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2019年 第38卷 第08期 刊出日期:2019-08-05
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    本期封面、中英文目次表
    化工进展. 2019, 38(08):  0-0. 
    摘要 ( 162 )   PDF (3907KB) ( 309 )  
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    化工进展. 2019, 38(08):  0-0. 
    摘要 ( 0 )   PDF (7088KB) ( 203 )  
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    特约评述
    可持续航空生物燃料的推广应用及行业影响与应对措施
    何皓,邢子恒,李顶杰,张佳,张家仁,王凌
    化工进展. 2019, 38(08):  3497-3507.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0025
    摘要 ( 552 )   HTML ( 28 )   PDF (701KB) ( 1372 )  
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    为了保障航空运输业可持续发展,实现温室气体减排目标,国际民航组织通过了“国际航空碳抵消和减排计划”,并计划强制推行一系列实施与认证标准,这将对我国民航运输、化石航煤生产和航空生物燃料技术开发应用产生重大影响。针对这一新的变化趋势,本文介绍了国际民航组织碳减排计划概况,梳理总结了航空替代燃料可持续性标准框架内容,简述了国内外可持续航空生物燃料规模化应用现状,分析了对相关主要行业可能产生的影响,在此基础上提出应对措施及发展建议。研究指出,可持续航空生物燃料是民航业应对气候变化、实现碳减排的根本途径和最重要措施,产业链上下游各方应充分认清当前发展形势,加快制定完善国内相关规范与标准,协同配合共同应对国际磋商与谈判,同时加速推进工业生产示范装置建设和运行,并广泛开展交流与合作,建立完善“原料-炼制-运输-加注-使用”的完整产业链,实现行业可持续发展。

    化工过程与装备
    陶瓷基微反应器制备的研究进展
    刘润阳,颜婷珪,张婷,田蒙奎
    化工进展. 2019, 38(08):  3508-3516.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-2106
    摘要 ( 437 )   HTML ( 18 )   PDF (983KB) ( 665 )  
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    微反应器中亚毫米级的流体通道具有高效的传质传热效应,使其能够强化反应过程。随着微细加工技术的发展,制备出了耐高温耐腐蚀的陶瓷基微反应器,适用于更严苛的反应条件,然而陶瓷基微反应器的制备存在微结构成型工艺复杂、密封难度较大等问题。本文主要介绍不同陶瓷材料微反应器的制备工艺,重点论述陶瓷基微反应器制备过程中常规微加工技术的优化和新型微加工技术的引入,对比这些技术对微结构成型的改善效果。列举常用的陶瓷微通道密封连接方法,概述其特点和适用范围。并提出在陶瓷基微反应器制备的后续研究过程中,应注重陶瓷基微反应器制备的成功率和新技术的开发,完善陶瓷基微反应器的性能,将陶瓷基微反应器引入到更广泛的应用体系中。

    针状电极作用下的微细通道流动沸腾传热
    罗小平,张超勇,章金鑫,郭峰
    化工进展. 2019, 38(08):  3517-3524.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-1965
    摘要 ( 345 )   HTML ( 6 )   PDF (1192KB) ( 375 )  
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    为探究电场对微细通道流动沸腾传热的影响,设计了一种针状电极布置方案将电场引入到微细通道中,以制冷剂R141b为实验工质,在设计系统压力为140kPa、入口温度为32.5℃工况下进行流动沸腾实验。研究结果表明:电场对制冷剂R141b在微细通道内的流动沸腾传热效果有显著影响,引入电场会导致过冷沸腾起始点(ONB点)提前,强化了传热效果,相对于无电场的情况,250V、550V、850V这3种电压下达到ONB点所需过热度分别减小了0.6℃、1.26℃、1.78℃;电场能够显著强化位于ONB点后下游区域的沸腾传热,局部传热系数随着电压的增大而增大,在本实验工况下局部沸腾传热系数最大提高了89.7%;将3种传热模型进行对比,发现Sun-Mishima模型预测效果最好,引入电压参数U对其修正,修正后的模型能更好预测本实验工况下的传热系数实验值,平均绝对误差为12.2%。

    基于复杂网络边负载分配理论的化工过程级联故障风险传播路径
    袁健宝,王政,徐一凡,杨燕霞,贾小平,王芳
    化工进展. 2019, 38(08):  3525-3533.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-2049
    摘要 ( 281 )   HTML ( 8 )   PDF (942KB) ( 540 )  
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    依据复杂网络边负载分配相关理论,建立化工过程级联故障传播理论模型,用于解决化工过程中日益突出的级联故障传播问题。本文首先将化工生产系统抽象成网络模型,对网络中的节点进行重要性排序;其次对网络进行随机攻击并对重要性靠前的节点进行蓄意攻击,求解两种攻击方式下的最高风险传播路径;最后假设其发生边负载故障,根据风险传播路径故障概率对两种攻击方式下的最高风险传播路径进行评估,确定危险性较大的风险传播路径。经案例验证分析表明:该方法可有效确定生产过程中故障发生后的故障传播路径以及风险性较大的路径,为预防化工生产过程中故障传播提供一定的理论依据和决策支持。

    流化催化裂化(FCC)催化剂跑损机制及故障树分析
    王迪,孙立强,严超宇,魏耀东
    化工进展. 2019, 38(08):  3534-3539.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-2052
    摘要 ( 628 )   HTML ( 9 )   PDF (786KB) ( 769 )  
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    炼油厂中流化催化裂化(FCC)装置催化剂跑损的故障原因分析多数来自现场工程师,在故障机理方面少有报道。为了解决这一问题,本文利用故障树分析方法(FTA),研究FCC装置催化剂跑损机制。采用催化剂跑损为顶事件,结合跑损途径和跑损机理,确定FCC装置故障、操作工艺异常和催化剂颗粒物性3个因素作为中间事件,并通过逐层向下深入分析,确定诸如翼阀磨损等21个因素作为底事件,建立催化剂跑损故障树模型。根据FCC装置故障树风险分析,得到任何一个底事件出现都有可能导致顶事件发生,且对FCC装置催化剂跑损的贡献度相同。研究结果表明:利用FTA方法可以更深层次了解装置跑剂原因,对考察FCC装置催化剂跑损机理具有指导意义,并提出了相应的故障判定流程和跑剂预防措施。

    CO2化学吸收法中再生气的陶瓷膜余热回收特性
    崔秋芳,徐立强,涂特,贺清尧,晏水平
    化工进展. 2019, 38(08):  3540-3547.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-2118
    摘要 ( 307 )   HTML ( 1 )   PDF (715KB) ( 327 )  
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    在CO2化学吸收法工艺中,采用富液分流工艺,利用在贫富液换热器前分流的冷富CO2吸收剂溶液回收再生塔顶排出的热再生气(一般为CO2和水蒸气混合气)的余热,有助于降低CO2再生热耗。本文在乙醇胺(MEA)基富液分流化学吸收工艺中,以纳米级多孔亲水陶瓷膜作为分流冷富液和热再生气之间的换热介质,利用水的热质耦合传递强化余热的回收性能。以余热回收通量为指标,探讨了分流的MEA富液流量、温度、质量分数、CO2负荷和热再生气流量及再生气中水蒸气摩尔分数对陶瓷膜热回收性能的影响,并对比了不同分离层孔径陶瓷膜的余热回收性能。结果显示,陶瓷膜的余热回收性能随MEA富液流量的增加而增加,但却随富液温度的升高而大幅下降。同时,随着气体流量和再生气中水蒸气摩尔分数的增大,热回收通量均会增大。由水传质所引发的对流换热对热回收通量具有促进作用,可占总热回收量的10%左右。由于CMHE-10陶瓷膜的分离层孔径与孔隙率均大于CMHE-4陶瓷膜,因而其水传质通量大于CMHE-4陶瓷膜。但CMHE-10陶瓷膜的有效热导率却低于CMHE-4陶瓷膜,因而热回收过程中其水蒸气的冷凝总量要小,导致其热回收性能低于CMHE-4陶瓷膜。

