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2020年 第39卷 第4期 刊出日期:2020-04-05
    本期封面、中英文目次表
    化工进展. 2020, 39(4):  0-0. 
    摘要 ( 136 )   PDF (4675KB) ( 151 )  
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    化工进展. 2020, 39(4):  0-0. 
    摘要 ( 0 )   PDF (307959KB) ( 9 )  
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    特约评述
    笼型水合物膜分离和捕获二氧化碳研究进展
    樊栓狮,尤莎莉,郎雪梅,王燕鸿,李文涛,刘元直,周政
    化工进展. 2020, 39(4):  1211-1218.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-1292
    摘要 ( 427 )   HTML ( 38 )   PDF (1264KB) ( 388 )  
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    开发一种低碳、高效的分离和捕获二氧化碳方法一直是缓解温室效应的关键技术。本文首先比较了现有的5种碳捕获技术,发现相较于化学吸收、深冷分离和变压吸附,水合物法和膜分离技术具有绿色环保、操作简单的优势。随后,本文以水合物法为切入点,阐述了其分离机理和强化手段。为进一步研究更加有效的新技术,通过利用水合物法的技术优势,结合膜分离的结构,提出一种更加具有发展潜力的水合物膜分离技术。然后,根据水合物膜的成膜方式将水合物膜技术分为第一、二、三代,并重点分析了每代水合物膜技术的改进手段。最后指出未来第三代水合物膜分离技术应从以下3个方面寻求突破与创新:探索合适膜载体材料;寻找合适的添加剂;优化温度、压力、流速水合分离条件。

    化工过程与装备
    高密度流体声速测量中脉冲回波传播时间的测定
    张凯,武多多,刘强,彭越,杨震,段远源
    化工进展. 2020, 39(4):  1219-1226.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-1170
    摘要 ( 209 )   HTML ( 9 )   PDF (1400KB) ( 138 )  
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    液相及超临界区声速是流体重要的热力学性质,是状态方程建立及工程应用的必要基础。双反射脉冲回波技术是实现飞行时间法精密测量高密度流体声速最重要的手段,脉冲回波信号传播时间的准确测定是精确测量流体声速的前提。本文研制了双反射脉冲回波技术测量液相及超临界高密度流体声速的实验系统。通过基于傅里叶变换的数字带通滤波显著提高了脉冲回波信号的信噪比;探讨了峰峰值、Hilbert包络线以及相关分析确定脉冲回波传播时间的方法,并通过液态纯水声速实验对脉冲回波传播时间测量方法进行了对比验证。结果表明,峰峰值和Hilbert包络线方法受到脉冲回波信号波形特征的影响较大,声速测量结果最大偏差可达0.5%;相关分析方法的测量结果精度最高,获得的纯水液相声速与国际标准状态方程(IAPWS—95)计算结果的偏差在0.05%以内。本研究可为双反射脉冲回波技术精确测量液相及超临界高密度流体声速提供技术支撑。

    超亲水毛细芯环路热管启动及热性能分析
    郭浩,纪献兵,周儒鸿,彭家略,徐进良
    化工进展. 2020, 39(4):  1227-1234.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-1169
    摘要 ( 236 )   HTML ( 9 )   PDF (1486KB) ( 103 )  
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    为解决电子设备高热通量下的散热问题,采用H2O2氧化法对烧结毛细芯进行了超亲水改性,研究了毛细芯表面润湿性对吸液性能的影响。并将改性后的超亲水毛细芯应用到环路热管内,研究了倾斜角度及加热功率对超亲水毛细芯环路热管的换热特性的影响。实验结果表明:超亲水毛细芯的吸液速度增加,吸液时间较亲水毛细芯减小了3.52ms;与普通亲水毛细芯环路热管相比,在加热功率Q=200W时,超亲水毛细芯环路热管蒸发器中心温度降低了约6.0℃,在Q=20W时启动时间与温度分别降低了33s与2.5℃。同时发现超亲水毛细芯环路热管在正重力状态时的运行温度更低,热阻较小,最低热阻仅为0.084℃/W。

    多蒸发器低温回路热管的运行特性
    鲁得浦,谢荣建,文佳佳
    化工进展. 2020, 39(4):  1235-1244.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-1278
    摘要 ( 217 )   HTML ( 4 )   PDF (1002KB) ( 104 )  
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    回路热管(LHP)是柔性高效的两相流换热部件,通过工质的相变以及毛细芯的吸附作用实现高效传热。多蒸发器回路热管(MeLHP)是在其基础上通过多个蒸发器并联实现对多个热源的高效热收集与排散,适用于空间探测技术中多阵列红外探测器的制冷。本文试验样机采用包含三个蒸发器的多蒸发器回路热管结构,管路以气耦合方式并联,管线非对称布置,工作温区为170K,采用乙烷为相变换热工质。以单蒸发器回路热管的数据为参考,在不同的加热功率及加热方式下对多蒸发器回路热管进行运行特性的实验研究,并从补偿器工作特性出发研究其充液率对性能的影响。实验证明,该MeLHP样机运行过程中具有良好的热分享特性,负载热量在各蒸发器间互相分享,且该特性有方向性,与两相流的流动特性相关,表现为低流阻回路向高流阻回路分享为有效分享,反之会引起高流阻性能变差而容易失效,因而低流阻回路分配更多热负载,有利于热管运行;MeLHP的传热极限与单蒸发器回路热管相当,并且实验还验证了MeLHP补偿器的工作方式为单一补偿器工作,因而对MeLHP充装时应适当提高充液率,以获得与单回路热管一致的性能。该研究有助于多蒸发器回路热管运行规律的掌握,对实际应用的推动有促进作用。

    气液喷射器的结构设计与性能分析
    何磊,苏毅,揭涛,梁健,唐昭帆,杨冰冰,张世程
    化工进展. 2020, 39(4):  1245-1251.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-1235
    摘要 ( 264 )   HTML ( 6 )   PDF (1010KB) ( 251 )  
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    喷射式环流反应器是一种高效的多相反应器,由于其具有良好的传热、传质和混合特性,目前已被广泛应用于生物、化学、制冷和环境保护等工程领域。气液喷射器作为喷射式环流反应器的核心部件之一,其结构尺寸对环流反应器的传质特性和适用环境都具有显著影响。为考察结构尺寸对喷射器性能的影响,本文根据其工作原理,设计了一台模试气液喷射器,并通过冷模试验对其进行性能测试研究。试验结果表明:气液喷射器的引气能力主要取决于其混合喉管与喷嘴出口截面比f3/f1以及喷射器进出口压力降Δpppc,而环流反应器的气含率仅与喷射器的液相射流量和气体引射量有关。相同液相流量条件下,喷射器的最大引射空气量随截面比f3/f1的增大而增大,反应器内的平均气含率随之增加;提高液相射流与引射气体的速度差能够加强两股流体间的剪切作用,使气泡更易发生破碎。当喷射器的气液比大于2.6时,反应器内的混合流体可达到乳化状态。

    CO2跨临界热泵系统特性再分析
    胡余生,刘雪涛,李敏霞,徐嘉,李昱翰
    化工进展. 2020, 39(4):  1252-1258.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-1148
    摘要 ( 173 )   HTML ( 8 )   PDF (1064KB) ( 90 )  
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    在原有研究的基础上,结合实际系统,本文对CO2跨临界热泵系统的特性进行再分析,通过参数计算,分析回热温度、气体冷却器出口温度、运行压力三种因素如何影响系统性能,提出提高CO2热泵运行效率的方法。分析结果表明:回热器并不总有效,而是与气体冷却器出口温度有关,当温度小于某临界值时回热会降低系统运行制热性能系数COPh,当温度大于此临界值时回热则有助于提高COPh;对应气体冷却器出口温度存在最优压力,但实际压缩机的可承受压力是有限的,导致系统在某些气体冷却器出口温度下不能在最优压力下运行,同时在不同的排气压力下,存在气体冷却器出口温度最高限定值,否则COPh不合理也不可接受;热泵出水温度以及气体冷却器出口温度共同影响系统排气压力的选择。

