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本期目录
2021年 第40卷 第8期 刊出日期:2021-08-05
    本期封面、中英文目次表、版权页
    化工进展. 2021, 40(8):  0. 
    摘要 ( 108 )   PDF (3919KB) ( 138 )  
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    化工进展. 2021, 40(8):  1. 
    摘要 ( 74 )   PDF (438277KB) ( 128 )  
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    特约评述
    基于二维纳米材料的水处理功能膜研究进展
    李胄彦, 戴若彬, 李洋, 王雪野, 王志伟
    化工进展. 2021, 40(8):  4117-4126.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-1938
    摘要 ( 401 )   HTML ( 36 )   PDF (1363KB) ( 338 )  
    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    二维纳米材料是制备膜材料中一类重要的掺杂材料或膜构筑单元,也是新型水处理功能膜的研究热点。已有许多研究报道了二维纳米材料通过有序的堆叠和自组装在膜内构建出规整的水通道,可以赋予膜可调控的分离性能,进而实现trade-off效应的突破,被认为是“下一代膜材料”(next-generation membranes)。同时,二维纳米材料的独特片层结构、催化性能及可修饰性可使膜材料获得新的功能,如导电性能、光/电催化性能等。本文综述了近年来基于二维纳米材料的水处理功能膜研究进展,重点介绍了共混法、自组装等制备方法,并总结了此类功能膜在抗污染、膜通量恢复、强化污染物去除、调控盐截留及污染物监测领域的应用。最后对基于二维纳米材料的水处理功能膜发展方向,如限域催化、调控盐分离、监测传感等新兴领域进行了分析和展望。

    化工过程与装备
    超临界二氧化碳化学反应研究进展
    王军良, 杨丽丽, 林春绵, 潘志彦
    化工进展. 2021, 40(8):  4127-4134.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-1784
    摘要 ( 350 )   HTML ( 29 )   PDF (563KB) ( 409 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    二氧化碳(CO2)资源化技术是减少碳排放、实现碳中和的有效手段。如何将CO2变废为宝,实现其高效利用是国内外研究者关注的热点。超临界CO2作为常用的超临界流体之一,既可作为安全环保的反应介质,也可作为反应物参与化学反应合成产品,具有良好的应用前景。本文介绍了超临界CO2的性质和特点,着重评述了近年来超临界CO2作为反应物在加氢反应、Kolbe-Schmitt反应、碳酸化反应和作为反应介质在催化加氢反应、羰基化反应及酶催化反应方面的研究进展,提出了今后应开发更为高效的催化剂以进一步改善CO2反应转化率和化学利用率等建议。

    高开启压力条件下粉尘爆炸泄压火焰特性
    程方明, 南凡, 王家祎, 吕晓安, 葛天娇, 齐柯
    化工进展. 2021, 40(8):  4135-4143.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-1995
    摘要 ( 148 )   HTML ( 2 )   PDF (3421KB) ( 221 )  
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    为得到高开启压力条件下粉尘泄爆过程中火焰传播特性,采用20L球形爆炸装置,在开启压力为(0.78~2.1)×105Pa的条件下对粉尘浓度为400~900g/m3的玉米粉尘开展爆炸泄放试验研究。结果表明:火焰泄放过程分为点火与破膜、欠膨胀射流火焰、湍流射流火焰、湍流燃烧火焰、火焰回燃5个阶段,最大火焰宽度出现在火焰泄放过程的第2阶段,最大火焰长度出现在火焰泄放过程的第3阶段;不同开启压力下,泄爆火焰长度和火焰传播速度随时间先增大后减小;泄放火焰最大宽度变化范围为0.146~0.269m,泄放火焰的最大长度变化范围为0.41~0.666m。通过预测计算得出泄放火焰可能出现的最大范围为Smax1=0.179m2,采用MATLAB软件定量计算求得的泄放火焰可能出现的最大范围的横截面积为Smax2=0.122m2,定量计算得到的Smax2达到预测值Smax1的68%。

    塔式化学链燃烧反应器系统的气固流动特性
    朱晓, 沈来宏, 沈天绪, 闫景春
    化工进展. 2021, 40(8):  4144-4151.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-2030
    摘要 ( 227 )   HTML ( 10 )   PDF (1196KB) ( 239 )  
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    目前,化学链燃烧技术主要局限于不充分的燃料转化和低效的碳捕集率。为了解决这一问题,本文提出了一种基于多腔室塔式鼓泡床的化学链燃烧反应器系统。该系统由塔式燃料反应器、空气反应器、旋风分离器、返料器、提升管和下降管组成循环回路。采用压力测量和气体检测的方法,基于冷态模型研究在不同风量下该系统内的压力分布、气固分布、固体循环量以及窜气规律等气固流动特性。结果表明:返料器可以弥补两个反应器间存在的压差,保持系统内的压力平衡;燃料反应器内流化数应控制在3.5~4.0之间,在保证反应器内气固均匀分布的同时,减弱隔板处的压力损失;固体循环量与提升管内压降成正比,最高可达0.013kg/s,主要影响因素为反应器内流化数;返料器至反应器的窜气率为4%~8%,而两个反应器间几乎没有气体窜混,这为热态反应器的设计与运行提供了良好的实验基础。

    开孔金属泡沫内气液两相流动的可视化
    吴浩, 索梦善, 陶星晓, 车志钊, 孙凯, 陈锐, 王天友
    化工进展. 2021, 40(8):  4152-4164.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-1893
    摘要 ( 215 )   HTML ( 10 )   PDF (18566KB) ( 155 )  
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    开孔金属泡沫内流动特性的研究多局限于局部流动特性的分析,大尺寸(100cm2以上)金属泡沫内气液两相宏观流动特性的研究目前较为缺乏。为了深入认识金属泡沫内气液两相流动特性,本文通过光学可视化手段,对金属泡沫多孔介质薄层内的气/液驱替、液/气驱替两相流动过程进行研究,分析了入侵流体的流速及金属泡沫的孔径对泡沫薄层内两相流动的影响。结果表明:在气/液驱替流动方面,随着空气流速的增大,气液两相的界面形态由毛细指状结构过渡到黏性指状结构,随着泡沫孔径的减小,部分排水现象愈加显著;在液/气驱替流动方面,气液界面较为规则,近似呈锥形,且流速越大,界面锥角越大、长度越小,试验中仅在最小孔径的金属泡沫中捕捉到明显的部分驱替现象,并且随着水流速的减小愈加显著。

    气流床煤气化的Aspen Plus建模:平衡模型和动力学模型
    郑志行, 张家元, 李谦, 周浩宇
    化工进展. 2021, 40(8):  4165-4172.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-1764
    摘要 ( 328 )   HTML ( 12 )   PDF (800KB) ( 211 )  
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    基于Aspen Plus软件建立了GE气流床煤气化的平衡模型和动力学模型,计算了气化的煤气组成和碳转化率。模型分为热解、气化和气液分离三个阶段。其中,气化阶段又分为初步气化和气化重整,从而获得气化产物在恒定温度下的分布。平衡模型的气化阶段使用了吉布斯反应器RGIBBS,基于吉布斯自由能最小化原理对体系内的气化产物进行计算;动力学模型的气化阶段使用了全混流反应器RCSTR,基于煤气化反应的动力学机理对体系内的气化产物进行计算。模拟值与GE气化炉的实际工程数据进行了对比,结果表明,平衡模型可在一定程度上反映气化结果的变化趋势,但预测结果的准确性有所欠缺,而基于气化反应机理建立的动力学模型能很好地预测GE气化炉的气化结果。对动力学模型中的全混流反应器进行反应时间设定,可以对GE气化炉生产提供一定的指导,结果表明:反应停留时间为3.5s时就可以达到很好的气化效果。温度是影响气化反应速率及产物分布的重要因素,利用煤气化的动力学模型模拟了气化温度对气体组成及碳转化率的影响,结果表明:随着气化温度的升高,CO含量逐渐增加,H2含量基本不变,CO2含量逐渐减小,碳转化率逐渐升高。

