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2018年 第37卷 第11期 刊出日期:2018-11-05
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    化工进展. 2018, 37(11):  0-0. 
    摘要 ( 58 )   PDF (7088KB) ( 59 )  
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    本期封面、中英文目次表
    化工进展. 2018, 37(11):  0-0. 
    摘要 ( 16 )   PDF (10015KB) ( 269 )  
    相关文章 | 多维度评价
    特约评述
    污水生物处理基于氧调控的节能策略
    韦朝海, 汝旋, 杨兴舟, 冯春华, 魏永芬, 李富生
    化工进展. 2018, 37(11):  4121-4134.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-0290
    摘要 ( 229 )   PDF (926KB) ( 241 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    在系统回顾污水生物处理活性污泥法的基础上,以生物氧化沟、生物好氧流化床、生物转盘、接触氧化法作为典型工艺案例,论述了通过氧传质来调控工艺过程节能效率的途径,包括气源风机、供风管线与输配、气液传质、液固传质等多步骤。讨论了水质成分/水质结构、表面活性剂、反应器特征、环境因素、工艺变化等因素对氧利用效能的影响,从风机性能与气体输送、工艺创新与反应器结构优化、微生物污泥与运行管理的结合提出基于氧调控的总体节能策略。建议加强科学基础、技术范围、规模放大的理论与实践探索,从污染物削减、碳减排、生态风险等方面提出更加全面的能量约束评价系统技术。
    化工过程与装备
    冷却塔逆用吸热做热源塔技术研究现状
    冯荣, 孟欣, 邓建平, 张鹏超
    化工进展. 2018, 37(11):  4135-4142.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-2471
    摘要 ( 156 )   PDF (481KB) ( 198 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    基于冷却塔逆用吸热理论,在空气源热泵和水/地源热泵基础上发展起来了一种新型热泵——热源塔热泵,它能克服蒸发器的结霜问题,且不受地质条件的约束,具有良好的应用前景,但对热源塔热泵的研究相对滞后,影响了其快速发展。为此,本文从结构、传热传质、吸热和防冻工质等方面对现有冷却塔逆用吸热做热源塔的研究进行了综述。指出对热源塔传热传质特点、基本数学模型和热源塔吸热性能随环境条件和运行参数的变化规律的研究比较充分,能够指导热源塔的实际应用;溶液漂失是开式热源塔大规模应用必须要解决的问题,优化闭式热源塔中翅片管换热器的结构是未来研究的重点,同时还需关注先进除霜和抑霜技术在闭式热源塔中应用的可行性。本文的阐述有望为热源塔热泵技术的发展、革新和推广发挥积极的指导和参考作用。
    乙酸正戊酯酯化反应动力学探讨与催化精馏模拟
    李洪, 肖财春, 吴艳, 李鑫钢, 高鑫
    化工进展. 2018, 37(11):  4143-4149.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-2333
    摘要 ( 214 )   PDF (649KB) ( 253 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    在间歇釜式反应器中,以NKC-9阳离子交换树脂为催化剂,对乙酸和正戊醇催化合成乙酸正戊酯的酯化过程进行了研究。实验考察了不同催化剂用量及反应温度对乙酸转化率的影响,同时测定了实验条件下乙酸正戊酯酯化反应的反应动力学数据。采用拟均相模型对实验数据进行关联,得到了平衡常数和反应速率常数的计算式。在本实验条件下,该酯化反应为吸热反应,反应热及正、逆反应活化能分别为8.339kJ/mol、50.191kJ/mol和41.852kJ/mol,平衡常数及正、逆反应速率常数与温度的关系式分别为:K=54.2173e-8338.8/RTk1=95402.5e50191/RTk2=1759.6e41852.2/RT。结合测定的动力学方程,建立了基于严格数学模型的过程模拟计算方法,对乙酸正戊酯催化精馏酯化过程进行过程模拟优化。优化后的操作条件为精馏段板数3、反应段板数9、提馏段板数14、进料位置7、混合进料酸醇摩尔比1.1∶1,此时塔釜乙酸正戊酯摩尔分数与正戊醇转化率达到99%以上。
    半弧面斜叶桨的流体力学性能与氧传质特性
    王成龙, 张金利, 张敏卿
    化工进展. 2018, 37(11):  4150-4161.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-0343
    摘要 ( 157 )   PDF (25176KB) ( 68 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    氧传质系数是气液搅拌反应器设计的关键参数,研究新型搅拌桨的氧传质性能对气液两相搅拌反应器的强化有着重要的意义。本文实验研究了气体分布器、搅拌转速、气量对氧传质系数、搅拌功耗及气含率的影响,结果表明,氧传质系数随搅拌转速和气量的增加而增加;并建立了氧传质系数与搅拌功耗和表观气速的经验公式,为进一步放大应用提供了基础。采用欧拉-欧拉多相流模型及群体平衡模型对半弧面新型斜叶桨进行了计算流体力学(CFD)数值模拟研究,模拟研究了不同结构、搅拌转速、气量下的流体力学性能和氧传质系数,模拟计算结果与实验值的相对偏差在20%以内;这为研究这一半弧面新型斜叶桨提供了一种可靠的数值模拟方法;优化了半弧面新型斜叶桨的结构,提高了搅拌釜的氧传质效率。
    气流破碎在高纯碳酸锂粉末粒径优化中的应用
    刘骥飞, 戴剑锋, 贾钰泽, 袁扬
    化工进展. 2018, 37(11):  4162-4167.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-0423
    摘要 ( 138 )   PDF (1660KB) ( 145 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    通过气流破碎优化经碳化-离子交换-热解辅以高温干燥工艺制备的高纯碳酸锂粉体材料的粒径分布,研究发现气流破碎系统的喂料阀频率、分级轮和引风机频率变化对物料的粒径分布有重要影响。对4种不同粒度的样品共计18组实验分析各因素对物料粒径的影响,当设置喂料阀频率25~28Hz、分级轮频率30~35Hz、引风机频率35~40Hz时破碎效果最佳,该工作参数对于样品初始粒径在5μm≤d10≤14μm、20μm≤d50≤50μm、70μm≤d50≤110μm范围的碳酸锂颗粒粒径优化控制具有普适性。合理的气流破碎参数设置不仅使高纯碳酸锂物料具有良好的分散性和较规则的形貌,而且经等离子耦合激光光谱仪(ICP)检测证明气流破碎后不会引起高纯碳酸锂磁性异物和杂质含量的增加。这一研究对优化粉体材料形貌、实现特定粒度材料制备具有一定意义。
    合成间甲基苯甲酸的微通道连续流工艺
    程昊, 严生虎, 张跃, 刘建武, 张勇超, 沈介发, 陈代祥, 魏进
    化工进展. 2018, 37(11):  4168-4173.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-0471
    摘要 ( 152 )   PDF (625KB) ( 121 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    目前,对合成间甲基苯甲酸的研究主要局限于氧化釜的间歇反应工艺,对连续流反应工艺少有报道。针对这一问题,本文提出了在脉冲混合结构微通道反应器中液相氧化合成间甲基苯甲酸的连续流工艺。采用间二甲苯为原料,过氧乙酸为氧化剂,乙酸钴和溴化钠为催化剂,通过对反应物料比、催化剂的用量、反应停留时间、反应温度、溶剂用量等条件的考察,获得最佳工艺条件。得出当n(间二甲苯)∶n(过氧乙酸)∶n(乙酸钴)∶n(溴化钠)∶n(乙酸)=1∶4∶0.015∶0.02∶5、反应温度120℃、反应停留时间15min时,反应效果最佳。研究结果表明:此工艺充分利用微通道连续流反应器优良的传质传热特点,大大缩短了反应时间,提高了反应速率,扩大工艺条件选择区间,增加了安全系数,实现对氧化反应过程的有效控制。
    基于碳纳米材料协同强化型复合相变材料的动力电池组传热特性
