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本期目录
2020年 第39卷 第1期 刊出日期:2020-01-05
    化工过程与装备
    RWCE优化换热网络的不可行解影响分析及强化策略
    苏戈曼,崔国民,鲍中凯,肖媛,蒋奥炜
    化工进展. 2020, 39(1):  14-25.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0595
    摘要 ( 252 )   HTML ( 11 )   PDF (1327KB) ( 112 )  
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    换热网络优化问题常以外罚函数法处理约束,赋予违反约束的不可行解较大的罚值。强制进化随机游走算法(RWCE)优化换热网络时,其非贪婪搜索机制使不可行解以一定概率被保留,从而改变全局寻优过程。本文首先分析不可行解对优化进程的影响,揭示偏移量较小的不可行解对结构进化的促进作用;然后提出差解概率动态调整策略,合理利用不可行解的正面作用,强化结构进化能力;最后,鉴于上述优化结果中偏移量较小的不可行解居多,提出一种可行化策略,通过分段罚指数和双种群优化技术促使过程中有潜力的不可行解快速返回可行域,并提升优化质量。将结合两条强化策略的改进算法应用于16股流与15股流算例,优化结果较文献最优解分别节省了0.35%、0.48%,表明改进后的算法较原算法全局搜索能力得到了显著提升。

    电场对竖直矩形微槽群润湿及表面温度的影响
    于樱迎,唐瑾晨,胡学功
    化工进展. 2020, 39(1):  26-33.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0597
    摘要 ( 248 )   HTML ( 3 )   PDF (1564KB) ( 160 )  
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    微槽群在热流密度较大时会达到其毛细极限,可通过主动换热方式之一——电水动力学效应对其进行强化。本文为了研究电场对微槽群表面润湿特性和温度分布的影响,采用平板电极提供电场,蒸馏水作为工质,使用高速相机拍摄微槽内液体润湿长度,测量误差为2.97%~7.46%;使用红外热像仪拍摄电场作用下微槽群表面温度分布,测量误差为2.1%~2.39%。热流密度测量误差范围是9.66%~11.11%。结果表明:电场通过驱动微槽内流体向加热区域流动而提升其润湿性能,且较低热流密度下提升更好。因润湿性能的提升,微槽表面温度得以下降。随着电场增强,微槽横向温度分布的“波峰”、“波谷”差别加大,微槽纵向温度明显降低。当热流密度加大时,温降更为显著,1.4W/cm2热流密度、6kV电压下温降可达到30℃以上。温降的增加反映了电场对微槽的强化润湿进一步提升了微槽换热性能,且电场对较高热流情形下的微槽换热有着更为显著的强化效果。

    水处理集成微藻生物柴油生命周期系统环境影响评价
    黄泽健,罗祎青,袁希钢
    化工进展. 2020, 39(1):  34-41.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0542
    摘要 ( 268 )   HTML ( 12 )   PDF (833KB) ( 266 )  
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    采用生活废水的二级出水培养微藻可有效提高微藻生物柴油生产过程的环境效益,降低其环境影响。本文基于生命周期分析原理,针对结合了废水培养微藻的两种微藻生物柴油生产技术路线,即传统路线和热解酯化路线,建立了环境影响评价模型;提出了水处理集成微藻生物柴油生命周期系统评价的水处理过程替代效应的概念及其环境效益定量评价方法;通过计算对比了基于新鲜水培养微藻的两种技术路线的总环境影响指数和废水培养微藻的两种技术路线的环境效益,表明热解酯化工艺结合废水培养微藻路线相较其他工艺路线具有最小的环境影响,表明水处理过程替代效应在水处理集成微藻生物柴油生命周期系统评价中的有效性和必要性。

    智能微流控检测芯片的构建及其Pb2+检测性能
    汪伟,彭减,林硕,谢锐,巨晓洁,刘壮,褚良银
    化工进展. 2020, 39(1):  42-48.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0604
    摘要 ( 277 )   HTML ( 3 )   PDF (1403KB) ( 135 )  
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    通过将具有Pb2+响应性的聚(N-异丙基丙烯酰胺-共聚-苯并-18冠-6丙烯酰胺)智能微凝胶与H型微通道相结合,构建了一种能便捷、灵敏、可视化检测水溶液中Pb2+浓度的新型智能Pb2+检测微流控芯片。该微流控检测芯片主要由软光刻技术构建,并结合紫外光照聚合在H型微通道中原位构建智能微凝胶。基于该微凝胶的Pb2+响应性体积相变和H型微通道中的流体流动,该微流控检测芯片能将Pb2+浓度信号有效转换为易于检测读取的、可视化的H型微通道中指示液覆盖的指示柱数目的变化信号。通过光学显微镜便捷观察测量指示液覆盖的指示柱数目的变化,实现了对水溶液中痕量Pb2+浓度的超灵敏定量检测。该微流控检测芯片为水环境中的痕量Pb2+浓度的便捷、灵敏、可视化检测提供了新策略。

    气液两相并流向下通过筛板孔口单元的压降特性
    张安琪,谯敏,武劭恂,毛宇,黄卫星
    化工进展. 2020, 39(1):  49-55.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0625
    摘要 ( 264 )   HTML ( 7 )   PDF (1763KB) ( 163 )  
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    针对堆叠筛板填料的基本单元,采用12种不同规格的孔板,研究了气液两相并流向下通过孔口的压降特性,阐明了气液流量、孔板结构对压降的影响规律。结果表明:压降随气液流量的增加而增大;随孔径的增大而减小;在筛板常用厚度范围内,孔口锐缘效应使得压降随板厚减小而增大。根据孔口压降行为不同,以气相雷诺数ReG=5000分界,建立了单一气相向下通过孔口的压降预测关联式;然后利用气相折算因子对关联式进行修正,得到了ReG>5000时气液并流向下通过孔口的压降预测关联式;当ReG<5000时,通过直接对单一气相阻力系数进行修正,得到了相应气相雷诺数范围内的气液两相压降预测关联式。

    基于实验误差修正模型的闪蒸-双工质联合地热发电系统分析
    尹洪梅,骆超,赵军,王永真,胡立凯
    化工进展. 2020, 39(1):  56-64.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0628
    摘要 ( 226 )   HTML ( 1 )   PDF (1749KB) ( 119 )  
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    建立了闪蒸与双工质地热发电模型,以单位热水发电量最大化为优化目标,利用遗传算法对不同热源温度下的闪蒸压力、蒸发温度和冷凝压力等参数进行优化;并搭建闪蒸-双工质实验装置,测试了在100~150℃热源条件下发电系统在稳定运行工况下的流量、温度、压力和输出功率等参数,并利用测试数据对模型进行修正。结果表明,温度越高,闪蒸-双工质联合地热发电的单位热水发电量的增加量越大,系统适应高温热源的指标越好;误差修正模型ECM2和实验数据具有较好的吻合性,其闪蒸压力P10、蒸发压力P5和单位热水发电量Ne相对误差均不超过5%;对联合发电系统进行稳定性分析,表明当负载功率小于输出功率55%时系统的输出功率变化较大,当负载功率大于或等于输出功率时系统的输出功率保持不变。另外,对联合发电系统的各项?损分析表明,较低的等熵效率导致膨胀机?损占比最大,还可以进一步考虑优化冷凝器。得到的相关结论可以为我国西部地区中高温地热资源的开发和利用提供指导建议。

    油砂沥青质对油砂沥青中甲苯残留的影响
    宋焦焦,张自生,隋红,何林,李鑫钢
    化工进展. 2020, 39(1):  65-71.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0644
    摘要 ( 230 )   HTML ( 9 )   PDF (993KB) ( 108 )  
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    利用热重质谱联用仪(TG-MS)分析了三种油砂沥青(印尼油砂沥青、伊朗油砂沥青、加拿大油砂沥青)中的甲苯残留以及油砂沥青质含量对油砂沥青中甲苯残留的影响,并在此基础上,进一步研究了油砂沥青质中的甲苯残留。结果发现,不同油砂沥青中甲苯残留量存在一定差异,其中印尼油砂沥青中的甲苯残留量最多。进一步对沥青质质量分数分别为10%、19%、30%的油砂沥青样品进行热重质谱实验,发现随着油砂沥青中沥青质含量的增加,甲苯的残留量会成倍增加。以加拿大油砂沥青质为例,研究了油砂沥青质对溶剂残留的影响,发现油砂沥青质具有对甲苯分子的夹带能力,导致甲苯分子在超过自身沸点40℃以上才能从沥青质中分离出来。油砂沥青中其他组分的存在也会加剧沥青质对甲苯的夹带作用。此外,研究还发现,在350~650℃时,油砂沥青质可以热解产生甲苯,而且油砂沥青中的沥青质含量越高,热解生成的甲苯越多。