    5mm微肋管内R404A流动沸腾压降特性
    何宽,柳建华,张良,余肖霄
    化工进展. 2019, 38(08):  3548-3555.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-2166
    摘要 ( 275 )   HTML ( 2 )   PDF (664KB) ( 501 )  
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    为了给冷链用换热器小管径的可行性提供理论支持,对R404A制冷剂在5mm微肋管内流动沸腾压降特性进行了实验研究。实验工况为:饱和温度为0℃、热通量为5~25kW/m2、质量流速为200~500kg/(m2·s)、干度为0.1~0.9。研究结果表明:质量流速的提高不仅会增大摩擦压降,同时使摩擦压降随干度变化的趋势提前转变;摩擦压降受热通量的影响较小,在0.1~0.7的干度区间,摩擦压降不随热通量的增大而改变,热通量仅会使摩擦压降的拐点提前出现;与光滑管相比,微肋管内的两相流动摩擦压降较高,增大质量流速会提高摩擦压降的增量,当干度值为0.4时,增量出现极值,随后增量逐渐上升。本实验研究的数据与理论预测模型的对比显示:修正后的Kim模型能够较佳的预测本实验数据,绝对平均偏差11.54%,偏差幅度±30%以内的数据多达85.23%。

    海水淡化用薄壁卷焊钛管传热及耐蚀性能
    吕宏卿,王鑫,刘洪锟,邢玉雷,韩旭,齐春华,徐克,李华
    化工进展. 2019, 38(08):  3556-3561.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-2270
    摘要 ( 322 )   HTML ( 5 )   PDF (3692KB) ( 445 )  
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    采用TIG自动卷焊工艺制备了?22mm×0.4mm规格的薄壁卷焊TA2传热管,借助低温多效蒸馏海水淡化中试平台开展了薄壁卷焊钛管在海水应用环境中的传热及耐蚀性能实验研究。采用失重法分析评价了其耐腐蚀性能,并与标准规格?22mm×0.5mm无缝钛管在耐腐蚀性能、投资经济性方面进行了对比。结果表明:在低温多效海水淡化实际应用条件下,薄壁卷焊钛管总传热系数可达3400W/(m2·K)以上;在降膜蒸发喷淋冲刷及浓海水高温高湿腐蚀环境中,薄壁卷焊钛管与无缝钛管具有同等优良的耐海水腐蚀性能,年平均腐蚀速率小于0.0003mm/a,焊缝处也未发现点蚀现象,能满足实际海水淡化工程对材料的应用要求。相比于传统无缝钛管,同等传热面积条件下,薄壁卷焊钛管能使海水淡化传热材料投资降低25%以上,在海水淡化、石油化工等领域应用前景广阔。

    Na2CO3基吸附剂颗粒制备及其脱碳性能
    雷苏,曾鹏鑫,王鹏,张路珧,姚睿璇,赵传文,孙健,郭亚飞,祝秀明,卢平
    化工进展. 2019, 38(08):  3562-3571.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-2402
    摘要 ( 350 )   HTML ( 0 )   PDF (4235KB) ( 767 )  
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    采用挤压-滚圆法制备Na2CO3基CO2吸附剂微球颗粒,在自行设计的CO2吸收系统中对制备的样品进行脱碳性能测试。结合相关表征测试,探明不同载体、不同负载量的Na2CO3基吸附剂的微观结构、脱碳性能以及机械性能的变化规律和内在原因。研究表明:不同载体的Na2CO3基吸附剂颗粒脱碳性能存在明显差异,其中氧化铝负载的吸附剂(Na2CO3/Al2O3)的脱碳性能最好,可达1.14mmol/g。铝酸钙水泥负载的吸附剂(Na2CO3/CA)机械性能较好,但其脱碳性能最差。结合吸附剂脱碳和机械性能的综合考量,Na2CO3/Al2O3是最为合适的CO2吸附剂,并进一步研究不同Na2CO3负载量的影响。研究发现随着Na2CO3负载量的变化,吸附剂的微观结构、脱碳性能以及机械性能都存在明显的差异。虽然60%负载量的Na2CO3/Al2O3吸附剂颗粒的机械性能和脱碳效果较好,但其成球度较差,影响其实际应用。质量分数40%负载量的Na2CO3/Al2O3吸附剂颗粒具有良好的脱碳性能、机械性能以及成球度,CO2脱除量为1.36mmol/g。总体而言,利用挤压-滚圆法制备的Na2CO3基吸附剂颗粒具有良好的流动特性、脱碳性能和机械性能,适用于电厂烟气中的CO2脱除。

    热等离子体裂解甲烷制乙炔过程的数值模拟
    李天阳,安航,李岳,程炎,程易
    化工进展. 2019, 38(08):  3572-3582.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-2436
    摘要 ( 366 )   HTML ( 7 )   PDF (2973KB) ( 515 )  
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    针对热等离子体甲烷裂解过程,建立了直流电弧反应器的数值模型,使用磁流体力学理论对反应器内的电弧和流场进行数值模拟,考察了电弧运动变化的规律和射流场特点,并分别耦合热力学平衡模型和宏观动力学模型探索了裂解反应的特点及其与电弧的相互影响关系。结果表明反应器内电弧做规律运动和形态变化,惰性无反应气氛下电弧形态变化不显著,运动平稳。放电区发生反应时,一方面气体的组成及热力学性质发生迅速变化,气体放电特性受到影响,等离子体的稳定性下降,化学反应是等离子体不稳定性的重要来源。另一方面,反应和扩散的特征时间小于电弧运动变化的特征时间,各物质在空间的分布较为均匀,受温度场非均匀性的影响较小,模拟的甲烷转化率和乙炔收率与实验结果相近。本工作尤其是等离子体物理模型与甲烷裂解化学反应模型的耦合,为理解热等离子体裂解相关过程提供了直接的帮助和指导。

    新型气相分配器对隔板填料塔性能的影响
    李春利,李东川,李景玉
    化工进展. 2019, 38(08):  3583-3588.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-2454
    摘要 ( 348 )   HTML ( 5 )   PDF (707KB) ( 289 )  
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    针对一种新型隔板塔气相分配器,搭建了一套直径600mm、高度5600mm的隔板填料塔冷模实验系统,探究了液相分配比变化对气相分配比产生的影响以及新型气相分配器在隔板填料塔内的分配效果。结果显示:在本实验系统中,液相分配比在1~6之间变化时,隔板塔内气相分配比与液相分配比呈负相关的关系,即液流喷淋密度增大的一侧气体量反而会减少,气相分配比最多可由0.95降至0.6左右,这使得隔板塔远离高效操作区,严重影响了隔板塔内的传质效率;喷淋密度分别为6.27m3/(h·m2)、9.41m3/(h·m2)、15.68m3/(h·m2)时,分配器在隔板填料塔中具有较好的分配性能,可以通过分配器上的调节液位高度,使得喷淋密度增大的一侧,气相流量增多,气相分配比可由0.85调节至1.25左右,加强了气液两相传质,保证了隔板塔的高效运行。

    吸附法提取煤矸石中锂的工艺
    成俊伟,任卫国,王建成,韩丽娜,常丽萍,鲍卫仁
    化工进展. 2019, 38(08):  3589-3595.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0155
    摘要 ( 401 )   HTML ( 8 )   PDF (712KB) ( 722 )  
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    平朔煤矸石中锂元素含量较高,寻找适合的提取方法具有重要的研究价值和应用前景。本文利用盐酸酸浸活化的煤矸石使锂溶到溶液中,采用自制的锰系离子筛对溶液中的锂进行吸附,实现锂的回收。主要考察了活化配比、活化温度、酸浸温度、酸浸体积、酸浸浓度等因素对煤矸石中锂浸出率的影响,通过单一控制变量法确定了最佳焙烧和浸出工艺条件,使锂的浸出率达到79%以上;研究了不同温度和时间对合成离子筛的影响,利用X射线衍射仪、扫描电镜、电感耦合等离子体发射光谱仪对离子筛晶型以及吸附性能进行表征,结果显示800℃下煅烧15h可以合成晶型完整的LiMn2O4尖晶石,且在溶液pH=14固液比1∶500时H型离子筛吸附容量达到了24mg/g;ICP数据处理结果表明H型离子筛对活化的煤矸石酸浸液中的锂吸附率达到了99%以上。

