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2019年 第38卷 第07期 刊出日期:2019-07-05
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    本期封面、中英文目次表
    化工进展. 2019, 38(07):  0-0. 
    摘要 ( 2 )   PDF (2306KB) ( 137 )  
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    化工进展. 2019, 38(07):  0-0. 
    摘要 ( 229 )   PDF (7088KB) ( 124 )  
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    特约评述
    高稳定性超疏水材料研究进展
    何金梅, 何姣, 袁明娟, 薛萌辉, 刘向荣, 屈孟男
    化工进展. 2019, 38(07):  3013-3027.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-1366
    摘要 ( 603 )   HTML ( 33 )   PDF (11854KB) ( 528 )  
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    近年来,众多研究者通过物理或化学方法,将超疏水材料与不同基底或材料结合,制备出了能够抵抗各种机械磨损和溶剂、气体、紫外照射、颗粒、酸碱和细菌的,具有优良耐磨损性和稳定性的超疏水材料。本文主要介绍了超疏水材料表面机械稳定性差的原因以及评估超疏水材料耐磨损性的常见方法,根据制备方法和基底的不同将超疏水材料分为三类,分别从网格类、织物类和涂层类等方面对近年来具有耐磨损性和稳定性超疏水表面的研究成果进行综述,对高稳定性超疏水材料的研究进展有一个全面的认识,并总结了目前在制备高稳定性超疏水材料这一领域存在的一些问题,例如测试高稳定性的方法较少、没有统一的标准等,开发和研究能够二次利用以及多功能超疏水材料仍是一大挑战。

    化工过程与装备
    选择性激光熔化成形点阵结构及其沸腾传热特性
    李培, 钱波, 张池, 张莉, 魏青松
    化工进展. 2019, 38(07):  3028-3037.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.(2)2018-1842
    摘要 ( 364 )   HTML ( 1 )   PDF (7991KB) ( 144 )  
    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    选择性激光熔化(selective laser melting,SLM)技术具有高度的加工灵活性,能够成形高表面积-体积比的点阵结构,用于强化池沸腾传热。本文主要研究单胞构型、梯度以及SLM成形特性对点阵结构样品强化传热效果的影响。使用CuSn10粉末成形出尺寸为15mm×15mm×15mm、孔隙率为59.82%~62.10%、侧表面轮廓算术平均偏差(R a)为11.6~15.5μm的点阵结构样品,样品表面存在粉末黏结,可提供大量潜在汽化核心;使用去离子水进行池沸腾传热实验,得出两种单胞构型点阵结构的起始沸腾点(104~105℃)和临界热流密度(86.7~110.2W/cm2),发现不同单胞构型的点阵结构在沸腾传热过程中有不同的气泡逃逸和液体补充通道;成形出两种下层孔小、上层孔大的梯度点阵结构,将其沸腾传热曲线与均匀点阵结构进行对比,结果表明梯度结构对不同阶段沸腾传热的传热条件有着不同的影响。

    硼酸、硼酸盐及其络合物在反渗透膜内扩散过程的分子模拟
    张少峰, 张伟雪, 杜亚威
    化工进展. 2019, 38(07):  3038-3045.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-1933
    摘要 ( 569 )   HTML ( 12 )   PDF (2447KB) ( 322 )  
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    利用分子模拟的方法建立了交联的反渗透膜模型,采用分子动力学模拟方法研究了水、氯化钠、硼酸、硼酸盐、山梨醇-硼酸盐络合物在反渗透膜和溶液中的扩散过程,以及其他几种硼酸盐与多羟基化合物(D-甘露醇、N-甲基D-葡糖胺和D-葡萄糖酸钠)的络合物在4种反渗透膜中的扩散过程。分析各粒子的均方位移曲线可得,各粒子在溶液中的扩散系数均大于在膜体系的扩散系数,水分子的扩散系数远大于各溶质分子和离子。与硼酸分子相比,硼酸盐离子与其体积相差不大,但受电荷效应的影响,其扩散系数小于硼酸分子一个数量级。与单络合物相比,双络合物由于分子体积增大,扩散系数更小。因此在反渗透络合强化脱硼过程中应保持过量的山梨醇添加量,以提高其双络合物浓度。在1,3,5-环己烷三甲酰氯/4-甲基间苯二胺(HT/MMPD)反渗透膜中,N-甲基D-葡糖胺-硼酸盐络合物的扩散系数是5种络合物中最低的,D-葡萄糖酸钠-硼酸盐络合物在含有间苯二胺(MPD)单体的膜类型中扩散系数较低,而D-甘露醇-硼酸盐络合物在含有MMPD单体的膜类型中扩散系数较低。由各粒子的轨迹图可知,各粒子在溶液中做较稀疏的无规则扩散运动,在膜内粒子由于受到聚酰胺膜结构的限制做较密集的扩散运动。

    基于复杂网络控制理论的换热网络旁路位置确定
    董云青, 王政, 徐一凡, 杨燕霞, 贾小平, 王芳
    化工进展. 2019, 38(07):  3046-3055.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-1927
    摘要 ( 292 )   HTML ( 2 )   PDF (767KB) ( 327 )  
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    换热网络的旁路控制是增加自由度和提升系统控制性能的有效手段。为了保证控制的有效性和经济性,本文基于复杂网络理论,结合“下游路径”理论中换热网络的干扰传递规律,构建出换热网络的有向加权的复杂网络模型,然后把换热网络旁路抽象为复杂网络驱动节点集,权衡可控性与经济性两方面因素,给出两种旁路位置确定方法。在可控性要求较高时,基于复杂网络结构可控性理论,提出了换热网络全局可控的旁路位置确定法,该算法不仅通过设置最少的旁路实现了换热网络的全局可控,还实现了对换热网络控制性能的优化;当旁路数目受限时,基于复杂网络目标控制理论,提出了重要节点可控的旁路位置确定法,在保证其重要节点可控的同时,减少旁路数量从而节省投资费用。最后,以大型原油换热网络为例分别求解全局可控和重要节点可控的换热网络旁路位置,验证了该方法的可行性。

    氮气幕对瓦斯爆炸进行阻爆实验
    路长, 王鸿波, 张运鹏, 朱寒, 余明高
    化工进展. 2019, 38(07):  3056-3064.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-2009
    摘要 ( 282 )   HTML ( 1 )   PDF (10315KB) ( 95 )  
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    为阻断瓦斯爆炸在管道方向上的传播,保护管道后方区域,本文采用氮气幕来进行阻爆,所设计的实验装置在爆炸发生后能自动喷出氮气。主要研究了氮气的喷气压力和喷气时刻对阻爆功能的影响。结果表明,在喷气压力为0.1MPa时,氮气幕仅起到抑制作用,爆炸火焰能穿过整个实验管道。在喷气压力为0.2MPa时,仅部分实验能够阻爆,氮气幕产生不稳定的阻爆效果。在喷气压力为0.3MPa时,阻爆位置均稳定在左喷头和右喷头之间区域,氮气幕产生稳定地阻爆效果。喷气压力超过0.4MPa后,阻爆位置稳定在右喷头附近。在较低氮气压力0.2MPa下,喷气时刻对阻爆效果产生显著影响。随着喷气时刻延迟,氮气喷出量减小,氮气幕由不稳定阻爆变为不阻爆。喷气时刻延迟到198ms后,氮气幕便丧失阻爆功能。在喷气压力超过0.3MPa后,氮气幕阻爆效果便不受喷气时刻的影响,喷气压力对能否阻爆起决定作用。

    影响纳米流体液滴蒸发沉积图案的关键因素分析
    柴琳, 刘斌, 杨文哲, 陈爱强, 邹同华
    化工进展. 2019, 38(07):  3065-3071.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0039
    摘要 ( 527 )   HTML ( 5 )   PDF (3218KB) ( 249 )  
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    目前关于液滴蒸发后沉积图案的研究主要集中于描述其物理现象的变化,但是对于蒸发过程中导致沉积图案形成的受力分析少有研究。影响纳米流体液滴蒸发沉积图案的主要因素是与液滴接触的底板温度和纳米颗粒的质量浓度。本文选用4种不同温度(30℃、47℃、64℃和81℃)的玻璃载玻片作为底板,采用粒径为20nm的3种质量分数(0.05%、0.1%和0.2%)的Al2O3-H2O纳米溶液来研究纳米流体液滴在固体表面上蒸发后沉积图案的形成机理。实验结果表明,随着溶液质量分数的增加和底板温度的升高,咖啡圈效应越来越明显,且内环结构也逐渐清晰可见。其中咖啡圈效应由底板温度和溶液质量分数共同影响。溶液质量分数和底板温度都与马兰戈尼(Marangoni)效应呈正相关性,但由停滞点和Marangoni效应产生的内环结构,受底板温度的影响更大。