    考虑间接换热额外换热温差的间歇过程储热集成
    刘昶,李士雨,谢晓兰
    化工进展. 2020, 39(1):  72-79.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0689
    摘要 ( 265 )   HTML ( 10 )   PDF (1517KB) ( 224 )  
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    间歇过程流股间换热有直接换热和间接换热两种方式,通过储热介质进行间接换热会产生额外的换热温差。现有的夹点分析方法考虑间接换热额外换热温差后,难以得到经济且可行的储热集成方案。本文在夹点分析的基础上,提出了一种考虑间接换热额外换热温差的间歇过程储热集成方法。该方法首先使用不同的直接换热和间接换热温差进行热级联分析,确定储热集成后的最小冷、热公用工程用量,识别储热位置和储热量,并依据热级联分析结果,建立时间段温焓图确定储热介质温度,得到储热方案。然后,将储热流股转化为放热时间段的冷流股和需热时间段的热流股,进行换热网络综合与优化,得到符合实际应用的储热集成方案。最后,通过经典实例证明了所提方法的可行性和有效性。

    气隙式膜蒸馏在溴化锂吸收式制冷系统中的应用
    李恋,陈志,杨进飞,王计辉,李建明
    化工进展. 2020, 39(1):  80-88.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0576
    摘要 ( 257 )   HTML ( 2 )   PDF (1583KB) ( 261 )  
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    以1H, 1H, 2H, 2H-全氟癸基三乙氧基硅烷(PFDTES)为改性剂,采用表面接枝方法制备疏水性PFDTES-Al2O3管式复合膜,并将其应用于溴化锂吸收式制冷系统。通过LiBr/H2O溶液的气隙式膜蒸馏实验,测试管式复合膜对溶液的分离性能。结果表明:通过PFDTES成功制备出疏水性PFDTES-Al2O3管式复合膜;膜蒸馏渗透通量随着操作压力、进料温度及进料流量的增大而增大,随着进料浓度的增大而减小;对于LiBr的截留率始终保持在99.99%以上。在膜蒸馏实验结果的基础上,进一步利用Aspen Plus软件模拟了基于PFDTES-Al2O3复合膜的新型溴化锂吸收式制冷系统的换热过程,研究该复合膜应用于溴化锂吸收式制冷系统的可行性。结果表明:性能系数(COP)随着LiBr/H2O稀溶液浓度及流量的增大而减小,随着LiBr/H2O稀溶液温度的升高而增大;并且LiBr/H2O稀溶液温度及流量是主要的影响因素。在操作压力0.08MPa、LiBr/H2O稀溶液流量86L/h、质量分数50%、温度>70℃、冷侧流量120L/h和温度20℃的条件下,COP>0.7,说明将PFDTES-Al2O3复合膜用于溴化锂吸收式制冷系统,不仅可以减小设备的体积,还能降低运行成本,具有较高的可行性。

    基于危险和可操作性和模拟计算的氯乙烯精馏定量风险分析
    陈鑫,陶刚,张礼敬
    化工进展. 2020, 39(1):  89-94.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0556
    摘要 ( 299 )   HTML ( 7 )   PDF (738KB) ( 221 )  
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    为提高工业过程风险分析的准确性,通过危险和可操作性(HAZOP)定量分析方法建立了基于HAZOP定量分析模型。本文将传统的HAZOP分析和化工模拟软件Aspen Plus相结合,建立工艺流程模型。通过灵敏度分析功能模拟过程参数产生偏差大小对系统影响的程度,从而对偏差进行量化,确定过程参数的安全操作范围。将此方法应用于某化工厂氯乙烯精馏的风险分析中,结果表明,该方法可以准确反映进料参数偏差对氯乙烯精馏系统的影响:当进料温度相对偏差高于25%时,低沸塔再沸器热负荷超出安全阈值;进料量相对偏差高于20%时,两塔冷凝器热负荷超出安全阈值;进料组成绝对偏差高于1.5%时,高沸塔冷凝器热负荷超出安全阈值,塔顶产品质量下降。通过进料参数偏差量化,实现氯乙烯精馏定量风险分析,为企业提出更为有效的安全措施。

    基于旋转浮阀的复合曝气器在曝气池中的应用及CFD模拟
    王斌杰,沈绍传,姚克俭
    化工进展. 2020, 39(1):  95-102.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0569
    摘要 ( 248 )   HTML ( 7 )   PDF (2271KB) ( 241 )  
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    基于气体通过阀片后能在阀盖四周形成旋转流场的特点,本文将旋转浮阀应用于曝气池中,以提高其充氧性能。在旋转浮阀四周均匀排布6个气泡石,即旋转浮阀-气泡石复合曝气器;在长宽高为800mm×600mm×910mm的透明有机玻璃池内,以空气-清水为体系,进行曝气实验。为了考察旋转浮阀形成的旋转流场对曝气的影响,以塔内件领域常见的F1浮阀以及气泡石为基准进行实验比较。结果表明,与F1浮阀-气泡石复合曝气器相比,旋转浮阀-气泡石复合曝气器的中心测量点与边界测量点的溶解氧浓度更接近,充氧均匀性指数也更小,说明了旋转浮阀能促进气泡分布均匀,减少传质死区。相比于F1浮阀-气泡石复合曝气器,旋转浮阀气泡石复合曝气器提高了氧总传质系数、氧传质速率、氧传质效率和曝气效率;相比于气泡石曝气器,旋转浮阀-气泡石复合曝气器提高了氧总传质系数、氧传质速率,但降低了氧传质效率和曝气效率。本文还利用CFD模拟流场分布,解释了旋转流场的产生及其提高曝气充氧能力的原因。

    能源加工与技术
    C10+重芳烃加氢机理及热力学研究进展
    范景新,苏文利,郭春垒,孙磊,马明超,李健,赵训志,臧甲忠,于海斌
    化工进展. 2020, 39(1):  103-111.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0550
    摘要 ( 295 )   HTML ( 10 )   PDF (954KB) ( 305 )  
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    随着国内C10+重芳烃产量逐年提升,炼厂对提质增效需求日益高涨,对C10+重芳烃高效转化利用技术的需求也日益迫切。由于C10+重芳烃富含稠环芳烃,而加氢是稠环芳烃转化为单环芳烃的重要手段,因此,C10+重芳烃中代表性芳烃的加氢机理和热力学研究日趋受到重视。本文从C10+重芳烃原料性质分析入手,详细阐述了C10+重芳烃中代表性芳烃的加氢反应路径及机理、加氢反应热力学的研究进展,以期为实际应用和催化剂开发提供参考。稠环芳烃组成对适宜的加氢反应条件、单环芳烃产品收率、氢耗、反应放热等都有较大影响,为了最大化生产低碳芳烃、降低氢耗,需要根据重芳烃的组成,从原料预切割/预处理、催化剂结构及活性中心、工艺条件这3个方面同时着手进行优化,进而实现对加氢过程的定向调控。

