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2021年 第40卷 第1期 刊出日期:2021-01-05
    本期封面、中英文目次表、版权页
    化工进展. 2021, 40(1):  0. 
    摘要 ( 244 )   PDF (4689KB) ( 550 )  
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    化工进展. 2021, 40(1):  0-00. 
    摘要 ( 0 )   PDF (409838KB) ( 145 )  
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    主编寄语
    化工进展. 2021, 40(1):  0-0. 
    摘要 ( 0 )   PDF (832KB) ( 71 )  
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    特约评述
    新形势下我国化工行业的创新与发展
    何盛宝
    化工进展. 2021, 40(1):  1-5.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-2044
    摘要 ( 803 )   HTML ( 55 )   PDF (695KB) ( 1281 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    分析了化工行业发展所面临的经济增速放缓、需求受到抑制、利润下滑等新形势,同时阐述了我国化工行业面临的产品同质化竞争激烈、高端产品高度依赖进口、安全环保监管日益严苛、中美贸易摩擦影响深远等挑战。分析表明,面对日益严苛的行业发展环境,我国化工企业必须充分响应国家创新驱动政策法规的要求,依靠技术创新,从发展模式、发展手段及研发模式等层面促进企业全面创新,推动我国化工产品高端化和差异化转型,实现化工行业的高质量发展。

    车用燃料电池关键材料技术研发应用进展
    杜泽学
    化工进展. 2021, 40(1):  6-20.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-0822
    摘要 ( 735 )   HTML ( 55 )   PDF (1453KB) ( 1607 )  
    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    车用燃料电池系统成本的不断降低和电堆耐久性能的提高促进了燃料电池汽车的快速发展。燃料电池堆是车用燃料电池系统的核心单元,电催化剂、质子交换膜和气体扩散层是制造燃料电池堆的基本材料,决定了电堆的成本和耐久性能。本文从应用角度对国内外电催化剂、质子交换膜和气体扩散层制造技术的应用发展进行了回顾,分析了国内发展燃料电池电催化剂、质子交换膜和气体扩散层制造技术的重要性和国内产业化水平落后的原因,提出了发展的建议,为这些关键材料加快国产化提供参考,以期尽快提高国产燃料电池堆耐久性能、降低制造成本。

    化工过程与装备
    干湿联合冷却系统技术发展现状及展望
    张子倩, 张早校, 张强
    化工进展. 2021, 40(1):  21-30.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-0287
    摘要 ( 404 )   HTML ( 15 )   PDF (1711KB) ( 512 )  
    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    冷却系统在工业生产过程中起着至关重要的作用。湿冷系统或空冷系统都有比较明显的优缺点,湿冷机组虽然热经济性高,但耗水量大,而我国的水资源相对紧张。空冷也有很多棘手的问题有待解决,如投资非常大,受环境温度等条件的限制多。干湿联合冷却系统同时兼顾干冷系统和湿冷系统优点,是煤化工、石油化工、电力等行业冷却系统的发展趋势。本文基于空冷系统和湿冷系统的发展,对干湿联合冷却系统的形成和分类进行了综述。着重阐述了干湿冷却系统模型、主要设备、系统优化等研究方向的国内外最新现状。在此基础上,对节水消雾、露点冷却和其他应用于干湿联合冷却系统的技术进行了综述,并对进一步值得研究的重点方向进行了展望,为干湿联合冷却系统的理论研究、工程实践、系统运行提供参考。

    正渗透膜特征参数测试方法研究进展
    罗方, 王晶, 姚之侃, 张林, 陈欢林
    化工进展. 2021, 40(1):  31-38.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-0500
    摘要 ( 425 )   HTML ( 13 )   PDF (872KB) ( 392 )  
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    纯水渗透系数、溶质渗透系数和结构参数是评价正渗透膜性能的三个关键特征参数,其通常采用实验测试和理论模型相结合的方法测得,但不同方法测得特征参数间的差异会影响其对正渗透膜性能的准确评价和膜结构与性能间关系的建立。针对上述问题,本文在归纳和总结近年来国内外相关研究的基础上,详细分析了正渗透膜特征参数测试方法和理论模型的特点及发展现状,比较了反渗透-正渗透法和正渗透法的优缺点和局限性。基于溶解扩散模型和浓差极化理论所建立的反渗透-正渗透法和正渗透法,其模型简单、便于计算,但其假设具有局限性,影响了方法的实施和结果的准确性。优化理论模型可提高正渗透膜特征参数测定的准确性,但新模型的稳定性和适用范围仍需验证。

    微通道结构数值模拟及实验性能评价
    杨哲, 郗大来, 李宁, 周军
    化工进展. 2021, 40(1):  39-47.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-0285
    摘要 ( 536 )   HTML ( 18 )   PDF (4346KB) ( 397 )  
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    Fluent软件的数值模拟结果显示伞形微通道结构比U形直线形微通道结构具有更加高效的混合效率,但该结构也存在流动死区,结合优化方向提出一种压降更小、混合效率较优更适用于液-液非均相反应的菱形微通道结构。同时,本文利用前述3种不同微通道结构反应器及常规反应器开展丙烯酸十四酯的合成评价对比实验,红外光谱及核磁谱图对反应产物的分析表征均证明了丙烯酸十四酯的生成。常规反应器和微反应器在相似工艺条件下,丙烯酸十四酯的收率仅为82%,停留时间更是长达300min,而微反应器中收率均达到90%以上,停留时间不超过3.5min,且菱形微通道结构反应器比U形直线形和伞形微通道结构反应器所得丙烯酸十四酯的收率都大,达到97%,说明菱形微通道结构更加有利于物料间的充分混合反应,这与菱形微通道结构数值模拟显示的结果是一致的,从而验证了数值模拟结果的可靠性。

    非均匀电场作用下气泡生长及运动特性
    杨世杰, 王军锋, 张伟, 王东保
    化工进展. 2021, 40(1):  48-56.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-0326
    摘要 ( 356 )   HTML ( 8 )   PDF (1912KB) ( 480 )  
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    气液两相流广泛应用于化工、石油等工业生产中,电场可以有效强化相间作用。为探究电场作用下气泡的生长演化特性,本文采用显微高速数码摄像技术对气泡生长、脱离过程及运动进行可视化研究,精确捕捉了非均匀电场作用下气泡产生、脱离和运动过程的显微形貌特性,结合图像处理技术定量分析了电场强度对气泡生长时间、脱离频率、体积及运动速度的影响规律。实验结果表明电场作用改变了气泡的生长方式,显著地促进了气泡的脱离及运动。电场作用下气泡的脱离频率明显增大,相较于无电场情况下增加了几十倍,最短脱离周期可达到10ms左右。气泡脱离体积显著减小,相应的最小气泡直径为毛细管直径一半。气泡初始速度大约增加4倍,横向速度达到80mm/s左右,强化了气泡在液体中的分散性。这为荷电气液两相流工业应用提供了良好的理论基础。

    不同压力下HFE-7100在光滑铜基表面的饱和池沸腾传热实验
    范晓光, 杨磊, 张敏
    化工进展. 2021, 40(1):  57-66.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-0358
    摘要 ( 346 )   HTML ( 2 )   PDF (3370KB) ( 277 )  
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    池沸腾是重要的传热模式之一,广泛应用于诸多工业领域。饱和压力的变化会影响传热工质的热物性,进而引起表面核化及气泡动力学参数的改变,因此饱和压力对池沸腾传热性能具有显著影响。本文在不同饱和压力(0.07MPa、0.10MPa、0.15MPa及0.20MPa)工况下对HFE-7100工质在纳米级粗糙度光滑铜基表面的池沸腾传热及可视化实验进行了研究,针对饱和压力对池沸腾传热的影响机制进行了深入探讨,同时采用相关池沸腾传热及临界热通量预测模型对传热性能曲线进行了对比分析。光滑铜基表面的平均粗糙度为19nm,HFE-7100工质在其上的静态接触角为9.83°。可视化图像展现了沸腾孤立气泡生成、充分发展合并及核化沸腾向膜状沸腾转换的过渡状态。实验数据表明,饱和压力的提升可强化池沸腾传热能力及提升临界热通量。相较于0.07MPa低压池沸腾,0.10MPa、0.15MPa及0.20MPa条件下池沸腾的最大传热系数分别提升29%、59%及75%,传热系数的平均提升率分别为24%、50%和63%,而临界热通量分别增加27%、48%及64%。相对而言,Forster和Zuber(1955)建立的池沸腾传热预测模型及Guan等(2011)建立的临界热通量预测模型较为准确地预测了本研究操控条件下的池沸腾实验数据。