    单相自然循环回路的强化对流传热特性
    曾龙,雷海燕,戴传山
    化工进展. 2020, 39(4):  1259-1266.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-1267
    摘要 ( 161 )   HTML ( 7 )   PDF (1614KB) ( 159 )  
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    通过实验对比分析了带有单相自然循环回路元件的铜板与光滑铜板相隔冷热空气逆流换热的换热效果。 结果表明,相同泵耗功情况下,加装单相自然循环回路元件的换热板的换热量是光滑铜板的1.1~1.3倍。在此基础上,本文通过数值模拟进一步对比分析了加装单相自然循环回路元件与相同形状、尺寸的铜翅片换热效果,针对影响自然循环回路传热性能的主要因素,如循环回路高度、横向与轴向倾斜角度、冷热源温差等,进行了数值模拟研究。结果表明:只有当温差超过等效温差点后,自然循环回路元件的换热效果才强于相同形状和尺寸的铜翅片;随着几何尺寸减少以及倾斜角度的增加,自然循环元件与铜翅片的等效温差点随之升高。

    基于多元统计方法的过程单元缓变故障识别
    马方圆,林德溪,许明阳,王璟德,孙巍
    化工进展. 2020, 39(4):  1267-1272.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-1269
    摘要 ( 165 )   HTML ( 3 )   PDF (766KB) ( 110 )  
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    在实际化工生产过程中存在一些缓变故障,在发生的初期过程偏离正常工况的程度较少,且受生产数据噪声的影响,不易被传统过程监测方法及时发现。本文针对缓变故障的特点,提出了一种基于偏最小二乘法-主元分析法(PLS-PCA)的过程监测方法。首先利用偏最小二乘法(PLS)回归提取出各变量之间的关系,通过获取变量实测值与回归预测值之间的误差,以放大装置运行状态与预设状态之间的偏差,在此基础上建立基于主元分析法(PCA)的过程监测模型,实现了对缓变故障的早期识别。该过程监测模型被应用在某制氢装置预转化反应器上,结果表明该方法对缓变故障具有较好的早期识别效果,能够比工程师提前13h,比基于传统PCA的过程监测模型提前8h。

    正弦波纹挡板式沉降器内流动特性
    张玉辉,龚斌,王学平,张静,吴剑华
    化工进展. 2020, 39(4):  1273-1281.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-1228
    摘要 ( 159 )   HTML ( 2 )   PDF (1835KB) ( 169 )  
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    采用VOF模型对正弦波纹式入口挡板的重力非均相沉降器内流场进行数值模拟研究。对比了正弦波纹挡板与平挡板的平均流场分布情况,分析了沉降器的轴向流速均一程度(λ1)随时间演化特性,探究了λ1和面积加权平均湍流强度(Ia)在沉降器内空间分布特性;引入流场均稳指标USC,研究了冲击间距(Lb/D)对USC的影响。结果表明:正弦波纹挡板作为入口构件可以有效降低返混。在0.84<Lb/D<2.17范围内,正弦波纹板沉降器内流场的均一程度整体高于平面挡板;随着Lb/D减小,平挡板沉降器内流场的λ1基本不变,但正弦波纹挡板沉降器内流场的λ1降低,且对Ia的影响不明显。对比平挡板,正弦波纹挡板可以有效降低轴向速度的梯度,使返混区面积减小,流场稳定性提高。随着Lb/D增加,USC值呈现多峰值趋势,Lb/D=2.17时正弦波纹板沉降器的USC取得极大值为14.68,较平挡板提高了93.67%。

    低速横流作用下液体射流初次破碎实验
    兰天,孔令真,陈家庆,王奎升
    化工进展. 2020, 39(4):  1282-1291.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-1143
    摘要 ( 163 )   HTML ( 5 )   PDF (1585KB) ( 89 )  
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    基于专门搭建的射流破碎雾化实验平台,利用高速摄像可视化研究低速横流作用下不同气液量纲为1参数对液体射流初次破碎模式特征和射流穿透轨迹特征的影响规律。实验结果表明,低速横流作用下液体射流破碎存在柱状破碎和袋式破碎两种模式,其中柱状破碎又可以分为鼓包破碎和拱形破碎。从实验得到的液气动量通量比q和液体韦伯数Wej射流破碎模式图可以看出,液气动量通量比q和液体韦伯数Wej共同决定低速横流条件下射流破碎模式,不同破碎模式之间存在明显的过渡边界。结合液气动量通量比q、液体韦伯数Wej、液体雷诺数Rej等量纲为1参数,拟合得到了射流穿透轨迹曲线对数形式公式,该公式能够很好地预测低速横流作用下液体射流穿透轨迹,其中液气动量通量比q是影响射流穿透轨迹的主要量纲为1参数。

    能源加工与技术
    生物质燃烧和热解中钾的释放规律研究进展
    王洋,董长青
    化工进展. 2020, 39(4):  1292-1301.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-1155
    摘要 ( 199 )   HTML ( 18 )   PDF (1149KB) ( 145 )  
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    生物质中碱金属钾的含量较高,钾在燃烧和热解过程中释放到炉内,会造成积灰、结渣、腐蚀等问题,影响锅炉安全、经济运行。本文通过对文献进行比较和分析,介绍了生物质中钾的含量和赋存形式,碱金属的定量检测方法,生物质中钾在不同条件下热解和燃烧过程中的释放规律,以及燃料成分和粒径、反应温度和升温速率、反应器类型等因素对钾释放规律的影响。结果表明,生物质燃料中钾的赋存形式包括有机钾、无机钾和含钾矿物质等;有机钾分解所释放出的一次产物,最终会经过不同路径的二次反应以其他形式释放或留在灰中;钾的最终释放形式与释放过程中发生的二次反应密切相关,主要包括KCl、K2SO4、KOH和含钾矿物质。

    生物炭催化生物质热化学转化利用的研究进展
    毛俏婷,胡俊豪,姚丁丁,杨海平,陈汉平
    化工进展. 2020, 39(4):  1302-1307.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-1119
    摘要 ( 248 )   HTML ( 11 )   PDF (455KB) ( 205 )  
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    热化学转化是生物质高值化利用技术中最具前景的技术之一,在此过程中引入催化剂可进一步提高反应速率及目标产物产率。生物炭由于具有较发达的孔隙结构和丰富的含氧官能团,近年来开始被应用于生物质热化学转化。本文简述了生物炭催化相关特性,介绍了生物炭作为催化剂催化生物质热化学转化为高品质生物油、气体燃料及催化焦油脱除的相关研究,总结了生物炭原位催化和非原位催化时的转化机理,讨论了生物炭活性位点作用与失活情况,描述了生物炭作为载体时与负载金属粒子间的相互关系,指出应进一步深化对生物炭催化生物质热化学转化利用机理的系统研究,通过调控生物炭物化结构和活性位点,以实现生物质热化学转化过程中较高的目标产物选择性、稳定性和经济性。

