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2020年 第39卷 第12期 刊出日期:2020-12-05
    本期封面、中英文目次表、版权页
    化工进展. 2020, 39(12):  0-0. 
    摘要 ( 159 )   PDF (6207KB) ( 289 )  
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    化工进展. 2020, 39(12):  0-0. 
    摘要 ( 0 )   PDF (275618KB) ( 108 )  
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    专栏:化工过程强化
    主编寄语
    化工进展. 2020, 39(12):  4757-4757. 
    摘要 ( 179 )   PDF (5555KB) ( 178 )  
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    微气泡耦合生物反应器的研究进展
    李辉, 李干禄, 何峰, 许旭, 田威龙, 许晟, 陈可泉, 欧阳平凯
    化工进展. 2020, 39(12):  4758-4765.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-0816
    摘要 ( 690 )   HTML ( 50 )   PDF (1196KB) ( 1103 )  
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    微气泡具有气液接触面积大、气体溶解速率快、上升速度慢和水中停留时间长等理化特征,非常适合于高气液传质效率需求的生物发酵过程。本文介绍了能够耦合生物反应器的几种微气泡发生装置,分别为微气泡分散器、微孔膜、流体振荡器耦合微孔膜和微气泡曝气搅拌桨;并简述了微气泡发生装置耦合搅拌式生物反应器、气升式生物反应器和生物膜反应器在生物反应过程的应用进展;最后回顾了二氧化碳微气泡在生物反应器的应用研究进展。指出微气泡耦合生物反应器的研究仍处于起步阶段,在放大规律和能耗方面仍处于研究空白。微气泡耦合生物反应器的发展对工业生物技术、石油化工、污水处理和资源再利用等的发展具有重要的意义。

    旋流分离过程强化新技术
    付鹏波, 黄渊, 王剑刚, 范轶, 吕文杰, 黄聪, 邱阳, 袁威, 汪华林
    化工进展. 2020, 39(12):  4766-4778.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-1011
    摘要 ( 678 )   HTML ( 40 )   PDF (8058KB) ( 381 )  
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    旋流器作为一种典型的非热物理分离设备,具有结构简单、分离效率高、处理能力大、运行和维护成本低等技术优势,在石油、化工、环保、采矿等众多领域中获得了广泛的应用。随着旋流分离过程强化技术的发展,旋流分离精度也从毫米级发展到微米级、纳米级甚至是离子分子级。本文围绕旋流分离过程强化的科学原理和工程应用,介绍了旋流分离过程强化新技术方面的研究进展。系统总结了由一维点到二维面,再到三维体的旋流场连续相流场测试方法,介绍了基于微流控技术和高速摄像技术的适用于检测快速螺旋迁移颗粒运动速度的同步高速运动分析(S-HSMA)系统,以及基于该系统发现的旋流场中颗粒高速自转等新现象。旋流自转已经实现从现象发现到工程应用的突破,本文还介绍了基于颗粒高速自转的旋流吸收、旋流萃取、旋流脱附等分离强化过程新原理以及气泡强化废水旋流除油、颗粒排序强化微细颗粒旋流分离、多孔颗粒旋流自转除油等旋流分离过程强化新方法及设备。

    “超重力+”法可控制备透明纳米分散体及应用
    孙倩, 曾晓飞, 王丹, 王洁欣, 陈建峰
    化工进展. 2020, 39(12):  4779-4797.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-0882
    摘要 ( 507 )   HTML ( 14 )   PDF (15115KB) ( 399 )  
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    纳米颗粒的分散是纳米材料应用的核心难题之一。新一代纳米材料——单分散纳米颗粒材料分散在溶剂中可形成具有良好透明性或明显丁达尔效应的纳米分散体,较传统纳米粉体材料更易于分散,展现出更优异的纳米效应及应用性能,是国际前沿研究方向。其中,低成本规模化可控制备高固含量、高稳定、高透明的纳米分散体仍面临巨大挑战。针对此问题,本文作者课题组面向终端工程应用需求,提出基于颗粒表面主动设计和修饰调控表面特性,利用超重力强化分子混合结晶过程的方法,有机耦合表面改性-分离过程,率先提出了超重力反应结晶-改性分离耦合的新方法,即“超重力+”法制备透明纳米分散体。本文总结了近年来本文作者课题组在透明纳米分散体“超重力+”法可控制备与应用方面的成果,并对下一步研究方向进行了展望。

    超重力强化臭氧高级氧化技术的研究进展
    邵圣娟, 焦纬洲, 刘有智
    化工进展. 2020, 39(12):  4798-4811.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-1039
    摘要 ( 596 )   HTML ( 26 )   PDF (2946KB) ( 523 )  
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    臭氧高级氧化技术因其绿色高效、适用性广、操作简便等优势,成为当前水处理领域前沿技术之一,但臭氧在传统反应器内普遍存在吸收效果差,臭氧利用率低等缺陷。旋转填料床(RPB)利用高速旋转的填料产生超重力场,将液体剪切破碎为细小的液膜、液丝或液滴,其较高的相界面积、不断更新的界面以及内部流体的强制湍动,加快了臭氧的传质与分解,该技术对于传质受限的臭氧高级氧化过程的强化有着突出的优势。本文简述了超重力强化臭氧氧化过程的原理,介绍了RPB与O3、O3/H2O2、O3/Fenton、O3/PS(过硫酸盐)、催化臭氧氧化等高级氧化法耦合应用处理有机废水的研究现状,并对超重力技术的优势及技术突破进行了述评,总结了超重力应用臭氧高级氧化技术的潜在经济效益和环境效益,提出功能化填料及大型RPB的开发需求,以期为超重力技术在废水处理领域的拓展应用提供理论基础和技术参考。

    膜分散技术及其强化反应过程的研究进展
    陈日志, 姜红, 范益群, 高从堦, 邢卫红
    化工进展. 2020, 39(12):  4812-4822.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-1233
    摘要 ( 507 )   HTML ( 23 )   PDF (2769KB) ( 453 )  
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    膜分散技术以多孔膜材料为“芯片”,通过微纳米孔道将气相/液相反应物分散成大量微气泡/液滴,是实现物质快速混合和高效传质的重要手段。本文概述了膜分散技术的原理及特点,介绍了近年来膜分散技术在制备微纳米粉体材料和强化多相催化反应过程方面的研究进展。在膜分散强化微纳米粉体制备方面,重点阐述了膜微孔道分散混合机理以及膜分散法在制备高分子微球和无机纳米颗粒过程中的应用进展。在膜分散强化多相催化反应过程方面,回顾了与膜分散强化气液两相流过程相关的实验研究及理论计算工作,评述了影响气泡形成及传质特性的关键因素,随后介绍了膜分散技术强化多相催化反应过程的研究现状。在此基础上,提出了未来膜分散技术的研究方向。

    二维膜的精密构筑和结构调控策略综述
    樊江, 汪唯, 蔡佳浩, 卢纵, 丁力, 魏嫣莹, 王海辉
    化工进展. 2020, 39(12):  4823-4836.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-0954
    摘要 ( 512 )   HTML ( 15 )   PDF (5704KB) ( 773 )  
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    膜分离技术效率高、能耗低,在水处理和气体分离等领域有重要应用。二维膜是一类新兴的分离膜,由高横纵比的二维纳米片组装而成,成膜容易、力学性能好、结构可设计、可调控;在实验室范围内实现了有机溶剂脱水、纳滤、离子截留、气体筛分等领域的高效分离,有望突破传统分离膜的性能上限;但目前对二维膜的研究仍处于初期阶段。如何对二维膜进行精密构筑和结构调控,以优化其分离性能,使之针对不同的分离体系、在各分离尺度达到理想的分离效果仍具挑战。面对如何提高二维膜的渗透性、选择性和稳定性这三项性能评价指标,本文综述了系列二维膜的精密构筑和结构调控方法,包括离子交联、客体材料插层、表面改性等,分别从二维膜的层间距调控、二维纳米片相互作用关系的调节、二维膜的通道有序性等方面设计与构筑二维膜的分离通道,以实现二维膜分离性能的全面提升。