    新型VESTA甲烷化工艺路线探究
    宫万福,闫兵海
    化工进展. 2020, 39(1):  112-118.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0763
    摘要 ( 289 )   HTML ( 11 )   PDF (669KB) ( 225 )  
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    分析了现有煤制合成天然气技术主要存在的问题,介绍了新型无循环、适应宽氢碳比的VESTA甲烷化技术。VESTA甲烷化技术的显著特征是利用合成气中的CO2和外加水蒸汽来控制甲烷化反应温升,不需要操作条件苛刻的循环气压缩机;在甲烷化反应之前对原料气只脱硫、不脱碳,甲烷化反应之后再集中脱碳;经中试试验得出原料气中的H2/CO比不影响最终的SNG产品指标;甲烷化后的粗SNG产品气中的CO2体积分数高达71%,因而可在脱碳前低成本联产中压液体CO2产品。这部分液体CO2产品除了可用泵增压输送到粉煤气化单元用作输送气体外,还可以直接作为副产品为企业增加收益,并间接降低了碳排放。新型VESTA甲烷化技术与现有带循环压缩机的甲烷化技术相比,不但更容易操控,而且还提高了操作的稳定性和安全性,同时又能极大地降低净化装置、甲烷化装置及SNG干燥装置的投资和能耗。因此,采用VESTA甲烷化技术,能有效地提高煤制合成天然气的市场竞争力。

    褐煤氧化和气化反应协同作用下夹带流反应器的建模
    程相龙,郭晋菊,张海永,孙加亮,张延兵,宋成建
    化工进展. 2020, 39(1):  119-128.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0180
    摘要 ( 287 )   HTML ( 6 )   PDF (1067KB) ( 177 )  
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    为了建立?80mm×3000mm下行夹带流煤气化反应器模型,以胜利褐煤为原料,在该反应器中进行了N2、O2、H2O、H2O+O2气氛下800℃/900℃气化实验,研究了流场分布、主要反应发生区域,并结合反应机理和缩合模型推导了不同速控步/气化气氛下C-O2氧化和C-H2O气化速率方程。结果发现,实验条件下,喷嘴附近的射流区及其周围的回流区仅占反应器高度的5%,气相主要以平推流流动;热解和燃烧反应同时发生,反应器分为热解燃烧区和气化区;气膜扩散控制下的C-O2氧化速率方程和化学反应控制时C-H2O气化速率方程与实验数据吻合较好;相对H2O气氛,H2O+O2气氛下C-H2O气化反应的表观气化反应速率常数明显较大,尤其在高温下,建模时需分别考虑H2O和H2O+O2气氛下气化速率。这主要是由于氧化反应的开孔/扩孔作用使碳颗粒微孔数量、比表面积、孔容增加,促进了C-H2O气化反应。采用MATLAB编程拟合求解模型中未知参数和模型,对12组实验(60个数据点)进行预测,85%预测值误差小于20%,70%预测值误差小于10%。对褐煤转化率的预测,75%预测值误差小于4.6%。建立的反应器模型误差较小,为反应器设计和放大奠定基础。

    含环戊烷体系中二氧化碳水合物形成分解热特性
    谢文俊,李小森,邹颖楠,徐纯刚
    化工进展. 2020, 39(1):  129-136.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0627
    摘要 ( 232 )   HTML ( 12 )   PDF (866KB) ( 407 )  
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    水合物法分离捕集二氧化碳(CO2)是实现碳减排的重要技术。然而,受制于气体水合物形成分解微观机理的不明确,水合物形成速度慢及气体消耗量低两个关键问题还未得到解决,气体水合物CO2分离捕集技术还未得到商业应用。为了揭示气体水合物形成微观机理,本研究利用激光Raman光谱仪对不同实验条件下生成的CO2水合物进行测试,详细分析了生成的气体水合物的Raman峰,利用低温高压差式扫描量热仪(DSC)对含环戊烷(CP)体系中CO2水合物形成分解进行热表征。研究发现,恒容条件下,初始压力为2.5MPa时,气体消耗量为0.0187 mol/mol,CO2的Raman峰出现在1276.3 cm-1和1379.6 cm-1;初始压力为5.0MPa时,气体消耗量为0.744mol/mol,CO2的Raman峰出现在1276.1 cm-1和1379.6 cm-1。CO2水合物形成分解热结果表明,一方面,随着操作温度、压力条件的变化,形成水合物的种类与结构发生改变;另一方面,对于相同初始体系,最终形成的水合物不是单一的,而是多种水合物共存。此研究结果为进一步理清气体水合物形成微观机理提供了理论基础和重要的科学依据。

    基于分子模拟的低温煤焦油中酚类化合物的溶解特性
    李光升,解强,张香兰,张海永
    化工进展. 2020, 39(1):  137-144.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0549
    摘要 ( 291 )   HTML ( 19 )   PDF (1150KB) ( 135 )  
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    低温煤焦油中酚类化合物溶解行为及机理研究是其高效分离的基础。本文以焦油中的典型组分为研究对象,借助混合能参数,模拟计算各组分与酚类化合物的相溶性;在焦油模型中,借助相互作用能、径向分布函数计算及电子密度分析,探究酚类化合物的溶解机理。结果表明:①焦油中各组分物质苯环上取代基基团、苯环数量等结构特征是影响酚类化合物在焦油中溶解行为的关键;②酚类化合物在各组分中的溶解行为受到缔合作用的影响,缔合作用越大、空间位阻效应越小,酚类化合物与其他组分相溶性越强;③模型焦油中,苯酚与苯、苯并噻吩之间缔合作用力均为π-π堆积作用力,苯酚与正己烷、吲哚之间缔合作用力分别为CH-π堆积作用力和N—H···O氢键。

    铝空气电池用6061和7075铝合金阳极电化学性能
    杨亚刚,俞小花,张磊,史春阳,庄晓东,谢刚
    化工进展. 2020, 39(1):  145-151.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0667
    摘要 ( 369 )   HTML ( 12 )   PDF (916KB) ( 347 )  
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    研究了工业6061铝合金(6061)、航空7075铝合金(7075)和纯铝作为铝空气电池阳极材料的电化学性能,分析其作为阳极的可行性及适用环境。进行了阻抗、极化曲线和恒电流放电实验并进行了表面表征,计算了在40~120mA/cm2电流密度下连续恒流放电的阳极能量密度。用电子探针显微镜(EPMA)对电极表面形貌进行了研究,用波谱分析仪(WDS)进行表面分析。研究结果表明,合金元素在电池放电过程中会改变阳极的表面特性。6061中合金元素含量对电池阳极材料的性能产生了积极影响,使得合金的表面放电面积变大,放电均匀,更适合作为铝空气电池阳极材料。

    工业催化
    甲醇蒸汽重整制氢反应动力学研究进展
    庄晓如,徐心海,夏鑫,李伦,徐文福
    化工进展. 2020, 39(1):  152-165.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0432
    摘要 ( 506 )   HTML ( 17 )   PDF (869KB) ( 802 )  
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    甲醇蒸汽重整制氢技术对于解决汽车、船舶等交通工具上燃料电池的氢源问题具有重要意义,近年来已成为碳氢燃料重整制氢的研究热点。本文首先综述了甲醇蒸汽重整制氢的5种反应机理,该方面的研究仍处于定性和推理阶段,尚未达成统一的结论。然后分析了甲醇蒸汽重整反应动力学的研究进展,发现大多研究是基于Cu系催化剂提出,反应温度集中在160~350℃,反应压力多为1atm,研究表明反应物水醇比最优值为1.3~1.4。最后,整理了研究中所提出的动力学模型,指出相较于单速率和三速率模型,双速率模型可反映产物中CO的含量及其对反应速率的影响,且模型相对简单,动力学方程的求解过程也相对容易,但其适用性还有待进一步验证。本文可为甲醇蒸汽重整制氢系统的设计与优化提供理论依据。