    一种基于特斯拉阀结构的微混合器设计、模拟及其试验研究
    翁祥宇, 严生虎, 张跃, 刘建武, 沈介发
    化工进展. 2021, 40(8):  4173-4178.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-1894
    摘要 ( 664 )   HTML ( 23 )   PDF (1005KB) ( 305 )  
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    微混合器是常见的用于流体混合的设备,由于特斯拉阀结构简单稳定,流动方式特殊,具有开发微混合器的潜质。本文通过数值模拟的方法,在特斯拉阀结构以及前期研究的基础上,改进并优化了一种特斯拉型的微混合器,利用流体力学软件(Fluent)研究了不同θ角度以及不同雷诺数下的混合程度,并对该结构的混合效果进行了流场分析以及试验验证。结果表明,该新型微混合器的最佳几何参数为θ=30°。两股流体在Re=52.5、混合长度为50mm时,混合程度η=0.9647,体系压降为330.45Pa。该微混合器的操作压降较低,相对于先前结构,混合性能更好,混合长度更短。

    三元混合纳米流体稳定性及热性能
    马明琰, 翟玉玲, 轩梓灏, 周树光, 李志祥
    化工进展. 2021, 40(8):  4179-4186.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-1858
    摘要 ( 237 )   HTML ( 1 )   PDF (1443KB) ( 91 )  
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    采用两步法制备体积分数为0.005%~1%的Al2O3-TiO2-Cu/水三元混合纳米流体,粒子体积比为40∶40∶20。为了提高其稳定性,添加少量的PVP(0.005%)表面活性剂,并用XRD、TEM、紫外分光光度计和沉淀观察法共同表征纳米流体的稳定特性。测量温度为20~60℃的黏度和热导率,并与相对应的单一纳米流体作对比。试验结果表明,三元混合纳米流体由于各种粒子的粒径和表面能不同,小粒径的Al2O3颗粒填充在大粒径TiO2和Cu颗粒形成的间隙里,可形成致密的固液界面层。三元混合纳米流体由于粒子的特殊排布,使其热导率明显高于相同体积分数下对应的单一纳米流体,黏度却无明显增大。当体积分数和温度分别为1%和60℃时,与Al2O3/水纳米流体对比,其热导率增大了5.5%,黏度下降了2.6%。热导率随温度和浓度的升高而升高;而黏度随浓度的升高而升高,随温度的升高而下降,这与单一纳米流体的性质一致。最后,基于试验数据,对热导率和黏度分别进行与温度的拟合,R2分别为0.9835和0.9820,能较精确地预测Al2O3-TiO2-Cu/水三元混合纳米流体的热导率和黏度。

    片状氧化铝的熔盐法制备关键参数
    张鹤, 邵国强, 史和邦, 吴昌梓, 吴昊, 陈敬波, 吕鹏鹏
    化工进展. 2021, 40(8):  4187-4195.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-1864
    摘要 ( 167 )   HTML ( 5 )   PDF (2659KB) ( 89 )  
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    高径厚比片状Al2O3在高端珠光颜料片状基材应用方面潜力巨大,但是其制备技术为国外所垄断,开发片状Al2O3商用生产技术迫在眉睫。熔盐法是制备片状Al2O3的理想方法,目前尚无系统研究熔盐法关键工艺参数对片状Al2O3影响规律的报道。本文通过片状Al2O3的形成机理,系统研究了TiO2添加剂、Na3P3O9添加剂、煅烧温度和熔盐用量4种关键工艺参数对制备片状Al2O3的影响规律,并进一步优化制备工艺,提出最优工艺参数。利用扫描电子显微镜和X射线衍射仪分析Al2O3的形貌、粒度和物相。结果表明:采用熔融盐(Na2SO4-K2SO4)添加NaCO3为凝胶剂,再加入质量分数分别为3.0%的Na3P3O9和2.0%的TiO2为添加剂,在煅烧温度为1200℃、保温时间5h时,所制得的六角片状Al2O3粉体具有优异的品质,其平均粒径约为4μm,厚度为50~200nm,径厚比为20~80。

    DMC-甲醇-水三元混合物的萃取精馏分离工艺
    王玉春, 张志浩, 高源, 李忠, 郑华艳
    化工进展. 2021, 40(8):  4196-4204.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-0097
    摘要 ( 408 )   HTML ( 18 )   PDF (1314KB) ( 254 )  
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    运用Aspen Plus软件回归文献数据校正了碳酸二甲酯(DMC)-水(H2O)混合物的UNIQUAC热力学模型参数,并以该模型为基础分析了水作为萃取剂萃取精馏分离DMC-甲醇(CH3OH)-水三元混合物的分离原理,结合混合组分的三角相图和物料组成设计了反向萃取精馏工艺,发现选用水为萃取剂可以利用DMC-水的部分互溶特性,通过三塔精馏即可分离DMC-甲醇-水三元混合物,沸点较高的DMC和少量水由塔顶馏出,而沸点较低的甲醇和大部分水由塔底采出,避免了DMC-甲醇二元共沸物的形成。同时,在相同分离要求下设计了变压精馏工艺,通过对两个精馏工艺参数模拟优化,发现萃取精馏工艺的总冷凝负荷和总加热负荷分别为888.7kW和898.2kW,其总能耗较变压精馏工艺节约了47.2%,萃取精馏工艺的年总费用(TAC)比变压精馏工艺下降了48.8%。

    能源加工与技术
    CH4在原油体系中溶解规律及影响机理
    李秉繁, 刘刚, 陈雷
    化工进展. 2021, 40(8):  4205-4222.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-1801
    摘要 ( 176 )   HTML ( 8 )   PDF (8340KB) ( 113 )  
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    为了研究甲烷(CH4)在原油体系中的溶解过程,本文采用CH4溶解度测试和分子模拟相结合的方式,系统研究了不同温度、压力条件下CH4在原油体系中的溶解行为。以正庚烷为基础油,蜡、胶质、沥青质含量为影响因素,按照L16(43)正交表构建相应的原油体系,并构建胜利原油和南阳原油两种特定比例的原油体系,共18种原油体系。利用分子动力学方法模拟了CH4分子在不同原油体系中的溶解过程,并利用试验结果验证了模拟的可靠性。结果表明:在泡点压力范围内,随着溶气压力的增加,CH4溶解量逐渐增大,但其溶解位置可能发生变化;当溶气压力较低时,CH4分子较为分散地分布在原油体系中,随着CH4溶解量的增多,部分CH4分子会发生聚集;CH4在原油体系中的溶解为物理溶解过程,且CH4溶解过程中范德华力为主要的力学作用方式;原油体系自由体积分数越大,能够为CH4提供的溶解空间越大;原油大分子对CH4溶解量影响程度依次为:蜡<胶质<沥青质,且原油大分子未改变CH4溶解的力学作用方式,并通过力学模型揭示了相互作用能与原油体系体积变化量的线性关系,促进对CH4在原油体系中溶解的分子级理解。