    高浓度丙酮VOCs高温预热近极限贫燃预混火焰特性的数值分析
    郑仕杰, 钱研, 杨朋辉, 王学斌
    化工进展. 2021, 40(1):  67-73.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-0390
    摘要 ( 244 )   HTML ( 4 )   PDF (2267KB) ( 407 )  
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    为进一步对一种丙酮挥发性有机化合物(VOCs)焚烧炉进行设计优化和运行参数调节,本文对其在不同的燃料当量比、预热温度下的火焰特性进行了数值模拟,分析了其绝热火焰温度、着火延迟时间、火焰传播速度和一维火焰产物分布特性。研究结果表明:典型当量比(约0.113)下的绝热火焰温度为850~900℃,属于中低温燃烧,绝热火焰温度随预热温度和当量比(0.06~0.4)的升高均线性升高。预热温度和化学当量比对着火延迟时间的影响十分敏感。在其典型贫燃条件下,层流火焰传播速度随预热温度升高呈指数函数关系增大,随化学当量比增大而缓慢升高,且其层流火焰传播速度不超过150cm/s。反应过程首先发生丙酮的分解和部分氧化,并持续时间较长,仅当混合物的温度升高一定程度后才发生较剧烈的CO氧化。

    乙醇水溶液单液滴碰撞热壁面的动态演化特性
    刘红, 司超, 赵传奇, 张博, 蔡畅, 尹洪超
    化工进展. 2021, 40(1):  74-81.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-0425
    摘要 ( 377 )   HTML ( 6 )   PDF (2040KB) ( 179 )  
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    乙醇添加剂能显著改变去离子水基液滴碰壁动态特性。本文设计并搭建了液滴碰壁动态演化及传热研究实验台,并就溶液表面张力、液滴韦伯数(We)、壁面温度等对液滴碰壁的特性影响进行了实验研究。结果表明乙醇添加剂能够有效增强液滴润湿特性,促进液滴的雾化和破碎现象,同时抑制液滴反弹能力。并且这一能力随着乙醇溶液浓度的增大而增强。润湿特性随着液滴We的增大呈现出先增强后发生反弹现象的趋势,乙醇添加剂能够有效地抑制这种反弹趋势,并使混合液滴继续发生铺展现象。壁面温度125℃时,当We由15增大到33时,水基液由铺展阶段过渡到反弹阶段,而添加乙醇使得液滴继续铺展,没有发生反弹现象。乙醇添加剂能够明显地提高液滴由铺展到反弹的临界转变温度(TCHF),扩大液滴核态沸腾对应的温度区域,延迟液滴进入过渡沸腾阶段。

    粉体搅拌扭矩的试验及关联式
    谢明辉, 周国忠, 杨超
    化工进展. 2021, 40(1):  82-88.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-0479
    摘要 ( 352 )   HTML ( 4 )   PDF (1178KB) ( 475 )  
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    在直径为480mm的平底搅拌槽内,采用平均直径为4.89μm的氢氧化铝粉体进行搅拌扭矩的试验。通过扭矩传感器测量3种不同型式(开启涡轮XCK、二叶直桨PJ和管形桨GXJ)的6个搅拌器(XCK348、XCK290、PJ348、PJ232、GXJ348和GXJ232)的扭矩。试验结果表明:针对不同的搅拌器型式,搅拌器的扭矩增加幅度从高到低的排序是XCK348>GXJ348>PJ348>XCK290。随着粉体高度的增加,GXJ348搅动效果相对较好。相同工况下搅拌的扭矩随着转速增加而有所下降。搅拌的扭矩大小主要是和搅拌器离粉体表面的高度和搅拌的Froude数有关。对于搅拌器组合,当间距较大时各层搅拌器互相不影响;当层间距与搅拌器直径之比小于0.32时,各层搅拌器存在相互作用。通过扭矩的量纲分析和搅拌粉体的受力分析,分别获得了3种搅拌器型式的扭矩关联式。

    基于模糊综合评价的烟道气辅助SAGD过程评价
    赵东亚, 卢帆, 曹磊, 李兆敏, 鹿腾, 杨建平
    化工进展. 2021, 40(1):  89-98.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-0483
    摘要 ( 324 )   HTML ( 3 )   PDF (1830KB) ( 400 )  
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    目前烟道气辅助蒸汽辅助重力泄油(SAGD)技术已在机理研究和数值模拟方面取得了进展,但由于实际投入油田试验的操作成本较高以及存在额外的能量消耗,所以无法直接判断和验证实际应用效果。为了更全面地评估注采方案,本文运用模糊综合评价法建立了多元评价体系,以环境、能量、工艺、经济为4个评价指标,对不同注采方案进行综合评价以选出综合性能最优的生产设计方案,为实际生产方案的选取提供参考,首次对烟道气辅助SAGD实际工程进行评价研究。基于“有无对比法”,将烟道气辅助SAGD与常规SAGD进行对比,结果表明烟道气辅助SAGD的综合效益更好,佐证了烟道气辅助SAGD驱油的优越性。为方便工程应用,开发了“烟气辅助SAGD驱油评价软件”,通过软件进行实例分析并进行方法对比,验证了本文方法的有效性、适用性和准确性。

    搅拌反应器气液两相流混合过程的涡旋效应数值模拟
    黎义斌, 梁开一, 歹晓晖, 李正贵
    化工进展. 2021, 40(1):  99-110.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-0490
    摘要 ( 367 )   HTML ( 9 )   PDF (8696KB) ( 238 )  
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    为研究气液两相搅拌釜桨叶对釜内流动结构及气液混合性能的影响,本文以直叶片和推进叶片为研究对象,采用ICEM软件对搅拌釜流场进行六面体结构网格划分,基于SST-DDES湍流模型及欧拉-欧拉多相流模型对搅拌釜内部流场进行三维非定常计算,获得两种桨叶下搅拌釜内部涡结构及其演化过程,并分析搅拌釜内瞬态气相分布和瞬时流场的分布规律。研究结果表明:由于叶片旋转而产生的涡有撕裂、合并、衰减和耗散的演化过程;直叶片相较于推进叶片,其涡耗散速度较快,涡产生到消失的周期较短;由于叶片结构不同,主流的运动方向也随之改变,直叶片沿径向分布,推进叶片沿轴向分布。前者在釜内形成上下两层循环区,不利于气相扩散。后者在釜内形成一个大循环区,加剧釜内流动循环,造成后者的气相扩散能力大于前者。比较两者T0.95分布,推进叶片要小于直叶片,推进叶片搅拌釜T0.95近似为直叶片搅拌釜T0.95的50%。

    能源加工与技术
    高温质子交换膜燃料电池性能衰减机理与缓解策略——第二部分: 操作条件
    王子乾, 杨林林, 孙海
    化工进展. 2021, 40(1):  111-129.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-0197
    摘要 ( 474 )   HTML ( 13 )   PDF (4849KB) ( 600 )  
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    近些年高温质子交换膜燃料电池(HT-PEMFC)在稳态操作条件下的耐久性已经得到了巨大的改善,然而动态或异常操作条件仍严重影响了HT-PEMFC的寿命。针对该问题,本文概述了HT-PEMFC常见操作条件的特点,系统地总结了常见动态或异常操作条件下电池性能的衰减机理及其相应的缓解策略,并整理了该领域内报道的加速应力测试方案与寿命预测方法。最后本文对HT-PEMFC未来的发展进行了展望,随着HT-PEMFC商品化进程的推进,未来新型在线检测/诊断技术的开发、标准化测试方案与寿命预测模型的建立、电堆或系统结构的优化以及装配工艺与生产线的设计等很有可能成为该领域内的研究重点。

    三氢化铝应用于燃料电池的研究进展
    郑阳昊, 李和平, 刘建忠, 梁导伦, 周俊虎
    化工进展. 2021, 40(1):  130-138.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-0448
    摘要 ( 440 )   HTML ( 13 )   PDF (2270KB) ( 387 )  
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    三氢化铝(AlH3)具有储氢量大、质量轻、释氢温度较低、产物洁净等优势,是应用于燃料电池的理想储氢材料,但因其合成成本较高、室温条件下难以再生,目前尚未大规模应用。本文从燃料电池对储氢材料的要求出发,介绍了AlH3的基本性质、合成再生方法及其释氢性能与改进方法,简述了基于AlH3的储氢装置及系统、车载储氢和便携式电源等应用的国内外研究现状,提出今后研究工作应集中在降低释氢温度、调控释氢速率、提高释氢率、设计高效储氢系统及开发低成本制备和再生工艺。

    生物质热解制备高品质生物油研究进展
    仉利, 姚宗路, 赵立欣, 李志合, 易维明, 付鹏, 袁超
    化工进展. 2021, 40(1):  139-150.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-0486
    摘要 ( 611 )   HTML ( 29 )   PDF (2892KB) ( 1065 )  
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    生物质热解制备生物油是能源富集的有效途径,是实现碳闭路循环的重要方式,作为一种环境友好型技术受到广泛关注和研究。然而,生物质热解反应过程复杂,生成的生物油热值低、含氧量高及强酸性等特点,制约了生物油的分离提纯、制备合成气以及燃烧等方面的应用,生物油品质的提升迫在眉睫。本文从生物质三组分、原料预处理、反应参数、催化剂、反应器等方面综述了影响生物油品质的主要因素,分析了生物油的特点,不同预处理下生物质特性的变化与生物油的关系,催化剂参与的热解行为对提升生物油品质的导向作用以及常用生物质热解反应器的特点,并对影响生物油品质的主要因素进行了总结。最后,针对影响制备高品质生物油的诸多因素提出建议,以期为制备高品质生物油提供参考和借鉴。

