法的换热网络改造
    蒋宁, 俞杭生, 韩文巧
    化工进展. 2017, 36(08):  2830-2837.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2016-2349
    摘要 ( 232 )   PDF (835KB) ( 460 )  
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    在过程工业中,现存的许多换热网络由于结构和工艺的不合理,存在较大的能量回收潜力,使得许多换热网络有改造的需要。本文结合了分级超结构模型和换热器再分配策略,并对现有换热器再分配策略做了进一步改进,充分利用现有换热器,而当再利用现有换热器时,对比新增面积费用和新增换热器费用的大小,选择较小的方案,使相同的改造效果下的投资费用最小化。基于分级超结构模型,建立了换热网络优化改造的MINLP数学模型,充分考虑改造后节省的公用工程、原有换热器增加面积的投资费用、新增换热器的投资费用;基于遗传算法求解得到优化改造的换热网络。案例研究表明,改造所得到的换热网络与原换热网络相比,公用工程费用的降幅超过60%,改造收益为1.49×107$/a;年度总费用为1.290×107$/a,比相关文献低31.2%和9.2%,公用工程费用也比文献节省了42.4%和17.0%,实现了更优的改造效果。
    柴油+水+天然气体系中水合物堵管实验研究
    宋光春, 李玉星, 王武昌, 姜凯, 施政灼, 赵鹏飞
    化工进展. 2017, 36(08):  2838-2846.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2016-2256
    摘要 ( 240 )   PDF (5508KB) ( 268 )  
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    采用新建的高压环道装置,以柴油、水、天然气为实验介质,在不同含水率(30%~100%)、液相初始流量(1600~2400kg/h)等条件下进行管道内水合物堵塞实验,研究水合物在管道中的堵塞过程和堵塞机理。根据实验过程中流动参数的变化规律和水合物形态的演化情况,分析了管道内水合物的形成和分布特点并得到了管道内水合物堵塞的两类过程及其对应的主导堵塞机理。对于第一类堵塞,其堵塞过程可分为4个阶段,水合物沉积层在管道内的形成和生长是其主导堵塞机理。对于第二类堵塞,其堵塞过程也可分为4个阶段,液相分层和流体黏度的急剧增加是其主导的堵塞机理。另外,在第一类堵塞实验中观察到了细泥沙状水合物和絮状水合物沉积层,而在第二类堵塞过程中水合物则呈浆状并且没有观察到明显的水合物沉积层。
    正弦波形管综合性能模拟及实验
    吴金星, 杨禹坤, 倪硕, 李俊超
    化工进展. 2017, 36(08):  2847-2853.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-0031
    摘要 ( 201 )   PDF (10593KB) ( 163 )  
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    为了提高换热管的综合性能,针对新型结构的正弦波形管,以水为换热介质,采用数值模拟的方法对其传热和阻力特性进行了研究,模拟云图表明,正弦波形管的周期性结构能够引发二次流,加强了管内流体的相互掺混,减薄了热边界层,使传热热阻减小,达到强化换热的目的。将测得的实验数据和模拟结果进行对比,结果表明:在5000 ≤ Re ≤ 28000的范围内,正弦波形管的总传热系数随着Re数的增大而增大,比直管提高了24.7%~58.4%;在相同的工况下正弦波形管中的压降略大于直管,二者的压降相差22%~38%;同时,二者的阻力系数随着Re数的增加而减小,且正弦波形管的阻力系数下降更迅速。当Re数>13000时,相同条件下波形管的阻力系数相比于直管增加幅度在20%以内。综合考虑总传热系数和压降,正弦波形管具有更好的综合性能。
    电石渣和氯化镁制备氢氧化镁过程中的动力学
    王健康, 张志宏, 王婧, 付振海, 赵冬梅, 乔英钧, 马艳芳, 张永明
    化工进展. 2017, 36(08):  2854-2858.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2016-2159
    摘要 ( 264 )   PDF (615KB) ( 391 )  
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    常温下利用电石渣与氯化镁为原料沉淀氢氧化镁,对其反应过程进行了研究。结果表明:电石渣中杂质的存在对二次成核有一定的抑制作用,氢氧化镁得以生长从而粒度更大;成核过程为非均相成核,所需自由能低,成核过程极易发生;模拟了生长动力学,当体系中Mg2+浓度大于Ca2+浓度时,生长速率与反应物浓度无关,当Mg2+浓度小于Ca2+浓度时,随着Ca2+浓度的逐渐增加,生长速率逐渐增大,表明氯化钙浓度的增加对氢氧化镁的生长起到促进作用。
    汽轮机高压级叶顶间隙泄漏流的掺混作用分析
    曹丽华, 王佳欣, 李盼, 李勇
    化工进展. 2017, 36(08):  2859-2865.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2016-2377
    摘要 ( 231 )   PDF (6868KB) ( 309 )  
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    对某带有高低齿汽封的汽轮机高压1.5级模型进行数值计算,分析了不同叶顶间隙下汽封出口腔内泄漏流的涡系变化以及泄漏流与主流掺混对下游静叶气动性能的影响,并定量计算了泄漏流引起的相关损失。结果表明:泄漏流与主流在周向速度和径向速度上存在较大差异,二者掺混将导致动叶出口处汽流方向发生偏转,对下游静叶产生负攻角,引起级效率的下降。在泄漏流引起的相关损失中,掺混损失占主要部分。叶顶间隙的大小直接影响汽封腔内回流涡的尺寸,回流涡与汽封腔内泄漏流动能的耗散程度密切相关。因此,在叶顶汽封设计中,应尽量减小叶顶间隙,增强密封腔内汽流扰动,减小泄漏流与主流的速度差异,以便提高汽轮机经济性。
    新型低全球变暖潜能值混合制冷剂替代R22的试验研究
    赵玉清, 吕冰
    化工进展. 2017, 36(08):  2866-2873.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-0614
    摘要 ( 248 )   PDF (764KB) ( 479 )  