    中国炼油加氢催化过程强化技术进展
    彭冲, 黄新露, 牛世坤, 方向晨, 汪华林
    化工进展. 2020, 39(12):  4837-4844.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-0963
    摘要 ( 708 )   HTML ( 36 )   PDF (2612KB) ( 515 )  
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    加氢技术是生产清洁油品、提高产品品质所不可或缺的主要手段,是炼油化工一体化的核心。虽然几十年的发展获得了长足的进步,但存在投资和操作成本高、能耗高等问题,不符合石油化工企业实现可持续发展要求。本文简述了我国在低投资、低能耗加氢技术方面的进步,分别介绍了强化催化反应过程的加氢裂化催化剂级配技术,强化反应条件的催化柴油加氢转化技术,强化传热过程的低能耗、低投资SHEER技术以及强化传质过程的液相循环加氢技术。提出未来加氢技术作为炼化一体化的枢纽,将扮演越来越重要的角色,其通过耦合完善的过程强化技术将实现协同螺旋式升级,升级后的加氢技术的复杂体系反应行为更接近本征反应状态,加氢技术将实现高度的原子经济性,更符合未来人类社会绿色发展的需求。

    乙炔选择性加氢:催化剂结构敏感性分析及调控
    李雨柔, 葛小虎, 曹约强, 段学志, 周兴贵, 袁渭康
    化工进展. 2020, 39(12):  4845-4855.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-1228
    摘要 ( 681 )   HTML ( 40 )   PDF (2703KB) ( 642 )  
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    Pd催化乙炔选择性加氢是石脑油蒸汽裂解和煤基电石乙炔路径制备聚合级乙烯的关键。传统的Pd基催化剂使用成本较高且选择性和稳定性较差。本文综述了近年来乙炔选择性加氢催化剂结构敏感性及其调控方面的相关研究进展,重点介绍了包括活性金属粒径、纳米颗粒形貌和电子结构等对乙炔选择性加氢反应性能的重要作用,进而阐明了催化剂结构调控的目标与方向。进一步归纳总结了针对该反应特性的催化剂结构定向调控的研究进展,主要包括合金和金属间化合物催化剂、单原子及其合金催化剂的设计。通过合理地调控催化剂结构,优化关键物种的吸脱附和反应动力学行为,能够显著提高乙炔加氢催化剂的选择性及稳定性。在未来的研究中,如何针对该反应特性,构筑高效、稳定和低成本的催化剂将会是该体系催化剂研究的重点与难点。

    光(电)催化氮气还原合成氨研究进展
    任晓玲, 严孝清, 龚湘姣, 吴志强, 杨伯伦, 魏进家, 杨贵东
    化工进展. 2020, 39(12):  4856-4876.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-0942
    摘要 ( 584 )   HTML ( 27 )   PDF (7513KB) ( 364 )  
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    光(电)催化氮气还原技术利用天然太阳能作为能源,具有成本低、反应条件温和等众多优势,可解决传统工业合成氨Haber-Bosch工艺的高能耗以及高CO2排放等问题,被认为是目前最具前景的新兴合成氨技术之一。由于氮气为非极性分子,在水中溶解度极低,且本身呈现化学惰性,难以被活化,使得整体的氮气还原转化合成氨效率较低。同时,光生载流子的利用率也显著影响整体的催化效率。为此,光(电)催化氮气还原技术的关键在于催化剂的设计和催化反应体系的优化。本文在介绍光(电)催化氮气还原合成氨反应过程以及机理的基础上,主要从促进氮气溶解扩散、氮气吸附和活化以及强化载流子分离和传输等具体反应过程出发,重点综述近期国内外在光(电)催化氮气还原合成氨领域基于上述反应过程强化的最新研究现状。最后,指出了目前光(电)催化氮气还原合成氨研究领域面临的挑战,并对此领域的未来发展趋势进行了分析与展望。

    环氧化合物亲核开环反应过程强化研究进展
    刘玉梅, 安然, 陈圣新, 张瑞锐, 刘瑞霞
    化工进展. 2020, 39(12):  4877-4895.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-0955
    摘要 ( 1003 )   HTML ( 36 )   PDF (3553KB) ( 1235 )  
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    环氧化合物因其特殊环应变而具有显著的反应性,在酸或碱的催化下与许多亲核试剂进行开环反应,可用于制备各种合成中间体。环氧化合物开环反应的区域选择性和立体选择性是合成化学的核心课题。本文综述了环氧化合物亲核开环反应过程强化的国内外进展,从新材料(介质)强化、外场强化、过程装备强化等方面介绍了不同强化策略对环氧化合物亲核开环反应的影响,重点分析了新型多孔材料、金属氧化物、离子液体等几类材料对环氧化合物亲核开环反应的催化性能的影响,并指出了实际工业生产中环氧化合物亲核开环反应强化技术中依然存在转化率和选择性不高、反应能耗大的问题。提出建立基于环氧化合物开环反应特性的多种强化技术耦合的过程强化方法是今后的发展方向。

    低共熔溶剂用于萃取分离的研究进展
    成洪业, 漆志文
    化工进展. 2020, 39(12):  4896-4907.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-0956
    摘要 ( 1051 )   HTML ( 59 )   PDF (1936KB) ( 1057 )  
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    作为一种新型的绿色溶剂,低共熔溶剂(DES)拥有与离子液体媲美的优良特性,如挥发性小、可设计性等,且具有成本低廉和制备简单的优势,使得DES正逐步替代传统有机溶剂,在萃取分离应用方面得到广泛的关注。本文综述了近年来国内外有关DES在萃取分离方面的研究报道,阐述了DES直接用于液液萃取、在线生成DES的缔合萃取和通过DES分解完成萃取的应用,并分析比较了各过程的特点和存在的问题;介绍了DES在不同萃取体系中的稳定性和DES的回收方法;总结了DES萃取分离体系的理论发展和萃取机理的研究进展;展望了DES用于萃取分离的工业化前景,指出了目前面临的DES理论、萃取机理、循环稳定性等方面的挑战,分析了进一步的研究趋势。

    微反应器耦合离子液体强化萃取过程的研究进展
    张红, 余肇誉, 苏远海
    化工进展. 2020, 39(12):  4908-4918.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-0851
    摘要 ( 402 )   HTML ( 11 )   PDF (3719KB) ( 431 )  
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    离子液体作为一种绿色溶剂在强化萃取过程中获得了广泛的应用,但是高昂的生产成本以及以高黏度为特征的流体力学性质阻碍了其工业化应用。微化工技术为基于离子液体的连续化萃取提供了一种高效的过程强化平台。近年来,微化工技术与离子液体技术的耦合强化在萃取分离领域越来越受到关注。本文主要综述了微流动萃取技术的基本现状、离子液体参与的萃取过程特征、微反应器内涉及离子液体的互不相溶液-液两相流型、传质及其强化机制,重点介绍了微反应器在基于离子液体萃取金属、有机物等过程中的应用、微流动萃取过程放大的研究进展,并对涉及离子液体的多级萃取、功能化离子液体的萃取应用及其相应的微流动萃取放大等研究方向进行了展望。

    面向二氧化碳捕集的过程强化技术进展
    李函珂, 党成雄, 杨光星, 曹永海, 王红娟, 彭峰, 余皓
    化工进展. 2020, 39(12):  4919-4939.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-0840
    摘要 ( 722 )   HTML ( 33 )   PDF (4014KB) ( 892 )  
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    化石能源的大量燃烧在推进人类工业化进程的同时也使当今世界面临愈发严峻的气候变化和环境问题。为降低大气中日益增长的CO2浓度并实现《巴黎协定》所设定的2℃目标,CO2捕集技术得到了越来越广泛的关注和研究,其中部分技术已实现了小规模工业化。在持续推进节能减排的背景下,通过CO2捕集对现有工业过程进行强化是CO2捕集技术发展的一个新兴方向,如此不但可提高原有过程的效率和产品品质,还可大幅减少其碳排放,是具有应用前景的技术路线。本文从CO2捕集的主流技术出发,介绍了面向CO2捕集的过程强化技术,重点介绍CO2捕集强化的蒸汽重整制氢过程、水气变换过程和生物质气化过程,以及耦合CO2捕集的CO2加氢过程、CH4干重整过程和化学链燃烧过程,最后还对捕集后CO2的利用与转化技术进行了简介。

    “背包式”反应精馏集成过程研究进展
    陆佳伟, 孔倩, 汤吉海, 张竹修, 崔咪芬, 陈献, 乔旭
    化工进展. 2020, 39(12):  4940-4953.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-0947
    摘要 ( 466 )   HTML ( 11 )   PDF (3682KB) ( 672 )  
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    “背包式”反应精馏是一种反应器与精馏塔既相互独立又相互耦合的离散集成技术。由于反应与分离处于不同空间位置,能够突破传统反应精馏对工况的限制,拓宽应用范围,且便于工程放大。本文综述了国内外“背包式”反应精馏从基础到应用的研究概况。从转化率、选择性、塔内温度、组成分布等方面,分析了“背包式”反应精馏与传统反应精馏的等效性,指出“背包式”反应精馏的优势在于工况的灵活选择利于实现反应与分离能力的最佳匹配。介绍了“背包式”反应精馏在稳态模拟与优化、动态模拟及控制等方面的研究进展,并从不同工况反应与精馏集成技术的应用、便捷的催化剂装填与反应器设计应用两个角度归纳了该技术的应用进展。最后,从优化设计理论、先进控制方法、能量综合利用以及强化酶催化反应等方面对“背包式”反应精馏进一步的研究与应用进行展望。