    壁面润湿性对微通道内Taylor流动特性的影响
    王长亮, 田茂诚
    化工进展. 2019, 38(07):  3072-3078.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-2297
    摘要 ( 360 )   HTML ( 5 )   PDF (1416KB) ( 516 )  
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    壁面润湿性不仅影响着Taylor气泡的形状,同时对通道内流体流动、相变换热等有着关键的作用。采用VOF模型对T型微通道内气液两相Taylor流动进行三维数值模拟,重点研究了接触角改变对Taylor气泡流体动力学特性的影响。模拟结果与他人实验数据对比基本吻合,验证了模型的有效性。结果表明:随着接触角增大,气泡周围液含量逐渐降低,相界面也由外凸形变为内凹形。壁面越接近润湿(或疏水)状态,气液接触面的曲率就越大;当120°≤θ≤150°时Taylor气泡稳定性变差。当θ≥150°时“拖曳流态”出现,分析指出在大接触角下气体更易贴附壁面导致接触区内流场发生变化,形成的涡流减弱了水对气相的水平剪切作用,进而引起流型转变。接触角对通道内压力有着重要影响,通道中心轴向压力曲线以θ=90°为过渡,润湿状态下呈凸函数递减且p G>p L,疏水状态下气液进口处的压力分配改变,曲线趋势相反。

    能源加工与技术
    煤基燃料油品特性与煤制油产业发展分析
    王泽洋, 王龙延
    化工进展. 2019, 38(07):  3079-3087.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-1904
    摘要 ( 579 )   HTML ( 11 )   PDF (488KB) ( 1482 )  
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    基于最新汽油、柴油和航煤质量标准,结合我国市场对成品油需求走向,本文探讨了煤直接液化油、煤间接液化油、加氢煤焦油、煤油共炼产品、甲醇制汽油(MTG汽油)和聚甲氧基二甲醚(DMMn)等煤基油品的馏分结构与性质,分析了它们对煤制油产业发展的影响。文章指出国家绿色可持续发展需要低硫、低烯烃、低芳烃和高抗爆性能的交通运输燃料,需要降低柴汽比,增产航空煤油。煤基油品的硫氮等有害物质含量低、清洁性很好。除了MTG汽油外,煤基油品的柴汽比过高,需要与石油产品协同发展以满足我国未来的成品油市场需求。费托合成工艺能够直接生产优质柴油和航空喷气燃料油组分,是煤制油产业发展的主要技术路线;煤直接液化工艺所产汽煤柴油馏分性质均不理想,需要持续改进提高;煤油共炼工艺在成品油质量方面弥补了煤直接液化工艺的不足,可作为一条新的煤制油途径。煤焦油加氢可以生产出质量指标达到或接近国Ⅵ标准的车用柴油调和组分,是一条高效利用煤炭加工过程副产品的煤制油技术路线。MTG汽油和DMMn是优质汽油和柴油组分,能改善炼油企业成品油的柴汽比结构和交通运输燃料产品质量,应加大低成本工艺技术研发、扩大产能。

    木质素及其模型化合物热解研究进展
    王海英, 韩洪晶, 宋华, 孙恩浩, 张亚男, 陈彦广, 赵宏志, 李金鑫, 康越
    化工进展. 2019, 38(07):  3088-3096.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-1983
    摘要 ( 894 )   HTML ( 42 )   PDF (1135KB) ( 688 )  
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    木质素是世界第二大可再生生物质资源,实现木质素的资源化、高值化利用对国民经济发展具有重要意义。木质素热解因具有成本低廉、操作简单、可获得高附加值产品等优点受到了学者的广泛关注。本文综述了β-O-4、α-O-4、β-5等木质素模型化合物的热解机理,比较了模型化合物中不同种类连接键断裂的难易程度及生成产物的区别;概述了木质素热解过程的特性、影响因素及产物分布规律,阐述了催化剂对热解过程的影响,尤其是金属盐类和分子筛对热解产物组成的影响规律和催化作用机制,详细介绍了木质素热解制备酚类化学品和生物油的关键控制因素及产品特点;针对现有木质素热解技术存在的机理不明确、目标产物选择性低、产物提纯困难等问题,对探索热解机理、开发新型催化剂及生产工艺、提高经济效益等发展方向进行了展望,为木质素资源化利用提供了理论基础。

    木质纤维素衍生平台化学品制备液态烷烃的研究进展
    石宁, 唐文勇, 唐石云, 葛武杰, 刘云花, 黄伦昌
    化工进展. 2019, 38(07):  3097-3110.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-2347
    摘要 ( 462 )   HTML ( 5 )   PDF (833KB) ( 800 )  
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    液态烷烃C5+是汽油、柴油、航空燃油等当前社会的运输燃料的主要成分。本文综述了利用木质纤维素衍生平台化学品制备液体燃料的研究进展,着重总结了生物质衍生平台化学品通过碳链增长得到长链含氧化合物,然后经过加氢脱氧(HDO)得到C7+液体烷烃的技术研究进展。木质纤维素衍生平台化学品包括山梨醇、糠醛、5-羟甲基糠醛(HMF)、环戊酮、甲基呋喃、酚类、丙酮、丁醇、乙醇、乙酰丙酸、γ-戊内酯等。其中,糠醛、5-羟甲基糠醛和环戊酮在碱性催化剂作用下能与其他羰基化合物发生羟醛缩合反应实现碳链增长;甲基呋喃、苯类及苯酚类衍生物可以在强酸催化作用下通过烷基化/羟烷基化反应实现碳链增长;丙酮能与乙醇、丁醇发生α-烷基化反应实现碳链增长;乙酰丙酸可以转化为戊酸、丁烯或当归内酯,再分别通过酮基化反应、烯烃齐聚反应和加成反应实现碳链增长。诸多利用生物质衍生物化学品制备长链烷烃的路径中,利用5-羟甲基糠醛和甲基呋喃制备长链烷烃的技术路线存在路径过长、原料不易获取的问题;利用环戊酮和苯酚类物质能够得到高密度长链环烷烃,是一条有竞争力的路线;糠醛和乙酰丙酸易于从生物质中大规模制取,且利用糠醛和乙酰丙酸制备长链烷烃的反应路径短,较易实现工业应用。

    煤制天然气联产化学品工艺路径探讨与分析
    刘永健, 吴秀章, 王鹤鸣, 夏俊兵, 王波
    化工进展. 2019, 38(07):  3111-3116.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-2308
    摘要 ( 389 )   HTML ( 0 )   PDF (593KB) ( 819 )  
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    煤制天然气示范项目存在产品生产模式单一、煤炭转化增值偏低等问题,在天然气面临价格下调的背景下,单一的产品结构已经成为制约煤制天然气项目健康发展的瓶颈问题。本文从煤基多联产的角度出发,探讨和分析煤制天然气工厂多联产化学品生产路径,旨在实现终端产品多样化和高值化,提高企业经济效益。本文通过对国内主要联产化学品需求和关键单元技术分析的基础上,结合现有煤制天然气工艺技术特点,提出了煤制天然气厂联产甲醇和联产甲醇、乙二醇两种联产方案,并对两种方案进行概念设计以及物料衡算。通过对两种联产方案进行技术经济分析发现,联产甲醇、乙二醇方案在内部收益率和投资回收期关键经济指标方面具有明显的优势。因此,在煤制天然气项目的基础上建立联产甲醇、乙二醇装置是解决现有煤制天然气项目瓶颈问题最为适合的路径。

    印尼油砂沥青组成及化学结构分析
    柏静儒, 陈嘉彬, 李坤, 王智超, 蒋凌志, 王擎
    化工进展. 2019, 38(07):  3117-3125.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-2186
    摘要 ( 362 )   HTML ( 5 )   PDF (1517KB) ( 444 )  
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    利用FTIR和13C NMR对印尼油砂沥青中的脂肪烃结构、芳香烃结构、含氧官能团以及碳骨架进行研究,并就印尼油砂样品中较高的硫含量进行XPS分析。结果表明:4个印尼油砂样品沥青中脂肪碳含量均占到了70%左右,脂肪烃主要由亚甲基构成,甲基与次甲基次之,样品中有大量的烷基侧链。FTIR无法准确分辨芳香烃部分的苯环取代结构,通过13C NMR发现芳香烃中质子化芳碳的含量较高,桥头芳碳与侧枝芳碳为主要非质子化芳碳,由带质子化芳碳的比例大小可以推断样品芳香环上的取代度为2~4。样品含氧官能团部分以C-O形式存在于醇和醚中,部分以羧基形式存在。样品中硫主要为有机硫,芳香族硫化物含量最高,其次为脂肪族硫化物,存在一定比例亚砜。无机硫以黄铁矿硫与硫酸盐硫形式存在,由于油砂表面被有机质包裹,无机物裸露较少,XPS没有测得硫酸盐硫,黄铁矿硫的检测值也偏低。

