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本期目录
2020年 第39卷 第2期 刊出日期:2020-02-05
    本期封面、中英文目次表
    化工进展. 2020, 39(2):  0-0. 
    摘要 ( 186 )   PDF (4668KB) ( 201 )  
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    化工进展. 2020, 39(2):  0-0. 
    摘要 ( 0 )   PDF (6515KB) ( 24 )  
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    特约评述
    石油烃污染场地低温修复机制研究进展
    姜岩,周和平,张哲,刘红兵,沈顺祥
    化工进展. 2020, 39(2):  419-428.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0861
    摘要 ( 302 )   HTML ( 16 )   PDF (867KB) ( 361 )  
    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    生物修复一直是石油烃污染场地修复技术的研究热点,已经取得了很多实验和理论认知。但是,现有研究主要集中在中高温环境下,而在实地修复中,生物修复往往要跨越中低温期,此时,无论是土著还是外源微生物的生理特性都将发生改变;由于细胞活力低,这一时期经常在修复过程中被忽视,或是采用缺乏针对性的常规工艺而事倍功半。本文围绕低温生物修复技术,概述了低温石油烃降解微生物的研究现状,重点介绍了长链烷烃、苯及其同系物、多环芳烃三大类典型石油烃的低温代谢机制和主要代谢途径;在此基础上,从脂肪酸的组成、蛋白的低温表达、特殊蛋白的合成以及酶的结构适应性等4个方面,进一步剖析了低温环境下细胞生理生化特性的微观变化,这种低温微生物独有的适冷机制决定了其特有的低温降解特性,并成为低温修复的核心。分析表明,低温期生物修复应该得到足够重视:一方面,充分而合理地利用漫长的低温期,针对性实施低温期受控修复,提高营养盐利用率,可以有效提高生物修复效率;另一方面,深入研究细胞低温代谢和适冷机制有助于指导低温修复手段的实施,将成为切实可行的发展方向。

    金属-有机框架材料在石化环保领域的应用
    王成鸿,孟凡宁,魏昕,曹田田,栾金义
    化工进展. 2020, 39(2):  429-438.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0890
    摘要 ( 515 )   HTML ( 19 )   PDF (1478KB) ( 559 )  
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    石油化工是我国的支柱产业,也是环境污染的主要来源。近年来,随着国家环保形势的日益严峻和相应环保法规的陆续出台,高效处理石化行业所涉及的各类污染问题已成为重中之重。作为一种新型的纳米多孔材料,金属-有机框架(MOF)在石化环保领域展现出了广阔的应用前景。该材料可作为高性能吸附剂、分离膜以及催化材料去除或降解石化行业中的典型污染物。本文系统梳理了MOF材料及其相关工艺在石化环保领域的潜在应用,重点介绍了近年来国内外取得的突破性进展,并在此基础上深入分析了该材料的应用现状、存在问题及未来的研发方向。总体而言,MOF材料具有比传统多孔材料更优异的结构特征和应用性能;展望未来,其能够作为吸附剂、分离膜或是催化材料在石化环保领域得到更大规模的推广与应用。

    化工过程与装备
    耦合过热蒸汽干燥的MVR蒸发结晶系统热力性能分析
    李帅旗,王汉治,冯自平,何世辉,宋文吉
    化工进展. 2020, 39(2):  439-445.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0914
    摘要 ( 380 )   HTML ( 8 )   PDF (655KB) ( 274 )  
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    机械蒸汽再压缩(MVR)作为目前最先进的蒸发结晶技术得到广泛关注和应用,本文结合过热蒸汽干燥技术的优势,提出一种耦合过热蒸汽干燥的MVR蒸发结晶干燥系统。基于EES软件建立数值模型,通过系统仿真的方法分析闪蒸压力pflash、进料浓度c0、循环倍率CR、换热温差ΔTmhex等对压缩机能耗Wcomp和系统能效系数COP、下降管结晶盐含水率的上限值ω和换热器UA值的影响情况。结果表明:耦合过热蒸汽干燥的MVR系统相比常规系统具有更高的COP、更低的Wcomp,并且能够获得干燥的结晶盐;循环倍率CR增大,压缩机压比π降低,有利于提高COP和降低Wcomp,但同时换热器UAmhex值会增大,设备成本增加;系统COP随pflash的变化关系与循环倍率CR有关,CR较低时,随Pflash的增大,系统COP增大,CR超过某一定值,随着pflash的增大,系统COP呈先升后降趋势,其最大值在pflash为40~50kPa;进入干燥器的下降管结晶盐含水率的上限值ω与进料浓度c0有关,随进料浓度c0的升高而增大;?Tmhex对MVR系统性能有显著的影响,?Tmhex每增大1K,COP平均降低5.6%、Wcomp平均升高5.8%、UAmhex平均减少14.4%,ω平均升高1.7%。

    孔数与孔厚对多孔板压损系数的影响机理
    马有福,王凡,吕俊复
    化工进展. 2020, 39(2):  446-452.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0918
    摘要 ( 333 )   HTML ( 10 )   PDF (3906KB) ( 190 )  
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    多孔板作为管道内节流降压或流量测量元件,在减小管道振动、流动噪声及流动压损等方面较之传统的单孔板具有明显优势。影响多孔板压损系数的结构因素主要有开孔等效直径比、孔数及孔板厚度,其中等效直径比的影响规律已为人熟知,而孔数与孔板厚度的影响机理仍不清晰。本文以均匀布孔的多孔板为研究对象,通过数值模拟方法研究了孔数与孔板厚度对多孔板稳定区压损系数的影响机理。结果表明:在相同的孔板厚度下,压损系数随孔数增多而先快速减小后趋于不变,使压损系数达到稳定的临界孔数随管径减小而减少,但临界孔数对应的孔板相对厚度均接近0.5;在相同的孔数下,随孔板相对厚度增大压损系数先快速降低后趋于不变,使压损系数达到稳定的临界相对厚度为0.5~1.0,临界相对厚度随孔数增多而减小;在相同的相对厚度下,压损系数在薄孔板中随孔数增多先减小后增大,而在厚孔板中随孔数增多而单调增大。这说明除等效直径比外,孔数与孔厚均对多孔板压损系数有影响,应在压损系数关联式模型中予以考虑。

    络合亚铁乙二醇-四丁基溴化铵低共熔溶剂协同吸收SO2和NO
    窦金孝,赵永奇,段晓谞,柴红宁,余江龙
    化工进展. 2020, 39(2):  453-460.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0714
    摘要 ( 260 )   HTML ( 11 )   PDF (1423KB) ( 199 )  
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    低共熔溶剂广泛应用于很多领域,尤其在气体净化领域有很好的应用前景。为探究吸收容量大、再生能力较强的低共熔溶剂协同吸收烟气中SO2和NO的性能,采用氯化亚铁(FeCl2)、乙二醇(EG)与四丁基溴化铵(TBAB)制备络合亚铁乙二醇-四丁基溴化铵低共熔溶剂[Fe(Ⅱ)EG-TBAB DESs],重点考察了温度、停留时间、氧气分压和FeCl2浓度等因素对低共熔溶剂脱除烟气中SO2和NO性能的影响。结果表明:在温度为50℃、氧气分压为5%、FeCl2浓度为0.1mol/L的条件下,Fe(Ⅱ) EG-TBAB DESs能够协同高效吸收烟气中的SO2和NO。烟气中H2O和O2存在的条件下,SO2气体能够形成HSO3-HSO4-,进一步促进Fe(Ⅱ) EG-TBAB低共熔溶剂吸收烟气中NO气体,生成Fe(Ⅱ)EG-TBAB(NO)。低共熔溶剂经6次吸收-脱附再生循环后其脱硫脱硝能力变化不大,仍保持较好的脱硫脱硝稳定性。