    贺瑞军, 邹得球, 马先锋, 刘小诗, 郭江荣, 胡志钢, 刘默
    化工进展. 2018, 37(11):  4174-4180.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-0475
    摘要 ( 144 )   PDF (1651KB) ( 315 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    研制了一种基于石墨烯与碳纳米管掺杂的复合相变材料(CPCM),对比分析了高放电倍率下(3C)不同环境温度时基于纯相变材料(PCM)与复合相变材料的锂离子动力电池组的热性能。实验结果表明,当环境温度分别为30℃、35℃和40℃时,由于石墨烯与碳纳米管的协同强化传热,与基于石蜡的电池组相比,电池组的最高温度分别下降了0.6℃、0.8℃和3.8℃。同时也发现,电池组中间位置电池温度高于周边电池,复合相变材料可以降低电池组的温差,尤其在环境温度较高时效果更为明显,如在环境温度为40℃时,填充材料为纯相变材料与复合相变材料时电池组的最大温差为6℃和3.5℃,与采用纯石蜡作冷却介质相比,填充复合相变材料可以使电池组最大温差下降41.7%。
    降低再热能耗的空调热回收系统分析
    王维蔚, 王辉涛, 韩金蓉, 葛众, 黄靖伦
    化工进展. 2018, 37(11):  4181-4189.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-0486
    摘要 ( 149 )   PDF (1099KB) ( 112 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    为降低一次回风全空气空调系统空气处理机组再热能耗,提出两种改进空调热回收系统,分别是混风热回收系统和新回风热回收系统。基于空调系统空气处理流程的分析,结合热力学第一定律、空气处理机热质传递方程,建立了这两种空调热回收系统能耗的计算模型。在此基础上,以昆明地区为例,考察了空调室外新风参数、空调区域热湿比、新风量及送风量等主要因素对热回收系统能耗与效率的影响,并与常用回风热回收系统和一次回风系统进行了比较。研究结果表明,在温和地区采用新提出的两种热回收系统均比一次回风系统节能60%左右,消除了一次回风全空气系统存在的“冷热抵消”现象;新提出的两种热回收全空气系统能有效减少换热器初投资,缩短热回收设备投资回收期。
    R236fa/R32大滑移温度混合工质的优选方法及实验验证
    余鹏飞, 张小松, 文先太
    化工进展. 2018, 37(11):  4190-4196.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-0827
    摘要 ( 122 )   PDF (2596KB) ( 96 )  
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    针对适用不同制冷工况下混合工质组成及组分的多样化选择问题,提出了对应用于双温制冷机组的大滑移温度混合工质R236fa/R32组分在冷凝温度范围为311~333K、蒸发温度范围为269~290K的优选方法。对R236fa/R32的温度随焓值非线性变化特性进行了理论研究;建立了混合制冷剂蒸发换热过程由于温度随焓值非线性变化特性产生的熵增模型,通过对混合工质不同组分高、低温蒸发器的熵增变化情况确定最佳组分。并搭建了试验台,通过实验研究得到了该混合工质不同组分下在换热器中的温度分布情况、制冷效率(COP)及压缩机功耗情况验证该优选方法的结果。研究结果表明:该熵增模型能够较好地反映该混合制冷剂不同组分的COP特性及压缩机功耗,随着R32质量分数的增加,蒸发器的熵增先增大、后减小,在R236fa/R32为4∶6时,低温蒸发段和高温蒸发段由于温度随焓值非线性变化特性产生的熵增都最小,因此为该机组的最佳组分,验证了理论分析的正确性。该方法可以为不同工况下混合工质的优选提供参考。
    能源加工与技术
    低共熔溶剂在车用燃料脱硫中的研究进展
    唐晓东, 张晓普, 李晶晶, 王治宇, 杨柳, 王春
    化工进展. 2018, 37(11):  4197-4204.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-0011
    摘要 ( 157 )   PDF (463KB) ( 141 )  
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    低共熔溶剂作为近十年来迅速发展的一类新型绿色溶剂,不仅具备离子液体的优点,而且原料价廉易得、合成条件简单、萃取脱硫效果好,已成为继离子液体用于车用燃料脱硫研究之后又一新的研究热点。本文根据合成低共熔溶剂的盐与氢键供体(或水合盐)的不同,对用于车用燃料脱硫的低共熔溶剂进行了分类总结,简述了低共熔溶剂的物化性质,介绍了低共熔溶剂用于车用燃料脱硫的方法及研究进展,对比了低共熔溶剂对不同含硫化合物的脱除效果,归纳了低共熔溶剂的萃取脱硫和氧化萃取脱硫机理。最后针对低共熔溶剂用于车用燃料脱硫中存在的选择性低、循环再生等关键问题,指出了其研究发展方向应是通过开发具有萃取脱硫高选择性的低共熔溶剂以及寻找新型绿色环保的低共熔溶剂脱硫方法来实现深度脱硫。
    柴油高值化综合利用技术发展现状及分析
    郭春垒, 范景新, 臧甲忠, 于海斌, 李滨, 王银斌
    化工进展. 2018, 37(11):  4205-4213.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-0108
    摘要 ( 121 )   PDF (549KB) ( 157 )  
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    经济新时代下,我国炼化行业结构性产能过剩问题突出,成品油供应过剩,消费柴汽比不断降低,如何实现柴油的高值化利用成为企业迫切需要解决的问题。与此同时,芳烃、烯烃、喷气燃料需求逐年增加,利用过剩柴油生产市场需求旺盛的上述产品成为近年来该领域研究的热点。本文从直馏柴油和催化柴油原料性质分析入手,从工艺流程、技术优缺点、工业应用情况等方面对国内外柴油高值化利用技术进行了系统综述,并进一步分析了这些技术未来开发的重点。从实际应用的角度分析,对于直馏柴油高值化利用,认为催化裂解增产芳烃及烯烃技术是今后一个时期发展的重点,但需要突破催化剂生焦率低、无法满足热平衡的瓶颈。对于催化柴油的高值化利用,应用分子炼油管理理念,将芳烃与饱和烃组分分离后,针对性地选取高值化利用途径是未来发展的重要方向。指出未来柴油的高值化利用技术应结合催化基础材料、反应工程等方面的创新发展,实现技术的进一步突破。
    Sb2S3太阳能电池的研究进展
    王心怡, 王志强, 张文帅, 苏进展
    化工进展. 2018, 37(11):  4214-4225.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-0040
    摘要 ( 123 )   PDF (7185KB) ( 91 )  
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    Sb2S3太阳能电池相比于其他太阳能电池如铜铟镓硒、碲化镉和有机-无机钙钛矿等,具有成本低、无毒性、稳定性高的优点,并且Sb2S3材料本身拥有优良的光学性能,如带隙宽度为1.5~2.2eV、光吸收系数高达105cm–1,因此在太阳能转化方面具有良好的应用前景。但目前Sb2S3太阳能电池的光电转化效率仍然不高,其最高光电转化效率仅有7.5%,远低于发展成熟的单晶硅太阳能电池、铜铟镓硒、碲化镉太阳能电池。本文简要介绍了Sb2S3太阳能电池的工作原理,从光阳极、吸光层Sb2S3、空穴传输层3个方面阐述了其发展现状及存在的问题。随后针对限制光电转化效率的因素,阐述了现有的优化电池性能的方法及其研究进展。最后对Sb2S3太阳能电池的未来发展方向进行了展望,基于对现有研究分析认为,在未来的研究中需要进一步探索新型的光阳极半导体的种类和结构,研究简单低耗、结晶性良好的Sb2S3薄膜的制备方法,研究具有高电子传导率、与Sb2S3和对电极接触良好的空穴传输层以及发展高效界面修饰以及金属离子掺杂的方法,以提高Sb2S3太阳能电池的性能。
    煤热溶技术及热溶物在配煤炼焦过程中的应用
    段小宝, 申岩峰, 孔娇, 王美君, 鲍卫仁, 常丽萍
    化工进展. 2018, 37(11):  4226-4236.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-2419
    摘要 ( 161 )   PDF (892KB) ( 118 )  