    助剂辅助催化裂化油浆离心-静电组合脱固工艺
    郭爱军, 靳正正, 龚黎明, 刘贺, 陈坤, 沐宝泉, 王宗贤
    化工进展. 2019, 38(07):  3126-3135.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-2203
    摘要 ( 339 )   HTML ( 2 )   PDF (1743KB) ( 259 )  
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    提出先对催化裂化(FCC)油浆进行预处理再进行静电脱固的方法,加入助剂降低油浆体系的黏度,并辅助离心分离脱除沥青质,降低FCC油浆中沥青质在静电塔填料上的“竞争吸附”,从而提高静电脱固的效率。研究表明,FCC油浆A中的固体颗粒90%左右是催化剂颗粒,且颗粒粒径较小,大部分集中在15 μ m 以内,其余为焦粉颗粒,较难分离。当加入多功能复合助剂MCA-B,助剂加入比例为油浆的150%(质量比)后,油浆A体系的黏度降低至0.85mm2/s(80℃),可满足静电脱固的黏度要求。再进行离心条件为离心力3819g,离心时间10min的离心实验,使得油浆A中的胶质和沥青质分别降低了6.34%和58.82%。最后在静电电压14kV,静电温度70℃,静电稳定时间30min的条件下进行静电脱固,在此实验条件下油浆A和油浆B的脱固效率都可达到98%以上,能够将油浆中的固含量降低到30~60μg/g,可满足作为生产高附加值产品原料的固含量要求。

    钢渣基高反应性焦炭气孔结构的溶损演化行为
    梁磊, 孙章, 梁英华
    化工进展. 2019, 38(07):  3136-3142.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-2273
    摘要 ( 254 )   HTML ( 1 )   PDF (1094KB) ( 297 )  
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    在工业配合煤中添加1%钢渣制备高反应性焦炭,采用低温氮气吸附法分析高反应性焦炭(HRC)和普通焦炭(BC)在1100℃下溶损不同比率碳素(5%~50%)后焦炭的气孔结构,并结合分形理论研究焦炭溶损反应过程中孔结构的演化特性。结果表明,随着碳素的溶损,HRC的吸脱附曲线的变化幅度比BC的大,吸附等温线由Ⅰ型向Ⅱ型的转变较晚;焦炭的比表面积和微孔孔容随碳素的溶损先增大后减小、总孔容逐渐增大,而HRC的比表面积增率(ΔS BET /Δx)比BC的大,孔径分布也相对较宽;HRC的分形维数D 1D 2随碳素溶损而变化趋势与BC的有较大差异。这说明高反应性焦炭中的钢渣通过增加了焦炭表面上活性点影响焦炭溶损过程中气孔结构的演化行为。

    工业催化
    多孔碳纳米球及其负载金属催化剂的研究进展
    季豪克, 张雪洁, 王昊, 朱倩文, 周烨彬, 卢春山, 李小年
    化工进展. 2019, 38(07):  3143-3152.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-1911
    摘要 ( 692 )   HTML ( 15 )   PDF (2312KB) ( 1269 )  
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    多孔碳纳米球由于可实现尺寸、形貌、孔结构以及表面基团等的可控合成制备,其负载/镶嵌的金属粒子又兼具高活性和高热稳定性等,在多相催化领域中受到越来越多的关注。本文追溯了多孔碳纳米球形貌调控的发展历程及其负载金属催化剂在催化反应领域中的应用。归纳了不同形貌的多孔碳纳米球及其制备方法和原理,详细对比了各个方法的优缺点;阐述了多孔碳纳米球负载金属催化剂的性能和碳球结构与形貌之间的构效关系;总结了目前碳球作为催化剂载体亟需解决的问题是碳球的多孔结构及其负载尺寸可控和空间匀称分布的金属粒子的可控合成,并展望了其发展方向是进一步研究和探索结构可调、经济可行的碳纳米球制备方法,真正实现工业化应用。

    非铂燃料电池电催化剂研究进展
    张健, 党岱, 姬文晋, 刘全兵, 方岩雄, 郑育英
    化工进展. 2019, 38(07):  3153-3162.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-1765
    摘要 ( 408 )   HTML ( 6 )   PDF (6087KB) ( 530 )  
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    商业铂碳催化剂价格高昂,开发非铂材料是推进燃料电池商业化的关键一步。本文首先介绍了燃料电池氧还原反应电催化剂的研究背景,接着分别介绍了非贵金属、非金属以及复合材料的催化剂,并对各类催化剂的活性位点和催化机理进行了简要的评述。其中,过渡金属的氮碳化物成本低廉,具有较高的催化活性以及优异的稳定性,是最有望替代贵金属Pt的一类催化剂。杂原子的掺杂能够改变碳材料的表面电荷分布,提升碳材料的催化活性。将过渡金属的氮碳化物和特殊结构的碳材料有效结合,可以设计出具有双功能的复合材料。最后,针对非铂催化剂存在的问题进行了分析并提出了今后工作的几个方向,为今后非铂电催化剂的研究提供参考。高活性高稳定性的非铂催化剂是未来该领域的重点研究方向。

    Ce浸渍方式对CoMo/CeAl2O3催化剂反应性能影响
    王奇, 柯明, 于沛, 刘洋, 张蕾, 夏成杰, 刘稳
    化工进展. 2019, 38(07):  3163-3169.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-1833
    摘要 ( 300 )   HTML ( 3 )   PDF (710KB) ( 273 )  
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    针对具有较高脱硫活性的CoMo/CeAl2O3催化剂,考察了Ce的不同浸渍方式对催化剂表面金属性质及催化活性的影响。结果表明,Ce采用不同浸渍方式(CoMo共浸渍)制备催化剂的加氢脱硫活性大小顺序为:先浸渍Ce后浸渍CoMo催化剂(CoMoCe/Al2O3)>先浸渍CoMo后浸渍Ce催化剂(CeCoMo/Al2O3)>Ce与载体混粘后浸渍CoMo催化剂(CoMo/CeAl2O3)。对于CoMoCe/Al2O3催化剂,先浸渍Ce减弱了二次浸渍CoMo时载体与Mo物种间的相互作用力,有利于Mo物种硫化,提高了硫化度,生成了较多的CoMoS活性相,增加了脱硫率;用实验室自组装固定床微型反应装置对CoMoCe/Al2O3催化剂进行了活性评价,以广西石化分公司(广西石化)重馏分油(≥65℃)为原料油时,产物硫含量可以降至8.6μg/g,RON损失1.3个单位。

    有机硅浸渍漆用包覆型铂催化剂的制备
    李金辉, 李冰, 彭丹, 牟秋红, 张硕, 于一涛, 赵宁, 王峰, 张方志
    化工进展. 2019, 38(07):  3170-3175.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-1881
    摘要 ( 331 )   HTML ( 0 )   PDF (731KB) ( 263 )  
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    包覆型催化剂是影响单组分有机硅浸渍漆稳定性的重要因素之一,本文以铂-乙烯基硅氧烷络合物、苯基三甲氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷等为原料,采用微乳液二次原位聚合技术制备了具有核壳结构微纳米级包覆型铂催化剂,构建了一种催化剂活性可控的包覆型催化剂体系。采用扫描电镜和热分析仪研究了包覆型催化剂的形貌和热稳定性,采用热分析仪对比分析了包覆型铂催化剂和常规铂催化剂的固化活性差异。结果表明:包覆型催化剂形态规整,粒径均匀,稳定性高,该催化剂应用在有机硅胶体系时,硅胶的起始固化温度在150℃以上,峰值固化温度在197℃,可满足浸渍漆体系在150℃以下不固化或者固化速度较慢的要求。包覆型铂催化剂在改进硅胶应用工艺方面具有广阔的应用前景。

    ZrO2-Al2O3复合载体负载Ni基催化剂CO x 甲烷化性能
    孙漪清, 金保昇, 董新新, 张文杰, 王金德
    化工进展. 2019, 38(07):  3176-3184.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-1929
    摘要 ( 374 )   HTML ( 3 )   PDF (1674KB) ( 297 )  
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    采用浸渍和粉末压片的方法制备了两种ZrO2-Al2O3复合载体并用于负载Ni基催化剂,并利用氮气等温物理吸附、X射线粉末衍射(XRD)、H2程序升温还原(H2-TPR)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)等分析手段对催化剂物化性质进行表征,考察了ZrO2-Al2O3复合载体制备方法及ZrO2的引入对Ni基催化剂在CO、CO2和CO-CO2共存的3种体系下甲烷化反应活性的影响。材料表征和活性测试结果表明,在CO甲烷化体系中,与单一Al2O3载体相比,引入ZrO2的复合载体能有效提高催化剂中Ni物种的分散度从而增强CO甲烷化过程中催化剂活性,且粉末压片法较浸渍法制备的复合载体能有效提高催化剂的还原度,降低还原温度,但前者会大大降低催化剂的比表面积;在CO2甲烷化体系中,当载体形貌和制备方法相同时,载体的变化对催化剂活性的影响较小,CO2转化率主要受到制备方法不同引起的物理性质如比表面积变化的影响;在CO-CO2共存体系中,由于CO在竞争吸附中比CO2更容易占据活性位点,所以呈现出优先进行CO甲烷化再进行CO2甲烷化、CO2的含量先增多后减少的规律。