    矿物基化学吸附储热技术的研究进展
    苗琪,张叶龙,贾旭,金翼,谈玲华,丁玉龙
    化工进展. 2020, 39(4):  1308-1320.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-1093
    摘要 ( 211 )   HTML ( 6 )   PDF (2286KB) ( 188 )  
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    化学吸附储热技术近年来在太阳能利用和中低温余热领域得到了广泛关注,与传统的显热储热和相变储热技术相比具有储热密度高、储热损失小、可实现冷热双储等优点,然而其传质传热问题和液解问题导致的吸附性能和循环稳定性能的降低限制了其规模化应用。本文综述了利用矿物基多孔结构材料对化学吸附材料进行封装的方法以解决上述问题,总结了近年来石墨、蛭石等不同矿物基化学吸附储热材料的特点及其在化学吸附系统中的应用,主要介绍了矿物基化学吸附材料的两种体系(无机盐-水体系和氯盐-氨体系)的传质传热、化学吸附热等性能,并进一步指出了矿物基化学吸附储热技术未来的发展趋势,提出开发新型矿物基复合材料和优化化学吸附系统是未来的研究热点。

    β-环糊精协同乙烯基咪唑离子液体脱除溶剂油中的萘
    李恩田,徐洋,姚培,朱媛媛,张怿涵,朱霞石
    化工进展. 2020, 39(4):  1321-1328.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-1111
    摘要 ( 151 )   HTML ( 5 )   PDF (947KB) ( 55 )  
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    采用1-乙烯基-3-正丁基溴代咪唑离子液体([VBIM]Br)为脱除剂,在β-环糊精协同作用下萃取溶剂油中的萘。本实验考察了不同单因素条件在[VBIM]Br离子液体与β-环糊精共同作用下对溶剂油中脱萘率的影响,同时通过响应面法优化脱除工艺条件。实验结果表明:[VBIM]Br离子液体与β-环糊精共同作用下对萘的萃取率比单独利用[VBIM]Br离子液体提高了15%以上,萃取率达到90%以上。离子液体简单回收后,重复使用5次过后,脱除率仍在80%以上。实验通过红外分析和紫外光谱分析了[VBIM]Br离子液体协同β-环糊精脱萘的机理,与[VBIM]Br离子液体协同作用下,β-环糊精对萘存在包合作用,实现了对溶剂油中萘的脱除。

    基于熵权-层次分析法的中国现代煤化工行业可持续发展综合评价
    李俊杰,程婉静,梁媚,严晓辉,杨靖东,张岳玲,冯连勇,田亚峻,谢克昌
    化工进展. 2020, 39(4):  1329-1338.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-1195
    摘要 ( 187 )   HTML ( 7 )   PDF (1248KB) ( 159 )  
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    中国现代煤化工行业规模扩张迅速,但其可持续发展也面临高资源消耗、环境污染严重等挑战。本研究建立了基于环境、经济、社会和技术这4个方面的中国现代煤化工行业可持续发展综合评价指标体系。采用熵权法和层次分析法相结合的权重模型,量化了煤直接液化、煤间接液化、甲醇制汽油、中低温煤焦油加氢、煤制甲醇燃料、煤制天然气、煤制烯烃、煤制芳烃和煤制乙二醇这9种现代煤化工技术路线在4个方面的可持续性表现以及综合可持续发展指数,为行业的科学发展提供决策支持。研究结果表明,每种技术路线在环境、经济、社会和技术这4个方面的可持续性表现差异较为明显。煤间接液化的综合可持续性表现最优,其次为中低温煤焦油加氢、煤直接液化和煤制天然气;而甲醇制汽油和煤制芳烃的综合可持续性表现较差。除了煤炭资源丰富的地区之外,在水资源较丰富、环境容量较大的地区布局示范项目理论上也支持现代煤化工行业的可持续发展。最后,基于结论提出建议,为现代煤化工行业制定可持续发展战略、科学布局与合理规划提供重要参考。

    蜡油加氢脱硫集总动力学模型研究
    朱永红,霍鹏举,杨天华,李伟,韩磊,杨程
    化工进展. 2020, 39(4):  1339-1347.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-1137
    摘要 ( 190 )   HTML ( 9 )   PDF (1467KB) ( 93 )  
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    以减压蜡油(VGO)加氢脱硫(HDS)小试实验数据为基础,针对VGO HDS反应速率快慢,将原料中硫化物划分为快反应速率、中反应速率、慢反应速率3个集总,建立VGO HDS反应三集总动力学模型,并采用Levenberg-Marguardt算法对模型参数进行了求解。结果表明,该模型平均相对误差仅为5.18%,预测值可靠,外推性良好,模型参数计算结果符合加氢反应规律。通过模型计算,分析了液时空速、反应温度、反应压力对VGO HDS过程的影响,得到了HDS详细的反应规律,可为VGO HDS反应集总动力学研究和实验分析提供参考。

    间歇流条件下二氧化碳水合物生成诱导特性
    何骋远,周诗岽,秦天成,张文文,吕晓方,王树立,姬浩洋
    化工进展. 2020, 39(4):  1348-1356.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-1227
    摘要 ( 113 )   HTML ( 5 )   PDF (2051KB) ( 63 )  
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    为明确二氧化碳水合物在间歇流条件下诱导时间的变化规律,本文在高压水合物循环实验环路上进行了气团流及段塞流体系下的二氧化碳水合物生成实验,结果表明:气团流范围内诱导时间随流量增大而减小,而段塞流范围内诱导时间随流量增大而增大。分析产生该现象的原因为,气团流时,制约水合物成核的主要因素是气液接触面积,而在段塞流时,制约水合物成核的主要因素已变为温降速率下降导致的成核驱动力下降。同时,结合间歇流参数模型与气体水合物诱导时间模型,建立了流型对诱导时间影响的预测模型,模型计算值与实验值具有较好的吻合性,相对误差均在10%以内。

    工业催化
    Ni-CeO2-K/γ-Al2O3催化剂上沼气联合重整制合成气
    盖希坤,杨丹,吕鹏,邢闯,吕成学,杨瑞芹
    化工进展. 2020, 39(4):  1357-1362.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0933
    摘要 ( 163 )   HTML ( 5 )   PDF (692KB) ( 62 )  
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    采用超声波辅助等体积浸渍法制备Ni-CeO2-K/γ-Al2O3催化剂用于沼气联合重整反应,采用 BET、XRD、TG/DTG等技术对催化剂性质进行了表征,在微型固定床反应装置中研究了反应温度、体积空速、原料气组成等对沼气联合重整反应特性的影响,并对催化剂的稳定性进行了研究。结果表明,助剂CeO2的加入,提高了催化剂中Ni的分散度,降低了催化剂还原温度。升高反应温度和减小体积空速,能够提高沼气中CH4和CO2的转化率;原料气中加入水蒸气,能够明显提高H2/CO体积比;加入的O2容易与H2、CO发生反应,CH4转化率稍有提高。在常压、反应温度850℃、体积空速为100000h-1、摩尔比CH4∶CO2∶H2O∶O2∶Ar=1∶0.5∶0.5∶0.1∶0.01的优化条件下,沼气中CH4转化率超过95%,CO2转化率超过75%,生成合成气H2/CO体积比约为1.6,反应48h后,催化剂未见积炭,保持稳定的活性。与沼气干重整相比,沼气联合重整不利于沼气中CO2的转化。