    负载银纳米催化剂的聚多巴胺基微球的高效催化性能
    郭石菲,谢锐,汪伟,巨晓洁,刘壮,褚良银
    化工进展. 2020, 39(1):  166-173.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0669
    摘要 ( 374 )   HTML ( 14 )   PDF (1674KB) ( 244 )  
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    利用聚多巴胺(PDA)的还原性和黏附性,成功制备了分别负载银(Ag)纳米催化剂的聚N-异丙基丙烯酰胺-聚多巴胺(PN@PDA/Ag)核壳型微球、聚苯乙烯-聚多巴胺(PS@PDA/Ag)核壳型微球和聚多巴胺(PDA/Ag)均质型微球。系统研究了PN@PDA/Ag、PS@PDA/Ag和PDA/Ag微球的微观结构、化学组成及Ag纳米颗粒的分布情况,并考察了在模型催化反应中,还原剂硼氢化钠(NaBH4)和反应物对硝基苯酚(4-NP)摩尔比对微球催化性能的影响。结果表明,3种微球均成功负载了Ag纳米催化剂,相比于两种核壳型微球,PDA/Ag微球负载Ag纳米催化剂的含量最多。随着NaBH4和4-NP摩尔比的增加,PN@PDA/Ag、PS@PDA/Ag和PDA/Ag微球对4-NP的转化率逐渐增大。在考察的摩尔比下,PDA/Ag微球均表现出比PN@PDA/Ag和PS@PDA/Ag微球更优异的催化性能。当摩尔比为500∶1时,PN@PDA/Ag、PS@PDA/Ag和PDA/Ag微球的表观反应速率常数(kapp)值分别为0.21min-1、0.35min-1和1.78min-1。PDA/Ag微球的kapp值远高于文献报道的PDA/Ag微球kapp的最大值0.35min-1。研究结果将为高效催化微球的设计和制备提供理论指导和实验基础。

    双循环反应系统中麦饭石催化提质生物质热解挥发分
    李伶俐,徐绍平,杨怀天
    化工进展. 2020, 39(1):  174-180.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0640
    摘要 ( 182 )   HTML ( 3 )   PDF (1370KB) ( 69 )  
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    以麦饭石作为催化提质床料,在双循环反应系统中进行了生物质快速热解挥发分的催化提质实验,考察了麦饭石提质床料、催化提质温度和提质循环速率对生物质快速热解产物的影响。和石英砂相比,麦饭石催化提质降低了焦油产率,但提高了焦油中轻质焦油的相对含量。同时,麦饭石促使生物油中的氧元素以H2O、CO和CO2的形式脱除,且主要以H2O和CO的形式脱除,使焦油中烃类、酚类含量显著增大,酸类、酮类物质含量显著降低。催化提质温度升高更有利于焦油中的氧以H2O和CO形式脱除,焦油中烃类相对含量随提质温度升高而增加,而酸、酯、酮类含量降低。提高催化提质循环速率,焦油中轻质组分相对含量增加,但焦油中烃类、酚类相对含量均降低。在提质温度520℃,提质循环速率5.5kg/h时,提质油品质较好,轻质焦油含量较高,酚类物质相对含量可达到46.37%。

    表面润湿性可控的碳纳米管负载钯催化剂及其在1,8-二硝基萘选择性加氢中的催化性能
    窦梦迪,丁雪洁,刘雯欣,张伟,鲁墨弘,李明时,朱劼
    化工进展. 2020, 39(1):  181-189.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0218
    摘要 ( 318 )   HTML ( 5 )   PDF (1145KB) ( 132 )  
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    首先通过原子转移自由基聚合技术(atom transfer radical polymerization,ATRP)在碳纳米管(CNT)表面接枝聚N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAM),成功制备出表面润湿性可控的复合载体(CNT-PNIPAM),并以其为载体制备Pd催化剂(Pd/CNT-PNIPAM)。采用红外光谱仪(FTIR)、热重仪(TGA)、有机元素分析仪(OEA)、差示量热仪(DSC)、X射线衍射仪(XRD)、透射电镜(TEM)和N2吸附等手段对材料进行表征。制备的催化剂用于1,8-二硝基萘(1,8-DNN)选择性加氢反应,并研究表面化学对催化性能的影响。结果表明,CNT-PNIPAM的最低临界溶液温度(LCST)为37℃左右。利用温敏效应,CNT-PNIPAM在25℃(<LCST)下负载Pd纳米颗粒,粒径为3.6nm±0.8nm。载体在低温下的亲水表面提高了Pd纳米颗粒在其上的分散。Pd/CNT-PNIPAM在120℃ (>LCST)下表面润湿性发生转换。PNIPAM接枝引起催化剂表面化学性质的变化,进而使其对底物的吸附性能发生改变。Pd/CNT-PNIPAM上Pd颗粒的高度分散及其对1,8-DNN优良的吸附性能不仅使催化活性得以提高(反应速率常数k=2.1h-1),而且对1,8-DAN的选择性也更高完全反应时1,8-DAN选择性达98%)。

    氧化石墨烯表面同步合成与固载酞菁及其光催化性能
    刘叶峰,左鹏,陈南,王飞,焦纬洲,王蕊欣
    化工进展. 2020, 39(1):  190-198.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0600
    摘要 ( 304 )   HTML ( 8 )   PDF (1998KB) ( 296 )  
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    首先在氧化石墨烯(GO)上键合邻苯二腈前体,然后通过“同步合成与固载”的方法在含邻苯二腈的GO表面键合醛基钴酞菁(CoAlPc),制得GO负载化的钴酞菁复合催化剂CoAlPc/GO。通过红外光谱仪(FTIR)、透射电镜(TEM)、紫外-可见光分光光度计(UV-vis)等对其结构、形貌进行表征。以有机污染物亚甲基蓝(MB)为目标降解物,研究所制CoAlPc/GO复合催化剂在可见光下的光催化性能。重点考察了pH和CoAlPc/GO投加量对亚甲基蓝降解率的影响及其循环稳定性。结果表明,通过共价键合的方法能够成功在GO表面固载醛基钴酞菁(CoAlPc),得到负载化酞菁光催化剂CoAlPc/GO。所制备的CoAlPc/GO电荷转移阻抗较CoAlPc大大减小,从而表现出良好的光催化活性。可见光照射60min,在一定量H2O2存在下,较低的CoAlPc/GO用量(0.003g)便能有效催化MB降解,其降解率高达99.9%。MB在 · O 2 - 、·OH和空穴的共同作用下氧化降解。此外,CoAlPc/GO还表现出了很好的重复使用性,循环使用7次仍具有较好的光催化活性。

    材料科学与技术
    生物医用材料聚乳酸的合成及其改性研究进展
    詹世平,万泽韬,王景昌,阜金秋,赵启成
    化工进展. 2020, 39(1):  199-205.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0656
    摘要 ( 591 )   HTML ( 22 )   PDF (909KB) ( 1040 )  
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    聚乳酸是一种具有良好生物相容性的可降解生物材料,被广泛应用于医药、医疗和食品包装等领域。随着科学技术的进步,对聚乳酸材料的性能提出了新的要求和用途,研究者在合成方法和改性研究方面也取得了新的成果。本文阐述了聚乳酸的化学结构和基本特性,常用合成方法,包括阳离子聚合、阴离子聚合和配位聚合的基本概念和应用实例,介绍了近年来发展的酶催化聚合、超临界二氧化碳中聚合等绿色合成方法,着重介绍了聚乳酸亲水改性、pH响应改性和分支结构改性等几种用于医用方面的改性方法,最后对聚乳酸材料研究发展方向进行了展望,提出在聚乳酸基体中添加极低含量的无机纳米粒子填充物,可显著改善复合材料的性能,指出生物纳米复合包装材料的技术开发是未来几年着重研究的方向。

    磁性纳米材料处理含铀废水的研究进展
    阳鹏飞,黎杰鑫,朱春霞
    化工进展. 2020, 39(1):  206-215.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0705
    摘要 ( 277 )   HTML ( 18 )   PDF (847KB) ( 321 )  
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    磁性纳米材料具有较强的化学稳定性、可再生回收、良好的吸附性能和易于分离等优点,在去除水溶液中的铀酰离子方面有广泛的应用前景。然而,磁性纳米材料也存在易团聚、易氧化等不足,通过表面修饰或改性等方法可改善其不足,提高其对废水中铀酰离子的去除能力,改善其吸附效果。本文通过总结近年来的相关研究资料,概括了磁性纳米材料的种类,归纳总结并比较了不同种类磁性纳米材料对含铀废水的去除能力及优势与不足,探讨了磁性纳米材料在含铀废水处理中的应用并对其机理进行了分析,阐述了磁性纳米材料去除溶液中铀酰离子的影响因素,简述了目前磁性纳米材料在处理含铀废水中有待解决的问题,并对其在分离放射性元素方面的应用前景进行了展望。