    材料科学与技术
    超疏水/超双疏表面自修复方式的研究进展
    梁婷, 范振忠, 刘庆旺, 王继刚, 才力, 付沅峰, 仝其雷
    化工进展. 2019, 38(07):  3185-3193.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-1959
    摘要 ( 702 )   HTML ( 31 )   PDF (3344KB) ( 996 )  
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    超疏水/超双疏材料存在耐久性和稳定性的问题,因此很大程度影响了超疏水/超双疏材料的实际应用。受自然界中荷叶、三叶草等超疏水表面在受到破坏后,表面粗糙结构和表面组成可以恢复直到生物死亡的启发,科研学者通过不断探索研究出修复超疏水/超双疏材料的一些方式。本文从低表面能物质和表面微观结构的自修复角度出发,综述了影响超疏水/超双疏表面的自修复方式。当超疏水/超双疏表面受到物理破坏或者化学破坏时,失去超疏水以及超疏油性能,在温度、相对湿度、机械、UV等诱导条件下,低表面能物质迁移至表面完成自修复过程以及表面微观结构的自修复,从而使超疏水以及超疏油性能得以恢复。价格低廉的环保材料和系统性地研究自修复的机理是将来超疏水/超双疏自修复材料的主要研究方向。

    静电纺丝技术在氨硼烷水解脱氢催化剂制备中的应用
    张帅, 王斯瑶, 姜召, 方涛
    化工进展. 2019, 38(07):  3194-3206.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-1606
    摘要 ( 366 )   HTML ( 2 )   PDF (3388KB) ( 727 )  
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    氨硼烷由于其氢质量分数高达19.6%,在环境条件下稳定性高,无毒,在普通溶剂中溶解度高,因此被视为是一种极具潜力的固体储氢材料。但是传统纳米金属催化剂颗粒容易出现团聚、损失、二次污染、难回收的问题。高压静电纺丝技术将微纳米纤维作为纳米金属颗粒的载体,制备出的催化剂可以有效弥补传统纳米金属催化剂的缺点。本文从静电纺丝技术、纳米纤维的分类、催化剂的分类3个角度重点介绍了静电纺丝法制备应用于氨硼烷水解的纳米催化剂。在纳米纤维的分类中详细介绍了应用电纺技术制备不同种类纤维的制作步骤和关键技术点;在催化剂的分类中全面详细介绍了贵金属以及非贵金属催化剂的制备工艺,对比两种催化剂制备的优缺点,总结出了催化剂颗粒以及载体的选择依据。最后分别提出通过技术设备的升级优化、催化颗粒与载体的合理设计、“三步”化学反应的方法来解决电纺技术效率低、催化性能差、氨硼烷再生难的问题。

    基于金属氧化物的乙醇检测气敏材料的研究进展
    张晓, 徐瑶华, 刘皓, 魏峰, 苑鹏
    化工进展. 2019, 38(07):  3207-3226.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-1858
    摘要 ( 600 )   HTML ( 24 )   PDF (3830KB) ( 1000 )  
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    金属氧化物型半导体气体传感器是目前常用的乙醇检测手段,深入研究和改进金属氧化物型半导体材料是提升传感器性能的重要方式。本文首先论述了气敏检测的机理和影响因素,并综述了近年来发展的主要金属氧化物型半导体气敏材料,重点介绍了不同微观结构的Co3O4、ZnO、SnO2及掺杂金属氧化物材料、氧化物异质结等的研究和发展情况,对它们的合成方法、结构特点以及结构与乙醇气敏性能之间的关系进行了探讨。分析表明,减小材料颗粒尺寸、构建大比表面积多孔结构、掺杂和复合改性,是提升金属氧化物材料气敏性能的有效措施。此外,基于传感器微小化的趋势,以微机电系统(MEMS)工艺为基础的微型传感器成为气体传感器的发展趋势。然而,目前针对金属氧化物气敏材料的制备依然缺乏一定的理论指导,气体检测缺乏相应的机理研究,亟需物理、化学、材料等多学科的相互结合,促进乙醇等半导体气体传感器的进一步发展。

    金属有机框架材料吸附分离水中铀的应用
    彭莹, 张晓文, 李密, 张宇, 吴晓燕
    化工进展. 2019, 38(07):  3227-3242.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-1919
    摘要 ( 485 )   HTML ( 26 )   PDF (2112KB) ( 938 )  
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    金属有机框架材料(metal-organic frameworks,MOFs)具有极高的比表面积和孔隙率,结构可设计调控,但在水相吸附分离方面存在水稳定和选择吸附性较差、分离困难、合成与再生成本偏高等问题。针对MOFs的缺陷,可以通过有目的的功能化改性从而提升其对目标污染物的吸附性能。本文介绍了MOFs的结构优势,分析了水稳定性的影响因素和判断手段,简述了具有代表性的高水稳定性MOFs材料的特性;根据MOFs改性方法的分类回顾了MOFs及改性MOFs在去除水相中放射性铀的应用;基于不同分析技术探讨了MOFs与铀酰离子的吸附机理;提出推动MOFs在吸附铀方面规模化应用发展的核心是合成高稳定性MOFs,通过改性提高MOFs的选择吸附性能和再生性以及深入研究吸附机理。

    脱硼氟烷基化反应研究进展
    狄玲, 邢杨, 戴光阔, 郑宇, 徐强, 于潇贺, 李法云
    化工进展. 2019, 38(07):  3243-3252.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-1829
    摘要 ( 263 )   HTML ( 2 )   PDF (1157KB) ( 530 )  
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    氟烷基化反应作为有机氟化学领域的重要研究课题,能够直接将含氟基团引入有机分子,并通过含氟基团的“氟效应”改善有机分子的理化性质。以有机硼酸为代表的有机硼试剂具有对水及空气不敏感、反应活性高、官能团兼容性好、低毒等优点。近年来,诸多基于有机硼试剂的脱硼氟烷基化反应被报道。本文首先依据氟烷基化试剂在反应过程中体现的电子性质,从亲核型氟烷基化、亲电氟烷基化及自由基氟烷基化3个方面,对目前脱硼氟烷基化反应所涉及的氟试剂、催化剂、溶剂、气氛条件、反应收率、底物普适性及反应机理进行了归纳和总结;之后对近几年来新兴的光催化脱硼氟烷基化反应进行了单独介绍;最后从绿色化学角度对脱硼氟烷基化反应在光催化领域的发展趋势做了总结和展望。指出未来脱硼氟烷基化反应将沿着探索温和、高效、环境友好催化体系的趋势,发展更具环境、经济及社会效益的合成方法。

    密度泛函理论在高电压电解液设计中的应用
    李南, 马国强, 车海英, 蒋志敏, 沈旻, 董经博, 陈慧闯, 马紫峰
    化工进展. 2019, 38(07):  3253-3264.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-1808
    摘要 ( 704 )   HTML ( 26 )   PDF (2179KB) ( 767 )  
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    基于密度泛函理论的量子化学计算为高电压电解液的配方设计提供了理论基础。运用Gaussian软件可以有效模拟电解液中某一成分的分子构型和溶剂化状态,计算出化合物的分解路径与分解产物,进而大幅缩短电解液研发周期。本文回顾了近年来该计算方法在锂离子电池电解液研究中的相关进展,并以高电压电解液为例,介绍了该理论在溶剂氧化电位计算方面的应用,结合分子模型的优化,实现了计算值与实验值的基本统一。此外,详细阐述了砜类、氟类、离子液体等几种新型高电压溶剂和磷酸酯类、硼类、腈类等几种成膜添加剂的应用。相信今后随着动力学理论的完善和计算机技术的优化,该方法在高浓度电解液、固液界面作用机理等当前难以实现的理论模拟问题方面的应用指日可待。

    (准)共晶系相变储能材料的研究进展
    陈涛, 孙寒雪, 朱照琪, 李安
    化工进展. 2019, 38(07):  3265-3273.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-2002
    摘要 ( 467 )   HTML ( 5 )   PDF (658KB) ( 760 )  
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    节能技术的发展是当今非常现实的问题,这些技术的发展方向之一是各行业的热能储存。相变储能材料由于其较大的潜热和恒温性,被广泛应用于潜热储能系统和热管理系统中。然而,单一相变材料的相变温度和潜热比较固定,难以同时满足多种储能应用对各种潜热、相变温度等性质的要求。因此,人们开展了关于二元或多元共晶相变体系的研究。本文介绍了近年来国内外(准)共晶相变储能材料及其复合材料的研究进展,探讨了(准)共晶相变储能材料的理论设计机理,指出了(准)共晶相变储能材料存在的不同问题并提出建议,最后指出了(准)共晶系相变储能材料在实际应用领域的局限,提出未来在寻找新型相变储能材料,建立传热理论模型,对(准)共晶系复合相变储能材料的力学性能、耐老化性能、储能密度低和高温条件下的耐久性差等方面需要进一步探索。

