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2019年 第38卷 第12期 刊出日期:2019-12-05
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    本期封面、中英文目次表
    化工进展. 2019, 38(12):  0-0. 
    摘要 ( 130 )   PDF (1761KB) ( 186 )  
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    化工进展. 2019, 38(12):  0-0. 
    摘要 ( 0 )   PDF (6515KB) ( 89 )  
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    特约评述
    化石原料制氢技术发展现状与经济性分析
    黄格省,李锦山,魏寿祥,杨延翔,周笑洋
    化工进展. 2019, 38(12):  5217-5224.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-1088
    摘要 ( 565 )   HTML ( 42 )   PDF (778KB) ( 1094 )  
    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    对煤制氢、天然气制氢、甲醇制氢以及工业副产回收氢气等化石原料制氢技术发展现状进行了详细分析,研究对比了几种化石原料制氢技术的生产成本与经济性,并对化石原料制氢产业发展前景进行了深入思考,总体认为:煤制氢具有资源成本优势,是实现大规模制氢的首选技术;天然气制氢发展潜力大,但目前存在资源约束和成本较高的问题;工业副产回收氢气是未来颇具发展潜力的制氢方式;甲醇制氢规模灵活,但存在设备成本高、稳定性较差等不足。在当前太阳能等新能源制氢技术尚未成熟的现实条件下,化石原料制氢必将担当主要角色,未来氢能产业必将是化石原料制氢与电解水制氢、新能源制氢多种方式共存、多元化发展的供给格局。

    化工过程与装备
    气液相变换热过程中界面腐蚀的基础研究进展
    陈宏霞,刘霖,肖红洋,孙源
    化工进展. 2019, 38(12):  5225-5237.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0536
    摘要 ( 328 )   HTML ( 19 )   PDF (2378KB) ( 425 )  
    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    由于两相之间会不断转换,相变换热被称为复杂的传热传质过程,其过程中会引起相变腐蚀,如冷凝液滴腐蚀、气泡腐蚀以及多相流流动腐蚀等。目前对于气液相变腐蚀的研究集中在对腐蚀产物的表征、分析,忽略了相变过程中由于能量传递引起的界面变化对腐蚀的影响。本文从相变腐蚀机理、腐蚀防护两方面出发,系统地总结管道内外冷凝液滴腐蚀、气泡腐蚀与多相流流动腐蚀等气液相变腐蚀领域的研究进展,并对其中存在的问题进行总结,同时归纳了用于研究相变腐蚀过程的腐蚀预测模型,分析其应用场合以及各种模型的优势与不足,以期为研究气液相变腐蚀监测与控制的学者提供参考,并指出气液相变换热过程中的气液两相界面腐蚀问题是未来相变腐蚀研究的重要方向。

    非接触式机械密封动力学研究进展
    孙电锋,孙见君,於秋萍,马晨波,葛诚
    化工进展. 2019, 38(12):  5238-5246.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0496
    摘要 ( 186 )   HTML ( 10 )   PDF (546KB) ( 261 )  
    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    涉及密封系统、激励和响应三者之间复杂关系的动力学特性,对非接触式机械密封的运行可靠性有着重要影响,是当下密封理论与技术领域研究的热点。本文回顾了近几十年来国内外非接触式机械密封动力学的发展历程,分析了非接触式机械密封系统动力学理论研究、实验研究和应用研究状况,探讨了基于非接触机械密封系统结构动力学特性和输入载荷的动、静环位移响应、流体膜厚度响应的研究特征以及流体膜刚度和阻尼、系统的固有频率与振型模态等特性参数的识别方法,指出了现有动力学研究存在的不足,提出多频激励耦合作用响应、动静环的碰撞机制、动力学参数的非线性识别方法、智能化、显著性影响因素分析和高参数工况下的非接触式密封性能试验台等研究是非接触式机械密封动力学今后一段时期的发展方向。

    基于WPRKPCA的非线性化工过程微小故障检测
    蔡配配,邓晓刚,曹玉苹,邓佳伟
    化工进展. 2019, 38(12):  5247-5256.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0397
    摘要 ( 168 )   HTML ( 1 )   PDF (1338KB) ( 133 )  
    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    传统核主元分析法(KPCA)是一种广泛应用的非线性化工过程故障检测方法,但是其未充分利用过程数据的概率分布信息,往往难以有效检测过程中的微小故障。针对传统KPCA方法的局限性,本文提出了一种基于加权概率相关核主元分析(WPRKPCA)的非线性化工过程微小故障检测方法。与传统KPCA方法监控核成分的变化不同,该方法利用Kullback Leibler散度(KLD)度量核成分的概率分布变化,进而建立基于KLD成分的统计监控模型,以充分挖掘过程数据所包含的概率信息。进一步考虑到不同KLD成分承载故障信息的差异性,该方法设计了一种基于核密度估计的指数加权策略,根据KLD成分描述故障信息程度的差异分配相应的权值,以加强监控模型对微小故障检测的灵敏性。在一个数值例子和连续搅拌反应器(CSTR)系统上的仿真结果表明,本文所提方法具有比传统KPCA方法更好的微小故障检测性能。

    氢气分离膜内嵌改进蒸汽活化转化丙烷脱氢过程模拟和经济分析
    肖红岩,郭明钢,贺高红,张宁,黄爱斌,寿建祥,阮雪华
    化工进展. 2019, 38(12):  5257-5263.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0419
    摘要 ( 201 )   HTML ( 3 )   PDF (1546KB) ( 240 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    在蒸汽活化转化(STAR)工艺中,丙烷脱氢反应产物含有大量氢气、甲烷等不凝组分,传统的高压低温液化流程,操作压力达到3.30MPa,浅冷温度-24℃,深冷温度-78℃,不仅压缩能耗高,而且氢气副产品浓度低,无法直接在炼化过程中实现利用。对此,本文提出在浅冷之后嵌入氢气膜分离单元,采用Prism-Ⅱ膜脱除反应产物中大部分氢气后再进一步增压和深冷液化。采用HYSYS对改进工艺模拟优化后得出:浅冷操作压力2.40MPa、温度-24℃,深冷操作压力3.30MPa、温度-78℃,总压缩能耗降低16.1%,氢气纯度由82.8%提高到99.0%,回收率超过85%。以350kt/a STAR工艺为例进行改进工艺的技术经济分析,最优膜面积为2680m2,总压缩功耗由6850kW降低至5750kW,节约公用工程约5.72×106CNY/a,设备折旧仅增加0.61×106CNY/a,产出氢气约1.23×108m3/a。综合考虑节能、新增设备折旧和氢气产出,年净收益增加8.7×107CNY。结果表明,膜分离改进有效地提高了STAR工艺的能效和经济性。

    高背压供热汽轮机低压部分性能优化
    戈志华,张尤俊,熊念,赵世飞
    化工进展. 2019, 38(12):  5264-5270.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0428
    摘要 ( 181 )   HTML ( 2 )   PDF (911KB) ( 246 )  
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    汽轮机高背压供热方式可回收低压缸排汽余热,扩大机组的供热能力,减少高品位抽汽造成的可用能损失,能源转换效率高。供热季运行背压高,低压转子采用了双转子互换技术,低压转子结构的变化使低压部分热力特性发生变化。本文建立了300MW等级高背压供热机组热力系统模型,计算并分析抽汽参数变化对低压加热器附加单耗的影响,并通过参数优化降低供热季低压加热器附加单耗。获得五段和六段抽汽压力优化结果,降低了传热端差,使各级低压加热器温升分配合理,优化后机组发电功率增加507kW,?损减小575.5kW,整体附加单耗下降0.3121g/(kW·h)。以此为基础,进行高背压供热机低压通流部分热力计算,重新分配低压缸各压力级焓降,提高低压缸的通流效率。结果表明:通过对低压回热系统和通流部分优化,低压缸内效率提高至0.9250,机组发电功率增加3068.49kW。