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    目前常用的R22的替代制冷剂主要是R410A、R417B等。虽然它们的消耗臭氧潜能值(ODP)值为0,但是其全球变暖潜能值(GWP)值较高,属于过渡替代物。本文提出了一种新型低GWP三元混合制冷剂,该制冷剂(简称NC01)由R1234ze(E)/R134a/R32组成,通过软件REFPROP9.0分析确定质量混合比为17%/33%/50%,对NC01的环境性、热物性、循环性进行了分析。NC01的ODP为0,GWP为755,环境性能良好,GWP比R22降低了57%。临界温度、临界压力、饱和压力、性能系数(COP)等性能参数与R22比较接近,容积制热量比R22高。在水源热泵机组进行了灌注式试验,与被替代制冷剂R22进行了对比。结果显示:当冷水进水在12~23℃时,新型混合工质在排气温度比R22高2~3.6℃,相应的压比比R22高8.6%~14.8%,加热量提高5%~11%,COP比R22平均低约4.5%,加热速率比R22约提高9%,当冷水进水高于23℃时,COP值超过R22。最后对试验结果与理论计算值进行了比较,两者吻合较好。研究可为类似混合工质替代R22研究提供参考。
    能源加工与技术
    电动汽车电池的发展现状与趋势
    华政, 梁风, 姚耀春
    化工进展. 2017, 36(08):  2874-2881.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-0007
    摘要 ( 582 )   PDF (454KB) ( 1324 )  
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    化石能源短缺和二氧化碳排放是21世纪的巨大挑战,这使得寻找一种替代化石能源作为汽车动力的方式日益重要。动力电池作为电动车行驶里程和安全性能的限制因素,在未来电动汽车的普及方面具有重要作用。本文概述了电动汽车电池的发展历史,重点介绍了下一代锂离子电池体系最有前景的正负极材料和电解质,以及锂离子电池之外全新的电池体系的现状,并指出未来动力电池的发展趋势:近期内,增强高镍正极材料的稳定性和固体电解质的锂离子传导效率,减少硅负极材料的体积效应,可以提高电动汽车的稳定性和安全性;中期内,镁离子电池还存在不确定的副反应,而双锂离子电池在低倍率下已经有超越高镍三元材料能量密度,非常值得关注;长期内,金属-空气电池还属于起步阶段,而锂硫电池减少多晶硫造成的穿梭效应后会有好的应用前景。
    现代煤化工发展现状及问题分析
    王明华, 蒋文化, 韩一杰
    化工进展. 2017, 36(08):  2882-2887.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2016-1950
    摘要 ( 295 )   PDF (393KB) ( 613 )  
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    在油品对外依存度、进口天然气价格和化学品成本竞争等因素影响下,我国现代煤化工已初步具备产业化发展的条件,是石化产业原料多元化的路径之一,能够带动和促进煤炭等行业转型升级。现代煤化工产业在快速发展的同时,存在很大的制约和挑战,如在低油价下竞争力较弱,受环境制约较大和用水矛盾突出等。本文在全面总结分析我国现代煤化工产业所取得成果的基础上,对产业发展所面临的低油价下竞争力、环境保护、碳排放、水资源等问题进行了剖析研究,并提出了解决途径;最后通过解析现代煤化工产业在国家"十三五"计划期间的发展环境,对产业新的发展方式进行了展望,并就发展方式、竞争能力、产业布局、科技创新、标准规范和政策等方面给出了建议。
    纤维素醇解制备乙酰丙酸酯的研究进展
    温名山, 危依, 林金清
    化工进展. 2017, 36(08):  2888-2896.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-0608
    摘要 ( 226 )   PDF (592KB) ( 428 )  
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    乙酰丙酸酯是一类具有成为新一代生物燃料或者燃料添加剂潜力的高附加值化学品,通过醇解制备乙酰丙酸酯是纤维素资源化利用的重要途径。本文系统地综述了纤维素在酸催化条件下醇解制备乙酰丙酸酯的最新研究进展,重点介绍了在纤维素醇解过程中研究较为活跃的无机酸、固体酸、混合酸和离子液体等几类主要催化剂的催化效果,并总结了这几类催化剂所具有的优势和劣势。同时,着重分析了其醇解机理,特别是Lewis酸和Br&248;nsted酸在纤维素糖苷键断裂、葡萄糖单元异构化为果糖单元以及果糖单元进一步转化为乙酰丙酸酯等过程中不同的催化作用。并指出目前纤维素醇解制备乙酰丙酸酯过程中仍存在反应条件苛刻、选择性低、反应机理不清甚至相互矛盾等问题。未来研究的主要方向是必须系统地研究纤维素醇解的详细机理,以及在此基础上设计合成催化活性和选择性更高的催化剂。
    煤基石脑油萃取脱芳复合萃取剂
    薛凤凤, 李冬, 张琳娜, 朱永红, 冯弦, 裴亮军, 李稳宏
    化工进展. 2017, 36(08):  2897-2902.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2016-1971
    摘要 ( 245 )   PDF (655KB) ( 309 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    采用液液抽提方法研究不同萃取剂对煤基石脑油中芳烃溶解性和选择性的影响,得到了适用于低芳石脑油芳烃脱除的复合萃取剂。本文首先研究了煤基石脑油C6、C7、C8芳烃在5种萃取剂中的分配系数和选择性系数,优选出二甲基亚砜(DMSO)作为主萃取剂。其次,以甲基环己烷和甲苯为低芳模拟油,以DMSO为主萃取剂,DMF、环丁砜、NFM及TEG为辅萃取剂,研究其液液相平衡规律,并用Hand方程对实验数据关联,确定出DMF为适合的辅助溶剂。最后,以芳烃脱除率和脱芳油收率为指标,探究了复合萃取剂DMSO+DMF对煤基石脑油芳烃脱除的影响。研究结果表明:在优化工艺条件下,经5级错流萃取,复合萃取剂DMSO+10%(体积分数)DMF对煤基石脑油具有较好的脱芳效果,其芳烃的分配系数最高达0.215,选择性系数最大为9.96,总芳烃质量分数由原来的12.36%降低到了1.30%,达到120#溶剂油中芳烃含量的标准。
    高温陶瓷净化生物质气化粗燃气粉尘试验研究
    谢建军, 郎林, 杨文申, 刘华财, 陈坚, 阴秀丽, 吴创之
    化工进展. 2017, 36(08):  2903-2909.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2016-2374
    摘要 ( 206 )   PDF (882KB) ( 441 )  
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    生物质气化得到的粗燃气含有焦油和粉尘杂质,两者形成的混合物在净化装置的高温区易碳化结焦,在低温区容易凝结成团,因此常规的除尘技术并不适用。针对该问题,本文开发了粗燃气高温陶瓷除尘技术,并考察了生物质原料种类、补燃及反吹等工艺条件对除尘室压降和运行温度的影响。试验结果表明:与木片单独气化比较,采用25%成型颗粒燃料+75%木片(质量比)混合气化可导致除尘室阻力上升1200~1500Pa;高温除尘室最佳操作温度为450~550℃,补燃较反吹是降低除尘室压降更有效的手段,当燃气处理量为260~400m3/h时,补燃空气的最佳流量为10~12m3/h,此条件下可使除尘室压降稳定在1200Pa左右。陶瓷管燃气除尘设备可实现100h连续稳定运行,除尘器出口粉尘浓度为10~40mg/m3,粉尘脱除率92.3%~99.8%,焦油脱除率为31.0%~92.5%,且补燃除尘后可燃气体组分浓度基本保持不变。
