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本期目录
2020年 第39卷 第3期 刊出日期:2020-03-05
    本期封面、中英文目次表
    化工进展. 2020, 39(3):  0-0. 
    摘要 ( 116 )   PDF (6096KB) ( 144 )  
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    化工进展. 2020, 39(3):  0-0. 
    摘要 ( 0 )   PDF (149607KB) ( 18 )  
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    特约评述
    电渗析过程传质模型的研究进展
    祝海涛,杨波,高从堦
    化工进展. 2020, 39(3):  815-823.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-1076
    摘要 ( 347 )   HTML ( 24 )   PDF (1058KB) ( 339 )  
    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    电渗析是一种利用离子交换膜和电势差从溶液及其他不带电组分中分离出离子的物质分离过程,该技术具有适应性强、预处理简单、能耗低、环境污染小等优点,被广泛应用于化工、生物等领域的分离纯化过程。本文主要介绍了用于电渗析分离过程的6种传质模型,总结了各模型的优势及存在的问题,指出限制电渗析技术进一步发展的主要原因是对包含物质传递、浓差极化、流体流动行为、电解质溶液-膜平衡等复杂现象的电渗析过程进行理论和实验研究难度大,而传质模型化为电渗析分离过程的物质传递研究提供了一条有效途径,有助于深入研究电渗析过程中物质的传递机理,准确预测分离性能并导向性优化电渗析结构设计和操作工艺。并且提出未来电渗析传质模型的研究方向是结合经验方程或传质系数进一步优化传质模型,并采用仿真工具模拟传质过程,提高模型的准确性和普适性。

    化工过程与装备
    撞击流强化混合特性及用于制备超细粉体研究进展
    张建伟,闫宇航,沙新力,冯颖,马繁荣
    化工进展. 2020, 39(3):  824-833.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0925
    摘要 ( 252 )   HTML ( 15 )   PDF (760KB) ( 274 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    撞击流以其强化微观混合的优异特性在化学反应、结晶、制备超细粉体等方面有广泛应用。本文在撞击流技术强化混合特性的基础上对近年来几种撞击流反应器制备超细粉体研究进行了综述。简述了流体流动、受限空间、喷嘴形式及结构、外部激励等因素对浸没循环撞击流反应器、受限撞击流反应器、T形撞击流反应器、微小型撞击流反应器、撞击流-旋转填料床反应器混合性能的影响。从结晶、微观混合时间等角度分析了撞击流微观混合特性对化学反应及制备超细粉体的影响。并与常规反应器及方法对比,从超细粉体的粒度大小、形貌、表面、能量、分散性、电性能及稳定性等方面进行评估。提出一种双层对置撞击流反应器用于工业上大规模制取超细粉体的中试研究,并展望了撞击流技术用于制备超细粉体的前景。

    喷淋鼓泡塔内氨水对烟气中As2O3的吸收特性
    魏永久,张月,郭雨生,王春波,白涛
    化工进展. 2020, 39(3):  834-841.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0954
    摘要 ( 177 )   HTML ( 7 )   PDF (1507KB) ( 111 )  
    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    喷淋鼓泡塔内的反应是典型的气液两相流,为研究喷淋鼓泡内氨水对烟气中As2O3吸收特性,探索新型喷淋鼓泡技术的污染物一体化控制潜力,以空气和SO2为模拟烟气,利用喷淋鼓泡吸收塔研究了液气比、浸液深度、氨水质量浓度、SO2质量浓度对氨水吸收气相As2O3的影响。研究表明:氨水对As2O3的吸收效率随液气比增加先增大后趋于平缓;浸液深度增大,氨水吸收As2O3的效率降低;As2O3与氨水中OH-作用生成的AsO33-溶于氨水实现氨水对As2O3的吸收,氨水吸收As2O3的效率随氨水质量浓度的增大先上升后下降;碱性环境下,SO2与NH3作用生成SO32-的水解增加了溶液中OH-,促进了氨水对As2O3的吸收,又因SO32-水解产生HSO3-电离出H+对部分OH-中和以及NH3挥发等因素,促进作用表现为吸收效率随SO2质量浓度的增加先上升后下降。在氨水质量浓度为0.07%、SO2质量浓度为525mg/m3、液气比10L/m3、浸液深度5cm时吸收效率达到最大82%。

    间歇流下二氧化碳水合物生成形态与堵塞机理
    何骋远,周诗岽,张文文,张青宗,吕晓方,王树立,赵书华
    化工进展. 2020, 39(3):  842-850.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0960
    摘要 ( 127 )   HTML ( 6 )   PDF (3018KB) ( 75 )  
    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    为明确二氧化碳水合物在间歇流条件下的生成形态与堵塞机理,采用高压可视实验环路进行了气团流及段塞流体系下的二氧化碳水合物的生成实验,分析了气团流与段塞流下二氧化碳水合物生成及堵塞形态图像。结果表明:气团流下水合物主要生成位置为管道顶部,以持续增长的水合物层的形式逐步减小环路流通面积,最终导致堵塞;段塞流下水合物在液相及管道顶部均有大量生成,但受制于大流量的冲刷,顶部水合物层无法长期存在,破碎落入液相主体中,导致液相主体黏度上升,流动阻力增大,流速下降,进而为液相中絮状水合物的并聚成块提供条件,液相中水合物的不断聚集是段塞流下水合物堵管的主要原因。此外,段塞流下生成的中空水合物球体是一种特殊的水合物形态,这类水合物多形成于液塞区与液膜区交界处。由于其内包裹着气体,故而会浮于液相空间上部,也会受扰动而破碎成片状水合物,但都无法在顶部空间聚集紧实形成致密水合层。

    纳米颗粒作为稳泡剂泡沫分离酪蛋白的工艺
    李子薇,胡楠,杨松琴,吴兆亮
    化工进展. 2020, 39(3):  851-857.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0963
    摘要 ( 154 )   HTML ( 4 )   PDF (1053KB) ( 185 )  
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    为了增强乳制品废水中低浓度酪蛋白(casein,CS)的泡沫性能进而提高其泡沫分离效果,首先采用十二烷基二甲基甜菜碱(dodecyl dimethyl betaine,BS12)改性疏水二氧化硅纳米颗粒(silica nanoparticle,SNP),以制备接触角为61.6°±3.1°的部分疏水二氧化硅纳米颗粒(BS12-SNP),分别从静态和动态泡沫性能两个角度来研究BS12-SNP作为稳泡剂的功效。实验结果表明,BS12-SNP作为稳泡剂可以抑制泡沫排液和泡沫聚并,进而增强20.0~60.0mg/L酪蛋白的泡沫稳定性。与不添加BS12-SNP相比,添加BS12-SNP后的酪蛋白废水泡沫半衰期最大可提高6.5倍。泡沫分离实验表明,在BS12-SNP浓度50mg/L、气速250mL/min、装液量500mL的条件下,上述浓度范围内的酪蛋白回收率最高可达94.2%,此时富集比为12.3。本文开发了一种表面功能化纳米颗粒代替表面活性剂的泡沫分离工艺,实现了废水中酪蛋白的有效回收。