    油水强化分离技术
    卢浩, 刘懿谦, 代品一, 潘志程, 李裕东, 武世汉, 杨强
    化工进展. 2020, 39(12):  4954-4962.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-0985
    摘要 ( 607 )   HTML ( 16 )   PDF (1542KB) ( 750 )  
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    油水混合物广泛存在于各类工业过程中,其体系性质、强化分离技术一直是化工分离领域研究的重要课题之一。以沉降、旋流、电聚结等常规物理分离技术配合化学药剂破乳的传统分离方法,存在分离效率低、二次污染等问题,近年来以多物理场耦合、新型分离材料等为代表的强化分离技术的发展受到广泛关注。本文以石油工业中大体量的油包水型原油乳状液和水包油型含油污水乳状液的分离为对象,阐述了油水混合物的形成、体系分类及其基本理化性质,通过分析微观界面膜指出打破乳状液的稳定性是强化分离的关键,并从常规分离技术、外场强化、分离材料、耦合强化等方面系统介绍了各类分离技术及其特点,最后对油水强化分离技术的研究和发展方向进行了展望。

    气液液微分散萃取强化低浓度稀土离子富集回收
    陈卓, 王运东, 徐建鸿
    化工进展. 2020, 39(12):  4963-4969.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-0655
    摘要 ( 460 )   HTML ( 4 )   PDF (1627KB) ( 209 )  
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    我国稀土矿产资源分布广泛,种类丰富齐全。但稀土开采过程中的酸沉、浸出等流程会产生大量富含低浓度稀土离子等污染物的废水,该部分废水若排放进入地下水体或河流,会对生态环境和人民的身体健康造成严重的影响。萃取技术在稀土离子分离领域应用广泛,然而传统的萃取技术和设备若在大相比下操作将存在萃取剂耗量大、溶剂夹带损失严重、萃取效率低、易乳化等弊端。气液液微分散技术近年来成为微流控、微化工、微分析等领域的重要研究内容。其应用于萃取过程具有传质速度快、分相时间短的独特优势。本文介绍了气液液微分散萃取技术在低浓度稀土离子富集回收领域的研究进展,具体包括气液液微分散体系的微流控制备方法和调控规律、多相微分散体系的流型、气液液微分散萃取技术在低浓度稀土离子萃取回收领域的应用及其过程放大研究。已有的研究结果表明气液液微分散萃取技术在低浓度稀土离子富集回收领域展现出了独特的优势,有望解决稀土浸矿尾液处理的难题。本文主要针对以上几个方面的研究进展进行综述,并对其未来的发展方向进行了展望。

    反应与溶析结晶过程强化及数值模拟研究进展
    曲晏利, 姜跃佳, 程景才, 杨超
    化工进展. 2020, 39(12):  4970-4982.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-1563
    摘要 ( 460 )   HTML ( 9 )   PDF (1753KB) ( 372 )  
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    反应与溶析结晶技术被广泛地用于无机与有机化学品的生产,如催化剂和药物活性组分。反应与溶析结晶过程通常是在高过饱和度条件下进行,具有快速的成核与生长速率,因此需要在结晶过程开始前实现不同反应物或溶析剂与溶液之间快速充分的混合,以避免不良混合造成过饱和度的空间不均匀分布,破坏晶体产品的性质。模型和数值模拟方法的分析和预测能力可以加深对过程现象的机理认识,促进结晶设备和操作条件的优化设计。本文综述了反应与溶析结晶的过程强化方法和数值模拟的研究进展。首先从结晶设备、外加能量场和膜技术辅助结晶三个方面对过程强化研究进行了阐述;然后介绍了数值模拟中常用的微观混合模型,包括涡流卷吸模型和基于联合组成概率密度函数的微观混合模型;最后对文献中的液液反应结晶、气液反应结晶和溶析结晶的数值模拟进行了总结与分析。针对已有研究的不足,提出了未来发展方向的一些展望。

    专栏:煤基甲醇制燃料和化学品新技术
    主编寄语
    化工进展. 2020, 39(12):  4983-4983. 
    摘要 ( 162 )   PDF (1075KB) ( 291 )  
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    对二甲苯生产技术研究进展及发展趋势
    于政锡, 徐庶亮, 张涛, 叶茂, 刘中民
    化工进展. 2020, 39(12):  4984-4992.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-1437
    摘要 ( 1016 )   HTML ( 31 )   PDF (1350KB) ( 1167 )  
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    阐述了甲苯歧化和烷基转移、二甲苯异构化、甲醇芳构化、甲苯选择性歧化及甲醇甲苯选择性烷基化等对二甲苯生产技术的研究进展,并分析了各种技术的优势及不足。文章分析表明,与甲醇制芳烃技术相比,甲醇甲苯选择性烷基化制对二甲苯技术具有对二甲苯选择性高、流程短、无需吸附分离等方面的显著优势,是实现煤经甲醇(和甲苯或苯)制对二甲苯产业发展的最佳选择;采用芳烃联合装置与甲醇甲苯选择性烷基化技术耦合,理想状况下可实现对二甲苯增产40%以上,同时不副产苯。提出了对二甲苯生产工艺技术的发展趋势:发展甲醇甲苯选择性烷基化制对二甲苯技术,既利于煤炭的清洁高效利用,保障聚酯产业链安全,还有助于形成煤化工和石油化工技术互补、协调发展的新格局。

    聚甲氧基二甲醚合成工艺及产业化述评
    耿雪丽, 孟莹, 从海峰, 李洪, 高鑫, 李鑫钢
    化工进展. 2020, 39(12):  4993-5008.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-0717
    摘要 ( 519 )   HTML ( 9 )   PDF (4072KB) ( 290 )  
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    聚甲氧基二甲醚(DMMn)作为一种新型绿色环保柴油添加剂,因其具有较高的十六烷值和含氧量,能有效减轻燃烧后的污染物排放,同时完善以煤基甲醇为源头的煤化工产业结构,这使得其合成工艺及产业化进程受到国内外学者的广泛关注。本文对国内外DMMn合成工艺、国内工业化布局以及未来发展前景进行综述。在现有工艺基础上,归纳总结了由甲醇出发经不同中间产物合成DMMn的各类合成路线的特点。通过分析制约DMMn工业化进程的关键因素,特别是结合当前全球性新冠肺炎疫情导致的石油价格断崖式下跌,给煤化工产业带来巨大的冲击,认为反应精馏工艺将成为未来DMMn产品推广和工业应用最具有竞争潜力的工艺技术路线。

    煤基大宗化学品市场及产业发展趋势
    陈嵩嵩, 张国帅, 霍锋, 张军平
    化工进展. 2020, 39(12):  5009-5020.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-0841
    摘要 ( 445 )   HTML ( 12 )   PDF (4080KB) ( 506 )  
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    针对国内大宗化学品的供需平衡、煤基技术现状及发展趋势进行了系统性的研究与分析。文章指出,从产量与需求数据可以看出,合成氨、尿素以及甲醛已严重过剩,亟需开拓下游产业链,增加消费需求;煤制甲醇(CTM)、甲醇制烯烃(MTO)技术的快速发展使得国内甲醇、乙烯、丙烯的对外依存度有所降低,但乙烯、丙烯产出比需及时调整优化;近年来煤制天然气、对二甲苯和乙二醇技术为国内研究热点,特别是煤基乙二醇技术的成功产业化,使得乙二醇的对外依存度由75.0%降至54.4%,但煤制聚酯级乙二醇质量仍需进一步提高;作为油气资源相对紧缺的国家,国内对天然气和对二甲苯长期依赖进口,积极开展煤制天然气和煤制对二甲苯技术的研究对我国能源及化工产业发展具有重要的战略意义。文章提出了我国新型煤化工技术应着重开展合成氨、甲醛大宗化学品下游产业链开发,解决煤制乙二醇产品质量差的问题,突破甲醇-甲苯芳构化产业化的发展思路。