    富镍锂离子电池三元材料NCM的研究进展
    肖忠良,周乘风,宋刘斌,曹忠,蒋鹏
    化工进展. 2020, 39(1):  216-223.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0760
    摘要 ( 502 )   HTML ( 23 )   PDF (1348KB) ( 775 )  
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    锂离子电池作为新能源电池符合时代要求,具有良好的应用前景。电池容量、倍率性能与循环性能是电池性能的重要评价指标,在选取高能量密度电极材料的同时要充分考虑电池结构稳定性及其安全性能,三元材料基于这种思路进行设计。目前,针对电池中锂离子导通率与结构不可逆坍塌问题,通过包覆涂层、离子掺杂等手段改善锂离子电池性能已经常态化,实际需求要求有更有效的改性方法。因此,本文综述了富镍锂离子电池三元材料LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2(NCM424)、LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2(NCM523)、LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2(NCM622)和LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2(NCM811)的研究现状与发展导向,认为简单的单一材料改性已遇到瓶颈,改性方法复合、设计材料多元结构是提升电池性能的一大发展方向;从改性材料的合成和运行路径入手,研究分子水平上的作用机制,建立统一理论模型,通过计算模拟手段设计电极结构,实现锂离子电池突破性的发展。

    疏水性金属-有机骨架材料的研究进展
    李竞草,吴冬霞,常丽萍,赵炜,王建成,胡江亮
    化工进展. 2020, 39(1):  224-232.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0744
    摘要 ( 421 )   HTML ( 10 )   PDF (1163KB) ( 478 )  
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    金属-有机骨架(metal-organic frameworks, MOFs)材料是一种由金属离子和有机配体通过自组装形成的新型多孔材料,具有优异的物理及化学性能,因而在气体吸附储存、气体分离以及工业催化等方面表现出良好的应用潜力。但在应用的过程中,无处不在的水分子会影响MOFs骨架的稳定性和吸附性能,极大地制约了其实际应用。本文介绍了近年来疏水性MOFs材料的研究进展,重点论述了金属离子和有机配体对调控MOFs亲疏水性的影响以及通过配体后修饰和疏水性物质复合等提高疏水性的方法,分析了MOFs材料的亲疏水性机理,同时提出了实验结合计算机模拟技术筛选疏水性MOFs的手段。最后,指出目前疏水性MOFs材料合成存在的问题及解决方法,期望为今后拓宽MOFs材料在高湿环境中的应用提供一些有用的参考。

    氢键型超分子聚合物
    裴强,丁爱祥,杨明丽,徐果,徐文豪
    化工进展. 2020, 39(1):  233-249.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0648
    摘要 ( 299 )   HTML ( 11 )   PDF (2729KB) ( 306 )  
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    氢键具有方向性、较强的结合力、动态可逆性以及可预测的识别性能等优点,在超分子聚合物的构筑与性能改善方面有着广泛的应用。本文根据氢键结合位点的数目,系统地综述了主链型、侧链型和结合型氢键超分子聚合物的研究进展;重点阐述了各类氢键结合单元的设计及其在改善聚合物性能中的作用;同时介绍了氢键结合单元在纳米材料、凝胶、液晶等众多领域的应用。在此基础上,展望了未来氢键型超分子聚合物的研究方向,主要包括设计合成能够在生理条件下稳定的多重氢键结合单元以及深化组装机理的研究。

    高强高模维纶纤维的表面修饰及其在水泥中的分散性
    郑帼,苗同梦,吴波,周存
    化工进展. 2020, 39(1):  250-256.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0757
    摘要 ( 254 )   HTML ( 3 )   PDF (1029KB) ( 172 )  
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    目前高强高模维纶纤维由于缺乏合理的分散方案且分散性不佳,极大地限制了在工程领域的应用。为了解决这一问题,采用聚乙烯醇磷酸酯(TFOPVA)分散剂对高强高模维纶纤维进行表面涂层改性处理,并以此为基础制备维纶纤维/水泥基复合材料。利用X射线光电子能谱仪(XPS)、场发射扫描电子显微镜(SEM)、万能材料试验机、纤维强伸度仪(XQ-1A)等对改性前后的维纶纤维的分散性及其复合材料的力学性能进行测试和表征。结果表明:当TFOPVA上浆质量分数和吸附量分别为1%和5mg/g时纤维分散效果最佳;维纶纤维短丝在水泥基体中的分散系数提高33.3%;TFOPVA处理后的维纶纤维单丝断裂强度增加4.5%,与维纶纤维之间能牢固结合;TFOPVA改性后的维纶纤维/水泥复合材料的抗压强度和抗折强度相比改性前分别提高了27.9%和21.2%。

    氨基功能化介孔硅吸附剂的制备及其对铬(Ⅲ)的吸附行为
    肖昱,郭宇,吴红梅,姜晓庆
    化工进展. 2020, 39(1):  257-266.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0747
    摘要 ( 307 )   HTML ( 8 )   PDF (2242KB) ( 302 )  
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    采用3-氨丙基三甲氧基硅烷(APTMS)对SBA-15介孔硅进行改性,获得氨基功能化介孔硅吸附剂(NH2-SBA-15),从而赋予其螯合重金属离子的能力。利用XRD、SEM、TEM、EDX、TGA、BET和XPS等手段对吸附剂的表面形貌、孔道结构、元素分布和表面化学性质进行了表征。研究了NH2-SBA-15吸附剂对水溶液中铬(Ⅲ)的吸附性能,分析了吸附动力学、吸附热力学和再生性能。结果表明,SBA-15吸附剂经过氨基功能化后,其原有的结晶结构没有明显变化,且对铬(Ⅲ)的吸附性能显著提高。NH2-SBA-15对铬(Ⅲ)的吸附行为符合Langmuir等温吸附模型和拟二级吸附动力学方程。NH2-SBA-15对铬(Ⅲ)的吸附过程主要依靠其表面—NH2与铬(Ⅲ)的配位螯合作用,且为吸热过程。经过5次循环利用后,NH2-SBA-15对铬(Ⅲ)的吸附率仍然保持在92%以上。该氨基功能化介孔硅吸附剂在吸附铬(Ⅲ)方面具有潜在的应用前景。

    脱硝协同汞氧化聚苯硫醚四元催化滤料制备方法及理化特性
    李银生,刘猛,段钰锋,陈聪,李娜,吕剑虹
    化工进展. 2020, 39(1):  267-277.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0636
    摘要 ( 254 )   HTML ( 7 )   PDF (1535KB) ( 225 )  
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    采用原位氧化法(ISM)、浸渍煅烧法(ICM)和涂覆法(CM)制备聚苯硫醚(PPS)双效催化滤料,在模拟烟气固定床系统中考察了滤料低温NOx催化协同Hg0氧化性能,深入分析了原位氧化滤料表面形貌、元素分布、晶态结构和Hg及NOx赋存形态。结果表明:在相同条件下,3种制备方法对应滤料催化活性大小顺序为Mn-Ce-Fe-Co-Ox/PPS@ISM>Mn-Ce-Fe-Co-Ox/PPS@ICM>Mn-Ce-Fe-Co-Ox/PPS@CM。ISM对应PPS单层饱和负载量约为0.9,活性反应温度窗口为110~210℃,其中170℃时Mn-Ce-Fe-Co-Ox/PPS@ISM的非均相NO氧化、NOx还原和Hg0氧化效率最高分别达到8.6%、84.6%和93.2%。程序升温脱附实验结果表明:(0.9)Mn-Ce-Fe-Co-Ox/PPS@ ISM表面NOx吸附活性位点中弱碱位数量占优,而中碱位化学吸附NO主要以NOyy=2或3)结构存在,歧化态NO2次之。同时,Hg与NO在氧气条件下以非均相反应途径转化为HgO和Hg(NO3)2/Hg2(NO3)2。表征结果表明:ISM制备的MnOx、CeOx、CoOx和Fe2O3复合氧化物呈弱晶相、高度分散团絮状结构赋存于PPS@ISM纤维。