    五种甘蔗渣分离木质素热解特性及动力学
    崔兴凯, 赵雪冰, 刘德华
    化工进展. 2017, 36(08):  2910-2915.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-0002
    摘要 ( 303 )   PDF (807KB) ( 327 )  
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    木质素是自然界中最丰富的芳香类化合物,也是制浆造纸和木质纤维素生物炼制过程的主要副产物。热解是将木质素资源化、能源化利用的一个有效途径。但由于分离方法不同,所得的木质素产品具有不同的热解特性。本文通过有机酸处理、碱处理和氧化处理从甘蔗渣中分离得到5种木质素,即乙酸木质素(AAL)、Acetosolv木质素(AsL)、Milox木质素(ML)、过氧乙酸木质素(PAAL)和碱木质素(AL)。采用差示扫描量热(DSC)和热重分析(TGA)对5种木质素的热解性质进行了研究。发现5种木质素的热解过程均可分为水分脱除、玻璃化转变、热解和缓慢结焦4个阶段。采用非等温的Coats-Redfern积分法对热重数据进行动力学拟合。结果表明,PAAL在200~700℃范围内的热解为二级动力学反应,另外4种木质素则在250~700℃范围内为二级动力学反应。5种木质素的热解表观活化能分别为AAL 33.33kJ/mol、AsL 36.36kJ/mol、ML 31.10kJ/mol、PAAL 24.74kJ/mol以及AL 36.93 kJ/mol。
    不同水合物饱和度下渗透率变化特性的实验研究
    吴丹梅, 李刚, 李小森, 吕鑫
    化工进展. 2017, 36(08):  2916-2923.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-0057
    摘要 ( 281 )   PDF (695KB) ( 745 )  
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    含固体水合物的多孔介质的渗透率是影响天然气水合物藏开采潜力的一个重要参数,多孔介质的渗透率受到水合物占据孔隙的百分比的影响,定量研究水合物的饱和度对渗透率的影响对于天然气水合物试开采工程具有重要意义。本文利用储气罐精确控制注入反应釜的甲烷气量,采用平均粒径为333.21μm的石英砂模拟多孔介质进行实验,开展了一系列不同甲烷水合物饱和度(0~35%)下液相水的渗透率的测量实验。结果表明,水合物饱和度的增加会引起渗透率逐渐下降,这与前人的研究结果一致。并且当水合物饱和度较低时(SH<10%),水合物固体对多孔介质孔隙的堵塞作用更明显,所以渗透率急剧下降;而在相对高的饱和度下(SH>10%),渗透率下降速率逐渐降低。将本实验测量结果与Kozeny颗粒模型、平行毛细管模型和Masuda下降模型[K=K0(1-SHN),N为整数]进行对比,发现测量结果与Masuda渗透率下降模型N=13的值吻合较好。
    工业催化
    超临界二氧化碳中合成环碳酸酯的催化剂研究进展
    范芳君, 张治国, 邢华斌, 杨启炜, 鲍宗必, 杨亦文, 任其龙
    化工进展. 2017, 36(08):  2924-2933.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2016-2446
    摘要 ( 291 )   PDF (803KB) ( 391 )  
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    超临界二氧化碳(scCO2)是一种环境友好型溶剂,它作为传统有机溶剂的替代品已被广泛应用于绿色化学过程的开发。其中,环氧化合物在超临界二氧化碳中制备环碳酸酯是实现二氧化碳高附加值转化的有效途径之一。本文回顾了近年来在超临界二氧化碳中合成环碳酸酯的研究进展,着重介绍了不同种类的催化剂,包括金属配合物、季盐、二元催化体系、离子液体、金属氧化物、有机小分子及其他类型催化剂在该反应体系中的应用,突出了超临界二氧化碳既作为溶剂,又作为反应物的双重优势。从经济和环境角度考虑,离子液体或季盐等有机催化剂具有更好的工业化应用前景。同时,指出了高效和绿色催化体系设计和创制是该研究领域的关键。
    三维有序大孔钙钛矿催化剂在挥发性有机物催化燃烧中的
    研究进展刘敏敏, 王永强, 赵朝成, 赵东风, 刘芳
    化工进展. 2017, 36(08):  2934-2940.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2016-2251
    摘要 ( 251 )   PDF (532KB) ( 643 )  
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    催化燃烧是处理挥发性有机物(VOCs)的有效处理技术之一。催化燃烧的核心是制备高效稳定的催化剂,随着多孔材料制备技术的发展,具有三维有序大孔(3DOM)的钙钛矿催化剂表现出较好的催化燃烧稳定性和活性,受到人们普遍关注。本文结合近几年国内外3DOM钙钛矿催化剂的主要研究成果,在3DOM钙钛矿催化剂的结构、性能及制备方法等方面的研究成果概述的基础上,分析了其热稳定性、机械稳定性、疏水性、氧化还原性及酸碱性等功能化方面的最新进展,指出了目前3DOM钙钛矿催化剂亟待解决的问题,最后对今后的研究趋势进行了展望:胶体晶体模板的合成方法的改进、多功能性3DOM钙钛矿催化剂的制备及其对催化活性的影响机理的研究是今后发展的方向。
    Mo/Mn-TiO2催化剂的脱硝活性及抗SO2性能
    陈亚南, 段钰锋, 朱纯, 周强, 胡鹏, 李春峰, 王双群
    化工进展. 2017, 36(08):  2941-2948.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2016-2293
    摘要 ( 242 )   PDF (717KB) ( 324 )  
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    采用浸渍法制备了Mo/Mn-TiO2催化剂并用于实验室固定床氨选择性催化还原NO过程(NH3-SCR),NO脱除实验结果表明,在160~440℃温度范围内,单独掺入Mn即可大幅提高催化脱硝活性,且在160~280℃温度范围内脱硝效率>90%,使得脱硝活性温度窗口显著向低温偏移;继续掺入Mo后,脱硝效率在120~200℃温度范围内存在不同程度下降,但在240~440℃温度范围内则得到进一步改善;Mn-TiO2催化剂脱硝活性随SO2浓度的升高而降低,且在较低反应温度下SO2中毒程度愈为明显;继续掺入Mo后其抗SO2中毒性能得到较大提升,240℃反应温度、SO2体积分数<0.05%时脱硝效率仍保持90%以上。结合BET、EDX、H2-TPR、XRD和XPS等现代分析技术对催化剂的孔隙结构、表面元素分布、反应活性及特征元素形态等进行了系统表征,阐明了Mo/Mn-TiO2催化剂的脱硝及抗SO2中毒机理。