    聚甲氧基二甲醚合成反应动力学研究进展
    曹晨, 秦晓飞, 张旭斌, 辛峰
    化工进展. 2020, 39(12):  5021-5028.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-0904
    摘要 ( 361 )   HTML ( 6 )   PDF (1371KB) ( 197 )  
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    聚甲氧基二甲醚(PODEn)作为一种潜在的柴油调和组分,能够有效减少柴油燃烧不充分所带来的污染排放。但是,由于反应器放大设计和操作存在技术瓶颈,现阶段国内外尚无达到规模化生产的运行装置。本文以反应器的模型化设计为最终目标,介绍了不同PODEn合成工艺的反应动力学研究现状,总结了合成工艺中亟待解决的问题。分析表明,水对反应速率存在影响并且改变PODEn的产品分布,而以甲缩醛为端基源的反应在无水参与下副产物少,不仅降低产品的分离难度,还可极大简化动力学模型。同时,简述了合成反应链增长机制的研究进展,指出在未来研究中探明PODEn合成反应机理对普适动力学模型的建立至关重要,从而应用于工艺优化和反应器放大设计。

    甲醇制芳烃催化剂及相关工艺研究进展
    代成义, 陈中顺, 杜康, 赵潇, 时一鸣, 陈星月, 刘丹, 马晓迅
    化工进展. 2020, 39(12):  5029-5041.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-1340
    摘要 ( 632 )   HTML ( 20 )   PDF (1663KB) ( 482 )  
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    当前我国芳烃生产面临石油资源短缺等困难,而我国丰富的煤炭资源和当前过剩的甲醇产能为煤基甲醇制芳烃提供了价格低廉的原料,对于我国的能源安全具有重要意义。本文综述了近年来国内外甲醇制芳烃(MTA)技术的相关研究进展,分别介绍了MTA固定床、流化床技术;针对传统MTA过程产物复杂,分离能耗大,经济效益差等不足,归纳总结了更具经济性的甲醇一步法制对二甲苯(MTPX)以及甲醇一步法制对二甲苯联产低碳烯烃(MTO&PX)技术;针对传统MTA催化剂稳定性差等不足,对比介绍了甲醇直接制芳烃以及低碳烯烃制芳烃路线,结果表明甲醇经低碳烯烃制芳烃工艺路线具有催化剂寿命长、产品组成易调节等优势。最后,本文认为分子筛限域效应、分子筛表面修饰新技术、金属-酸双活性中心协同效应是未来MTA研究的重要方向。

    进料组成对中部蒸汽压缩两段式精馏塔节能与经济效益的影响
    陈颢, 从海峰, 何林, 李洪, 高鑫, 李鑫钢
    化工进展. 2020, 39(12):  5042-5048.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-0765
    摘要 ( 438 )   HTML ( 2 )   PDF (1878KB) ( 345 )  
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    提出一种中部蒸汽压缩两段式新型精馏塔,并以丙烯和丙烷分离过程为例,对中部蒸汽压缩两段式精馏塔与常规精馏塔的性能进行比较。通过使用Aspen Plus模拟软件对流程建模及优化,探讨了丙烯和丙烷在不同配比进料条件情况下对中部蒸汽压缩两段式精馏塔的节能效果、全局有效能损失和经济效益的影响。结果发现,中部蒸汽压缩两段式精馏塔相比于常规精馏塔有着良好的节能效果,在丙烯和丙烷比例为3∶1时节能效果最为显著。中部蒸汽压缩两段式精馏塔比常规精馏塔全局有效能损失明显减少,并且受进料组成配比的影响不大。在经济投资方面,中部蒸汽压缩两段式精馏塔有着良好的经济效益,最后的年总投资节省率受进料组成配比的影响不大。说明该中部蒸汽压缩两段式精馏塔在进料组成配比上具有良好的适应性。

    模板剂对ZSM-5分子筛甲醛环化制三聚甲醛性能的影响
    叶宇玲, 雷骞, 陈洪林, 张小明
    化工进展. 2020, 39(12):  5049-5056.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-0879
    摘要 ( 283 )   HTML ( 3 )   PDF (2115KB) ( 309 )  
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    以四丙基氢氧化铵、四丙基溴化铵、正丁胺和季戊四醇为模板剂水热合成ZSM-5分子筛,采用XRF、XRD、SEM、NH3-TPD、Py-FTIR和27Al MAS NMR等进行了表征,研究了模板剂对ZSM-5分子筛性质及甲醛制三聚甲醛催化性能的影响。结果表明,通过改变模板剂可改变ZSM-5分子筛的酸中心分布、表面酸性质和粒径;较大空间的孔道交叉位置的酸性中心、小催化剂粒径和高表面B酸/L酸比值有利于提高三聚甲醛选择性。以四丙基氢氧化铵为模板剂合成的ZSM-5分子筛的颗粒尺寸为240nm×240nm×150nm,分布于直形孔道和S形孔道的孔道交叉处的Br?nsted酸中心较多,甲醛转化率和三聚甲醛的选择性分别为30.15%和88.35%。

    甲醇甲苯烷基化流化床反应器的数值模拟
    张玉黎, 徐庶亮, 叶茂
    化工进展. 2020, 39(12):  5057-5065.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-1946
    摘要 ( 364 )   HTML ( 9 )   PDF (3217KB) ( 588 )  
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    利用甲醇甲苯烷基化工艺生产对二甲苯具有良好的应用前景。甲醇甲苯烷基化催化剂较易积炭失活,且反应存在明显热效应。流化床因传热传质性能好、易实现催化剂连续再生,适合用作甲醇甲苯烷基化反应器。本文采用离散颗粒模型,对甲醇甲苯烷基化流化床反应器进行了数值模拟研究,重点考察了进料比、反应压力、分段进料对反应特性的影响。结果表明,当甲苯进料量给定时:降低反应物中甲苯甲醇比可有效提升对二甲苯产率和选择性,但产物中对二甲苯和烯烃摩尔比值较低;提高反应压力可显著提升甲醇和甲苯转化率,但会降低对二甲苯选择性;在低苯醇比基础上采用甲醇分段进料方式不仅可有效提高甲苯利用率,还可灵活调节产物中对二甲苯和烯烃比率;流化床反应器气体返混不利于获得高对二甲苯选择性,且操作条件变化会造成流化床反应器内气固流动改变,导致气固接触效率或反应物局部分压发生改变,这亦将对反应转化特性造成显著影响。这些结果对于流化床反应器优化和放大具有一定的指导意义。

    能源加工与技术
    相变储热技术研究进展
    李昭, 李宝让, 陈豪志, 文卜, 杜小泽
    化工进展. 2020, 39(12):  5066-5085.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-0376
    摘要 ( 1414 )   HTML ( 59 )   PDF (4037KB) ( 1413 )  
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    相变储热技术是储能技术的主要方向之一,在太阳能、风能发电、工业余热回收利用、分布式能源系统等领域具有广泛应用。本文通过梳理总结近年来国内外关于相变储热技术的研究成果,对相变材料进行分类并对其性质、优缺点、适用范围等进行了详细介绍。本文针对相变材料在实际使用中存在的泄漏、腐蚀、过冷、传热性能差等缺陷,重点介绍了复合相变储热技术及传热性能强化技术。指出当前相变储热技术存在的不足并对相变储热技术的未来发展方向进行了展望,可靠的复合相变技术、高效的传热强化技术、提高储热材料高温及循环稳定性等方面应是未来的主要研究方向。该综述研究对相变储热技术的进一步研究和开发具有重要参考价值。

    Pt/ZSM-35催化长链正构生物烷烃加氢裂化/异构化制航空煤油
    刘宇, 谭涓, 刘靖, 王慧风
    化工进展. 2020, 39(12):  5086-5094.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-0274
    摘要 ( 345 )   HTML ( 3 )   PDF (2471KB) ( 448 )  
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    以生物质油加氢脱氧得到的长链正构生物烷烃为原料,考察了H-MCM-49、H-ZSM-5、H-ZSM-22和 H-ZSM-35这4种不同分子筛催化剂的物化性质及其加氢裂化/异构化制生物航空煤油的性能。在此基础上,以H-ZSM-35分子筛为载体,制备并表征了一系列低负载量(0.1%、0.2%和0.3%)的Pt/ZSM-35双功能催化剂,以长链正构生物烷烃转化率、C9~C16产物选择性、生物航空煤油收率和异正比为指标,对其加氢裂化/异构化制生物航空煤油反应性能进行了评价,并对反应工艺条件进行优化。结果表明:H-ZSM-35的强酸中心强度高、酸量大,其结构中较小的孔口和较大的球型笼使其具有一定的容烃量和较好的择形性能,0.1%~0.3% Pt负载后, Pt/ZSM-35双功能催化剂表现出很好的加氢裂化/异构化活性和选择性。采用0.1% Pt/ZSM-35双功能催化剂在反应条件为320℃、1MPa、0.7h-1、氢油比840∶1时,长链正构生物烷烃的转化率为84.3%,生物航空煤油收率达41.1%,产物异正比为1.34。81h长运转测试结果表明,该催化剂具有很好的稳定性。