    液滴撞击亲疏水间隔条纹表面
    张莹,许术方,李文彬,夏珍,马明,李培生
    化工进展. 2020, 39(2):  461-467.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0736
    摘要 ( 291 )   HTML ( 12 )   PDF (1193KB) ( 114 )  
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    在高温高压环境下,将线切割成特殊形状的铝片镶嵌在树脂表面,再通过CuCl2溶液对铝表面腐蚀,利用硬脂酸无水乙醇溶液的恒温水浴,进行表面修饰,适当处理得到亲水区域与疏水区域共存的复合表面。采用高速相机记录了液滴撞击水平与倾斜表面的动力过程,实验结果表明:液滴撞击水平放置的亲疏水复合表面时,其铺展过程与液滴撞击单一润湿性表面相似,但收缩行为差异化明显。液滴在亲疏水间隔表面收缩时,液膜会因亲疏水性并存而产生高度差。液滴撞击倾斜亲疏水复合表面时,液滴撞击的速度越大,其在斜面进行的位移量越大,速度过大的情况下液滴不会被宽度为20mm的斜面捕获;当速度为定值,Oh数越小,液滴跨越的亲疏水段越多,Oh数过小的情况下液滴不会被斜面截留;其他参数不变,比值系数H越小,液滴更易被斜面捕获。

    基于膨胀机-热泵(st-hp)的大型吸收式热电联产机组集中供热方法
    刘浩晨,耿直,顾煜炯
    化工进展. 2020, 39(2):  468-477.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0710
    摘要 ( 274 )   HTML ( 6 )   PDF (1431KB) ( 144 )  
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    提出基于螺杆膨胀机-热泵(st-hp)的热电联产供热方法来挖掘汽水系统的余热余压利用潜力,实现了更好的节能效果和更高的供热功率,基于热力学第二定律和理论对主要新增元件在变工况下进行了?分析和分析。通过让中压缸排汽“余压发电、余热采暖”的手段提高集中供热能力;利用算法设计热力站处吸收式换热装置以提升一次热供回网水温差,并予以模型验证;以某600MW机组为算例,利用Ebsilon软件分析变工况下电厂侧新增主要供热元件效率和效率。结果表明:st-hp系统不仅能在不增加市政热网运输管径和机组出力的同时使供热量提高50%,而且满足部分厂用电需求;吸收式热泵和尖峰加热器的节能研究重点是提高热力循环的完善程度以减少?损;螺杆膨胀机和尖峰加热器应着重于提高传热过程中工质的速度场和温度场协同程度。运行工况对机组热经济性影响很大,热负荷不同时,发电煤耗率极差极小值和极大值分别为-5g/(kW·h)和22.97g/(kW·h)。

    能源加工与技术
    不加热集油粘壁规律研究进展
    吕杨,朱国承,霍富永,杜鑫,黄启玉
    化工进展. 2020, 39(2):  478-488.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0865
    摘要 ( 240 )   HTML ( 7 )   PDF (883KB) ( 375 )  
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    随着国内石油开采进入中后期,采出液含水率高达70%~90%,油田集输能耗大大增加,这使得不加热集油工艺得以广泛应用。但凝油粘壁现象所引起的一系列流动保障问题受到了国内外研究者的广泛关注。本文重点阐述了国内外凝油粘壁的研究进展,对现阶段凝油粘壁规律的影响因素与相关研究成果作了总结与分析,介绍了粘壁规律的主要实验设备与研究方法,对国内外学者的实验情况作了概述。结合上述研究成果,总结了凝油粘壁的宏观规律、原油物性与组成的影响以及胶凝原油的影响,并认为凝油粘壁是动力学与热力学共同作用的结果。特别提出了对凝油粘壁温度的判别方法与经验关联式。最后给出了进一步开展凝油粘壁研究的建议与方向。这将对未来缓解与治理凝油粘壁问题与确保管道安全运行有着重要意义。

    木质纤维素预处理技术研究进展
    曹运齐,解先利,郭振强,王严严,刘云云,吴蔼民,赵于
    化工进展. 2020, 39(2):  489-495.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0704
    摘要 ( 488 )   HTML ( 22 )   PDF (480KB) ( 345 )  
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    木质纤维素转化燃料乙醇一般需要经过原料预处理、酶水解和发酵过程。由于木质纤维原料化学结构复杂、直接酶解效率非常低,一般在酶水解之前需要进行适当的预处理以打破其致密结构,增加纤维表面积,提高后续纤维素酶的可及性。预处理程度直接影响纤维底物后续酶水解的效果。本文在木质纤维素常用预处理技术分析的基础上,重点讨论了3种相对高效的预处理技术:微波辅助离子液体预处理、两阶段深度共熔溶剂(DES)预处理和氯化铁预处理技术,分析了它们的优势、不足及发展现状。文中指出微波辅助离子液体预处理可有效解构木质素和半纤维素,破坏纤维素结晶区域,利于后续酶解,但微波加热过程会使离子液体分解和部分底物碳化。两阶段DES预处理可有效提高酶水解效率,但是预处理后原料中残留的DES可能会对后续反应中纤维素酶和微生物产生抑制作用。氯化铁预处理可有效破坏木质素与碳水化合物间的结合键,脱除底物中的半纤维素,而对木质素和纤维素降解较少,具有很好的发展前景。由于单一预处理技术的局限性,寻求低成本高效的联合预处理技术将是未来重点发展的方向。

    碱性氧化物对煤灰熔融特征行为的影响
    郑烨,李建波,关彦军,杨凤玲,张锴,程芳琴
    化工进展. 2020, 39(2):  496-505.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0921
    摘要 ( 269 )   HTML ( 9 )   PDF (2738KB) ( 373 )  
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    利用分析纯试剂制备了酸碱比为0.82,但Na2O、CaO、MgO和Fe2O3含量不同的合成灰,并在815℃下在马弗炉中进行灼烧后,对其熔融温度进行测定。同时利用扫描电子显微镜-能谱仪(SEM-EDS)和X射线衍射仪(XRD)对样品微观形貌和矿物组成进行表征。结果表明:随着Na2O质量分数从4%升高到12%,合成灰变形温度(DT)、软化温度(ST)、半球温度(HT)和流动温度(FT)分别从1225℃、1233℃、1255℃和1297℃下降为1162℃、1174℃、1181℃和1189℃,意味着Na2O对合成灰具有较强的助熔效果;随着CaO和MgO含量在合成灰中分别增加,DT、ST和HT均单调上升,而FT则呈先下降后上升趋势,说明二者含量变化与合成灰熔融温度呈非线性关系;随着Fe2O3质量分数由5%增加至30%,FT由1215℃上升至1308℃,而其他3个熔融特征温度并无显著变化。通过SEM-EDS和XRD表征发现,合成灰中耐熔矿物(SiO2和CaAl2Si2O8等)和助熔矿物(CaMgSi2O6和NaAlSiO4等)的比例变化和含钠矿物、含钙矿物之间低温共熔反应程度是影响其熔融温度的主要原因。综合对比所有合成煤灰熔融特征温度和化学组成发现,对于具有相同酸碱比的煤灰,DT主要与样品中Na2O含量和碱土金属总量(CaO+MgO)密切相关影响,而FT主要受Na2O和Fe2O3含量影响。

    基于紫外吸光度的生物柴油氧化降解程度分析
    王霜,王友昊,李法社,王文超,隋猛
    化工进展. 2020, 39(2):  506-512.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0659
    摘要 ( 244 )   HTML ( 5 )   PDF (550KB) ( 113 )  
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    为快速检测出生物柴油的氧化降解程度,利用小桐子生物柴油在氧化过程中共轭二烯以及共轭三烯的变化致使230nm处吸光度随氧化时间延长逐渐增强、270nm处吸光度逐渐减弱的现象,建立了生物柴油酸值与紫外吸光度的线性、指数、对数和乘幂这4种模型。留一法交叉验证显示线型模型的预测均方根误差最小,预测值与实测值的相关性最高。利用最小二乘法建立酸值与吸光度线性方程,并对模型进行了验证。结果表明:该拟合方程的拟合优度R2为0.987,表明该预测模型的拟合效果较好;模型验证中实测值与预测值的拟合优度R2为0.980;样本的最大相对误差为5.27%,该模型具有较高的准确度与精确度,可以用该方法代替滴定法快速准确地预测出酸值来表征氧化降解程度。