    温控两相聚合型离子液体-纳米金催化苯乙烯环氧化反应
    毕波, 谯娟, 钱华
    化工进展. 2017, 36(08):  2949-2954.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2016-2086
    摘要 ( 208 )   PDF (1030KB) ( 156 )  
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    针对环氧苯乙烷制备过程中存在催化剂回收困难、催化剂活性低等缺陷,本文利用温控两相离子液体的"高温均相反应、低温两相分离"的特点及聚合物大分子在反应体系中性能稳定、不易流失的优点,结合过渡金属的高效催化能力设计合成出一种具有温控两相功能、催化活性高、流失量小、易回收的聚合型离子液体-纳米金催化剂。其催化苯乙烯环氧化反应结果显示:聚合离子液体-纳米金催化剂具有催化活性高、流失量小、回收方便的优点,苯乙烯的转化率为97.8%,环氧苯乙烷的选择性为81.9%。
    不同沉淀剂对CO2加氢合成甲醇Cu-ZnO-ZrO2催化剂性能的影响
    程鹏泽, 高文桂, 纳薇, 王禹皓, 李艳艳, 徐毛毛
    化工进展. 2017, 36(08):  2955-2961.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2016-2217
    摘要 ( 248 )   PDF (521KB) ( 333 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    分别以NH3·H2O、NaHCO3、Na2CO3为沉淀剂,采用并流沉淀法制备Cu-ZnO-ZrO2(摩尔比为5:4:1)催化剂,通过XRD、XPS、H2-TPR、CO2-TPD表征技术对催化剂进行理化性能测试,并在高温高压微反应器上对催化剂活性进行评价。研究了CO2加氢制甲醇反应中不同沉淀剂对催化剂前体、催化剂母体组分结构以及CuO-ZnO间相互作用的影响。结果表明,不同沉淀剂对催化剂理化性能及催化活性有较大影响。以NaHCO3、Na2CO3为沉淀剂,有利于催化剂前体中形成绿铜锌矿相,经焙烧后,抑制CuO颗粒长大,提高铜的分散度,使表面碱性位浓度增大,CuO-ZnO间相互作用增强,最终提高催化剂活性。其中,以NaHCO3为沉淀剂,有利于催化剂前体形成更多的绿铜锌矿相,焙烧过程产生更多的铜锌固溶体,促使形成强的CuO-ZnO相互作用,形成的CuO颗粒粒径为8.6nm,铜的比表面积为15.38m2/g,铜分散度为11.9%,甲醇的选择性和收率分别为42.29%和0.094g/(gcat·h),催化剂活性最好。
    还原介质和还原温度对Ru-Zn催化苯选择加氢制环己烯性能的影响
    孙海杰, 陈凌霞, 黄振旭, 孙良玲, 李永宇, 刘寿长, 刘仲毅
    化工进展. 2017, 36(08):  2962-2970.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2016-2247
    摘要 ( 226 )   PDF (1223KB) ( 278 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    用共沉淀法分别在5% NaOH溶液、蒸馏水、0.035mol/L ZnSO4溶液和0.145mol/L ZnSO4溶液中用H2还原制备了Ru-Zn(5% NaOH)催化剂、Ru-Zn(H2O)催化剂、Ru-Zn(0.035mol/L ZnSO4)催化剂和Ru-Zn(0.145mol/L ZnSO4)催化剂。结果表明,它们催化苯选择加氢制环己烯的活性高低顺序为Ru-Zn(5% NaOH)催化剂 > Ru-Zn(H2O)催化剂 > Ru-Zn(0.035mol/L ZnSO4)催化剂≈Ru-Zn(0.145mol/L ZnSO4)催化剂,环己烯选择性高低顺序与活性顺序正好相反。因为还原介质可以影响Ru-Zn催化剂的组成和织构性质,进而影响它的催化性能。Ru-Zn(H2O)催化剂的环己烯收率最高,说明蒸馏水作还原介质最好。随还原温度升高,Ru-Zn(H2O)催化剂比表面积逐渐减小,催化剂活性逐渐降低。同时粒径逐渐增大,Ru粒子上有利于环己烯加氢生成环己烷的楞位和顶点位减少,环己烯选择性升高。在100℃还原温度下制备的Ru-Zn(H2O)催化剂的环己烯收率可达58.1%。
    材料科学与技术
    磁性聚合物微球的制备及其应用研究进展
    王晔晨, 全微雷, 张金敏, 沈俊海, 李良超
    化工进展. 2017, 36(08):  2971-2977.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2016-2197
    摘要 ( 431 )   PDF (743KB) ( 608 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    磁性聚合物微球是由磁性粒子和聚合物复合而成。本文在概述磁性聚合物微球的结构类型基础上,选择性地介绍了单体聚合法、原位生成法、组合法等制备方法的特点及其优缺点;综述了其在生物医药、工业催化、电磁波吸收与屏蔽领域的最新研究及应用进展;总结了该类复合材料在生物医药研究领域中存在的问题,并对其未来发展方向作出了展望。即研究开发先进的制备方法,通过对磁性粒子的表面改性和聚合物表面基团的设计,提高其生物相容性及其与病患细胞作用的专一性;研究药物与载体之间的界面作用及其机制,实现高磁靶向性、高药物利用率和药物在靶区的可控缓释性;研究药物载体在输送过程中的变化、人体环境对其药物输送的影响以及与病患细胞的作用机制。
    石墨烯基复合电极在非对称超级电容器中的研究进展
    胡光武, 李曦, 张超灿
    化工进展. 2017, 36(08):  2978-2985.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2016-2280
    摘要 ( 295 )   PDF (409KB) ( 558 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    非对称超级电容器(ASCs)因电化学性能更为优异而成为近几年来的研究热点,石墨烯作为一种新颖的二维碳材料,具有比表面积大、导电性高、力学性能好和化学稳定性优异等优点,是非对称超级电容器复合电极的一类理想载体材料。本文综述了近几年来石墨烯基复合电极在非对称超级电容器中的应用状况,认为比表面积更大、导电性更好的石墨烯将会促进石墨烯基复合电极在超级电容器中的应用与发展,也会提高石墨烯基非对称超级电容器的性能。指出将金属氧化物、导电聚合物、金属氢氧化物以及金属硫化物纳米化,使之兼具大的有效面积、丰富的氧化还原活性位点等特点,从而提高复合材料的比电容,是石墨烯基复合电极的研究重点。
    电纺制备活性碳纳米纤维及其应用研究进展
    林皓, 赵瑨云, 胡家朋, 刘瑞来, 饶瑞晔