    工业催化
    新型纳米颗粒/SiO2复合气凝胶制备及吸附催化应用进展
    吕伯昇, 秦磊, 茹瑞, 徐泽海, 张国亮
    化工进展. 2020, 39(12):  5095-5103.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-0307
    摘要 ( 457 )   HTML ( 12 )   PDF (1790KB) ( 735 )  
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    SiO2气凝胶作为一种新型多孔网络结构材料,具有高比表面积、低热导率及低折射率等优异性能,在多领域具有广泛的应用前景,但是纯SiO2气凝胶存在力学强度低、质脆易裂等缺陷,严重制约了其规模化应用。因此,如何提升气凝胶的力学性能成为突破其产业化瓶颈的重点。目前,通过引入功能性增强相是改善SiO2气凝胶多孔骨架强度和柔韧性的最有效途径之一。本综述首先介绍了SiO2气凝胶制备及复合改性方法;然后对功能纳米颗粒/SiO2复合气凝胶合成进行探讨,分析了不同维度纳米材料如0D金属氧化物颗粒、1D纳米管/纳米纤维、2D氧化石墨烯纳米片(GO)以及3D金属有机骨架材料(MOFs)对气凝胶孔道结构和表面物化特性的影响,最后,论述了SiO2复合气凝胶在环境吸附催化领域中的应用潜力。

    低温深度脱除液相丙烯中微量CO的CuO(y)/CuxCe1-xOδ催化剂表征分析及性能实验
    顾慧劼, 李磊, 叶丽萍, 黄河, 罗勇, 金政伟
    化工进展. 2020, 39(12):  5104-5111.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-0315
    摘要 ( 273 )   HTML ( 2 )   PDF (2507KB) ( 344 )  
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    采用柠檬酸络合-浸渍的方法制备了CuO(y)/CuxCe1-xOδ催化剂,重点研究了CuO的载体掺杂和表面负载对催化剂结构性质、氧化还原性能、吸附性能及CO净化性能等的影响,旨在指导催化剂进一步改性,实现低温下深度脱除液相丙烯中微量CO的工业化应用。采用X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、X射线光电子能谱分析仪(XPS)、拉曼光谱仪(Raman)和程序升温化学吸附仪(H2-TPR、CO-TPD)等手段表征了催化剂的结构和性质,结果显示,CuO掺杂的载体,Cu进入CeO2晶体形成固溶体,有利于催化剂氧化还原性能;浸渍法负载CuO制得的催化剂,表面具有更多的还原态、高分散的Cu物种,有利于表面对CO吸附性能;两者协同作用共同促进了CO催化氧化性能的提升。CuO(0.40)/Cu0.1Ce0.9Oδ催化剂具有优异的CO净化性能,在50℃、3.0MPa的工况条件下,可将液相丙烯中CO体积分数从1×10-5脱除至2.65±0.27×10-8,达到聚合级烯烃对CO脱除深度的要求,稳定性能良好。

    不同掺杂剂对磷矿碳热还原反应的影响
    郑光亚, 曹任飞, 夏举佩, 梅毅, 陈正杰
    化工进展. 2020, 39(12):  5112-5118.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-0350
    摘要 ( 273 )   HTML ( 3 )   PDF (2671KB) ( 106 )  
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    对比分析了分别以K2CO3、Na2CO3、NiSO4、K2CO3-NiSO4为掺杂剂的不同磷矿碳热还原反应体系,结果表明,1200℃时,掺杂碱金属的体系由于其更易产生液相,利于扩散,因此,其反应进度比其他体系略好;对比掺杂物体系和无掺杂体系的各温度XRD图谱可知,掺杂物只是强化了反应的进度,并未有新的物质产生。添加掺杂物后残渣的流动温度也有明显差异,1250℃时,掺杂碱金属的残渣其流动温度较低,而随着温度的升高,残渣的流动温度均下降;但1350℃时,混合掺杂体系和掺杂硫酸镍体系的流动温度却低于碱金属体系;从1300℃下残渣的SEM图谱分析可知,具有掺杂物体系的残渣外观形态与无掺杂体系基本一致,说明添加掺杂物并没改变残渣的外观形态,均是固体残渣,符合窑法磷酸固态排渣的要求。

    Span-80/NiCl2∙6H2O/甲醇/NaBH4体系高效选择性催化还原α-蒎烯
    李考学, 芦宝华, 王西龙, 杜军明, 苗雪凤
    化工进展. 2020, 39(12):  5119-5124.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-1449
    摘要 ( 255 )   HTML ( 3 )   PDF (1237KB) ( 188 )  
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    以斯盘类表面活性剂为稳定剂,以NiCl2?6H2O 为催化剂前体,以NaBH4替代外源易燃易爆的氢气,在室温条件下于“一锅”中实现了α-蒎烯的催化还原。考察了斯盘类型、反应介质、NaBH4用量及反应时间对于反应的影响,得到适宜的反应条件为:Span-80为稳定剂,甲醇为反应介质,NaBH4α-蒎烯摩尔比为0.5,5%NiCl2·6H2O,室温反应5h,α-蒎烯的转化率可高达98%,顺式蒎烷的选择性达99%,催化剂能循环使用3次。使用ICP-AES及TEM研究了循环过程中催化剂的流失及形貌,结果表明:在循环过程中Ni的流失率仅为0.2%;催化剂运行1次后的粒径约为4.2nm且分散均匀,循环3次后部分Ni纳米粒子的粒径因聚集而变大,这也许是造成催化剂活性降低的主要原因。XPS和一系列中毒实验结果表明,催化反应的活性物种在性质上很可能是均相的,而原位生成的纳米镍粒子也许仅作为催化物种的“储库”。与传统α-蒎烯加氢工艺相比,该工艺的特点是安全、温和、操作性强、选择性高。

    材料科学与技术
    氧化石墨烯改性吸水树脂的制备及应用
    王向鹏, 郑云香, 宗丽娜, 张春晓, 吴伟
    化工进展. 2020, 39(12):  5125-5135.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-0348
    摘要 ( 375 )   HTML ( 13 )   PDF (2954KB) ( 281 )  
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    氧化石墨烯改性吸水树脂综合了氧化石墨烯和吸水树脂的优势,在水处理吸附、药物缓释、组织工程等领域有广阔的应用前景。目前有关氧化石墨烯改性吸水树脂的制备方法、性能及应用缺少相关的综述。因此,本文主要分四部分来综述近几年氧化石墨烯改性吸水树脂的研究进展。第一部分简要介绍了氧化石墨烯的结构特性及作为吸水树脂改性剂的特点;第二部分主要综述了氧化石墨烯改性吸水树脂的主要聚合工艺;第三部分主要介绍了氧化石墨烯对吸水树脂微观结构和宏观性能的影响;最后,介绍了氧化石墨烯改性吸水树脂在废水处理、缓解“热岛效应”、柔性器件及医用材料等领域的应用,并分析了其存在的问题,为后续开展氧化石墨烯改性吸水树脂的相关研究及应用提供了参考。

    爆炸合成纳米粉体及其团聚控制研究进展
    曲艳东, 高凌霞, 章文姣, 刘伟
    化工进展. 2020, 39(12):  5136-5147.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-0250
    摘要 ( 375 )   HTML ( 7 )   PDF (2676KB) ( 557 )  
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    作为一种新兴的纳米材料制备方法,爆炸法具有操作简单、高效、经济、节能和环保等特点。但是,合成过程的复杂性和纳米材料特殊的性能,导致爆炸合成的纳米粉体极易团聚,这不仅破坏纳米粉体的超细性和均匀性,还影响其发挥自身的优越性能。目前,爆炸合成纳米粉体及其团聚控制研究已经成为爆炸加工领域的研究热点之一。本文首先概述了国内外爆炸合成纳米粉体的发展现状;然后从爆炸合成纳米粉体团聚的主要影响因素(如纳米粉体的理化特性、制备工艺、提纯工艺和分散工艺)和粉体团聚机理等方面综述了研究成果;最后指出了今后的研究热点和亟待解决的关键问题。