    生物油水蒸气催化重整制氢研究进展
    王治斌, 孙来芝, 陈雷, 杨双霞, 谢新苹, 赵保峰, 司洪宇, 华栋梁
    化工进展. 2021, 40(1):  151-163.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-0564
    摘要 ( 367 )   HTML ( 13 )   PDF (2063KB) ( 750 )  
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    氢气作为重要的清洁能源和化工原料,目前主要来源于化石燃料,而生物质经快速热解制得生物油用于水蒸气催化重整制氢被认为是一种高效、环保、经济的可再生能源制氢途径。本文首先综述了近年来生物油水蒸气催化重整制氢相关反应原料;然后重点讨论了生物油水蒸气催化重整反应催化剂研究近况;总结了生物油水蒸气重整反应机理与动力学分析;最后列举了重整反应器等方面的研究进展。相比于生物油,生物油模型化合物因结构简单、转化率与氢气收率高,得到广泛研究;以Ni为代表的活性金属组分催化活性高,金属间协同作用强;不同类型的载体可增强催化剂的稳定性,碱性载体还可吸收CO2、提高催化剂抗积炭、防烧结等方面的性能;不同结构的反应器在性能方面表现各异,主要以固定床反应器为主。研制高活性、稳定性强的催化剂,提高重整反应的循环稳定性,并总结最符合动力学规律的反应机理,以及研发高效的反应器是今后生物油水蒸气催化重整制氢研究的重点。

    铁镍复合助剂对煤热解过程中氮迁移规律的影响
    刘月华, 上官炬, 刘守军, 杨颂, 杜文广
    化工进展. 2021, 40(1):  164-172.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-0478
    摘要 ( 322 )   HTML ( 5 )   PDF (2718KB) ( 118 )  
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    为了减少煤炭燃烧过程中NOx的排放,在管式炉中进行了煤与金属助剂(FeCl3、NiCl2)的热解实验,研究了助剂负载量、热解温度、助剂添加方式对氮迁移及N2产率的影响并且对复合助剂作用机理进行了探讨。结果表明:随着助剂负载量的增加,氮脱除率及N2产率呈现先增加后趋于稳定的趋势,且负载量以0.8%Fe复合1.0%Ni为最佳。在700~1000℃的热解温度范围内氮脱除率及N2产率随热解温度的增加而增加。对煤进行溶胀处理添加复合助剂后,氮脱除率及N2产率要优于未经处理的煤样。铁基助剂与镍基助剂在催化煤热解氮迁移过程中形成互补,铁基助剂的添加增加了镍基助剂的活性,弥补了单助剂的劣势,且复合助剂相比于单助剂有更强的氮脱除效果并且N2产率达到最高39%。铁镍复合助剂对煤中N-5转化为N2的催化效果更加明显,因为复合助剂对吡咯的内氢转移和开环有更强的催化作用。本研究能够为煤炭洁净化利用提供理论和实验依据。

    煤焦加压化学链气化反应特性和机理
    谭晓莉, 安梅, 郭欣桐, 郭庆杰, 匡建平
    化工进展. 2021, 40(1):  173-182.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-0534
    摘要 ( 319 )   HTML ( 8 )   PDF (2415KB) ( 271 )  
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    采用机械混合法制备的Fe2O3/膨润土为载氧体,在加压固定床中进行煤焦化学链气化试验和动力学研究,借助拉曼和N2吸附等温线表征手段,分析压力对煤焦反应活性及煤焦碳结构和孔结构的影响,讨论煤焦加压化学链气化反应机理。结果表明:系统总压从0.46MPa增加至0.80MPa时,煤焦化学链气化反应速率从0.0159min-1提高至0.0309min-1;水蒸气分压增加75%,H2/CO摩尔比值增加74%。煤焦加压化学链气化过程可以用随机孔模型(RPM)描述,系统总压增加有利于内部扩散。系统总压增大煤焦的比表面积增加,水蒸气分压增大煤焦的反应活性提高,因而提高了煤焦化学链气化反应速率。

    工业催化
    甲基丙烯酸甲酯生产工艺及所用贵金属催化剂研究进展
    李华胤, 李洁, 谭媛, 丁云杰
    化工进展. 2021, 40(1):  183-194.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-0540
    摘要 ( 450 )   HTML ( 18 )   PDF (2477KB) ( 591 )  
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    综述了近年来合成甲基丙烯酸甲酯(MMA)主要生产工艺技术及贵金属催化剂在以异丁烯/叔丁醇为原料合成MMA反应的研究进展,重点对负载型金催化剂在氧化酯化合成MMA反应的研究工作进行了介绍。相比于贵金属钯催化剂,金催化剂因反应条件温和,活性、选择性高等优点成为钯催化剂的潜在替代者。然而,金催化剂较低的稳定性限制了其工业化应用。本文对比分析了近年来金催化剂合成MMA的研究结果,阐述了其在提升稳定性方面的相关策略,揭示了金催化体系结构与反应性能之间的关联,并对机理进行了讨论。未来采用特殊手段合成结构可控、尺寸可调的负载型金催化剂以及通过添加助剂或其他金属的方式调变催化剂几何结构、电子结构等将是该领域的研究方向。

    环氧乙烷吸收和转化合成碳酸酯工艺研究进展
    褚俊杰, 常洁, 罗志斌, 侯明明, 李谦
    化工进展. 2021, 40(1):  195-204.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-0541
    摘要 ( 471 )   HTML ( 17 )   PDF (2266KB) ( 442 )  
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    碳酸乙烯酯是重要的化工基础原料和中间体,也是CO2资源化利用的路径之一,越来越受到人们的关注。然而,在生产过程中广泛存在着环氧乙烷纯化能耗高、反应过程催化效率低和工艺复杂等问题。本文综述了在生产碳酸乙烯酯过程中环氧乙烷的吸收单元、转化单元以及生产工艺,重点总结了吸收剂的类型、催化剂的种类和催化机理以及生产工艺。最后,针对碳酸乙烯酯的生产技术,探讨了该研究领域亟待解决的问题和面临的挑战,并指出多位点离子液体催化剂的开发以及吸收转化耦合工艺的应用将成为未来研究的热点,具有较好的工业化前景。

    CO/CO2加氢制芳烃的研究进展
    焦佳鹏, 田海锋, 何环环, 查飞, 郭效军, 唐小华
    化工进展. 2021, 40(1):  205-220.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-0550
    摘要 ( 447 )   HTML ( 16 )   PDF (4375KB) ( 1291 )  
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    将CO/CO2直接转化为芳烃是一种极具挑战性的非石油路线合成途径。本文主要对CO/CO2通过不同反应途径制取芳烃过程中复合催化剂的开发和反应机理的研究进展进行了综述。阐述了利用反应耦合思想,构筑的复合催化剂在CO/CO2的高效转化和产物调控等方面取得了突破性的进展。重点介绍了复合催化剂用于CO加氢制芳烃主要的两种反应途径,活性金属的类别、分子筛的结构与酸性和活性组分的组装方式与接触度对CO2加氢制芳烃催化性能的影响。指出协同加氢与芳构化反应活性的匹配是影响催化剂性能的关键。提出开发高效稳定的催化剂用于提高CO/CO2的转化率和芳烃产物的产率以及反应机理的探索仍然是未来研究的重点。

    焙烧气氛对K2CO3/γ-Al2O3吸附剂脱除异戊二烯中二硫化碳 性能的影响
    孟令刚, 张现策, 李芹, 姜伟丽, 周红军, 龚学成, 周广林
    化工进展. 2021, 40(1):  221-226.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-0294
    摘要 ( 257 )   HTML ( 10 )   PDF (1168KB) ( 231 )  
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    采用等体积浸渍法将碳酸钾负载在氧化铝载体上,经不同气氛焙烧制备了K2CO3/γ-Al2O3吸附剂,考察了不同焙烧气氛对K2CO3/γ-Al2O3吸附剂在异戊二烯中吸附脱除二硫化碳性能的影响。采用XRD、压汞、CO2-TPD、FTIR等手段对吸附剂的晶体结构、孔道结构、碱性活性位点、表面官能团等进行了表征分析。结果表明,不同焙烧气氛能够影响K2CO3/γ-Al2O3吸附剂的脱硫能力且其与吸附剂的孔道结构、K2CO3活性位点的数目分布、 H—O、C?????O化学键有关。其中,在空气焙烧气氛下所得的K2CO3/γ-Al2O3吸附剂吸附脱除异戊二烯中二硫化碳的吸附性能最佳。在常温常压下,当剂油质量比为1∶10时,可以将异戊二烯原料油中硫含量由2000mg/kg降至769mg/kg,吸附剂硫容(质量分数)达到1.23%。