    水热处理和钨添加对低钒催化剂高温脱硝性能的影响
    刘雪松,汪澜,房晶瑞,陈洪锋,潘驰
    化工进展. 2020, 39(4):  1363-1370.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-1121
    摘要 ( 148 )   HTML ( 4 )   PDF (1827KB) ( 68 )  
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    利用真空过量浸渍法在TiO2和WO3-TiO2载体上负载0.5%钒(质量分数)制备了V2O5-TiO2 (VTi)和V2O5/WO3-TiO2(VWTi)催化剂,并在含有10%(体积分数)水蒸气的空气氛下750℃水热处理24h得到处理态的VTi-A和VWTi-A催化剂。研究了水热老化和钨掺杂对催化剂脱硝效率的影响,并通过XRD、TEM、NH3-TPD、H2-TPR、XPS和Raman等表征方法对催化剂的结构和表面特性进行了表征分析。研究表明,水热处理和钨的协同作用使催化剂中产生更多的聚合态VOx和低价态钒(V4++V3+)。这两类活性物质所含有的氧物种具有较强SCR反应活性,可改善VWTi催化剂的高温脱硝性能,即使在酸性位数量减少的情况下仍有提升,这是低钒含量催化剂可满足燃气机组高温脱硝需求的主要原因。

    燃煤烟气低温NH3-SCR脱硝工艺中试
    郭林,任景行,赵勇刚,孔伟,董林,曹鹏
    化工进展. 2020, 39(4):  1371-1377.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-1105
    摘要 ( 234 )   HTML ( 39 )   PDF (1075KB) ( 214 )  
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    国内对于低温脱硝催化剂的研究主要集中在实验室的小试规模,对无钒低温NH3-SCR蜂窝催化剂在燃煤烟气条件下的脱硝活性和中毒机理研究较少,无法完全反映出催化剂在真实烟气条件下的运行状况。本文采用自行设计的低温NH3-SCR装置在石河子市某热电厂进行了中试研究,得到了该催化剂在实际烟气条件下的最佳工艺条件,并深入分析了实际烟气中复杂成分对低温脱硝催化剂的影响机理。研究结果表明:SO2浓度低于35mg/m3、空速约为4200h-1、烟气温度约为100℃、氨氮比约为1.2时催化剂的脱硝效率最佳;高浓度的SO2会促进硫酸盐类的形成和催化剂活性组分的硫酸化,是催化剂活性降低的主要原因。环境友好型低温脱硝催化剂表现出优异的低温脱硝性能和抗硫性能;脱硝工艺改造方便;具有广阔的工业应用前景。

    材料科学与技术
    复合调湿材料的研究现状及最新进展
    郑旭,袁丽婷
    化工进展. 2020, 39(4):  1378-1388.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-1161
    摘要 ( 234 )   HTML ( 12 )   PDF (787KB) ( 252 )  
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    利用调湿材料吸放湿特性来调节室内湿度的被动除湿技术,无需任何机械设备和能源消耗,具有较好的节能和生态效益。高效调湿材料的研制是该技术能否有效实施的前提,复合调湿材料很好地克服了单一调湿材料难以同时满足高吸湿容量和高吸放湿速度的要求,是建筑节能和材料科学领域的研究热点之一。本文将复合调湿材料分为无机-无机、无机-有机、无机-生物质、有机-生物质四大类,并针对上述分类的特点进行了系统的归纳与总结。主要概括了典型复合调湿材料的合成工艺、湿容量、吸放湿速率等调湿性能以及在建筑中的相关应用研究。同时,基于现有研究,梳理了今后研究中亟待解决的关键问题,以期为基于调湿材料的被动除湿技术的发展提供有价值的借鉴和参考。

    表面修饰GO改性无胺型水性聚氨酯-丙烯酸酯乳液制备与性能
    赖小娟,张引引,刘佳慧,王磊
    化工进展. 2020, 39(4):  1389-1395.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-1120
    摘要 ( 214 )   HTML ( 5 )   PDF (1454KB) ( 128 )  
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    以异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、聚己内酯二元醇(PCL)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)为主要原料,合成水性聚氨酯-丙烯酸酯乳液(WPUA)预聚体,利用十二烷基三甲基溴化铵对氧化石墨烯进行插层改性,改性产物与预聚体进行机械共混,同时引入羧酸型亲水扩链剂和磺酸型亲水扩链剂,采用自乳化法合成无溶剂、零VOC型改性的水性聚氨酯-丙烯酸酯复合乳液(DTGO/WPUA),研究改性氧化石墨烯(DTGO)用量,并对复合乳液和胶膜进行测试和表征。研究结果表明:DTGO复合材料改性水性聚氨酯涂料表现出较好的力学性能和耐热性。当DTGO用量为质量分数0.8%时,相比未改性的水性聚氨酯胶膜,复合胶膜拉伸强度提高到48.5MPa,热分解温度提高21℃。

    低黏吸附型酸化缓速剂的合成及性能评价
    叶正荣,全红平,裘智超,路强英,王睿,蒋庆英,伊然
    化工进展. 2020, 39(4):  1396-1404.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-1099
    摘要 ( 141 )   HTML ( 2 )   PDF (1343KB) ( 64 )  
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    为改善深度酸化效果,降低储层二次伤害风险,合成了一种低黏吸附型酸化缓速剂。采用AM、非离子型表面活性剂(FLZ-1)、C-18、SSS 4种单体,通过自由基水溶液聚合得到一种低黏且具有吸附作用的酸化缓速剂。通过单因素法筛选出最佳的合成条件,利用傅里叶红外光谱仪和核磁共振波谱仪对产物的结构进行表征,结果与设计的结构相符。通过考察酸化缓速剂添加量对缓速酸性能的影响,结果表明当缓速剂添加量质量分数为0.7%时,缓速效果较好且具有较低的表观黏度(10mPa·s以下),有利于酸液的注入与返排。并在75℃下对缓速剂与其他酸液常用助剂的配伍性进行评价,结果显示配伍性良好,且各种助剂之间不影响各自的使用效果。排水采气、X射线光电子能谱和扫描电镜的结果表明,缓速剂在酸岩反应的过程中在岩石表面发生了吸附。

    基于机械力化学作用制备荧光纳米纤维素
    张松华,熊明诚,王梓,林凤采,王婷,林咏梅,黄彪
    化工进展. 2020, 39(4):  1405-1413.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-1194
    摘要 ( 158 )   HTML ( 1 )   PDF (1634KB) ( 128 )  
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    采用机械力化学法,以磷钨酸-柠檬酸为复合水解剂处理竹浆纤维,再进一步加入半胱氨酸,使降解的纤维素发生接枝反应,从而在水相中一锅法制备高荧光、高量子产率荧光纳米纤维素(fluorescent cellulose nanocrystals, F-CNC)。研究考察了半胱氨酸溶液浓度、反应时间、反应温度等因素对F-CNC的得率和荧光强度的影响。采用紫外分光光度计(UV-vis)、荧光分光光度计、透射电子显微镜(TEM)、傅里叶红外光谱仪(FTIR)、核磁共振光谱仪(NMR)、X-ray光电子能谱(XPS)、X射线衍射仪(XRD)以及热分析仪(TGA)等对F-CNC的光学性质、形貌结构、化学结构、晶体结构以及热稳定性等进行了表征分析。结果表明,半胱氨酸溶液浓度为1mol/L,反应时间为8h,反应温度为140℃,F-CNC的得率为56.8%,荧光量子产率达到34.24%,荧光寿命达到3.44ns,且F-CNC的直径在20~40nm,长度为150~300nm。基于机械力化学法制备F-CNC工艺简便、绿色环保且所制备的F-CNC在水中具有良好的分散性,在防伪和生物传感器中具有潜在的应用前景。