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    煤热溶是近年发展起来的一种高效洁净煤技术。煤的热溶物因具有灰含量极低、热值高、热塑性好等特性,受到越来越多的关注。本文首先简述了煤热溶过程和热溶物的制备方式,指出不同制备方式优缺点的同时,介绍了热溶工艺在工业化方面的最新进展;然后详细分析了煤种特性、热溶溶剂、热溶温度等因素对热溶物收率及品质的影响,认为应遵循“因煤而异”的原则对热溶过程进行调控。基于热溶物良好的热塑性,着重介绍了热溶物在配煤炼焦过程中的应用。在配煤中添加一定比例热溶物可显著改善焦炭冷热态性能,提高焦炭质量;此外,热溶物在配高硫煤炼焦过程中对硫分的定向调控作用也应予以关注,这对节约优质炼焦煤资源具有重要的意义。而降低生产成本、提高热溶收率是解决热溶物工业化制备及应用的关键。
    微藻厌氧消化产甲烷:潜能、瓶颈及解决方案
    吴宇涵, 张晓然, 胡沅胜
    化工进展. 2018, 37(11):  4237-4249.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-0567
    摘要 ( 145 )   PDF (466KB) ( 224 )  
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    厌氧消化产甲烷是实现微藻生物质能生产的重要方式,但存在消化不彻底、甲烷转化率偏低等问题。本文从理论产甲烷潜力入手,揭示了各类微藻生物质均具有良好的产甲烷潜力,普遍高于活性污泥等典型生物质,与富含能量的厨余垃圾相当。然而大部分微藻生物质的甲烷转化率都低于50%,使其实际甲烷产率处于甚至低于活性污泥的水平。微藻破壁困难和C/N比低是其甲烷转化率低的主要原因。文章从预处理和共消化两方面总结归纳了强化微藻厌氧消化的各种方法。其中低温热处理是目前最具经济技术可行性的预处理方法。与高含碳基质共消化是解决C/N比低的有效手段,但其作用需在高有机负荷下才能显现。剩余污泥不宜单独作为微藻的共消化基质。最后建议进一步探究预处理与共消化的协同作用以及重点考察连续运行工况下微藻厌氧消化的实际效果。
    CO2水合物在管道中的生成及堵塞特性
    周诗岽, 陈小康, 边慧, 何骋远, 王树立, 吕晓方
    化工进展. 2018, 37(11):  4250-4256.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-0493
    摘要 ( 139 )   PDF (3334KB) ( 127 )  
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    为明确CO2水合物在管道中的流动及堵塞特性,通过高压可视水合物环路研究了不同持液量下的水合物生成及堵塞特性,研究结果表明:水合物生成诱导时间随着持液量的增大出现非线性变化,呈V形,先减小后增大;管道持液量越大,水合物生成量越少,水合物发生堵塞时的临界体积分数降低,如在持液率86.6%下,堵塞时水合物体积分数为4.32%,持液率为66.7%时,堵塞时水合物体积分数为7.45%。通过可视管路发现当CO2水合物大量生成后,管道中压降将突然增大,颗粒之间快速聚集生长,流速迅速降低,CO2水合物快速充满管道使管道发生堵塞,水合物颗粒不断生长及在聚集层处的聚集导致流动阻力的增加是其产生堵塞的根本原因。研究结果可为CO2水合物浆液流动保障提供技术支撑。
    低阶煤羰基结构对其低温热解过程的影响
    刘涛, 王洪超, 常国璋, 郭庆杰
    化工进展. 2018, 37(11):  4257-4264.  doi:10.10685/j.issn.1000-6613.2017-2433
    摘要 ( 131 )   PDF (2565KB) ( 112 )  
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    为探究含羰基官能团(CCP)含量和结构对低阶煤(LRC)低温热解过程的影响,本文利用13C NMR对4种元素组成相似的LRC结构进行了表征,并利用TG-FTIR和固定床热解反应装置研究了CCP结构对其低温热解过程的影响。研究结果表明,4种LRC元素组成和主要骨架结构类似,CCP结构存在较大差异,芳香结构中CCP摩尔分数大小顺序为BS > BT > ER > QJ,而脂肪结构中CCP含量与之相反。CCP结构和含量对LRC的低温热解过程有着明显的影响,TG-FTIR实验表明,LRC中脂肪结构CCP能够显著促进低温区(30~350℃)CO2的生成,且含量越高在低温区失重量越大;而芳香结构CCP则促进了高温区(350~550℃)小分子芳烃和脂肪烃的生成,且含量越高,LRC在高温区失重速率越大。低温热解实验证明,热解焦油产率和酚类物质含量与LRC中芳香结构CCP含量呈正相关,与脂肪结构CCP含量呈负相关关系。
    Fenton试剂去除木质纤维素典型酸解产物
    曹愉酒, 张兴
    化工进展. 2018, 37(11):  4265-4272.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-2681
    摘要 ( 142 )   PDF (843KB) ( 110 )  
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    以亚甲基蓝和Fenton试剂为基础体系,考察木质纤维素典型酸解产物夺取羟基自由基的能力。选取香草醛、糠醛和葡萄糖为木质纤维素典型酸解模型化合物,重点考察了H2O2浓度、初始pH及Fe2+浓度等主要因素的影响,并通过高效液相色谱分析确认不同Fenton氧化程度下香草醛和糠醛的去除率。结果表明:香草醛、糠醛、葡萄糖均能与亚甲基蓝竞争羟基自由基,在等物质的量碳的条件下,夺取羟基自由基能力顺序为香草醛 > 糠醛 > 葡萄糖。在pH为3、Fe2+浓度为0.03mmol/L、H2O2浓度为0.12mmol/L条件下,分别加入香草醛和糠醛,去除率分别为67.08%和97.80%。进一步增大H2O2浓度为0.24mmol/L时,分别加入香草醛和糠醛,去除率分别为92.65%和100%;而同时加入香草醛和糠醛,香草醛去除率为82.76%,糠醛去除率为88.98%。该研究对促进生物质能产业发展具有重要现实意义。
    Fe/生物质焦预重整在Ni基催化重整生物油中的作用
    刘启聪, 何立模, 邓增通, 郭俊豪, 吴鹏, 胡松, 向军, 苏胜, 许凯, 汪一
    化工进展. 2018, 37(11):  4273-4279.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-2685
    摘要 ( 143 )   PDF (670KB) ( 121 )  
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    低温预重整能够经济节能地提高Ni基催化剂重整生物油的效果。为研究廉价易得的Fe/生物质焦预重整催化剂对重整效果的影响及机理,设计了Fe/生物质焦催化剂和Ni-Ca/γ-Al2O3催化剂不同组合方式在不同的预重整温度(350~600℃)下的重整实验,并用紫外荧光分光光度计(UV)和气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)分析重整焦油,用气相色谱仪(GC)对重整气进行定性和定量分析。实验结果表明:Fe/生物质焦优化了预重整产生的挥发分,将原本挥发分中分子量较大的苯系物、萘系物及多环芳香化合物转化为结构简单、更易重整为气体的呋喃类、酚类及非芳香化合物,从而有效提高下段Ni基催化剂重整的合成气(H2、CO)产率。预重整温度增加能有效抑制积炭生成。另外,Fe/生物质焦在较高预重整温度(550~600℃)下能够抑制Ni基催化剂表面积炭生成。
    工业催化
    固定床雷尼金属催化剂研究进展
    王建强, 陈明明, 刘巍, 包莉鸿, 许中强
    化工进展. 2018, 37(11):  4280-4285.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-2626
    摘要 ( 146 )   PDF (473KB) ( 100 )  
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    雷尼金属催化剂具有价格低廉、工艺可控性强、技术成熟等优势,广泛用于各种有机合成加氢反应。但是雷尼型粉末催化剂存在容易粉化流失而活性降低、反应完毕后需要过滤分离催化剂等固有的缺点,仅能应用于小批量生产。固定床雷尼金属催化剂在工业装置上的应用进展较快,但现有文献散见于专利技术和新闻报道。本文介绍了固定床雷尼金属催化剂国内外的应用进展,总结了固定床雷尼金属催化剂的制备方法,主要有块状雷尼金属破碎、雷尼合金粉成型和热喷射镀层方法。分析了各种固定床雷尼金属催化剂制备方法的特点和创新点,指出国内外固定床雷尼金属催化剂已经取得一定进展,正在逐渐取代基于传统釜式工艺的粉末雷尼镍催化剂。