    工业催化
    氯代硝基苯选择性加氢催化剂研究现状与进展
    王敏嘉, 周少东, 阮建成, 李嵘嵘, 陈新志
    化工进展. 2021, 40(8):  4223-4230.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-1880
    摘要 ( 182 )   HTML ( 10 )   PDF (1695KB) ( 115 )  
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    氯代苯胺(chloraniline,CAN)是重要的精细化学品中间体,应用广泛。氯代硝基苯(chloronitrobenzene,CNB)经催化加氢合成CAN的方法存在脱氯副反应,因此改进催化剂性能以提高该反应选择性受到广泛重视。本文从多相催化体系和均相催化体系分别总结了近年来此类催化剂的研究现状与进展。多相催化体系常用的改性方式包括调变金属相分散度、调变载体性质、添加金属助剂等。其中,通过调变金属相分散度得到的单原子催化剂,因其高原子利用率而呈现出优异的催化性能,但提高其稳定性仍是未来探索的方向。均相催化剂包括金属配合物催化剂、金属胶体催化剂等,常用的改性方式有添加金属离子/配合物等。均相催化剂反应效率高,但普遍制备过程繁琐、较难回收,仍有待优化。另外,本文还总结了反应介质对该加氢体系的影响。最后总结了催化剂改性方案的特点,对未来CNB选择性加氢催化剂的设计与应用提供了理论指导。

    2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧自由基在醇氧化研究中的应用
    郑鹏, 刘建国, 张琦
    化工进展. 2021, 40(8):  4231-4241.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-1941
    摘要 ( 164 )   HTML ( 4 )   PDF (1624KB) ( 102 )  
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    2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧自由基(TEMPO)作为有机小分子,形成的催化醇氧化反应体系相对传统醇氧化具有高效性、高选择性、反应条件温和等优点,可以解决传统醇氧化工艺中反应条件苛刻、成本高以及产生大量污染物的问题,是目前最具前景的醇氧化技术之一。本文综述了近年来关于TEMPO体系在催化醇氧化方面的相关研究进展,重点介绍了均相环境下过渡金属(铜、铁、钌等)参与和无过渡金属参与的TEMPO催化醇氧化,以及多相环境下的固载型TEMPO催化醇氧化,并根据催化反应效率、氧化成本、实际应用性等因素比较总结了均相催化和非均相催化两种类型催化氧化体系的优缺点。指出离子液体与TEMPO的耦合体系、廉价过渡金属掺杂的TEMPO体系和高稳定性碳基材料负载型TEMPO体系是该类型催化剂优化调控的目标与方向。

    原子层沉积构建高性能催化剂的研究进展
    高亚, 徐丹, 王树元, 朱地
    化工进展. 2021, 40(8):  4242-4252.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-1960
    摘要 ( 156 )   HTML ( 2 )   PDF (8666KB) ( 88 )  
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    催化剂在能源化工领域具有重要应用,精确设计及调控催化剂结构可有效改善催化剂的性能。原子层沉积(ALD)是基于饱和自限制的气-固界面反应技术,被认为是调控活性相的组成、尺寸及落位最有效的方式之一。本文综述了ALD技术在调控催化剂活性相结构、设计多功能型催化剂及提高催化剂稳定性等方面的研究进展。重点阐述了ALD技术在调控催化剂活性相颗粒尺寸和表界面结构、设计多功能核壳结构及多孔材料限制性催化剂等方面的应用。ALD设计及控制金属沉积的技术优势可实现对催化剂活性、产物选择性和稳定性的有效调控,但其在复杂结构载体的沉积机理方面仍未得到充分研究,是今后研究工作重点。此外,利用ALD技术设计结构清晰、功能多样的催化剂来进一步提高催化性能及认识其反应机理也是未来的研究方向。

    1,2-二氯乙烷在CoxTi1-x氧化物上的催化降解性能
    石怀启, 朱鹏飞, 吴帅妮, 李娜, 胡朝霞, 陈守文
    化工进展. 2021, 40(8):  4253-4258.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-1967
    摘要 ( 136 )   HTML ( 5 )   PDF (2943KB) ( 121 )  
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    随着工业和经济的快速发展,含氯挥发性有机化合物(CVOCs)排放量日益增多,对人体健康以及环境造成严重危害。催化燃烧法是治理CVOCs最有效和经济的方法之一。本文采用溶胶-凝胶法制备出了不同Ti掺杂量的CoxTi1-x复合氧化物,并对其物理化学性质进行了表征。研究了CoxTi1-x催化剂对1,2-二氯乙烷(1,2-DCE)的催化氧化性能。结果表明,当Ti掺杂量低于0.6时,CoxTi1-x复合氧化物呈现非晶相结构,形成无定形结构的Co-O-Ti固溶体。Ti元素的掺杂增加了CoxTi1-x复合氧化物的表面酸位点及吸附态氧含量。其中,Co0.8Ti0.2催化剂具有较大的比表面积、良好的氧化还原性能、丰富的表面吸附态氧及中强酸位点,对1,2-DCE表现出较高的催化氧化能力;在气时空速为20000mL/(g·h)、1,2-DCE浓度为4060mg/m3的条件下,其对1,2-DCE的转化率达90%时所需温度为318℃。此外,在380℃长时间运行时,Co0.8Ti0.2也显示出较好的稳定性。

    生物质/塑料共催化热解过程中HZSM-5失活分析
    张东红, 任夏瑾, 蔡红珍, 易维明, 柳善建, 林晓娜
    化工进展. 2021, 40(8):  4259-4267.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-1767
    摘要 ( 166 )   HTML ( 2 )   PDF (4022KB) ( 74 )  
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    利用管式炉热解装置进行HZSM-5在线共催化热解玉米秸秆/高密度聚乙烯过程中的循环和再生利用实验,对玉米秸秆进行酸洗预处理,考察原料酸洗预处理对HZSM-5催化性能的影响。采用GC-MS(气相色谱-质谱联用仪)对生物油的化学组成进行分析,并对反应前、反应后以及再生催化剂进行TG(热重分析)、ICP-MS(电感耦合等离子体发射光谱仪)、SEM/EDS(场发射扫描电镜)、BET、NH3-TPD(程序升温脱附技术)等表征分析。研究表明,HZSM-5催化玉米秸秆/高密度聚乙烯热解的主要产物为芳烃,随着催化剂重复利用次数的增加,芳烃含量逐渐降低,催化剂的比表面积、孔容、酸性等也随之降低,说明催化剂的活性逐渐降低;原料经酸洗预处理后有利于热解中间体的生成,加速了催化剂的结焦失活速率;催化热解酸洗玉米秸秆/高密度聚乙烯的催化剂经焙烧再生后其活性基本恢复至原有水平,而催化热解未处理玉米秸秆/高密度聚乙烯的催化剂再生后其活性有所降低,碱/碱土金属在HZSM-5催化剂上发生累积,从而引起酸性位点“中毒”失活,而原料经酸洗预处理后可有效降低催化剂上碱/碱土金属的累积量,有利于延长催化剂的使用寿命。