    Ag掺杂Ti/PbO2电极的制备及其在苯酚降解中的应用
    张君泽,王红宁,陈若愚
    化工进展. 2020, 39(4):  1414-1421.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-1232
    摘要 ( 197 )   HTML ( 5 )   PDF (1559KB) ( 132 )  
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    使用化学还原和电沉积的方法制备了单质银(Ag)掺杂的Ti/PbO2电极(Ti/Ag-PbO2)。在保持镀银液浓度一定的条件下,通过改变镀银的时长制备出三种银含量的钛基体二氧化铅电极(Ti/Ag1-PbO2、Ti/Ag2-PbO2、Ti/Ag3-PbO2)。利用X射线光电子能谱(XPS)和X射线荧光光谱分析(XRF)确定了PbO2电极中Ag的价态和掺杂量。扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)结果表明,Ag掺杂未明显改变电极的表面形态和晶型。根据涂层附着力测试试验发现,掺银PbO2电极与基底之间有更好的结合力,电极使用寿命提高了约2.5倍。电化学交流阻抗谱(EIS)和循环伏安法(CV)测试结果表明,Ag的掺杂大幅降低了PbO2电极的电荷转移电阻,提高了电极的电催化活性。利用掺银量2.7%(质量分数)的Ti/PbO2电极降解100mg/L的苯酚水溶液,相较常规Ti/PbO2电极,完全降解时间缩短了33.3%,降解能耗下降了34%。

    磁性石墨烯/聚氨酯柔性复合材料的制备及自修复效能
    武思蕊,李斌,赵梁成,李仲明
    化工进展. 2020, 39(4):  1422-1430.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-1107
    摘要 ( 177 )   HTML ( 6 )   PDF (1497KB) ( 151 )  
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    为了提高复合材料的导电、导热及自修复性能,在传统共混法的基础上采用化学沉积法将四氧化三铁(Fe3O4)修饰到石墨烯上,得到磁性石墨烯,并将其与聚氨酯、碳纳米管共混后经磁场干预控制石墨烯片层的排列得到磁性石墨烯/聚氨酯柔性复合材料。采用SEM、Raman、FTIR对柔性复合材料的微观形貌、分子结构进行表征,并通过激光导热仪、四探针电阻率测定仪和万能试验机分析磁场调控对复合材料电、热、力学以及修复性能的影响。结果表明:磁场下柔性复合材料中的石墨烯片层排列规则,且层次分明,轮廓清晰可见;其热扩散系数相比于未加磁场提高了10 %~12 %,且在高温下具有稳定性,缺陷修复时间减少了50 %;对比出现缺陷前及修复后的复合材料发现,表面电阻率和抗拉强度分别相差0.006Ω·cm和2.4MPa,而无磁场环境下的变化量是其 3~4倍。

    改性SiO2杂化层相变微胶囊的制备与表征
    王鑫,方建华,吴江,刘坪,冯彦寒,刘娜,林旺
    化工进展. 2020, 39(4):  1431-1438.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-1266
    摘要 ( 229 )   HTML ( 4 )   PDF (1153KB) ( 108 )  
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    以相变温度为32℃的石蜡为芯材,三聚氰胺-甲醛树脂/改性SiO2杂化层为壁材,采用原位聚合法制备相变微胶囊。使用接触角测定仪考察了KH-570对纳米SiO2的有机改性效果;运用扫描电子显微镜(SEM)和X射线能谱仪(EDS)分析了微胶囊表面形貌及壳层表面的元素分布;采用差示扫描量热仪(DSC)测定了相变微胶囊的热性能参数。结果表明:使用KH-570有机改性的纳米SiO2颗粒制备杂化层能显著提升微胶囊的热稳定性与使用耐久性。当改性SiO2质量分数为3%时,制得的微胶囊呈光滑球形,SiO2颗粒在胶囊壳层表面分散均匀,其相变焓为135.1J/g,相变过程滞后,并且微胶囊芯材在有机溶剂中的渗透率由66.1%降至45.8%,经历1000次热循环后的质量与相变焓损失率仅为7%与24.4%。

    纳米羟基磷灰石增强聚己内酯/明胶纤维膜的制备及其性能
    任欣,金蜀鄂,李玉宝,李吉东
    化工进展. 2020, 39(4):  1439-1446.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-1212
    摘要 ( 173 )   HTML ( 8 )   PDF (1565KB) ( 125 )  
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    引导组织再生膜在引导组织再生术中发挥着关键作用,高性能的引导组织再生膜能更好地促进组织再生修复。本文以纳米羟基磷灰石(n-HA)、聚己内酯(PCL)、明胶(Gel)为原料,通过静电纺丝法制备了不同含量n-HA增强的PCL/Gel/n-HA纤维膜,并对其形貌、组成、力学性能及降解性能进行了研究。SEM结果表明,纤维膜中的纤维形态良好,纤维直径大致分布于200~400nm之间,交联后纤维直径明显增加;TEM结果表明,n-HA较均匀分散在纤维中,随着n-HA含量的增加,n-HA在纤维膜表面发生聚集。力学测试结果表明,随着n-HA含量的增加显著提高了纤维膜的拉伸强度和断裂伸长率,当n-HA含量约为15%时,其拉伸强度和伸长率分别达到9.18MPa和180%。n-HA加入后,纤维膜的降解速率明显降低,n-HA含量约为15%的复合纤维膜体外降解12周以后约降解25%。本文制备的PCL/Gel/n-HA纤维膜的力学性能和降解速率能满足临床对引导组织再生膜的性能要求。

    生物与医药化工
    喹诺酮类药物印迹仿生抗体的研制及应用进展
    杜晓芳,李兆周,陈秀金,王耀,高红丽,李道敏,任国艳,吕璞
    化工进展. 2020, 39(4):  1447-1457.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-1262
    摘要 ( 171 )   HTML ( 5 )   PDF (1476KB) ( 66 )  
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    随着人工合成的喹诺酮类抗菌药在动物性食品中残留和环境中蓄积日趋严重,其安全和健康风险促使开发快速且灵敏的检测方法已迫在眉睫。本文介绍了喹诺酮类药物印迹仿生抗体的制备方法,包括本体聚合法、悬浮聚合法、原位聚合法、沉淀聚合法及表面分子印迹法;总结了其作为萃取介质及传感识别元件在肉、蛋、奶、土壤、水体及生物样品检测中的应用;结合分子印迹技术制备工艺及应用的最新研究进展,讨论了该类仿生抗体在制备及识别过程中所面临的印迹容量和效应低、识别模式和传质机理研究不透彻等问题;提出了相应的解决方案,包括新型功能单体的优选及合成、高性能识别模式和制备方法的构建及开发等,为新型印迹仿生抗体的研制及应用提供了参考思路和技术途径。

    肌酐酶在枯草芽孢杆菌中的异源表达及分泌机制
    陶政宇,付刚,闻建平,张大伟
    化工进展. 2020, 39(4):  1458-1468.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-1115
    摘要 ( 194 )   HTML ( 5 )   PDF (2879KB) ( 55 )  
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    肌酐酶是用于临床检测肾小球滤过功能的关键酶之一,但目前国内肌酐酶的生产量较低无法满足市场需求,多依赖于国外进口。为了解决这一问题,本研究将恶臭假单胞杆菌肌酐酶基因克隆至原核表达载体pMA5实现肌酐酶在枯草芽孢杆菌1A751中的异源表达。随后通过启动子优化,使肌酐酶的蛋白表达量显著提高到1.08mg/mL,并且胞外肌酐酶的比酶活力达到238U/mg。同时发现肌酐酶可不依赖于信号肽即可实现胞外分泌,因此对肌酐酶在枯草芽孢杆菌中的分泌机制进行研究。通过对经典分泌途径和Holin途径的分析排除、利用Calcein-AM/PI双染色法鉴定表达菌株1AGC的细胞膜不完整,最后通过电子显微镜观察结果表明表达菌株表面存在潜在的泄漏位点,因此证实肌酐酶在枯草芽孢杆菌中通过细胞泄漏的方式,释放到胞外培养基中。本文构建了一株基于细胞泄漏的肌酐酶高产菌株,为肌酐酶的表达和潜在工业化应用提供理论基础,同时也为枯草芽孢杆菌泄漏表达系统提供了一定的研究基础。