    声波与喷雾对于飞灰颗粒团聚的影响
    张瑞翔,王鹏,伍婷婷,刘建忠,周俊虎
    化工进展. 2020, 39(3):  858-863.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0967
    摘要 ( 171 )   HTML ( 5 )   PDF (1014KB) ( 73 )  
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    为了研究声波团聚的影响因素,以燃煤飞灰细颗粒作为声波团聚的实验对象,使用光学颗粒物粒径谱仪测量颗粒的粒径分布与浓度,主要研究了声波频率与喷雾对声波团聚的影响。结果表明:在声波的作用下,细颗粒浓度显著减少,且声波团聚效果对频率较为敏感;无论在高声压还是低声压级下,1400Hz的频率下能获得最佳的团聚效果;在加入喷雾后,颗粒物浓度显著减小,且随着喷雾量增大,颗粒物浓度越小;分析了喷雾增强团聚效果的机理:在加入喷雾后,细颗粒间的相对运动增强;同时喷雾颗粒增大了颗粒浓度,增大了细颗粒碰撞概率;此外,喷雾改变燃煤飞灰细颗粒的表面特性,使颗粒的表面黏性增大,有助于团聚体形成。

    泵体形状对单作用真空泵性能的影响分析
    李鹏,李晓光,杨锋苓,刘兆强,齐瑞强,满凯
    化工进展. 2020, 39(3):  864-871.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0970
    摘要 ( 179 )   HTML ( 5 )   PDF (1947KB) ( 55 )  
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    为了预测泵体形状对单作用双吸式真空泵性能的影响,采用理论推导的方法,对椭圆形泵体和分别以椭圆形的长、短轴为直径的圆形泵体进行了对比研究,并基于计算流体力学方法分析了椭圆形泵体内部液体的速度场、压力场和温度场分布情况。结果表明,与采用椭圆形的长轴长度和短轴长度制造的两个圆形泵体相比,椭圆形泵体在散热性能、吸气性能和排气性能方面都优于圆形泵体。在极限压缩比工况下,椭圆形泵体叶轮外部液体的速度分布较为均匀,泵体内部压力场由叶轮中心向边缘逐渐增大。此外,叶轮边缘的压力分布也是不均匀的,冷却介质的温度从入口到出口过程中逐渐升高,并在出口处易形成旋涡,降低冷却效率。

    基于NSGA-Ⅲ算法的高维能量集成网络的优化改造
    谢小东,范伟,蒋宁,郭风元,李恩腾,徐英杰
    化工进展. 2020, 39(3):  872-881.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0994
    摘要 ( 139 )   HTML ( 4 )   PDF (2334KB) ( 113 )  
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    针对现有随机算法对高维能量集成网络(换热网络)求解困难与易陷入局部最优的问题,提出了一种基于参考点的非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅲ)的换热网络优化方法。该方法使用特殊的支配关系引入了自适应离散化Pareto前沿与参考点机制,对那些非支配且接近参考点的种群个体进行保留。本文基于非等温混合分流分级超结构模型,以用户最关心的环境影响指数、投资费用、操作费用与改造工程量为改造优化目标,从多个方面、多个层次考虑换热网络改造问题,为用户提供多种可供选择的改造方案。案例研究表明,改造后的换热网络以每年57304USD的投资费用节省25%的年度操作费用,同时还具有较小的环境影响指数与改造工程量;与文献相比,可以提供多元化的节能改造方案,满足用户的不同改造需求,且获得优于文献的综合改造结果,表明该方法具有较强高维求解能力。

    颗粒负荷对小型旋风器性能影响的模拟分析
    任欢,赵兵涛,王东燊,张芸
    化工进展. 2020, 39(3):  882-889.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-1018
    摘要 ( 194 )   HTML ( 6 )   PDF (2471KB) ( 81 )  
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    为探究颗粒负荷对小型旋风器内气固两相流动的影响,基于雷诺应力模型(RSM)和欧拉-欧拉方法的混合流模型(Mixture)进行气体-颗粒、颗粒-颗粒的相间耦合计算。采用粒径为0.5~5μm的颗粒组在40L/min、60L/min和80L/min的入口流量下模拟0~3kg/m3的5种不同颗粒浓度工况,通过对比旋风器内纯气相流场和颗粒负荷流场的不同,研究了颗粒的存在对流场的影响;探究了入口流量和浓度变化对旋风器内分离效率和压降特性的影响。基于模型有效性验证的数值模拟结果表明:较高颗粒浓度负荷使旋风器内的气相流场发生显著变化。随着入口流量的增大,旋风器的分离效率先增大后减小,压降呈非线性增大。随着颗粒浓度的增大,旋风器的分离效率逐渐增大,压降先减小后增大。

    两级组合式除雾器的分离性能分析
    王泽龙,王建军,刘宏宇
    化工进展. 2020, 39(3):  890-897.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-1024
    摘要 ( 185 )   HTML ( 6 )   PDF (1149KB) ( 82 )  
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    为研究两级组合式除雾器的分离性能,对两级旋流式、组合式、两级折流式3种除雾器进行性能分析。通过数值模拟方法分析除雾器内部流场差异,通过搭建实验平台,利用高速摄影技术并结合除雾器流场分布分析液滴在除雾器内部运动行为,进而从压降损失、分离效率、出口液滴粒径等方面开展除雾器分离性能的实验研究。结果表明:液滴在折流板内主要靠撞击叶片累积形成液膜而被捕集,在旋流板内沿叶片边缘滑动,以接近叶片倾角角度向壁面运动形成液膜被捕集;随入口截面速度增加,3种除雾器压降均逐渐增大,差值不断增加,两级旋流式除雾器压降最高;当入口截面速度低于5.7m/s时,两级旋流式、组合式除雾器分离效率均接近100%,同时组合式除雾器出口液滴中位粒径始终低于入口液滴中位粒径,并小于其余两种形式除雾器,对小粒径液滴分离能力显著;当液相流量从6.2m3/h逐步增加至13.7m3/h,3种形式的除雾器分离效率随液相流量增加呈下降趋势,其中两级旋流式除雾器在高气速、高液相流量下适应性最强,同时3种除雾器出口液滴中位粒径总体呈现下降趋势,其中组合式除雾器出口液滴中位粒径仍居于最低水平。

    基于多孔介质模型的膜式氧合器内部流场分析
    叶非华,廖虎,易国斌
    化工进展. 2020, 39(3):  898-905.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-1068
    摘要 ( 148 )   HTML ( 6 )   PDF (1311KB) ( 127 )  
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    膜式氧合器内部流体运动特性对其性能有重要影响,利用计算流体力学(CFD)对氧合器模型进行流体动力学分析是预测其性能的重要方法之一。本文基于压降实验计算氧合器纤维束的黏性阻力系数,建立了各向同性多孔介质模型。采用RNGk-ε湍流模型对不同流量下氧合器内部流场进行计算,得到了血液速度、压力和壁面剪切应力分布云图。发现随着流量的增加,氧合器内部速度梯度分布形式基本保持不变,压力分布呈倾斜状态且逐渐减小,大部分压力损失位于纤维束内,其中53.3%位于氧合室,42.6%位于变温室。氧合器血液的入口及出口位置为血液损伤的高发区域。采用溶血数值预估模型计算得到了氧合器的标准溶血指数NIH。结果表明:在低流量1.65~3.00L/min下,各向同性多孔介质模型的模拟结果与实验结果基本一致,模拟数值与实验数值的偏差会随着液体流量的增加而变大;流量为1.65~6.00L/min时,标准溶血指数NIH为0.0084~0.0835g/100L,满足人体生理允许的使用范围。