    化工进展. 2017, 36(08):  2986-2993.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2016-2277
    摘要 ( 289 )   PDF (2480KB) ( 652 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    活性碳纳米纤维由于比表面积大、导电、导热性好、孔隙率高等优点,得到人们广泛关注。如何进一步提高其比表面积、孔隙率,特别是微孔和介孔的含量,是活性碳纳米纤维面临的主要问题。电纺技术是一种简单、有效、可大量连续制备纳米纤维的方法。本文介绍了电纺制备纳米纤维前体,再通过预氧化、碳化和活化制备活性碳纳米纤维。详细分析了前体选择、孔结构调控对活性碳纳米纤维结构与性能的影响。前体主要决定活性碳纳米纤维产物的微观孔隙结构,孔隙结构调控主要包括间隙孔、大孔、介孔和微孔的调控。回顾了电纺活性碳纳米纤维在超级电容器电极、电吸附除盐电极、吸附过滤和催化剂及其催化剂载体等领域的应用。并提出今后可将催化剂与活性碳纳米纤维原位负载,在提高催化活性点方面进行更为深入的研究,以期获得更广泛的应用。
    不同方法制备氧化锌高温煤气脱硫剂的原位再生动力学
    冯宇, 史磊, 张赛赛, 武蒙蒙, 米杰
    化工进展. 2017, 36(08):  2994-3001.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-0118
    摘要 ( 261 )   PDF (1602KB) ( 302 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    分别采用室温固相法和均匀沉淀法原位制备氧化锌脱硫剂前体,并在热天平装置上研究了再生温度及反应中氧气浓度对氧化锌高温煤气脱硫剂的原位再生行为的影响。采用收缩核模型对脱硫剂前体氧化再生过程的动力学进行了描述,并计算其反应级数及表观动力学参数,结果表明:脱硫剂原位再生的过程中动力学控制步骤发生了转移,当再生转化率低于80%时,再生反应主要为表面化学反应控制阶段;当再生转化率高于85%时,再生反应主要是颗粒内扩散控制。室温固相法和均匀沉淀法所制备脱硫剂的表观化学反应速率常数的指前因子ks0分别为4.45m/s、1.01m/s,化学反应活化能Ea分别为43.12kJ/mol、65.76kJ/mol,有效扩散系数因子De0分别为5.42×10-2m2/s、1.29×10-3m2/s,内扩散表观活化能Ep分别为38.38kJ/mol、43.29kJ/mol。此外,通过表征发现均匀沉淀法制备的脱硫剂内部活性组分更加分散、粒径更小、孔隙发达,提高了脱硫剂的再生性能。
    Mg1.5Ti1.25O4用于锂离子交换的实验研究
    江津河, 刘方旺, 闫永美, 曹长青
    化工进展. 2017, 36(08):  3002-3005.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2016-2216
    摘要 ( 236 )   PDF (385KB) ( 180 )  
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    一定温度下,用固相反应结晶的方法合成具有尖晶石结构的金属复合氧化物Mg1.5Ti1.25O4。尖晶石型金属复合氧化物在化学组分及化学计量数方面有非常灵活的特性,在维持自身晶体结构不变的条件下,通过改变自身化学计量数的方法可插入或者抽出一些替换离子。尖晶石型金属复合氧化物作为离子交换剂具有热稳定性强、抗辐射能力强、合成简单以及良好的选择性等优点。本文对合成的尖晶石型金属复合氧化物Mg1.5Ti1.25O4进行了实验表征,包括X射线衍射仪结构表征,检测酸性条件下Li+的抽出值、饱和交换容量值测量、分配系数测定等。实验研究结果表明,本复合氧化物结构稳定,能够插入或者抽出Li+,具有较高的Li+选择性和离子记忆性。用硝酸处理过的样品对Li+交换容量达到9.7mmol/g。
    镁掺杂的非化学计量比磷酸铁锂的制备及性能
    冯颖, 刘凯, 霍涛涛, 张敏卿, Abdul Waqas ANJUM
    化工进展. 2017, 36(08):  3006-3012.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-0623
    摘要 ( 229 )   PDF (2937KB) ( 540 )  
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    以Li2CO3、FeC2O4·2H2O、MgO、NH4H2PO4为原料,无水葡萄糖为碳源,采用高温固相合成法制备获得4% Mg2+掺杂的LiFe0.96Mg0.04PO4/C,并通过分别减少2% Mg2+和2% Fe2+合成了非化学计量比的LiFe0.96Mg0.02PO4/C和LiFe0.94Mg0.04PO4/C材料。利用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、红外光谱分析(FTIR)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)表征了Fe2+和Mg2+含量的变化对材料的物质构成、形貌及结构的影响。通过交流阻抗(EIS)及恒流充放电循环测试对材料的电化学性能进行表征。研究结果表明Mg2+均匀地掺入LiFePO4的晶格中,非化学计量比的LiFe0.96Mg0.02PO4/C和LiFe0.94Mg0.04PO4/C材料的晶胞体积减小,导电性杂质Fe2P的含量升高,Li-Fe错位现象减少;其中,LiFe0.94Mg0.04PO4/C表现出最优的充放电容量、倍率性能以及循环性能,0.1C、20C倍率下的放电比容量分别为161.2mAh/g、74.7mAh/g,500次循环后20C的容量保持率达到97.3%。
    本体聚合法合成固体聚羧酸减水剂的研究及性能评价
    陶俊, 倪涛, 夏亮亮, 王进春, 刘昭洋
    化工进展. 2017, 36(08):  3013-3018.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2016-1621
    摘要 ( 346 )   PDF (497KB) ( 241 )  
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    以丙烯酸和501醚类大单体为原料,在本体聚合条件下合成了固体聚羧酸减水剂,研究了温度、链转移剂加量、引发剂加量、酸醚摩尔比和滴加时间对产物性能的影响,发现温度、链转移剂加量、引发剂加量、酸醚摩尔比和滴加时间对产物性能影响明显。实验结果表明,当反应温度为70℃、链转移剂加量为单体质量0.35%、引发剂加量为单体质量1%、酸醚摩尔比为4:1、滴加时间为2h时,所制备的固体聚羧酸减水剂具有良好的分散性能和坍落度保持性,水泥净浆初始流动度为315mm,1h后净浆流动度为320mm。最后利用红外光谱对产物分子结构进行表征,结果表明丙烯酸和501大单体聚合反应顺利进行。
    一维超微孔MOFs[M3(HCOO)6](M=Fe,Co,Ni)用于乙烯-丙烯混合物的分离
    李顺, 王勇, 李立博, 李晋平