    热解温度对竹粉炭理化结构及燃烧性能的影响
    梁淼,张明建,鲁端峰,朱晋永,梁财,李斌,王兵,张柯
    化工进展. 2020, 39(1):  278-286.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0564
    摘要 ( 265 )   HTML ( 7 )   PDF (1886KB) ( 177 )  
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    利用自行设计搭建的流化床-回转炉两级连续式热解装置对竹粉进行热解炭化,考察流化床一级热解温度(300~800℃)对竹粉热解炭理化结构及燃烧性能的影响规律。结果表明,由于回转炉二次热解过程的存在,使得流化床热解温度对竹粉炭元素组成的影响减弱,碳元素质量分数介于71.19%~78.41%间,随热解温度增加,竹粉炭中挥发分含量降低,灰分呈现增加趋势,固定碳含量相对稳定;扫描电镜结果显示热解温度在300~500℃时,热解炭呈现规则的孔隙结构,同时可保持原料的骨架结构,随着热解温度继续升高,竹粉炭骨架结构被破坏,产生断裂坍塌的现象,比表面积和总孔孔容在700℃热解温度时达到最大,分别为2.53m2/g和0.012cm3/g。利用拉曼光谱和X射线光电子能谱法对热解炭表面化学结构分析,表明较高的热解温度促进了小芳环体系聚合转变为大的芳环结构,有利于脱氢脱羧及芳构化进程。热重-红外联用分析表明竹粉热解过程中气体释放相对含量较多的三类物质分别是CO2,烷烃、酚类、醇类,以及醛、酮、酸类等有机成分。热解炭样品的燃烧基本仅呈现出固定碳燃烧阶段,热解温度为600℃左右时,所得竹炭综合燃烧特性较好。

    活性炭孔结构及电化学性能协同优化
    李诗杰,韩奎华
    化工进展. 2020, 39(1):  287-293.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0585
    摘要 ( 249 )   HTML ( 5 )   PDF (717KB) ( 180 )  
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    以马尾藻为原料,采用KOH活化法制备了高微孔率马尾藻基活性炭,结合二氧化碳与碳反应动力学机理,对马尾藻基活性炭进行二氧化碳扩孔改性,研究了二氧化碳改性对高微孔率马尾藻基活性炭孔结构特性和电化学性能的影响。研究表明:二氧化碳改性后马尾藻基活性炭的比表面积明显减小,由3155m2/g减小至2776m2/g,但是改性后活性炭中孔比表面积明显增大,由181m2/g增大至538m2/g,活性炭孔径介于2~8nm的中孔含量明显增多,比表面积的减少是由于微孔比表面积的减少导致的。改性后活性炭微孔含量降低,孔径介于0.4~0.6nm的微孔结构基本消失,但是孔径介于0.6~1nm的微孔结构却有所增加,活性炭微孔平均孔径增大。改性后马尾藻基活性炭的比电容性能以及倍率性能得到明显提升。经过二氧化碳改性后,马尾藻基活性炭的孔结构和电化学性能得到协同优化。

    咖啡壳基微/纳米纤维素混合物增强木塑复合材料的制备及性能
    张云浩,李如燕,张靠民,王文俊,张璐
    化工进展. 2020, 39(1):  294-300.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0665
    摘要 ( 335 )   HTML ( 5 )   PDF (1238KB) ( 279 )  
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    随着社会的进步,人们对生态环境的重视程度在不断地提高,环境友好型的绿色复合材料受到了科学界的持续关注。本文利用废弃咖啡壳粉为原料,探讨不同尺度的纤维素混合物对聚乙烯增强木粉木塑复合材料的影响。为避免纳米纤维素混合物的团聚引起的增强效果下降,创新使用尿素球磨体系制备亚微米级纤维素混合物(含半纤维素与木质素),与制备工艺复杂的纳米级纤维素混合物(含少量半纤维素与木质素)进行对比。研究结果表明,在室温下纳米级纤维素混合物(CSNC)与亚微米级纤维素混合物(CCMC)都使木塑复合材料的黏度升高,提高了复合材料的耐热性和抗蠕变性。对于材料的性能,当加入添加量为4%PE的CSNC后,复合材料的弯曲模量提高了35%,但弯曲强度和冲击强度均有所下降,材料脆性增加。加入4%PE质量的CCMC后木塑复合材料弯曲模量不变,冲击强度与弯曲强度均升高7%,材料强度得到增加。在吸水率方面,CSNC使材料的吸水率显著提高,CCMC的加入对材料吸水率影响不大。亚微米级纤维素混合物在改善木塑复合材料的性能方面更为出色,制备更为简单方便。

    纳米结晶纤维素表面修饰聚酰亚胺纤维及其润湿功能性
    党洪洋,张国亮,龙柱,王士华,李志强,胡爱林,郭帅,吕文志
    化工进展. 2020, 39(1):  301-310.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0605
    摘要 ( 293 )   HTML ( 5 )   PDF (2040KB) ( 378 )  
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    聚酰亚胺纤维在应用方面存在许多潜在问题,例如聚酰亚胺纤维的低表面活性,使得其界面的润湿性能差,且在水相中易团聚,分散性较差。为此,本文提出在复合路易斯酸及交联剂共同催化作用下,使纳米结晶纤维素(CNC)修饰碱处理后的聚酰亚胺(PI)短切纤维表面,测定了CNC修饰前后PI纤维在水溶液中的分散度及PI纤维成纸的接触角,结果表明PI纤维的浸润功能性得到提高。采用扫描电子显微镜(SEM)观察了纤维的微观形貌,利用傅里叶变换红外光谱(FTIR)和X射线光电子能谱(XPS)表征了纤维表面结构的变化,最后通过多孔材料孔径分析仪测定了纤维成纸的孔径分布变化。结果表明:经CNC处理后的纤维表面发生了酯化反应且存在交联现象,纤维表面氧元素物质分数增加,含氧极性基团和表面粗糙度的增加有助于改善润湿性能,与PI纤维原纸相比,经CNC表面修饰后的纤维所成的纸页与去离子水的接触角降低了14.9°,与乙醇的接触角降低了4.8°,纤维分散度增加了45%,纤维亲水性显著提高,经过表面处理后的纤维在水相体系中的分散性能得到改善。因此,本法可以作为制备高性能纤维和相应复合材料的有效方法。

    生物与医药化工
    共结晶分离技术研究进展
    蒋成君, 程桂林
    化工进展. 2020, 39(1):  311-319.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0620
    摘要 ( 460 )   HTML ( 14 )   PDF (1270KB) ( 488 )  
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    使用共结晶技术分离有机小分子,特别是一些不能成盐的、高纯度要求的原料药(API)的分离是晶体工程应用的前沿。其原理是通过分子间的识别作用形成共晶,改变目标分子的晶格能或溶解特性,从而实现分离。针对共结晶在分离中的应用,本文从共结晶分离的热力学原理出发,系统综述了共结晶在分离纯化非手性分子以及手性API及中间体中的实例。从分子结构、分子间的相互作用力、溶度积常数、溶剂体系等不同角度对分离实例进行分析。针对该技术现存的问题如共晶形成物的选择缺乏规律性,实际API纯化体系的复杂性,共晶形成物回收利用的可行性,指出建立系统的共晶形成物选择方法、深入地研究热力学行为是未来的主要研究方向。

    污泥厌氧消化功能微生物群落结构的研究进展
    唐涛涛,李江,杨钊,向福亮,王跃虎,李彦澄
    化工进展. 2020, 39(1):  320-328.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0588
    摘要 ( 277 )   HTML ( 5 )   PDF (520KB) ( 394 )  
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    污泥厌氧消化处理技术因其具有无害化、资源化和稳定化的特征备受关注。污泥厌氧消化涉及水解发酵、产氢产乙酸和产甲烷多种微生物,并发挥不同的功能。本文介绍了污泥厌氧消化体系中常见的细菌(门水平)和古菌(属水平)群落,如拟杆菌门(Bacteroidetes)、变形菌门(Proteobacteria)、厚壁菌门(Firmicutes)、绿弯菌门(Chloroflexi)、螺旋体门(Spirochaetes)(细菌)和甲烷杆菌属(Methanobacterium)、甲烷八叠球菌属(Methanosarcina)、甲烷短杆菌属(Methanobrevibacter)、鬃毛甲烷菌属(Methanosaeta)(古菌)等。同时也综述了影响厌氧体系中的微生物群落结构的因素,如pH、营养物质、温度、氨氮(NH4+-N)及有毒有害物质等。最后展望了稳定同位素标记、宏基因组学和蛋白质组学等分子生物技术在探查微生物功能方面的应用前景,为进一步分析厌氧体系中未识别的功能微生物提供技术支撑。