    耐久型超疏水表面的研究进展
    鲍艳, 畅菁香
    化工进展. 2020, 39(12):  5148-5160.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-0332
    摘要 ( 620 )   HTML ( 28 )   PDF (5096KB) ( 1164 )  
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    超疏水表面因其特殊的润湿性和广泛的应用引起了人们的关注。然而,在使用过程中超疏水表面容易受到机械作用或化学攻击的影响,造成低表面能物质的缺失或微纳粗糙结构的破坏而丧失超疏水性能。因此,如何构建耐久型超疏水涂层是超疏水领域的一个巨大挑战。基于此,本文主要从耐磨和自修复两个角度综述了耐久型超疏水表面的最新研究进展。首先,从引入化学键、引入弹性材料和利用基材表面构筑微纳粗糙结构等方面总结了提升超疏水表面耐磨性的途径。其次,从低表面能物质的自修复、微纳粗糙结构的重构以及本体自修复等方面总结了超疏水表面自修复性的实现途径。并对耐久型超疏水表面的产业化状况进行了讨论。最后,对耐久型超疏水表面今后的发展进行了展望,以期为制备应用广泛的耐久型超疏水表面提供参考。

    非相变固体蓄热材料的蓄放热特性
    尹少武, 韩嘉维, 石永乐, 童莉葛, 王立
    化工进展. 2020, 39(12):  5161-5169.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-0356
    摘要 ( 300 )   HTML ( 4 )   PDF (4598KB) ( 147 )  
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    搭建了低谷电蓄能蒸汽发生换热测试系统,采用数据记录仪、Hot Disk热常数分析仪等仪器检测了刚玉球等非相变固体蓄热材料的热物性。通过实验与模拟相结合的方式,研究了粉煤灰、氧化镁、刚玉砂、刚玉球等材料的蓄放热特性。分析了蓄热材料种类和粒径大小对蓄放热特性的影响,得到了不同材料的蓄热密度和综合换热系数等关键参数。结合FLUENT非稳态模拟方法,模拟了蓄热体在不同材料粒径下的蓄热和放热温度场变化规律。结果表明:刚玉球能够提供充足连续的热量,可以作为一种性能良好的蓄热材料进行应用;随着刚玉砂粒径的增大,其蓄热密度和综合换热系数会增大,有效放热时间也会延长。

    具有三维聚酰胺脱盐网络结构的无纺布复合正渗透膜
    汤依莲, 李士洋, 孙志娟, 高从堦, 薛立新
    化工进展. 2020, 39(12):  5170-5181.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-0355
    摘要 ( 310 )   HTML ( 6 )   PDF (7008KB) ( 123 )  
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    利用间苯二胺(MPD)和均苯三甲酰氯(TMC),直接在聚酯无纺布(NV)织物的多孔空间中进行界面聚合,形成大通量无纺布复合正渗透(NVC-FO)膜。NVC-FO膜在无纺布内部形成的多层次三维(3-D)聚酰胺结构,分布在30~50μm深的聚对苯二甲酸乙二醇酯支撑材料的内部。这种相对松散的有深度的3-D聚酰胺网络,不仅透水表面积大,而且可以避免薄层聚酰胺缺陷导致的高漏盐性,有较低的反向盐通量。进一步研究发现,在一定范围内降低单体质量分数(MPD 1%~0.01%,TMC 0.5%~0.005%),可以形成更宽广的3-D聚酰胺网络结构,在保持较低的反向盐通量的同时得到更高的水通量。使用1mol/L NaCl作为汲取溶液,优化的NVC-FO膜水通量最高可以达到193.54L/(m2·h),反向盐通量为0.047mol/(m2·h)。采用加压正渗透实验,发现这些高通量NVC-FO膜的盐穿透破裂压力在200~1400Pa之间,而且证实了降低单体质量分数会导致膜的耐压性能显著降低。尽管NVC-FO膜的耐压性能有待提高,但是该研究有可能为构建高脱盐性能的FO膜提供一条新的思路。

    辊式涂布法构建纸基牢固超疏水表面
    滕玉红, 陈蕴智, 石葆莹, 赵欣蕊, 高璐, 张佳伟, 王玉峰
    化工进展. 2020, 39(12):  5182-5188.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-0344
    摘要 ( 331 )   HTML ( 10 )   PDF (2563KB) ( 444 )  
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    采用辊式涂布的方法在纸基材料上构建超疏水表面,并对超疏水表面的牢固性、自清洁性和疏水性能进行评价。用γ-氨丙基三乙氧基硅烷和1H,1H,2H,2H-全氟辛基三乙氧基硅烷(POTS)对微米级和纳米级两种尺寸的TiO2粒子进行疏水改性处理,然后将改性后的微/纳米TiO2涂布在纸基材料表面。采用红外光谱(FTIR)对改性后的微/纳米TiO2的化学组成进行了分析,采用扫描电镜(SEM)对涂布纸表面结构进行了表征,通过接触角、耐磨性和自洁净测试评价了涂层表面的超疏水性、牢固性和自清洁性。改性TiO2的FTIR分析显示在1000~1500cm-1之间出现多个C—F键的伸缩振动峰,表明POTS通过化学键与TiO2表面发生了结合。涂布纸表面的SEM分析可以看出,纸基材料表面上均匀分布了微米和纳米尺寸的TiO2颗粒,具备了类似荷叶表面微-纳结构的粗糙表面。涂层表面的水接触角为153°±1.5°,滚动角为3.5°±0.5°,水滴在涂层表面呈球形,极易滑落,涂层在水中浸泡7天后,接触角没有发生明显变化,表明纸张表面具备了优异的超疏水性能,且疏水稳定性较好。涂层表面经过10次循环磨损试验后,接触角仍能达到150°,滚动角为9°,表明机械摩擦没有对涂布纸表面的化学成分和粗糙结构造成明显的破坏,超疏水表面的牢固性较好。自洁净测试表明,涂布纸表面具有良好的自清洁和防污性能。该工艺过程操作简单,易于实现工业化生产,为在纸基表面构建综合性能优异的超疏水表面提供了一种新的便利途径。

    生物与医药化工
    木质素降解酶的酶活测试方法的评价与分析
    崔堂武, 袁波, 凌晨, 方彬任, 毛向阳, 费强
    化工进展. 2020, 39(12):  5189-5202.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-0248
    摘要 ( 711 )   HTML ( 32 )   PDF (1964KB) ( 1068 )  
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    作为最丰富的可再生有机芳香族聚合物之一,木质素的生物降解和利用具有较好的环境、经济和社会效益,但繁多的木质素降解酶活测试方法为生物降解木质素的相关研究带来一定困难。本文围绕已发现的5种重要木质素降解酶(漆酶、锰过氧化物酶、木质素过氧化物酶、多功能过氧化物酶和染料脱色过氧化物酶),针对其来源、特性和酶与底物的作用机理,深入地比较和分析了多种木质素降解酶酶活测试方法。通过对ABTS法、 2,6-DMP法、藜芦醇法、天青B法和其他特色方法从原理到应用的综合讨论,全面评估了上述方法的底物多样性、测试条件及适用范围。此外,本文还针对木质素降解酶酶活测试研究中所存在的主要挑战提出了解决思路,旨在为生物法降解木质素及其高值化利用的研究提供有效参考和策略。

    微氧EGSBBR产甲烷系统快速启动与微生物群落特性
    葛大令, 周鑫, RONELRudy Koubode, 阴泽阳, 张伟
    化工进展. 2020, 39(12):  5203-5210.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-0295
    摘要 ( 269 )   HTML ( 3 )   PDF (2330KB) ( 97 )  
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    为实现高有机废水产甲烷快速启动,本文采用微氧膨胀颗粒污泥床生物膜反应器(EGSBBR)处理2000mg/L化学需氧量(COD)有机废水,通过逐步缩短水力停留时间和增大反应区上升流速的方式,经过34天运行系统产甲烷成功启动,COD去除率从67.5%升高至94.2%,有机负荷达1.0kgCOD/(m3·d),此时系统最大甲烷产量为582mL/d。产气量与出水pH和出水VFA浓度变化具有相关性,且污泥胞外聚合物(EPS)中的多糖、蛋白质浓度显著增加。高通量测序结果证实Methanothrix为系统产甲烷主要优势菌属,表明微氧条件甲烷产生主要通过乙酸脱羧途径形成。该研究为高浓度有机废水处理实现快速产甲烷提供了一种可借鉴的新工艺。