    化工进展. 2017, 36(08):  3019-3023.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2016-2136
    摘要 ( 271 )   PDF (2817KB) ( 662 )  
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    烯烃是重要的化工原料,其生产过程中存在分离提纯能耗过大的问题。本文通过溶剂热方法合成了超微孔[M3(HCOO)6](M=Fe,Co,Ni)系列材料,利用XRD、N2吸附、SEM等对其结构与形貌进行了表征,详细考察了[M3(HCOO)6]的不同孔道结构对于乙烯和丙烯吸附的影响。结合固定床气体分离装置,测试了[M3(HCOO)6]对于乙烯-丙烯气体混合物的动力学分离性能。结果表明:通过构建不同的中心金属,有效地控制了MOFs的孔径尺寸;较大的孔径尺寸会提高乙烯和丙烯的吸附量,但对丙烯/乙烯的吸附选择性不高,分离性能较低;较小的孔径有利于提高对丙烯的吸附强度,从而提高丙烯/乙烯的吸附选择性与分离性能。本文通过对[M3(HCOO)6]系列MOFs不同中心金属的替换,提高了其对于丙烯/乙烯混合物的分离性能,为实现低碳烃混合物的高效分离提供了思路。
    半互穿网络法制备聚偏氟乙烯复合超滤膜
    杨丽, 栾金义, 杨永强, 奚振宇, 魏昕, 郭智
    化工进展. 2017, 36(08):  3024-3031.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-0211
    摘要 ( 260 )   PDF (3180KB) ( 435 )  
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    利用半互穿网络法制备聚偏氟乙烯(PVDF)复合超滤膜,根据膜性能参数及扫描电子显微镜(SEM)结构分析确定,聚乙烯醇(PVA)与戊二醛(GD)发生缩醛化反应构建PVA/PVDF半互穿网络结构的最佳条件为,铸膜液中聚乙烯醇的添加量为4.0%(质量分数)、戊二醛与聚乙烯醇加入量的比率为0.5,筛选出的PVDF/PVA/PVP/GD/NMP=16/4/3/2/75配方制备的半互穿网络结构复合膜性能最佳,纯水通量为612.3L/(m2.h),接触角48.3°,BSA截留率98.7%,爆破压力1.0MPa,BSA吸附量45.3μg/cm2,使用X射线光电子能谱仪(XPS)、红外分析测试仪(FTIR)等对制备的膜组成及结构进行了表征,用于处理实际石化废水运行一个月后,水通量为144.4L/(m2·h),COD去除率为80.4%,浊度去除率为97.2%,与未含这种结构的配方制备的PVDF膜性能参数相比,PVA/PVDF半互穿网络复合膜的水通量增大,亲水性能增强,抗污染、抗反洗能力加强,膜的综合性能明显提高。
    生物与医药化工
    埃洛石纳米管在生物医学应用中的研究进展
    马智, 李英乾, 丁彤, 董俊杰, 秦永宁
    化工进展. 2017, 36(08):  3032-3039.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2016-2296
    摘要 ( 285 )   PDF (8036KB) ( 235 )  
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    埃洛石纳米管(HNTs)是一种新型的天然硅铝酸盐类纳米材料,具有独特的纳米管状结构及比表面积大、反应活性高等优点,近年来在生物医学运输领域中突显出愈来愈重要的应用价值。本文简述了HNTs的结构和性质,分析了HNTs在生物医学领域应用的可行性,重点阐述了其在酶固定化、生物显像、生物支架、药物及基因靶向运输治疗等生物医学方面的研究和应用现状,并指出了在上述应用领域中HNTs相对于传统无机纳米材料具有固载效果好、易于化学修饰、生物相容性高、毒性低、靶向选择性高等诸多优势。最后指出了目前HNTs在生物医学领域应用中还存在医疗成果转换周期长、成本效益高和药物释放作用机理不明确等挑战,并对其在疾病诊断、靶向递送药物及追踪治疗效果等一系列现代医疗技术的前景进行了展望。
    精细化工
    松香基成核剂的研究及应用进展
    陈廷辉, 王亚明, 潘登, 蒋丽红
    化工进展. 2017, 36(08):  3040-3046.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-0008
    摘要 ( 295 )   PDF (409KB) ( 653 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    松香基成核剂以天然产物松香为原料,其成本低廉、无毒、无味、成核效率高,已逐渐成为研究者所青睐的聚烯烃树脂改性剂。本文综述了松香及其衍生物类成核剂在聚丙烯、聚乙烯等聚烯烃树脂中的改性研究进展,提出了添加松香基成核剂是改性聚烯烃树脂的有效方式之一,讨论了该类成核剂与传统成核剂的各项性能之间的差异,包括耐高温性、分散性、环保性以及成本之间的区别;对该类成核剂改性聚烯烃树脂时的成核结晶机理进行了简述,提出了松香基成核剂所存在分散性较差等问题以及相应解决手段,例如在挤出造粒之前添加一定量的分散剂等;重点介绍了如何高效利用松香基成核剂,及其如何与多种物质共同发挥协同作用的方法,并在此基础上对松香基成核剂的发展趋势进行了展望。
    衣康酸双酯磺酸钠型双子表面活性剂的合成与性能
    李盼, 徐红, 解鸿宇, 张欢欢, 杜蕾, 许军
    化工进展. 2017, 36(08):  3047-3052.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-0075
    摘要 ( 300 )   PDF (552KB) ( 443 )  
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    采用衣康酸酐、月桂醇、1,4-丁二醇、亚硫酸氢钠为主要原料,依次经单酯化、磺化、双酯化反应,合成了一种新颖的双子表面活性剂——1,4-丁二醇双衣康酸月桂醇双酯磺酸钠(Gemini-12),并通过正交试验对双酯化合成条件进行了优化。较佳工艺条件如下:双酯化反应温度150℃,反应时间6.0h,衣康酸单月桂醇酯磺酸钠与1,4-丁二醇的摩尔比为2.30:1.00,催化剂用量为物料总量的1.0%(质量分数)。通过FTIR和1H NMR对中间产物和Gemini-12的结构进行了确认,并对终产物的物化性能进行了初步表征,测得其临界胶束浓度(CMC)为1.38×10-3mol/L,表面张力γCMC为28.60mN/m,效率因子pC20为3.14,表面活性剂的效能CMC/C20为1.91,表面过剩量ΓCMC为1.15mmol/m2,极限分子面积ACMC为1.44×10-3nm2/mol,标准胶束自由能△GmicΘ为-9.018 kJ/mol,标准吸附自由能△GadsΘ为-31.22 kJ/mol。随NaCl浓度的增加,Gemini-12的CMC值不断降低。
    葡萄糖改性聚羧酸减水剂的合成与性能
    孙玉, 王文平, 张辰