    声场驱动气泡增强微流体混合的数值模拟
    董帅,耿朋飞,纪祥勇,李春曦
    化工进展. 2019, 38(12):  5271-5278.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0460
    摘要 ( 139 )   HTML ( 4 )   PDF (1583KB) ( 211 )  
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    微流体研究中,由于雷诺数较低,流体呈层流流动,流体混合主要依靠分子扩散,混合时间长,效率低,故流体混合成为亟待解决的问题。声场激振气泡可以有效促进流体混合,已经引起了广泛关注。本文模拟研究了声场作用下气泡振动对流体混合的影响,探索了微尺度流体在声场激振下的流动特性,分析了微通道高度、入口速度、气泡间距及布置方式对流体混合的影响。结果发现,微通道高度较低时,气泡振动可以更好地促进流体混合;入口速度较小时,流体在气泡附近滞留时间较长,混合较为均匀;气泡半径较大时,旋涡扰动增强,混合效率提高;两个气泡的混合效果优于单个气泡,而气泡间距对混合效率基本无影响;微通道高度较低时,气泡同侧布置和异侧布置对流体的混合效果相接近,随着微通道高度的升高,两种布置方式对混合效果的差异逐渐显现,异侧布置具有更好的混合效果。

    非共沸不互溶混合工质脉动热管启动特性分析
    张超,徐荣吉,陈静妍,吴青平
    化工进展. 2019, 38(12):  5279-5286.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0468
    摘要 ( 203 )   HTML ( 1 )   PDF (2393KB) ( 254 )  
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    针对低加热功率下脉动热管难启动的问题,本文提出一种用于脉动热管相变传热的非共沸不互溶混合工质(HFE-7100和水),其中低沸点工质潜热小、比热容低、密度大,高沸点工质潜热大、比热容高、密度低。选取水为高沸点工质, HFE-7100为低沸点工质,并将两者按照4∶1、2∶1、1∶1、1∶2、1∶4比例混合,实验研究了不同混合比例工质在不同充灌率和不同加热功率下的启动特性。结果表明:相对于水,HFE-7100的低汽化潜热值和高(dp/dT)sat值等特点能够加快蒸发段气泡的形成,加速脉动热管的启动;相对于纯工质脉动热管,非共沸不互溶混合工质相当于缩短了脉动热管的有效长度,加快系统启动;在低加热功率下,纯工质脉动热管无法启动,但混合工质脉动热管能够正常启动,且混合比例为2∶1、1∶1和1∶2时启动较快;在高加热功率下,混合比例2∶1启动最快。同时,对于非共沸不互溶混合工质脉动热管,充灌率为30%时启动效果最好。

    含聚浓度对旋流器性能影响的数值模拟与试验
    王志杰,李枫,赵立新
    化工进展. 2019, 38(12):  5287-5296.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0517
    摘要 ( 171 )   HTML ( 2 )   PDF (3988KB) ( 186 )  
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    以螺旋导流式旋流器为研究对象,选用幂律流体模型和离散相模型(DPM)计算了不同含聚浓度条件下的分离性能,对旋流器流场(速度场、压力场)及油滴运移特性进行了细致的分析,并采用高速摄像技术(HSV)开展了相应的分离特性试验。研究发现:聚合物浓度为0时,油滴存在明显的乳化效应,实测效率81.7%;浓度增大后,乳化效应减弱,油滴分散在旋流器内,中心油核消失,效率急剧下降,4000mg/L时旋流器基本无分离效果;浓度增大对压降影响较小,底流压降最高增幅5.6%,最大值不超过200kPa。分析表明,效率下降与切向速度衰减、径向压力梯度减小有关;浓度增大后油滴轴向向下运动的距离增加,呈现向旋流器外壁面运动的趋势,分离时间延长。

    非等温液-液对置撞击面温度分布均匀性
    赵朋飞,张小辉,张汉,冯鹏,徐佳瑞
    化工进展. 2019, 38(12):  5297-5305.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0521
    摘要 ( 132 )   HTML ( 2 )   PDF (2284KB) ( 203 )  
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    对不同条件下非等温过程液-液对置撞击后形成的气液混合撞击面的温度分布均匀性进行了研究。以温度不均匀系数和撞击面温度分布作为评价标准,利用Mixture模型数值模拟撞击过程,并基于平面激光诱导荧光(PLIF)技术进行可视化测量实验验证计算模型。通过对不同的喷嘴出口速度(v)、喷嘴对置间距(L)以及湍动能等条件下撞击面温度分布进行研究。结果表明,喷嘴直径和喷嘴对置间距一定时,增加喷嘴的出口流速,则温度不均匀系数整体呈下降趋势;喷嘴直径和喷嘴出口流速一定时,非等温液-液对置撞击后形成区域温度场分布随喷嘴间距的增加,其温度分布区间呈减小趋势。L=3D时,温度的分布区间最小,温度场分布最均匀。湍动能的分布曲线越平稳,液-液对置撞击后形成的气液混合撞击面的温度分布越均匀。

    改进型框式组合桨搅拌釜内流场特性
    周勇军,袁名岳,孙存旭
    化工进展. 2019, 38(12):  5306-5313.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0848
    摘要 ( 287 )   HTML ( 3 )   PDF (5363KB) ( 264 )  
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    对5m3树脂反应釜及釜内改进型框式-二斜叶双层组合桨等比例缩小建立模型,基于计算流体力学(CFD)中的多重参考系法对该双层组合桨搅拌釜流场进行了模拟研究,并利用粒子图像测速(PIV)实验对模拟结果进行了验证。分析了桨叶离底间距、桨间距及组合桨安装角度的变化对流场产生的影响。随着离底间距的增大,搅拌釜下层框式桨横梁处产生往槽底的轴向流强度会逐渐减弱,不利于底部物料的混合;桨间距的增加导致两桨间对流减弱,不利于两桨间流体的混合,当桨间距与釜内径的比值为0.77时,搅拌釜内的整体流动情况较好。对上下层桨叶安装角度分别为0°、45°和90°这3种工况下的釜内流场特性研究表明,安装角度为90°时,斜叶桨产生的轴向流强度最大,此时搅拌釜内流体的混合效果最好。研究结果为改进型框式桨与二斜叶桨双层组合桨应用于树脂聚合反应实际工程提供参考。

    能源加工与技术
    国内C4烃叠合-加氢工艺制异辛烷技术进展及应用前景分析
    赵燕,王景政,李琰,景丽,王在花,陈红
    化工进展. 2019, 38(12):  5314-5322.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-2318
    摘要 ( 221 )   HTML ( 6 )   PDF (774KB) ( 317 )  
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    我国C4资源非常丰富,其利用主要集中在烯烃。本文介绍了国内C4烃的来源、产量以及主要的利用途径。为了满足严苛的环保要求,国内大部分甲基叔丁基醚(MTBE)装置即将停产,采用叠合-加氢工艺生产异辛烷是取代MTBE的新技术路线。本文从叠合-加氢工艺的反应原理入手,针对国内外几种典型的已工业化应用的叠合-加氢工艺,从工艺技术特点、催化剂类型、产品的关键指标进行了综合分析;对叠合-加氢催化剂的研究进展进行了深入研究;对叠合-加氢工艺的发展前景进行了评述;针对叠合-加氢工艺目前存在的不足提出了今后研究方向。通过研究表明,叠合-加氢工艺是当下应对C4烃资源过剩、提高汽油质量、提高国内C4烃综合利用的重要途径。