    工业催化
    离子液体催化α-烯烃聚合的研究进展
    李欢,刘依农
    化工进展. 2020, 39(2):  513-520.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0823
    摘要 ( 307 )   HTML ( 8 )   PDF (772KB) ( 299 )  
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    离子液体催化剂具有易分离、可回收、能循环使用等优点,在α-烯烃聚合领域表现出巨大的潜力。本文首先介绍了离子液体的基本物化性质,简述了离子液体催化α-烯烃聚合的反应机理。之后以阳离子结构为基础,详细回顾了路易斯酸型离子液体在α-烯烃聚合反应中的应用,并对其催化活性和产物性质进行了分析。最后,对新型类离子液体催化剂的研究也进行了总结。从报道的结果来看,离子液体催化剂和类离子液体催化剂都已经能够实现较高的产物转化率,但是产物的选择性有待提高,仍然需要更多的实验探索。尽管短时间内还无法取代传统催化剂,但它们已经表现出巨大的应用前景,是未来的研究热点之一。

    氧化钨(WO3)薄膜光电催化性能的改善及应用
    张文华,佃丽雯,陈海燕,叶文华,胡晓峰,王辉虎,常鹰,马新国,董仕节
    化工进展. 2020, 39(2):  521-532.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0785
    摘要 ( 251 )   HTML ( 15 )   PDF (861KB) ( 418 )  
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    半导体WO3具有较小的禁带宽度和良好的稳定性,对可见光具有较强的吸收,在光催化和光电催化领域具有广泛的用途。然而,单一WO3薄膜仍然存在着光生电子-空穴复合率高、光电催化活性与能量转换效率偏低等问题。本文从WO3薄膜光电催化性能的改善及应用两个方面对近年来的研究进行了综述。在WO3薄膜光电催化性能的改善方面,分别从有序纳米结构的构建、离子掺杂与表面修饰进行总结。同时,也归纳总结了WO3薄膜作为光电极在分解水制氢、光电催化还原CO2和降解有机污染物等方面的应用,并提出了WO3薄膜在光电催化过程中存在的问题,指出WO3有序纳米异质结的构建是提高WO3薄膜光电催化活性的有效方法。WO3薄膜光电极的规模制备、廉价助催化剂的使用、光电极的稳定性与耐蚀性是其实际应用过程中需要解决的问题。

    复合雷尼铜催化剂在乙酸酯加氢中的应用
    吴佳佳,鲁树亮,田保亮
    化工进展. 2020, 39(2):  533-538.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0784
    摘要 ( 203 )   HTML ( 4 )   PDF (1011KB) ( 114 )  
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    在催化反应中,雷尼合金催化剂通常以粉末状出现,其易燃、操作不便,多用于精细化工领域中小规模的加氢反应中,而无法用于一般固定床反应。为了扩大雷尼合金催化剂的应用领域,采取一定方法将其成型成为近年来较为关注的研究方向。传统的将催化剂成型、焙烧的方法容易导致催化剂颗粒烧结,使得金属利用率低,导致活性下降。本文介绍了一种碳载体雷尼催化剂的制备方法,该方法可将催化剂的制备、成型一步完成,该方法不仅是一种催化剂的成型方法,更是一种新型催化剂的制备方法。对碳载体合金催化剂进行了一系列的物化表征发现,催化剂为疏松状结构,具有丰富的孔道及次级孔道,且高温并未导致活性金属粒子的烧结,活化后的活性金属粒径大约在50nm,均匀分散于复合载体中。在乙酸酯加氢反应中,在相同的反应条件下(反应温度为250℃,反应压力为3.0MPa,氢酯摩尔比为37,乙酸酯的液体空速为0.25h-1),该碳载体合金催化剂具有很高的加氢活性,单位质量铜表面的乙酸酯加氢转化率是传统雷尼合金催化剂的两倍。

    超支化镍系催化剂构效关系及催化乙烯齐聚机理
    张娜,马立莉,陈丽铎,李翠勤,王俊
    化工进展. 2020, 39(2):  539-547.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-2463
    摘要 ( 230 )   HTML ( 3 )   PDF (1112KB) ( 160 )  
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    采用1.0G超支化大分子(1.0G)、3-取代水杨醛和NiCl2·6H2O为原料,依次经席夫碱反应和络合反应合成了3种新型具有不同取代基位阻的超支化水杨醛亚胺配体及其镍系催化剂,利用红外光谱(FTIR)、核磁共振氢谱(1H NMR)、紫外光谱(UV-vis)、电喷雾质谱(ESI-MS)及电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)等方法对合成出产物的结构进行表征。考察了配体空间位阻、溶剂种类、助催化剂种类及反应条件对催化乙烯齐聚性能的影响。研究结果表明,配体空间位阻对催化乙烯齐聚性能有较大的影响,当以甲苯为溶剂、甲基铝氧烷(MAO)为助催化剂,在最佳反应条件下,超支化邻苯基水杨醛亚胺镍系催化剂催化乙烯齐聚的活性为2.81×105g/(mol Ni·h),对高碳烯烃(C10+)的选择性为34.28%。此外,在超支化水杨醛亚胺镍系催化剂催化性能评价的基础上,对其催化乙烯齐聚的机理进行研究。

    无黏结剂ZSM-35沸石的制备与催化反应性能
    郭友娣,任杰,王德举
    化工进展. 2020, 39(2):  548-553.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0906
    摘要 ( 273 )   HTML ( 13 )   PDF (1151KB) ( 199 )  
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    考察了不同硅铝比无黏结剂ZSM-35沸石分子筛的合成条件及催化反应性能。以多种有机胺(乙二胺、环己胺、正丁胺)为模板剂,在SiO2/Al2O3为30~40的情况下均可以水热合成无黏结剂ZSM-35沸石。在乙二胺模板剂体系中,ZSM-35合适的晶化温度为130~160℃。提高SiO2/Al2O3至58时,在乙二胺和正丁胺模板剂体系下,合成产物易出现ZSM-5和石英相,而环己胺作为模板剂可以成功制备纯相的无黏结剂ZSM-35沸石。在SiO2/Al2O3为72时,以乙二胺、环己胺、正丁胺为模板剂均难合成纯相ZSM-35沸石,易产生杂晶。在二甲苯异构化反应中,制备的ZSM-35沸石表现出比ZSM-5沸石更好的对二甲苯选择性和更低的二甲苯损失。

    H3PW12O40/酸改性硅藻土催化剂的制备、表征及催化合成乙酸正丁酯
    周德志,曹小华,占昌朝,史文静,谢宝华
    化工进展. 2020, 39(2):  554-560.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0813
    摘要 ( 225 )   HTML ( 8 )   PDF (916KB) ( 188 )  
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    以硫酸改性后的硅藻土为载体,Keggin结构磷钨酸为活性组分,通过浸渍法制备出负载型催化剂H3PW12O40/改性硅藻土,并对催化剂进行傅里叶变换红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、X射线能谱(EDS)和N2-程序升温脱附(N2-TPD)表征。结果表明:酸改性后硅藻土的微孔增大增多,比表面积增大。H3PW12O40均匀分布在改性硅藻土载体上,负载后磷钨酸仍保持Keggin结构。以H3PW12O40/改性硅藻土为催化剂催化乙酸和正丁醇液相合成乙酸正丁酯,通过正交试验探索优化工艺条件。在较优工艺条件下,即w(40%H3PW12O40/改性硅藻土)=1.1%(基于反应物质量),n(酸)∶n(醇)=1∶3,125℃反应2.0h,酯化率高达98.1%。催化剂重复催化使用5次,酯化率仍可达86.1%。H3PW12O40/改性硅藻土可作为催化合成乙酸正丁酯的高效催化剂,具有活性高、用量少、价格低廉、制备简单、后处理简便、无废液排放等优点。