    Ag3PO4/AgI光催化剂的制备及降解2-氨基-4-乙酰氨基苯甲醚机理
    陈厚望, 刘宏, 张鹏, 杨留留, 陈猛
    化工进展. 2021, 40(8):  4268-4277.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-1789
    摘要 ( 134 )   HTML ( 0 )   PDF (2362KB) ( 75 )  
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    研究了Ag3PO4复合棒状AgI光催化剂的制备及降解2-氨基-4-乙酰氨基苯甲醚(AMA)的性能和机理,利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、紫外可见漫反射(UV-Vis)、光电子能谱(XPS)等方法对合成样品的物相组成和形貌结构进行了表征。通过可见光催化降解AMA来评价光催化剂的催化性能。实验结果显示,Ag3PO4/AgI复合光催化剂比Ag3PO4和AgI单体具有更强的光催化氧化与还原能力,其中以I和P的比例为1∶5时效果最佳,且在五次循环使用之后仍有较好的光催化活性。自由基捕获实验证明光催化过程中光生空穴(h+)是主要的活性物种。投加量为30mg、光照时间60min的条件下可将AMA几乎完全去除。本文研究结果为构筑新型可见光光催化剂提供了新视角,为促进光催化降解有机污染物提供了新途径。

    材料科学与技术
    碳纳米管水泥基复合材料压阻效应的多尺度研究进展
    秦煜, 唐元鑫, 阮鹏臻, 王威娜, 陈斌
    化工进展. 2021, 40(8):  4278-4289.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-1849
    摘要 ( 176 )   HTML ( 2 )   PDF (4508KB) ( 102 )  
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    碳纳米管水泥基复合材料具有多尺度的非均一性,其宏观尺度的性能是其各级低阶尺度本质的偶联映射,故而多尺度分析碳纳米管水泥基复合材料性能机理至关重要。本文从宏观、细观、微观和纳观四个尺度,综述了碳纳米管水泥基复合材料压阻效应的多尺度试验、机理和模型等方面的研究进展。总结了现有研究在骨料、孔隙结构、界面过渡区、外部环境因素以及理论模型等方面存在的局限或不足,并提出微纳观结构、理论模型等方面需进一步研究。

    选择性激光烧结用聚合物基材料制备研究进展
    冯东, 王博, 戚方伟, 胡天丁
    化工进展. 2021, 40(8):  4290-4304.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-1887
    摘要 ( 187 )   HTML ( 9 )   PDF (5923KB) ( 192 )  
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    选择性激光烧结(selective laser sintering, SLS)是一种重要的3D打印加工技术,可制备传统加工无法制备的任意复杂形状的制件,广泛应用于航空航天、国防装备、医疗器械以及汽车等高新技术领域。本文介绍了SLS技术的加工原理和优势,综述了SLS技术加工成形用材料种类及聚合物基粉体材料的制备方法,主要包括相分离法、机械粉碎法、溶液法和喷雾干燥法。重点对SLS技术制备聚合物基压电复合材料及制品的国内外研究现状进行总结。虽然SLS打印制造技术面临聚合物原料种类少、功能缺乏、粉体生产成本高以及难以批量制备等瓶颈问题,但经过不断地创新与发展,SLS打印技术将成为高性能多功能高分子复合材料及其大型复杂制件的极佳制造方法。

    天然多糖微球的制备及功能应用
    乔亮智, 杜开峰
    化工进展. 2021, 40(8):  4305-4313.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-2012
    摘要 ( 191 )   HTML ( 8 )   PDF (6767KB) ( 291 )  
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    多糖微球不仅具有生物相容、无毒性、可再生等优点,还可以通过改性或者与其他功能组分巧妙结合赋予其更加多样化的功能,结合本身独特的3D球型多孔结构,多糖微球可以作为微反应器、微分离器、微结构单元等,应用涉及人们生活的方方面面。本文综述了近年来多糖微球功能材料的研究进展,首先介绍了以滴定法和乳化法及其衍生方法制备粒径均一多糖微球的进展,然后着重介绍了多糖微球的功能化构建策略及其在吸附分离、催化剂载体、组织工程与药物释放、能源转化与储存四个领域的应用进展,最后讨论了多糖微球功能材料在面向以上应用过程中仍然需要解决的关键科学问题,包括粒径均一多糖微球的规模化制备和多糖孔结构的可控制备。为今后高性能多糖微球材料的研制及应用提供有价值的参考和指导。

    界面聚合在渗透汽化膜分离领域的应用进展
    刘娟, 陈宇昊, 叶海星, 孙海翔
    化工进展. 2021, 40(8):  4314-4326.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-2018
    摘要 ( 200 )   HTML ( 7 )   PDF (4560KB) ( 125 )  
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    蒸馏、萃取等传统分离方法能耗高,污染环境,而渗透汽化由于低能耗、高效、环保等优势,为共沸物、近沸点混合物的分离提供了新的思路,但渗透汽化膜制备过程中面临的最大问题是获得性能优异且稳定的膜材料。在众多制备方法中,界面聚合法具有反应活性高、常温下生成膜层稳定、制备活性层致密等特点而备受关注。通过对界面聚合过程的调控,可以优化活性层,从而制备出兼具高通量和高选择性的渗透汽化膜。本文综述了界面聚合的原理、在渗透汽化膜制备方面的优势和近年来国内外的研究进展,详细阐述了复合膜制备过程中底膜的选择与改性、界面聚合条件的调控对渗透汽化膜结构和分离性能的影响机制,并对界面聚合制备渗透汽化膜所面临的问题及前景进行了总结与展望。

    体相超疏水材料及其在大气污染控制领域的应用研究进展
    袁雨婷, 冯勇超, 易红宏, 唐晓龙, 于庆君, 张媛媛, 隗晶慧, 孟宪政
    化工进展. 2021, 40(8):  4327-4345.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-1848
    摘要 ( 184 )   HTML ( 2 )   PDF (10388KB) ( 74 )  
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    体相超疏水材料因其优异的疏水性能,可广泛应用于工业防锈、管道运输、光电材料、建筑材料、纺织等领域,成为目前功能材料的研究热点之一。本文首先针对体相超疏水材料的结构特性及制备方法进行了综述。其次,针对体相超疏水材料在对挥发性有机物(VOCs)、NOx和二氧化硫(SO2)的净化与检测、对二氧化碳(CO2)的捕集和还原等大气污染检测与控制领域的应用进展进行了概述。在此基础上,一方面对现有典型气体污染物控制技术的特点及其存在的问题以及体相超疏水材料与现有大气污染控制技术相结合所具备的优势进行了阐述;另一方面,对超疏水材料目前存在的耐久性差、制备过程复杂、制备原料昂贵且污染大等缺点,对体相超疏水材料的改进及应用提出了展望。

    多孔液体:合成与应用
    熊鑫坤, 宋华, 苑彬彬, 王园园, 张浩瀚, 陈彦广, 苑丹丹
    化工进展. 2021, 40(8):  4346-4359.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-1963
    摘要 ( 241 )   HTML ( 7 )   PDF (5314KB) ( 376 )  
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    多孔液体是一类具有永久孔隙的新兴液体材料,它将多孔材料优异的性能和液体的流动性结合在一起。具有永久空腔的造孔器(pore generator),可以完全由无机砌块单元、有机配体和无机节点的组合单元或有机砌块单元构成。本文根据造孔器的结构综述了使用无机纳米材料、金属有机框架和多孔笼合成多孔液体的最新研究进展。文章指出作为新的研究领域,多孔液体化学正处于起步阶段,虽然面临着诸多挑战,但应用潜力巨大。目前在气体吸附、异构体识别、多孔液体膜的合成等方面都有研究,有望在气体捕捉和分离、催化、膜材料制备等领域得到应用。