    低共熔溶剂和次氯酸钠组合预处理秸秆及在丁醇发酵中的应用
    李浩, 邢婉茹, 许国超, 倪晔
    化工进展. 2020, 39(12):  5211-5218.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-0281
    摘要 ( 309 )   HTML ( 2 )   PDF (2117KB) ( 261 )  
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    随着传统化石能源日趋枯竭,木质纤维素生物质等可再生资源的综合利用得到越来越多的关注。为了更好地利用木质纤维素生物质,采用物理、化学或生物方法降低其结构顽抗性是必不可少的步骤。在前期研究中,本文作者所在实验室发现了一种乙胺盐酸盐为氢键受体、乳酸为氢键供体的新型低共熔溶剂(EaCl∶LAC),其对玉米芯有很好的去除半纤维素的作用。本文将EaCl∶LAC用于预处理水稻秸秆,并结合碱性氧化剂NaClO,进一步提高了木质素的去除率。在最优条件下,经EaCl∶LAC/NaClO预处理后水稻秸秆的半纤维素和木质素的去除率分别为94.9%和80.2%。将预处理后水稻稻秆经纤维素酶解可得到总还原糖浓度为60.46g/L的秸秆水解液。采用梭菌Clostridium saccharobutylicum DSM13864利用稻秆水解液进行丁醇发酵,72h后丁醇浓度为10.16g/L,丁醇的糖醇产率为0.22g/gtotal sugar。本文提供了一种提高木质纤维素生物质酶解效率和水解液还原糖浓度的方法,无需外源添加葡萄糖和脱毒处理,可直接用于发酵合成生物丁醇。

    精细化工
    水醇淀粉凝胶的形成及多孔淀粉的制备
    刘土松, 谢新玲, 秦祖赠, 张友全, 朱勇, 蓝艺灵
    化工进展. 2020, 39(12):  5219-5227.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-0616
    摘要 ( 384 )   HTML ( 7 )   PDF (2311KB) ( 233 )  
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    以木薯淀粉为原料,水和乙醇为混合介质,利用溶胶-凝胶法及超临界CO2干燥制备多孔淀粉,分别考察了水醇比、糊化时间、固含量、冷藏时间、乙醇置换用量、置换时间等对凝胶体积收缩率和质量损失率的影响,通过扫描电子显微镜、比表面积及孔径分布测试仪、X射线衍射仪表征了多孔淀粉形貌及孔结构,并考察了多孔淀粉的吸油性能。结果发现,水醇比为19∶1,固含量为13%,糊化时间为30min,冷藏时间为5天,醇置换量为5mL/g,置换时间为30min,水醇凝胶的体积收缩程度和质量损失相对较小,多孔淀粉的比表面积为122m2/g,平均孔径为25.6nm,大豆油的吸附率可达457%(质量比)。研究结果表明,适当调整固含量,能改善凝胶的三维网孔密度,增大多孔淀粉的比表面积及孔容;水醇淀粉凝胶中的淀粉分子能形成一定结晶结构的网络骨架,利于维持水醇凝胶的骨架稳定性。

    循环微反应系统内间甲基苯甲醚的合成
    王德强, 王金婷, 王凯, 骆广生
    化工进展. 2020, 39(12):  5228-5233.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-0292
    摘要 ( 325 )   HTML ( 9 )   PDF (1040KB) ( 155 )  
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    间甲基苯甲醚是一种染料中间体,其传统合成方法是通过低温控制反应物混合,生产效率低下,通过微反应器改善反应物混合具有重要的研究价值。本文系统研究了微反应器辅助下的间甲基苯甲醚合成过程,发现体系内间甲酚与氢氧化钠可快速发生反应,形成间甲酚钠,进而发现间甲酚钠与硫酸二甲酯间的氧烷基化反应随着反应温度的提升而获得强化,60~80℃的高温更有利于氧烷基化反应与硫酸二甲酯水解反应的竞争。通过实验考察了反应物流量比、计量比、浓度等因素对间甲基苯甲醚收率的影响,发现微反应器保证两相反应物的快速均匀混合是成功实施高温快反应的关键。相对优化的实验结果表明:当硫酸二甲酯/间甲酚摩尔比大于1.05时,使用质量分数为30%的氢氧化钠溶液实施间甲基苯甲醚的合成反应的产率可达99%以上。

    基于分子模拟的新型油溶性降黏剂的制备及性能优化
    李熠宇, 吴琼, 徐鹏, 马爱青, 侯影飞
    化工进展. 2020, 39(12):  5234-5242.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-0354
    摘要 ( 392 )   HTML ( 6 )   PDF (2216KB) ( 169 )  
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    为了解决胜利油田稠油黏度高、开采困难等问题,通过分子模拟指导,以马来酸酐、甲基丙烯酸十八酯、N-乙烯基吡咯烷酮及苯乙烯进行四元共聚,获得了适合原油特性的降黏剂。以降黏率为考察指标,探讨了单体投料比例、最佳反应条件等对降黏效果的影响。结果表明,马来酸酐、甲基丙烯酸十八酯、N-乙烯基吡咯烷酮及苯乙烯投料摩尔比为4∶13.5∶8∶3、引发剂加量为1%(质量分数)、链转移剂用量为0.5%(质量分数)、80℃反应8h时,合成的降黏剂效果最好,且在降黏剂用量为0.3%(质量分数)时,可将原油黏度从1100mPa·s(50℃)降至403mPa·s,降黏率达到63.3%,原油凝点可从38.5℃降低至33.2℃,通过红外及氢谱等进行了表征,与预想分子结构一致。

    资源与环境化工
    金属硫化物吸附剂脱除烟气汞研究进展
    黄瑞, 杨阳, 徐文青, 张冀翔, 朱廷钰
    化工进展. 2020, 39(12):  5243-5251.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-0318
    摘要 ( 356 )   HTML ( 10 )   PDF (1874KB) ( 778 )  
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    工业烟气排放的汞严重危害人体健康及生态环境,金属硫化物是一种新型的高效汞吸附剂,受到广泛关注。本文总结了近年来金属硫化物应用于脱除烟气汞的研究进展。归纳了不同金属硫化物的吸附性能,并对影响吸附性能的常见因素进行了梳理,已有研究表明金属硫化物在复杂的反应条件下仍具有优异的脱汞性能;进一步归纳了金属硫化物的汞吸附机理;总结出活性位和比表面积的调控是当前强化金属硫化物汞吸附性能的常见方法;最后对金属硫化物的再生方法进行了介绍。基于当前研究进展,未来的研究应关注如何强化金属硫化物在高温下的脱汞性能,以及如何在低温条件下实现汞的脱附从而避免当前高温热脱附方法对金属硫化物结构的破坏。

    电动力学辅助植物修复重金属污染土壤的特征机制与机遇
    刘玥, 牛婷雨, 李天国, 蒋明, 熊俊芬, 李博, 湛方栋, 何永美
    化工进展. 2020, 39(12):  5252-5265.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-0118
    摘要 ( 353 )   HTML ( 7 )   PDF (5495KB) ( 527 )  
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    土壤重金属污染具有污染过程复杂、危害突出和修复困难等特点,修复刻不容缓。电动力学辅助植物修复(EKAPR)致力于弥补电动力学和植物修复各自劣势,协同发挥二者优势,解决电动力学无法彻底清除土壤重金属和植物修复缓慢、作用范围有限等突出问题。本文通过分层总结,归纳了电动力学辅助植物修复重金属的研究现状、影响类型与作用特征、相互作用关系及强化修复机制等。综述表明,EKAPR体系电动力学和植物相互作用,存在有利或不利于重金属清除的影响,在克服自身的局限方面两者也存在很多协同效应;EKAPR过程主要受电场类型、电场布置与强度、pH演变、添加剂等的控制。电动力学通过改善重金属的空间及形态分布,促进养分吸收及刺激根际分泌等作用机制,可有效提高重金属植物吸收富集及污染土壤修复效果。EKAPR被认为是新颖、绿色、可持续的原位重金属污染场地修复技术,在实现污染场地修复方面具有较大发展前景。分析表明,现有研究工作开展较少,若干技术问题和应用挑战仍然存在。加大关键变量影响特征分析及调控、电动力学辅助下植物营养与重金属分布变化机制、累积特征及强化机制研究是克服难点及推动EKAPR技术应用的关键。