    能源加工与技术
    高温固体氧化物燃料电池多孔电极结构介尺度研究方法
    梁超余,王家堂,苗鹤,韩越,冯祥,叶伟强,袁金良
    化工进展. 2020, 39(3):  906-915.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0887
    摘要 ( 232 )   HTML ( 9 )   PDF (2775KB) ( 260 )  
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    高温固体氧化物燃料电池(SOFC)在可持续新能源领域具有广泛的研究与应用前景,多孔电极结构的本质特征是介尺度,这种特性对电极内物质传输和电池性能起着决定性作用。本文综述了应用于多孔电极结构的微尺度和介尺度的数值、物理研究方法以及介尺度耦合其他尺度的多尺度方法,分别讨论了各方法适用的研究内容、研究进展及其优缺点。通过分析得出,微尺度方法可精确模拟SOFC电极材料的微观特性,介尺度方法可重构复杂的电极微观结构、模拟三相反应,同时是研究电极微观结构和宏观模拟之间的重要桥梁,因此,介尺度与其他尺度方法的耦合可以较好地解决微观结构和多物理场耦合下的相互作用。在未来的研究中,降低介尺度及其耦合的多尺度方法的计算成本、发展先进的实验设备和可视化技术具有重要的研究潜力与价值。

    高温甲醇燃料电池热管理系统设计
    李毅,袁永熠,廖中亮
    化工进展. 2020, 39(3):  916-923.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0323
    摘要 ( 282 )   HTML ( 11 )   PDF (1656KB) ( 142 )  
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    针对某型号高温甲醇燃料电池单电池模块,以实现精确控温、快速启动为目的进行了燃料电池热管理系统的设计、制造和测试。应用Matlab/Simulink平台开发了一种拟合简化方程的控制系统算法及其仿真计算平台,并对所设计的控制算法进行了仿真计算;同时对燃料电池内外传热介质循环回路及冷却系统换热器进行了重新设计与样件试制。完成了热管理系统单电池模块运行试验,将实测数据与仿真计算结果进行了对比分析。试验结果表明,所设计热管理系统成功将电池预热时间缩短了678s,稳定工况下冷却介质温度误差保持在±2℃以内,达到了预定的设计要求。样件试制及测试结果验证了热管理系统设计的可行性、准确性及实用性,为今后高温甲醇燃料电池热管理系统设计优化提供了理论和实际参考。

    梯度磁场对被动式质子交换膜燃料电池性能的影响
    孙玄锴,吴懋亮,刘中俊,孙瀚霆
    化工进展. 2020, 39(3):  924-929.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0396
    摘要 ( 167 )   HTML ( 4 )   PDF (636KB) ( 100 )  
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    氧气和水是质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)电化学反应中的主要成分,梯度磁场能够对二者的物理、化学性质产生影响。通过性能测试实验台,研究了阳极侧加载480mT梯度磁场后,被动式质子交换膜燃料电池(air-breathing proton exchange membrane fuel cell,AB-PEMFC)的性能变化。在此基础上,测试了不同电池温度和氢气流量下电池的性能变化。实验结果表明,在相同环境变量下,于阳极侧加载480mT梯度磁场能够提升AB-PEMFC的电效率。在不同电池温度下,加载480mT梯度磁场的电池效率更优;在不同的氢气流量下,阳极侧加载480mT梯度磁场,能为低流量时AB-PEMFC的电效率提供更明显的增益效果。因此,当AB-PEMFC在低温、低氢流量环境下工作时,在其阳极侧加载480mT梯度磁场能够更好地提升电池性能。实验结果可为AB-PEMFC的性能提升提供一定的参考价值。

    十四醇软包锂电池散热特性实验分析
    胡尚尚,刘道平,杨亮
    化工进展. 2020, 39(3):  930-937.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0891
    摘要 ( 169 )   HTML ( 2 )   PDF (1587KB) ( 110 )  
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    在空气自然对流状况下,研究了有机醇相变材料(十四醇)对软包方形锂电池放电过程的散热特性;同时建立锂电池散热系统物理模型,模拟相变体系中电池放电过程的温度变化,分析不同放电倍率对电池最高温度的影响。实验结果表明,环境温度为30℃时,在0.6C、0.8C和1.0C放电倍率下,锂电池温度分别下降了1.21℃、8.89℃和17.45℃;数值计算得出,环境温度为30℃时,锂电池在0.8C和1.0C放电倍率条件下,电池温度45℃以上的时长占比分别下降55%和58%;环境温度为35℃时,在1.0C放电倍率条件下,锂电池温度降低至65.14℃,超45℃时长占比为33%。相变材料只在其相变区间内起散热控温作用,数值模拟获得的电池温度变化与实验结果最大误差不超过2℃,研究结果对电池放电过程热管理技术应用有一定的参考意义。

    丁二酸二异辛酯磺酸钠对甲烷水合物生长动力学特性的影响
    路大勇,吕晓方,柳扬,闫柯乐,周诗岽,左江伟,赵会军,王树立
    化工进展. 2020, 39(3):  938-946.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0885
    摘要 ( 152 )   HTML ( 3 )   PDF (1478KB) ( 75 )  
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    通过改变添加量(600mg/L、900mg/L、1200mg/L)、过冷度(3.5℃、5.5℃、7.5℃)以及压力(4.90MPa、6.0MPa、7.31MPa)的方式,考察了在静态体系下绿色促进剂丁二酸二异辛酯磺酸钠(AOT)对甲烷水合物生长动力学特性的影响。实验结果表明,3种浓度下AOT均能够有效缩短诱导时间,并且浓度越大,诱导时间越小(1200mg/L时为0.21h),但储气量随着添加量的增加,先增大后减小,最终确定最佳添加量为900mg/L,水合物储气量为55.76m3/m3;另外,过冷度越大,实验压力越高,水合物成核速度越快,诱导时间越短,耗气速率越高。当过冷度为7.5℃时,诱导时间最小为0.31h,耗气速率最大为0.275mol/h,储气量最大为63.95m3/m3;但压力过大,釜内气液界面会快速生成水合物层,阻碍水合物继续生成,导致水合物储气量减少为46.84m3/m3。所以,在静态体系下,合理选择促进剂的浓度和驱动力的大小,可显著促进水合物生成。

    不同聚合度的聚甲氧基二甲醚对柴油性能的影响
    李燊,袁梦,张志美,乔英云,田原宇
    化工进展. 2020, 39(3):  947-955.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-1004
    摘要 ( 170 )   HTML ( 6 )   PDF (1393KB) ( 99 )  
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    聚甲氧基二甲醚(DMMn)具有氧含量和十六烷值高的优点,将其与柴油混配可有效提高柴油的燃烧性能,降低尾气中污染物的排放。因聚合度为5~8的DMMn常温下为固态,不易与柴油互溶,影响柴油低温流动性,所以选择聚合度为1~4的DMMn与0#柴油进行调和。通过将单组分DMM1~DMM4和DMM1~4混合组分分别按照7个不同的质量比与0#柴油调和,并考察对柴油凝点、密度、运动黏度及动力黏度的影响。结果表明:单组分DMM1~DMM4和DMM1~4混合组分调和柴油后均可以显著降低柴油的凝点,21%的DMM1调和0#柴油时降凝效果最好为降低6℃。根据调和柴油性质对比0#柴油国Ⅵ标准,使密度和黏度保持在标准范围内,得到最优降凝的调和比例为9%DMM1、12%DMM2和18%DMM1~4,最后通过对最优降凝调和柴油进行十六烷值和闪点以及红外光谱和质谱检测,确定18%的混合DMM1~4为最优配比,为实际柴油调和提供参考。