    Au对TiO2光电催化材料的改性策略研究进展
    聂利富, 徐喆, 柯善明, 曾燮榕, 林鹏
    化工进展. 2019, 38(07):  3274-3284.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-1967
    摘要 ( 382 )   HTML ( 11 )   PDF (4122KB) ( 494 )  
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    近年来,环境污染、能源枯竭问题日益严重,成为制约人类生存与发展的主要因素。光电催化技术能够同时实现污染物的降解与清洁能源的制备,有助于缓解环境污染与能源枯竭问题。作为典型的光(电)催化材料,TiO2具有光活性强、性质稳定、廉价易得、环境友好等诸多优点,数十年来已成为光催化及相关领域的研究热点。然而,TiO2存在的本征缺陷依然制约着其进一步推广应用,为此研究人员已提出多种方式对TiO2进行改性。其中贵金属/TiO2复合材料可显著提升TiO2的光学活性并拓宽其吸收波长范围,尤其是Au/TiO2材料体系已受到广泛关注和认可,表现出良好的应用前景。本文通过对目前Au/TiO2复合材料的发展现状进行了总结,首先简单介绍了Au和TiO2的化学性质及Au对TiO2光学性能的增强原理;随后对Au/TiO2复合材料的改性策略及相关作用机制展开讨论,包括Au对TiO2光学性能的影响及调控、修饰方法的选择与影响等;最后总结出目前Au/TiO2复合材料依然以克服TiO2的两大本征缺陷为主,探讨各类新型Au/TiO2复合材料有望使其得到逐步推广与实际应用。最后对目前Au/TiO2复合材料的研究现状进行系统总结并探讨该材料未来的研究和发展方向。

    新型含磷阻燃型桐油基聚氨酯硬泡的制备及性能表征
    周威, 郑开梅, 周永红, 张猛
    化工进展. 2019, 38(07):  3285-3290.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-2035
    摘要 ( 304 )   HTML ( 1 )   PDF (795KB) ( 515 )  
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    桐油与甘油在甲醇钠为催化剂的条件下发生醇解反应得到桐油醇解产物(GTO),GTO经环氧化得到环氧化桐油醇解产物(EGTO),EGTO与9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物(DOPO)发生开环反应生成新型含磷阻燃型桐油基多元醇(PTOP)。PTOP部分取代聚醚多元醇(PPG4110)与异氰酸酯及助剂反应,通过一步法制备聚氨酯硬泡(RPUF)。采用万能试验机、热导率测定仪、热重分析仪和锥形量热仪分别考察RPUF的力学性能、热稳定性和燃烧行为。结果表明:随着PTOP替代石油基多元醇的比率增大,RPUF的压缩强度、密度、热导率先增大后减小,热稳定性提高,极限氧指数(LOI)由18.1%提高至26.0%,而总放热量先减小后增大,这主要是由于PTOP结构中的DOPO基团具有阻燃作用而PTOP结构中含有的桐油基脂肪链易于燃烧且热释放量较大。以上结果表明PTOP部分取代PPG4110制备的RPUF具有良好的阻燃性能和热稳定性。

    干燥温度对纳米氧化石墨烯/PHBH复合膜结构及性能的影响
    邱玉娟, 马晓军, 尹兴
    化工进展. 2019, 38(07):  3291-3296.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-2026
    摘要 ( 364 )   HTML ( 0 )   PDF (1677KB) ( 406 )  
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    通过溶液浇铸法制备得到纳米氧化石墨烯(GO)/聚羟基丁酸-羟基己酸酯(PHBH)复合膜,利用SEM、XRD、DSC、拉伸测试、阻隔测试及透明度测试等检测手段,研究了不同干燥温度对复合膜结构及性能的影响,优化了制备工艺。结果表明:随着干燥温度的升高,GO在PHBH中的分散性以及复合膜的结晶度、断裂伸长率和阻隔性先增加后减小,而拉伸强度及透光率则随温度的增加而增加。当干燥温度为45℃→55℃梯度升温时,GO在PHBH中均匀分散,且复合膜的断面光滑,有良好的结晶度、热稳定性、力学及阻隔性能,其拉伸强度、断裂伸长率可分别达到20.11MPa、17.47%,且透氧系数及水蒸气透过系数分别为48cm3/(m2·d)、13.33g/(cm2·d),综合性能优于其他干燥温度下的复合膜。

    赤泥改性及其对丁苯橡胶复合材料微观结构和力学性能的影响
    杨世诚, 孙琦, 谌伦建, 张玉龙, 薛晓晓, 仪桂云
    化工进展. 2019, 38(07):  3297-3303.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-1953
    摘要 ( 290 )   HTML ( 1 )   PDF (1385KB) ( 261 )  
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    烧结法赤泥分别经硬脂酸、铝酸酯偶联剂、硅烷偶联剂和十二烷基苯磺酸钠湿法球磨改性后,与丁苯橡胶(SBR)进行熔融共混,制得改性赤泥/SBR复合材料,然后对改性赤泥和赤泥/SBR复合材料的表面性质、微观结构和力学性能进行表征测试。结果表明:球磨改性后的赤泥粒度减小,表面官能团含量发生变化。经硅烷偶联剂改性的赤泥,Si—O—C和Si—O—Si官能团含量增加,触角明显增大;改性赤泥在丁苯胶复合材料中分散性和相容性增加,硅烷偶联剂改性后的赤泥填充橡胶复合材料的力学性能显著增加,拉伸和撕裂强度分别由纯胶的1.6MPa和8.8 kN/m2增加到9.8MPa和21.6kN/m2,改性赤泥补强效果较为明显。

    Na2S2O3·5H2O复合材料的制备及循环稳定性能
    张永一川, 章学来, 徐笑锋, 刘璐
    化工进展. 2019, 38(07):  3304-3310.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-1951
    摘要 ( 314 )   HTML ( 0 )   PDF (828KB) ( 303 )  
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    为了解决Na2S2O3·5H2O存在的过冷度过大导致不结晶的问题,提高复合相变材料的循环稳定性并抑制相分离现象,以CaSO4和1-萘酚(C10H8O)为成核剂;聚丙烯酸钠(PAAS)和羧甲基纤维素钠(CMC)为增稠剂进行改良,通过步冷曲线和差示扫描量热法(DSC)对复合相变材料进行了研究。实验结果表明:加入质量分数为1%和5%的CaSO4、0.5%和3%的C10H8O对Na2S2O3·5H2O有较好的成核作用。萘酚体系在加入增稠剂后降温冷却时不出现结晶现象。对于CaSO4体系,增稠剂PAAS效果优于CMC,Na2S2O3·5H2O+1%CaSO4+2%PAAS复合材料相变温度47.7℃,相变潜热为200.4J/g;Na2S2O3·5H2O+5%CaSO4+2%PAAS复合材料相变温度48.2℃,相变潜热为213.4J/g;经过100次高低温循环后,1%CaSO4的复合材料相变温度47.6℃,相变潜热为192.4J/g,相较循环前相变潜热降低了3.99%。5%CaSO4的复合材料相变温度47.8℃,相变潜热211.2J/g,相比循环前下降1.03%。5% CaSO4体系较优于1% CaSO4体系,循环前后潜热值、相变温度变化不大,循环稳定性良好。

    Zr系列MOFs催化乙酸乙酯N-酰胺化反应
    桑欣欣, 石刚, 倪才华, 王大伟
    化工进展. 2019, 38(07):  3311-3318.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-1619
    摘要 ( 339 )   HTML ( 1 )   PDF (2372KB) ( 694 )  
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    以二氯氧锆(ZrOCl2)和不同的有机配体,如对苯二甲酸、均苯三甲酸、1,2,4-苯三甲酸和1,2,4,5-苯四甲酸为原料,采用溶剂热法合成了一系列Zr基金属-有机框架(Zr-MOFs)材料。利用X射线粉末衍射(XRD)、氮吸附脱附等温线、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、热重分析(TGA)和扫描电子显微镜(SEM)对材料进行一系列表征。以乙酸乙酯与苯甲胺反应转化为N-乙酰苄胺为模型反应,研究所得Zr-MOFs材料的催化性能。结果表明,Zr-MOFs材料的催化活性可以通过改变有机配体中羧酸基团的数目和位置来调控,有机配体中羧基数目主要影响Zr-MOFs材料的晶体结构以及Lewis酸性和Br?nsted酸性,从而影响催化活性。相同条件下,具有MOF-808晶体结构的Zr-MOF材料催化活性最高,80℃反应12h,N-乙酰苄胺的产率高达95%。此外,该催化剂具有良好的循环使用稳定性,重复使用5次后,N-乙酰苄胺的产率仍保持90%。