    润滑管道内油气两相流压力脉动特性分析
    叶青,杨建鑫,李泳江,余志毅
    化工进展. 2019, 38(08):  3596-3603.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0175
    摘要 ( 322 )   HTML ( 3 )   PDF (2441KB) ( 317 )  
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    润滑油在工作过程中经常会由于自身溶解或外部进入空气而产生气泡,影响其润滑特性。因此,研究润滑系统中的气液两相流动特性具有重要意义。为了解含气润滑油在流动过程中的压力脉动特性,本文采用 ANSYS_CFX对一润滑管道实验装置内油气两相流动进行数值模拟,将不同工况下的压力计算结果与实验数据作对比,验证了数值计算方法的合理性,然后分析了管道不同位置的压力脉动以及流量对压力脉动的影响。计算结果表明,流动开始,油与空气的分界面受到扰动使得空气逐渐进入油中,形成油气两相流;沿着流动方向,管道截面上的平均压力的脉动振幅先增大后减小,最大值位于紧邻泵出口的监测面;两相流动中气泡受泵的搅拌作用破碎形成连续且均匀的小气泡,使出口管道内流动所受冲击更小,压力脉动相对较小;随着流量增加,压力脉动的周期减小,振幅增大。

    能源加工与技术
    动力锂离子电池仿真模型研究进展
    肖忠良,池振振,宋刘斌,曹忠,黎安娴
    化工进展. 2019, 38(08):  3604-3611.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-2176
    摘要 ( 490 )   HTML ( 18 )   PDF (1970KB) ( 1097 )  
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    锂离子电池作为新能源电动汽车优异的动力来源受到广泛关注,获得高性能的锂离子电池对电动汽车的发展至关重要。数值仿真技术突破了传统实验的限制而极大地促进了锂离子电池的研究工作。高效、实用的仿真模型可以将多种化学反应及物理场相互耦合,预测多种因素对于电池各种性能的影响,使仿真结果尽可能地接近真实情况。本文主要介绍了仿真研究的优势和重要意义,分别从电池热模型、电学特性模型、老化模型等出发,比较了众多仿真模型针对锂离子电池性能的仿真结果,总结不同模型的优势以及存在的薄弱环节,并提出仿真研究以后的发展趋势为:①从机理出发,研究多物理场相互作用关系,实现多场耦合;②从模型和算法入手,扩大模型的研究范围,兼顾简化模型和提高精确度;③从电池本身入手,注重电池材料的性能改善以及成组方式和结构优化。

    纳米流体对储层润湿性反转提高石油采收率研究进展
    李原,狄勤丰,华帅,张景楠,叶峰,王文昌
    化工进展. 2019, 38(08):  3612-3620.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-2262
    摘要 ( 399 )   HTML ( 10 )   PDF (964KB) ( 1010 )  
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    储层岩石的润湿性对于石油采收率至关重要,近年来纳米流体润湿反转技术在提高石油采收率方面的应用得到了广泛关注,并取得了一系列成果。本文首先介绍了利用纳米流体对储层润湿性反转在提高石油采收率方面的应用,包括提高水驱效率和降压增注,其次归纳了润湿性变化的实验评价方法并分析影响纳米流体润湿反转效果的因素,表明纳米材料性质(类型、尺寸、浓度)和地层环境(温度、矿化度)均有不同程度的影响。然后阐述了纳米流体改变储层润湿性的机制,认为其包含纳米流体润湿铺展和纳米颗粒岩石壁面吸附的双重机制。最后指出运用此技术存在的问题和难点,并对以后的研究方向进行了展望。

    衔接生物燃料产销的有效机制——RINs码
    林鑫,林海龙,岳国君
    化工进展. 2019, 38(08):  3621-3630.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-2489
    摘要 ( 281 )   HTML ( 1 )   PDF (1050KB) ( 859 )  
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    在概述国内外燃料乙醇的发展历程、总结经验的基础上指出,实施可再生燃料识别码(RINs)对美国燃料乙醇的广泛推广、实现燃料的部分替代、温室气体排放的降低和农村经济的发展起到了关键作用。文章介绍了RINs码的构成、实施历程与现状,逐一介绍其关键环节及实施效果。作为美国可再生燃料标准(RFS)管理机制中的核心内容,RINs码贯穿了可再生燃料从生产至销售全产业链的各个环节。作为宏观调控和经济激励的手段,RINs码可独立形成自由市场,从而引导可再生燃料的发展方向,促进其在燃料市场中份额增长,为可再生燃料产业的发展创造了强大动力。文章试图从政策和市场两方面对RINs码制度进行剖析,进而简要总结其可借鉴之处,并提出了促进我国生物燃料乙醇产业发展的建议:研究制定有利于燃料乙醇全产业链融合发展的配套政策;引导燃料乙醇价格逐步市场化,利用政策杠杆调节供需关系、刺激消费;建立公开透明的监管系统,确保政策落实。

    基于铁基载氧体的煤化学链气化还原过程中氮元素迁移行为
    李彦坤,马晶晶,常国璋,胡修德,郭庆杰
    化工进展. 2019, 38(08):  3631-3639.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-2198
    摘要 ( 307 )   HTML ( 4 )   PDF (1040KB) ( 631 )  
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    采用热重-质谱-红外联用技术(TG-MS-FTIR),Ar气氛下对煤进行化学链气化实验,实时分析还原过程热解阶段和水蒸气气化反应阶段的过程中固体质量变化和生成气体成分。使用X射线光电子能谱对固相产物进行表面元素分析,探究化学链气化还原过程不同阶段固相产物中氮赋存形态的变化。研究结果表明:载氧体对化学链气化还原过程不同阶段含氮气体释放均有影响。热解阶段载氧体促进自由基的生成,加速了一次热解阶段含氮气体的释放,高温下,载氧体促使NH3转化为HCN;气化阶段载氧体的加入使半焦的石墨化程度降低,含氮气体释放速率增加。对固相产物中氮的赋存形态而言,载氧体会抑制热解阶段吡咯型氮的分解与转化,高温下,半焦的石墨化和有序化程度降低的同时,镶嵌在煤大分子里面的质子化吡啶裸露出来,质子化吡啶含量降低,吡啶型氮和吡咯型氮的含量大大提升。

    基于段塞流捕捉的高黏油气两相流模型的建立与验证
    李爽,李玉星,王冬旭,王权
    化工进展. 2019, 38(08):  3640-3649.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-2457
    摘要 ( 285 )   HTML ( 1 )   PDF (911KB) ( 254 )  
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    随着传统油田的快速消耗,高黏稠油的开发逐渐引起了重视。有关高黏油的气液两相流研究主要集中在国外,国内的相关研究目前还较少。本文针对高黏油气混输管路,建立了一种捕捉段塞流的形成和发展过程,并进行两相流水力计算和液塞长度统计的组合模型。通过气液相间滑移速度和液相连续性方程的求解得到管路中不同时刻和位置的持液率,以持液率的变化反映段塞的形成和发展。建立气液动量守恒方程关联持液率和压力,得到管路中各位置的压力变化。闭合关系式中,通过液塞平移速度、壁面及气液相界面的剪切力关系式加入黏度的影响,最终建立适用于高黏油气两相流的段塞捕捉模型。使用不同来源的数据验证模型计算压降和液塞长度的准确性,数据分别来源于国外研究者的实验数据和大庆油田的现场数据。结果表明,模型具有较高的计算精度,大部分压降误差在±15%以内,大部分液塞长度误差在±20%以内。

    矿物质对高碱煤显微组分热解特性的影响
    李首毅,林雄超,鲁倍倍,王永刚,张登跃,周云辉
    化工进展. 2019, 38(08):  3650-3657.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-2465
    摘要 ( 225 )   HTML ( 2 )   PDF (710KB) ( 694 )  
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    利用固定床热解炉和热重分析仪研究了沙尔湖煤显微组分的热解特性和产物产率,考察了酸洗处理对热解产物和动力学参数的影响。结果表明:经浮沉实验发现镜质组富集于S2(密度为1.4~1.5g/cm3浮选煤样)中,惰质组富集于S3(密度为>1.5g/cm3浮选煤样)中,其中S3所含硅铝酸盐类矿物显著高于S2。且碱及碱土金属(alkali and alkaline earth metals, AAEM)多以可溶性形式存在,经酸洗处理后剩余矿物质主要为石英、高岭土及硅酸盐类。在选用不同煤样进行热解特性分析发现,碱及碱土金属的存在会抑制热解主反应阶段的挥发分释放,而在二次脱气阶段,AAEM矿物质则会提高挥发分的释放速率。且在热解实验中发现,AAEM在热解中会充当煤大分子结构的交联点,降低热解焦油产率。对比不同显微组分发现,惰质组热稳定性更强,镜质组中烷烃侧链较多,芳香度较小,更易受热断裂。采用Doyle积分法确定了沙尔湖煤热解反应的动力学参数。