    能源微藻规模化培养影响因素的研究进展
    马国杰,常春,孙绍辉
    化工进展. 2019, 38(12):  5323-5329.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0389
    摘要 ( 154 )   HTML ( 6 )   PDF (474KB) ( 261 )  
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    微藻比陆生油料作物适应能力强、光合作用效率高,在二氧化碳减排、水污染治理以及生物基喷气燃料等领域具有重要的应用。本文从能源微藻规模化培养的影响因素出发,首先对影响微藻规模化培养的因素进行了综述,分别从生态学因素、气候因素、工艺因素和选址因素这四方面进行了介绍,重点介绍了微藻生物燃料所需土地、水资源和微藻培养新技术发展现状,提出了能源微藻大规模培养的技术难点和障碍。在此基础上,结合我国国情分析了微藻生物燃料发展面临的问题和挑战,探讨了我国能源微藻培养潜在的产量和适合养殖地区,并对我国微藻生物燃料的发展提出了展望。

    氨硼烷分解制氢及其再生的研究进展
    李燕,邓雨真,俞晶铃,黎四芳
    化工进展. 2019, 38(12):  5330-5338.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0482
    摘要 ( 240 )   HTML ( 10 )   PDF (511KB) ( 197 )  
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    氨硼烷具有储氢密度高(152.9g/L)、放氢条件温和、无毒以及常温下为稳定的固体而易于储运等特点而成为最有前景的储氢材料之一。本文综述了近年来氨硼烷在不同催化剂作用下,通过热解、醇解和水解这3种方式制氢以及分解后的副产物循环再生氨硼烷的研究进展。分析讨论了氨硼烷的热解制氢研究主要集中在降低温度和抑制气态副产物的生成这两方面,而水解或醇解制氢的研究热点是二元或三元非贵金属纳米核壳或负载型催化剂。与氨硼烷的热解相比,水解或醇解由于条件温和、制氢速度快而更具实用性。指出氨硼烷作为储氢材料最大的挑战是其再生问题,氨硼烷分解脱氢后的副产物不能直接氢化而再生氨硼烷,需要通过一系列反应来进行间接的离线再生,因此氨硼烷的再生将是今后的重点研究方向。

    太阳能甲烷重整反应器研究进展
    刘彦铄,王新赫,张军社,魏进家
    化工进展. 2019, 38(12):  5339-5350.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0524
    摘要 ( 226 )   HTML ( 14 )   PDF (1468KB) ( 318 )  
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    太阳能是世界上最丰富的清洁能源,被看作是解决化石能源短缺问题的关键。但是太阳能的间歇性很大程度上制约了其使用场景,太阳能热化学过程可以有效缓解太阳能间歇性带来的影响。在太阳能热化学过程中,反应器的性能直接影响了反应的效果。本文以太阳能甲烷重整过程为例,首先介绍了3种甲烷重整类型,分别介绍了其优缺点和工程应用。然后从结构、工作原理以及研究进展等方面简述了几种目前常见的太阳能甲烷重整反应器。包括对目前最常见的腔式反应器、膜反应器、旋转式反应器、流化床反应器和其他新颖反应器的介绍。最后,提出下一阶段太阳能甲烷重整反应器的研究重心应放在设计多功能于一体的反应器和促进多学科交叉研究上。

    高铝耐火砖负载CuO氧载体的化学链氧解耦特性实验
    刘沛聪,梅道锋,晏水平
    化工进展. 2019, 38(12):  5351-5359.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0425
    摘要 ( 141 )   HTML ( 4 )   PDF (1127KB) ( 117 )  
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    耐火砖常用作高温炉膛材料,具有较高的破碎强度和较强的抗烧结性能。以耐火砖颗粒为惰性载体,采用连续浸渍法制备CuO质量分数为10%~30%的Cu10RefBri、Cu25RefBri和Cu30RefBri氧载体样品,并在热重分析仪(TGA)和批次进料流化床反应器中900~950℃下进行了化学链氧解耦燃烧过程氧载体的释氧-吸氧循环实验测试。结果显示,在上述氧载体样品中Cu25RefBri的释氧速率最高,可达9×10-5kgO2/(s?kgOC),流化床中稳定的O2体积分数可达1.1%。然而,随着循环次数增加,Cu25RefBri的释氧速率逐渐降低至2.0×10-5kgO2/(s?kgOC),同时流化床尾气中O2体积分数降低至0.7%,该值远低于对应温度下的平衡O2浓度值。氧浓度和释氧速率降低的主要原因在于:循环过程氧载体中形成的低释氧活性的CuAl2O4尖晶石含量逐渐增加,导致氧载体总体活性下降。此外,在950℃流化床实验过程,还检测到氧载体颗粒的烧结现象。

    工业催化
    生物质燃气变换-甲烷化双功能催化剂研究进展
    董新新,金保昇
    化工进展. 2019, 38(12):  5360-5371.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0122
    摘要 ( 203 )   HTML ( 6 )   PDF (2168KB) ( 226 )  
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    生物质燃气在达到居民使用标准前必须进行提质,变换-甲烷化工艺单元可同时降低CO含量和提高燃气热值,因此研发适合生物质燃气的变换-甲烷化双功能催化剂显得尤为重要。在已广泛研究的单功能水气变换和甲烷化催化剂基础上,近年来国内外对变换-甲烷化双功能催化剂也开展了诸多探究。本文从催化剂组成、制备方法和反应机理三方面对变换-甲烷化双功能催化剂进行了综述,详细介绍了适用于该种催化剂的活性组分、助剂与载体,比较分析了浸渍法、共沉淀法等传统制备方法与火焰喷雾燃烧法、等离子体分解法等新颖制备方法,并对变换-甲烷化双功能催化剂进行了总结和展望,指出未来制备催化剂时助剂可根据具体要求选择性添加,廉价的矿石可替代成为有竞争力的催化剂载体,变换-甲烷指出化机理可借助多种材料表征以及理论计算而获悉。

    含镉化合物在光催化领域应用的研究进展
    高宁,周玉康,沈树宝,陈英文
    化工进展. 2019, 38(12):  5372-5379.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0343
    摘要 ( 168 )   HTML ( 5 )   PDF (544KB) ( 192 )  
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    镉是一种位于ⅡB族的过渡金属,与常见的光催化剂中锌元素同族,除了具有锌的部分性质外,还具有其他优异的光学性质,因此具有很广泛的应用前景。本文综述了不同类型的镉化合物在光催化领域的应用,介绍了半导体的光催化原理、含镉的新型催化剂的合成方法以及掺杂量对催化活性的影响,同时也分析了导致催化剂活性改变的原因,并在最后介绍了镉的危害及其处理措施。通过对离子镉、氧化镉、硫化镉以及其他镉化合物的分析研究,发现适量的镉及其化合物的引入会导致整个催化体系结构或性质的改变,并通过协同作用提升催化活性。但目前此类催化剂实现工业化应用还面临着很大的挑战,仍需要在设计简易合成方法、提高催化剂的量子效率及稳定性、催化剂催化机理等方面进行更深入的研究。

    乙醇催化转化到丁醇研究进展
    王祉诺,王辉,庞纪峰,刘世民,郑明远
    化工进展. 2019, 38(12):  5380-5389.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0377
    摘要 ( 246 )   HTML ( 11 )   PDF (676KB) ( 240 )  
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    乙醇的规模化生产和其在汽油中有限的添加量推动了乙醇的高值化利用。由于丁醇具有独特的物化性能,将乙醇一步催化转化为丁醇受到人们的普遍关注。本文主要综述了乙醇催化转化到丁醇的最新研究进展,阐述了不同均相催化剂、羟基磷灰石、氧化物和金属促进氧化物催化剂对乙醇转化率和丁醇选择性的影响,探讨了典型催化剂上乙醇催化转化到丁醇中的双分子机理和Guerbet机理,总结了乙醇催化转化到丁醇中存在的问题、机遇和挑战。提出未来乙醇催化转化的研究重点应该放在高乙醇转化率下丁醇的选择性控制上,即利用均相催化剂研究策略,借助近原位条件下反应机理研究的结果,设计合成新型催化剂体系,实现乙醇到丁醇的高效转化。