    松木屑与废橡胶化学链共气化特性试验
    汪德成,金保昇,金朝阳,吴畏,周正
    化工进展. 2020, 39(3):  956-965.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-1067
    摘要 ( 190 )   HTML ( 3 )   PDF (1264KB) ( 87 )  
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    在自行设计的两级固定床反应器上,对以天然贫铁矿石为载氧体的松木屑与废橡胶化学链共气化特性进行了研究。考察了载氧体的存在、废橡胶掺混比例、一级反应器温度、水蒸气流量等因素对生物质化学链共气化过程的影响。结果表明:载氧体的存在能显著改善气化效果;掺混一定量的废橡胶可以显著提高低位热值和碳转化率,并且呈现协同效应。本试验中最佳的废橡胶掺混比例为20%;共气化过程中的产气率、碳转化率均随温度的增加(750~950℃)而逐渐升高,但热值随温度的升高而有所下降;水蒸气流量的增加能显著提高合成气中H2的含量,进水流量保持在0.66g/min时,能实现生物质共气化过程产气率、碳转化率、低位热值等各项指标的最佳平衡。通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)等表征分析,发现天然贫铁矿石在长时间运行中表现良好的反应性和耐磨损性。

    基于化学亲和力模型的水合物生成动力学
    王树立,黄俊尧,闫朔,饶永超,贾茹,刘滨
    化工进展. 2020, 39(3):  966-974.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-1070
    摘要 ( 169 )   HTML ( 6 )   PDF (1622KB) ( 117 )  
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    水合物生成促进及动力学模型是水合物利用技术的关键问题。本文回顾了水合物生成促进技术的发展,实验研究了氧化石墨烯(GO)与十二烷基硫酸钠(SDS)复配促进剂体系下CO2水合物的生成动力学,揭示了不同浓度对水合物生成时间、耗气的影响规律。研究结果表明,在GO与SDS复配体系下,CO2水合物生成速度加快,诱导时间和生成时间缩短,耗气量增大。得出最佳复配浓度为0.005%GO+0.2%SDS,与纯水和单一0.005%GO体系相比,水合物的生成时间分别缩短69.7%和12.2%,耗气量提高11.24%和3.2%。建立了该体系下CO2水合物生成化学亲和力模型,并从模型角度研究了GO与SDS复配比例、温度和压力对化学亲和力模型参数的影响。利用Matlab对模型编程计算并与实验结果进行了对比分析,吻合很好。通过研究认为,化学亲和力模型可准确预测复配体系水合物的生成。

    天然气半贫液脱碳工艺三元胺液配方优选
    陈杰,张媛媛,花亦怀,唐建峰,郭昊,田汝峰,曾庆军
    化工进展. 2020, 39(3):  975-983.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-1090
    摘要 ( 171 )   HTML ( 3 )   PDF (1231KB) ( 77 )  
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    为实现天然气脱碳工厂降本增效目标,基于某工厂PZ活化MDEA半贫液工艺,在现有设备能力下进一步提升胺液性能,进行三元复配胺液配方筛选以替代原有吸收剂。本文针对单一胺液的贫液、半贫液及富液分别进行实验,确定合适的主体胺液及添加剂,将胺液进行三元复配后通过实验探究三元复配胺液的吸收及再生性能,旨在寻找吸收容量大、吸收速率快、解吸率高、循环溶解度高、再生能耗低综合性能优的胺液配方。通过研究发现,单一胺液中AMP、DETA及PZ吸收性能较优,TEA再生能耗最低,解吸率最高;对于三元复配胺液而言,当MDEA/DEEA为主体胺液时,两种胺液配方贫液状态下的吸收速率和吸收负荷均较高,MDEA/TEA双主体胺液的最终解吸率高于MDEA/DEEA双主体胺液,TEA的加入显著提高了胺液的解吸率;筛选得到的三元高效胺液配方18%MDEA+18%TEA+4%PZ的半贫液循环溶解度高于原PZ活化MDEA配方,再生能耗较低,可代替PZ活化MDEA胺液应用于天然气半贫液脱碳工艺。

    内旋式移动床煤热解新工艺开发及试验
    白效言,曲思建,张飏,王岩,裴贤丰
    化工进展. 2020, 39(3):  984-991.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-1633
    摘要 ( 177 )   HTML ( 5 )   PDF (2792KB) ( 170 )  
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    采用2t/d外热内旋式移动床热解试验装置,通过控制反应器物料热解区及粉尘沉降气室区的温度,研究了内旋式移动床工艺温度分布对13mm以下神木煤热解产物产率及性质的影响规律。结果表明:物料热解温度控制为650℃和700℃时,煤料均实现了较好热解,半焦挥发分Vdaf降低至10.36%~11.95%;相同物料热解温度,提高粉尘沉降气室温度后,辐射传热作用增强,半焦和焦油产率降低,煤气产率升高;在物料热解温度700℃,粉尘沉降气室温度500℃时,焦油收率Tard最高,为7.44%;物料热解温度为650℃,焦油模拟蒸馏360℃以下馏分含量为63.3%~72.0%,物料热解温度700℃时为67.5%~72.2%;相同物料热解温度,提高粉尘沉降气室温度后,焦油中轻油组分减少,洗油和沥青质含量增加,煤气中氢气含量增加;粉尘沉降气室温度达到550℃时,挥发物二次反应作用明显强于450℃和500℃;各工艺条件下,焦油中喹啉不溶物含量均低于1%,最低为0.51%。

    工业催化
    铂催化硅氢加成反应研究进展
    柯其宁,代志鹏,陈琛,陈绪煌
    化工进展. 2020, 39(3):  992-999.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0958
    摘要 ( 451 )   HTML ( 9 )   PDF (1310KB) ( 348 )  
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    硅氢加成反应是合成有机硅材料最重要的途径之一,铂催化剂作为其应用最广的催化剂,具有重要的意义。本文首先介绍了硅氢加成反应机理的研究现状;分析了聚合物长链段铂配合物、含多个铂原子铂簇化合物及N-杂环卡宾铂配合物均相铂催化剂的研究进展,致力于改善均相催化剂催化选择性差、催化活性难以控制等缺点;分别阐述了不同铂催化剂载体如无机二氧化硅、炭载体、金属氧化物、有机高分子、固载液等作为铂催化剂载体的优点,负载铂催化剂具有可回收、产物选择性好的优点,有效解决了工业上铂损失的问题;最后对铂催化硅氢加成反应的发展趋势进行了展望分析,铂负载能力的提高、铂负载催化剂的分离、硅氢加成反应的原理、催化范围的扩大等均是今后研究的重要方向。

    催化剂形态与酚类化合物加氢反应活性构效关系的研究进展
    鲁金芝,魏雪梅,马占伟,胡斌
    化工进展. 2020, 39(3):  1000-1011.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0982
    摘要 ( 272 )   HTML ( 12 )   PDF (1262KB) ( 214 )  
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    木质素是一种重要的生物质可再生资源,其降解后得到的酚类物质加氢后可得大量高附加值化学品,在环境治理和原料利用方面都有着十分重要的影响。本文综述了近年来国内外木质素酚类加氢反应催化剂的研究进展,总结了液相酚类催化加氢催化剂的种类、反应机理及结构敏感性因素对酚类催化加氢反应活性的影响,阐述了催化剂颗粒尺寸对液相酚类加氢反应活性影响,并以木质素液相酚类加氢反应催化剂的活性金属和载体为体系,对现有的结构敏感性反应中催化剂存在的形貌效应、晶相效应进行了讨论。提出未来可通过控制催化剂形貌和晶相来研究催化剂形态与催化活性之间的构效关系,为今后设计高活性木质素液相酚类加氢催化剂提供借鉴和参考。