    CeO2改性再生SCR催化剂的单质汞氧化特性
    何川, 张发捷, 卞子君, 孔凡海, 王乐乐, 吴国勋
    化工进展. 2021, 40(1):  227-233.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-0427
    摘要 ( 251 )   HTML ( 2 )   PDF (1734KB) ( 121 )  
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    对国内某1000MW燃煤发电机组失活选择性催化还原(SCR)催化剂进行CeO2改性再生。对再生前后样品进行N2吸附-脱附、扫描电子显微镜(SEM)、X射线荧光光谱(XRF)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)对比表征分析。在自制固定床反应系统上对CeO2改性再生催化剂(CeReCat)进行Hg0氧化性能测试,同时研究了SO2、H2O、NO和NH3对Hg0氧化性能的影响。结果表明,CeO2改性再生方法可有效清洗失活SCR催化剂表面杂质,恢复催化剂表面活性位点和孔隙结构,可使Ce、V两种活性元素得到有效负载。CeO2改性后的样品Hg0氧化性能显著提升,3.0 CeReCat具有最佳Hg0的氧化效率。此外,烟气中加入600μL/L SO2后,3.0 CeReCat仍具有高达74.4%的Hg0氧化效率,抗SO2性能较好。烟气中的NO可轻微促进Hg0的氧化。由于竞争吸附作用,烟气中的H2O和NH3会抑制Hg0的氧化。CeO2改性再生催化剂置于SCR系统下层时,由于烟气NH3浓度较低而具有较高Hg0氧化效率,具有良好的应用前景。

    Ti-Al复合载体载锰催化剂同时脱硝脱汞实验
    董璐, 黄亚继, 丁守一, 程好强, 王圣, 段钰锋
    化工进展. 2021, 40(1):  234-241.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-0566
    摘要 ( 271 )   HTML ( 7 )   PDF (1414KB) ( 183 )  
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    采用溶胶-凝胶法制备了一系列TiO2、TiO2-Al2O3(TiAl)、MnO2/TiO2(MnTi)和MnO2/TiO2-Al2O3(MnTiAl)样品,在固定床实验装置上研究了MnTi和MnTiAl催化剂的脱硝、脱汞性能,并对相应的样品进行了BET、XRD、H2-TPR、XPS表征分析。表征结果表明,Al2O3掺入TiO2后能极大提高载体的比表面积,提升催化剂氧化还原性能,且有利于高价态锰离子(Mn3+和Mn4+)和化学吸附氧(O*)在催化剂表面富集。固定床实验结果表明,在反应温度范围内,MnTiAl催化剂脱硝、脱汞性能均优于MnTi催化剂,MnTiAl催化剂在200℃时脱硝、脱汞效率分别高达88.5%和96.1%。MnTiAl脱除烟气Hg0过程中,将Hg0氧化为Hg2+的同时,催化剂表面Mn3+、Mn4+和O*浓度均被消耗,同时烟气中的O2能将催化剂表面较低价态的锰离子(Mn2+和Mn3+)重新氧化为高价态锰离子(Mn3+和Mn4+),并且能补充催化剂表面的化学吸附氧(O*),进而实现催化剂催化氧化Hg0过程。

    蒸气浸渍法制备完全无氯CuY催化剂及其氧化羰基化性能
    王玉春, 刘赵荣, 谭超, 孙鸿, 李忠
    化工进展. 2021, 40(1):  242-246.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-0510
    摘要 ( 278 )   HTML ( 8 )   PDF (970KB) ( 234 )  
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    以具有升华性质且易分解的乙酰丙酮铜为铜源,NH4Y分子筛为载体,采用蒸气浸渍法制备了CuY催化剂,考察了其对甲醇氧化羰基化合成碳酸二甲酯的催化性能,并采用XRD、H2-TPR和NH3-TPD等表征手段研究了催化剂上铜物种的分散状态、催化活性中心的含量及催化剂的酸强度和浓度,发现铜物种在Y分子筛载体上高度分散,且Y分子筛载体的晶体结构保持完好。在N2∶H2=12∶1的气氛中,250℃还原得到的催化剂CuY/250催化活性中心含量最高,催化活性也达到了最佳,其甲醇转化率为11.1%,碳酸二甲酯的时空收率和选择性分别为200.5mg/(g·h)和60.3%。

    材料科学与技术
    提高钙钛矿量子点稳定性的研究进展
    吕斌, 郭旭, 高党鸽, 马建中, 麻冬
    化工进展. 2021, 40(1):  247-258.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-0432
    摘要 ( 744 )   HTML ( 34 )   PDF (3183KB) ( 1288 )  
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    钙钛矿量子点具有发光谱带较窄、发光可调、量子效率高等优异的光学性能,在发光二极管、激光发射器等领域广受关注。但是钙钛矿量子点由于强离子性、高表面能及表面配体易迁移等特性而对环境高度敏感,使其在实际应用中受到限制。本文简要介绍了钙钛矿量子点结构和不稳定的原因,综述了近年来提高钙钛矿量子点稳定性的主要方法,重点从离子掺杂、表面钝化、表面包覆及多重保护4个方面展开论述。最后从绿色环保的角度出发,对高稳定生物质基钙钛矿量子点材料的制备进行了展望,提出使用具有特定结构的生物质材料及其衍生材料取代传统石油基试剂作为配体、溶剂或吸附重金属离子的外壳材料,可加速钙钛矿量子点朝着绿色低毒的方向发展。

    硫杂杯芳烃-金属离子的新型配位化合物
    程衔锟, 熊延杭, 侯雪, 赵卓, 徐亮, 田勇攀
    化工进展. 2021, 40(1):  259-272.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0461
    摘要 ( 362 )   HTML ( 5 )   PDF (3529KB) ( 404 )  
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    选择性分离贵金属、放射金属、碱金属等金属离子是重要研究方向之一。硫杂杯芳烃是一类由硫原子桥链苯酚单元构成的大环化合物。作为第三代超分子材料,硫杂杯芳烃反应位点丰富,上边缘、下边缘以及桥链的硫原子上都有进行功能化的可能性,而功能化后硫杂杯芳烃能够表现出与金属离子优异的配位性能,从而达到选择性分离金属离子的目的。本文介绍了硫杂杯芳烃的合成历史、自身结构特点以及配位机理。在此基础上分析了在硫杂杯芳烃的上缘、下缘引入酯基、酰胺、亚胺/胺等官能团后与碱金属、碱土金属、放射金属、贵金属离子等的配位情况,总结了硫杂杯芳烃自身构型、杯环的大小、溶剂类型等对其配位性能的影响,并深入分析了与金属离子的不同配位机理。本文可以为开发高效选择性分离提取各种金属离子的技术提供理论依据。

    杂原子掺杂碳材料活化过硫酸盐技术的研究进展
    李小娟, 叶兰妹, 廖凤珍, 叶梓瑜, 叶礼志
    化工进展. 2021, 40(1):  273-281.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-0501
    摘要 ( 421 )   HTML ( 32 )   PDF (1346KB) ( 712 )  
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    碳材料因其比表面积高、吸附性能佳,并且能克服加热、紫外光照射、超声等传统活化方式能耗高、金属催化材料产生二次污染的弊端而在活化过硫酸盐降解有机污染物应用中具有潜力。杂原子(N、S、B、P等)掺杂不仅能打破碳材料网络惰性、提高电导率,还能增加反应活性位点,是提升碳材料活化过硫酸盐性能的有效途径。本文介绍了碳材料活化过硫酸盐的机理,主要包括自由基途径、单线态氧途径及表面电子传递,并进一步总结了杂原子掺杂碳材料活化过硫酸盐的机理;然后综述了杂原子碳材料的种类、制备方法及其在有机污染物降解中的应用,最后指出了已有研究存在的不足,并提出杂原子掺杂碳材料稳定性及可重复利用性的提升和降解机制的深入探索是未来研究的方向。

    凹凸棒石/炭复合吸附材料研究进展
    宗莉, 唐洁, 牟斌, 王爱勤
    化工进展. 2021, 40(1):  282-296.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-0528
    摘要 ( 554 )   HTML ( 32 )   PDF (5077KB) ( 440 )  
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    近年来,黏土矿物/炭复合吸附材料因具有来源丰富、结构可控和性能稳定等特点,成为碳基复合吸附材料研究热点之一。凹凸棒石是一种天然含水富镁铝硅酸盐黏土矿物,独特的孔道结构和一维棒晶使其成为理想的吸附材料和载体材料。本文综述了凹凸棒石/炭复合吸附材料的研究进展,围绕自然资源的高值化和废弃物的资源化利用,着重介绍了利用凹凸棒石脱色废土构筑环境友好型凹凸棒石/炭复合吸附材料的方法及再生应用进展,总结比较了不同方法制备复合吸附材料的形貌和性质及其对不同类型污染物的去除效果,并展望了凹凸棒石/炭复合吸附材料的未来发展方向,以期为黏土矿物/炭复合材料的研发及其在环境修复领域中的应用提供技术支撑。