    镁渣晶体结构对脱硫活性影响实验
    韩飞, 贾里, 乔晓磊, 金燕, 樊保国
    化工进展. 2019, 38(07):  3319-3325.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-1903
    摘要 ( 279 )   HTML ( 1 )   PDF (3265KB) ( 199 )  
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    研究了激冷水合过程中镁渣晶体结构的变化,结合钙转化率研究了晶体结构对镁渣脱硫活性的影响。借助X射线衍射和透射电镜分析了镁渣的晶体结构和形貌特征。结果表明:β-C2S中的Ca2+配位不规则是其水合活性高于γ-C2S的原因。随着镁渣激冷温度升高,β-C2S增加,促进了具有发达孔隙结构的C-S-H生成,提高了物理吸附能力;晶粒细化程度增大,晶胞参数变化引起的晶格缺陷增多,增强了化学吸附能力。950℃激冷温度下镁渣脱硫活性最高,钙转化率达到24.6%。

    碳量子点/Fe3+复合材料用于生物传感检测抗坏血酸
    高学霞, 周希, 刘美红, 马玉峰, 王基夫, 王春鹏, 储富祥
    化工进展. 2019, 38(07):  3326-3331.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-2204
    摘要 ( 392 )   HTML ( 6 )   PDF (1068KB) ( 382 )  
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    利用碱木质素为原料,在浓硫酸与浓硝酸环境中,先进行超声处理,随后转移至反应釜中,180℃水热反应12h,制备碳量子点(CDs),并采用多种测试手段对其结构及形貌进行了表征。通过CDs溶液与Fe3+溶液相互作用,制备得到CDs/Fe3+复合材料。利用紫外光谱及荧光光谱研究了CDs及CDs/Fe3+复合材料的光学性能,发现CDs具有优异的荧光性能,其荧光量子产率达17.3%(硫酸喹啉为参比物质),而CDs/Fe3+复合材料荧光猝灭明显。将CDs/Fe3+复合材料应用于人体内不同生物活性分子检测,发现CDs/Fe3+复合材料对抗坏血酸(AA)具有特异性识别,且在0~200μmol/L及200~350μmol/L范围内,AA浓度与CDs/Fe3+复合材料的荧光强度呈现良好的线性关系,同时具有优异的选择识别性,可应用于生物体内AA的检测,在生物传感方面具有潜在的应用价值。

    壳聚糖接枝聚丙烯酸/凹凸棒石复合材料对毒死蜱的吸附行为
    徐华, 温洪坚, 林建达, 周红军, 陈铧耀, 周新华
    化工进展. 2019, 38(07):  3332-3340.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0227
    摘要 ( 366 )   HTML ( 1 )   PDF (1720KB) ( 567 )  
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    以壳聚糖(chitosan,CTS)、丙烯酸(acrylic acid,AA)和凹凸棒石(attapulgite,ATP)为原料,利用分散聚合法制备壳聚糖接枝聚丙烯酸/凹凸棒石(CTS-g-PAA/ATP)复合吸附剂,以毒死蜱(chlorpyrifos,CPF)为模型农药,研究了复合吸附剂CTS-g-PAA/ATP在不同温度、时间和不同毒死蜱浓度下对毒死蜱的吸附性能,并对实验结果进行吸附热力学与动力学拟合分析。结果表明,CTS-g-PAA/ATP和HATP(酸化凹凸棒石)在24h和30℃下对毒死蜱的吸附量分别为7.42mg/g和18.95mg/g,复合材料的吸附能力提高了180%;拟合结果分析表明,吸附过程遵循Langmuir单分子层等温吸附(R2≥0.97),在30℃、35℃、40℃下理论上最大吸附量分别为57.8mg/g、54.3mg/g、51.2mg/g;并与准二级动力学模型精准拟合(R2≥0.97),化学吸附是吸附过程的主要控制因素。

    生物与医药化工
    转谷氨酰胺酶促壳聚糖/壳聚糖衍生物对蛋白质糖基化作用的研究进展
    崔心禹, 樊永康, 夏琛, 沈建福
    化工进展. 2019, 38(07):  3341-3348.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-2209
    摘要 ( 436 )   HTML ( 7 )   PDF (542KB) ( 1001 )  
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    转谷氨酰胺酶途径糖基化具有效率高、特异性高、安全性高等优点被广泛地应用于蛋白质改性。为了研究采用转谷氨酰胺酶途径进行蛋白质糖基化对蛋白质功能性质、结构的影响,本文对国内外该途径糖基化的研究现状进行综述。首先介绍了糖基化选用的代表性多糖——壳聚糖及其衍生物,以及转谷氨酰胺酶催化蛋白质与多糖交联的机理。然后,重点阐述了酶法糖基化对蛋白质表面疏水性、溶解性、乳化性等加工性能的影响,以及对蛋白质结构变化的影响,包括一级结构、二级结构、微结构。其次,对目前该法修饰蛋白质在可食膜、医用敷料、抑制晚期糖基化终末产物方面的应用做了简要介绍,充分显示其在各领域的应用价值。最后展望了转谷氨酰胺酶途径蛋白质糖基化的未来研究方向和亟待解决的问题。

    头孢氨苄连续结晶研究及应用
    张军立, 龚俊波, 孙华, 段志钢, 胡卫国
    化工进展. 2019, 38(07):  3349-3354.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-2109
    摘要 ( 391 )   HTML ( 5 )   PDF (772KB) ( 306 )  
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    头孢氨苄的传统生产方法多为间歇结晶,存在效率低、能耗高等弊端。为节约能耗、提高生产效率、缩短工时、降低成本,针对头孢氨苄等电点结晶的特点,本文设计了两级连续结晶工艺。采用单因素法系统研究了头孢氨苄水溶液初始浓度、停留时间、搅拌速率、结晶终点pH、晶种策略等因素对头孢氨苄连续结晶过程产品的收率、晶习及粒度分布的影响。单因素实验结果显示头孢氨苄水溶液质量分数为14%、最佳停留时间为12min、结晶终点pH控制在4.8附近、晶种添加量为5%时其产品收率、粒度分布均达到了理想的效果。该工艺能将结晶过程的过饱和度有效地控制在介稳区内,避免了爆发成核。与间歇结晶相比,两级连续结晶工艺的工时缩短30%。产品晶习完整,粒度分布均匀,收率可以达到96%。目前该工艺已成功实现单条生产线规模为500t/a的产业化应用。

    精细化工
    聚天冬氨酸水凝胶的研究与应用进展
    赵俭波, 魏军, 曹辉, 谭天伟
    化工进展. 2019, 38(07):  3355-3364.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-2292
    摘要 ( 569 )   HTML ( 9 )   PDF (633KB) ( 904 )  
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    聚天冬氨酸(PASP)水凝胶由于其良好的生物相容性、生物降解性及吸水、保水性引起了众多科研工作者的关注。本文首先综述了PASP水凝胶的合成方法,并对比了各自的优势和不足。在此基础上,介绍了本文作者课题组开发的水相均相交联工艺,此工艺具有污染小、成本低的优势,并初步实现了工业化生产,产品的吸水倍率可达300~1000g/g。此外,本文还综述了PASP水凝胶的共混/共聚改性及其在农业及生态修复、环境保护的应用,并着重介绍了PASP的结构可设计性及其在生物医学领域的相关应用研究。其中,本文作者课题组针对PASP水凝胶的吸水保水特性,持续开展了其作为农林保水剂的研究,并得到了良好的试验结果,为大规模应用提供了有益的参考。最后针对PASP性能、合成工艺和应用领域的关联性,归纳了PASP水凝胶亟待解决的问题。本文的阐述将为PASP水凝胶的合成、应用和推广等研究工作提供指导和参考。

    五种黄酮类分子印迹分离技术研究及应用进展
    刘军, 任汝全, 张燕如, 王冰新, 秦磊, 樊永明
    化工进展. 2019, 38(07):  3365-3376.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-2278
    摘要 ( 423 )   HTML ( 32 )   PDF (1665KB) ( 945 )  
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    分子印迹技术用于从复杂的结构类似物混合物中选择性提取黄酮类化合物已经引起近年来的广泛关注。采用传统方法所制备的分子印迹聚合物(MIP)存在诸多缺点,限制了其应用发展。本文主要对5种典型黄酮类化合物(槲皮素、芦丁、异槲皮苷、葛根素、山奈酚)在分子印迹分离方面的研究及应用情况进行综述;对MIP的模拟、合成、表征、应用及优化进行了讨论;采用可逆加成-断裂链转移自由基聚合(RAFT)技术、磁功能化、计算机模拟、优化固相萃取性能参数等措施可以增强MIP印迹结合容量、选择性、传质和分离的程度;指出了开发新单体,引入新聚合方法,提高MIP制备效率,开发大分子检测MIP,使用MIP作为微流体工具,提出合成MIP的新配置,优化MIP的合理设计,探索MIP的大规模合成方法等发展趋势,可为黄酮类化合物及其类似物的分子印迹分离研究提供参考。