    偶联尿苷二磷酸循环体系的天然产物体外糖基化修饰
    刘潇斐,张良,冯旭东,李春
    化工进展. 2020, 39(1):  329-340.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0607
    摘要 ( 371 )   HTML ( 3 )   PDF (984KB) ( 324 )  
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    糖基化是天然产物的一种重要基团修饰,主要通过尿苷二磷酸(UDP)-糖基转移酶催化实现,而UDP-糖基供体价格昂贵限制了其应用,构建UDP-糖基供体再生系统可以有效解决该问题。本文从天然产物的体外糖基化修饰入手,阐述了糖基化修饰对天然产物功能的调控作用,比较了目前的糖基化修饰方法,其中基于UDP-糖基转移酶的生物法具备了重要的产业化应用前景。接着总结了各种UDP-糖基供体的合成方式,概述了偶联蔗糖合酶或海藻糖合酶的基于UDP循环的UDP-糖基供体再生系统,重点描述了UDP循环体系在萜类、黄酮类及其他化合物体外糖基化修饰中的应用,从而高效合成具有高附加值的天然产物糖苷化合物。指出偶联蔗糖合酶和UDP-糖基转移酶的循环体系是今后天然产物糖苷化合物合成的重要方式。

    表面活性剂与离子液体对β-葡萄糖苷酶的协同影响
    刘航,杨威,鞠鑫,姚雪梅,扶教龙,李良智
    化工进展. 2020, 39(1):  341-347.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0663
    摘要 ( 228 )   HTML ( 3 )   PDF (1219KB) ( 132 )  
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    为考察表面活性剂和离子液体1-乙基-3-甲基咪唑磷酸二乙酯盐([EMIM]DEP)对类芽孢杆菌sp. LLZ1 β-葡萄糖苷酶活性的影响,在酶活测定体系中加入一定浓度的表面活性剂和[EMIM]DEP。结果表明:添加5%的[EMIM]DEP使β-葡萄糖苷酶的活性增强了12.00%,进一步添加0.1%鼠李糖脂、Span20、PEG4000和Tween80分别使酶活增强了21.85%、12.07%、8.57%和5.25%,而Triton X-100和SDS分别使酶活降低了4.59%和10.63%。动力学曲线和动力学参数表明随着表面活性剂和5%[EMIM]DEP对β-葡萄糖苷酶活性的增强,米氏常数Km随之减小。圆二色谱(CD)分析表明分别经0.1%鼠李糖脂、Span20、PEG4000和Tween80处理后,β-葡萄糖苷酶的α-螺旋分别增加1.00%、0.78%、0.72%和0.80%,添加SDS导致α-螺旋减少5.72%。荧光光谱表明同时添加表面活性剂和5%[EMIM]DEP改变了β-葡萄糖苷酶的最大发射波长。差示扫描量热法(DSC)表明0.1%鼠李糖脂和5%[EMIM]DEP提高了β-葡萄糖苷酶的中点温度和平均展开焓。使用0.1%鼠李糖脂协同5%[EMIM]DEP水解纤维二糖,转化率提高了21.93%。

    叶面亲和型阿维菌素微胶囊的制备及pH响应性释放性能
    陈龙,周红军,江海科,郝丽,陈铧耀,周新华
    化工进展. 2020, 39(1):  348-355.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0661
    摘要 ( 263 )   HTML ( 3 )   PDF (1377KB) ( 353 )  
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    为减少农药流失,设计了一种叶面亲和型缓释微胶囊。以甲基丙烯酸甲酯(MMA)接枝改性羧甲基纤维素(CMC)得到羧甲基纤维素-聚甲基丙烯酸甲酯(CMC-g-PMMA),然后利用自组装负载阿维菌素(AVM)形成载药微胶囊(CMC-g-PMMA@AVM),通过多巴胺(DA)包覆提高CMC-g-PMMA@AVM的叶面亲和性。采用扫描电镜、红外光谱、热重分析等对其结构和形貌进行表征,研究了微胶囊的载药性能、叶面亲和性及响应释放性能。结果显示,DA/CMC-g-PMMA@AVM为平均粒径126nm的球形粒子,多巴胺的包覆可有效提高微胶囊的载药性能,包封率可达88.56%;增强AVM的叶面亲和性,使其叶面滞留量相对于阿维菌素水乳液提升30.56%;赋予AVM优异的抗紫外光分解性能,强紫外光照射60min后,由AVM水乳液中AVM的残留率14.03%提高到DA/CMC-g-PMMA@AVM中的59.55%。载药微胶囊中药物释放具有pH响应,在pH=5条件下出现爆释,药物释放过程符合Weibull模型,受Fick扩散控制。

    纳米纤维素晶须-壳聚糖/聚乙烯醇复合膜性能与细胞相容性
    李桂娟,夏伟,罗海希,程桂茹
    化工进展. 2020, 39(1):  356-364.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0642
    摘要 ( 390 )   HTML ( 6 )   PDF (2366KB) ( 248 )  
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    以椰壳纤维为原料,制备了纳米纤维素晶须,用硅烷偶联剂对纳米纤维素晶须进行改性,将改性后纳米纤维素晶须与壳聚糖、聚乙烯醇共混,采用溶液浇铸法制备了改性纳米纤维素晶须-壳聚糖/聚乙烯醇复合膜。采用FTIR、DSC、TG、XRD和SEM对改性纳米纤维素晶须-壳聚糖/聚乙烯醇复合膜的结构、热性能、结晶行为和形貌进行表征与分析,对复合膜的力学性能和水接触角进行测试,将成纤维细胞L929接种到复合膜上,对其进行细胞相容性实验。结果表明,添加改性纤维素晶须,能够使壳聚糖/聚乙烯醇复合膜的热性能、结晶行为和力学性能提高,成纤维细胞在复合膜上具有较好的黏附和生长,制备的纳米纤维素晶须-壳聚糖/聚乙烯醇复合膜具有良好的综合性能和细胞相容性。

    精细化工
    α-羟基环己基苯基甲酮合成工艺研究进展
    王敏嘉, 徐泽, 阮建成, 陈新志
    化工进展. 2020, 39(1):  365-371.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0619
    摘要 ( 476 )   HTML ( 22 )   PDF (835KB) ( 428 )  
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    α-羟基环己基苯基甲酮(光引发剂184)是一种高效光引发剂,因其引发效率高、稳定性好、耐黄变等优势,在电子、涂料、印刷等领域得到广泛的应用。本文根据起始原料不同对α-羟基环己基苯基甲酮的合成方法进行分类,并归纳了不同合成方法的特点。重点介绍了以环己基苯基甲酮为中间体的合成工艺以及其他合成α-羟基环己基苯基甲酮的工艺路线。目前,工业上最常用的Friedel-Crafts酰基化法合成光引发剂184的工艺路线,因为产生的三废多且有毒有害,不符合绿色化工的要求,而将逐渐被淘汰。以格氏反应法合成环己基苯基甲酮继而再合成α-羟基环己基苯基甲酮的工艺路线,因其收率高、污染少等优点而有望成为合成α-羟基环己基苯基甲酮的重要发展方向之一。最后,指出了α-羟基环己基苯基甲酮合成工艺研究的趋势。