    共价有机骨架聚合物功能膜制备方法的研究进展
    刘祎, 汪明旺, 吕宏凌, 陈金庆
    化工进展. 2021, 40(8):  4360-4370.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-1830
    摘要 ( 320 )   HTML ( 7 )   PDF (1701KB) ( 338 )  
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    共价有机骨架聚合物(COFs)是由共价键连接,经热力学可逆聚合形成的有序多孔有机晶态材料,具有比表面积大、孔分布规则可调和可拆剪等特性,其二维或三维COFs功能膜在气体分离、化学传感、催化、药物传输等方面具有广阔的发展前景。COFs膜材料的制备决定膜组成、微规整结构和性能,成为COFs膜功能应用的研究基础和技术关键。本文综述了COFs材料提出以来形成的共混法、原位聚合法、层层堆叠法和界面聚合等制备方法的研究现状,结合各方法优缺点,分析并提出COFs膜制备技术的关键方向和技术要点。为COFs功能膜分子设计、优化和功能化应用提供合理的制备方法,促进高性能COFs功能膜实用化制备方法的形成。

    基于铂、钯负载的MoS2纳米片构建生物传感器及应用
    周丽亚, 周栖桐, 赵聪俐, 姜艳军, 马丽, 贺莹
    化工进展. 2021, 40(8):  4371-4380.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-1901
    摘要 ( 150 )   HTML ( 2 )   PDF (4069KB) ( 91 )  
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    制备了Pt和Pd纳米颗粒修饰的单层MoS2纳米片(Pt-Pd/MoS2),通过扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和X射线光电子能谱(XPS)对Pt-Pd/MoS2外部形貌、内部结构和组成进行表征分析,并基于Pt-Pd/MoS2修饰玻碳电极,并于表面固定乙酰胆碱酯酶(AChE),制备AChE生物传感器。对比了Pt和Pd双金属纳米颗粒、商品化Pt/C及Pt-Pd/MoS2的电化学性能,结果发现,Pt-Pd/MoS2的电化学性能明显优于其他两种。测定电极表面酶催化反应的动力学参数Km为883μmol/L;以马拉硫磷和甲基对硫磷为代表,考察制备电极的检测性能以及制备电极对有机磷农药的检测性能,马拉硫磷的检测范围是1×10-14~1×10-5mol/L,检测限为4.69×10-14mol/L;甲基对硫磷的检测范围是1×10-15~1×10-5mol/L,检测限为5.23×10-15mol/L(S/N=3);并应用于真实样品检测OPs的回收率为91.4%~103%,显示出良好的回收率和准确性,可应用于实际样品的分析。Pt-Pd/MoS2为二维纳米材料构建高效生物传感器提供了新思路。

    板栗壳生物炭高性能对称性超级电容器电极材料的制备及性能
    王芳平, 马婧, 李小亚, 乔艳, 周凯玲
    化工进展. 2021, 40(8):  4381-4387.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-1994
    摘要 ( 187 )   HTML ( 2 )   PDF (2873KB) ( 188 )  
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    以板栗壳为碳源(CC),经700℃炭化(CC700)后采用ZnCl2活化,成功制备了高性能的超级电容器电极材料(CC700-Zn)。对电极材料的形貌和性能进行测试,发现CC700-Zn具有3D孔道网络结构,比表面积达813.9m2/g,这种具有高比表面积的孔道结构为电子传输提供了通道。三电极体系中,1A/g时比电容可达506F/g,经过10000圈的循环之后其比电容仍能保持初始值的91%;二电极体系中,用CC700-Zn组装的对称性电容器在1A/g下的比电容为118F/g,CV的扫描速率可增大至220mV/s,电势窗宽0~6V。功率密度为900W/kg时,能量密度为53.1W·h/kg,当功率密度增加至27000W/kg时,能量密度仍可保持27W·h/kg。表明用板栗壳作为碳源制备对称性超级电容器电极材料是可行的。

    硼/氮共掺杂多孔碳纳米片的制备及其电化学性能
    马爱玲, 黄光许, 耿乾浩, 姚友恒, 李媛媛, 刘迎宾
    化工进展. 2021, 40(8):  4388-4396.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-1991
    摘要 ( 148 )   HTML ( 4 )   PDF (2704KB) ( 110 )  
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    以煤系腐殖酸铵为前体,硼酸为多功能助剂,在700℃和800℃下一步炭化成功制备了B/N共掺杂多孔碳纳米片,并考察了其用作超级电容器电极材料的电化学性能。结果表明,该B/N共掺杂多孔碳纳米片具有发达的孔结构和较高的中孔率(36.15%和40.84%),富含氮(6.04%和6.01%)、硼(3.97%和4.18%)、氧(17.01%和16.87%)等杂原子,赋予相应电极材料较好的导电性、良好的润湿性和快速的离子扩散性能。BNHC-700和BNHC-800在0.05A/g电流密度下的比电容分别为114F/g和118F/g,后者还具有优异的倍率性能(5A/g下的比电容保持率高达75.21%)。BNHC-700和BNHC-800的循环稳定性良好,在2.5A/g电流密度下10000次恒流充放电后的比电容保持率分别高达99.84%和98.57%。

    稻壳基SiO2的提取及其含量对铜基摩擦材料性能的影响
    王亮才, 陈宇, 赵曼淇, 吴杰龙, 王哲, 马欢欢, 周建斌
    化工进展. 2021, 40(8):  4397-4405.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-1892
    摘要 ( 138 )   HTML ( 2 )   PDF (10793KB) ( 32 )  
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    采用K2CO3溶液提取稻壳气化炭中的SiO2(RHC-SiO2),再以RHC-SiO2/晶体SiO2(C-SiO2)/两种SiO2等比例混合(RC-SiO2)为摩擦组元,电解铜粉为基体,石墨和二硫化钼为固体润滑剂,制备铜基摩擦材料,并考察RHC-SiO2/C-SiO2/RC-SiO2的添加对铜基摩擦材料密度、表面硬度及摩擦系数的影响,通过打磨及腐蚀制备金相,观察材料表面的物质分布状态,结果表明,RHC-SiO2的比表面积为135.532m2/g,其5nm左右的中孔非常发达且在950℃烧结4h后,其表面收缩团聚,出现烧结颈,有结晶化的趋势;随着RHC-SiO2/C-SiO2/RC-SiO2添加量的增大,铜基摩擦材料的密度逐渐降低,但RHC-SiO2使其降低的幅度更显著;当RHC-SiO2添加量为10%时,其表面硬度为64.6HV,较无摩擦组元的基础材料显著提高(43.33%);C-SiO2在材料中钉扎摩擦副,阻止摩擦运动以及提高摩擦系数而RHC-SiO2起钉扎作用。本研究以期为RHC-SiO2在铜基摩擦材料中的应用提供理论依据。