    应用于太阳能相变蓄热PC构件升温养护建筑的复合相变材料热物性
    于楠, 陈超, 蔺洁, 韩枫涛, 邹平, 贺祎鹏, 胡庆玲
    化工进展. 2021, 40(1):  297-304.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-0266
    摘要 ( 301 )   HTML ( 5 )   PDF (3682KB) ( 164 )  
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    预制混凝土(PC)构件蒸汽养护工艺以消耗大量化石能源为代价。本研究结合本文作者课题组研制的复合相变材料热特性以及预制混凝土构件蒸汽养护工艺特点,基于被动式太阳能相变蓄热PC构件升温养护建筑一体化设计理念,将复合相变材料应用于升温养护建筑主朝阳墙体内表面,结合Energy Plus能耗模拟软件及试验研究的方法,开展了关于不同热物性复合相变材料对新型升温养护建筑热工性能影响的研究。研究结果表明:较GH-33复合相变材料,主朝阳墙体内表面采用GH-37复合相变材料,墙体内表面温度夜间平均提高3.4℃;PC构件上部表面温度夜间平均提高1.4℃;实验期间复合相变材料的蓄放热速率较前者平均提高62%。研究可为PC构件养护工艺中可再生能源利用、低碳环保生产,提供一种新的途径和方法参考。

    一种可温度与pH调控的分子印迹光催化材料的制备及其性能
    蒋彩云, 吴婷, 周海飞, 王玉萍
    化工进展. 2021, 40(1):  305-312.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-0464
    摘要 ( 337 )   HTML ( 3 )   PDF (2837KB) ( 208 )  
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    以氧氟沙星为模板分子,通过表面引发原子转移自由基聚合技术(SI-ATRP),成功合成了一种智能凝胶接枝纳米TiO2的分子印迹光催化材料(TiO2-DR/MIPs)。采用透射电镜(TEM)、红外光谱(FTIR)、热重(TG)和X射线衍射(XRD)等方法对该材料进行了形貌及性质表征。分别研究了材料的温度与pH敏感性质及其对氧氟沙星光催化降解效率的影响,并对该材料的选择性和稳定性进行了探究。结果表明,TiO2-DR/MIPs的粒径可随着温度与pH的变化呈现出良好的响应特性,并且可以通过改变环境温度和pH实现对其光催化活性的调控。TiO2-DR/MIPs对氧氟沙星具有较好的选择性吸附和降解作用,且稳定性和重复使用效果好,经4次光催化降解循环实验后,光催化效率仅降低了5%。此外,TiO2-DR/MIPs中的双敏感分子印迹层还可以有效地阻止纳米TiO2的团聚,实现纳米TiO2的均匀分散。

    煤沥青基微晶炭的制备及其储锂性能
    王振帅, 邢宝林, 韩学锋, 曾会会, 侯磊, 郭晖, 张传祥, 岳志航
    化工进展. 2021, 40(1):  313-323.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-0496
    摘要 ( 365 )   HTML ( 4 )   PDF (5040KB) ( 242 )  
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    以工业副产物煤沥青(coal tar pitch, CTP)为原料,采用高温炭化法制备煤沥青基微晶炭,利用XRD、Raman光谱、SEM、TEM和XPS等手段对其微观结构和表面化学性质进行表征,并探究微晶炭用作锂离子电池负极材料的储锂特性。结果表明,煤沥青经不同温度(800~1100℃)炭化处理后可制备出石墨微晶和无定形炭共存的微晶炭。炭化温度是影响煤沥青基微晶炭的微晶片层、纳米孔道和结构缺陷等微观结构特征和表面化学性质的重要因素。当炭化温度为800℃时,煤沥青基微晶炭CTP-800具有较为有序的石墨微晶片层和丰富的纳米孔道、结构缺陷等无定形炭,且两者有机结合,相互镶嵌,构筑成三维网络结构,同时炭基体表面含有适量氧/氮官能团。该微晶炭用作锂离子电池负极材料时具有优异的储锂特性,在50mA/g电流密度下可逆容量可达305mA·h/g,1000mA/g大电流密度下仍可维持在174mA·h/g,经100次循环后可逆容量保持率超过99.0%,显示出良好的倍率性能和优异的循环稳定性,是一种较为理想的锂离子电池负极材料。煤沥青基微晶炭 CTP-800优异的储锂特性与其炭基体中含有石墨微晶片层与纳米孔道、结构缺陷等无定形炭和炭表面富含氧/氮官能团等因素密切相关。

    基于双硫键和氢键协效的高性能自修复聚氨酯脲的研制
    王玉龙, 胡国胜, 张静婷, 白静静, 吕秦牛, 李振中
    化工进展. 2021, 40(1):  324-331.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-0512
    摘要 ( 442 )   HTML ( 5 )   PDF (2433KB) ( 345 )  
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    为解决自修复弹性体同时具有优异的力学性能和自修复性能的矛盾,首先将原料胱氨酸(CYS)进行甲酯化得到含双硫键的二胺扩链剂胱氨酸二甲酯(CDE),然后以聚四氢呋喃醚二醇(PTMG)为软段,异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)和CDE为硬段,固定摩尔比为1∶3∶2,采用两步法制备了自修复聚氨酯脲(SH-PUU)弹性体,并对SH-PUU进行了红外光谱测试、拉曼光谱测试、力学性能测试、自修复性能测试、划痕修复微观形貌观察、应力松弛和动态力学性能测试。实验结果表明:SH-PUU的软段和硬段的玻璃化转变温度分别为-38.5℃和77.6℃,微相分离程度较高,SH-PUU具有良好的力学性能,拉伸强度为13.6MPa,断裂伸长率达531.3%;同时SH-PUU具有高效的自修复能力,试样在经过80℃修复2h后,基于拉伸强度的自修复效率达到97.1%,SH-PUU的力学性能和自修复性能达到较好的平衡。SH-PUU的高自修复能力是由动态双硫键和氢键协效增强引起的,其通过加热方式的自修复机理为:SH-PUU中的动态双硫键在80℃发生可逆交换反应,SH-PUU中的氢键在低于100℃时会重新形成。

    微孔聚丙烯膜表面壳聚糖季铵盐的共价修饰及其抗菌性能
    郑细鸣, 范荣玉
    化工进展. 2021, 40(1):  332-338.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-0518
    摘要 ( 400 )   HTML ( 7 )   PDF (1904KB) ( 288 )  
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    为了赋予微孔聚丙烯膜(MPPM)抗菌能力,增强其抗污染性能,本文通过丙烯酸的光引发接枝聚合、壳聚糖与聚丙烯酸的酰胺化反应、壳聚糖胺基与2,3-环氧丙基三甲基氯化铵的开环加成,成功地在MPPM膜表面通过共价修饰技术构建了壳聚糖季铵盐修饰层。构建过程通过FTIR、XPS和荧光素二钠盐染色分析得到了证实。静态水接触角和吸水量实验结果表明,制得的修饰膜具有优异的表面润湿性和吸水性,吸水量可达11.23mg/cm2,为未修饰MPPM的1123倍。以大肠杆菌和金黄色葡萄球菌为代表,采用平板活菌计数法考察了修饰膜的抗菌性能和抗菌稳定性。研究结果表明,修饰膜具有良好的抗菌活性,对大肠杆菌的抗菌率可达98%,对金黄色葡萄球菌的抗菌率可达100%,且抗菌效果稳定,在水处理领域具有潜在的应用前景。

    壳聚糖胶囊材料的制备及其缓释性能
    刘其海, 谢婉婷, 贾振宇, 朱小花, 王荣辉
    化工进展. 2021, 40(1):  339-345.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-0568
    摘要 ( 464 )   HTML ( 10 )   PDF (2130KB) ( 188 )  
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    采用壳聚糖为基材、果胶为交联剂制备了薄膜材料,考察了卡拉胶和淀粉为添加剂对该薄膜材料力学性能的影响。结果显示,不加卡拉胶、淀粉的果胶-壳聚糖复合聚合物薄膜材料由于不溶于模拟胃液和模拟肠液,不适合单独作为缓释胶囊材料。当加入卡拉胶和淀粉后,不仅可进一步增加薄膜材料的柔韧性、凝胶性、透明度和力学性能,还增加其在模拟肠液和胃液中的溶解性。果胶-壳聚糖、卡拉胶、淀粉的质量比为2∶1∶1,得到的薄膜材料不仅具有良好的成型性和弹性,也具有适中的胃液和肠液溶解性。将该材料制备成胶囊,在模拟胃液和模拟肠液环境考察其破壁缓释效果,结果显示,胶囊在模拟胃液和肠液中的溶解是一个缓慢过程,浸泡6h后,胶囊药物的缓释率大致为93%。