    非贵金属催化剂催化氧化甲醛的研究进展
    崔维怡, 惠继星, 谭乃迪
    化工进展. 2018, 37(11):  4286-4293.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-2547
    摘要 ( 169 )   PDF (4471KB) ( 183 )  
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    室内装修装饰材料释放出的甲醛是一级致癌物质,严重危害人类的身体健康。催化氧化法在较为温和的条件下可以将甲醛转化为无毒的CO2和H2O,是一种非常有效的消除甲醛技术。其中该技术采用的非贵金属催化剂因资源丰富,价格低廉,目前研究的最为广泛。本文综述了近年来非贵金属催化剂的研究进展,主要介绍了单一金属氧化物和复合金属氧化物的研发情况;对这些催化剂的合成、结构及甲醛催化氧化性能进行了分析,并总结了一部分甲醛催化氧化的反应机理。另外还对非贵金属催化剂未来的研究发展方向进行了展望:通过各种制备方法调控金属氧化物的结构、形貌、比表面积,进而暴露大面积活性面和丰富优化活性位来提高催化性能;同时借助一些先进的表征技术和理论计算方法探索非贵金属催化剂结构和催化性能之间的关系,深入探讨甲醛催化氧化反应机理等基础问题。
    低铂燃料电池氧还原催化剂的制备技术研究进展
    南皓雄, 党岱, 田新龙
    化工进展. 2018, 37(11):  4294-4302.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-2532
    摘要 ( 212 )   PDF (807KB) ( 341 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    低铂燃料电池催化剂铂载量低,在具有较高活性的同时能够极大地降低燃料电池的成本,因此,开发低铂燃料电池催化剂一直是燃料电池催化剂的重要研究方向。本文综述了低铂燃料电池催化剂的最新研究进展,对低铂燃料电池催化剂进行了分类,包含Pt基合金结构催化剂、Pt基核壳结构催化剂、Pt单原子层结构催化剂和Pt单原子催化剂等;详细介绍了几种低铂燃料电池催化剂的制备方法,主要包括有机溶胶法、电化学还原沉积法、气相沉积法、原子层沉积法、离子液体法、微波法,并对各自的优缺点进行了总结;重点强调了核壳结构电催化剂的制备方法,包括两步有机溶胶法、脉冲电沉积法、表面去合金化法、欠电位沉积法以及中空构型核壳结构催化剂的制备。最后指出可控制备具有高活性和高稳定性的低铂核壳结构催化剂是质子交换膜燃料电池实现商业化的重要研究方向。
    水滑石法制备渣油加氢催化剂
    张春光, 谭青峰, 张天琪, 赵愉生
    化工进展. 2018, 37(11):  4303-4307.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-2667
    摘要 ( 133 )   PDF (466KB) ( 76 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    用离子交换法合成钼酸盐阴离子柱撑镍铝水滑石,并进一步合成了渣油加氢催化剂(MoO3-NiO/Al2O3)。通过XPS检测发现MoO3以单分子层存在于催化剂孔道中,其饱和分散容量为4.69μmol/m2。通过XRD分析显示中间产物水滑石结构晶形完好,且置换后晶粒尺寸有所增大。采用低温氮气吸附法研究了不同阶段产物的比表面积、孔容和孔体积的变化规律。采用固定床反应器以沙轻常压混合渣油为原料进行催化剂评价,发现水滑石法制备的催化剂较浸渍法制备的催化剂在金属脱除率、脱硫率、脱氮率和脱残炭率等方面初活性有明显提高,但活性衰减较快,寿命相对较短。
    不同前体制备Ni催化剂及其在硫碘制氢中催化分解HI的性能
    傅广实, 钱燕, 王智化, 王丽建, 张彦威, 刘建忠, 岑可法
    化工进展. 2018, 37(11):  4308-4314.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-2603
    摘要 ( 110 )   PDF (2795KB) ( 153 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    硫碘制氢是目前最有潜力的大规模低成本制氢方法之一。HI催化分解是硫碘制氢的关键步骤。本文采用4种具有代表性的镍盐前体——硝酸镍[Ni(NO32]、乙酸镍[Ni(CH3COO)2]和两种有机金属络合镍(乙酰丙酮镍[Ni(acac)2]和亚硝酸三乙二胺合镍([Ni(en3)](NO22)制备Ni催化剂,考察了不同镍盐前体对制备的Ni催化剂特性的影响规律以及Ni催化剂在HI催化分解中的性能。采用了BET、XRD和TEM等分析测试技术对制备的Ni催化剂进行了表征。研究结果表明,镍盐前体对制备的Ni催化剂的分散度、催化活性以及催化稳定性有重要的影响。以Ni(NO32和[Ni(en3)](NO22为前体制备的Ni催化剂具有良好的Ni金属分散度,Ni颗粒分散均匀且尺寸较小。由于高温和强腐蚀的反应环境(HI-I2-H2O体系),Ni催化剂经过反应都会出现不同程度的失活。以[Ni(en3)](NO22为前体制备的Ni催化剂表现出最好的催化活性和稳定性,有望成为未来大规模硫碘制氢系统中HI分解的催化剂。
    制备方法对Ni-Mo/Al2O3加氢催化剂性能的影响
    张国辉, 张玉婷, 张景成, 南军, 臧甲忠, 于海斌
    化工进展. 2018, 37(11):  4315-4321.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-2564
    摘要 ( 144 )   PDF (2574KB) ( 108 )  
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    以优化制备工艺为目的,研究不同制备方法对Ni-Mo/Al2O3加氢催化剂性能的影响。分别采用常规负载法、“一步成型法”和“沉淀打浆法”制备了Ni-Mo/Al2O3加氢催化剂,以氮气吸附(BET)、X射线衍射(XRD)、程序升温脱附(NH3-TPD)、程序升温还原(H2-TPR)和高分辨透射电镜(HR-TEM)等表征手段对3种方法制备的催化剂进行分析,并以50mL高压加氢装置考察了催化剂的反应性能。研究结果表明,与负载法相比,采用“一步成型法”和“沉淀打浆法”制备催化剂,孔容和比表面积大幅提高,但物相形态并没有发生转变;“一步成型法”制备的催化剂酸分布呈现出强酸比例升高的趋势,金属还原性及分散度也比负载法有所下降,“沉淀打浆法”制备的催化剂则显示出较高的中强酸量比例,金属还原性与分散度亦优于负载法催化剂。对催化剂的评价结果显示,针对不同的原料,3种催化剂均具有较好的加氢脱硫、脱氮和芳烃饱和活性,但总体上“一步成型法”制备的催化剂活性较负载法有所不足,而“沉淀打浆法”制备的催化剂活性则优于负载法,评价结果与催化剂的表征分析相吻合。
    磁性光催化剂Fe3O4/SiO2/TiO2的制备及光催化降解苯酚
    师艳婷, 乔生莉, 张巧玲, 刘有智, 畅俊波, 秦钊
    化工进展. 2018, 37(11):  4322-4329.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-2696
    摘要 ( 118 )   PDF (2313KB) ( 171 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    采用撞击流-旋转填料床辅助沉淀法连续制备Fe3O4磁性纳米颗粒,然后采用溶胶-凝胶法制备了具有磁性核壳结构Fe3O4/SiO2/TiO2颗粒,通过傅里叶变换红外光谱(FTIR)、X射线衍射仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、热重分析仪(TGA)、振动样品磁强计(VSM)和紫外-可见漫反射光谱(UV-vis)等对材料的微观结构、形貌及性能进行了表征。考察了正硅酸乙酯添加量、铁钛比对Fe3O4/SiO2/TiO2磁性催化剂催化性能的影响。结果表明:制得的Fe3O4/SiO2/TiO2结晶度好,磁响应性高。当正硅酸乙酯添加量为20mL、铁钛比为1∶8时,制备的Fe3O4/SiO2/TiO2纳米光催化剂表现出较高的光催化活性和磁性能,紫外光照射2h后,苯酚水溶液降解效率高达86.7%。
    材料科学与技术
    壳聚糖及其衍生物在天然织物整理中的应用研究进展
    车秋凌, 李明春, 辛梅华
    化工进展. 2018, 37(11):  4330-4336.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-2634