    磺基甜菜碱Gemini表面活性剂的合成与应用性能
    穆瑞花, 赖小娟, 王磊, 刘佩, 杨靖
    化工进展. 2019, 38(07):  214048992-214048998.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-2154
    摘要 ( 361 )   HTML ( 6 )   PDF (701KB) ( 667 )  
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    为了改善储层的非均质性差异,有效提高碳酸盐储层的酸化解堵效果,以长链烷基二甲基叔胺、3-氯-2-羟基丙烷磺酸钠和1,4-二溴丁烷为原料,通过两步反应合成了一系列磺基甜菜碱双子表面活性剂(2C n -SGS,其中n为疏水链中碳原子数,n=12,14,16,18)自转向酸主剂。以2C16-SGS为例,采用FTIR对中间产物(C16-SGS)及2C16-SGS的结构进行表征。通过表面张力法测定2C n -SGS的表面活性,结果表明,2C n -SGS具有良好的表面活性,随着疏水链的增长,2C n -SGS的CMC和表面张力均减小,且胶束化能力增强。可用于黏弹性表面活性剂自转向酸酸化技术,具有良好的转向分流能力,优选配方为4% 2C16-SGS+20%盐酸+20%Ca2+,而且高黏胶束遇煤油等烃类能够自动破胶降黏,易返排对地层无伤害。

    壳聚糖改性疏水缔合聚丙烯酰胺的制备及表征
    滕大勇, 滕厚开, 靳晓霞, 徐俊英, 方健, 周立山
    化工进展. 2019, 38(07):  3384-3389.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-2325
    摘要 ( 414 )   HTML ( 2 )   PDF (527KB) ( 635 )  
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    为了改善疏水缔合聚丙烯酰胺的溶解性以及溶液稳定性,本文采用巯基壳聚糖对疏水缔合聚丙烯酰胺进行改性,红外表征结果说明巯基壳聚糖连接到了聚丙烯酰胺分子链上。对影响壳聚糖改性实验的因素进行分析,实验结果说明,壳聚糖中巯基含量增大、壳聚糖加入量增大以及改性反应温度升高都会造成聚合物分子量降低,当改性反应的反应温度不高于35℃、添加壳聚糖质量不高于单体质量的3%时,得到的改性聚合物分子量满足现场使用要求。对改性聚合物的溶解性及溶液稳定性进行了评价,结果表明,壳聚糖中巯基含量增大及壳聚糖加入量增大对聚合物溶解性及溶液稳定性有明显的改善,聚合物的溶解时间由改性前的150min最多缩短至20min,聚合物溶液黏度保留率由改性前的60%最多提高到90%以上,壳聚糖改性有望弥补疏水缔合聚合物现场使用中的一些不足。

    资源与环境化工
    纳米纤维素去除水体系重金属离子的研究进展
    覃发梅, 邱学青, 孙川, 丁子先, 方志强
    化工进展. 2019, 38(07):  3390-3401.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-1991
    摘要 ( 590 )   HTML ( 9 )   PDF (3598KB) ( 1148 )  
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    水体系重金属污染治理是目前全世界所面临的一个重大挑战。传统治理方法由于成本高、效率低等问题已不符合当今社会可持续发展战略。纳米纤维素凭借其来源丰富、可再生、化学反应活性高、比表面积大、密度低等优点,在水体系重金属离子去除领域有着光明的应用前景。然而,纳米纤维素吸附材料在水体系重金属去除领域还存在吸附量较低,吸附选择性、再生性、性能稳定性较差,制备成本较高等问题,这限制了其在水体系重金属离子去除领域的工业化应用。通过改性和结构设计不断提高纳米纤维素材料的吸附效率是行之有效的途径,本文从化学改性和结构设计两方面出发,系统地综述了纳米纤维素在水体系重金属离子去除领域的研究现状,并对其中存在的科学技术问题进行总结。最后,展望了纳米纤维素在水体系重金属离子去除领域的发展趋势。

    湿法脱硫协同去除细颗粒物的研究进展
    王军锋, 李金, 徐惠斌, 刘璐, 郑高杰
    化工进展. 2019, 38(07):  3402-3411.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-1961
    摘要 ( 410 )   HTML ( 7 )   PDF (821KB) ( 765 )  
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    石灰石-石膏湿法烟气脱硫(wet flue gas desulfurization,WFGD)工艺具有吸收剂来源广、成本低、脱硫效率高等优点,成为应用最广泛的烟气脱硫工艺。湿法脱硫过程中,燃煤烟气在喷淋浆液的洗涤作用下不仅能高效脱除SO2而且可以协同去除细颗粒物,但同时存在石灰浆液夹带导致出口颗粒物浓度增加的问题。本文首先综述了湿法脱硫的应用现状,对比了湿法脱硫系统前后细颗粒物物性变化,然后概述了应用于湿法脱硫协同去除细颗粒物的新方法,包括脱硫塔内部结构调整以及促进细颗粒物凝聚长大,同时分析了湿法脱硫工艺中采用荷电细水雾吸附细颗粒物并增益脱除SO2的可行性,以期为燃煤电厂细颗粒物排放控制提供借鉴。最后指出未来湿法脱硫技术不仅要实现高脱硫效率,而且能有效脱除未被静电除尘器脱除的细颗粒物,湿法脱硫技术的发展趋势是多种技术耦合实现多污染物的协同脱除。

    纳米零价铁的制备、改性及对废水中重金属和有机污染物的去除
    杨晓丹, 王玉如, 李敏睿
    化工进展. 2019, 38(07):  3412-3424.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-1902
    摘要 ( 762 )   HTML ( 20 )   PDF (1170KB) ( 851 )  
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    纳米零价铁(nZVI)结合了零价铁还原性强和纳米材料比表面积大的特点,能够高效去除水体中的重金属和有机污染物,是当前环境科学领域研究的热点之一。研究表明单一nZVI颗粒存在易团聚及表面易被氧化等问题,影响nZVI颗粒形态和对污染物去除效果,限制了其在环境修复中的应用。针对目前的研究现状,本文分析并总结了以下内容:①nZVI常用的制备方法;②提高nZVI活性与稳定性的改性方法,如合成时添加表面活性剂和负载材料;③nZVI去除废水中Cr、Cd、Cu和As等重金属和硝基苯、氯代芳烃、氯代脂肪烃等有机污染物的主要机理及影响因素;④应用于自然环境中的nZVI可能对环境产生的毒理学效应和在环境修复过程中存在的潜在风险及其评估;⑤对nZVI今后的研究重点和方向进行分析和展望。

    离子型稀土开发面临的问题与绿色提取研究进展
    郭钟群, 赵奎, 金解放, 袁伟, 梁晨
    化工进展. 2019, 38(07):  3425-3433.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-1687
    摘要 ( 663 )   HTML ( 17 )   PDF (778KB) ( 1490 )  
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    离子型稀土开采先后经历了池浸、堆浸和原地浸矿,目前主要采用硫酸铵原地浸出、碳酸氢铵沉淀的工艺提取稀土,这种方式具有工艺简单、生产成本低的优点,但存在土壤盐碱化、氨氮超标、植被破坏、水土流失等环境污染问题,严重制约生态的可持续发展。本文介绍了离子型稀土开采涉及的环保政策,分析了原地浸矿收液的多种不确定性因素,以致稀土资源利用率低,一般在50%~75%,阐述了浸矿过程中布设注液井网造成地表植被破坏、注液过度饱和引起山体滑坡以及水土中氨氮超标等“三废”问题。综述了离子型稀土新型浸矿剂、原地浸矿人工防渗技术、原矿浸萃一体化工艺、矿山修复新工艺等绿色开发技术研究进展。分析表明,突破离子型稀土开发中环境污染的瓶颈,须进一步改变提取工艺、改进生产装备,并提出了离子型稀土绿色提取与环境保护的发展方向。

    氯代UiO-66吸附染色纸废水中罗丹明B和刚果红
    杨光绪, 龚正刚, 罗小林, 黄六莲, 陈礼辉, 刘婧
    化工进展. 2019, 38(07):  3434-3442.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-1905
    摘要 ( 468 )   HTML ( 5 )   PDF (1647KB) ( 851 )  
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    为了进一步提高金属-有机骨架材料(metal-organic frameworks, MOFs)的吸附性能,本文将有机配体对苯二甲酸替换为2-氯对苯二甲酸,合成了金属-有机骨架化合物UiO-66的衍生物——氯代UiO-66(UiO-66-Cl)。以UiO-66、木质活性炭(AC)和蔗渣作为参照,研究了UiO-66-Cl对染色纸废水中罗丹明B(Rh-B)和刚果红(CR)的吸附性能和对染料废水pH的适应性,优化其吸附工艺条件,基于等温吸附模型(Langmuir和Freundlich)拟合其最大吸附量,最终对该吸附剂的回收、解吸附和再利用性能进行评价。研究结果表明:UiO-66-Cl对两种染料(Rh-B和CR)的吸附性能和对染料溶液pH的适应性均显著高于UiO-66、AC和蔗渣;其对Rh-B和CR的吸附过程符合Freundlich等温吸附模型,属于非均质多位点的多层吸附;在10~1000mg/L的初始染料浓度范围内,该吸附剂对Rh-B和CR的最大吸附容量分别为94.28mg/g和151.84mg/g;与HCl(0.1mol/L)、NaOH(0.1mol/L)和95%(体积分数)乙醇溶液相比,乙醇-HCl溶液(0.1mol/L HCl与95%乙醇溶液的体积比为0.5∶99.5)是UiO-66-Cl的良好再生溶剂体系,染料初始浓度为50mg/L时,再生UiO-66-Cl对Rh-B和CR的移除率均接近90%。由此可见,UiO-66-Cl可作为一种稳定、高效且易再生的吸附剂应用于去除染色纸废水中的Rh-B和CR。