    柔性负载型催化剂催化净化气态污染物研究进展
    倪书权,高凤雨,唐晓龙,易红宏,王成志,杨晨
    化工进展. 2019, 38(12):  5390-5401.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0411
    摘要 ( 188 )   HTML ( 9 )   PDF (1825KB) ( 344 )  
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    当前灰霾等大气污染问题备受关注,高效、廉价的催化净化材料作为污染治理技术的核心之一,其研发意义非凡。以柔性材料为基底制备的新型整体式催化剂因催化活性高、加工成型简单、应用灵活、易于实现催化剂原位再生等优点,成为环境催化领域发展的一个新兴热点方向。本文介绍了以金属泡沫、有机泡沫以及纤维等柔性材料为载体的催化剂特性和应用领域,重点阐述了上述柔性负载型催化剂的典型合成过程及其对气态污染物(如NOx、甲苯、甲醛等)的催化性能和净化机制,综述了其在脱硝领域的应用研究成果,包括抗硫耐水机理、纤维滤布催化剂的协同除尘脱硝能力以及碳泡沫催化剂的高效催化性能等。通过总结分析柔性负载型催化剂阶段性研究成果、应用现状以及实际应用问题,进一步展望其在环境催化净化领域的研究方向、重点和难点。催化剂黏结性、活性、稳定性的提升以及移动床反应器-催化剂的匹配设计与优化都将是柔性高效一体式催化剂的研发重心所在,此类催化剂的成功研发将会为中小型燃煤炉窖尾气的催化净化提供技术核心与保障。

    无定形MnOx/SiO2催化剂的合成及低温催化氧化甲醛机理
    朱荣辉,高凤雨,唐晓宁,郭洋洋,李阳
    化工进展. 2019, 38(12):  5402-5409.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0479
    摘要 ( 223 )   HTML ( 6 )   PDF (2370KB) ( 258 )  
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    甲醛因其污染范围广、持续时间长、危害性大等特性被视为室内有害物质的头号“杀手”。本文采用自组装法于SiO2表面原位生长MnOx(MnOx/SiO2催化剂)并用于低温催化氧化甲醛的研究,XRD、SEM-EDS、TEM和BET表征显示,MnOx以无定形态均匀地分布在SiO2载体表面,同时考察了MnOx的负载量以及煅烧温度对甲醛催化活性的影响。实验结果表明,优选的质量分数13% MnOx/SiO2无定形催化剂具有较大的比表面积(高达164.85m2/g)和丰富的活性位点(Mn3+,75.6%),而较大的比表面积有利于更多的甲醛分子吸附在催化剂表面并进行活化反应。对甲醛进行连续性动态检测,结果显示催化剂在连续催化6h后仍保持80%以上的去除效率,表明无定形催化剂具有良好的低温催化效果。随着温度的升高,催化甲醛过程中间产物(甲酸根)被进一步分解,有利于催化剂的再生使用,当温度达到90℃时,甲醛的去除效果可达90%。

    材料科学与技术
    磁场调控磁性纳米流体流动和传热研究进展
    臧徐忠,石尔,傅俊萍,余涛
    化工进展. 2019, 38(12):  5410-5419.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0537
    摘要 ( 224 )   HTML ( 9 )   PDF (938KB) ( 175 )  
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    磁性纳米流体在实现能量高效和可控传递领域极具发展潜力。本文综述了磁场作用下磁性纳米流体对流换热及沸腾换热的最新进展,主要包括强制对流换热、混合对流换热、自然对流换热、池沸腾换热及管内沸腾换热等方面的实验研究,分析了磁场类型、强度、梯度、频率、方向及磁铁位置等对磁性纳米流体流动和热传输特性的影响,指出可通过改变外加磁场来实现对磁性纳米流体流动和传热的控制,并探讨了磁性纳米流体流-磁耦合作用下的传热机理以及目前所面临的挑战。在此基础上,提出了未来磁场调控磁性纳米流体对流换热和沸腾换热的主要发展方向:制备稳定的磁性纳米流体,建立系统有效的流动和传热理论模型,并从微介观尺度诠释热-流-磁耦合协同换热机理。

    聚苯乙烯接枝聚乙烯亚胺树脂合成及Cu2+吸附
    滕巧巧,刘江,吕科翰,孟启
    化工进展. 2019, 38(12):  5420-5426.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0313
    摘要 ( 226 )   HTML ( 4 )   PDF (1202KB) ( 315 )  
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    将聚苯乙烯经氯乙酰化后与聚乙烯亚胺(PEI)反应合成了带有多胺结构的聚苯乙烯接枝PEI树脂PSACP,考察了溶剂、温度、物料比、反应时间等因素对接枝反应的影响,其中,N,N-二甲基甲酰胺为溶剂,物料比为6:1,50℃反应5h时制得的PSACP全交换容量达到5.21mmol/g。PSACP对水溶液中的Cu2+具有明显的吸附作用,吸附量受溶液温度、pH和Cu2+初始浓度影响,45℃下对pH=5.7、初始浓度为0.5mg/mL的Cu2+水溶液的平衡吸附量为2.42mmol/g,吸附符合Langmuir单分子层吸附,经过三次循环,吸附容量仍然较高。25℃下对Cu2+的动态吸附容量达到2.74mmol/g,Cu2+可经1mol/L HCl洗脱,脱附率为83.8%且无拖尾现象。

    辣素衍生物改性PVDF膜的制备及其抗菌性能
    申向,刘开全,刘鹏,姚思杰,吕妮娜,张永金,汪帆
    化工进展. 2019, 38(12):  5427-5434.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0378
    摘要 ( 167 )   HTML ( 7 )   PDF (1687KB) ( 179 )  
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    以甲基丙烯酸甲酯(MMA)和天然辣素8-甲基-N-香草基-6-壬烯酰胺(Capsa)为单体,通过自由基聚合合成辣素衍生物PMMA-Capsa。将PMMA-Capsa与聚偏氟乙烯(PVDF)共混,通过非溶剂诱导相转化法制备PVDF/PMMA-Capsa分离膜,系统地研究了PMMA-Capsa含量对所制备的分离膜表面化学组成、形态结构、亲水性能、抗菌性能及渗透性能的影响。结果表明在成膜过程中PMMA-Capsa倾向于分布在分离膜的表面和孔道表面。随着铸膜液中PMMA-Capsa含量的增加,所制备的分离膜断面结构中海绵层结构逐渐消失,分离膜容易形成粗糙的微孔状表面。PMMA-Capsa的引入使分离膜表面水接触角从88.4°降低到73.1°。渗透实验结果表明分离膜的纯水通量随着PMMA-Capsa含量的增加而增加,而对牛血清蛋白(BSA)的截留率逐渐降低,所制备的PVDF/PMMA-Capsa分离膜的通量恢复率高于纯PVDF膜。PVDF/PMMA-Capsa分离膜具有优异的抗菌性能,对金黄色葡萄球菌的抗菌效率最高可达97.2%。