    基于α-FeOOH催化H2O2蒸气的低温烟气脱硝实验
    何珊珊,熊源泉,杨思源,盖洋洋
    化工进展. 2020, 39(3):  1012-1020.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0630
    摘要 ( 167 )   HTML ( 6 )   PDF (1789KB) ( 96 )  
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    针铁矿是分布广泛、储量丰富的铁氧化物,其主要成分为α-羟基氧化铁(α-FeOOH)。为了探究针铁矿在催化H2O2烟气脱硝反应中的性能,本文通过沉淀-水解法制备了α-FeOOH,并在自行搭建的实验台上开展了α-FeOOH催化H2O2的低温烟气脱硝实验研究,深入分析了H2O2流量、H2O2浓度、汽化温度、反应温度和共存气体浓度等工况参数对脱硝性能的影响。采用离子色谱(IC)分析了单独脱硝反应和同时脱硫脱硝反应后的含氧酸成分,结合各项表征分析技术考察了催化剂反应前后的理化特性和稳定性。实验结果显示,随着汽化温度和反应温度的升高,NO的脱除效率先增加后降低;增加H2O2浓度对脱硝效率有明显的促进作用。当汽化温度为140℃、反应温度为160℃时,以2.5mL/h注入10mol/L的H2O2脱硝效率达到80%。当SO2浓度为1000μL/L时,脱硝效率提高至86.4%。离子色谱分析结果显示,单独脱硝反应和同时脱硫脱硝反应后含氧酸产物为HNO3和H2SO4。反应前后催化剂的表征结果显示,α-FeOOH在脱硝反应后依然具有良好的稳定性,显示出针铁矿在低温烟气脱硝工艺中的潜在应用前景。

    碱性添加剂在钛硅分子筛/H2O2催化丙烯环氧化反应中的作用
    宋万仓,熊光,臧甲忠,于海斌,王祥生
    化工进展. 2020, 39(3):  1021-1028.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0767
    摘要 ( 163 )   HTML ( 9 )   PDF (1755KB) ( 85 )  
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    考察了反应溶液中碱性添加剂{氨水(NH4OH)、氢氧化钠(NaOH)、碳酸钠(Na2CO3)、碳酸铵[(NH4)2CO3]和四甲基氢氧化铵(TMAOH)}及其浓度对钛硅分子筛(TS-1)催化丙烯环氧化反应性能的影响,并采用紫外拉曼光谱(UV-Raman)与气相色谱(GC)联用原位分析(Raman-GC)碱性添加剂的作用机理。结果表明:反应体系中添加碱性添加剂可有效改善TS-1催化丙烯环氧化反应的选择性。不同碱性添加剂对TS-1催化丙烯环氧化活性和稳定性影响不同,NaOH、Na2CO3和TMAOH的添加造成催化活性和稳定性降低。NH4OH或(NH4)2CO3作为添加剂改善环氧化反应选择性的同时提高了反应稳定性,其中以(NH4)2CO3效果最佳。添加(NH4)2CO3浓度为8.0×10-4mol/L时,TS-1催化丙烯环氧化在固定床反应器上连续运行336h时,X(H2O2)仍保持在90%以上。原位Raman-GC分析发现,反应体系中NH4OH和(NH4)2CO3添加可加快反应活性中间体Ti-OOH(η2)基团的生成,促进反应产物从活性中心快速扩散,从而提高丙烯环氧化反应选择性和稳定性。

    不同类型催化剂对异丁烯齐聚反应过程的影响
    崔婷婷,杜玉朋,房德仁,任万忠
    化工进展. 2020, 39(3):  1029-1034.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0965
    摘要 ( 215 )   HTML ( 8 )   PDF (1127KB) ( 133 )  
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    采用固定床反应器分别探究了三类催化剂(固体磷酸催化剂、酸性阳离子交换树脂催化剂以及分子筛催化剂)对异丁烯齐聚过程的影响。实验结果表明:固体磷酸催化剂适用于C8烯烃的生产,酸性阳离子树脂催化剂及改性的分子筛催化剂(Hβ)适合生产C12烯烃。异丁烯齐聚产物C8~C16(清洁燃料油)因无芳烃、无硫,在石化工业中具有非常广泛的应用潜力;由三种类催化剂的评价结果来看,C8~C16的选择性最高时均能接近100%,但是固体磷酸催化剂和酸性阳离子树脂催化剂的异丁烯原料转化率比Hβ分子筛催化剂低,Hβ催化作用下异丁烯转化率可以达到88%。

    酸改性CoPd/TiO2催化CH4-CO2直接合成C2含氧化合物
    李志勤,李侨,黄伟,丁亮,邱泽刚
    化工进展. 2020, 39(3):  1035-1042.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-1047
    摘要 ( 170 )   HTML ( 8 )   PDF (1145KB) ( 92 )  
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    采用酸处理方法对CoPd/TiO2催化剂进行改性,并将酸改性催化剂用于温和条件下CH4-CO2梯阶转化直接合成C2含氧化合物(乙酸和乙醇)的反应。在150~300℃考察了浸酸方式和不同种类酸处理对催化剂活性和选择性的影响。采用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、NH3程序升温脱附(NH3-TPD)和N2吸附对催化剂进行了表征。结果表明,酸改性明显提高了CoPd/TiO2上C2含氧化合物的生成速率和选择性。浸酸方式对催化剂性能和结构有显著影响,先用酸浸渍载体然后再浸渍活性金属所得催化剂具有更高的活性。在H3PO4、HNO3和HCl中,H3PO4浸渍的催化剂活性最佳,在150℃时C2含氧化合物(乙酸和乙醇)的生成速率为3365 μg/(g·h),选择性达到91%。

    材料科学与技术
    新一代储能钠离子电池正极材料的改性研究进展
    朱子翼,董鹏,张举峰,黎永泰,肖杰,曾晓苑,李雪,张英杰
    化工进展. 2020, 39(3):  1043-1056.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0840
    摘要 ( 288 )   HTML ( 13 )   PDF (1365KB) ( 388 )  
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    近年来,原料广泛、成本低廉的钠离子电池被公认为新一代综合效能优异的储能电池系统,但较低的能量密度和有限的循环寿命仍然是阻碍其商业化应用的主要挑战。借鉴锂离子电池的开发经验,合理的改性工艺已被证实可以明显提高钠离子电池的电化学性能,尤其是在已建立的正极体系中。本文分析了过渡金属氧化物、聚阴离子化合物、普鲁士蓝类化合物以及有机化合物等钠离子电池正极材料的结构、性能特点,并系统综述了粒径纳米化、表面包覆、元素掺杂等多类改性方法的最新研究成果。未来的研发和设计中,改进合成工艺控制粒径、拓宽包覆物质种类、梯度掺杂协同元素以及寻找不同结构特征的钠离子电池正极材料是研究重点。

    纳米材料在放射性废水处理中的应用进展
    赵海洋,倪士英,张林
    化工进展. 2020, 39(3):  1057-1069.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0924
    摘要 ( 197 )   HTML ( 15 )   PDF (575KB) ( 121 )  
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    放射性污染会引起生态环境问题,安全高效地处理放射性废水是我国应对环境安全的迫切需求,因此,研发高效的放射性处理技术和材料具有重要意义。近年来,纳米材料因其独特的物化性质受到广泛关注,被尝试用于放射性废水处理,并表现出良好的应用潜力。本文综述了国内外研究者利用纳米材料处理放射性废水的研究进展,总结了纳米材料作为吸附剂和膜材料对水体放射性核素的处理性能和应用情况:一方面,高比表面积的纳米材料作为新型吸附剂,经适当化学处理后具有大量活性位点和纳米孔,可高效吸附处理放射性废水;另一方面,种类丰富的纳米材料可作为制膜材料和添加剂,增加膜材料种类和制备调控维度,改善传统膜对水体放射性核素的去除效果。最后,总结了处理放射性废水的纳米材料选择依据,并讨论了纳米材料在放射性废水处理中需要引起重视的几个问题。