    摘要 ( 166 )   PDF (421KB) ( 223 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    壳聚糖具有良好的抗菌性、吸湿性、反应活性和成纤性,作为新型织物整理剂在纺织产业具有广泛的应用前景。本文综述了近年来壳聚糖及其衍生物在天然织物抗菌、染色、阻燃、防静电、抗紫外和防毡缩等整理中的应用,并就其赋予织物各项性能的机理及影响因素进行讨论。采用对壳聚糖进行改性、与金属化合物的复合使用和对织物表面进行超声、等离子等预处理的方法有利于改善其对织物的整理效果,并对织物的各项物理性能起积极作用。未来壳聚糖基整理剂可在加强某个单一性能的基础上,选择性地引入多个功能性基团,合成符合应用需求的环保型多功能整理剂。
    离子液体在环己酮肟Beckmann重排反应中的研究进展
    杨瀚森, 李志会, 王晓曼, 徐元媛, 薛伟, 张东升, 赵新强, 王延吉
    化工进展. 2018, 37(11):  4337-4342.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-2095
    摘要 ( 182 )   PDF (371KB) ( 145 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    己内酰胺(CPL)是一种重要的有机化工原料。传统的环己酮肟贝克曼(Beckmann)重排法制备己内酰胺是以发烟硫酸为催化剂的生产工艺,存在污染环境、腐蚀设备、能源浪费等不足。基于绿色化工理念,本文综述了离子液体用于环己酮肟贝克曼重排反应合成己内酰胺的研究进展,重点阐述了离子液体作为溶剂、催化剂和反应物3种作用方式在Beckmann重排反应中的最新应用,同时针对离子液体与产物分离困难的问题,讨论了目前文献中的解决方法。在此基础上,分析了离子液体用于Beckmann重排反应在未来的研究方向,并指出设计适宜的离子液体结构、调变酸性性能、降低CPL在离子液体中的溶解度是今后的研究重点。
    TiO2、ZnO和TiO2/ZnO三种氧化物粉体材料的抗菌性能对比
    张崇淼, 温银梅, 高敏, 高倩
    化工进展. 2018, 37(11):  4343-4348.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-2607
    摘要 ( 125 )   PDF (4199KB) ( 107 )  
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    氧化物具有化学性质稳定、原材料丰富易得的优点,其作为抗菌材料日益受到关注。对氧化物的抗菌性能及影响因素开展深入研究,能够为新型抗菌材料的开发提供科学依据。通过溶胶-凝胶法制备出了TiO2/ZnO复合粉体,并将其与TiO2、ZnO进行对比,分别对它们的晶相结构、微观形貌和粒径进行了表征。利用大肠杆菌ATCC25922作为受试菌株,通过抑菌环试验和菌液接触试验对3种氧化物粉体材料的抗菌性能进行测试。考察了钛锌比、光照等条件对抗菌效果的影响。结果表明,所使用的TiO2主要由锐钛矿相和金红石相组成,ZnO主要为六方纤锌矿相,制备出的TiO2/ZnO则主要是锐钛矿型TiO2在六方纤锌矿型ZnO的孔隙间沉积而成,这3种粉体材料的粒径由大到小分别为TiO2/ZnO、TiO2和ZnO。从抑菌环和菌液接触试验的结果可以看出,ZnO粉体材料的抗菌效果明显优于TiO2粉体材料,ZnO和TiO2/ZnO在黑暗条件下仍有良好的抗菌性能,但在可见光照射条件下抗菌效果更佳。ZnO含量是TiO2/ZnO复合材料抗菌性能的关键因素。制备TiO2/ZnO粉体材料时的煅烧温度对其抗菌性能没有明显影响。
    氨基化淀粉螯合材料的制备及其在吸附Zn(Ⅱ)和Co(Ⅱ)中的应用
    王建坤, 郭晶, 张昊, 郑帼, 周省
    化工进展. 2018, 37(11):  4349-4357.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-2633
    摘要 ( 139 )   PDF (1660KB) ( 141 )  
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    以玉米淀粉为原料,采用酯化-交联-氨解三步反应在淀粉分子中引入氨基配位体,使淀粉具有了螯合重金属离子的能力。对氨解反应机理进行了系统研究,并考察了反应条件对接枝率和反应效率的影响,确定了最佳的反应条件:反应温度为65℃,溶剂中水的质量分数为60%,n(NaOH)/n(己二胺)=0.04,n(己二胺)/n(葡萄糖残基)=1.4,反应时间为6h。对产物采用FTIR、XRD和SEM进行了结构表征,结果显示成功地合成了氨基化淀粉螯合材料(ACSt),淀粉原有的结晶结构被破坏,向无定形态转变。吸附实验表明,ACSt对Zn2+和Co2+的吸附行为为放热反应,在中性环境下具有良好的吸附性,吸附量明显优于无机吸附材料硅藻土和沸石。还进行了ACSt的再生实验,两次再生后吸附量为初始吸附量的80%以上,表明ACSt螯合材料具有良好的可再生性能,可循环使用。该天然基ACSt有望成为处理工业重金属废水的理想吸附剂。
    熔体直写电纺聚己内酯纤维有序沉积工艺
    程礼盛, 李轶, 雷文龙, 阎华, 杨卫民, 李好义
    化工进展. 2018, 37(11):  4358-4363.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-0255
    摘要 ( 134 )   PDF (2581KB) ( 91 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    目前聚合物熔体电纺技术制备的纤维大多以杂乱无序的无纺布形式存在,限制了电纺技术在组织工程支架以及机器人等需要有序结构领域的应用。本文将熔体电纺技术与三维运动平台相结合,采用自主设计的熔体电纺可控成型实验装置,对聚己内酯(PCL)进行熔体直写静电纺丝,获得了有序纤维。研究了喷头移动速度、接收距离和纺丝电压对熔体直写电纺纤维沉积形貌的影响。结果表明,纤维直径随着喷头移速、接收距离和纺丝电压的增大而减小,其中接收距离的改变对直径的影响最为显著;接收距离的增大虽然有利于纤维的细化,但是距离过大会使纤维沉积的有序性变差;当射流下落速度与喷头移动速度相匹配时,射流才能实现有序沉积;增大接收距离和纺丝电压会引起射流鞭动,需要相应地增大喷头移动速度才能实现有序沉积。
    SnO2中空微球的制备与气敏性能
    王晓冬, 周利星, 魏莹, 仪桂云, 曹建亮, 孙广, 孟哈日巴拉, 张战营
    化工进展. 2018, 37(11):  4364-4369.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-2702
    摘要 ( 146 )   PDF (2278KB) ( 73 )  
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    在不加任何表面活性剂情况下,采用磺化的聚苯乙烯(PS)微球为模板,二水结晶二氯化锡(SnCl2·2H2O)为锡源,成功制得SnO2中空微球。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、高分辨透射电镜(HRTEM)和氮气吸附脱附仪(BET)对材料的结构和形貌进行了表征,研究并讨论了温度、乙醇浓度等因素对SnO2纳米颗粒及SnO2中空微球气敏性能的影响。结果显示,SnO2中空微球的比表面积为48.49m2/g,比SnO2纳米颗粒的比表面积(21.94m2/g)提升了1.21倍。比表面积增加有助于SnO2材料表面吸附更多被测气体以提升表面化学反应,进而提升气敏性能。在260℃下,SnO2中空微球对200μL/L乙醇的灵敏度为66.26,与SnO2纳米颗粒相比(51.34),气敏性能提高了0.29倍。
    层状结构氧化石墨烯/聚丙烯接枝磺化苯乙烯/聚苯胺复合抗静电剂的制备及应用
    祖立武, 王旭, 王雅珍, 王宇威, 徐双平, 贾伟男
    化工进展. 2018, 37(11):  4370-4377.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-0282
    摘要 ( 150 )   PDF (2875KB) ( 78 )  