    基于微波辅助脱除硫醇甲基锡废底料中的氯
    郑光亚, 夏举佩, 李银, 陈正杰, 刘成龙
    化工进展. 2019, 38(07):  3443-3449.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-2421
    摘要 ( 335 )   HTML ( 3 )   PDF (1068KB) ( 513 )  
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    以硫醇甲基锡废底料为研究对象,通过元素组成和XRD分析,结合废底料物性特征,设计了微波辅助干馏回收低沸点物质,残渣脱氯后用作锡冶炼精料的基本构思。实验研究表明:干馏可回收质量分数约15.86%的低沸点物质,同时可脱除约31.06%的氯。以残渣中氯含量为考察指标,系统研究了残渣与过氧化氢液固比、氧化静置时间、残渣与浓硫酸液固比、微波强化时间对氯脱除率的影响,结果表明:过氧化氢与残渣液固比为1∶5、氧化静置时间为30min、浓硫酸与残渣液固比为1∶3、微波强化时间为80min时,残渣中氯质量分数为0.59%,氯的脱除率可达到97.48%,满足企业锡冶炼精料氯质量分数<0.8%要求。通过对微波浸取机制讨论以及残渣XRD、SEM的表征,初步对干馏残渣脱氯过程进行了机理分析,为硫醇甲基锡废底料中氯的脱除提供了理论依据,研究成果具有较好的应用前景。

    粒径对好氧颗粒污泥储存稳定性的影响
    张立楠, 张斌超, 刘祖文, 宣鑫鹏, 程媛媛, 龙焙, 邢雨, 兰鑫, 曾敏静
    化工进展. 2019, 38(07):  3450-3457.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0077
    摘要 ( 375 )   HTML ( 3 )   PDF (3933KB) ( 538 )  
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    研究了混合粒径与不同粒径好氧颗粒污泥(AGS)在储存过程中的三维结构、质量变化、微生物活性以及理化特性的变化规律。经过室温(16~25℃)下31天的储存,污泥的三维结构均保持较好,未出现明显解体现象。混合粒径的AGS在储存前20天,其质量和比耗氧速率(SOUR)下降缓慢,胞外聚合物(EPS)先减小后上升。20天之后由于厌氧菌在竞争中逐渐占得优势,其质量减小了46.3%,EPS与SOUR分别下降69.0%和72.7%,导致稳定性随之下降。不同粒径AGS经过储存后,其颜色仍为橙黄色且结构完整;1~2mm和3~4mm粒径的AGS质量减小(分别为49.1%和53.9%)较大,且SOUR和EPS下降了亦较大;0.3~1mm粒径的AGS质量减小较少,EPS下降较少,但SOUR下降幅度较大,而2~3mm粒径的质量仅减小了33.7%、SOUR下降幅度最小(39.8%),EPS下降幅度也相对较小(58.7%),表明其在储存过程中能保持较好的活性与稳定性。

    应用技术
    聚季铵盐调理污泥深度脱水过程与中试效能
    王子文, 曹蓉, 杨艳坤, 朱引, 王硕, 李激
    化工进展. 2019, 38(07):  3458-3464.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-1944
    摘要 ( 430 )   HTML ( 3 )   PDF (858KB) ( 188 )  
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    采用聚季铵盐[P(DM-AM)]取代传统化学调理剂聚丙烯酰胺(polyacrylamide,PAM),通过分析污泥脱水性能、胞外聚合物含量以及抽滤液水质指标,验证P(DM-AM)作为污泥调理剂的效果。结果表明,P(DM-AM)作为阳离子型高分子絮凝剂能够提高污泥的脱水性能,在最适投加量为0.4%~0.5%(按污泥干固量计算)时,毛细吸水时间(capillary absorption time,CST)和污泥比阻(specific resistance of sludge,SRF)分别下降48%和40%,污泥热值可达2686cal/g(1cal=4.18J)。当P(DM-AM)协同生石灰(CaO)和氯化铁(FeCl3)作为调理剂调理污泥时,处理后的污泥水分去除率可升高55%左右,与污泥紧密结合型胞外聚合物(tightly bound-EPS,TB-EPS)中的多糖含量降低了74%,且污泥中Cl-浓度约为92.3mg/gDS,较采用PAM调理的污泥下降约6%,可缓解污泥焚烧对焚烧炉腐蚀的影响。同时,P(DM-AM)调理污泥后,其抽滤液化学需氧量(chemical oxygen demand,COD)由2120mg/L降低至1941.8mg/L,可有效减轻污水处理厂运行负担。

    延迟焦化油气稳定吸收技术研究及应用
    方向晨, 张龙, 张英, 王阳峰
    化工进展. 2019, 38(07):  3465-3472.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-2067
    摘要 ( 327 )   HTML ( 1 )   PDF (801KB) ( 260 )  
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    针对当前延迟焦化装置干气中C3+组分含量偏高、液化气收率低的问题,本文回顾了吸收稳定技术现状和发展趋势。并通过分析对比焦化粗汽油和稳定汽油吸收性能,提出了吸收塔分段进料新工艺技术。阐述了新工艺技术路线,研究了新工艺分段进料位置、规整填料应用效果。在对比热力学方法的基础上进行模拟计算和分析,结果说明新工艺技术较传统技术大幅降低干气中C3+组分含量。并且就某企业焦化吸收稳定工业装置,介绍了分段进料工艺技术设计和吸收塔填料布置改造方案,进行了工业应用。应用结果表明:新工艺技术可降低干气中C3+组分含量1~2个百分点,液化气收率明显上升,经济效益显著。

    MTO前脱丙烷分离流程模拟及优化
    陈昇, 曹新波, 赵梦, 刘岑凡, 康昊源, 王勇, 王维, 谢国山
    化工进展. 2019, 38(07):  3473-3481.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-2367
    摘要 ( 637 )   HTML ( 9 )   PDF (844KB) ( 1014 )  
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    甲醇制烯烃(MTO)分离流程的性能直接影响目标产品质量和整体收益。早期MTO深冷分离流程复杂、能耗高,已逐渐被现有中冷油吸收分离流程所取代。通过流程模拟,本文对比考察了几种已工业应用的MTO前脱丙烷分离流程。结果表明,现有MTO前脱丙烷分离流程主要差异在于脱丙烷系统和脱甲烷系统;脱丙烷系统中采用高、低压脱丙烷塔,较凝液汽提塔+脱丙烷塔型式可节省能耗;脱甲烷系统中采用预切割-油吸收双塔或油吸收-汽提双段单塔型式,较单脱甲烷塔型式可节省丙烷吸收剂用量(约29%)。现有流程都存在吸收剂循环回路过长导致循环内各塔操作负荷和设备投资增大问题。由此,提出的一种吸收剂短回路MTO前脱丙烷分离流程,可在不增加能耗的基础上,降低塔设备投资。

    化工园区
    化工园区Na-Tech事件定量风险评价与防控体系评述
    黄孔星, 陈国华, 曾涛, 胡昆
    化工进展. 2019, 38(07):  3482-3494.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-2361
    摘要 ( 477 )   HTML ( 3 )   PDF (781KB) ( 824 )  
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    Na-Tech(natural-technological)事件是典型的HILP(high-impact low-probability)事件,近年来时有发生,尤其是在危险源高度集中的化工园区。Na-Tech事件演化过程和机理的高度复杂性,使其成为风险评价领域的研究难点。对Na-Tech事件统计文献进行分析,理清最频发的自然灾害类别、最脆弱的设备类型及其致损模式等特性和规律,进一步探究Na-Tech事件演绎过程,包括自然灾害和技术灾害。对当前文献中Na-Tech事件定量风险评价方法进行深入剖析,指出自然灾害与技术灾害的设备致损概率计算是其核心问题。从土地使用规划,设备完整性、鲁棒性与本质安全工艺,安全防护设施,安全教育、管理与合作,事故应急响应,灾后恢复与重建等六方面探讨了Na-Tech事件防控体系。指出自然灾害条件下的设备易损性和多致灾因子耦合作用是Na-Tech事件研究的突破方向,也是进行定量风险评价的关键环节。

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