    工业催化
    酚类加氢脱氧催化剂研究进展
    邱泽刚,尹婵娟,李志勤,冯跃阔
    化工进展. 2019, 38(08):  3658-3669.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-1987
    摘要 ( 544 )   HTML ( 19 )   PDF (758KB) ( 976 )  
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    酚类加氢脱氧(HDO)是石油、煤基液体燃料和生物质油转化利用中的重要过程,催化剂在其中起关键作用。酚类加氢脱氧催化剂包括过渡金属硫化物、还原态金属催化剂、磷化物、碳化物和氮化物等。本文从活性、选择性、稳定性和催化机理等方面介绍了各类催化剂的研究进展。过渡金属硫化物重点介绍了负载的CoMoS催化剂和非负载的MoS2,其中晶态MoS2具有优异的活性和选择性。还原态金属介绍了负载的非贵金属(Ni、Mo和Co)、贵金属(Rh、Ru、Pd和Pt)和双金属(NiRu、Ni-Fe、Mo-Pt和Pd-X)等催化剂,并对不同的金属催化剂进行了比较。磷化物重点介绍了SiO2负载的Ni2P、MoP和CoP,Ni2P/SiO2具有很高的催化活性和选择性。碳化物主要是Mo2C催化剂,其具有较高的芳环类产物选择性。氮化物主要是Mo2N催化剂,其加氢脱氧活性仍有待提高。各类催化剂大多存在稳定性欠缺的问题,过渡金属硫化物主要是提高催化剂对水的稳定性,还原态金属必须重视杂质尤其是硫引起的中毒问题,可考虑与脱硫催化剂组合使用,磷化物应关注积炭和颗粒团聚。

    助剂Zn对PtSn/Al2O3催化剂丙烷脱氢性能的影响
    马占华,李帅,姜爱晶,李军,孙兰义,安长华
    化工进展. 2019, 38(08):  3670-3678.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-1801
    摘要 ( 217 )   HTML ( 1 )   PDF (3015KB) ( 513 )  
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    以羰基铂锡化合物为前体,采用浸渍法将其负载于Zn改性Al2O3载体上制备了PtSn/xZn-Al2O3催化剂,考察了Zn的添加对催化剂丙烷脱氢性能的影响。采用N2吸附-脱附、X射线衍射(XRD)、吡啶红外吸附(Py-IR)、氨气程序升温脱附(NH3-TPD)、透射电子显微镜(TEM)等手段对催化剂的孔结构、表面酸性以及积炭行为进行了分析。结果表明,PtSn/xZn-Al2O3催化剂孔道以介孔为主,孔径集中分布于8~10nm;Zn助剂的添加,在催化剂表面会形成ZnO物种,可使PtSn/Al2O3催化剂上的金属颗粒粒径减小、分散更加均匀;Zn的加入能有效降低催化剂表面酸量,主要表现为L中强/强酸中心的降低,随着Zn含量的增加,催化剂表面酸量先减少后增加。少量Zn的存在可使PtSn/Al2O3丙烯选择性和稳定性显著提高,但过量Zn的加入会降低催化剂的脱氢活性,适宜Zn的质量分数为0.75%~1.0%。反应后催化剂表面积炭主要表现为烯烃性质和芳香烃性质,Zn的添加可有效抑制积炭的形成,提高催化剂稳定性。

    Sn对V2O5/Al2O3催化剂在异丁烷脱氢反应中的影响
    夏成杰,刘洋,柯明,王奇,刘稳,张蕾
    化工进展. 2019, 38(08):  3679-3687.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-1815
    摘要 ( 275 )   HTML ( 6 )   PDF (1209KB) ( 468 )  
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    以Al2O3为载体,采用等体积浸渍法制备了负载型高分散氧化钒催化剂(12%V2O5/Al2O3),并选择Sn作为助剂对12%V2O5/Al2O3催化剂的表面性质进行调控,采用XRD、N2等温吸脱附、NH3-TPD、H2-TPR、XPS、TEM和Raman光谱等方法对催化剂进行表征,结合活性评价实验,研究了催化剂表面物种分散状态、酸性和活性物种价态的变化与异丁烷脱氢活性和稳定性之间的关系。表征结果显示,Sn对V2O5/Al2O3表面的酸性和V物种在催化剂表面的分布和价态具有一定的调节作用,当Sn质量分数为1%时,氧化锡在催化剂表面分散均匀,对表面积和孔结构影响较小,同时,表面酸性变化较小,表面低价态的钒物种增多。活性评价结果表明,该催化剂在临氢反应条件下保持了最佳的脱氢活性及稳定性,异丁烷脱氢反应480min后,异丁烷转化率为46.8%,异丁烯收率为39.8%。

    催化裂化汽油砷化物分布规律
    鞠雅娜,李阳,刘坤红,王丽涛,李天舒,胡亚琼,冯琪,姜增琨,张然
    化工进展. 2019, 38(08):  3688-3694.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-1976
    摘要 ( 234 )   HTML ( 5 )   PDF (477KB) ( 225 )  
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    采用自动快速蒸馏装置对脱砷前后的催化裂化汽油进行窄馏分切割,利用原子荧光光谱法对各窄馏分砷化物含量进行分析,研究催化汽油脱砷前后砷化物分布规律,为催化裂化汽油脱砷剂开发及脱砷工艺流程选择提供指导。实验结果表明:随着各窄馏分沸点增加,砷化物所占比例逐渐增大,90%以上砷化物均分布在80℃以上的重汽油组分中,尤其170℃以上馏分砷化物所占比例陡增,占总砷化物65.82%~96.31%。吸附脱砷剂对汽油150℃之前馏分中砷化物实现了全部脱除,而对150℃之后的重馏分脱砷率略有下降;临氢脱砷剂对汽油中80℃之前轻馏分和170℃之后重馏分中砷化物具有较高的脱除率,达到90%以上,而对中间馏分中砷化物脱除率较低。

    MgO改性HMCM-22分子筛催化苯与甲醇烷基化制甲苯
    李贵贤,郭泳圻,刘静静,季东,王东亮,杨勇,张永福,吴超
    化工进展. 2019, 38(08):  3695-3700.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-2076
    摘要 ( 314 )   HTML ( 8 )   PDF (1363KB) ( 293 )  
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    采用机械湿混法制备了一系列MgO改性的HMCM-22分子筛催化剂,通过XRD、SEM、N2物理吸/脱附、Py-IR等手段对改性催化剂的晶体结构、表面形貌、孔道变化和酸性酸量等性质进行了表征,发现负载MgO能够有效地调变HMCM-22分子筛的酸性,但对其孔道的调节效果较弱。采用微反装置评价催化剂性能,在进料比为1∶1、常压、温度为400℃、反应时间4h、质量空速WHSV=10h-1的条件下,考察了不同MgO负载量下的MgO/HMCM-22催化性能,研究发现MgO负载量介于3%~6%的MgO/HMCM-22催化剂具有优越的催化性能,苯转化率>50%,甲苯选择性>60%。同时在该反应条件下,对3%MgO/HMCM-22催化剂的稳定性进行了考察,结果表明,反应40h内,苯的转化率始终保持在50%以上;反应至第80h时,苯的转化率仍然可达23%,且甲苯选择性始终保持在65%左右。

    碳球表面缺陷密度对其负载铜催化剂甲醇氧化羰基化反应性能的影响
    贾东森,张国强,尹娇,张亮亮,赵丹,郑华艳,李忠
    化工进展. 2019, 38(08):  3701-3710.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-2121
    摘要 ( 255 )   HTML ( 8 )   PDF (1432KB) ( 460 )  
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    采用水热聚合法合成了一系列表面缺陷密度不同的有序微孔碳球(CS),并以其为载体制备了表面负载铜催化剂(Cu/CS),用于催化气相甲醇氧化羰基化合成碳酸二甲酯。结合表征结果,研究了载体表面缺陷密度对Cu/CS催化剂结构及催化性能的影响。结果表明,CS的表面缺陷密度随其粒径增大而增大,且其缺陷密度越大,催化剂中Cu物种分散度越高;同时,较大的表面缺陷密度有利于增强载体与Cu物种间的相互作用力,促进CuO自还原为活性物种Cu2O和Cu,从而提高催化活性。长期评价结果表明,Cu物种的氧化和团聚是造成Cu/CS催化剂失活的原因。CS的表面缺陷抑制了反应过程中活性Cu物种的氧化,且缺陷密度越大,Cu物种抗氧化能力越强;但表面缺陷密度大的催化剂中Cu物种颗粒尺寸小,表面能高,因而更容易发生团聚。