    资源与环境化工
    耐低温生物脱氮机制与对策研究进展
    陆浩良, 田晴, 朱艳彬, 张健, 焦彭博, 林欢
    化工进展. 2020, 39(1):  372-379.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0633
    摘要 ( 288 )   HTML ( 10 )   PDF (925KB) ( 327 )  
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    废水处理系统中不可避免存在着低温环境,低温使得硝化菌和反硝化菌的活性下降,如何在低温条件下提高污水生物脱氮效果是废水处理研究工作中亟待解决的问题。本文对近年来研究发现的低温微生物耐低温机制进行了梳理,提出了最近发现的胞外聚合物(EPS)和聚羟基脂肪酸酯(PHA)的作用机理;介绍了几种已被研究证实能在低温下进行脱氮的功能菌与一些可以提高低温污水脱氮效果的新技术/工艺(包括使用新型填料、改变碳源投加方式、投加特定的重金属);阐述了目前研究所遇到的一些问题,如缺乏工程实践、处理水质与研究菌株单一,研究结论与实际废水处理应用还有着差距。指出未来可以通过特异性功能菌的固定与使用、生物倍增技术与工程实践结合等方法来降低运行成本,提高低温污水的脱氮效果。

    污泥有机污染物降解研究进展
    宋文婷,郭静,杨倩倩,程刚
    化工进展. 2020, 39(1):  380-386.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-1182
    摘要 ( 358 )   HTML ( 14 )   PDF (480KB) ( 427 )  
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    城市污水处理过程迁移并富集在污泥中的有机污染物稳定性高、难降解,存在较高的生态风险,已成为制约污泥土地利用的主要因素。考虑到物化法处理污泥有机污染物的工程局限性,本文介绍了城市污泥中多环芳烃、苯并(a)芘与矿物油3种代表性有机污染物的来源、性质及危害。围绕污泥厌氧消化、好氧堆肥以及两者联合的作用机理,论述了有机污染物在污泥处理过程中的降解转化规律。分析了有机污染物降解的成因,指出有机污染物的生物利用度是影响降解效果的关键因素,污泥微生物细胞壁和有机污染物结构的稳定性阻碍了有机污染物与微生物的充分接触,从而影响了生物降解速率。为此,分析了热解法、超声法、臭氧法和添加外源物4种辅助手段的作用及其强化降解的效果。通过归纳总结,明确了污泥有机污染物降解的工艺组合及其过程优化的方向。

    流化床垃圾焚烧炉飞灰沉积实验
    唐智,陈晓平,刘道银,梁财,马吉亮
    化工进展. 2020, 39(1):  387-394.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0574
    摘要 ( 253 )   HTML ( 8 )   PDF (2621KB) ( 198 )  
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    在自行搭建的小型流化床积灰试验台上选用流化床垃圾焚烧炉对流管束浮灰,模拟焚烧炉烟气环境下开展飞灰沉积实验。首先分析浮灰理化特性,结果表明:随着粒径增大,浮灰中CaO和SO3含量逐渐降低,而SiO2和Al2O3的含量逐渐增加;碱金属Na和K以及卤素Cl的含量在粒径较小的浮灰中含量最高。其次重点研究了浮灰粒径、烟气温度和换热管表面温度对飞灰沉积特性的影响规律,结果表明:积灰中主要富含Ca、S、Si和Al等元素,积灰中CaO和SO3含量比浮灰高,而Al2O3和SiO2含量比浮灰低;积灰量随着烟气温度升高而增加;粒径对灰沉积影响作用显著,大粒径灰颗粒难沉积而小粒径灰粒易沉积;管壁温度在600℃时,积灰量最小。积灰中CaO和SO3的含量随着管壁温度升高而减少,而难熔Al2O3和SiO2的含量随着管壁温度升高而增加。

    高温烟气中煤焦气化行为
    宋伟明,周建安,王宝,李数,杨健
    化工进展. 2020, 39(1):  395-401.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0601
    摘要 ( 222 )   HTML ( 7 )   PDF (1376KB) ( 162 )  
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    针对高温烟气中煤焦的气化行为,本文采用FactSage 6.1计算了煤焦在高温烟气下的高温反应特性,并利用热重分析仪分析了煤焦气化行为。通过沉降炉实验进一步研究了不同温度、气体配比、粒径条件下气体产物的动态析出特性,同时计算了评价指标α、β、LHV值。结果表明:随着温度的升高,气体产物H2和CO的含量增加,β、α、LHV值增大,CH4和CO2的含量下降。在温度为1200℃时,β、α值分别由CO2/CO比为10∶70时的10.80%、5.21%增加到CO2/CO比为50∶30时的24.71%、41.06%。同时,随着CO2/CO比值的增大,高温烟气对煤焦气化反应抑制减弱。通过对比反应温度和粒径对煤焦气化反应的影响,得出反应温度远大于粒径对煤焦气化反应的影响。通过实验验证了向高温烟气中喷吹煤焦制备高品质可燃气体方法的可行性。

    低温等离子体降解苯的工艺参数优化
    王春雨,朱玲,许丹芸,罗清月
    化工进展. 2020, 39(1):  402-412.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0686
    摘要 ( 262 )   HTML ( 7 )   PDF (2083KB) ( 368 )  
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    采用低温等离子体技术净化苯,以降解后的苯去除效率为评价指标。根据单因素实验,确定能量密度、初始浓度、氧气含量的取值范围;采用Design-Expert响应曲面法,考察单独变量作用及交互作用对苯去除率的影响;通过傅里叶变换红外光谱仪(FIIR)、气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)及扫描电子显微镜(SEM)对反应产物组成进行分析。根据二次多项式模型模拟可知,单因素变量、能量密度和氧气含量的交互项均对苯去除率具有显著影响;优化结果显示,低温等离子体降解苯的最佳工艺条件为能量密度5.98kJ/L,初始浓度452.08mg/m3,氧气体积分数1.66%,模型预测苯去除效率为96.63%,实验验证平均值为95.23%,测定值与预测值之间相对误差为1.40%,证明该模型具有可靠性。固相副产物中主要含长链烷烃、长链烯烃、酚类、酯类、酮类、酰胺类,整体形貌属于团簇状,拥有较明显的球形形貌;液相产物中检测到未降解的苯、环氧乙烷、苯腈、4-氰基吡啶;气相产物除了含有矿化生成的CO2和未降解的苯之外,还含有苯腈和酯。

    科研动态
    2019年度国家自然科学基金委员会化学科学部化学科学五处科学基金项目申请和评审工作综述
    朱旺喜, 赵志坚, 杨晓伟
    化工进展. 2020, 39(1):  413-416. 
    摘要 ( 394 )   HTML ( 31 )   PDF (313KB) ( 641 )  
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    化工进展. 2020, 39(1):  0-0. 
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    本期封面、中英文目次表
    化工进展. 2020, 39(1):  0-0. 
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    特约评述
    过硫酸盐活化方式与氧化降解有机物效能及其在污染场地修复中的应用
    章晋门,陈泉源,杨慧敏
    化工进展. 2020, 39(1):  1-13.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0675
    摘要 ( 460 )   HTML ( 43 )   PDF (619KB) ( 433 )  
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    过氧单硫酸盐(PMS)及过二硫酸盐(PDS)在工业污染场地修复中应用广泛,通过活化作用能够产生氧化性更强的·SO4-自由基,从而更好地氧化降解有机污染物。本文比较了几种典型活化方式,包括紫外(UV)、碱、过渡金属、热以及含碳物质,并分析了它们的优缺点及适用条件;讨论了过硫酸盐活化机理及动力学过程;分析了无机阴离子(Cl-HCO3-/CO32-NO3-NO2-HPO42-H2PO4-)与·SO4-自由基相互作用及其对有机污染物氧化降解的影响;针对活化过硫酸盐在工业污染场地修复领域的应用,对过硫酸盐活化方法的发展趋势进行了展望。理论研究和实践表明,过硫酸盐不同活化方式为工业污染场地修复提供了多样选择,多种活化方式协同作用将是过硫酸盐高效活化氧化降解有机污染物的发展方向。由于Cl-HCO3-/CO32-抢夺·SO4-的能力较强,认为这些无机盐与有机物复合的污染场地或土壤采用PDS修复需格外谨慎选择活化方法。

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