    聚甲基丙烯酸缩水甘油酯疏水纳凝胶的制备与表征
    黄杰,张颂红,贠军贤,姚克俭
    化工进展. 2019, 38(12):  5435-5441.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0392
    摘要 ( 177 )   HTML ( 2 )   PDF (1258KB) ( 199 )  
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    采用乳液聚合法制备了聚甲基丙烯酸缩水甘油酯疏水纳凝胶。通过透射电子显微镜、傅里叶红外光谱和动态激光光散射等测试对其结构和形貌进行了表征,对疏水纳凝胶形成过程规律和对温度、pH和时间稳定性进行了考察,并探究了单体浓度、交联剂含量和乳化剂浓度对纳凝胶粒径的影响规律。结果表明:所得疏水纳凝胶具有粒径均一、分散稳定和溶胀性能好等优点。疏水纳凝胶粒径在一定温度和pH范围内无变化,在30天内粒径从76nm增至116nm,zeta电位随温度升高而增加,其值稳定在-90~-30mV之间,说明是一种较为稳定的凝胶体系。在实验范围内,纳凝胶粒径随单体甲基丙烯酸缩水甘油酯和交联剂二甲基丙烯酸乙二醇酯浓度的增加从80nm增至250nm,随乳化剂浓度增加从230nm降至60nm。

    pn型Cu2O-WO3的制备及光催化性能
    王宏智,李骏,姚素薇,张卫国
    化工进展. 2019, 38(12):  5442-5448.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0421
    摘要 ( 171 )   HTML ( 13 )   PDF (1113KB) ( 239 )  
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    采用高温水热法和共沉淀法制备了不同摩尔比的pn型Cu2O-WO3复合半导体材料。并利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和X射线衍射(XRD)对样品的形貌特征和晶格结构进行表征。表征结果显示,复合材料由立方相的Cu2O和六方相的WO3组成。与纯WO3物质相比,Cu2O-WO3复合半导体材料的紫外吸收边界发生显著红移,在可见光波长范围内的光吸收明显增强,展示出优良的光电流响应性能。以罗丹明B(RhB)溶液的光降解表征材料的光催化性能的过程中,在可见光下光照8h后,相较于WO3和Cu2O仅为22.2%和45.2%的光降解率,摩尔比为1∶2的Cu2O-WO3复合物的降解效率达到了90.6%。

    含甲基纤维素的NaA沸石膜的制备和表征
    刘光瑞,杨建华,王磊,鲁金明,张艳,王金渠
    化工进展. 2019, 38(12):  5449-5456.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0474
    摘要 ( 194 )   HTML ( 5 )   PDF (1869KB) ( 218 )  
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    NaA沸石膜具有规则的孔道结构,利于分子传输,在有机物脱水领域有一定的应用。为使沸石膜生长更连续均匀,提高渗透汽化性能,本文以甲基纤维素作为空间限制剂加入合成液,探究碱度、晶化温度以及晶化时间对膜的影响,按最优条件制备合成液,并依据质量比m(MC)∶m(H2O)=1∶100添加甲基纤维素,制备NaA沸石膜。表征方法采用XRD、SEM和渗透汽化3种方式,结果表明添加甲基纤维素的沸石膜表面结构完整,生长致密且性能优良,在75℃下对0.6mol/L的NaCl水溶液做渗透汽化测试时,通量达8.33kg/(m2·h),盐离子截留率为99.95%。在0.6mol/L的NaCl的水溶液中测试72h,结果表明添加甲基纤维素的NaA沸石膜时间依存性更好,通量保持在8.30kg/(m2·h)左右,离子截留率稳定在99.90%。渗透汽化分离ω(C2H6O)=90%乙醇的水溶液,随着温度从60℃升高到75℃,沸石膜的通量由1.55kg/(m2·h)升高到2.56kg/(m2·h),渗透侧水含量保持在99.90%左右。

    Na2HPO4•12H2O相变储能复合材料制备及热物性
    汪翔,章学来,华维三,郑灵钰,刘璐,喻彩梅
    化工进展. 2019, 38(12):  5457-5464.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0475
    摘要 ( 165 )   HTML ( 3 )   PDF (1060KB) ( 207 )  
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    十二水磷酸氢二钠的过冷度、相分离以及热导率低等问题影响了其在低温蓄热场合的应用,因此需要对其进行相关的改性研究。本文通过成核剂和增稠剂的筛选实验及添加导热增强剂纳米氧化铁(α-Fe2O3),制备了质量分数为Na2HPO4·12H2O+2% Na4P2O7·10H2O+1%黄原胶(GX)+0.2%α-Fe2O3复合相变储能材料,并对其进行了凝固放热测试、热物性测试及循环稳定性测试。结果表明:2%的Na4P2O7·10H2O抑制过冷效果最好,成核效果不随循环次数的增加而减小,过冷度维持在2℃左右;GX可以有效抑制Na2HPO4·12H2O的相分离现象,且质量分数为0.75%~1.25%是较合适的剂量;α-Fe2O3可以有效地提高Na2HPO4·12H2O的热导率,添加0.2%α-Fe2O3使热导率提高了90.8%;循环150次后,复合相变储能材料的相变潜热值为252J/g,相比于循环前衰减了7.4%,相变温度为35.4℃,过冷度为1.3℃,热导率为2.054W/(m·K),相比纯材料提高了100.2%。改性后的复合相变储能材料相变温度适宜,潜热值大,热导率高,热性能稳定,可推广应用到热泵蓄热、温室生产和电子器件散热等领域。

    金红石型TiO2分散浆的制备及其流变特性
    王优,李强,左士祥,李霞章,刘文杰,吴凤芹,姚超
    化工进展. 2019, 38(12):  5465-5470.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0490
    摘要 ( 170 )   HTML ( 2 )   PDF (810KB) ( 186 )  
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    研究了金红石型TiO2颗粒在水相体系的分散性及其流变特性,通过zeta电位、黏度等参数表征浆体的分散状况,确定了合适的分散剂为聚丙烯酸钠、其用量为4%(与TiO2质量比),分散浆中TiO2合适的固含量为20%。通过稳态剪切测量法,发现分散浆中的固含量、pH和盐强烈影响其流变特性。分散浆存在剪切稀化现象,符合幂律模型,并呈现假塑性流体行为且无触变性。NaCl导致分散浆黏度降低, Na+离子浓度越大,浆体黏度越小;而CaCl2的存在会使分散浆出现絮凝现象。分散浆合适的pH为12,增大或减小体系pH,浆体黏度均降低。当温度从25℃提升到50℃时,分散浆黏度略微降低,通过阿伦尼乌斯方程可以很好地描述温度对黏度的影响。频率扫描结果显示,分散浆在低频下呈凝胶状态,在高频下表现得更像是溶液。随着固含量的下降,分散浆交叉频率值降低。

    硫掺杂石墨烯电催化降解偶氮染料RBK5
    王冰鑫,于永波,黄湾,洪俊明,张倩
    化工进展. 2019, 38(12):  5471-5477.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0493
    摘要 ( 172 )   HTML ( 5 )   PDF (1080KB) ( 221 )  
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    采用改进的Hummers方法制备氧化石墨烯(GO),以二苯二硫醚(BDS)为掺杂剂,在一氧化碳(CO)氛围下,采用一步退火法合成硫掺杂石墨烯(SG)。通过透射电子显微镜(TEM)、傅氏转换红外线光谱分析(FTIR)、拉曼光谱(Raman)、X射线光电子能谱(XPS)等对样品的微观结构和形貌进行表征,利用电化学阻抗技术测试杂化后石墨烯电导性能,以RBK5为目标污染物进行硫掺杂石墨烯电催化性能研究。研究结果显示,经S掺杂后的石墨烯具有高于纯石墨烯的导电能力与催化活性,当退火温度为400℃且S∶C(质量比)=1.31时,得到的硫掺杂石墨烯(400℃-SG-1.31)在初始pH为3.0时对偶氮染料RBK5的降解效果最好。在初始浓度5mg/L,电流密度为20mA,初始pH为3.0条件下,反应20min即可达到99%的RBK5降解效率。