    精细化工
    多乙烯多胺桥联受阻酚类抗氧剂的合成及其清除DPPH·性能
    李翠勤,李杨,郭苏月,高宇新,李锋
    化工进展. 2020, 39(4):  1469-1477.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-1210
    摘要 ( 162 )   HTML ( 2 )   PDF (1229KB) ( 52 )  
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    以二乙烯三胺和三乙烯四胺为桥联基,β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰氯为抗氧化功能基团,通过酰胺化缩合反应合成了两类具有不同对位桥联基团的受阻酚类抗氧剂。采用傅里叶红外光谱和核磁共振氢谱证实了合成的多乙烯多胺桥联受阻酚类抗氧剂的化学结构。DPPH法研究了多乙烯多胺桥联受阻酚类抗氧剂清除自由基的性能,并探索了酚羟基个数和对位桥联基结构对受阻酚类抗氧剂清除自由基性能的影响。结果表明,多乙烯多胺桥联受阻酚类抗氧剂具有良好的清除DPPH·能力,且随着抗氧剂分子中酚羟基个数的增加,清除DPPH·的活性增加,分子中含有4个酚羟基的三乙烯四胺受阻酚类抗氧剂的抗氧化效率(AE)达到2.65×10-2 L/(mol·s)。对位桥联基结构对受阻酚类抗氧剂清除DPPH·能力有较大影响,季戊四醇为桥联基的受阻酚类抗氧剂1010清除DPPH·能力最强,其抗氧化效率(AE)为3.08×10-2L/(mol·s);乙二胺为核的1.0代树枝状受阻酚类抗氧剂清除DPPH·能力最弱,其抗氧化效率(AE)为2.60×10-2 L/(mol·s)。

    含油污泥化学热洗的药剂配方及工艺优化
    黄朝琦,秦志文,尚绪敏,侯影飞
    化工进展. 2020, 39(4):  1478-1484.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-1310
    摘要 ( 179 )   HTML ( 6 )   PDF (654KB) ( 138 )  
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    采用化学热洗法对含油污泥进行除油处理,对不同类型的十余种化学热洗药剂进行筛选和复配,考察了不同药剂配方对含油污泥的除油效果,并对化学热洗的主要工艺条件进行了研究和优化。结果表明:在单一药剂热洗中以硅酸钠(Na2SiO3)的除油效果最佳,除油率可达45.3%;复配药剂热洗中以阴离子型-非离子型-碱性盐的药剂组合,即十二烷基硫酸钠(SDS)+壬基酚聚氧乙烯醚(NP-10)+Na2SiO3的除油效果最佳,除油率可达62.1%,采用复配药剂能显著提升除油效果;各操作条件对含油污泥热洗除油率的影响次序为温度>药剂浓度>热洗时间>搅拌速率>泥水比,最优的工艺条件为热洗温度80℃、药剂浓度3g/L、泥水比1∶4、热洗时间50min、搅拌速率200 r/min,在该条件下除油率可达85.4%。

    资源与环境化工
    二 恶英生成抑制剂及其阻滞机理研究现状与展望
    章骅,杨瑞,邵立明,何品晶
    化工进展. 2020, 39(4):  1485-1492.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0671
    摘要 ( 200 )   HTML ( 6 )   PDF (742KB) ( 194 )  
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    固体废物焚烧过程产生的二英类物质具剧毒性且可在环境中造成持久性污染,国内外学者一直致力于探究高效的二英类物质源头减量化技术以保护公众健康。本文综述了近年来二英类物质从头合成的生成阻滞研究现状,对比分析了实验研究中常采用的含硫类抑制剂、含氮类抑制剂、含OH基抑制剂及复合抑制剂对二英类物质的抑制效果及其阻滞机理,进而剖析二英生成抑制剂的研发思路进展。在当前以抑制氯源和催化剂活性为主的抑制途径基础上,依据二英类物质的从头合成机理,探讨了通过阻滞碳源或氧气与反应物接触进而阻滞从头合成反应的抑制新途径,并展望了未来新型阻滞剂研发的方向,以期为二英类物质的源头减量和污染控制提供理论支持。抑制剂工业化应用和推广仍处于尝试阶段,在实际规模的焚烧厂应用时抑制效果不稳定,未来仍需进一步开展中试和现场试验以验证抑制作用实效及其影响因素。

    改性柱撑黏土用于烟气脱硝的研究进展
    杨建成,张芹,沈伯雄,袁世磊,王诗宁
    化工进展. 2020, 39(4):  1493-1499.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0811
    摘要 ( 161 )   HTML ( 6 )   PDF (825KB) ( 140 )  
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    柱撑黏土(PILC)由于其结构可控的二维层状多孔特性,在选择性催化还原(SCR)技术中已得到广泛应用。本文综述了近年来PILC和改性PILC的结构特性、化学性质、层间掺杂活性物质及脱硝效率的研究成果,分析表明,经过添加不同活性物质改性后的PILC具有更高的比表面积、更大的层间距和良好的耐热稳定性等特点,催化剂的表面活性及催化活性得到明显的提高,对NOx具有更好的脱除效果。此外,本文还介绍了基于密度泛函理论(DFT)的改性PILC的吸附机理研究进展。由此指出,对PILC的改性和理论的深入研究,为设计和改造高效SCR脱硝催化剂具有重要意义,而将密度泛函理论引入PILC改性及脱硝机理研究中也为PILC的改性研究提供了新的理论思路。

    水体中微塑料的环境影响行为研究进展
    王琼杰,张勇,陈雨,汪金晓雪,汪贻妹
    化工进展. 2020, 39(4):  1500-1510.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-1190
    摘要 ( 286 )   HTML ( 23 )   PDF (529KB) ( 311 )  
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    微塑料是指一类广泛存在于环境中的粒径小于5mm的塑料颗粒的总称,当其存在于水体环境中,容易吸附其他污染物,影响它们的迁移行为,进而对生态效应产生影响。本文依据水体环境中微塑料的相关研究报道,对微塑料在水环境中的影响行为进行概述。主要从微塑料的物理、化学和生物特性在环境中的变化特性,微塑料与环境中其他污染物质的相互作用关系,以及微塑料及其复合污染体系对水生生物造成的生态效应影响等3个方面对微塑料的环境行为进行总结、归纳与阐述。最后,针对微塑料对水环境中的环境影响效应,提出了今后的研究方向与展望。