    聚苯胺/聚乳酸复合纳米纤维表面形貌对生物相容性的影响
    刘荣涛, 张诗洋, 黄兴文, 朋小康, 闵永刚
    化工进展. 2021, 40(8):  4406-4412.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-1745
    摘要 ( 130 )   HTML ( 3 )   PDF (5064KB) ( 53 )  
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    外加电场作用下聚苯胺能够调节细胞附着、增殖、迁移和分化,在体液环境下发生脱掺杂会使聚苯胺基导电可降解纳米纤维电活性减弱,但在一定程度上仍能促进细胞的黏附、生长和增殖。本文选择酒石酸作为聚苯胺在等离子体处理后的聚乳酸纳米纤维表面原位聚合过程中的酸掺杂剂,考察酒石酸与苯胺摩尔比分别在1∶1, 1∶2和1∶4下不同形貌的聚苯胺/聚乳酸复合纳米纤维对生物相容性的影响。采用SEM、TEM和FTIR表征聚苯胺形貌及化学成分,接触角评价其润湿性,MTT、ALP和免疫荧光染色评价聚苯胺/聚乳酸复合纳米纤维生物相容性。结果表明,酒石酸与苯胺摩尔比在1∶1、1∶2和1∶4下的聚苯胺形貌分别为纳米颗粒状、纳米纤维状和纳米空心管状,聚苯胺附着在聚乳酸纳米纤维表面,不会对静电纺丝的多孔结构基体产生影响;聚苯胺/聚乳酸复合纳米纤维表面润湿性良好,有助于细胞的黏附和生长;纳米纤维状的聚苯胺对生物相容性的增强效果明显优于纳米颗粒状聚苯胺,而纳米空心管状结构的聚苯胺对生物相容性增强作用更佳。

    磷酸酯反应型乳化剂在叔丙乳液中的应用及防腐性能
    叶桐, 魏铭, 刘晓芳, 姚久提, 董群锋, 杨立峰
    化工进展. 2021, 40(8):  4413-4420.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-1837
    摘要 ( 191 )   HTML ( 1 )   PDF (1113KB) ( 50 )  
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    采用新型环保型磷酸酯反应型乳化剂(LRP-10)替代常规的非反应型乳化剂,新癸酸乙烯酯(VV-10)为叔碳单体,采用半连续种子乳液预乳化法合成叔丙乳液。探究了乳化剂种类、用量以及VV-10用量对乳液及涂膜的凝胶率、吸水率、耐水性、Ca2+稳定性和附着力等性能的影响,并通过FTIR、TEM、粒径、接触角和电化学测试对乳液及涂膜进行了结构与防腐性能表征,分析其防腐机理。结果表明,与常规乳化剂制得的纯丙乳液相比,当LRP-10用量为2%,分配比为种子乳液∶预乳化液为1.5∶0.5,VV-10用量为10%时,制得的叔丙乳液涂膜吸水率为由18.87%下降到2.18%,耐水测试168h后涂膜仅轻微发白,很快恢复,涂膜水接触角由50.5°提高至85.5°。涂层阻抗由1.40069×106Ω·cm2提高至7.38137×108Ω·cm2,腐蚀电流密度最小为1.2268μA/cm2,腐蚀电位最正为-0.19753V。LRP-10的反应性及钝化作用与VV-10的疏水与屏障作用产生协同效应,形成“双层屏障”,使水性丙烯酸涂膜的防腐性能大幅提高。

    氟硅改性无溶剂环氧涂料的制备与性能
    姚久提, 魏铭, 刘晓芳, 胡可, 叶桐, 董群锋, 杨立峰
    化工进展. 2021, 40(8):  4421-4427.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-1851
    摘要 ( 142 )   HTML ( 1 )   PDF (2337KB) ( 102 )  
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    采用甲基丙烯酸十三氟辛酯(TFM)改性氨基硅油(AS)制备氟化氨基硅油(FAS),并用其改性环氧树脂(EP)探究氨基硅油及氟化氨基硅油添加量对环氧涂层性能的影响。本文通过红外光谱对改性结果进行表征,通过柔韧性测试、画圈附着力测试、铅笔硬度测试、耐冲击测试、热失重测试、接触角测试、紫外加速老化实验和Tafel极化曲线测试,分别评价涂层的柔韧性、附着力、硬度、耐冲击性、耐热性、疏水性、耐候性和防腐性能,通过扫描电镜对涂层断面进行分析,并通过EDS对涂层进行表面元素分析。结果表明,氟添加量为15%制备氟化氨基硅油改性环氧树脂时,氟硅改性EP涂层相对于未改性EP涂层,硬度由2H提升至3H,附着力由2级提升至1级,柔韧性由1mm提升至0.5mm,耐冲击由45cm提升至50cm,热稳定性增强,接触角由70.5°提升至123°,耐紫外老化(432h)由3级提升至1级,Ecorr由-0.6187V正移至-0.1720V,Icorr由1.9858×10-8A/cm2减小至3.7125×10-10A/cm2。适量氟化氨基硅油的引入,显著提升了环氧涂层的机械性能、耐候性能和防腐性能。

    热磁耦合作用下磁流变脂剪切稳定性及其机理
    杨广鑫, 潘家保, 周陆俊, 高洪, 王晓雷
    化工进展. 2021, 40(8):  4428-4437.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-1918
    摘要 ( 140 )   HTML ( 1 )   PDF (3898KB) ( 62 )  
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    磁流变器件内部介质均面临热磁耦合、频繁剪切等复杂工况,剪切稳定性是磁流变介质实现持久服役的重要指标。本文以实验室制备的磁流变脂为研究对象,基于流变学、磁学性能分析结果探究了热磁耦合作用下磁流变脂剪切稳定性变化规律及其机理。研究结果表明,温度和磁场强度发生变化时,磁流变脂流变性能也发生了较为显著的变化。触变性分析与连续剪切结果显示热磁耦合作用下磁流变脂总体保持着较好的剪切稳定性,基载液润滑脂皂纤维结构和磁链的交互作用将会对磁流变脂剪切稳定性产生影响。在较低温度、较弱磁场强度下,皂纤维结构是磁流变脂流变学性能影响的主导因素,剪切稳定性良好;在较高温度、较强磁场强度下,皂纤维缠结程度降低而磁链强度增强,磁链结构在磁流变脂流变学性能影响中占主导因素,剪切稳定性良好;在从皂纤维影响占主导变化为磁链影响占主导过程中,皂纤维剪切破坏时磁性颗粒被释放出来,因磁场的影响,磁性颗粒无法及时分散至皂纤维内部,最终致使磁流变脂剪切稳定性变弱。

    钢渣-磷酸体系对磷建筑石膏凝结性能的调节作用机制
    田晓华, 张宇, 赵风清
    化工进展. 2021, 40(8):  4438-4444.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-2019
    摘要 ( 138 )   HTML ( 1 )   PDF (998KB) ( 92 )  
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    石膏材料的凝结硬化性能对其应用至关重要。本文研究了钢渣-磷酸体系对磷建筑石膏的凝结时间、绝干抗压及抗折强度的影响,提出一种利用石膏浆料初始pH调控石膏凝结性能的方法。结果表明:当磷酸调节石膏浆体初始pH为1.5、钢渣掺量为3%时,磷建筑石膏的初凝时间由空白组的9min延长到119min,绝干抗折强度及抗压强度损失分别为12.68%、23.17%,与添加柠檬酸和多聚磷酸钠的石膏体系相比,力学性能损失显著降低。通过水化温升及水化率变化研究了石膏体系的水化过程,借助XPS及XRD分析水化产物,得出钢渣-磷酸体系对于磷建筑石膏凝结性能的调控作用机制:钢渣中的氧化钙与磷酸反应释放出Ca2+,Ca2+与HPO42-结合生成磷酸氢钙难溶盐覆盖在二水硫酸钙晶体表面,阻滞了二水石膏晶核的生成及长大,降低了半水石膏的水化速率。SEM分析发现,钢渣-磷酸体系改性石膏水化硬化体的微观结构中空隙较空白组有所增加,晶体形貌仍然呈针棒状,但 尺寸略小。