    Fe/CaO催化剂对脱灰徐州烟煤热解特性的影响
    王东,马士伟,向文国,陈时熠
    化工进展. 2020, 39(2):  561-566.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0801
    摘要 ( 218 )   HTML ( 6 )   PDF (535KB) ( 175 )  
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    煤热解是一种重要的煤炭分质利用技术,但热解过程中产生的副产物焦油危害极大,催化改质是高效清洁利用煤焦油的方法之一。本文采用溶胶凝胶法制备Fe/CaO催化剂,在管式炉反应器上对脱灰徐州烟煤进行了催化热解实验,对研究催化裂解煤焦油具有重要的意义。结果表明:Fe/CaO催化剂可以明显促进热解气的产生,热解气中CO2、CO和CH4的产量均不断增加。Fe/CaO催化剂促进了液体产物的催化裂解,导致液体产率明显下降。Fe/CaO催化剂促进焦油中的稠环芳烃向脂肪烃和轻质芳烃转化,此外,Fe/CaO催化剂还对萘类化合物的产生有促进作用。Fe/CaO催化剂催化后焦油中两环化合物的含量增多,三环及以上的化合物含量减少,焦油分子量呈减少的趋势。

    CuZnTiO2/SAPO-34双功能催化剂的设计、制备及其用于CO2加氢制烯烃性能
    陈静宇,张建红,盛浩,吴大凯,高新华,马清祥,张建利,范素兵,赵天生
    化工进展. 2020, 39(2):  567-576.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0544
    摘要 ( 309 )   HTML ( 13 )   PDF (1318KB) ( 359 )  
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    CO2加氢经甲醇(含氧中间体)制低碳烯烃工艺路线,可实现成醇、脱水两步反应串联协同进行,打破费托合成产物Anderson-Schulz-Flory(ASF)分布限制,高选择性地制取低碳烯烃。传统甲醇合成Cu基催化剂加氢能力较强,在两步反应中产物以CH4、低碳烷烃为主。实验设计、制备了CuZnTiO2/(Zn-)SAPO-34复合催化剂,实现了CO2加氢在Cu基复合催化剂上高选择性合成C2~C4烯烃(约60%)。研究表明,两步反应过程中甲醇体积分数较低(<6%),且高温下逆水煤气变换反应严重,导致催化剂酸性变化对产物分布的影响较大。调变两类活性位点比例发现,CH4的产生与串联反应存在竞争关系,SAPO-34酸量的增加抑制了CH4的生成,促进串联反应正向进行;合适的酸性有助于生成C2~C4烯烃。控制成醇、脱水两类活性位点接触距离可调变烯烃的二次反应,降低加氢能力,改善产物分布。

    Mn掺杂对尖晶石型NiFe1.97Pd0.03O4-δ催化剂脱硝性能的影响
    赵跃飞,闫涛涛,陈凯,霍超
    化工进展. 2020, 39(2):  577-583.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0276
    摘要 ( 249 )   HTML ( 5 )   PDF (830KB) ( 122 )  
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    采用生物模板法,通过掺杂Mn对尖晶石型NiFe1.97Pd0.03O4-δ催化剂中的Fe离子进行取代,制备一系列不同Mn掺杂量的NiFe1.97-xMnxPd0.03O4-δ催化剂(x=0、0.01、0.02、0.05、0.10),并在单管固定床反应器中进行H2-SCR脱硝性能评价。运用X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、程序升温-脱附(NH3-TPD)和程序升温还原(H2-TPR)以及傅里叶红外光谱仪(FTIR)等手段对催化剂进行表征、分析。结果表明:适量Mn的掺杂不仅可以提高活性物种Pd在催化剂上的分散度,还显著提高了其催化剂表面的总酸量及其氧化还原能力,从而提高了NiFe1.97Pd0.03O4-δ催化剂在低温下的H2-SCR脱硝活性,并拓宽了其催化活性温度窗口。在实验范围内,NiFe1.92Mn0.05Pd0.03O4-δ催化剂在150℃下的NO转化率高达95%,且在150~200℃温度区间内,NO转化率均在90%以上。

    材料科学与技术
    熔盐储热材料比热容强化的研究进展
    田禾青,周俊杰,郭茶秀
    化工进展. 2020, 39(2):  584-595.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0798
    摘要 ( 288 )   HTML ( 6 )   PDF (1128KB) ( 512 )  
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    强化熔盐材料比热容可以有效增强熔盐材料的蓄热能力,减小蓄热系统面积及热损失,进而降低蓄热成本,是近年来中高温储能领域的研究热点。本文主要从熔盐储热材料比热容强化的必要性、强化方法和强化机理等方面综述了近年来熔盐传热蓄热材料比热容强化的研究进展。具体阐述了添加可溶性添加剂和掺杂异质纳米颗粒形成纳米流体两种强化熔盐比热容的方法及目前存在的问题,重点探讨了熔盐纳米流体的制备方法、异质纳米颗粒体系、强化效果及比热容强化机理等问题。此外,指出了当前利用纳米流体强化熔盐储热材料比热容方面存在的不足:研究体系单一、悬浮稳定性差和比热容强化机理不完善等,并对熔盐纳米流体的未来发展方向,即多体系熔盐纳米流体的开发,多手段比热容强化机理的揭示和多方法熔盐纳米流体物性的测量进行了展望。

    反渗透膜脱硼技术研究进展
    李韵浩,王书浩,顾凯峰,周勇,高从堦
    化工进展. 2020, 39(2):  596-604.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0923
    摘要 ( 302 )   HTML ( 11 )   PDF (656KB) ( 178 )  
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    硼是生命体中必不可少的微量元素,但是摄入过量的硼会危害动植物的生长发育。在现有脱硼技术中,反渗透膜脱硼被认为最具应用前景,但受硼酸分子的分子直径小和不带电荷等影响,反渗透膜对硼的脱除仍不能满足实际要求,因此制备高脱硼反渗透膜具有重要意义。本文综述了近年来反渗透膜脱硼技术的研究进展,重点阐述了提高反渗透膜脱硼率的机制,主要思路包括优化反渗透膜结构和利用硼酸特殊性质;改善反渗透膜脱硼性能的有效途径包括开发新型膜材料,优化界面聚合工艺和物理化学法改性等;制备高脱硼反渗透膜的主要障碍是水硼传输的trade-off现象和缺少针对水和硼传输的模型。另外,硼酸分子具有独特的物理化学性质,可以借助硼酸分子研究聚酰胺反渗透膜的网络结构、水硼在膜内的传输机制和引起trade-off现象的因素。

    锡硅分子筛:新型杂原子分子筛催化材料
    刘聿嘉,夏长久,林民,朱斌,彭欣欣,罗一斌,舒兴田
    化工进展. 2020, 39(2):  605-615.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0866
    摘要 ( 378 )   HTML ( 10 )   PDF (1154KB) ( 304 )  
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    锡硅分子筛能高效催化含氧烃转化,因此其具有重要潜在工业应用价值。本文简述了锡硅分子筛的骨架锡判定、合成方法、多级孔合成研究及应用领域。XRD、NMR和EXAFS等表征方法可以判别锡硅分子筛内锡原子的配位形式及落位。合成锡硅分子筛通常采用水热晶化法、后插入法和干胶转化法。碱性水热合成过程中匹配锡源和硅源的水解速率是使锡原子高效插入分子筛骨架的关键。中性水热合成方法制备的锡硅分子筛结晶度较高,但存在使用剧毒含氟试剂和晶粒较大等问题。干胶转化法可在短时间内制备高结晶度含锡分子筛,但该法存在传质传热差等弊端。采用后插入法可将锡原子插入到不同拓扑结构的分子筛骨架,但锡原子易发生聚集。同时,采用碱处理、硬模板剂法和软模板剂法合成多级孔锡硅分子筛,可提升骨架锡活性中心的可接近性。其中,采用软模板剂法展示出独特的优势,其可制备介孔分布均匀且贯通性良好的多级孔锡硅分子筛。另外,锡硅分子筛的骨架锡原子对含氧官能团具有优异的活化作用,因此其在Meerwein-Ponndorf-Verley-Oppenauer反应、葡萄糖异构化反应、乳酸及乳酸酯制备及Baeyer-Villiger氧化反应中都展示了良好的催化效果。