    柱撑型钒基催化剂的制备及其丙烷氧化脱氢催化性能
    祝琳华,贺召宏,司甜,何艳萍
    化工进展. 2019, 38(08):  3711-3719.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-2145
    摘要 ( 358 )   HTML ( 6 )   PDF (675KB) ( 285 )  
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    以人工合成的3种不同层板组成的层状双羟基金属氢氧化物MgAl-CO3-LDHs、CoAl-CO3-LDHs和NiCr-CO3-LDHs为载体,以偏钒酸钠NaVO3为柱撑剂和钒前体,采用离子交换法制备了钒柱撑的催化剂样品(MgAlVO、CoAlVO和NiCrVO),通过XRD、FTIR、XPS和Raman等手段表征了样品的物相、钒物种的存在形态以及钒的价态,以丙烷氧化脱氢制丙烯为模型反应,表征了所制备的催化剂样品的催化性能,着重探讨了LDHs载体的层板组成以及钒的含量对催化剂样品中的钒氧物种存在形态及其丙烷氧化脱氢催化性能的影响。结果表明:以20%理论含量的钒柱撑MgAl-CO3-LDHs所制备的催化剂样品20%MgAlVO对丙烷氧化脱氢反应的催化性能较好,当反应温度为560℃时,丙烯收率可以达到11.3%,Raman光谱显示该催化剂样品中的钒以Mg3V2O8和α-Mg2V2O7两种形式共存,且晶格氧O2-和吸附氧O-所占的比例较为均衡,有利于获得较好的丙烷氧化脱氢催化性能,而在同样条件下制备的催化剂样品20%CoAlVO和20%NiCrVO中的钒物种只观察到分别以Co3V2O8和Ni3V2O8存在的正钒酸盐,前者对丙烯的收率不到8%,后者甚至完全得不到丙烯。

    材料科学与技术
    木质素基介孔碳材料的制备及应用进展
    王帅,甘林火,吕丽
    化工进展. 2019, 38(08):  3720-3729.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-2088
    摘要 ( 453 )   HTML ( 26 )   PDF (658KB) ( 651 )  
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    木质素是自然界中唯一可提供再生性芳香基化合物的非石油类资源,酚羟基的可替代性、低成本及其高含碳量使其成为合成可持续介孔碳的优选前体。本文分别介绍了采用硬模板法、软模板法、双模板法、活化法、水热法以及溶胶-凝胶法制备木质素基介孔碳材料的最新研究进展。分析对比了采用不同方法制备的介孔碳材料所具有的孔道结构和形貌特点,并详细说明了其在吸附、催化、药物缓释和超级电容器等主要方面的应用。最后根据木质素基介孔碳材料在制备及应用过程中所面临的困境,提出发展一种简单、绿色、低成本的合成方法用以制备新型介孔结构的高性能复合型木质素基介孔碳材料将成为今后主要的研究方向。

    中空纳米材料功能化及在催化反应中的应用
    谢继阳,王红琴,彭程,王剑辉,董继龙,安霓虹,戴云生
    化工进展. 2019, 38(08):  3730-3741.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-2136
    摘要 ( 308 )   HTML ( 5 )   PDF (6302KB) ( 605 )  
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    近年来,中空纳米材料以其独特的结构和优异的性能,在许多学科研究中引起了广泛的关注。中空纳米结构具有高的比表面积、明确的活性中心、有限的孔隙空间和可调的传质速率,可在光催化、电催化、均相、非均相等多种催化反应中作为催化剂、载体和反应器。基于最先进的合成方法和表征技术,研究者们致力于中空纳米材料有目的功能化,以用于研究催化机理和复杂的催化反应。本文综述了如何构筑纳米反应器以实现更高活性和选择性的催化反应。尤其是关于中空纳米材料的表面功能化策略,具体包括形貌和组成改性、包封、多壳层构筑、单原子位点设计、表面分子工程化等五大部分,为中空纳米材料功能化变为有效催化剂的合理设计和开发提供了理想的模型。

    核壳型磁性荧光纳米复合材料的制备及其应用研究进展
    付绒,杨春林,胡燕燕,欧梅桂
    化工进展. 2019, 38(08):  3742-3755.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-2184
    摘要 ( 315 )   HTML ( 2 )   PDF (3623KB) ( 905 )  
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    核壳型磁性荧光纳米复合材料是材料领域的研究热点之一,该材料呈现了单一材料无法同时兼有的磁响应性及荧光特性,因此被广泛地应用于生物医疗领域,提高了疾病诊断的效率和准确率,改进了癌症治疗技术。本文简单介绍了具有核壳结构的磁性荧光纳米复合粒子的4种形成机理、一些比较常用的制备方法及其各自的优缺点;重点介绍了纳米复合粒子的表面修饰方法,主要包括表面钝化及表面功能化两大类;对核壳结构磁性荧光纳米复合材料在多模态分子影像、药物的靶向运输与可控释放、癌症的热疗法及光动力疗法等方面的应用作了阐述。最后展望了核壳型磁性荧光纳米复合材料未来的发展趋势,并针对研究过程中所存在的关键问题,提出了今后进一步研究的主要方向为寻找多功能材料的最佳组合及组装方式、优化整合表面修饰剂的性能和明确材料在体内的毒性及代谢情况等。

    熔体静电纺丝直写技术在组织工程中的应用进展
    姚子琪,马东明,雷文龙,焦志伟,李好义,徐小东,张有忱
    化工进展. 2019, 38(08):  3756-3762.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0028
    摘要 ( 249 )   HTML ( 2 )   PDF (1984KB) ( 542 )  
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    熔体静电纺丝直写技术以其纤维直径、沉积形貌可控性高及无溶剂残留等优势,为高强度复杂形貌可控仿生组织工程(TE)支架的制备提供了巨大的空间,成为近年来的研究热点。本文首先简述了熔体静电纺丝直写技术相对于各类其他TE支架制备方法的优势;其次从工艺调控方面综述了熔体静电纺丝直写技术的工艺研究进展,并总结了实现复杂可控形貌TE支架的调控方法;随后从支架材料、形貌表征和细胞培养效果等方面综述了熔体静电纺丝直写技术的TE应用进展,并概括了该技术制备的TE拓扑结构支架的种类及特点;最后指出熔体静电纺丝直写技术具有广阔的研究前景,且该技术应以制备仿生、材料多样化以及复合支架为研究重点。

    植物基活性炭的制备及吸附应用研究进展
    申朋飞,朱颖颖,李信宝,夏振国,陈耿
    化工进展. 2019, 38(08):  3763-3773.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0093
    摘要 ( 507 )   HTML ( 22 )   PDF (584KB) ( 1251 )  
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    从植物基活性炭的制备及其吸附应用两个部分对国内外的研究进行了综述。介绍了不同生物质原料对活性炭品质和用途的影响,总结了常用活性炭炭化方法,着重阐述了不同活化方法的优缺点和研究现状,并对不同活性炭改性技术的特点和应用进行了比较。植物基活性炭的应用主要包括对硫化氢等工业废气和甲醛等室内废气的吸附净化,对废水中有机染料、有机药物、小分子有机化合物和重金属的吸附,以及被用于制作超级电容器电极材料等。最后针对目前研究中对植物原料的特点考虑不足、制备过程存在环境污染等问题,指出根据植物前体的性质优化制备方法、开发绿色高效制备技术、提高活性炭回收再利用效率将是今后的主要研究方向。