    水滴与聚氧化乙烯液滴撞击荷叶表面的实验对比分析
    曾佑林, 姜水生, 文华, 张新宇
    化工进展. 2021, 40(8):  4445-4455.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-1954
    摘要 ( 206 )   HTML ( 1 )   PDF (2180KB) ( 83 )  
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    为探究荷叶表面的液滴撞击行为规律,本文利用高速摄像机以14000帧/秒的帧率分别记录水滴和4种不同相对分子质量的聚氧化乙烯(polyethylene oxide,PEO)水溶液液滴竖直撞击荷叶表面的动力过程,其撞击速度为0.3~3m/s。实验结果表明,水滴与低相对分子质量(5×104)的PEO液滴撞击荷叶表面的行为现象相似,两者随撞击速度增加依次有规则反弹、向上发射卫星液滴、不规则反弹(或部分反弹)、液滴破碎和液指断裂分离小液滴等现象发生,但水滴的接触时间更短,最大铺展系数也更小。中等相对分子质量(3×105)PEO液滴在低速和高速撞击时分别为振荡弹起模态和振荡模态,临界速度为1.13m/s。高相对分子质量(1×106、4×106)的PEO液滴,其高分子长链与表面交互作用显著增强,表现出很强的黏性,撞击后反弹完全被抑制,均黏附沉积于荷叶表面;液滴发生沉积的临界Oh数为0.0544,且Oh数越大,液滴越难发生反弹。速度一定时,相对分子质量3×105以上的3种PEO液滴的最大铺展系数均小于水滴;三者的上升系数随速度增加先减小后保持基本稳定或略微增加。

    氧化石墨烯改性环氧树脂涂料的制备及防腐性能
    马骏, 孙冬, 张明爽, 张兰河, 陈子成
    化工进展. 2021, 40(8):  4456-4462.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-1790
    摘要 ( 192 )   HTML ( 1 )   PDF (3134KB) ( 134 )  
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    环氧树脂在溶剂蒸发过程中容易产生微孔,影响其防腐蚀性能。为了提高其对腐蚀介质的阻碍能力,本文采用密闭氧化法制备氧化石墨烯,再利用湿式转移法将氧化石墨烯水溶液分散在环氧树脂中,制备氧化石墨烯/环氧树脂防腐涂料。通过红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)和拉曼光谱(Raman)分析氧化石墨烯的结构变化,利用开路电位测试(OCP)、水接触角、腐蚀形貌和气体透过率分析氧化石墨烯/环氧树脂涂料的防腐性能。结果表明,氧化石墨烯/环氧树脂(GO/EP)涂料的开路电位和水接触角分别为0.181V和86.12°,与纯环氧树脂涂料相比,分别提高了0.066V和10.5°;当GO/EP浸泡在3.5%NaCl溶液中腐蚀20天后,表面仅产生了粗糙化,涂层稳定性好,屏障性能强;与EP涂层相比,GO/EP涂层的O2和H2O渗透率分别降低了51.2%和65.5%。

    生物与医药化工
    添加剂对氨基酸多晶型溶液结晶过程影响的研究进展
    苏伟怡, 刘星, 郝琪, 郭攀, 郝红勋, 李春利
    化工进展. 2021, 40(8):  4463-4472.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-1787
    摘要 ( 185 )   HTML ( 4 )   PDF (882KB) ( 78 )  
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    氨基酸的不同晶型往往表现出不同的理化性质和药用效果。因此通过调控氨基酸多晶型溶液结晶过程得到目标晶型非常重要,其中添加剂对不同晶型的影响直接且有效,是控制晶型生产常采用的手段。本文综述了不同种类添加剂对氨基酸多晶型溶液结晶过程的影响。首先,以水溶液中不能直接得到的甘氨酸γ晶型为例,阐明了酸、碱和无机盐对其成核的促进作用,从电荷补偿角度分析了该类添加剂对不同晶型生长过程的影响机理。其次,阐述了tailor-made添加剂对氨基酸晶体形态和晶型的调控作用,重点分析了不同结构的tailor-made添加剂对晶型转变的影响规律。介绍了醇-水等混合溶剂对不同氨基酸多晶型结晶过程的选择性影响。最后,在以上分析的基础上,对通过添加剂分子设计制备不同目标晶型进行了展望。

    资源与环境化工
    水热法稳定垃圾焚烧飞灰中重金属研究进展
    蒋旭光, 陈钱, 赵晓利, 孔莉倓
    化工进展. 2021, 40(8):  4473-4485.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-1776
    摘要 ( 178 )   HTML ( 7 )   PDF (1501KB) ( 267 )  
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    随着社会经济的发展和垃圾焚烧的应用,产生了大量属于危险废物的垃圾焚烧飞灰。其无害化处理技术的研发变得日益迫切,而水热处理技术是最具潜力的垃圾焚烧飞灰无害化技术之一。本文综述了水热法处理垃圾焚烧飞灰稳定重金属的研究进展。首先阐述了垃圾焚烧飞灰的理化性质;然后系统介绍了针对垃圾焚烧飞灰的水热处理方法,将其细分为传统水热法、添加剂辅助水热法和微波水热法,并分别总结了各类水热处理方法影响重金属稳定效果的因素,包括反应时间和温度、碱性激发剂及其浓度、液固比等;最后探讨了水热法稳定垃圾焚烧飞灰中重金属技术的优化途径,为后续的研究提供了研究思路,其中探究水热过程中硅铝酸盐矿物的合成及其稳定重金属机理极具发展潜力。

    地下水修复中纳米零价铁材料制备及应用综述
    张永祥, 王晋昊, 井琦, 李雅君
    化工进展. 2021, 40(8):  4486-4496.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-1852
    摘要 ( 149 )   HTML ( 3 )   PDF (2022KB) ( 89 )  
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    纳米零价铁(nZVI)具有较强的还原和吸附能力,能有效去除多种类型的污染物质,在地下水环境修复领域一直备受关注。但由于其易团聚和易钝化等缺陷,在实际应用过程中还存在着许多问题。本文综述了nZVI的常用制备方法,并对nZVI的常用改性方法进行归纳,分析各种改性方法起到的具体作用,指出改性过后的复合材料依然存在着的问题。在此基础上,阐述了改性nZVI在去除地下水中有机污染物和无机污染物的应用进展,总结了改性nZVI材料在去除过程中起到的具体作用和反应机制,并进一步归纳现阶段nZVI在地下水修复中的传输手段。根据已有研究成果,指出应改进现有制备方法实现nZVI的量产,在考虑nZVI生物毒性和材料再回收的前提下,合理使用多种改性方式实现nZVI的材料制备,选择符合污染场地实际情况的传输手段,从而提高nZVI在地下水污染修复中的使用寿命和对目标污染物的处理效果。