    超双疏含氟聚合物的研究进展
    梁雷,王彦玲,张杉
    化工进展. 2020, 39(3):  1070-1079.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0943
    摘要 ( 181 )   HTML ( 8 )   PDF (2155KB) ( 191 )  
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    超双疏功能性材料在当代化工材料中有着重要的地位,其独特的界面性能使得其在各个领域的应用中大显身手。本文介绍了近年来国内外对含氟聚合物在超双疏领域的研究近况,包括超双疏含氟聚合物的结构特点和合成方法等。含氟聚合物的表面拥有超低的表面能和独特的空间排列方式,通过对比不同结构的含氟聚合物分子与其性能的关系以及对各类含氟聚合物合成方法的调研,发现含氟聚合物作为超双疏涂层材料的使用十分广泛,其结构中含氟单体主要为氟取代丙烯酸酯类,合成方法多为乳液聚合。超疏水含氟聚合物与纳米颗粒材料的结合是当今研究的热点,文中列举了大量研究实例,希望其中的研究方法和合成路线等能对今后该领域的研究起到一定的借鉴作用。

    石墨烯/导电聚合物复合防腐蚀材料制备及应用研究进展
    王万兵,高晓辉,李怀阳,高文博,李玉峰
    化工进展. 2020, 39(3):  1080-1089.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-1085
    摘要 ( 201 )   HTML ( 9 )   PDF (2275KB) ( 124 )  
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    石墨烯/导电聚合物复合材料不仅具有石墨烯优异的屏蔽性能和导电聚合物良好的氧化还原特性,还能协同发挥二者的功能,在金属防腐蚀领域有着巨大的应用潜力。本文综述了石墨烯/导电聚合物复合防腐蚀材料的制备方法,包括电化学方法、化学氧化法、分散液混合法和化学气相沉积法(CVD);并全面总结了石墨烯/导电聚合物复合材料在防腐蚀涂层中的应用及性能。制备的石墨烯/导电聚合物复合材料可以通过电化学方法、溶剂挥发法制成石墨烯/导电聚合物防腐蚀薄膜涂层,还可以混入成膜物树脂中制备树脂复合防护涂层。讨论了石墨烯/导电聚合物在制备过程、薄膜涂层和树脂复合涂层应用中的优势与不足,提出了构建结构可控、综合性能好的复合防腐涂层是石墨烯/导电聚合物复合防腐蚀材料的未来主要发展趋势。

    负载离子液体的阳离子交换膜在烯烃/烷烃分离中的应用
    张世英,刘振,李龙飞
    化工进展. 2020, 39(3):  1090-1094.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0567
    摘要 ( 152 )   HTML ( 3 )   PDF (1243KB) ( 51 )  
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    制备了负载胆碱赖氨酸盐离子液体([Ch][Lys])的阳离子交换膜,测定并表征其膜的性能,研究其在电渗析下分离1-己烯/n-己烷的能力。结果表明,膜含水率和离子交换容量随离子交换树脂质量分数和离子液体含量的增加而增大;膜的面电阻随树脂质量分数增大而减小,随离子液体含量的增大而增大;膜中添加离子液体明显提高了其分离1-己烯/n-己烷的能力,当阳离子交换树脂含量为70%、离子液体添加量为15%时,所制的阳离子交换膜对1-己烯分离的选择性最高,其值可达9.5。

    基于阳极氧化法的TiO2纳米管制备及生成过程分析
    成先雄,陈于梁,孔张亮,廖金明,连军锋,黄雅莲
    化工进展. 2020, 39(3):  1095-1100.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0643
    摘要 ( 155 )   HTML ( 6 )   PDF (1073KB) ( 38 )  
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    运用阳极氧化法制备TiO2纳米管,探讨了TiO2纳米管紫外光催化净化头孢噻肟钠抗生素废水的效果,采用扫描电镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)对TiO2纳米管进行了表征分析。SEM结果显示,制备的TiO2材料表面呈阵列排布的多孔状,内径大小均匀,管径分布在30~45nm之间,管阵列呈蜂窝状,与钛板表面垂直,对比煅烧前后的TiO2纳米管XRD图,发现煅烧后样品的XRD图出现了TiO2锐钛矿型特征衍射峰和金红石型特征衍射峰。讨论了TiO2纳米管的生成机理,认为纳米管的形成过程主要有最初氧化层的形成、孔核的形成、由孔核演变成微孔、微孔生长并出现空隙、形成纳米阵列管过程。

    粒度对氢氧化铝低温相变动力学的影响
    范伟东,李旺兴,韩东战,郑纯辉
    化工进展. 2020, 39(3):  1101-1107.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-1009
    摘要 ( 154 )   HTML ( 2 )   PDF (1493KB) ( 55 )  
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    利用综合热分析仪分析技术、激光粒度分析、扫描电镜和X射线衍射研究了粒度对氢氧化铝在低温相变转化成勃姆石过程的影响,并采用Kissinger方程、Ozawa方程和Crane方程进行了不同粒度的氢氧化铝在低温相变过程的动力学参数计算。结果表明:普通砂状氢氧化铝在相变过程有2个较为明显的吸热峰,将砂状氢氧化铝研磨至中位径D50在12μm左右时,相变过程仍然有2个明显的吸热峰;当氢氧化铝中位径D50在1μm左右的氢氧化铝,相变过程则只有1个吸热峰。根据Kissinger方程和Ozawa方程计算结果,随着粒度的降低,其相变活化能也相应的降低,说明降低氢氧化铝粒径,有利于勃姆石的制备。根据XRD图谱显示,低温煅烧后,样品的主要物相为勃姆石,此外还含有少量的三水铝石,粒径越细,煅烧后样品中勃姆石含量越高。

    微米级棒状氧化铝团簇体的合成及表征
    季洪海,凌凤香,张会成,王少军,沈智奇
    化工进展. 2020, 39(3):  1108-1114.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-1016
    摘要 ( 181 )   HTML ( 4 )   PDF (1247KB) ( 71 )  
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    以γ-Al2O3粉末及碳酸氢铵为原料,采用水热技术成功制备微米级棒状氧化铝团簇体,考察反应温度、反应时间、物料配比等因素对微米级棒状氧化铝团簇体形貌的影响,并应用XRD、NMR、TEM、FTIR、SEM、N2吸附-脱附、吡啶吸附-脱附等技术分析其物化性质及结构。结果表明:当γ-Al2O3粉末与碳酸氢铵质量比为 1∶1.75、反应温度为140℃、反应时间为6h时,合成的微米级棒状氧化铝团簇体直径为5~15μm,该微米级棒状氧化铝团簇体由直径50~100nm、长0.5~3μm的棒状氧化铝交叉堆积而成,比表面积为300m2/g、孔容为0.67mL/g,具有双重孔分布,可几孔径分别为3.5nm和26nm,表面同时含有六配位铝离子、五配位铝离子和四配位铝离子。