    生物与医药化工
    多级孔金属有机骨架材料的合成及其在生物医药中的应用研究进展
    王晓晨
    化工进展. 2021, 40(1):  346-353.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-0549
    摘要 ( 459 )   HTML ( 18 )   PDF (3359KB) ( 492 )  
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    金属有机骨架(metal-organic frameworks,MOFs)是多孔材料领域的研究热点之一。MOFs具有高比表面积和孔道均一等特点,但微孔MOFs在大分子应用领域受到限制。本文介绍了延长配体法、模板剂法和聚合物法等多种制备多级孔MOFs的方法,合成后的多级孔MOFs兼具微孔、介孔和大孔,能够参与大分子反应,同时具有水热稳定性和化学稳定性,在催化、气体吸附分离、储能材料等诸多领域表现出优异性能。本文重点介绍了多级孔MOFs在生物医药领域的研究进展,结果表明多级孔MOFs是一种孔道可调节、可在特定条件下分解的生物相容性材料,用于固定化酶和负载医药分子均表现出良好性能。最后讨论了多级孔MOFs材料制备和应用目前存在的问题与挑战,展望了多级孔MOFs材料作为一类新型功能化多孔材料的应用前景。

    毕赤酵母分泌表达植物病毒蛋白制备自组装纳米催化剂提高催化性能
    杨坤, 卢晓雪, 杨林松, 赵庆欢, 朱劼
    化工进展. 2021, 40(1):  354-365.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-0558
    摘要 ( 331 )   HTML ( 2 )   PDF (4270KB) ( 345 )  
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    病毒样颗粒(VLPs)包裹纳米粒子的亚细胞结构仿生设计在催化领域潜力巨大。本文构建了一株基于毕赤酵母(Pichia pastoris)的基因工程菌,用于分泌表达重组豇豆褪绿斑驳病毒衣壳蛋白(CCMV CPs)。通过表达工艺的优化(诱导温度30℃、诱导时间96h、每24h添加终浓度体积分数1.0%的甲醇),可在发酵上清液中直接收获较高产量[(101.4±3.2)mg/L]和较高纯度(>90%)的衣壳蛋白。纯化后的CCMV CPs具有较强的体外自组装性能,能高效封装柠檬酸稳定的钌纳米颗粒(Ru-CA)(封装率约70%),制备具有核壳结构的复合纳米催化剂Ru@VLPs。与非负载型催化剂Ru-CA相比,该催化剂在硝基芳烃包括4-硝基苯酚(4-NP)和3-硝基苯磺酸钠(3-NBS)还原反应中显示出较高的催化活性,表观反应速率常数(k)分别达到约0.14min-1(4-NP还原反应)和0.16min-1(3-NBS还原反应)。经计算,它催化的4-NP还原反应活化能为32kJ/mol,略低于Ru-CA(39kJ/mol)。Ru@VLPs较高的催化性能可归因于CCMV CPs封装Ru-CA后其分散性和稳定性的提高,以及Ru纳米颗粒与衣壳蛋白功能基团(如氨基,—NH2)之间的协同作用。同时表明,Ru@VLPs亦具有较好的回收再利用性能。

    精细化工
    水性聚氨酯表面施胶剂的制备、改性及应用研究进展
    李丹丹, 谈继淮, 胡丁根, 陈建斌, 刘祝兰, 曹云峰
    化工进展. 2021, 40(1):  366-377.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-0471
    摘要 ( 492 )   HTML ( 17 )   PDF (2310KB) ( 609 )  
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    水性聚氨酯(WPU)表面施胶剂具有柔韧性能好、附着力强、结构及性能可控、绿色环保等优点,但其自身交联密度较低,耐水、耐热以及机械强度等性能较差,需进行化学改性才能满足造纸工业应用要求。本文详细综述了WPU表面施胶剂近年来的主要改性方法,包括丙烯酸酯改性、有机硅改性、环氧树脂改性和蓖麻油改性等,并对改性前后WPU表面施胶剂的性能变化进行了分析、评述,为新型WPU表面施胶剂的研究开发提供理论依据。文章重点介绍了多功能WPU表面施胶剂,此类施胶剂在改善纸张表面性能的同时,还赋予了纸张抗紫外、抗菌、荧光增白等特定功能,具有一剂多效的特点。通过对WPU表面施胶剂发展规律的总结,指出绿色环保、低能耗、多功能化是WPU表面施胶剂在造纸工业未来研究的重点。

    水溶性聚磷酸铵的制备及应用研究进展
    许德军, 钟本和, 张志业, 许德华, 王辛龙
    化工进展. 2021, 40(1):  378-385.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-0506
    摘要 ( 578 )   HTML ( 25 )   PDF (1161KB) ( 302 )  
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    水溶性聚磷酸铵(APP)是一种含氮、磷的新型肥料,具有溶解性好、兼容性强、结晶温度低、螯合性能好等优点,施用于土壤中能有效提高土壤中有效磷的含量,减少土壤对磷的固定,提高磷的利用率。本文介绍了国内外生产水溶性APP的主流工艺,即磷酸氨化法与磷铵尿素法,指出了这两种方法的优缺点:磷酸氨化法工艺简单、产品品质好但对磷酸品质要求高,生产成本高;而磷铵尿素法则工艺简单、生产能力大、成本低,但间歇反应易导致产品的批次差异,品质不稳定。还提出了磷酸铵-尿素连续法,此法具有连续生产、产品品质可控等优点。同时,综述了水溶性APP在盆栽实验及田间实验上的研究进展,水溶性APP在农业上具有广阔的应用前景。最后对水溶性APP的制备及应用做出了展望。

    淘洗六水氯化铝过程中晶体沉降速度与纯化规律分析
    梁高峰, 陈学青, 王德武, 张少峰, 刘燕, 张继军
    化工进展. 2021, 40(1):  386-393.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-0524
    摘要 ( 280 )   HTML ( 5 )   PDF (1756KB) ( 151 )  
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    针对粉煤灰酸法制氧化铝工艺中六水氯化铝结晶纯度难以控制、需进一步纯化的问题建立液固淘洗过程模拟实验,考察了液相密度、黏度、颗粒粒度及体积分数对颗粒沉降速度的影响,并用液体对颗粒的抵抗阻力对其修正,建立了关于沉降速度的计算模型,相对误差小于10%,能够较好地预测该体系下颗粒的沉降速度。按照淘洗过程模拟实验条件及对应的颗粒沉降速度设计静态实验,考察了钠、钙、镁和钾4种杂质离子随淘洗时间的变化规律,得到较优淘洗时间为60s。实验结果表明,杂质离子脱除率依次为Na+>Ca2+>Mg2+>K+,且最高脱除率均可达80%以上,杂质离子脱除率随着液固比的增大而提高,与沉降速度计算模型趋势一致,研究结果可为淘洗工艺的设计计算和优化提供参考。

    苯甲醇液相氧化合成苯甲醛的连续流工艺
    刘建武, 严生虎, 张跃, 沈介发
    化工进展. 2021, 40(1):  394-400.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-0544
    摘要 ( 597 )   HTML ( 9 )   PDF (1315KB) ( 457 )  
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    在液相条件下以苯甲醇为原料,次氯酸钠溶液为氧化剂,2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧自由基(TEMPO)为氧化催化剂,在连续流微通道反应器中液相氧化合成苯甲醛。考察了苯甲醇与次氯酸钠溶液的物质的量配比、催化剂用量、反应温度、溶剂以及停留时间对苯甲醛合成的影响,并进行了工艺优化。结果表明:当次氯酸钠与苯甲醇的物质的量比为1.25∶1、苯甲醇与TEMPO的物质的量比为1∶0.01、苯甲醇与DMF的体积比为1∶10、 pH=8、反应温度为0℃、停留时间为10min时,苯甲醛的收率可达95.1%。

    资源与环境化工
    相变吸收酸性气体的发展现状
    赵文波, 李广振, 许胜超, 李雪霏, 王志友
    化工进展. 2021, 40(1):  401-414.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-0129
    摘要 ( 446 )   HTML ( 13 )   PDF (1902KB) ( 712 )  
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    酸性气体,如CO2、SO2和H2S的过量排放已经造成温室效应或酸雨等一系列环境危害。传统的溶剂吸收法由于技术成熟、成本低廉而得到了广泛应用,但它依然存在吸收剂再生能耗高、产物附加值低的缺点。近年来,一种新的吸收方式,相变吸收(即均相体系在吸收酸性气体后分为两相,酸性气体主要富集于其中一相),引起了人们的广泛关注。该法在吸收剂再生时只需要对其中的富相进行处理,从而减少了处理量,降低了解吸能耗,且富相中的酸性气体作为一种已经被改性的原料可以直接用于合成含硫或含碳化学品,从根本上避免再生过程。本文阐述了相变吸收的研究现状,依次对CO2、SO2以及H2S体系作了详细的介绍。将相变吸收分为液-液相变、液-固相变两类,介绍了两种相变吸收的研究进展,并分析比较了它们优缺点。在实际使用中,不同领域应综合考虑。目前,相变吸收实现了吸收剂对SO2气体的质量吸收量为1.56g SO2 /g DMEA,对H2S的为0.205g H2S/ g DBN,对CO2的摩尔吸收量为1.87mol CO2/mol (TETA/PEG200),与其他方法相比,相变吸收的吸收量非常高。这些结果表明相变吸收是一种极具潜力的酸性气体捕集方式。