    我国剩余污泥厌氧转化的主要影响因素及影响机制研究进展
    陈思思,杨殿海,庞维海,董滨,戴晓虎
    化工进展. 2020, 39(4):  1511-1520.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-1128
    摘要 ( 209 )   HTML ( 5 )   PDF (1178KB) ( 210 )  
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    我国剩余污泥产量大,对其进行稳定化、无害化和资源化处理处置迫在眉睫,而厌氧消化技术能够在降低污泥对环境污染的同时回收能源,是目前国际上最受欢迎的污泥减量化和资源化处理技术。本文首先重点归纳了国内外污泥厌氧消化技术应用现状差异和国内外剩余污泥厌氧转化率差异,即我国剩余污泥厌氧转化率处于 20%~50%之间,明显低于发达国家的水平(50%~70%),是我国剩余污泥厌氧消化推广应用程度低于发达国家水平的主要原因。其次从泥质差异的角度总结了导致我国剩余污泥厌氧转化率低于发达国家的主要差异性因素,即微细砂含量(50%~65%)高于发达国家(25%~30%)、金属离子如Ca2+、Fe3+、Al3+和Mg2+等的含量高于发达国家、污泥泥龄(10~30d)显著长于发达国家(5~10d)。最后,归纳总结了微细砂、金属粒子和泥龄这三类典型差异性因素对剩余厌氧消化性能的影响机制。对我国剩余污泥厌氧转化的主要影响因素的系统性认识有助于从源头上明晰影响我国剩余污泥厌氧转化性能的重要因素,对影响机制的深入解析有助于提出有针对性的强化措施,从而为我国剩余污泥厌氧消化技术的广泛推广与应用提供有益的借鉴和启发。

    生物炭持久性自由基形成机制及环境应用研究进展
    唐正,赵松,钱雅洁,薛罡,贾汉忠,高品
    化工进展. 2020, 39(4):  1521-1527.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-1284
    摘要 ( 259 )   HTML ( 10 )   PDF (582KB) ( 173 )  
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    持久性自由基(PFRs)因其持续反应活性和潜在毒性而日益受到广泛关注。生物炭在高温热解和水热碳化制备过程中会产生PFRs,并可转化形成活性氧物质,从而促进环境污染物的氧化还原转化和降解,同时也产生潜在的环境健康风险。本文综述了生物炭PFRs的国内外研究进展,归纳了PFRs在生物炭制备过程中的形成和转化机制,总结了生物炭PFRs生成ROS降解有机污染物、光诱导氧化降解有机污染物、重金属氧化还原转化等方面的环境应用研究现状,初步探讨了生物炭PFRs的毒性效应,并对今后的研究发展方向提出了展望,以期为生物炭PFRs的进一步环境应用提供方向和依据。

    土壤中环境持久性自由基的形成与稳定及其影响因素
    张若瑄,王朋,张绪超,段文焱
    化工进展. 2020, 39(4):  1528-1538.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-1208
    摘要 ( 250 )   HTML ( 4 )   PDF (1233KB) ( 171 )  
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    环境持久性自由基(EPFRs)是一类具有环境风险的新型污染物,因其广泛分布于环境中且具有潜在环境毒性效应而受到关注。虽然研究者们已发现天然土壤与受有机污染物污染的土壤(如多环芳烃、五氯苯酚等)中均存在非常稳定的EPFRs,但对于这两种环境条件下EPFRs的生成、稳定、影响因素的相关结论仍然存在争论。本文综述了天然土壤组分(腐殖质、有机-无机复合体)中EPFRs的分布特征、形成机理与影响因素,并论述有机污染物降解过程中EPFRs的生成、稳定机制及迁移转化,总结出不同因素(土壤有机质、过渡金属、氧气、湿度、温度)对EPFRs的影响。本文加深了对土壤中EPFRs环境行为的认识,并对腐殖质中EPFRs的研究进行了展望,对土壤环境中EPFRs的进一步研究提供参考。

    污泥生物炭中氮硫行为及环境效应研究进展
    王彦,左宁,姜媛媛,陈芳媛
    化工进展. 2020, 39(4):  1539-1549.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-1124
    摘要 ( 193 )   HTML ( 7 )   PDF (709KB) ( 108 )  
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    污泥生物炭中氮硫元素含量高,其氮硫行为和环境效应对全球气候变化的影响不容忽视。以往的研究中,研究者往往以富碳生物炭作为主要研究对象,关注碳对全球气候变化的行为和功效,而对氮硫元素的作用关注不够。本文从原始污泥基本性质到其热解过程,再到生物炭的老化,逐步对污泥生物炭整个生命周期内氮硫的行为及其环境效应研究进行综述,并对未来应注重开展的研究方向进行展望,为生物炭中氮硫元素固定、释放及与之关联的环境效应和温室气体排放控制研究提供理论基础。分析表明,污泥中氮元素含量普遍高于硫元素,且热解过程中氮比硫更容易转移至气相产物。氮硫元素随热解温度的增加,在三相产物中的分配都是炭中持续减少,油中先增后减,气中一直增加。高温(>800℃)条件下,气相中的氮含量高于固相,而硫元素则仍然主要存在于固相中。污泥生物炭老化及其环境效应研究表明,污泥生物炭氮硫元素与土壤的相互作用及其温室效应问题在今后的研究中应引起重视。

    糠醛渣木质素/聚乙烯亚胺微球的制备
    朱春山,毛正鑫,高琳
    化工进展. 2020, 39(4):  1550-1557.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-1162
    摘要 ( 202 )   HTML ( 4 )   PDF (1748KB) ( 148 )  
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    木质素和聚乙烯亚胺(PEI)对重金属离子有良好的亲和力,且木质素来源广泛、具有良好的生物降解性能,在水处理方面有很好的前景。本文以糠醛渣木质素和聚乙烯亚胺为主要原料,十二烷基苯磺酸钠(SDBS)为分散剂,环氧氯丙烷(EPI)为交联剂,液体石蜡为油相,采用反相悬浮聚合法,制备了糠醛渣木质素/PEI微球(LMS)。通过FTIR、XRD、SEM和激光粒度仪对微球的结构和形貌进行表征,研究了木质素用量、PEI用量、EPI用量、SDBS用量、油水比和反应温度对木质素微球制备的影响。结果显示,在木质素用量为0.600g,PEI用量为2.25g,EPI用量为2.25mL,SDBS用量为0.075g,温度为56℃,油水体积比为4.5∶1的条件下,制得的糠醛渣木质素/PEI微球平均粒径为135μm,粒径分散度为0.290,比表面积为46.5m2/g,球型度良好,球体表面有少量微孔。

    改性高岭土捕集CdCl2、PbCl2蒸气
    樊聪慧,黄亚继,夏志鹏,查键锐,于梦竹,丁守一,胡华军,戚二兵
    化工进展. 2020, 39(4):  1558-1566.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-1123
    摘要 ( 139 )   HTML ( 4 )   PDF (1727KB) ( 155 )  
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    针对两种重金属氯化物PbCl2、CdCl2,探究高岭土表面羟基对吸附重金属的作用。对高岭土进行煅烧及水热改性,并在两段式管式炉上进行高岭土捕集重金属氯化物蒸气实验,并使用原子吸收分光光度计(AAS)测量吸附剂中的重金属氯化物含量。吸附数据表明对于PbCl2及600~700℃的CdCl2吸附,高岭土经过煅烧吸附效率大幅降低,水热重新赋予羟基后吸附效率有所提升,但仍低于原高岭土。结合热重(DTG)及红外谱图(FTIR)分析可知,高岭土经800℃煅烧脱除全部羟基,经水热重新获得部分羟基,且所获数量随水热程度的加深而增多,结合XRD谱图可知羟基促进了高岭土与重金属氯化物的吸附反应;800℃以上高温下原高岭土吸附效率逐渐低于煅烧高岭土和水热高岭土,结合核磁共振谱图(NMR)分析可知其原因在于,高岭土经煅烧改性及水热改性,Al原子配位数降低,活性增强,更易与重金属氯化物蒸气结合。