    以MTES为硅源制备透明可压缩的甲基倍半硅氧烷气凝胶及其表征
    李肖华,杨自春,李昆锋,赵爽,费志方,张震
    化工进展. 2020, 39(3):  1115-1121.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-1080
    摘要 ( 178 )   HTML ( 4 )   PDF (1961KB) ( 69 )  
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    目前利用甲基三乙氧基硅烷制备的气凝胶主要是以甲醇或乙醇为溶剂,存在制备成本高、气凝胶隔热性能和透明度差的问题。为了对该气凝胶制备工艺和性能进行实质性改进,本文以水溶剂代替醇类溶剂,利用表面活性剂的增容作用,结合溶胶-凝胶酸碱两步法以及CO2超临界干燥法制备得到了具有高透明度的超疏水可压缩的甲基倍半硅氧烷气凝胶,并且对三官能团硅源含量变化影响表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵分子行为的内容进行了对比分析。结果表明:在水溶剂体系中,三官能团硅源含量的增加会影响表面活性剂胶束的形态,从而促使气凝胶的骨架结构逐渐由均匀分布的纤维状转变为密集堆积的颗粒状。在对置换工艺的研究中,发现用强碱性水溶液替代传统水溶液作为置换液时会有更加高效的置换效率,使得孔隙中杂质残留较少,以致0~300℃热重分析过程中几乎没有质量损失。该气凝胶可以广泛应用于建筑物的隔热墙和窗户的保温层。

    生物与医药化工
    珍贵橙色束丝放线菌发酵产安丝菌素P-3的分离纯化工艺优化
    吴兴可,祁荃,卞婷婷,刘苏煜,谷艺明,郭静,蔡志强
    化工进展. 2020, 39(3):  1122-1128.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0800
    摘要 ( 162 )   HTML ( 7 )   PDF (1080KB) ( 95 )  
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    安丝菌素是从珍贵橙色束丝放线菌的发酵液中分离出来的苯安莎类抗生素,具有显著的抗肿瘤活性。常采用乙酸乙酯对发酵液进行分离萃取,然而其发酵液成分复杂,除菌丝体外还含有许多杂蛋白质及易溶于有机溶剂的色素,这对后续提取和精制有很大的影响,影响产品质量和回收率。本文通过对AP-3发酵液进行预处理,将AP-3发酵液调整pH至3后,用10g/L硅藻土辅助抽滤;收集滤液,添加20g/L活性炭于60℃吸附2h,然后用洗脱液乙酸乙酯对活性炭进行脱附处理,2h后达到动态洗脱平衡,对洗脱液采用中性氧化铝柱层析,以乙酸乙酯和石油醚作为洗脱剂进行梯度洗脱,最终获得AP-3纯度86.15%,经重结晶后得到AP-3纯品,经过HPLC检测AP-3纯度达95%。

    高收率美罗培南侧链中间体的合成
    李彬,史继星,姜爽,张天永,李小康,周明浩,刘艺炜
    化工进展. 2020, 39(3):  1129-1136.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-1075
    摘要 ( 261 )   HTML ( 12 )   PDF (1800KB) ( 112 )  
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    针对现有美罗培南侧链中间体(硫醇内酯)制备工艺成本较高、反应路线复杂、副反应多、收率及粗品纯度较低等缺点,研究了一种简便制备硫醇内酯的方法,通过将M1[(2S,4R)-2-羧基-1-(4-硝基苄氧羰基)吡咯烷)]羧基活化、羟基活化和硫化成环合为一锅法以及添加相转移催化剂法制备硫醇内酯,再进行开环反应得到美罗培南侧链。研究了氯甲酸异丙酯、甲基磺酰氯(MsCl)、三乙胺(TEA)、Na2S·9H2O和三类相转移催化剂[聚乙二醇类(PEG)、季铵盐类和冠醚类]的投料摩尔比对制备硫醇内酯收率和纯度的影响。制备硫醇内酯时加入相转移催化剂既可以加快反应的速率,又可以提高产品纯度及收率。nM1n氯甲酸异丙酯nMsClnNa2S·9H2OnCTEA(羧基活化时所加TEA)nHTEA(羟基活化时所加TEA)n催化剂为1∶1∶1.3∶1.3∶1.3∶1.2∶(0.07~0.16),羧基活化和羟基活化反应温度均为-30~-17℃,羧基活化和羟基活化反应时间分别为15min、30min;硫化成环从-30~-17℃升温到0℃,升温反应时间为30min;回流温度为40℃,回流时间165min。硫醇内酯收率为98.4%,纯度为98.3%。

    精细化工
    壳聚糖/明胶抗菌微胶囊的制备及其应用
    郑云龙,王进美,孙正琪,秦智成,周娅楠
    化工进展. 2020, 39(3):  1137-1144.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-1033
    摘要 ( 353 )   HTML ( 6 )   PDF (1660KB) ( 298 )  
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    为了制备用于棉织物天然抗菌整理剂,以绿苋、龙葵和黄柏的复配提取物为芯材,壳聚糖-明胶为壁材,采用复凝聚法制备抗菌微胶囊。研究了乳化剂含量、剪切速度、pH对微胶囊的外观形态及尺寸的影响;借助扫描电子显微镜、傅里叶红外光谱仪等对样品进行表征;将抗菌微胶囊用于棉织物的整理并测试其抗菌性能。结果表明:初乳中乳化剂质量分数为5%、剪切速度为8000r/min、pH为5.7为最佳制备条件,制得的微胶囊尺寸分布在1480~3580nm且热稳定性良好;当微胶囊质量浓度为25g/L,黏合剂质量分数为5%,热烘温度为40℃,整理试样对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抑菌率分别为89.30%和81.43%,且抑菌效果持久。

    资源与环境化工
    磁响应型胡敏酸纳米材料的制备及其对Cu(Ⅱ)的吸附性能
    周敏茹,姚培,张启蒙,李树白,刘媛,夏守鑫
    化工进展. 2020, 39(3):  1145-1152.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0716
    摘要 ( 135 )   HTML ( 4 )   PDF (1321KB) ( 147 )  
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    为了扩大胡敏酸的应用范围,采用共沉淀法制备了磁响应型胡敏酸纳米材料(MHA)。通过FTIR、XRD、BET、VSM等对其结构进行表征,并研究了Cu(Ⅱ)在MHA上的吸附行为。其吸附等温线符合Langmuir吸附模型,显示单层吸附。吸附动力学满足伪二阶吸附动力学模型,以化学吸附为主。吸附热力学表明此吸附在25~55℃下是自发过程。结果表明,MHA是一种高效、可持续的Cu(Ⅱ)吸附剂。该研究为生物质吸附剂的设计提供了一条新的思路。

    氧化铝改性污泥生物炭粒制备及其对Pb(Ⅱ)的吸附特性
    徐大勇,张苗,杨伟伟,刘婷婷,姚巧凤,洪亚军
    化工进展. 2020, 39(3):  1153-1166.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-1003
    摘要 ( 231 )   HTML ( 14 )   PDF (2185KB) ( 188 )  
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    为拓展城市剩余污泥资源化利用途径,本文以剩余污泥球粒为原料在高温限氧条件下制备污泥生物炭粒(SBC),同时以氢氧化铝溶胶为前体浸渍污泥球粒后在500℃下热解获得氧化铝改性污泥生物炭粒(SBC-Al)。使用BET、XRD、FTIR和SEM对生物炭粒进行了表征,并研究了生物炭粒改性前后对Pb(Ⅱ)的吸附特征及效果。结果表明:SBC-Al比表面积和总孔容分别达到83.266m2/g和0.158cm3/g,相比于SBC分别增大了142.42%和167.80%;XRD显示氢氧化铝溶胶浸渍使SBC-Al表面负载了γ-Al2O3粒子,FTIR红外谱图说明氧化铝改性可能会增加炭粒表面官能团数量,同时SEM显示出SBC-Al表面相较于SBC具有更多的层片状结构,从而增加生物炭粒的吸附性能。Pb(Ⅱ)的吸附动力学符合二级动力学方程和Elovich方程,同时用二阶段颗粒内扩散模型可以较好地拟合。吸附等温线以Freundlich模型为主,且SBC和SBC-Al对低浓度(<50mg/L)Pb(Ⅱ)的去除率均较高,分别在95%和99%以上,实测最大吸附量可分别达626.73mg/g和663.97mg/g,但SBC-Al提高了对更高浓度(50~100mg/L)Pb(Ⅱ)的去除率。热力学计算数据表明吸附过程为吸热反应;脱附解吸试验说明,生物炭粒具有良好的循环再生利用性能。