    聚苯胺中间层改性Ti/PbO2电极的制备及其降解性能
    赵媛媛,刘文静,董培,张亮,杨政伟,赵朝成
    化工进展. 2019, 38(12):  5478-5486.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0538
    摘要 ( 212 )   HTML ( 3 )   PDF (1938KB) ( 150 )  
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    引入导电聚合物聚苯胺膜(PANI,polyaniline)对Ti/PbO2电极进行改性,采用两步电沉积法成功制备出Ti/PANI/PbO2电极。通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、线性伏安扫描(LSV)和交流阻抗(EIS)对制备的电极进行表征,以甲基橙为目标污染物,探讨了PANI的沉积时间对电极性能的影响,并研究了Ti/PANI/PbO2电极对罗丹明B和4-硝基苯酚的降解性能。结果表明,PANI的引入未影响活性层PbO2的晶相结构和形貌特征,但显著提高了电极的析氧电位,Ti/PANI/PbO2的析氧电位可达3.43V。当PANI聚合时间为30min时,电极Ti/PANI-30/PbO2的电化学性能和电催化降解效果最佳。在电流密度为30mA/cm2、污染物初始浓度为50mg/L、Na2SO4浓度为0.1mol/L的实验条件下,反应120min后,Ti/PANI-30/PbO2对甲基橙、罗丹明B和4-硝基苯酚的去除率分别为99.8%、99.9%和94.0%。

    静电纺丝制备蛋清蛋白/聚氧化乙烯纳米纤维
    吕婷婷,安瑛,刘宇健,李好义,谭晶,杨卫民
    化工进展. 2019, 38(12):  5487-5491.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0557
    摘要 ( 195 )   HTML ( 7 )   PDF (720KB) ( 187 )  
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    本研究采用去离子水为溶剂,以蛋清蛋白与聚氧化乙烯(PEO)混合进行静电纺丝制备纳米纤维,采用扫描电镜表征了蛋清蛋白/PEO纳米纤维的形貌特征,探究了溶液质量分数以及纺丝工艺参数对蛋清蛋白/PEO纤维形貌的影响,并采用元素分析测试表征了纤维的元素组成成分。实验结果表明,蛋清在质量分数20%~80%之间表现出可纺性,蛋清质量分数50%的纺丝溶液进行纺丝,在纺丝电压25kV、纺丝距离16cm、挤出速度0.2mL/h的条件下,可纺性最好,制备的纤维无珠串平均直径为389nm,且纳米纤维中11.02%为氮元素,说明蛋清中的蛋白质成功转化为了纳米纤维。蛋清蛋白具有生物友好、可降解、来源广泛等优点,本研究成功实现了蛋清蛋白纳米纤维绿色制造,为其在生物医药、电池催化等领域的应用提供了基础。

    生物与医药化工
    花菁类近红外荧光探针在生物检测中的应用研究进展
    于雪,包青青,姜超,张思霞,张丰旗,陈驰,陶娅妮,张跃伟
    化工进展. 2019, 38(12):  5492-5503.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0442
    摘要 ( 264 )   HTML ( 17 )   PDF (1641KB) ( 287 )  
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    随着现代生物学和生物技术的发展,近红外荧光探针作为一种重要的技术手段在许多领域都展现出了重要的应用价值。因具有背景干扰低、细胞损伤小、样品穿透性强、检测灵敏度高等优点,经常用于分子识别、医学诊断、生物分子检测以及生物成像等方面。本综述从金属离子检测、含硫小分子检测、活性氧(ROS)/活性氮(RNS)检测、酶识别、肿瘤细胞识别及治疗以及细胞内pH响应等方面,介绍了近年来花菁类荧光探针在生物检测中的应用研究进展。同时指出了花菁类荧光探针亟待解决的问题,通过花菁母体的结构修饰和改造提高探针的光稳定性、灵敏度、靶向性和水溶性,有望使其在生物检测以及疾病的诊断方面得到进一步应用发展。

    醇脱氢酶KpADH的127位点对催化活性和对映选择性的影响
    朱诚,许国超,戴威,周婕妤,倪晔
    化工进展. 2019, 38(12):  5504-5511.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0472
    摘要 ( 179 )   HTML ( 3 )   PDF (1269KB) ( 150 )  
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    醇脱氢酶可用于合成手性化合物,在医药、材料等领域应用广泛。来源于多孢克鲁维酵母(Kluyveromyces polysporus)的醇脱氢酶KpADH同时具有还原(4-氯苯基)-(吡啶-2-基)-甲酮(CPMK)和氧化异丙醇、1,4-丁二醇的活性。通过分子对接和结构分析,发现Y127是紧靠底物的关键位点。本文通过对127位点定点饱和突变来提高催化活性和对映选择性,突变体Y127V和Y127I还原CPMK的比活力达到95.0U/mg和84.0U/mg,分别是野生型的6.5倍和5.8倍,突变体Y127L催化CPMK生成(R)-(4-氯苯基)-(吡啶-2-基)-甲醇[(R)-CPMA]的e.e.值由82%提高到99.2%。同时,127位点的突变提高了对醇类底物的氧化活性,突变体Y127I对异丙醇的比活力是野生型的1.46倍,而Y127C更青睐于对1,4-丁二醇的催化氧化,其比活力是野生型的3.00倍。分子间作用力分析表明,Y127L与底物CPMK间增加的氢键和π-π作用力稳定了底物构象,进一步提高了还原CPMK的对映选择性。本文为醇脱氢酶KpADH的分子改造和机制解析提供了指导,提高了该酶的工业应用潜力。

    利用响应面法对L-2菌株降解石油烃进行优化
    孙烁,刘其友,陈水泉,赵朝成,于文赫
    化工进展. 2019, 38(12):  5512-5518.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0520
    摘要 ( 152 )   HTML ( 6 )   PDF (1196KB) ( 174 )  
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    从石油烃污染土壤中分离得到菌株L-2,对石油烃(TPH)的降解进行研究。通过16S rRNA鉴定L-2为肠杆菌属。采用基于Box-Behnken设计(BBD)的响应面方法(RSM),考察温度、pH和TPH质量浓度3个自变量对TPH降解率的交互效应,建立二次回归方程预测模型,确定3个实验因素的最佳组合,通过方差分析验证该二次模型的有效性。确定系数R2=0.9943,表明二次模型与实验数据吻合较好。响应面优化得到最佳降解条件:温度为30℃,pH为7.13和TPH质量浓度为3.93g/L,TPH降解率为87.79%。结果表明,温度对TPH降解速率的影响(P<0.0001)较其他两个参数更显著。GC/MS结果表明菌株L-2可降解十六烷(C16)至二十五烷(C25)范围内的TPH组分。

    基于点击反应的单宁衍生物的合成及其性能
    袁花,钟鑫,廖若雪,阳思,邹金岑,彭志远
    化工进展. 2019, 38(12):  5519-5524.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0523
    摘要 ( 156 )   HTML ( 10 )   PDF (954KB) ( 209 )  
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    植物单宁与溴丙炔反应制备的炔化单宁与对十二烷基苯磺酰叠氮通过点击反应合成单宁衍生物。采用红外光谱仪和元素分析仪对单宁衍生物的结构进行表征,并研究其表面张力、抗氧化能力以及对细菌的抑制作用等性能。结果表明,在单宁分子的结构中引入长链烷基后,改善其亲脂性,制备出的单宁衍生物能显著降低水溶液的表面张力,当单宁衍生物质量浓度为0.8mg/mL时,可降低水溶液的表面张力至28.94mN/m;单宁衍生物对1,1-二苯基-2-苦基苯肼基自由基具有较强的清除能力,当单宁衍生物质量浓度为0.25mg/mL时,对1,1-二苯基-2-苦基苯肼基自由基的最大清除率可达97.08%;由于单宁脂溶性的增加及具有抗菌性能的三氮唑基团的引入,单宁衍生物对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑制作用明显增强。