    聚合物相分离技术在超疏水表面制备中的应用
    侯瑞,李桂群,张岩,丁文皓,张宝芹,李明俊
    化工进展. 2020, 39(2):  616-626.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0765
    摘要 ( 319 )   HTML ( 10 )   PDF (1211KB) ( 387 )  
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    具有超疏水表面的聚合物可应用于自清洁、抗结冰、抗黏附、防腐蚀和油水分离等诸多领域。随着研究的深入,超疏水材料的原理逐渐清晰,实用性研究越来越受到重视,简化制备工艺,降低原材料成本,延长使用寿命,提高表面的耐磨性、耐候性,成为超疏水材料获得应用的关键。在诸多超疏水表面制备方法中,聚合物相分离技术操作简单易行、原材料成本低廉,因此具备很高的应用潜力,是超疏水材料重要的应用方法。虽然相分离技术在超疏水表面制备中的应用由来已久,但针对这一技术的总结论述却相对较少,本文综述和归纳了通过聚合物相分离技术制备超疏水表面的方法,介绍了相关应用,并总结了超疏水材料在研究中存在的对耐环境性能重视不足、缺乏系统性评价方法等问题,认为聚合物相分离技术对提升超疏水材料的实用性意义重大。

    改性聚乙烯醇添加酒糟制备缓释肥包膜材料的表征及其性能
    储李娜,敖先权,陈前林,郭妤,曹阳
    化工进展. 2020, 39(2):  627-634.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0807
    摘要 ( 306 )   HTML ( 6 )   PDF (2365KB) ( 260 )  
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    采用聚乙烯吡咯烷酮(PVP),通过溶液共混的方式对聚乙烯醇(PVA)进行改性,添加酒糟(JZ)制备复合包膜材料,并对氮肥进行包膜制备缓释肥料。研究了JZ的添加量对复合包膜材料性能以及包膜肥料缓释性能的影响。结果表明:JZ与各组分之间通过氢键作用相互结合,相容性良好;JZ的添加使复合膜材料热稳定性得到了显著提高;120d PUPZ5复合包膜材料降解率相比未添加JZ提高了20.11%;随着JZ的加入,复合包膜材料的机械性能先增加后下降,当JZ与PVA的质量比为15∶100时复合膜材料的力学性能达到了20.75MPa,比未添加酒糟提高了528.79%,且缓释肥料具有良好的缓释性能,可以通过调节JZ在复合包膜材料中的含量来控制缓释肥料中N的释放速率。

    锂离子电池正极材料超声强化水洗过程研究
    李萌,刘雪东,诸士春,虞兰剑,许晶
    化工进展. 2020, 39(2):  635-642.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0901
    摘要 ( 348 )   HTML ( 10 )   PDF (691KB) ( 159 )  
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    针对高镍三元锂离子电池正极材料的降碱处理方式主要局限于去离子水洗涤且清洗效果不佳的问题,提出了一种超声强化水洗处理高镍三元锂离子电池正极材料的新方法。以LiNi0.8Co0.15Al0.05O2(NCA)为研究对象,去离子水为溶剂,通过正交试验探讨了超声强化水洗对高镍三元锂离子电池正极材料进行降碱处理的影响因素,并就单一固含量因素影响与简单去离子水洗涤进行对比。采用pH测定、粒度分析、SEM、电化学性能测试等手段进行分析,研究了固含量、搅拌时间、超声时间、超声频率、超声功率等对高镍三元锂离子电池正极材料降碱效果的影响。研究结果表明:在固含量10%、搅拌时间更均匀的情况下,颗粒表面形貌无明显影响,材料电化学性能提高。实际工业生产过程中水洗的固含量为40%更为合适。

    纳米MnO2/PVA石墨纸多层电极电催化降解聚丙烯酰胺
    胡月,汪明旺,吕宏凌,刘祎,陈金庆
    化工进展. 2020, 39(2):  643-648.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0759
    摘要 ( 242 )   HTML ( 6 )   PDF (893KB) ( 147 )  
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    采用涂覆法制备纳米MnO2-PVA/GP多层复合电极,经FTIR、SEM、循环伏安特性曲线分别表征电极的分子结构、表面形貌和电化学性能。复合电极表面聚乙烯醇(PVA)涂层光滑,PVA薄层均匀内嵌γ晶型球形纳米MnO2颗粒,粒径约15~20nm,具有较高催化活性。该电极为多层复合结构,以石墨纸为基底电极,集合PVA强吸附性和纳米MnO2催化活性,应用于电催化降解石油三采过程中产生的高黏性的聚丙烯酰胺溶液。考察了电流密度、溶液pH、电解质浓度等因素对复合电极电催化降黏性能的影响。该电极电催化降黏性能优于石墨纸电极和纳米MnO2催化,在pH=7、电解质Na2SO4溶液浓度为0.3mol/L、电流密度10mA/cm2、电催化2.0h后PAM溶液的黏度下降90.2%以上,达到石油三采中聚丙烯酰胺废水回用的黏度要求,同时节约了采油业用水资源。

    中低温煤焦油基炭微球的制备
    郑金欣,田育成,郝博天,淡勇,李稳宏,黄晔,高峰,李冬
    化工进展. 2020, 39(2):  649-657.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0829
    摘要 ( 239 )   HTML ( 4 )   PDF (1493KB) ( 233 )  
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    通过馏分切割、温和加氢相结合对中低温煤焦油进行精制处理,精制后的原料采用分级热聚制备中间相炭微球。考察了精制处理条件对原料性质、中间相炭微球宏观外貌及微晶结构的影响。采用FTIR、GC-MS、族组成、元素分析对原料进行表征,采用SEM、XRD对中间相炭微球进行表征。结果表明:中低温煤焦油中300~430℃馏分油是制备中间相炭微球的较佳馏分。300~430℃馏分油中正庚烷可溶物(HS)质量分数高达84.76%,吡啶不溶物(PI)质量分数低至0.23%,杂原子含量低,芳烃化合物的环数为2~4环。300~430℃馏分油在TH=350℃、p=8MPa、t=1.5h、剂油比1∶40(质量比)的条件下温和加氢得到的精制原料,经420℃热聚6h得制备的中间相炭微球宏观外貌、微晶结构较好。中低温煤焦油基炭微球的粒径范围为5~15μm,小球表面光滑,微观结构为地球仪型,经1450℃高温煅烧后,石墨化度达到12.33%。

    孔结构可调聚合物微球的制备及贯通性能
    郝军正,祝琳华,王红,司甜,何艳萍,孙彦琳
    化工进展. 2020, 39(2):  658-666.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0870
    摘要 ( 306 )   HTML ( 12 )   PDF (2568KB) ( 238 )  
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    具备贯通性能的聚合物微球在微球材料中具有广泛应用。本文采用溶剂挥发法制备孔结构可调的聚甲基丙烯酸甲酯微球并对微球的贯通性能进行研究。通过调控聚合物浓度、致孔剂用量、溶剂组成以及升温速率等实现微球孔结构可调并研究以上参数对微球贯通性能的影响。结果表明:当聚合物的浓度逐渐升高时,微球内部由中空向多孔结构演变,且随着聚合物浓度的增加,微球内部孔数量增多,孔径变小,贯通性能降低;当致孔剂用量逐渐增加时,微球内部结构由多孔向中空演变,且伴随致孔剂用量的减少,微球孔数量增多,孔径变小,贯通性能降低;无论是调控聚合物浓度还是致孔剂用量,微球的贯通性能与结构密切相关,当微球中空或者内部为稀疏的大孔结构时,贯通性较好,在水溶液中沉降率高达80%以上;使用混合溶剂替代单一溶剂以提高多孔聚合物微球的贯通性,发现微球多孔结构的变化趋势并不明显,但是可以较为显著地改变聚合物微球的贯通性,其中当RTCM/DCM=3∶10时,微球贯通性最佳,相比单一溶剂条件下,在水溶液中沉降率从30%提高到60%。升温速率对微球贯通性影响巨大,升温过快或过慢均对微球贯通性产生不利影响,40℃/25min条件下所制备微球沉降率较高,约60%。