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    以苯胺、聚丙烯接枝磺化苯乙烯、氧化石墨烯为反应原料,以盐酸为掺杂剂,通过苯胺原位聚合及大分子反应制备了氧化石墨烯/聚丙烯接枝磺化苯乙烯/聚苯胺(GO/PP-g-SPS/PANI)层状结构的复合材料。研究了复合材料的体积电阻率及反应物配比对复合材料体积电阻的影响。分别采用FTIR、XPS对复合材料进行了结构分析,并采用SEM对复合材料结构形貌进行了表征,同时研究了将其添加到PP中的抗静电性能。研究结果表明: GO/PP-g-SPS/PANI制备最佳配比为质量比mPP-g-SPSmGOmANI=30∶15∶1时,材料体积电阻率最小为120Ω·mm。添加到PP中导电逾渗阈值为0.7%(质量分数),PP材料的体积电阻率达到最低值4.5×1010Ω·mm,比纯PP降低了6个数量级,拉伸强度提高了2.8MPa。SEM形貌图表明GO/PP-g-SPS/PANI以GO为骨架表面层状蜂窝结构,聚合物大分子镶嵌在GO片层间,与PP共混物界面具有良好的相容性。
    镍钴双金属氢氧化物/乙炔黑复合材料的制备及其电化学性能
    冯艳艳, 黄宏斌, 杨文, 赖国勇, 赵文君
    化工进展. 2018, 37(11):  4378-4383.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-2492
    摘要 ( 144 )   PDF (1740KB) ( 89 )  
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    以氯化钴和氯化镍作为钴源和镍源,六次甲基四胺作为沉淀剂,采用水热法合成镍钴双金属氢氧化物/乙炔黑复合材料,并研究其作为超级电容器电极材料的储能性能。借助X射线衍射和扫描电镜表征手段研究乙炔黑的加入对所得镍钴双金属氢氧化物复合材料结构和形貌的影响。采用循环伏安、恒电流充放电及循环稳定性等电化学测试手段对该复合材料的储能性能进行研究。结果表明:乙炔黑的加入能有效改善镍钴双金属氢氧化物的分散性,同时降低电极材料的电子转移阻力,进而提高镍钴双金属氢氧化物的储能性能。当电流密度为7A/g时,经过500次恒电流充放电后复合材料的比电容量保持率为97%,体现出较好的循环稳定性能。
    相变材料复合八水氢氧化钡的制备及热性能
    华维三, 章学来, 刘锋, 韩兴超, 袁维烨, 汪翔
    化工进展. 2018, 37(11):  4384-4389.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-2660
    摘要 ( 199 )   PDF (2711KB) ( 267 )  
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    纯八水氢氧化钡相变蓄热材料在使用过程中存在凝固过冷、相分离及体积变化等问题,因此需要对其进行相应的改性研究。本文根据相变蓄热材料成核机理,以八水氢氧化钡为相变蓄热材料基材,一水氢氧化钡及去离子水作为复合添加剂,制备了混合比例为95.1% Ba(OH)2·8H2O+2% Ba(OH)2·H2O+2.9% H2O的复合相变蓄热材料。对该复合相变蓄热材料进行了热性能测试,结果表明:复合相变蓄热材料的平均热导率为1.2W/(m·K)、相变潜热值为263.7kJ/kg;在复合相变蓄热材料融化过程中进行升温-压力实验,测试数据显示容器内部的相对压力不超过0.09MPa;利用恒温金属浴仪器对该复合相变蓄热材料进行300次融化/凝固循环实验,测试数据显示复合相变蓄热材料过冷度增加量0.7℃、相变潜热值降低0.796%。改性后的复合相变蓄热材料相变温度适宜、热性能稳定,可推广应用于中低温相变储热系统。
    熔体微分电纺PLA/ATBC纳米纤维膜吸油性能
    王循, 丁玉梅, 秦永新, 杨卫民, 李好义, 陈宏波
    化工进展. 2018, 37(11):  4390-4396.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-2546
    摘要 ( 119 )   PDF (2405KB) ( 131 )  
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    静电纺丝制备的纳米纤维孔隙率高、吸附能力强,可用于高效地处理化工行业油污染问题。聚乳酸(PLA)作为生物可降解材料,来源广泛且不会造成二次污染,具有广阔的应用前景。本文利用自制的熔体微分电纺装置,制备了PLA/乙酰基柠檬酸三丁酯(ATBC)纤维膜,探究了物料性质和增塑剂ATBC含量对PLA纤维形貌及吸油性能的影响,并获得了最佳的纺丝温度和ATBC含量。研究表明,在纺丝温度为240℃、ATBC质量分数为10%时制备的纤维直径为320nm。该纤维膜水接触角为145°,表现出良好的疏水性能,吸油倍率为138.4g/g,是市售PP无纺布吸油性能的4~5倍,保油倍率为85.8g/g。重复吸/放油5次循环后,纤维膜仍具有良好的强度而未发生断裂且可继续进行吸油,重复使用性能较好,可被应用于化工行业油污染处理。
    γ-Fe2O3/AC脱硫剂的制备及低温脱除CS2性能
    金健, 张智宏, 白鸿帆
    化工进展. 2018, 37(11):  4397-4404.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-2510
    摘要 ( 127 )   PDF (2019KB) ( 121 )  
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    以活性炭(AC)为载体,用FeSO4·7H2O为原料,采用沉淀法制备Fe负载脱硫剂,通过XRD、FTIR、FE-SEM、ICP、H2-TPR等方法对脱硫剂进行表征。从制备方法和焙烧温度的角度,研究脱硫剂低温脱除CS2的性能以及造成其差异的原因。结果表明:采用FeSO4先沉淀后焙烧,焙烧气氛是氮气的γ-Fe2O3/AC-N2法生成的γ-Fe2O3结晶度最高,并且有效地增加了活性炭表面碱性基团数量,提高了负载量和分散性,使脱硫效果大大提升,当焙烧时有O2存在会生成α-Fe2O3降低脱硫剂脱除CS2的活性;使用γ-Fe2O3/AC-N2法焙烧温度在500℃时,结晶度最高,脱硫剂的脱硫效果最好,吸附量达到40.41mg/g,当温度超过500℃时生成了Fe3O4,降低了脱硫效果,用4种动力学模型对γ-Fe2O3/AC在活性炭载体上的脱硫过程进行动力学描述,发现Elovich模型可以更好地描述CS2在脱硫剂上的脱硫过程,其化学控制是主要因素。
    膨胀石墨/三水乙酸钠复合相变材料储热的性能
    袁维烨, 章学来, 华维三, 韩兴超, 李玉洋, 汪翔
    化工进展. 2018, 37(11):  4405-4411.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-2531
    摘要 ( 151 )   PDF (2289KB) ( 132 )  
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    以三水乙酸钠(SAT)为基材,添加具有多孔网状结构的膨胀石墨(EG)制备复合相变材料。使用扫描电子显微镜、温度数据采集仪、差示扫描量热仪、Hot Disk热常数分析仪等对材料进行结构观察及相关热物性测试,研究膨胀石墨对三水乙酸钠的热物性影响。结果表明,膨胀石墨不能减小三水乙酸钠的过冷度,但可大幅提高材料热导率,对材料潜热值、相变温度影响较小,能减轻三水乙酸钠的相分离现象且能提高其循环稳定性。对于基材为三水乙酸钠的相变材料,膨胀石墨添加量为7%时,复合材料吸附情况最好。当复合材料配比为7% EG+1%十二水磷酸氢二钠+SAT时,相比于纯SAT相变材料,过冷度减小约49℃,热导率提高将近1倍,相变潜热影响幅度3.14%,相变温度基本不变;50次循环后,相变潜热影响幅度保持在1.4%以内,循环稳定性较好,具有较好的应用前景。
    改性赤泥协同膨胀型阻燃剂阻燃聚乙烯
    宋剑峰, 李曼, 梁小良, 粟海锋
    化工进展. 2018, 37(11):  4412-4418.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-0339
    摘要 ( 173 )   PDF (2803KB) ( 113 )  
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    以聚磷酸铵(APP)、季戊四醇(PER)和三聚氰胺(MEL)复配的膨胀型阻燃体系(IFR)为主要阻燃剂,表面改性后的赤泥(Ti-MRM)作为协效剂阻燃聚乙烯(PE),采用熔融共混法制备PE基阻燃复合材料(PE/IFR-Ti-MRM)。通过热重分析仪(TGA)、垂直燃烧仪(UL-94)、极限氧指数测定仪(LOI)及扫描电镜(SEM)等对其热氧稳定性、燃烧等级、阻燃性能和残炭形貌进行了表征与分析。结果表明:加入改性赤泥的PE/IFR-Ti-MRM复合材料形成的炭层更加致密和连续,当最优配比时,复合材料的极限氧指数达到32.2,燃烧等级达到V-0级;而PE/IFR阻燃复合材料的极限氧指数只能达到27.5,燃烧等级为V-2级。
    葡萄糖辅助合成形貌可控BiOCl及其可见光催化性能