    MOF及其复合材料吸附去除VOCs应用研究进展
    李孟, 李炜, 张帅, 李雨薇, 刘芳, 赵朝成, 王永强
    化工进展. 2021, 40(1):  415-426.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-0387
    摘要 ( 957 )   HTML ( 33 )   PDF (3806KB) ( 1247 )  
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    金属有机骨架材料(MOF)是一种高比表面积、活性位点丰富、易化学修饰的新型多孔材料,但较差的水稳定性限制其在吸附挥发性有机化合物(VOCs)领域的应用,因此如何提高和巩固MOF的吸附性能已成为研究的热点。本文从单体MOF的合成、MOF复合材料的制备、吸附机理和吸附影响因素等方面综述了MOF及其复合材料吸附去除VOCs的研究进展。针对目前MOF材料在吸附VOCs方面的不足提出研究建议,展望其在VOCs吸附领域的发展方向为制备富含微-介孔结构和活性位点、水热稳定性强、抗水蒸气竞争吸附好和循环利用率高的新型高稳定性材料,以及开发新型MOF材料合成方法。

    废弃物衍生分级多孔炭的制备及吸附应用进展
    杨宇轩, 朱晨曦, 黄群星
    化工进展. 2021, 40(1):  427-439.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-0439
    摘要 ( 519 )   HTML ( 31 )   PDF (3196KB) ( 474 )  
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    分级多孔炭因其高比表面积、大孔容及分级孔结构,目前广泛应用于超级电容器、锂离子电池、催化及吸附等领域。废弃物在热解气化过程中残留的碳基材料则是制备分级多孔炭很好的前体。本文根据废弃物来源及自身特性间的差异,对生物质和非生物质废弃物作为原料制备的分级多孔炭的特性及应用进行了综述及总结。并对不同制备方法的优劣及适用对象进行了比较。对分级多孔炭在挥发性有机物(VOCs)吸附、CO2吸附捕集、染料吸附、抗生素以及酚类物质的吸附过程进行分析,总结出废弃物基多孔炭在孔径结构及表面杂原子掺杂情况下的优势能够增强这几类物质的吸附效果。结合已有文献,对废弃物基分级多孔炭的制备、孔径设计及表面官能团设计提出展望。

    有机废弃物厌氧共发酵制氢研究进展
    陈宏, 吴军, 陈晨, 涂智, 禹丽娥, 杨恩喆, 杨敏, 肖本益
    化工进展. 2021, 40(1):  440-450.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-0450
    摘要 ( 422 )   HTML ( 16 )   PDF (1202KB) ( 587 )  
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    化石燃料的消耗和有机废弃物的大量排放带来了严重的环境问题,而利用有机废弃物进行厌氧发酵制氢是可持续且环境友好的。为了克服单一底物厌氧发酵制氢存在的因营养元素不均衡、毒性抑制和微生物种类较少等导致氢气产率较低的局限性,不同类型的底物厌氧共发酵制氢技术得以开发,然而现阶段仍然存在过程机理不清楚和关键工艺参数不明确等问题。本文综述了有机废弃物厌氧共发酵制氢的必要性、优点及主要影响因素,归纳了不同有机废弃物混合比、有机负荷、发酵温度、水力停留时间、初始pH以及固液比、搅拌方式和反应器类型等关键工艺参数特征及其范围,分析比较了不同有机废弃物厌氧共发酵体系的氢气浓度及产率、发酵液pH、氨氮和挥发性脂肪酸及其组成等工艺特性,总结了产氢功能菌群及其产氢特性及不稳定系统特征微生物。随后指出了目前研究存在的一些不足,并对其在底物利用范围及其预处理、过程机理、技术完善及其综合评估等方面的研究与应用前景进行了展望,为有机废弃物厌氧共发酵制氢技术的研发与应用提供依据。

    含油废水处理工艺研究进展及展望
    王长青, 张西华, 宁朋歌, 苑文仪, 白建峰, 王景伟
    化工进展. 2021, 40(1):  451-462.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-0452
    摘要 ( 644 )   HTML ( 41 )   PDF (1677KB) ( 1110 )  
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    许多工业过程中产生含油废水,如石油提炼、石化、食品、皮革和金属加工等,一直是工业污染防控的重点和难点。随着工业生产技术的不断发展,含油废水中特征污染物种类和排放量亦持续增加,对工业废水中油分的深度处理及回收提出了挑战。由于含油废水中有机物种类繁多、环境各异、内部反应复杂,不仅影响多级工艺的生产效率,而且存在一定的环境风险。因此,工业含油废水的高效深度处理及回收是工业污染防控的必然要求,对工业生产的可持续发展具有重要的推动作用。鉴于此,本文在系统解析工业含油废水特点的基础上,分别从单独工艺和组合工艺的视角综述了近年来国内外处理乳化油和溶解油的最新研究进展,重点分析了基于树脂吸附除油技术的原理特性、除油潜力、应用效益及其相较于其他除油技术的优势,最后对树脂除油技术的发展前景进行展望。

    金属有机框架材料吸附VOCs影响因素研究进展
    杨建成, 王诗宁, 杨硕, 杨明涛, 沈伯雄, 张笑
    化工进展. 2021, 40(1):  463-476.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-0474
    摘要 ( 526 )   HTML ( 22 )   PDF (3081KB) ( 606 )  
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    挥发性有机化合物(VOCs)对环境和人体健康均具有严重危害,而吸附法作为有效的VOCs脱除技术已得到广泛应用。在众多吸附剂中,金属有机框架材料(MOFs)以其极大的比表面积、可调节的孔径和可修饰性等优势,在VOCs脱除领域展示出良好的应用前景。本文首先介绍了在吸附过程中涉及到的吸附机理,从影响因素角度回顾了近年MOFs在VOCs吸附方面的研究进展。按照吸附质与吸附剂的几何结构、改性官能团、MOFs的金属位点、酸碱、水和碳材料复合等多个方面剖析了吸附过程中的影响因素,并将其分为内部影响因素和外部影响因素两大部分。针对影响因素归纳了提高吸附量的主要方法,并对MOFs吸附VOCs的吸附量进行了汇总。最后总结并展望了未来应用MOFs吸附VOCs的研究发展方向,期望为深入研究VOCs脱除技术提供有价值的参考。

    用于铀酰离子检测的光化学分析传感器研究新进展
    郦瑜杰, 张迪, 刘陈, 王志梅, 廖力夫, 肖锡林
    化工进展. 2021, 40(1):  477-486.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-0508
    摘要 ( 437 )   HTML ( 12 )   PDF (1585KB) ( 346 )  
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    随着全球变暖和能源问题的出现,对于核能这种清洁能源的开发和应用越发深入和广泛。铀作为一种核原料非常宝贵,然而以铀为主的核废料因其高放射性和生物毒性对人类的生命健康产生了威胁,因此如何实现对其痕量检测成为了人们关注的焦点。光化学传感器由于分析迅速、灵敏度高,能够及时检测排查铀等放射性元素。因此,研发拥有高选择性、高灵敏度和可重复使用的铀酰光化学检测传感器就显得尤为重要。本文主要阐述了近年来基于光化学技术的铀酰检测传感器的前沿进展,其中光化学技术主要包括紫外可见分光光度法(UV-vis)、荧光(fluorescence)分光光度法、表面增强拉曼散射法(SERS)等,并讨论了其各自检测特性,分析了优势与不足之处,初步探讨了光化学传感技术测铀的发展趋势及方向,为进一步设计铀酰光化学检测传感器提供了参考。

    机械化学法降解氯代有机污染物的研究进展
    张振国, 刘希涛, 赖玲, 冯秀娟
    化工进展. 2021, 40(1):  487-504.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-0538
    摘要 ( 319 )   HTML ( 11 )   PDF (1939KB) ( 679 )  
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    机械化学法作为一种非焚烧处理技术,具有反应条件温和、操作简单、高效清洁和适用范围广等特点,近年来受到广泛关注,尤其是在对氯代有机污染物的削减中表现出显著的优势。本文综述了机械化学法在降解氯代有机污染物领域的研究进展,介绍了机械化学法的发展及其特性,归纳总结了常用于球磨体系中的单一添加剂和组合添加剂的种类,探究了球磨装置及运行参数对氯代有机污染物降解的影响;重点阐述了添加剂的作用方式和几种典型的氯代有机污染物的机械化学降解路径,其中包括六氯苯、多氯联苯、五氯酚、滴滴涕、得克隆和多氯萘。最后,针对当前机械化学法降解氯代有机污染物的研究现状,简述了有待解决的问题并展望了未来的发展方向,以期推进机械化学法降解理论的深入研究和技术的广泛应用。