    水热合成MnO2及其染料吸附性能的构效关系
    朱丹琛,肖伽励,杨丽丽,傅明连
    化工进展. 2019, 38(08):  3774-3781.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-2018
    摘要 ( 327 )   HTML ( 10 )   PDF (4591KB) ( 490 )  
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    以MnSO4和(NH4)2S2O8为反应原料,采用水热法制备廉价低毒的MnO2吸附剂。借助X射线粉末衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和静态吸附实验,探究材料的结构、形貌、吸附性能以及构效关系。结果表明,通过改变水热温度、反应时间,可以得到毛刺球状α、β、γ三种晶型MnO2以及类球状和针状β-MnO2。其中水热温度80℃、反应12h时得到的毛刺球状γ-MnO2吸附亚甲基蓝(MB)效果最好,达到19.33mg/g。当水热温度在50~110℃反应12h以及水热温度为80℃反应4h、8h、24h,所得到的产品的形貌均为毛刺球状。晶型和形貌对MnO2吸附MB能力均有影响。不同晶型的MnO2毛刺球对MB吸附性能的影响为β<α<γ;不同形貌的β-MnO2却对吸附效果影响较大,为针状<类球状<毛刺球形。随着MB溶液的pH从10.00减少到1.00时,毛刺球状γ-MnO2对MB的吸附量呈上升趋势,吸附过程还伴随着化学反应,且吸附的过程符合Langmuir等温模型。本文将为MnO2吸附染料的机制和构效关系研究提供依据。

    Ti/IrO2+MnO2电极在酸性溶液中的电化学活性表面积
    周键,关文学,王三反,张学敏
    化工进展. 2019, 38(08):  3782-3787.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-2028
    摘要 ( 252 )   HTML ( 4 )   PDF (1081KB) ( 590 )  
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    采用涂覆热分解法制备不同成分的Ti/IrO2+MnO2电极,利用恒电位循环伏安法研究Ti/IrO2-MnO2电极在硫酸溶液中的电化学表面行为,并用直线外推法定量地评价电极的电化学活性表面积。结果表明,Ti/(0.7)IrO2+(0.3)MnO2的伏安电荷达到最高,为电化学活性表面积最大;随着电位扫描速率增大,伏安电流密度不断增加,而伏安电荷容量逐渐减少,直到维持恒定;所有Ti/IrO2+MnO2电极的“内部”电化学活性表面积远大于“外部”电化学活性表面积,约为“外部”电化学活性表面积的2倍,说明电极内部存在丰富的多孔结构,真实表面积巨大,因此Ir4+/Ir3+转化反应多发生于内电化学活性表面区域。

    MIL-101(Cr)开式吸附性能实验
    李倩文,赵惠忠,王朝阳,吴天浩,张敏
    化工进展. 2019, 38(08):  3788-3794.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-2064
    摘要 ( 357 )   HTML ( 6 )   PDF (1536KB) ( 688 )  
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    采用水热合成法制备水热稳定金属有机骨架MIL-101(Cr),基于太阳能吸附式空气取水选取不同的实验工况,将MIL-101(Cr)、细孔硅胶作为研究对象,相对湿度控制在50%、温度范围5~45℃条件下,测试并对比了MIL-101(Cr)与细孔硅胶的吸附性能。实验表明,35℃、50%RH条件下,吸附过程进行1000min,MIL-101(Cr)水吸附量为22.05g/100g,其吸附量相比细孔硅胶提高93%左右;当系统平衡时,MIL-101(Cr)有效平均吸附速率相比细孔硅胶提高120%左右。此外,在相对湿度(RH)50%、温度范围5~45℃条件下,MIL-101(Cr)的平衡吸附量在11.40~23.47g/100g之间。在所控温度下,MIL-101(Cr)在25℃时平衡吸附量最大,在5℃时平衡吸附量最小,25℃时MIL-101(Cr)的平衡吸附量相比5℃时提高106%左右。该实验可以为四季工况不同温度下MIL-101(Cr)用于太阳能吸附式空气取水提供基础数据。

    不同无机填料对聚氨酯阻尼材料性能的影响
    李连震,李琳琳,管勇,刘海涛
    化工进展. 2019, 38(08):  3795-3800.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-2098
    摘要 ( 349 )   HTML ( 3 )   PDF (1626KB) ( 505 )  
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    以聚氧化丙烯二醇(PPG)、二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)、端羟基硅油为原料,1,4丁二醇(BDO)作为扩链剂,采用预聚体法制得无填料填充的聚氨酯、不同质量分数绢云母改性聚氨酯、不同质量分数滑石粉改性聚氨酯的3种复合材料,采用动态力学分析(DMA)、热重分析(TGA)、扫描电子显微镜(SEM)对复合材料的阻尼性能、耐热性能、表面形貌进行表征,并对复合材料的力学性能进行测试。结果表明,添加两种不同无机填料后,复合材料的热稳定性、力学性能以及阻尼性能都有不同程度的改善。添加10%的绢云母和10%的滑石粉后,最大损耗因子(tanδ)分别由0.372提升至0.436和0.440,而T g向低温方向偏移,10%绢云母改性的复合材料拉伸强度、断裂伸长率、邵氏硬度分别由5.16MPa、432%、65提高到8.47MPa、468%、85;10%滑石粉改性后复合材料的拉伸强度、断裂伸长率、邵氏硬度提高至7MPa、470%、82;在失重率为5%时,相比于未添加无机填料的聚氨酯,10%绢云母和10%滑石粉改性后的初始分解温度分别提高了52.67℃和55.8℃。

    含相变材料的定型复合建材储能调温及力学特性
    鲁进利,李洋,韩亚芳,杨高杰,钱付平
    化工进展. 2019, 38(08):  3801-3808.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-2157
    摘要 ( 276 )   HTML ( 2 )   PDF (2644KB) ( 533 )  
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    使用微胶囊化和直接吸附法两种方式将相变材料与水泥结合分别制成了含相变微胶囊水泥基复合建材及含相变材料水泥基复合建材,搭建实验测试系统,对复合建材的调温储能特性进行了测试。微胶囊化相变材料和纯相变材料的加入对水泥基建材的微观结构形貌具有较为明显的影响。热重曲线显示纯水泥、相变微胶囊-水泥、相变材料-水泥试样的失重率依次增加,相变微胶囊-水泥式样的稳定性最好;复合成分所占质量分数相同时,相变材料-水泥试块强度略低于相变微胶囊-水泥试块;调温测试表明,在水泥中添加相变微胶囊颗粒或纯相变材料时均具有一定的调温储能功能,能明显减缓水泥基建材的温度在相变温度附近的波动;尽管直接吸附法制备的相变材料-水泥复合建材具有较好的调温性能,但其可循环性较差,伴有刺激性气味逸出,实用性较差。因此相变微胶囊-水泥复合较适宜作为新型建材推广使用。

    生物与医药化工
    温度对MEC阳极膜形成及胞外聚合物的影响
    孙和临,邵琼丽,李建昌,郑金柱,许坤德,龙宪钢
    化工进展. 2019, 38(08):  3809-3815.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-2358
    摘要 ( 275 )   HTML ( 2 )   PDF (798KB) ( 281 )  
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    温度是影响微生物活性和优势菌种以及反应器性能的重要参数之一。实验采用单池微生物电解池(MECs),以厌氧活性污泥为接种物,葡萄糖为碳源,在不同温度条件下培养运行微生物电解池阳极生物膜。实验结果表明:在25℃、30℃、35℃和45℃的培养温度下最大电流密度分别达到2.04A/m2、7.75A/m2、12.27A/m2和2.5A/m2。阳极生物膜电化学活性和氢气产率变化趋势与MECs电流密度相类似,均表现出在一定温度范围内升高温度有利于阳极膜电化学活性与阳极膜氢气产率。进一步分析阳极膜生物量与胞外聚合物(EPS)成分结果表明:一定温度范围内升高温度有利于阳极膜生物量的提高,大量的阳极附着细菌可以产生更高的电流密度与EPS含量,阳极膜EPS中蛋白质成分明显高于多糖,并且蛋白质含量随产电密度增高而增大。傅里叶变换红外光谱(FTIR)分析证实了生物膜EPS中存在蛋白质和碳水化合物。

    pH对高温厌氧耗氢产甲烷及微生物群落的影响
    陈露蕊,杜诗云,谢丽
    化工进展. 2019, 38(08):  3816-3822.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0188
    摘要 ( 325 )   HTML ( 7 )   PDF (998KB) ( 439 )  
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    随着化石燃料的枯竭,以厌氧耗氢产甲烷菌为功能优势菌群的异位(或离位)加氢沼气生物提纯工艺备受关注。本文考察了高温条件下不同初始pH对厌氧耗氢产甲烷过程及微生物群落的影响。研究结果表明,半连续流反应器中不同初始pH变化对产甲烷量影响不大,在以H2/CO2为基质的厌氧体系中,厌氧耗氢产甲烷过程是甲烷产生的主要途径。比产甲烷活性研究结果进一步表明碱性条件(初始pH=8.5~9.0)耗氢产甲烷污泥对氢气消耗率提高,产甲烷迟滞期缩短至6.9h,且甲烷产率高达19.8mL CH4 /(gVS?h)。通过高通量测序技术对不同初始pH条件下的产甲烷古菌群落进行分析,3个样本均以厌氧耗氢产甲烷菌为主导,酸性和中性条件古菌群落属水平上相似,以Methanothermobacter为主,其相对丰度分别为90.6%、91.6%;而碱性条件下以Methanobacterium为主,其相对丰度可达83.6%,还发现了Methanomassiliicoccus,其相对丰度可达7.7%碱性条件下Methanobacterium相对丰度的提高和Methanomassiliicoccus的富集,可能是碱性条件下比产甲烷活性提高的主要原因。