    李宜睿, 李东亚, 孙靖宇, 成功, 龙学军, 徐海明, 夏东升
    化工进展. 2018, 37(11):  4419-4426.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-2577
    摘要 ( 150 )   PDF (3473KB) ( 123 )  
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    以葡萄糖为表面活性剂,采用水热法成功合成了由纳米片组装而成的花状分级结构BiOCl。采用X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、元素分析(EA)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、选区电子衍射(SAED)、紫外可见漫反射光谱(UV-vis DRS)、N2物理吸附(BET)、电子顺磁共振(ESR)等对所合成样品进行了表征。考察了不同葡萄糖添加量对BiOCl的形貌和可见光催化性能的影响,并重点研究了葡萄糖添加量为0.3g制备的BiOCl的微观结构和降解RhB的机理。结果表明,添加不同量的葡萄糖可调控BiOCl的形貌,拓宽BiOCl的吸光范围。葡萄糖加入量为0.3g时得到的由纳米片组装成的花状分级结构BiOCl在2h即可将RhB降解掉95%。机理研究表明,·O2是光催化降解过程中的主要活性物种。因此,提出了一种可能的光催化剂降解RhB的机理。
    生物与医药化工
    生物法生产3-羟基丙酸研究进展
    于新磊, 毛雨丰, 张晓霞, 陆凌雪, 王智文, 陈涛
    化工进展. 2018, 37(11):  4427-4436.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-0134
    摘要 ( 223 )   PDF (703KB) ( 187 )  
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    3-羟基丙酸(3-hydroxypropionic acid,3-HP)是一种具有末端羟基与羧基双活性基团、应用广泛的有机酸,生物法合成3-HP具有高效、绿色、可持续发展等优势。本文分析了生物法生产3-HP的主要合成途径、主要生产菌种及菌株改造、发酵工艺优化3个方面的研究进展。重点介绍了以甘油合成途径、丙二酰辅酶A合成途径、β-丙氨酸合成途径为代表的主要合成途径及相应途径的关键酶;以克雷伯氏肺炎球菌、酵母菌及大肠杆菌为代表的主要生产菌株及其改造策略;包括分批发酵、两阶段发酵及固定化细胞催化等在内的发酵工艺优化策略3个方面的研究内容。最后指出了进一步筛选改造甘油脱水酶等途径的关键酶;基于先进基因组编辑技术开发的非致病性、3-HP高耐受型菌株,挖掘新的3-HP合成途径;开发更加经济、高效、环保的发酵工艺路线,将是今后生物法生产3-HP的研究重点。
    利用麸皮水解液培养深黄伞形霉积累油脂
    冯豪, 江冰心, 张建国
    化工进展. 2018, 37(11):  4437-4443.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-0034
    摘要 ( 130 )   PDF (1652KB) ( 189 )  
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    为了探讨利用麸皮水解液培养深黄伞形霉积累油脂情况,首先通过单因素实验研究了培养温度、pH和接种量对油脂产量的影响,进而通过响应面方法优化培养条件。采用Box-Behnken设计建立了3因素3水平响应面和回归模型。油脂产量最高的条件为培养温度27℃、最适pH 4.6,接种量2×106mL-1。经过5天发酵后,油脂产量达到最高值(9.81g/L),菌体产量为24.93g/L,菌体中油脂含量(质量分数)为39.35%。通过高效液相色谱测定了水解液中残糖种类的变化,发现总糖利用率为69.40%,深黄伞形霉能够利用甘露糖、葡萄糖、木糖、阿拉伯糖以及部分多聚糖。残余糖中84.3%为多聚糖。气相色谱质谱联用仪分析发现油脂中不饱和脂肪酸含量(质量分数)为67.70%,多不饱和脂肪酸的含量(质量分数)为18.11%。多不饱和脂肪酸主要为亚油酸和γ-亚麻酸。本研究建立了由深黄伞形霉利用麸皮水解液积累油脂的途径,为综合利用麸皮提供了一个选择。
    精细化工
    有机硅协同改性含氟聚氨酯
    辛华, 杨江鹏, 徐敬尧, 王静会, 赵星, 郭兵
    化工进展. 2018, 37(11):  4444-4450.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-0083
    摘要 ( 128 )   PDF (3777KB) ( 125 )  
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    采用细乳液法结合超声分散技术制备出水性聚氨酯(WPU)、含氟水性聚氨酯(FPAPU)和KH570、羟基硅油协同改性的氟硅水性聚氨酯乳液(SiFPAPU)。通过红外光谱(FTIR)、粒度分布(PSA)、接触角(CA)、表面能分析、原子力显微镜(AFM)、扫描电镜(SEM)、热失重(TG)、拉伸试验表征了WPU、FPAPU、SiFPAPU复合乳液表面性能、热稳定性和力学性能。结果表明随着有机硅协同组分加入,SiFPAPU乳液粒径降低为44.0nm,但粒径分布变宽;成膜后,水相和油相(CH2I2)接触角分别达到122.6°、92.5°,表面能降低为11.82mJ/m2,乳胶膜表面平整均一,断面出现明显分层。同时SiFPAPU热稳定性增强,拉伸强度较未改性聚氨酯提高126.1%。
    资源与环境化工
    基于模糊层次分析的燃煤电厂脱硫废水处理可利用技术评价
    马双忱, 范紫瑄, 温佳琪, 马岚, 赵保华, 张金柱, 孙尧
    化工进展. 2018, 37(11):  4451-4459.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-0210
    摘要 ( 125 )   PDF (718KB) ( 239 )  
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    至2015年左右,我国电力行业的大气污染物控制已经随着最新大气控制要求整治完毕,环境治理重点开始逐步转向水污染防控。燃煤电厂全厂水处理包括水污染物去除、水资源回用、减少取水和排水,该领域问题开始上升为主要的环境难题。燃煤电厂脱硫废水是全厂终端废水,其悬浮物、化学需氧量、重金属、无机盐污染物浓度高,对环境危害大。本文根据工程技术方案评价中常用的模糊层次分析(FAHP)模型,对不同的脱硫废水处理技术进行了详细的建模、影响因素选取及模型计算过程研究,得出了几种参评脱硫废水处理技术的优劣综合排序以及最佳可利用技术,以期对燃煤电厂脱硫废水深度处理的方案选择提供参考。
    燃煤电厂吸附剂喷射脱汞技术的研究进展
    周强, 段钰锋, 卢平
    化工进展. 2018, 37(11):  4460-4467.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-0128
    摘要 ( 164 )   PDF (607KB) ( 136 )  
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    燃煤汞污染已引起广泛关注。燃煤电厂控制汞排放最成熟可行的技术是烟道活性炭喷射技术,但该技术在我国燃煤电厂的广泛应用还存在较多的科学问题,因为活性炭对烟气汞的脱除是包含吸附、扩散、传质及化学反应在内的多元化过程,因此,针对燃煤电厂吸附剂喷射脱汞技术的研究已成为当前的热点课题。本文从吸附剂喷射脱汞技术原理、脱汞吸附剂的评价方法、汞吸附机理研究以及吸附剂喷射脱汞数学模型方面评述了燃煤电厂吸附剂喷射脱汞技术近些年取得的研究进展,并在此基础上提出了开发廉价高效、可再生的脱汞吸附剂,全面深入研究吸附剂的脱汞机理以及开发简单、精确的吸附剂喷射脱汞数学模型等后续研究方向,可为我国燃煤电厂吸附剂喷射脱汞技术的开发提供一定指导。
    电渗透-过硫酸铵协同污泥脱水过程中胞外聚合物的变化
    李亚林, 刘蕾, 刘晓彤, 侯金金, 李晓冉, 楚云鹏
    化工进展. 2018, 37(11):  4468-4475.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-0104
    摘要 ( 135 )   PDF (1591KB) ( 104 )  