    改性生物炭对土壤重金属污染修复研究进展
    黄安香, 杨定云, 杨守禄, 周显勇, 王忠伟, 刘竹, 张彦雄, 许杰
    化工进展. 2020, 39(12):  5266-5274.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-0263
    摘要 ( 611 )   HTML ( 13 )   PDF (1810KB) ( 1034 )  
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    土壤中金属污染导致食用林产品、农产品中重金属高富集,严重威胁人类健康。生物炭作为简单易得,来源广泛的吸附材料,可用于土壤重金属污染物修复。本文主要综述了生物炭的制备、改性剂的选择与功能、改性方法及改性生物炭的特性。介绍了改性生物炭的表征手段如傅里叶变换红外光谱、扫描电子显微镜、X射线光电子能谱和比表面积和孔径分析仪在生物炭改性过程中的作用及分析方法。客观分析了改性生物炭的制备方式及对土壤重金属污染修复的机制及效果,并讨论生物炭及改性生物炭对重金属常见的吸附机理以及表面吸附、静电作用、离子交换和共沉淀的特征和条件。大量的研究结果表明,生物炭对降低土壤中重金属的有效态含量具有显著效果,且经过酸碱、氧化还原、吸附剂复合等方式改性后吸附性能更加高效和稳定。生物炭改性是为了提高生物炭的安全性、高效性、重复使用性和环境友好性,同时加强生物炭的重金属修复性能。因此,功能型生物炭的研制及拓展改性生物炭的应用是生物炭改性的进一步深入研究方向。

    碳氮比对SBR系统硝化过程及EPS三维荧光光谱特性的影响
    陈翠忠, 李俊峰, 蓝明菊, 额热艾汗, 谢可飞, 徐威龙, 刘雅茹, 孙洪伟
    化工进展. 2020, 39(12):  5275-5282.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-0297
    摘要 ( 278 )   HTML ( 8 )   PDF (3917KB) ( 313 )  
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    以人工模拟废水为研究对象,采用4组间歇式活性污泥(SBR)反应器(R0、R5、R10和R15),探究了硝化过程中碳氮比(C/N)对NH4+-N去除和胞外聚合物(EPS)含量的影响。同时采用三维荧光光谱技术(3D-EEM)结合积分区域法(FRI),分析进出水时EPS各组分所占比例及变化情况。结果表明,4种C/N系统均获得了较高的NH4+-N去除率,且氨氧化速率与C/N呈负相关;C/N升高(0→15),进出水时的EPS及其组分含量随之增大,其中C/N对PS含量影响尤为显著,且硝化过程中多糖(PS)积累。根据荧光区域积分法(FRI)分析,不同C/N条件下EPS各荧光区域强度百分比存在显著差异,其中荧光区域V(腐殖酸类物质,46%~57%)的强度百分比值(Pi,n)最高。此外,蛋白质类物质酪氨酸和色氨酸以及溶解性微生物代谢产物在硝化过程中均被微生物所利用。

    温度对生物净化滤柱中氨氮、铁、锰去除效果的影响
    能子礼超, 陈韵竹, 王雪梅, 柯丹, 彭代芳
    化工进展. 2020, 39(12):  5283-5289.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-0256
    摘要 ( 307 )   HTML ( 2 )   PDF (1543KB) ( 109 )  
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    温度是生物净化滤柱运行的一个重要参数,采用生物净化滤柱处理模拟含氨氮、铁、锰地下水,考察水温从约25℃降到约6℃过程中氨氮、铁、锰的去除效果。结果表明,出水氨氮、总铁、锰的浓度分别低于0.15mg/L、0.1mg/L、0.05mg/L,均低于国家标准。出水总铁、锰均未受到水温下降的影响,但是出水氨氮浓度逐渐从约0.02mg/L升高到约0.12mg/L。进一步分析发现,铁主要在滤层的0~0.4m段去除,去除效果没有受到水温变化的影响。氨氮、锰主要在滤层的0~0.8m段去除,其沿程浓度均随水温降低而明显升高。氨氮、锰的生物去除符合一级动力学反应,水温为24.6℃、15.3℃、6.7℃时,两者的动力学常数k分别为0.154min-1、0.186min-1,0.143min-1、0.175min-1,0.103min-1、0.163min-1;半反应时间t1/2分别为4.51min、3.72min,4.83min、3.96min,6.72min、4.24min。随着试验水温的降低,氨氮、锰的去除效果明显受到影响。

    混凝与光催化联用处理水体中的复合染料
    王元芳, 尹孟华, 钱佳丽, 耿启金, 杨金美, 陈刚
    化工进展. 2020, 39(12):  5290-5298.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-0380
    摘要 ( 248 )   HTML ( 2 )   PDF (2072KB) ( 333 )  
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    利用混凝与光催化处理酸性橙Ⅱ染料水样、碱性嫩黄O染料水样以及酸性橙Ⅱ与碱性嫩黄O复合染料水样,确定最佳的混凝剂投药量和pH。对比分析单一方法与联用技术的脱色性能,判断联用技术是否优于单一方法;并探究pH、光催化时间、盐含量、浊度等对脱色性能的影响。结果表明:不同的染料水样,所需的最佳脱色条件不同。处理复合染料水样时,混凝剂最佳投加量为920mg/L,最佳pH为6,经过120min的光催化脱色率可达到78.92%。混凝与光催化联用技术的脱色性能明显优于单一混凝法或光催化法,这与所处理的染料分子结构密切相关。较高的离子强度及浊度会降低混凝剂对染料的吸附电中和与吸附桥连能力,并对光催化剂的表面效应产生抑制,从而降低混凝与光催化联用技术的脱色性能。复合染料水样的盐含量为1200mg/L时,脱色率降幅可达36.87%;浊度为412.2NTU时,脱色率降幅为19.85%。

    H2O2强化光催化处理苯胺化工废水的应用试验
    张华, 张子鹏, 张澜澜, 张晓飞, 刘译阳
    化工进展. 2020, 39(12):  5299-5308.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-0468
    摘要 ( 354 )   HTML ( 7 )   PDF (2626KB) ( 203 )  
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    研究者在苯胺模拟废水高级氧化处理方面开展了很多研究,但针对炼化企业苯胺装置废水含盐高、色度高、COD降解难等问题尚未开展工程应用。为解决苯胺生产废水的实际问题,本研究开展了TiO2/UV-H2O2氧化降解苯胺废水(1~2m3/h)的现场试验研究。考察了苯胺废水在单独TiO2/UV、单独H2O2氧化及TiO2/UV-H2O2协同作用下的处理效果,提出了苯胺废水的最佳处理工艺方案,并进行了成本核算。结果表明,单独TiO2/UV和单独H2O2氧化对苯胺废水的脱色率和COD去除率偏低,而TiO2/UV-H2O2协同作用时苯胺废水脱色率和COD去除率可达95%以上。协同氧化体系中,H2O2的氧化降解作用显著,H2O2投加量1%~2%;酸性条件利于苯胺废水的降解,特别是pH=3.8~4.2时;TiO2/UV和H2O2协同作用一段时间后,停止UV而凭借残余H2O2可以将体系中的中间产物继续降解直至矿化成CO2。TiO2/UV- H2O2协同处理炼化企业苯胺生产废水,出水COD≤60mg/L,色度≤20倍,单位能耗约18.44kW·h/m3,明显低于文献报道值,具有显著的技术性与经济性。

    磷酸三丁酯络合萃取煤气化废水中的酚
    王吉坤, 李阳
    化工进展. 2020, 39(12):  5309-5315.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-1219
    摘要 ( 217 )   HTML ( 3 )   PDF (1078KB) ( 158 )  
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    研究了磷酸三丁酯(TBP)-正辛醇萃取煤气化废水中的酚。实验考察了TBP浓度、温度对萃取过程中分配系数的影响规律,确定了萃取产物的结构组成及反应焓变,通过液液萃取模型理论建立了TBP萃取酚的分配系数模型,且以煤气化废水为实验水样验证了分配系数模型的准确性。结果表明:TBP浓度越大,萃取分配系数越大,当TBP体积分数由10%增至50%时,萃取分配系数由17.6增至61.4;温度升高,萃取分配系数降低,温度由30℃升至70℃时,萃取分配系数由42.9降至34.7;TBP浓度对萃取分配系数模型有影响,且平均相对误差控制在1.14%;温度对萃取分配系数模型有影响,且平均相对误差控制在0.87%。通过模型预估及实际实验值的对比,该萃取分配系数模型在预测煤气化废水萃取分配系数上具有较高的可信度。

    信息交流
    信息交流:专访
    化工进展. 2020, 39(12):  5316-5320. 
    摘要 ( 103 )   PDF (19234KB) ( 131 )  
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    全年索引
    全年索引
    化工进展. 2020, 39(12):  1-14. 
    摘要 ( 162 )   PDF (940KB) ( 543 )  
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