    不同pH环境下CMS改性纳米铁在异质多孔介质中的迁移
    王祎啸,张永祥,井琦,黄雪征,田振军
    化工进展. 2020, 39(4):  1567-1574.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-1216
    摘要 ( 175 )   HTML ( 3 )   PDF (904KB) ( 87 )  
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    纳米铁在污染土壤和地下水的修复中受到广泛关注。为进一步探究其在多孔介质的迁移行为,本研究采用羧甲基淀粉钠(CMS)对纳米零价铁(nZVI)进行包覆,进行了改性纳米零价铁的沉降试验,测量zeta电位与粒径分布探究其分散性;进行了不同pH条件下改性纳米零价铁在酸洗砂与水洗砂的柱实验,分析了化学异质性与pH对纳米铁在多孔介质迁移的影响。结果表明,CMS包覆纳米铁不仅使纳米颗粒本身稳定,而且还减少其在多孔介质表面沉积,大大提高了迁移性。pH=6~8时,nZVI的zeta电位由18.3mV减小到2.9mV,有效粒径由685nm增大到880nm,稳定性变差;而CMS-nZVI的zeta电位值由-19.7mV增大到-53.5mV,颗粒间静电排斥力增强稳定性变好。经能量色散X射线光谱(EDS)分析,水洗砂表面存在碳、铝、铁等氧化物杂质,这些杂质带有正电荷,会增强与带负电的CMS-nZVI的吸附作用,不利于其迁移;而经过酸洗后的石英砂,其表面杂质大大减少,在pH=8时,CMS-nZVI在酸洗砂最大迁移率为77.0%要好于水洗砂的63.0%。此外较高pH环境有助于增加石英砂介质的表面负电荷,减少颗粒与介质的吸附,促进纳米颗粒的迁移。

    二氧化碳联合核桃壳提取液促进单针藻Monoraphidium sp. QLZ-3的生长和油脂积累
    邢海亮,董训赞,韩本勇,耿树香,宁德鲁,马婷,余旭亚
    化工进展. 2020, 39(4):  1575-1582.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-1220
    摘要 ( 140 )   HTML ( 3 )   PDF (945KB) ( 51 )  
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    以单针藻Monoraphidium sp. QLZ-3为对象,研究了CO2对微藻在核桃壳提取液(walnut shell extracts,WSE)中生长及油脂积累的影响。结果显示,在12%的CO2条件下,微藻在WSE中的生物量产率及油脂产率达到196.85mg/(L·d)和97.52mg/(L·d),分别是对照组的1.33倍和1.57倍。WSE培养下,外源CO2上调了微藻中核酮糖1,5-二磷酸羧化酶基因(ribulose 1,5-bisphosphate carboxylase/oxygenase,rbcL)的表达量,从而促进了CO2的固定。此外,12% 的CO2提高了微藻对WSE中多酚的利用,同时上调了乙酰辅酶A羧化酶(acetyl coenzyme A carboxylase,ACCase)和苹果酸酶(malic enzyme,ME)活性,下调了磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(phosphoenolpyruvate carboxylase,PEPC)活性。研究表明,CO2可以提高WSE中微藻的生物量产率和油脂产率,降低培养成本,为核桃壳的资源化利用及微藻的工业化生产提供了新的理论基础。

    自养硝化颗粒污泥吸附铜离子性能及吸附等温线
    张斌超,曾敏静,张立楠,王洪欣,曾玉,黄思浓,吴俊峰,程媛媛,龙焙
    化工进展. 2020, 39(4):  1583-1590.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-1223
    摘要 ( 156 )   HTML ( 2 )   PDF (1473KB) ( 82 )  
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    以自养硝化颗粒污泥作为吸附剂,研究了其对铜离子的吸附效果及最佳吸附工艺条件,并探索了其吸附等温线。通过单因素实验研究铜离子浓度、吸附时间、污泥浓度、搅拌速度和温度对吸附效果的影响,最终得出搅拌速度、吸附时间以及污泥浓度对吸附效果有明显影响。在此基础上,通过响应曲面法耦合出吸附的最佳工况点:时间(A)=2.50h,转速(B)=125r/min,污泥量(C)=5250mg/L。在此条件下研究了颗粒污泥的吸附特性及稳定性。结果表明,硝化颗粒污泥在重金属废水中表现出极强的耐受性与稳定性,不同浓度下颗粒化率均维持在93%以上。Langmuir与Freundlich方程动力学拟合结果显示:Langmuir等温方程的拟合度R2Cu=0.999,表明硝化颗粒污泥对于Cu2+属于典型的单分子层吸附,且能描述最大吸附量为Qmax=15.02mg/g。Freundlich等温方程的拟合过程中,相关系数R2Cu=0.969,1/n=0.1305,表明硝化颗粒污泥对Cu2+吸附能力较强;较高的拟合度也在一定程度上表明硝化颗粒污泥对Cu2+的吸附是一个复杂的物理化学过程。

    低强度超声波对短程硝化污泥的影响
    任黎晔,朱易春,张光明,连军锋,章璋,李鑫,黄书昌,田帅,袁佳彬
    化工进展. 2020, 39(4):  1591-1596.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-1304
    摘要 ( 166 )   HTML ( 3 )   PDF (801KB) ( 102 )  
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    以周期性超声辐照的污泥为研究对象,在序批式反应器(SBR)中开展超声波对短程硝化效果的研究,并进一步研究超声波对酶活性、脱氮速率、胞外聚合物的影响。结果表明,0.1~0.7W/mL的超声波均可促进短程硝化,最高亚硝酸盐积累率(NAR)达98.21%。超声波通过强化氨单加氧酶(AMO)活性,抑制亚硝酸盐氧化酶(NXR)活性促进短程硝化,AMO活性最高同比增长63.84%,NXR活性最高下降89.03%。比脱氮速率、反应器脱氮速率并不完全与酶活性变化趋势一致,AOB关键酶活性仅与比氨氧化速率(SAOR)变化一致,而NOB关键酶活性与反应器亚硝酸盐氧化速率(NOR)一致,超声波引起的污泥减少对AOB菌群数量的负面影响大于NOB。周期性超声后,污泥EPS的总量随声能密度先增加后减少,超声波对LB-EPS的剥离大于TB-EPS,对多糖的剥离大于蛋白质,较高的声能密度会造成蛋白质的积累。

    化工园区
    考虑时变风险的成品油二次配送路径优化
    韦金银,郭琪,史彬,鄢烈祥
    化工进展. 2020, 39(4):  1597-1604.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-1196
    摘要 ( 137 )   HTML ( 3 )   PDF (2259KB) ( 85 )  
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    成品油属于易燃易爆炸危险品,其配送过程一旦发生事故后果严重。考虑到配送过程人群聚集程度、载重和车速的动态变化,本文建立时变风险度量模型,运用BP神经网络预测车速,预测了城市高速路段和主干路路段的车速。在此基础上,构建了同时考虑配送成本与时变风险的成品油二次配送双目标路径优化模型,并提出改进的多目标列队竞争算法进行求解。本文还采用改进的多目标列队竞争算法求解文献报道的实例,求得非支配解完全支配文献报道中的非支配解,验证了算法的有效性。某武汉石化企业实例研究表明,预测的车速具有较高的准确度,所提出的方法能同步考虑配送过程的时变风险和配送成本,求得的Pareto最优配送路径集可以为企业决策者提供多样化的选择方案,具有较好的应用价值。