    生物与医药化工
    秸秆类型及配比变化对污泥厌氧消化中微生物群落的影响
    唐涛涛,李江,杨爱江,杨钊,向福亮,袁华宇
    化工进展. 2020, 39(2):  667-678.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0777
    摘要 ( 234 )   HTML ( 2 )   PDF (1392KB) ( 206 )  
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    为探讨秸秆类型及配比变化对污泥厌氧消化体系中微生物群落结构的影响,采用16S rRNA高通量测序技术,对污泥-秸秆联合厌氧消化体系中微生物群落进行分析。结果表明:玉米秸秆的添加对体系中pH和挥发性脂肪酸(VFAs)的影响较大,尤其是乙酸。而小麦和水稻秸秆的添加对碱度的影响较大,但当配比增加时体系中的VFAs和乙酸浓度也会增加,特别是1∶1.5(挥发性固体质量比)。通过对微生物群落结构分析发现,秸秆类型及配比的变化能显著提高厌氧体系中水解菌和酸化菌的相对丰度(p<0.001),如深古菌门Bathyarchaeota、未识别的_c_深古菌门(norank_p_Bathyarchaeota)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、阴沟单胞菌门(Cloacimonetes)、同力菌门(Synergistetes)、未分类的_p_阴沟单胞菌门(unclassified_p_Cloacimonetes)、未识别的_c_拟杆菌门_vadinHA17(norank_c_Bacteroidetes_vadinHA17)、(Christensenellaceae_R-7_group)、未识别的_f_紫单胞菌科(norank_f_ Porphyromonadaceae)、未分类的_f_瘤胃菌科(unclassified_f_Ruminococcaceae)、拟杆菌属(Bacteroides)、丙酸杆菌属(Prolixibacter)、长绳菌属(Longilinea)、纤绳菌属(Leptolinea)等菌群;但对体系中乙酸型产甲烷菌(Methanosaeta)和氢型产甲烷菌(甲烷螺菌属Methanospirillum、甲烷杆菌属Methanobacterium和甲烷短杆菌属Methanobrevibacter)的生长产生抑制作用。同时也发现秸秆的添加对甲基型产甲烷菌(Methanomassiliicoccus)的生长具有显著的促进作用(p<0.001),从而影响厌氧体系的产甲烷特性。

    E. coli K-12琥珀酸脱氢酶sdhC基因纳米锥的设计及自组装
    周末,刘彦君,佟欣瑞,董延甲,吴欣瑜,王迎香,应明
    化工进展. 2020, 39(2):  679-685.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0808
    摘要 ( 300 )   HTML ( 4 )   PDF (1013KB) ( 150 )  
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    采用DAEDALUS软件,以E. coli K-12 MG1655的琥珀酸脱氢酶复合体C亚基编码酶基因sdhC的双链DNA为脚手架链,进行一个边长为17.68 nm的正四面锥设计,并最终通过核酸自组装反应获得了sdhC基因的纳米锥聚合体。利用琼脂糖凝胶电泳、扫描电子显微镜和透射电子显微镜对多组样品进行化学组分和形貌分析,同时利用原子力显微镜液下成像法测定了核酸聚合体的三维尺度。结果表明:DAEDALUS软件设计出的16条订书钉链,确实将624 bp的sdhC双链DNA中的一条链折叠成了平均边长为19.05nm的正四面锥,与预设模型仅相差1.37nm,证明普通基因的双链DNA可以替代M13mp18单链核酸作为DNA折纸的核酸材料,为构建核酸纳米材料提供了一种新方法。

    精细化工
    耐高温聚胺类页岩抑制剂的研究现状
    潘一,廖松泽,杨双春,马迪,丛禾
    化工进展. 2020, 39(2):  686-695.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0886
    摘要 ( 333 )   HTML ( 11 )   PDF (783KB) ( 282 )  
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    聚胺类抑制剂是一种分子链上含有胺基的钻井液添加剂,与无机盐、单分子铵盐等页岩抑制剂相比,其对页岩地层的强抑制性受到大量学者的关注。但在高温下聚胺分子的分解会影响其抑制效果,而作业井深增加,开发难度增大往往使温度成为限制抑制剂应用的决定因素,因此目前研发耐高温强抑制性的页岩抑制剂对钻井作业来说具有重要意义。本文将具有耐高温性能的聚胺类页岩抑制剂按聚合物分子链的形态分为链状聚胺类、超支化聚胺类、特殊功能性基团类,评述了这三类耐高温页岩抑制剂的抑制性、耐温性、生物毒性等性质和应用现状,对聚胺类页岩抑制剂今后在提升耐温性、抑制性等方面的研究提出了建议,以期为相关研究提供参考。

    羟基改性聚对亚苯基苯并二唑单体3,3′-二氨基-4,4′-二羟基联苯盐酸盐的合成
    吴纯鑫,常雨淅,陈迪超,张建庭,金宁人,赵德明
    化工进展. 2020, 39(2):  696-701.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0824
    摘要 ( 203 )   HTML ( 4 )   PDF (484KB) ( 105 )  
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    为改进聚对亚苯基苯并二唑(PBO)纤维复合黏结性能差等缺点,在苯环上引入极性基团羟基进行化学分子结构改性,3,3′-二氨基-4,4′-二羟基联苯盐酸盐(DADHBP·2HCl)是羟基改性PBO的关键单体。以4,4′-二羟基联苯(DHBP)为原料经硝化、还原反应合成得到中间体3,3′-二硝基-4,4′-二羟基联苯(DNDHBP)和羟基改性PBO的单体DADHBP·2HCl,并对其反应条件进行了优化。结果表明:对于硝化反应,以甲苯、冰乙酸的混合液为反应溶剂,n(DHBP)∶n(HNO3)=1∶2,反应温度5℃,反应时间2.5h,收率81.39%,高效液相色谱(HPLC)纯度(质量分数)92.43%;还原反应,n(DNDHBP)∶n(FeSO4·7H2O)=1∶9,乙醇为溶剂,七水合硫酸亚铁为助剂,n(DNDHBP)∶n(N2H4·H2O)=1∶5.5,反应温度78℃,反应时间9h,热过滤,滤饼盐酸精制后得到DADHBP·2HCl,收率67.16%,HPLC纯度(质量分数)98.20%。中间体和产物结构经红外光谱、核磁氢谱和电喷雾质谱表征确认。

    SMA的合成及其对香精的分散和微胶囊制备的影响
    方文强,祝琳华,司甜,孙彦琳,何艳萍
    化工进展. 2020, 39(2):  702-708.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0857
    摘要 ( 500 )   HTML ( 10 )   PDF (2413KB) ( 190 )  
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    使用溶液聚合法合成苯乙烯-马来酸酐共聚物(SMA),利用盐化的苯乙烯-马来酸钠盐作为保护胶体分散香精,采用原位聚合法制备三聚氰胺甲醛树脂香精油微胶囊。探究了不同分子量的SMA钠盐对香精的分散作用和对香精油微胶囊制备的影响,并与进口SMA 520对香精的分散作用和微胶囊制备效果进行了对比。实验发现,随着SMA分子量减小,香精油趋向于以较小粒径的液滴分散在连续相中,粒径分布逐渐变窄,香精油滴的分散稳定性提高。当使用的SMA钠盐溶液(质量分数10%)黏度≥145mPa·s时,可制备出粒径为5~20μm,形态为球形、表面有少许凹陷、壳层厚度较为均匀的微胶囊。当使用的SMA钠盐溶液(质量分数10%)的黏度≤67mPa·s时,只能形成极少数的球形微胶囊。作为保护胶体制备香精油微胶囊,进口SMA 520与实验室制备的黏度为314mPa·s的SMA钠盐溶液(质量分数10%)具备相似的效果。

    资源与环境化工
    铁对废水微生物脱氮的影响研究进展
    吕冉,李彬,肖盈,张靖雯,麦裕良
    化工进展. 2020, 39(2):  709-719.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0909
    摘要 ( 308 )   HTML ( 8 )   PDF (664KB) ( 350 )  
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    微生物脱氮是一种经济有效的治理水体氮污染的手段。目前微生物脱氮过程主要有厌氧氨氧化、硝化、反硝化及同时硝化反硝化等。铁是环境中普遍存在的金属元素,也是微生物所需的重要微量元素之一。在微生物脱氮系统中,铁盐或者含铁固体化合物等的投加会对微生物及脱氮工艺过程等产生一定的影响,且对于不同种类的微生物与不同的脱氮工艺,铁所产生的影响也将不同。本文全面综述了近些年的研究报道中铁对厌氧氨氧化、硝化、反硝化及同时硝化反硝化等不同脱氮过程中含氮污染物去除效果的影响,铁与脱氮微生物的酶活性、电子传递、增殖富集及脱氮反应器中生物膜、污泥絮体及颗粒形成等之间的作用关系,旨在全面理解铁对微生物脱氮系统的作用与内在机制,为实现利用铁强化微生物脱氮过程、提高微生物脱氮效率提供借鉴。