    精细化工
    不同有机溶剂对新疆油砂沥青的组成性质影响
    刘金河,刘银东,李成杰,杨行,杨普江,张庆轩
    化工进展. 2019, 38(12):  5525-5531.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-1998
    摘要 ( 180 )   HTML ( 2 )   PDF (763KB) ( 202 )  
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    油砂作为一种非常规石油资源,越来越受到人们的重视。油砂沥青的含量和性质对其开发有着重要的影响。有机溶剂抽提可以测定油砂沥青的含量。本文研究了3种溶剂对新疆油砂的抽提能力,并对不同溶剂抽提得到的新疆油砂沥青进行了性质分析。结果表明,新疆油砂含油率(甲苯测)为11.75%,属于中品位油砂矿;甲苯、氯仿和石油醚3种不同溶剂对新疆油砂沥青进行抽提,发现3种溶剂抽提能力的大小关系为氯仿>甲苯>石油醚;抽提过程中,氯仿表现出对胶质和沥青质较强的萃取能力,而石油醚对沥青质的萃取能力几乎为0,采用氯仿可以更准确地测定油砂沥青的含量。氯仿抽提得到新疆油砂沥青及其组分的杂原子含量和分子量高于甲苯和石油醚抽提的。由红外谱图发现,氯仿抽提得到的油砂沥青的含氧、含硫官能团的吸收峰强度大于甲苯和石油醚抽提的,表明氯仿对油砂沥青中极性物质的抽提能力更强。

    十二烷基硫酸钠修饰NiFe2O4对亚甲基蓝的类芬顿催化氧化性能
    周自成,李煦,郭琳琳,范小振
    化工进展. 2019, 38(12):  5532-5538.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0502
    摘要 ( 153 )   HTML ( 6 )   PDF (813KB) ( 196 )  
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    采用化学沉淀法制备了十二烷基硫酸钠(SDS)改性的纳米酸镍(记为NiFe2O4-S),利用X射线衍射(XRD)、红外光谱(FTIR)、能谱(EDS)、透射电镜(TEM)、BET比表面等技术手段对样品进行了表征。采用多相芬顿氧化技术,以亚甲基蓝溶液为模拟污染物废水,研究了SDS对铁酸镍的改性效果、亚甲基蓝溶液初始pH以及催化剂循环使用等不同条件因素对样品类芬顿催化活性的影响。结果显示,经SDS改性后的NiFe2O4-S比纯相NiFe2O4表现出了更优异的催化性能,NiFe2O4-S对酸性(pH=3.5)、近中性(pH=6.5)和碱性(pH=9.5)的亚甲基蓝溶液均有着较好的催化降解效果;NiFe2O4-S具有良好的催化稳定性和重复使用性。对该催化反应体系的作用机理进行了详细探讨,NiFe2O4-S表现出优异的类芬顿催化活性归因于更强的电子转移能力,吸附的SDS能促进H2O2 ? O 2 - 分别与表面Fe3+反应将其还原转化为Fe2+。·OH是直接分解亚甲基蓝的活性物种,反应中NiFe2O4-S表面较高浓度的Fe2+可以有效地把H2O2分解为·OH。SDS增强了催化剂表面对亚甲基蓝的吸附能力,促进了·OH与亚甲基蓝的分解反应。

    资源与环境化工
    燃煤有机污染物排放及其控制技术研究展望
    李津津,陈扉然,马修卫,张智,杨林军
    化工进展. 2019, 38(12):  5539-5547.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0380
    摘要 ( 203 )   HTML ( 11 )   PDF (1120KB) ( 349 )  
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    有机污染物排放是导致大气复合型污染、诱发雾霾、产生光化学烟雾的重要诱因,是当前研究的热点问题。燃煤是有机污染物的来源之一。本文综述了燃煤有机污染物的排放特性,包括燃煤有机物的排放浓度及主要组分,影响燃煤有机物生成的因素,指出燃煤有机污染物浓度较低,苯系物是其重要组成之一。分析了烟气系统中有机物的迁移转化以及烟气处理设施(选择性催化还原脱硝、湿法脱硫、电除尘、湿式电除尘、低低温电除尘)的协同去除作用。最后基于吸附技术和催化技术的研究现状,展望了未来燃煤有机污染物控制的研究方向为:结合现有设备的协同去除作用,优化工艺条件,开发适合燃煤有机物的高效吸附剂和催化剂,开发集高效吸附/氧化/烟气协同净化技术于一体的燃煤有机物高效控制技术。

    人工湿地-微生物燃料电池系统的发展及展望
    夏函青,伍永钢,江文亭,付成林
    化工进展. 2019, 38(12):  5548-5556.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0418
    摘要 ( 209 )   HTML ( 7 )   PDF (709KB) ( 194 )  
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    人工湿地-微生物燃料电池耦合系统是一种新型生物电化学工艺。在该系统中,人工湿地为微生物燃料电池提供所需的氧化还原梯度和化学能,而微生物燃料电池可以提高人工湿地的处理效能并通过产电的方式回收能源,目前研究主要集中在水处理方面。本文结合近几年人工湿地-微生物燃料电池耦合系统的发展,从系统构建和系统性能的影响因素两个方面综述了人工湿地-微生物燃料电池耦合系统的研究现状,其中影响因素包括系统的组成要素(湿地植物、电极材料、基质材料和微生物)和系统运行参数(有机负荷和废水成分、水力停留时间、溶解氧和进水方式)两个方面。最后提出了人工湿地-微生物燃料电池耦合系统需要解决的主要问题:提高系统的库仑效率,进一步降低构建成本,提高系统去污及产电的综合性能,使该系统最终实现产业化。

    基于微生物燃料电池的新型膜生物反应器研究进展
    应贤斌,黄利杰,汪锐,冯华军
    化工进展. 2019, 38(12):  5557-5564.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0494
    摘要 ( 187 )   HTML ( 5 )   PDF (1746KB) ( 194 )  
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    运行耗能低和出水水质好是未来废水处理技术的发展趋势。生物电化学辅助膜生物反应器(bioelectrochemistry-assisted membrane bioreactor,BEMBR)耦合了膜生物反应器和微生物燃料电池两种新型水处理技术,取长补短,有效降低了膜污染速率和提高了出水水质,具有良好的应用前景。本文根据膜组件在BEMBR中的功能综述3种典型反应器构型的优势与不足;从COD去除路径和总氮脱除机制分析了BEMBR污泥减量、能耗削减和污染物去除提升的机理;从物理机制、化学机制及生物机制详细阐述了BEMBR抗膜污染机理。最后,针对目前BEMBR存在的局限,从产电性能、污染物去除效果、膜污染控制机理和微生物种群及代谢等方面提出展望,为加快BEMBR工程化应用提供理论参考。