    化工进展. 2017, 36(08):  3053-3057.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2016-2404
    摘要 ( 343 )   PDF (549KB) ( 354 )  
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    以葡萄糖(G)作为原料,在冰水浴的条件和丙烯酰氯进行酰氯化反应得到丙烯酸葡萄糖酯(AGE)。通过自由基共聚法将甲基烯丙基聚氧乙烯醚(TPEG-2400)、丙烯酸(AA)和丙烯酸葡萄糖酯聚合得到改性的聚羧酸减水剂,讨论了不同条件对聚羧酸减水剂性能的影响。通过红外谱图(FTIR)等手段对丙烯酸葡萄糖酯和共聚物进行了表征。实验中获得的最佳条件是:反应温度为60℃,反应时间为3.5h,甲基烯丙基聚氧乙烯醚、丙烯酸和丙烯酸葡萄糖酯的摩尔比是1:3:0.5。通过净浆流动度实验表明,改性后的聚羧酸减水剂在1h以内可以保持流动度为280mm不变,同时对比了未改性的聚羧酸减水剂和只加入葡萄糖单体的聚羧酸减水剂,结果表明改性后的聚羧酸减水剂在分散和保持性能方面有了很大提高。
    水包水型疏水缔合聚丙烯酰胺增稠剂的合成及在压裂中的应用
    张锋三, 沈一丁, 吴金桥, 原敏, 孙晓
    化工进展. 2017, 36(08):  3058-3065.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-0640
    摘要 ( 299 )   PDF (1486KB) ( 424 )  
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    以丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸和芥酸酰胺羟丙基磺基甜菜碱为原料,采用水分散聚合方式合成出水包水型疏水缔合聚丙烯酰胺增稠剂,通过FTIR和TG对增稠剂的结构及热解质量进行了测试。分析了OWPAM乳液增稠剂的基本性能及水溶液的微观和宏观性能,结果表明,在单体芥酸CAB用量为4.0%时,乳液的产率、平均粒径、表观黏度和稳定性达到最优,黏均分子量为2.43×106g/mol;OWPAM乳液的临界胶束缔合浓度(CAC)值为0.32%,当浓度大于CAC值后水溶液体系内的缔合形式以分子间缔合为主,OWPAM乳液在0.1%、流速10m/s时减阻率为72%。助黏剂TR-1质量分数为1.0%时可将0.5%水溶液黏度增加至160mPa·s,复配成的压裂液具有较好耐温耐剪切性、黏弹性和悬砂性,在APS质量分数为0.05%时,测试时间为2h压裂液可以完全破胶,能够达到压裂液的使用标准。
    资源与环境化工
    铜冶炼渣资源化利用研究进展
    廖亚龙, 叶朝, 王祎洋, 曹磊
    化工进展. 2017, 36(08):  3066-3073.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2016-2366
    摘要 ( 359 )   PDF (483KB) ( 835 )  
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    火法冶炼废弃渣大量露天堆存,存在铜、铁等有价金属资源未能回收利用和重金属污染土壤及水体等环境问题。本文综述了铜火法冶炼过程中产生的典型废弃渣的物相特征,以及渣中铜、铁等有价金属回收利用的研究现状。分析和讨论了选矿分离、湿法提取、火法贫化、高温氧化、高温还原等工艺处理铜冶炼废渣、回收利用铜和铁的优势及存在的缺陷,展望研究趋势。分析表明:缓冷-浮选、湿法提取都能有效回收利用高品位的冶炼铜渣,湿法酸浸中的加压浸出能抑制铁的浸出而具有应用优势;矿相资源化重构是有效利用低含量铜渣中铜和铁资源的有效方法;在熔融态炉渣中加入氧化钙改性重构后缓冷,再进行浮选和磁选,既能回收炉渣中的铜和铁,且浮选尾渣可以直接用于建材行业,更具备应用前景。
    反硝化过程中氧化亚氮释放机理研究进展
    周晨, 潘玉婷, 刘敏, 陈滢
    化工进展. 2017, 36(08):  3074-3084.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2016-2422
    摘要 ( 562 )   PDF (740KB) ( 1145 )  
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    氧化亚氮(N2O)是一种强效的温室气体并会严重破坏臭氧层,其在污水厂的释放问题被众多研究者所关注。为了更好地理解反硝化过程中N2O的释放机制,本文介绍了反硝化过程中N2O的产生途径和影响因素,涉及碳源、碳氮比、电子受体、溶解氧(DO)、pH、污泥龄(SRT)、N2O还原酶抑制物等方面。首先重点分析了反硝化过程中一些情况下N2O的积累原因,认为是四步反硝化酶对电子的竞争,电子竞争协同环境因素共同影响N2O的积累;随后分别从电子受体和电子供体角度介绍了呼吸链电子传递抑制剂以及氧化还原介质在反硝化过程中的应用情况,探讨了这两个方面应用于电子竞争研究的可能性;最后指出将反硝化过程中碳源氧化和氮氧化物还原的动力学剥离作为后期研究电子竞争的方向。本文有助于揭示电子竞争机制下反硝化过程中间产物尤其是N2O形成的作用机理,归纳出导致N2O在反硝化过程中积累的关键因素,可以成为污水厂中N2O减排的控制策略。
    甲壳素的液化反应及其动力学模拟
    张洁, 许文茸, 张玉苍, 李瑞松, 孟繁蓉
    化工进展. 2017, 36(08):  3085-3091.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-0009
    摘要 ( 264 )   PDF (1099KB) ( 368 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    通过单因素试验法对甲壳素的酸催化液化反应中的影响因素进行了探讨。结合红外光谱(FTIR)、热重分析(TGA)、X射线衍射(XRD)及扫描电子显微镜(SEM)等分析手段分别对液化残渣和液化物的主要官能团、热稳定性、结晶度及表面形貌特征进行了分析,并应用动力学模型探讨了不同温度下反应速率和残渣率的关系。结果表明升高温度、增加催化剂用量和延长反应时间均有利于降低残渣率;动力学研究表明甲壳素的酸催化液化为复杂的多级反应,活化能Ea=34.5kJ/mol,指前因子A=254.17s-1,平均活化焓△Hr=30.86kJ/mol,平均活化熵△Sr=-210J/mol,整个反应为吸热反应,表观反应速率常数随着温度的升高而增加,在外界能量输入下,体系有序性发生变化。
    超低浓度气氛中CO2吸附动力学影响因素分析
    刘军, 孟桂祥, 姚胜, 王祝成, 徐凯, 韩国庆
    化工进展. 2017, 36(08):  3092-3099.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2016-1982
    摘要 ( 245 )   PDF (1011KB) ( 604 )  