    精细化工
    卤醇脱卤酶催化合成(R)-1-氯-3-苯氧基-2-丙醇的工艺优化
    亚香菊,王于齐,朱鑫海,经玉洁,林茜,薛锋,高健
    化工进展. 2019, 38(08):  3823-3828.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-2413
    摘要 ( 330 )   HTML ( 2 )   PDF (640KB) ( 497 )  
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    以卤醇脱卤酶重组湿菌体E. coli BL21(pET28a-HHDH)为催化剂,催化外消旋的1-氯-3-苯氧基-2-丙醇的动力学拆分可以获得光学纯的(R)-1-氯-3-苯氧基-2-丙醇。本文系统地研究了卤醇脱卤酶催化合成光学纯(R)-1-氯-3-苯氧基-2-丙醇的影响因素,对反应pH、反应温度、菌体浓度、亲核试剂 N 3 - 浓度和底物浓度进行了探究。结果表明,卤醇脱卤酶催化合成(R)-1-氯-3-苯氧基-2-丙醇的最佳工艺条件为:pH为7.0,反应温度为28℃,菌体浓度为22.5g/L,亲核试剂NaN3的浓度为50mmol/L,底物外消旋1-氯-3-苯氧基-2-丙醇的浓度为10mmol/L。在此工艺条件下,(R)-1-氯-3-苯氧基-2-丙醇的ee值和收率分别为100%和16.97%。

    有机硅烷共缩合制备抗紫外超疏水减反射涂层
    李怡雯,郝丽琴,王红宁,陈若愚
    化工进展. 2019, 38(08):  3829-3837.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0057
    摘要 ( 321 )   HTML ( 5 )   PDF (4788KB) ( 491 )  
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    具有超疏水自洁功能的减反射涂层对太阳能光热组件在室外长期使用上有重要的意义,可以减少减反射涂层的清洗成本,延长减反射涂层的使用寿命。利用含有甲基和乙基等疏水基团的有机硅氧烷制备具有一定孔隙率的涂层,有望实现减反射和超疏水双重性能。本研究采用四甲氧基硅烷(TMOS)和甲基三乙氧基硅烷(MTES)共缩合,并利用甲氧基三甲基硅烷(MMS)进行羟基封端,制备了可以稳定两个月以上的均一溶胶。通过控制MTES和TMOS的水解工艺条件,采用浸渍提拉法制备了在400~800nm可见光波段平均透光率为97.06%、最高透光率为98.27%、水接触角为165°的超疏水减反射涂层,提出了MTES/TMOS/MMS溶胶的共缩合反应机理。涂层经过紫外耐久测试1080h后,涂层仍具有良好的减反射性能、疏水性和抗刻划强度,表现出良好的紫外耐久性。

    资源与环境化工
    生物炭基复合材料制备及其对水体特征污染物的吸附性能
    王靖宜,王丽,张文龙,吕伟,延卫,李珊珊,冯江涛
    化工进展. 2019, 38(08):  3838-3851.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-2025
    摘要 ( 858 )   HTML ( 31 )   PDF (2001KB) ( 1641 )  
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    以重金属、药物及个人护理品污染物(PPCPs)和氮磷氟等为代表的水体主要污染物脱除已成为水污染治理研究的重点。吸附法由于其具有操作简易、成本效益高等优势,在水污染治理方面应用广泛。相比于传统吸附材料,生物炭具有原材料丰富、比表面积大、成本低廉等优势,但其表面官能团的丰富度有限,经适当改性能够增加生物炭的吸附活性位,从而提高其吸附性能。本文根据改性剂类型、合成方法及合成的先后顺序,系统阐释了生物炭的改性方法及其复合体的理化特性;结合最新研究报道,在合成方法、吸附性能和机理方面归纳汇总了生物炭基复合材料在水体重金属、PPCPs和其他污染物中的吸附应用,并对生物炭基吸附剂再生与资源化利用的新理念及应用进行了概述,最后展望了生物炭基吸附剂有待深入研究的方面,并提出建设性的意见。

    高岭土高温吸附重金属和碱金属的研究进展
    程运,王昕晔,吕文婷,黄亚继,谢浩,郭若军,朴桂林
    化工进展. 2019, 38(08):  3852-3865.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-2097
    摘要 ( 659 )   HTML ( 14 )   PDF (2500KB) ( 1303 )  
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    高岭土在高温下对碱金属和重金属具有吸附能力,可以解决煤、生物质和垃圾等在燃烧、气化等过程中产生的结渣、积灰、腐蚀以及重金属和超细颗粒物排放等问题。国内外学者已对此进行了长期研究,但仍存在相关的难度和问题,因此本文从高岭土高温结构特征、研究方法、高温吸附机理、高温吸附技术应用效果以及高岭土改性等5个方面介绍了相关重要成果,并结合前人研究成果和作者自身的研究经验,提出了本领域研究的展望。指出缺乏简便而准确的金属蒸气定量发生装置和在线检测装置严重阻碍了高岭土高温吸附的试验研究,亟待开发出对应的新方法或新设备;高岭土高温吸附的同时其结构因为高温也在发生畸变,掌握其中的关联是理解高温吸附行为的关键之一;烟气组分对吸附的影响研究仍不充分,因此目前无法形成复杂烟气组分下的高岭土高温吸附行为规律和数学描述;技术应用过程中,高岭土添加量较大(通常大于3%),可能对燃烧或气化工艺产生不良影响,抑制了其工业应用;高岭土改性是提升吸附效率、降低高岭土用量的有效方法,改性工艺仍有待深入研究,但因为吸附后高岭土难以分离回收和循环再生,改性成本必须低。

    燃煤烟气中CO2膜吸收分离技术的膜浸润特性述评
    张卫风,李娟,王秋华,邓兆雄,王璐璐
    化工进展. 2019, 38(08):  3866-3873.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-2430
    摘要 ( 221 )   HTML ( 10 )   PDF (538KB) ( 612 )  
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    膜吸收法是分离燃煤烟气CO2的主要工艺之一,膜润湿造成的膜阻力增加以及膜表面形态改变是膜吸收法研究中遇到的主要问题,阻碍了膜吸收法的广泛应用。本文在膜吸收法的基本原理基础上,阐述了影响膜润湿的因素(吸收剂种类、吸收液浓度、温度、液相压力和流速)以及膜特性因素(膜材料和膜结构)的最新进展,详细分析了膜与吸收剂之间的兼容关系,确定孔润湿是制约膜组件长期稳定运行的关键因素。最后提出了未来缓解膜润湿方面的主要研究方向:优化操作条件、开发新型性价比高的吸收剂和膜材料以及通过进行膜的表面改性等手段来改善膜和吸收剂的兼容性,提高膜接触器长时间运行的稳定性以及进一步细致探究如何恢复膜组件的性能,从而提高重复利用率。

    一步法回收和再生废旧钴酸锂电池中的钴酸锂
    张飞,陆颖舟
    化工进展. 2019, 38(08):  3874-3880.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-1937
    摘要 ( 379 )   HTML ( 13 )   PDF (813KB) ( 597 )  
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    采用酸浸法和溶胶-凝胶法耦合的一步法技术路线回收和再生LiCoO2,简化了流程。先使用柠檬酸浸出正极材料中的Co和Li元素,然后采用溶胶-凝胶法从浸出液中直接再生LiCoO2,柠檬酸在过程中起到了浸出剂和螯合剂的双重作用,简化了回收和再生流程。摸索了柠檬酸浓度、固液比、浸出温度、H2O2体积浓度和浸出时间对Co和Li浸出效率的影响规律,探究了煅烧温度对再生钴酸锂结构组成、颗粒形貌以及电化学性能的影响规律。结果表明,最佳浸出条件为:柠檬酸浓度为1.5mol/L,固液比为20g/L,浸出温度为80℃,H2O2体积分数为2%,浸出时间为60min。在此条件下,Co和Li的浸出率分别达到93.7%、98.2%。通过电化学分析表明,在700℃下煅烧得到的再生LiCoO2电化学性能最佳,在1C下经50次循环后可逆放电比容量为118.7mA·h/g,容量保持率为93%。