    基于钠基吸附剂的烟气脱碳系统余热利用研究
    谢玮祎,陈晓平,马吉亮,刘道银,梁财,吴烨,蔡天意
    化工进展. 2020, 39(2):  720-727.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0874
    摘要 ( 272 )   HTML ( 4 )   PDF (1513KB) ( 180 )  
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    针对基于钠基固体吸附剂的燃烧后脱碳技术应用于燃煤电厂后综合能耗偏高的问题,本文提出与供热机组结合的碳捕集/供热双机组系统,利用低温热网回水回收系统低品位余热。依据双机组的抽汽混合与否构建了两种系统流程,分析了两种不同方案下的系统性能。研究结果表明,在有效回收脱碳系统碳酸化反应余热后,独立抽汽方案中碳捕集综合能耗从4.05GJ/t CO2降低至1.26GJ/t CO2,而混合抽汽方案中碳捕集综合能耗降低至1.13GJ/t CO2,同时双机组系统的热网供热量较单供热机组分别增加了67.5%和72.8%,经济效益显著。分析了混合抽汽方案的系统中碳捕集综合能耗随相关运行参数变化的规律,发现碳酸化反应温度和热网回水温度因为能够直接影响系统余热利用程度因而更易对碳捕集综合能耗产生影响。

    烟气CO2捕集热能梯级利用节能工艺耦合优化
    陆诗建,高丽娟,王家凤,赵东亚,王鑫,朱全民
    化工进展. 2020, 39(2):  728-737.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0911
    摘要 ( 293 )   HTML ( 8 )   PDF (2193KB) ( 190 )  
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    醇胺法捕集CO2技术是一种较成熟的CO2捕集技术,具有吸收速度快、脱除效果好等显著优点,但其操作费用高、解吸能耗大。本文以降低醇胺法捕集烟气中CO2系统再生能耗为出发点,对常规醇胺法捕集CO2工艺统进行了节能优化研究。在常规工艺流程基础上引入压缩式热泵节能技术,并利用Aspen Plus软件建立了基于压缩式热泵技术的CO2捕集工艺流程模型。研究了压缩式热泵与机械蒸汽压缩回收(MVR)热泵、分流解吸、分布式换热、级间冷却4种节能工艺耦合,通过模拟计算与优化,结果说明了最佳节能工艺组合为“解吸塔压缩式热泵+贫液MVR热泵+分流解吸+级间冷却”耦合的CO2捕集工艺流程,当解吸塔顶气体分流比为0.25∶0.75、冷富液分流比为0.05∶0.95、级间冷却器位于吸收塔17块塔板位置、吸收塔输入冷量为-3.0GJ/h时,系统再生能耗最低,为2.533 GJ/tCO2,相比常规有机胺工艺(再生能耗4.204GJ/tCO2)节能率39.748%。

    淋溶条件下生物炭对矿区土壤中重金属迁移的影响
    王哲,骆逸飞,郑春丽,张雪峰,王维大,姜庆宏
    化工进展. 2020, 39(2):  738-746.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0726
    摘要 ( 256 )   HTML ( 9 )   PDF (710KB) ( 145 )  
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    以玉米秸秆为原料在450℃下制备生物炭,将生物炭按5%的炭土比例施入矿区重金属污染土壤中。通过室内土柱淋溶试验,分析加入生物炭对土壤淋出液pH、重金属纵向迁移行为及重金属累积释放量的影响。结果表明:加入生物炭处理后土壤淋出液的pH显著高于对照处理,说明生物炭可以在一定程度上缓解土壤的酸性。与对照相比,添加生物炭降低了重金属向下层土壤迁移的风险,淋溶后土柱中Pb、Cu、Zn和Mn的纵向迁移量分别降低了65.93%、50.95%、49.29%和30.95%,生物炭对土壤中重金属纵向迁移抑制的顺序为Pb>Cu>Zn>Mn,生物炭对Pb的钝化效果最好。随着淋溶液体积的增加,Pb、Cu、Zn和Mn这4种重金属的淋溶累积释放量总体上呈现出前期快速溶出和后期缓慢溶出两个明显的阶段。4种重金属的累积释放量大小为Pb>Mn>Zn>Cu,添加生物炭后明显降低了重金属的累积释放量。对土壤中金属释放过程进行数学方程拟合后发现,应用Elovich方程能较好地描述重金属释放过程,说明这4种重金属元素在土壤中的淋溶和释放过程的机制不是单一反应过程,而是属于活化能变化较大的复杂反应过程。加入生物炭后各重金属的b值均低于对照组,重金属迁移速率随着生物炭的添加而降低,说明生物炭能提高土壤对重金属离子的吸附力,降低因土壤淋溶作用而引起的重金属迁移,可以实现对重金属复合污染矿区土壤的修复。

    以氢气为电子供体的硫酸盐还原菌处理酸性矿山废水
    祝传静,田森林,黄建洪,李英杰,胡学伟
    化工进展. 2020, 39(2):  747-754.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0825
    摘要 ( 312 )   HTML ( 5 )   PDF (1621KB) ( 131 )  
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    研究氢气作为唯一电子供体的硫酸盐还原菌对酸性矿山废水的处理效果。本文对反应过程中pH和氧化还原电位(ORP),目标代谢产物H2S和∑S2-(HS-、S2-),出水中重金属及总有机碳进行分析。研究表明,生物反应器pH可迅速上升至8.75~8.80,ORP下降至-330~-420mV;在4865mg/L SO42-浓度下硫酸盐还原菌活性较好,其目标代谢产物H2S与∑S2-的积累量分别为88mg/L、172mg/L;Zn2+、Fe2+、Cu2+、Mn2+的去除率分别为94.3%、94.7%、97.5%、81.7%,重金属Cu2+、Zn2+的出水浓度分别为0.52mg/L、1.99mg/L,中和沉淀出水pH为6.9,其出水水质可达《污水综合排放标准》一级标准;出水残存总有机碳≤3mg/L,远低于以有机物为电子供体的出水水质;H2培养生物反应器中主要以脱硫弧菌属为主导。

    萃取-精馏耦合工艺处理环丁砜废水的流程模拟
    李战胜,丁秋霞,张守海,王锦艳,刘程,蹇锡高
    化工进展. 2020, 39(2):  755-759.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0693
    摘要 ( 295 )   HTML ( 10 )   PDF (695KB) ( 140 )  
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    针对聚芳醚树脂聚合过程产生的环丁砜废水的处理,提出了以二氯甲烷为萃取剂的萃取-精馏耦合新工艺。选用NRTL活度系数模型,采用Aspen plus流程模拟软件对萃取-精馏耦合工艺处理环丁砜废水的过程进行模拟研究,并应用灵敏度分析工具分别对萃取塔和精馏塔进行参数优化。模拟结果表明,当萃取塔的平衡级数为7、萃取相比为1∶1、精馏塔的理论板数为5、进料位置为第3块理论板时,废水中环丁砜的浓度从100g/L降至34mg/L,同时得到质量分数为98.31%的环丁砜,环丁砜的回收率达到99.95%,处理后的水和环丁砜都能够满足在聚芳醚树脂生产过程中循环使用的要求。与现有的四效蒸发工艺相比,萃取-精馏耦合工艺的热负荷降低了约37%,具有非常好的工业应用前景。