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    为了研究电渗透-过硫酸盐协同污泥深度脱水的机制,利用自制装置对市政污水处理厂的污泥进行了脱水研究,系统研究了在过硫酸铵投加量、电压梯度、污泥厚度和机械压力的操作条件下,污泥中胞外聚合物的组分(蛋白质和多糖)变化情况及对污泥脱水效果的影响。结果表明,在过硫酸铵投加量为30mg/gDS、电压为25V/cm、污泥厚度为2.0cm、机械压力为23.1kPa条件下,污泥含水率可以降低至57.4%。不同脱水条件均会造成胞外聚合物组分变化,其中过硫酸铵加量和电压是影响胞外聚合物组分以及污泥脱水效果的主要因素。
    悬浮填料负载氧化铁Fenton流化床法对腈纶废水的处理
    唐佳伟, 宁可, 雷伟香, 张春晖, 孟晓飞
    化工进展. 2018, 37(11):  4476-4484.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-0395
    摘要 ( 141 )   PDF (3286KB) ( 104 )  
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    以悬浮填料为基体,采用循环浸泡法将铁氧化物负载到填料表面制备出具有催化能力的悬浮填料载体,用于Fenton流化床工艺处理腈纶废水的研究,通过正交实验验证悬浮填料投加率、通气量、H2O2浓度和Fe2+投加量对COD降解效率的影响。实验结果表明:悬浮填料负载氧化铁后密度由0.9627g/cm3略增至1.0216g/cm3,填料表面铁氧化物覆盖均匀,载体表面负载的氧化物中铁元素含量达到47.17%;正交实验及模拟结果表明各因素影响处理效果的主次顺序为H2O2 > Fe2+ > 通气量 > 填料投加率,以及当实验最佳参数条件为:H2O2浓度为75mmol/L,Fe2+投加量为3.25mmol/L,通气量0.25m3/h,悬浮填料载体投加率为40%时,COD、BOD5、NH3-N、TOC和氰化物的去除率分别为77.8%、44%、76%、70.6%和70%;填料载体循环使用5次后,降解120min,COD去除率从77.8%降到70.4%,性能稳定,可重复利用。
    不同电极间距下自生电场膜生物反应器中的膜污染行为分析
    印霞棐, 李秀芬, 华兆哲, 任月萍, 王新华
    化工进展. 2018, 37(11):  4485-4492.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-0415
    摘要 ( 143 )   PDF (1923KB) ( 94 )  
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    以自制铜纳米线(Cu-NWs)导电微滤膜为膜组件兼阴极,构建自生电场膜生物反应器(SEF-MBR),研究不同电极间距下自生电场强度、跨膜压差(TMP)与膜污染行为的变化规律,可为MBR技术升级及进一步推广应用提供理论依据。结果表明,当电极间距从4cm减小到2cm时,自生电场强度从0.7mV/cm提高到1.2mV/cm,TMP的上升速度从0.15kPa/d降低到0.08kPa/d。缩短电极间距有利于缓解膜污染。随电极间距减小,静电斥力提高了40.5%,阴极产生的H2O2和·OH浓度也大大增加。电极间距对SEF-MBRs好氧活性污泥的胞外聚合物含量影响不大,但均低于对照MBR系统。共聚焦激光扫描电镜(CLSM)观察发现,与对照系统相比,导电微滤膜表面的污染层厚度减小了20.2%,膜表面污染物以微生物总细胞和β-D-glucopyranose多糖为主。缩短电极间距可提高系统自生电场强度,进而提高静电斥力及H2O2和·OH产生量,减缓膜污染。
    硫化氢对负载型钴铈双金属吸附剂脱除模拟煤气中单质汞的促进机理
    李学谦, 周劲松, 周启昕, 茅珏榛, 曹辉
    化工进展. 2018, 37(11):  4493-4499.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-0143
    摘要 ( 121 )   PDF (11179KB) ( 50 )  
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    采用共沉淀法制备了一系列不同配比的钴铈双金属吸附剂(CexCoyTi),在固定床实验台上探究低温(80~240℃)下脱除模拟煤气中Hg0的特性及机理。结果表明,Ce、Co负载比为0.2、0.1时,在120℃、N2+H2S气氛下吸附剂表现出最佳的脱汞效果,其效率为95.3%;Ce0.2Co0.1Ti在N2气氛下不仅存在物理吸附而且存在较强的化学吸附;在考察范围内,Ce0.2Co0.1Ti脱汞效率随H2S浓度的增加而增加。采用基于DFT的第一性原理软件VASP模拟H2S和Hg在Ce0.2Co0.1Ti表面的吸附及反应过程,表明Hg化学吸附于吸附剂表面,H2S易解离形成S,且S极易与吸附态的Hg反应生成HgS,活化能垒为0.214eV,反应遵循Langmuir-Hinshelwood机理。
    水热合成Ag+掺杂SrTiO3可见光催化降解四环素性能和机制
    曹丽丽, 蒋善庆, 凌泽玉, 汪楚乔, 许霞, 王利平
    化工进展. 2018, 37(11):  4500-4508.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-0499
    摘要 ( 134 )   PDF (3010KB) ( 127 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    采用一步水热法制备纳米Ag-SrTiO3可见光催化剂,利用X射线衍射、X射线光电子能谱、扫描电镜和紫外可见光吸收光谱等对Ag-SrTiO3的组成、形貌及吸光性进行表征,通过对四环素(TC)的降解实验研究了其在可见光下的光催化活性和稳定性,并进一步通过光致发光光谱、电子自旋共振和自由基捕获实验探究了其对TC的降解机制。结果表明,Ag+可成功掺杂到SrTiO3中,且Ag-SrTiO3的吸收光较纯SrTiO3明显发生红移;当AgNO3与Sr(NO32的摩尔分数为3%时,制备的Ag-SrTiO3对TC的光降解效果最好,120min内降解率可达79.63%,较纯SrTiO3提高13倍,光催化降解TC反应过程符合准一级动力学模型,且重复使用8次后仍具有较高光催化活性;Ag-SrTiO3中Ag+捕获了SrTiO3产生的电子,有效抑制了电子和空穴的复合概率,从而增加其光催化活性,且其主要活性物种为·O2
    有机改性磁性碱性钙基膨润土的制备及对Cu(Ⅱ)和Mn(Ⅱ)的吸附
    施华珍, 刘坤, 汤睿, 朱颖, 陈宁华, 王迎亚, 张寒冰, 童张法, 閤明勇
    化工进展. 2018, 37(11):  4509-4521.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-0357
    摘要 ( 134 )   PDF (6330KB) ( 134 )  
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    为提高磁性碱性钙基膨润土(magnetic alkaline Ca-bentonite,MACB)的吸附性能和磁稳定性,以壳聚糖和羧甲基纤维素钠的交联共聚膜(chitosan/sodium carboxymethyl cellulose copolymer film,CC)为改性剂,采用一步共沉淀法制备了CC改性的磁性碱性钙基膨润土MACB/CC(CC-modified magnetic alkaline Ca-bentonite,MACB/CC),对改性前后材料的结构特性进行分析,并进行MACB/CC对Cu(Ⅱ)和Mn(Ⅱ)的吸附性能研究。研究结果表明,有机共聚膜CC已成功负载在MACB表面,有机改性后的MACB/CC具备更好的磁分离性能和磁稳定性;Cu(Ⅱ)和Mn(Ⅱ)在MACB/CC上的吸附是一个先快速而后缓慢的过程,吸附时间为60min时,MACB/CC对Cu(Ⅱ)和Mn(Ⅱ)的吸附率已分别达到97%和85%;溶液的初始pH对MACB/CC吸附的影响明显,随着pH的升高,MACB/CC对Cu(Ⅱ)和Mn(Ⅱ)的吸附率逐渐上升,在pH为7时对两种重金属的吸附率达到99%和92%;当Cu(Ⅱ)和Mn(Ⅱ)共存时,MACB/CC对Cu(Ⅱ)的吸附能力大于Mn(Ⅱ);经5次循环利用后,MACB/CC对Cu(Ⅱ)和Mn(Ⅱ)的吸附率仍分别保持在93%和90%以上;MACB/CC对Cu(Ⅱ)和Mn(Ⅱ)的吸附符合Langmuir模型,Langmuir吸附容量分别为94mg/g和38mg/g,吸附过程可由准二级动力学模型描述,说明控制吸附速率的主要是化学吸附;MACB/CC对Cu(Ⅱ)和Mn(Ⅱ)的吸附机理主要包括阳离子交换、表面沉淀和络合作用。总之,相对于MACB,经有机修饰的MACB/CC具有更好的吸附性能、磁稳定性和磁分离能力,是一种非常有应用前景的重金属废水吸附材料。