    煤化工废水中酚类物质、氨氮的处理方法研究进展
    刘兴社, 刘永军, 刘喆, 李鹏飞, 刘磐
    化工进展. 2021, 40(1):  505-514.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-0548
    摘要 ( 375 )   HTML ( 16 )   PDF (934KB) ( 585 )  
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    煤化工废水是一种典型的有毒、难降解性工业废水。经预处理后的废水中仍含有大量的有毒有害物质,其中氨氮、酚类物质是典型的代表,氨氮含量在200mg/L左右,酚类物质含量占COD值的40%以上,浓度高达1000mg/L。如果对这些高毒性的物质不加处理或处理深度不够,则对环境和生命都会造成极大的危害。因此,酚类物质、氨氮的有效处理是实现煤化工废水无害化处理以及绿色可持续发展的关键。本综述主要从酚类物质处理技术与工艺、氨氮处理技术与工艺两个方面梳理了国内外煤化工废水中酚类物质、氨氮的处理现状,也全面分析了各种技术与工艺的优缺点。使该领域的研究人员以更加科学的方法了解煤化工废水中酚类物质、氨氮处理技术与工艺的研究现状和发展趋势。最后,探讨了未来煤化工废水中酚类物质、氨氮处理的发展前景。

    废旧轮胎热解及热解产物研究展望
    蒋智慧, 刘洋, 宋永猛, 邓泽宇, 张天昊, 付洁, 敖文雅, 代建军
    化工进展. 2021, 40(1):  515-525.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-0559
    摘要 ( 522 )   HTML ( 26 )   PDF (1385KB) ( 1187 )  
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    热解作为废旧轮胎处置的重要技术手段,可以有效实现其减量化、无害化和资源化利用。本文综述了废旧轮胎热解的影响因素以及热解产物的研究进展,对废旧轮胎热解的经济、环境和社会效益进行了说明,指出当前工业化热解废旧轮胎存在的问题,并展望了未来节能环保式热解工艺的应用前景。结合现有的工业化热解设备,优化工艺条件和反应器结构型式,进一步分析了热解产物即热解气、热解油及热解炭的成分结构与应用,通过对热解产物改性活化与提质处理,创造更大的经济效益。提出应基于环境法规要求和绿色发展理念,糅合多种处理技术,研制适合废旧轮胎热解的工艺装备,开发集收集/预处理/热解/产物回收与提质于一体的废旧轮胎处置技术,实现废旧轮胎高效清洁转化和高值利用。

    CO2辅助好氧菌煤炭脱硫工艺的实验
    王瑞, 刘自勇, 王琪, 彭翠娜, 陈中合, 李福利, 王晓龙, 杨成
    化工进展. 2021, 40(1):  526-533.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-0416
    摘要 ( 247 )   HTML ( 8 )   PDF (1976KB) ( 237 )  
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    生物脱硫技术具有环境和过程友好等特点,在煤炭脱硫领域具有重要的应用开发前景。本文主要研究了嗜酸氧化亚铁硫杆菌(Acidithiobacillus ferrooxidans)和嗜酸氧化硫硫杆菌(Acidithiobacillus thiooxidans)混合菌群对高硫煤生物的脱硫工艺,分别考察了空气氧化环境、CO2辅助气氛下的脱硫效果。实验结果表明,A. ferrooxidansA. thiooxidans混合菌群在空气氧化环境下具有良好的脱硫能力,两种嗜酸好氧菌表现出一定的协同作用,无机硫脱除率可达70%;而CO2辅助能够显著提高有氧条件下菌群的脱硫效率,无机硫脱除率可达90%以上。通过扫描电镜(SEM)、红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱技术(XPS)等表征手段对脱硫后的煤炭结构变化和发酵脱硫机制进行研究,引入的CO2一方面为两种好氧菌在发酵条件下提供碳源,促使菌群快速生长增殖;另一方面部分CO2溶于水使发酵溶液中碳酸根离子浓度发生改变,实现降低发酵脱硫产物黄钾铁矾在煤粒表面的沉积密度,促进生物脱硫过程的进行。

    碱预处理耦合零价铁强化含油污泥厌氧消化
    王亭亭, 赵智强, 张耀斌
    化工进展. 2021, 40(1):  534-541.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-0434
    摘要 ( 280 )   HTML ( 10 )   PDF (2940KB) ( 221 )  
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    含油污泥通常含较多的生物难降解性有机化合物,且污泥黏度大,乳化程度高,导致其厌氧消化潜力较低。污泥细胞破壁较慢,是污泥厌氧消化的限速步骤。本研究通过对含油污泥进行碱预处理,实现了污泥细胞破壁,并检测到胞内有机物质大量溶出,进而加快污泥水解为溶解态的小分子有机物,提高厌氧消化效率。另一方面,为了解决由预处理产生过量有机酸(如丙酸等)积累破坏厌氧系统内pH平衡的问题,本研究通过投加零价铁,促进丙酸等小分子向乙酸的转化,促进产甲烷,并最终使厌氧系统内pH保持平衡。研究结果表明:含油污泥经过碱预处理甲烷产量提高91.7%,同时污泥减量率提高了8%。碱预处理耦合零价铁粉,使得甲烷产量提高了105.4%,污泥减量率提高13%。进一步优化碱预处理pH条件,结果表明碱处理的最佳pH为9。

    FCC废催化剂金属形态特征及其生态风险评价
    王曰杰, 李玲玲
    化工进展. 2021, 40(1):  542-549.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-0451
    摘要 ( 307 )   HTML ( 2 )   PDF (799KB) ( 180 )  
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    旨在评价不同炼化装置FCC废催化剂的金属含量、赋存形态特征及生态风险。本文采集了5种不同炼化厂的FCC废催化剂,分别测定了每种废催化剂Fe、Al、Ni、V、Sb和Co等6种金属的总含量和4种赋存形态含量,采用风险评价编码指数(RAC)、原生相与次生相比值(RSP)及结合强度系数(IR)评价了5种FCC废催化剂各类金属的潜在生态风险。结果表明,不同废催化剂样品间的金属总含量差别较大,受试样品中金属总含量均未达到《危险废物鉴别标准》的限值,且除部分废催化剂的金属V和Sb外,其他金属含量指标均可达到二类建设用地的土壤环境质量标准;5种FCC废催化剂中各类金属的4种赋存形态中,可还原态在金属V中的占比最高,其他金属均以残渣态为主要成分;5种FCC废催化剂中金属V的RSP值较高,IR值较低,具有较高的潜在生态风险,其他5种金属的潜在生态风险低。

    硫掺杂石墨烯电催化降解有机染料甲基橙
    陈思, 胡腾飞, 于永波, 王冰鑫, 洪俊明, 张倩
    化工进展. 2021, 40(1):  550-558.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-0545
    摘要 ( 387 )   HTML ( 13 )   PDF (2222KB) ( 186 )  
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    电极作为影响污染物电催化氧化效率与路径的最主要因素,是电催化效率提升的重要突破口。本研究以氧化石墨烯(GO)为碳源,以二苯二硫醚作为硫源,合成硫掺杂石墨烯(SGN)电极,用于电催化降解甲基橙染料。利用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、红外光谱、拉曼光谱、X射线光电子能谱等对材料进行表征。考察电解质、外加电流、初始pH等因素对降解过程的影响。研究结果表明,硫掺杂能有效提升石墨烯材料的电催化性能。在初始pH=3、甲基橙浓度为10mg/L、电解质为NaCl、外加电流为30mA且实验温度为20℃的最佳条件下,反应35min可以达到98.39%的甲基橙降解率。材料性能稳定,可重复使用,在降解有机污染物方面具有良好的应用前景。

    2020年度国家自然科学基金委员会“化学工程与工业化学”科学基金项目申请和评审工作综述
    朱旺喜, 杨晓伟, 赵志坚
    化工进展. 2021, 40(1):  559-564.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-2559
    摘要 ( 667 )   HTML ( 26 )   PDF (615KB) ( 898 )  
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    分类总结了2020年度国家自然科学基金委员会“化学工程与工业化学”科学基金面上、青年和地区三大类及杰青、优青、重点、联合基金、重大项目和重大研究计划等项目的受理和评审情况,以及各申请代码、各依托单位申请和获批情况。以详实的数据进行分析,说明各类项目评审进展顺利,圆满完成了各项任务。文章最后展望了2021年度基金资助和项目申请注意事项,以期为科研工作者提供参考。

    信息交流
    《化工进展》全新推出“观点(Perspective)”栏目
    化工进展. 2021, 40(1):  0-0. 
    摘要 ( 0 )   PDF (128KB) ( 76 )  
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