    改性钒铈基催化剂催化氧化烟气中邻二甲苯
    王玉亭,石其其,张铭洋,张笑,沈伯雄
    化工进展. 2020, 39(3):  1167-1173.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-1031
    摘要 ( 183 )   HTML ( 5 )   PDF (843KB) ( 59 )  
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    燃煤过程中产生微量VOCs随烟气排放将导致大气污染。本文以Mn、Fe、Co、Cu对钒铈钛(Ce-V2O5/TiO2)催化剂进行改性,并研究催化剂对烟气中典型VOCs中的邻二甲苯氧化脱除行为。研究结果表明,Mn、Fe改性分别在低温段和中高温段有效提高Ce-V2O5/TiO2催化剂对烟气中邻二甲苯的催化氧化效率。烟气中的水蒸气、SO2、NH3、NO对催化氧化有不同的抑制程度,其中NH3对催化效率抑制作用最强。不同改性催化剂对烟气组分反应不同,Fe改性Ce-V2O5/TiO2催化剂抗烟气复杂组分中抗毒性最强。表征结果表明,Fe改性的Ce-V2O5/TiO2催化剂表面积高、氧化还原性强,具有高催化活性与较强抗中毒性,可能成为一种针对燃煤烟气中有机污染物高效脱除的有潜力的催化剂材料。

    不同形貌的纳米Mg(OH)2催化臭氧化降解甲硝唑
    孙琪,朱光灿,武君,吕剑
    化工进展. 2020, 39(3):  1174-1180.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-1037
    摘要 ( 181 )   HTML ( 9 )   PDF (1311KB) ( 66 )  
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    采用化学沉淀法分别以六水合氯化镁和取自察尔汗盐湖的天然水氯镁石为原料制备了不同形貌的纳米 Mg(OH)2催化剂,通过扫描电子显微镜、X射线衍射、傅里叶变换红外光谱等手段对所合成的催化剂的表面形貌、晶体结构和表面官能团等性质进行了表征。将两种不同形貌的纳米Mg(OH)2材料首次应用于催化臭氧化过程,研究了两种不同形貌的纳米Mg(OH)2[Mg(OH)2-1和Mg(OH)2-2]催化剂对甲硝唑的降解和矿化能力。结果表明,在单独臭氧化过程中,反应10min时甲硝唑的降解和矿化效率均较低,分别为51.9%和17.4%,而在臭氧化系统中分别加入Mg(OH)2-1和Mg(OH)2-2,甲硝唑的去除效率和矿化效率均明显提高,且Mg(OH)2-2的催化臭氧化性能要优于Mg(OH)2-1。另外,单独臭氧化过程、Mg(OH)2-1催化臭氧化以及Mg(OH)2-2催化臭氧化过程中甲硝唑的降解均较好地符合伪一级动力学反应模型(R2>0.97)。除此之外,对这两种不同形貌的纳米Mg(OH)2催化剂的稳定性进行了考察,结果表明,催化剂在循环使用六次后对甲硝唑仍有较高的催化臭氧化去除效率。因此,所合成的两种形貌的纳米Mg(OH)2催化剂将是一种很有前景的、能用于去除抗生素的臭氧化催化剂。

    焦炉多余热回收系统的分析及优化
    尹珩宇,樊俊杰,邓加晓,杜梅芳,陈时选
    化工进展. 2020, 39(3):  1181-1186.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-1089
    摘要 ( 205 )   HTML ( 5 )   PDF (1031KB) ( 60 )  
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    为了研究焦炉多余热回收系统中能量的利用情况,依据分析理论,通过对某焦化厂实际案例的计算,对现有的余热回收方案进行分析,指出3个子系统运行过程中的能量回收的薄弱环节。结果表明:干熄焦、荒煤气、烟气余热回收系统的效率分别为55.16%、17.18%、51.75%,干熄焦系统的损主要为换热过程中产生的不可逆换热损失,荒煤气系统的损主要为出口损以及不可逆换热损失,烟道系统的损主要为烟气出口损。在此基础上依据各等级能量匹配利用的原则对原方案进行优化,并使用分析理论对其计算并分析。结果表明:优化过后的余热回收系统的总效率为58.72%,相比优化之前提高了11.07%,系统总不可逆换热损降低了155.49MJ/t干煤。

    CuCl2改性磁性凹凸棒土的脱汞性能
    丁守一,黄亚继,陈浩,董璐,樊聪慧,胡华军,戚二兵
    化工进展. 2020, 39(3):  1187-1195.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-1103
    摘要 ( 200 )   HTML ( 8 )   PDF (1418KB) ( 61 )  
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    通过在凹凸棒土(Atp)表面负载铁氧化物进行磁改性而生成的磁性凹凸棒土(MAtp),相对于一般脱汞吸附剂而言,更易分离回收,具有实际应用的前景,但脱汞效率较低。本文选取磁质量分数为50%的MAtp,采用浸渍法对其进行CuCl2改性,在利用固定床实验系统上探究了CuCl2负载量、反应温度和烟气组分(O2、SO2、NO、HCl)对其脱汞性能的影响,结合多种表征结果分析其脱汞机理。结果表明:CuCl2负载量的最佳值为5%;一定范围内反应温度与脱汞效率呈正相关,超过250℃时吸附剂的孔隙结构会遭到破坏,发生脱附现象;O2和HCl对吸附剂脱汞性能有明显提升,NO影响较小,SO2会与Hg0竞争吸附,抑制效果显著;CuCl2改性后的MAtp脱汞性能优良,同时延续了较好的磁分离特性,为选择高效实用的脱汞吸附剂提供了研究方向。

    化工园区
    石化企业挥发性有机物无组织排放监测技术进展
    李凌波,李龙,程梦婷,方向晨
    化工进展. 2020, 39(3):  1196-1208.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-1035
    摘要 ( 239 )   HTML ( 9 )   PDF (560KB) ( 175 )  
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    无组织排放占石化企业挥发性有机物(VOCs)排放的主导地位,排放点多、面广、量大、分散、无规则,总体表现为大型面源或体积源,监测难度很大。本文评述了点、线和面(通量)等VOCs无组织排放监测技术及应用进展,总结了石化企业VOCs无组织排放监测存在的主要问题与难点,提出了石化企业VOCs无组织排放监测体系及适用监测技术。总体上,石化企业VOCs无组织排放监控存在排放清单质量不高、源头监测及溯源困难、排放烟羽及其迁移扩散途径无定形、厂界等开放空间难以封闭监测、常规监测的时间和空间覆盖有限等问题或技术难点,可复合应用点、线、面及通量监测技术,结合常规离线、实时在线、排放通量、移动快速响应等监测设计,构建覆盖排放与环境影响的多元化、网络化、立体化监控体系。未来石化企业VOCs无组织排放监控将向多层级、智能化和大数据应用发展。