    回流固定床臭氧催化氧化煤化工反渗透浓水
    李欣欣,解立平,王蒙,张璐
    化工进展. 2020, 39(2):  760-766.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0708
    摘要 ( 199 )   HTML ( 3 )   PDF (811KB) ( 205 )  
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    设计了一种具有回流的固定床臭氧催化氧化反应装置,对浸渍法制得的α-Fe2O3/γ-Al2O3催化剂的性能进行了表征,并利用其在回流固定床反应装置中对煤化工反渗透浓水的臭氧催化氧化性能进行了研究。结果表明:α-Fe2O3/γ-Al2O3的比表面积、平均孔径、总孔容和活性组分α-Fe2O3含量分别为161.74m2/g、10nm、0.4533cm3/g和8.73%。反渗透浓水COD去除率随催化剂装填高度、臭氧投加浓度和过氧化氢投加量的增加而均呈现为先增加、后降低的变化趋势,回流可显著地提高废水COD去除率,适宜的催化剂装填高度、臭氧投加浓度、过氧化氢投加量和回流比分别为350mm、300mg/L、150mg/L和50%,臭氧催化氧化反渗透浓水的COD去除率达74.33%。煤化工反渗透浓水中大部分溶解性有机物和腐殖酸类物质均被臭氧催化氧化分解。

    垃圾焚烧炉对流受热面烧结积灰生长特性
    唐智,陈晓平,刘道银,梁财,马吉亮
    化工进展. 2020, 39(2):  767-775.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0768
    摘要 ( 230 )   HTML ( 3 )   PDF (2462KB) ( 155 )  
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    使用扫描电子显微镜、X射线荧光光谱仪、激光粒度分析仪等分析手段,对流化床垃圾焚烧炉对流受热面的松散性浮灰和烧结性积灰的微观结构和组成成分等进行研究。结果表明,省煤器浮灰中大部分颗粒保持着独立的形态,而对流管束浮灰存在烧结现象;绝大部分的浮灰粒径位于0~100μm;省煤器浮灰的灰熔点低于对流管束浮灰熔点80℃左右;对流管束浮灰和省煤器浮灰在成分组成上差别不大,浮灰中的主要元素均为Ca、Si、Al和S,但对流管束浮灰中Ca和S的含量高于省煤器浮灰。各层积灰中Ca和S的含量较高,主要物相为CaSO4。对流管束积灰中Ca和S含量高于省煤器积灰;对流管束和省煤器积灰中Al和Si的含量远低于浮灰中的相应含量。从积灰内层到外层Ca和S的含量逐渐减少,而Al和Si的含量逐渐增加;积灰内层K、Na、Fe和Cl的含量高于其他层。

    FeCl3和十六烷基三甲基溴化铵改性赤泥对水中铜离子的吸附性能和机理
    刘江龙,郭焱,席艺慧
    化工进展. 2020, 39(2):  776-789.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0788
    摘要 ( 336 )   HTML ( 12 )   PDF (3120KB) ( 233 )  
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    含铜废水主要来自电镀、有色冶炼、有色金属矿山开采、染料生产等过程。因Cu(Ⅱ)具有高毒性和生物富集性,严重威胁生态环境和人类健康。利用浓盐酸、三氯化铁(FeCl3)、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)依次对拜耳法赤泥(RM)进行处理、改性,制备出了一种去除率高、吸附量大、吸附效果好的重金属离子吸附剂。通过SEM、TEM、XRD、BET、元素分析、FTIR、热重分析等手段对其进行表征,并探究溶液pH、吸附剂投加量以及吸附温度等条件对水溶液中Cu(Ⅱ)吸附效果的影响。结果表明:酸浸赤泥(RM-HCl)比表面积比RM增大20倍,经过FeCl3和CTAB改性后赤泥表面负载了大量羟基氧化铁(FeOOH)并且改善了吸附材料的表面性质,提高了吸附材料与Cu(Ⅱ)之间的亲和力和单层吸附能力。综合改性赤泥(FeCl3/CTAB/RM)对铜的吸附时间在100min达到平衡,其最佳吸附pH为6、最佳吸附剂投加量为2g/L、饱和吸附量为221mg/g。吸附过程较好地符合准二级动力学模型和Langmuir吸附等温模型,热力学数据说明该吸附是吸热、自发的过程。吸附机理主要是FeCl3/CTAB/RM表面的羟基(Si-OH、α-FeOOH和β-FeOOH)以及掺杂的氯原子和表面活性剂,通过物理吸附(微胶束、静电引力)和化学吸附(离子交换、氢键)有效地去除Cu(Ⅱ)离子。

    铁碳微电解处理印染废水的效能及生物毒性变化
    贾艳萍,张真,毕朕豪,张健,张兰河
    化工进展. 2020, 39(2):  790-797.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0797
    摘要 ( 273 )   HTML ( 10 )   PDF (2806KB) ( 162 )  
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    为了提高铁碳微电解工艺处理实际印染废水的效率,采用响应面法进行工艺条件优化。以COD去除率为响应值,初始pH、铁投加量、铁碳质量比及反应时间为实验因素,构建响应面模型,分析模型的显著性。结果表明:当初始pH为3.53、铁投加量为83.92g/L、铁碳质量比为0.82及反应时间为78.48min时,COD去除率的预测值为75.25%,与实测值相差0.23%(<2%),可以利用该模型预测COD去除率的变化。同时采用大肠杆菌对铁碳微电解工艺进出水的生物毒性进行检测,与进水组相比,出水组中乳酸脱氢酶(LDH)释放量由对照组的2.13倍下降至对照组的1.64倍,同时活性氧物质(ROS)产生水平由对照组的19.26倍下降至对照组的4.81倍,细胞死亡率由98.1%下降至61.5%,对数期由5h延长至9h,且BOD5/COD从0.151升至0.416,因此铁碳微电解工艺具有降低印染废水生物毒性的作用。

    等离子体改性海绵铁活化过硫酸盐处理含酚废水
    程爱华,马万超,徐哲
    化工进展. 2020, 39(2):  798-804.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0810
    摘要 ( 248 )   HTML ( 8 )   PDF (951KB) ( 155 )  
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    采用低温等离子体技术对海绵铁表面进行改性,并将其用于活化过硫酸盐(PS)处理含酚废水。通过氮气等温吸附(BET)、X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)等手段对改性前后的海绵铁进行表征分析。以苯酚为目标污染物,通过静态实验考察催化剂投加量、催化剂/PS摩尔比、pH和苯酚初始浓度对等离子体改性海绵铁活化PS处理含酚废水的影响。结果表明,改性后的海绵铁比表面积、孔容及孔径均有增大,活化PS能力显著提高;在最佳反应条件(等离子改性海绵铁的投加量为0.4g/L,催化剂/PS摩尔比为1∶15,溶液pH为2,苯酚的初始浓度为250mg/L)下,苯酚的去除率可达95%;反应过程符合二级反应动力学,主要是硫酸根自由基和羟基自由基起氧化作用。等离子体技术改性海绵铁活化过硫酸钠可有效去除水中苯酚,为实际含酚废水的处理提供一些思路。

    Fenton处理对污泥脱水性、重金属形态及生物淋滤效率影响
    郑金鑫,邱春生,王晨晨,刘楠楠,王栋,王少坡,孙力平,张轶凡
    化工进展. 2020, 39(2):  805-811.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0844
    摘要 ( 221 )   HTML ( 7 )   PDF (557KB) ( 107 )  
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    为考察污泥预处理过程中重金属迁移转化规律,通过投加不同量的Fenton试剂对污泥进行处理,分析了Zn、Cd、Mn、Ni四种重金属的化学形态变化与后继生物淋滤过程的溶出行为。研究结果表明,污泥经Fenton处理后,毛细吸水时间在短时间内降低,但对生物淋滤后最终的污泥脱水性没有显著提升作用;重金属Zn、Cd、Mn的不稳定态(弱酸提取态、可还原态)比例不同程度提高,当投加Fe2+=1.00g/L、H2O2=9.00g/L时,其比例分别由37%、84%、79%上升至90%、93%、84%,但Ni无明显变化。此外,Fenton处理污泥中Zn、Cd、Mn、Ni四种重金属生物淋滤后含量分别由3451.52mg/kg、6.45mg/kg、443.40mg/kg、94.96mg/kg降至376.74mg/kg、1.10mg/kg、141.66mg/kg、21.77mg/kg,比单独生物淋滤处理污泥重金属残余量分别降低了36.20%、26.17%、30.92%和27.89%。利用动力学方程较好地描述了生物淋滤过程中Zn、Cd、Mn、Ni四种重金属的溶出速率的相对大小,排序为Mn<Cd<Zn<Ni。

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