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    为对抗全球变暖并控制CO2排放,针对超低浓度气氛中CO2吸附速率慢、动力学性能差等问题,基于湿法再生技术,系统分析了湿法再生技术中CO2吸附动力学若干影响因素。通过实验分析与理论模型相结合的方法,研究结构参数、温度及湿度对CO2吸附的多重影响机制。采用相转化法制备CO2吸附薄膜,并通过优化及筛选,获得界面结构可控、官能团可调的异相吸附多孔薄膜,实现了CO2的可逆吸附。针对异相结构吸附剂吸附CO2过程中传质步骤复杂,描述困难的问题,对传统的缩核模型进行改进,用来描述CO2吸附反应过程,得到CO2吸附过程中各部分阻力大小,同时试验获得了结构参数、温度、湿度等对总传质系数及单个步骤(扩散和反应)传质系数的影响规律。结果表明CO2吸附过程中产物层扩散阻力所占份额较大,而膜扩散阻力所占份额较小,表明下一步吸附剂的优化应重点降低产物层扩散阻力。
    350MW燃煤机组选择性催化还原脱硝系统运行优化
    李斌, 杨浩楠, 邓煜, 张博, 祝燕
    化工进展. 2017, 36(08):  3100-3107.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2016-2448
    摘要 ( 233 )   PDF (648KB) ( 241 )  
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    为了在满足环保排放标准的条件下,降低火电机组脱硝成本,本文针对某350MW燃煤机组的选择性催化还原(SCR)脱硝系统,建立了度电脱硝成本的计算模型。该模型将脱硝成本分为固定成本和变动成本两部分,度电固定脱硝成本包括折旧成本、会计成本、催化剂更换成本、大修成本、人工成本、补偿电价、其他成本,度电变动脱硝成本包括电耗成本、喷氨成本、排污成本。以度电脱硝成本作为评价指标,利用支持向量机与粒子群耦合算法建立了脱硝系统运行优化模型,对脱硝系统进行了全负荷段优化。结果表明,预测模型能精确预测度电脱硝成本,最高相关系数可达99.9011%;经模型优化后,脱硝所需喷氨量降低至0.1578t/h,度电脱硝成本显著降低,系统经济性得到提高,可用于指导电厂经济运行。
    焦化废水前置好氧流化床处理的必要性解析
    张涛, 韦朝海, 任源, 冯春华, 吴海珍
    化工进展. 2017, 36(08):  3108-3115.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-0139
    摘要 ( 235 )   PDF (702KB) ( 270 )  
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    针对碳氮比不协调、毒性组分多且厌氧困难的焦化废水,采用自行研制的新型生物三相流化床对其实施前置高负荷好氧处理,重点考察了反应器的好氧处理性能,并结合紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)和GC-MS分析研究了好氧处理过程中主要有机成分的变化规律。结果表明,在进水COD平均浓度为4818.9 mg/L、环境温度为28~33℃、溶解氧为1.0~1.5mg/L及污泥浓度为8.0g/L左右的条件下,当有机负荷处于3.53~3.74kgCOD/(m3·d)范围内时,新型生物流化床可实现废水中的苯酚、吲哚及苯胺等化合物的降解,其COD、酚及SCN-的平均去除率分别达到70%、99%和80%以上,通过大幅度削减酚类化合物、SCN-和CN-等毒性物质的浓度而解除后续厌氧水解和好氧硝化过程的抑制瓶颈。因此,好氧生物流化床由于具有良好的混合传质性能和较高的污泥浓度,将其作为前置生物单元工艺处理含高浓度氨氮有毒难降解有机废水具有技术优势,是实现该类废水高效生物处理的必要保障。
    蛋白土-Fe2O3非均相Fenton催化剂高效降解罗丹明B染料废水
    王炫, 李焕焕, 张乾, 陈俊涛
    化工进展. 2017, 36(08):  3116-3124.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-0109
    摘要 ( 218 )   PDF (1813KB) ( 546 )  
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    采用共沉淀法将Fe2O3负载于蛋白土表面,制备出一种新型、高效的非均相光-Fenton催化剂,并将其用于降解罗丹明B染料废水,取得显著效果。利用N2吸附、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)、傅里叶红外光谱(FTIR)等方法对复合材料的结构进行了表征。考察了废水中COD去除率及影响降解效果的因素,包括溶液pH、反应温度、催化剂投加量、H2O2投加量以及罗丹明B的初始浓度等。试验结果显示,在可见光照射下、pH=2.5、反应温度30℃、催化剂投加量0.15g/L、H2O2投加量9.0mmol/L、罗丹明B初始浓度40mg/L的条件下磁力搅拌120min,罗丹明B溶液脱色率达到96.49%,COD去除率达到50.51%。对反应过程进行了一级动力学方程拟合,在最佳反应条件下R2=0.98,说明该反应过程属于一级动力学反应。催化剂循环使用5次后,对罗丹明B的脱色率仍能达到85%以上,证明该催化剂具有良好的循环性能。最后,对反应过程进行了分析,提出了一种可能的反应机理。
    Ce-TiO2-SiO2的制备及其光降解罗丹明B的动力学
    樊国栋, 张国贤, 冯昕钰, 张光华
    化工进展. 2017, 36(08):  3125-3133.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2016-2363
    摘要 ( 270 )   PDF (2763KB) ( 308 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    以钛酸丁酯、正硅酸乙酯和硝酸铈为前体,采用溶胶凝胶法制备了x% Ce-TiO2/SiO2x=0,0.1,0.3,0.5,0.8,1,质量分数)光降解催化剂。X射线衍射(XRD)测试表明,Ce的掺杂和SiO2的引入能够有效抑制TiO2晶相由锐钛矿相向金红石相的转变,增加了样品的热稳定性。X射线光电子能谱(XPS)和傅里叶红外光谱(FTIR)分析表明,样品Ce-TiO2/SiO2中存在Si-O-Ti和Si-O-Si键,说明SiO2和TiO2有键合作用。扫描电镜(SEM)和BET结果表明,相比于纯TiO2,0.3% Ce-TiO2/SiO2的颗粒尺寸更小,颗粒分布更加均匀,且比表面积更大(194.98m2/g)。以罗丹明B(Rh B)为目标污染物,研究了Ce-TiO2/SiO2光降解催化剂在紫外光和可见光下的催化降解效率。结果表明,当m(TiO2):m(SiO2)=10:1,Ce掺杂量为0.3%时,催化剂的光催化性能达到最佳。经过30min紫外光和180min可见光的照射,对罗丹明B的降解率分别达到99%和78%。通过对降解后,苯酚溶液中总有机碳含量(TOC)去除率的研究发现,0.3% Ce-TiO2/SiO2的去除率为41%,而二氧化钛P25却不足10%。
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