    溴元素改性椰壳活性炭对实际燃煤烟气的脱汞性能
    张帆,段钰锋,柳帅,卢锦程,任少君,韦红旗,王军
    化工进展. 2019, 38(08):  3881-3888.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-2086
    摘要 ( 328 )   HTML ( 3 )   PDF (1260KB) ( 383 )  
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    以椰壳活性炭(YAC)为原料,通过NH4Br溶液浸渍改性,制备了溴素改性椰壳活性炭脱汞吸附剂(YAC-Br)。在固定床实验台上开展了YAC和YAC-Br的汞脱除实验,主要研究了入口汞(Hg0)浓度对YAC-Br脱汞性能的影响,并结合BET、SEM、XRF等表征手段分析了YAC-Br的脱汞原理。在0.3MW燃煤循环流化床锅炉上对YAC-Br进行了烟气管道喷射吸附剂脱汞(ACI)实验,验证了其在实际燃煤烟气中对汞的脱除效果。结果表明:改性过程不会破坏椰壳活性炭原有的孔隙结构和微孔容积,而会使活性炭表面更加平整;化学改性后活性炭表面Br负载量提高,成为Hg0的主要活性吸附位。固定床实验结果说明:改性后椰壳活性炭的初始汞吸附效率和单位累积汞吸附量分别提高了6.02倍和21.8倍,吸附效率随汞浓度增大而降低。0.3MW燃煤循环流化床实验结果表明:改性后椰壳活性炭对元素汞和氧化汞均有很好的脱除作用,脱汞效率随着吸附剂喷射量的增加而增加,当喷射量为0.7kg/h时,脱汞效率可达到76.38%。

    罗丹明荧光自组装膜制备及其对苯酚测定
    胡文英,陈彰旭,王天东
    化工进展. 2019, 38(08):  3889-3895.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-2194
    摘要 ( 253 )   HTML ( 1 )   PDF (1725KB) ( 230 )  
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    以石英片作为基底,利用吸附作用力将壳聚糖组装到硅烷化的石英表面,罗丹明B通过与壳聚糖的酯化反应间接组装到石英表面,构建壳聚糖-罗丹明B自组装膜。对该膜进行扫描电镜(SEM)表征、荧光显微镜表征,考察膜的组装条件、膜的性质、膜与苯酚的相互作用机理及抗干扰实验。结果表明苯酚与该膜在一定的范围内呈良好的线性关系,线性范围为0.00~20.00×10-10g/L,检出限(DL)为0.13×10-10g/L,该膜具有良好的稳定性和可再生性。并且将壳聚糖-罗丹明B自组装膜应用于芳名湖水和绶溪河水中的苯酚污染物含量的测定,发现二者水中的苯酚含量均达到了国家Ⅰ类水标准,样品加标回收率在91%~97%,该自组装膜适合于痕量样品的分析检测。

    沉淀-氧化法处理乙烯废碱液
    王凤荣,马克存,王天成,杜龙弟,郭桂悦
    化工进展. 2019, 38(08):  3896-3901.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-2231
    摘要 ( 382 )   HTML ( 2 )   PDF (645KB) ( 290 )  
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    采用沉淀-氧化法处理乙烯废碱液中的硫化物,考察了影响脱硫效果的各种因素。在n(CuSO4)∶n(Na2S)=1.1∶1、温度为40℃、时间为0.5h条件下,沉淀法脱硫后碱液残留的S2-浓度为0.04g/L;然后进一步采用双氧水氧化处理脱硫后碱液,在氧化反应温度为40℃、时间为2h、氧化剂双氧水用量为1.0mL/L废碱液时,乙烯废碱液中的S2-浓度可降至1mg/L以下,达到湿式氧化的处理效果和烟气脱硫对乙烯废碱液的要求。同时硫酸铜湿法氧化再生研究结果表明:在硫化铜浆液质量分数为15%、pH=3、氧分压为0.5MPa、温度为200℃、时间为0.5h的条件下,硫酸铜再生彻底,实现了硫酸铜的循环利用。

    膜曝气-吸收耦合式海水烟气脱硫过程
    邓梦轩,刘杰,杨超鹏,袁俊生
    化工进展. 2019, 38(08):  3902-3909.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-2261
    摘要 ( 283 )   HTML ( 5 )   PDF (1572KB) ( 321 )  
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    利用聚丙烯中空纤维双层曝气式膜接触器,对膜曝气-膜吸收耦合式海水烟气脱硫过程开展实验研究,考察了烟气流量、海水流量、海水pH以及曝气量等因素对烟气脱硫参数的影响。结果表明,曝气式膜吸收过程具有更高的脱硫效率和传质性能,相较于非曝气过程,SO2吸收率可提高12.4%。提高烟气流量,使SO2吸收率降低,总传质系数先增大再减小;提高吸收剂流量、pH和曝气量,SO2吸收率和总传质系数均会提高,海水pH较高条件下加入曝气更能有效加强吸收效果;烟气中SO2的吸收通量均随海水pH和曝气量的增加而增加。扫描电镜及接触角测量显示在使用一个月后的膜丝仍具有较高的疏水性能和使用性能。

    外电阻值对3A-MFC产电和脱氮性能的影响
    陆圆,顾霞,陆勇泽,黄珊,朱光灿
    化工进展. 2019, 38(08):  3910-3916.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-2299
    摘要 ( 240 )   HTML ( 1 )   PDF (807KB) ( 205 )  
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    构建三阳极单阴极型微生物燃料电池(three-anode microbial fuel cells,3A-MFC),该间歇流反应器通过在阳极提供有机物,在阴极提供有机物、氨氮和氧气,在产电的同时实现生物阴极同步硝化反硝化脱氮。考察了外电阻值分别为1000Ω、500Ω、150Ω、50Ω时对3A-MFC产电及脱氮性能的影响,当外电阻值为150Ω时,产电量达到最大值为583C,阳极库仑效率达到最大值为1.70%,内阻达到最小值为200Ω,此时外电阻值与内阻值最接近,产电效果最好。外电阻值由1000Ω减小到150Ω时,总氮(TN)去除率从79.7%上升到最大值为84.1%,TN去除速率从7.5mg/(L·d)上升到最大值为13.1mg/(L?d)。在一定外电阻值范围内,伴随其值的减小,电子转移速率逐渐提高,同时电对微生物的刺激作用得到增强,能够实现最佳的TN去除效率和去除速率。

    高温消化条件下污泥内碳源释放进程及特性
    陈芳,刘树根,王群超,贾永锋,宁平
    化工进展. 2019, 38(08):  3917-3924.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0568
    摘要 ( 314 )   HTML ( 4 )   PDF (903KB) ( 226 )  
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    为适应低C/N废水生物脱氮除磷的需求,利用剩余污泥开发内碳源备受重视。本文研究了不同温度条件下污泥消化过程内碳源释放进程的变化特征,探讨了污泥消化过程对上清液中有机物分子量分布的影响。研究表明:消化温度由40℃升至60℃时,污泥挥发性固体物(VS)减量化效果及消化液中化学需氧量(SCOD)浓度明显增加,高温条件有利于污泥内碳源的释放。60℃消化处理120h时,污泥消化体系短链脂肪酸(SCFAs)总量为8797mg/L,C/N(以SCOD/TN表示)、C/P(以SCOD/TP表示)分别达到11.7与38.2;消化温度对污泥上清液中有机物分子量分布影响显著,并使微生物副产物、有机质大分子物质更容易转化为其他代谢中间组分和小分子中间产物。若消化时间超过120h,污泥上清液中M w>100000的大分子物质呈下降趋势,M w<10000的小分子物质所占比例逐步增加,但SCFAs总量也呈降低趋势,不利于污泥内碳源的累积。

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