    基于N-乙基乙醇胺非水CO2吸收剂的抗氧化剂
    储可弘,陈绍云,李强,张华,张永春
    化工进展. 2019, 38(12):  5565-5571.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0403
    摘要 ( 181 )   HTML ( 5 )   PDF (1087KB) ( 207 )  
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    N-乙基乙醇胺(EMEA)+二乙氨基乙醇(DEEA)非水溶液是新型CO2吸收剂,CO2吸收量0.68mol CO2/ mol EMEA、CO2解吸量0.62mol CO2/ mol EMEA及再生能耗7554kJ /kg溶剂,综合性能显著优于文献报道的其他CO2非水吸收剂。但溶剂在工业应用中由于气源伴生的氧气影响,会发生氧化降解。本文研究了配方溶剂的氧化降解性和6种抗氧化剂[丁酮肟、乙醛肟、丙酮肟、N,N'-双亚水杨-1,2-丙二胺(BPPD)、邻苯三酚和碳酰肼]的抗氧化作用。EMEA+DEEA溶剂在13%O2(体积分数)下氧化30天降解率为7.33%(质量分数)。根据电喷雾质谱结果,推测出EMEA通过两种途径氧化,第一种途径为EMEA担载CO2生成氨基甲酸盐,然后发生氧化反应,该产物可与EMEA发生酯化反应。氨基甲酸盐也可发生自身酯化反应,然后发生氧化反应。第二种途径为EMEA直接氧化成乙氨基乙酸,然后由两种途径继续反应。第一种途径为乙氨基乙酸继续氧化为羟基乙酸,羟基乙酸可继续与DEEA反应生成N-二乙基-4-羟基-丙酯,第二种途径是乙氨基乙酸直接与EMEA发生羧合反应。DEEA可直接氧化为N-二乙基乙酸,然后与EMEA发生羧合反应。6种抗氧化剂抗氧化效果差异明显,6种抗氧化剂对EMEA+DEEA非水溶液的抗氧化效果顺序为:乙醛肟>丁酮肟>丙酮肟>BPPD≈碳酰肼>邻苯三酚。EMEA+DEEA+乙醛肟抗降解性能最好,降解率为4.00%。

    电化学协同过硫酸盐氧化法处理含盐有机废水
    陈希,纪志永,黄智辉,赵颖颖,刘杰,袁俊生
    化工进展. 2019, 38(12):  5572-5577.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0444
    摘要 ( 193 )   HTML ( 5 )   PDF (890KB) ( 230 )  
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    近年来,随着煤化工行业不断发展,废水排放量加大。煤化工行业废水排放量大、高盐和高化学需氧量的现状使得对其的处理成为一大热点和难点。本文以伊犁某工厂实际含盐有机废水(TDS含量25000mg/L)成分为依据,选取2-甲氧基苯酚作为煤化工废水中典型有机物,采用电化学协同过硫酸盐法处理含盐有机废水,主要考察电压、初始过硫酸钠浓度、极板间距及初始pH对2-甲氧基苯酚降解率的影响。结果表明,综合考虑电能消耗及氧化剂成本,在2V电压、极板间距3cm、过硫酸钠投加量5g/L、pH=12以及反应3h条件下,2-甲氧基苯酚的降解率可达到97.5%,相较单一的电化学法或过硫酸盐氧化法均有显著提升,协同效应明显。本文研究结果为今后煤化工行业含盐有机废水的绿色高效处理提供了一种新的思路。

    活性炭配炭的吸附性能及其与孔结构的关系
    刘德钱,解强,万超然,邓锋,黄小晴,翟笑迪
    化工进展. 2019, 38(12):  5578-5586.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0450
    摘要 ( 188 )   HTML ( 11 )   PDF (1187KB) ( 299 )  
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    采制11种典型水处理用商品活性炭样品,两两混合进行配炭,对配炭组分及配炭的碘值、亚甲蓝值、丹宁酸值和焦糖脱色率等吸附性能指标及孔结构特征进行了测试和表征。采用加权平均拟合、线性拟合及多项式拟合等方法,研究配炭吸附性能指标与配炭组分吸附性能指标间的量化关系,关联活性炭孔结构与吸附性能指标。结果表明:活性炭配炭的吸附性能指标可由配炭组分的吸附性能指标通过加权平均计算,相对误差<4%,且配炭的孔结构也具备加和性;活性炭碘值、亚甲蓝值、丹宁酸值和焦糖脱色率的大小分别取决于活性炭1.0~2.8nm、1.5~10nm、2.0~50nm和3.0~50nm孔隙的发达程度,与孔容积的线性相关系数介于0.91~0.94。

    医疗固体废弃物热解及其产物特性分析
    方书起,崔俊乐,史兆臣,白净,常春,李攀
    化工进展. 2019, 38(12):  5587-5593.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0465
    摘要 ( 193 )   HTML ( 5 )   PDF (607KB) ( 211 )  
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    目前关于医疗固体废弃物热解的研究主要集中在热解条件对产物分布的影响,在产物成分及应用方向少有报道。本试验将预处理后的医疗固体废弃物在450~550℃下进行热解处理,对热解后产生的气体、液体、固体三相产物,系统地分析了其成分及产物特性,并提出其进一步资源化利用方向。结果表明,所得气体产物中可燃组分占83.17%,热值为10995kcal/m3(1kcal=4.18kJ);液体产物热值为8973kcal/kg,进一步分离提纯后所得产物中烃类组分占67.81%,热值可达10214kcal/kg;固体产物经过改质后,碳含量高达63.13%,热值为5455kcal/kg。研究表明,医疗固体废弃物热解得到的气、液、固三相产物在资源化利用方面都具有一定的价值,除了可以直接用作替代燃料外,三相产物中均含有多种应用广泛的化工原料。

    煤矸石低温中和过程铁、钙、镁的溶出及动力学
    郑光亚,李银,夏举佩,李宛霖,辜芳,王伟杰,杨劲,刘成龙
    化工进展. 2019, 38(12):  5594-5602.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0491
    摘要 ( 234 )   HTML ( 7 )   PDF (1726KB) ( 198 )  
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    立足于贵州盘州丰富的煤矸石资源,为探求其高值化开发利用途径,采用硫酸浸取法对煤矸石中铁、钙、镁的提取过程进行研究。研究结果表明:在中和反应过程中,随着温度的升高,铁、钙、镁的溶出逐渐增加,最后趋于平稳,温度对铁、镁溶出率的影响较为显著,对钙溶出的影响相对较小。因此,选择低温中和过程作为铁、钙、镁溶出动力学研究。动力学研究结果表明:煤矸石中和过程中铁、钙、镁溶出的活化能分别为19.523kJ/mol、8.300 kJ/mol和27.565 kJ/mol,Ea钙Ea铁Ea镁,说明在煤矸石硫酸浸出中和反应过程中钙的溶出最容易,铁次之,镁的溶出相对较难;浸出过程的动力学控制类型属于内扩散控制,可用动力学方程1-23x-1-x23=kt来描述。通过对固相物质XRD、SEM的表征,初步对煤矸石中的碳酸盐酸浸溶出过程进行了机理分析,为工业生产中煤矸石的高效利用提供了技术指导和理论支撑。

    N-杂环离子液体液固相变吸收SO2
    谢旭豪,陈玲,许胜超,赵文波
    化工进展. 2019, 38(12):  5603-5611.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0541
    摘要 ( 172 )   HTML ( 4 )   PDF (1152KB) ( 206 )  
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    采用不同N含量及碱性的六元N-杂环三级胺与不同酸性的有机羧酸直接中和制备了一系列离子液体,并将其用于SO2的捕集,发现制得的部分离子液体可液固相变吸收SO2。通过探究不同N-杂环离子液体对SO2的吸收负载量,发现离子液体的SO2吸收性能受阳离子N含量以及阴、阳离子的pKa共同影响。采用XRD、FTIR、元素分析、单晶衍射等表征手段对1,3,5-三甲基六氢-1,3,5-三嗪乙酸盐离子液体相变吸收SO2的产物进行分析,单晶解析发现固体吸收产物为甲胺基甲磺酸,并进一步推测了该离子液体吸收SO2的反应过程与相变机理,反应过程先是1,3,5-三甲基六氢-1,3,5-三嗪在酸性条件下分解成亚甲基甲胺,然后由于SO2的亲核作用,导致亚甲基甲胺碳氮双键的断裂和产物碳硫单键的形成。

    《化工进展》2019年第38卷第1~12期主要栏目分类索引
    化工进展. 2019, 38(12):  1-14. 
    摘要 ( 132 )   PDF (1551KB) ( 154 )  
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