    CO2醇胺富液低能耗再生研究进展
    张卫风, 许元龙, 王秋华
    化工进展. 2021, 40(8):  4497-4507.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-1841
    摘要 ( 188 )   HTML ( 3 )   PDF (859KB) ( 225 )  
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    醇胺法吸收CO2具有效率高、易改造等优点,但较高的再生能耗严重阻碍了其实际应用。本文在介绍醇胺吸收机理和各种醇胺的解吸特性的基础上,分析了采用非水溶剂、固体酸催化剂和纳米颗粒等方法来降低醇胺富液热解吸能耗,以及采用钙基化合物对富液进行化学解吸的原理及可行性。分析表明:再生热负荷与吸收产物密切相关,选择适合的醇胺吸收剂可降低再生反应自由能;非水溶剂在降低显热和汽化热方面效果显著,利用乙醇吸收产物稳定性低的特性,能在降低显热和汽化热的同时降低解吸热;优化固体酸催化剂的中孔比表面积和B酸酸位点或制备新型双功能催化剂能缩短加热时间和降低温度;纳米颗粒通过提高溶液传热传质效率减小再生热负荷,但对醇胺传质传热效果还需进一步研究;采用氯化钙和氢氧化钙等钙基化合物解吸富液成本低、效果好,通过改善粉煤灰等含钙工业废料的均质性和有效成分占比,化学解吸成本有望进一步降低,具有广阔的应用前景。

    热烟气环境下脱硫废水液滴蒸发特性研究进展
    赵宁, 冯永新, 林廷坤, 谢志文
    化工进展. 2021, 40(8):  4508-4514.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-1917
    摘要 ( 288 )   HTML ( 12 )   PDF (1010KB) ( 246 )  
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    利用热烟气作为热源喷雾蒸发脱硫废水具有工艺简单、处理效率高等优点,但脱硫废水液滴蒸发机制不清是各种热烟气蒸发工艺存在的共性问题。本文综述了脱硫废水热烟气蒸发工艺中液滴(群)蒸发特性研究,首先介绍了脱硫废水液滴在高温烟气中的蒸发过程,指出其蒸发过程与纯水滴存在明显差异,原因在于盐溶液蒸汽压降效应及析盐成壳。进而分析了脱硫废水烟道蒸发工艺中液滴群蒸发实验研究现状,总结过程参数如烟温、烟速及废水水质对蒸发的影响。接着介绍了相关数值模拟研究及干燥动力学模型,用于获取工艺参数和不同水质脱硫废水蒸发特性的内在关联。同时为获得干燥动力学模型所需脱硫废水蒸发信息,简述了单液滴蒸发测试技术及其在含固含盐液滴蒸发中的相关研究。最后提出可将反应工程法模型耦合CFD精确描述脱硫废水液滴蒸发进程,将宏观尺度下液滴群蒸发信息和单液滴蒸发特性结合,揭示脱硫废水液滴蒸发的内在机制。

    燃煤电厂可凝结颗粒物检测方法、排放特征及脱除技术研究进展
    于洋, 周欣, 程俊峰, 董长青, 王玉山, 刘英华
    化工进展. 2021, 40(8):  4515-4524.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-1797
    摘要 ( 175 )   HTML ( 4 )   PDF (923KB) ( 78 )  
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    燃煤电厂排放的颗粒物分可过滤颗粒物(filterable particulate matter,FPM)和可凝结颗粒物(condensable particulate matter,CPM)。过去,人们对CPM的关注较少,但其对环境与人体具有危害。本文综述了CPM的检测方法,主要有撞击冷凝法和稀释冷凝法,开发在线及小型便携设备是CPM检测技术的发展方向。分析了燃煤电厂CPM的排放特征,CPM占燃煤电厂排放总颗粒物的比重较高,经超低排放改造后,CPM占比进一步提升,各燃煤电厂排放的CPM的组分差异较大。根据CPM的特性,未来对CPM控制技术的研究方向为冷凝、吸附、湿式电除尘等。最后基于当前CPM的研究现状,建议国家相关部门制定对燃煤电厂等固定污染源排放的CPM的检测标准并对实施超低排放改造的燃煤电厂建立源排放清单,对新建、处于环境敏感地带以及排烟带有明显“有色烟羽”现象的燃煤电厂,合理管控其CPM的排放。

    金属有机框架材料吸附处理苯酚污水机理研究进展
    蒋博龙, 史顺杰, 蒋海林, 封鑫, 孙好芬
    化工进展. 2021, 40(8):  4525-4539.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-1811
    摘要 ( 280 )   HTML ( 12 )   PDF (2170KB) ( 200 )  
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    工业污水的主要成分中,酚类化合物对人类和环境毒害极大,是世界公认的水体中优先控制的污染物。因此,如何高效处理酚类废水是亟待解决的难题。金属有机框架材料(MOFs)及其衍生物是一种高比表面积、活性位点可调、便于化学修饰的新型多孔纳米材料,在污水处理等多个领域展示出潜在的应用前景。本文以酚类物质的结构特点和物理化学性质为基础,综述了近几年来MOFs及其衍生材料对酚类物质的吸附方面的最新研究进展。重点介绍了π-π共轭作用、酸碱共轭作用、静电作用、氢键作用、金属配位作用以及疏水作用,并结合上述机理,剖析了MOFs及其功能化改性材料的结构和特性以及对不同酚类化合物吸附性能的影响规律。最后,对MOFs在酚类废水处理方面的前景和今后的研究重点作了展望。

    光催化分离膜的制备及其在水处理中的应用
    庆雅诗, 李燕青, 胡丹, 李艳香, 曹丽霞, 林松, 王在谦, 李望良
    化工进展. 2021, 40(8):  4540-4550.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-1814
    摘要 ( 191 )   HTML ( 11 )   PDF (3485KB) ( 159 )  
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    光催化分离膜将膜分离与光催化结合在同一处理单元中,可发挥膜分离作用,同时也可以利用光催化剂高效降解水中的有毒有害污染物,提高膜的抗污染性能和水处理效率。因此是水处理领域的研究热点,并显示出巨大的应用潜力。本文综述了基于二氧化钛(TiO2)、氧化锌(ZnO)、石墨相氮化碳(g-C3N4)和氧化钨(WO3)四种常用催化剂的光催化分离膜的研究概况,重点对光催化分离膜的制备方法和性能进行了总结,光催化分离膜具有良好的发展前景,制备高效、稳定的可见光响应光催化分离膜是未来的发展趋势。

    高级氧化技术降解抗生素及去除耐药性的研究进展
    吴文瞳, 张玲玲, 李子富, 王晨希, 余春松, 王庆国
    化工进展. 2021, 40(8):  4551-4561.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-1993
    摘要 ( 192 )   HTML ( 11 )   PDF (1192KB) ( 214 )  
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    近年来由于抗生素滥用而导致的水污染日益严重,抗生素残留及耐药性已成为当今社会面临的最严峻挑战之一。高级氧化工艺以其快速的反应速率和良好的处理效果,越来越多地被用于治理含抗生素的废水。本文首先阐述了抗生素的污染现状;其后根据起主导作用的自由基种类,分类对比了传统高级氧化和过硫酸盐高级氧化处理抗生素及耐药性的特征,深入分析了过硫酸盐高级氧化的反应机理,重点介绍了热活化、紫外活化、零价铁及其改性活化和电活化等不同活化过硫酸盐的方式,并研究总结了这些技术用于处理抗生素及其耐药性的降解效果和进展;综合分析了目前高级氧化降解抗生素及去除耐药性的环境影响因素和存在的问题;最后对高级氧化的未来发展进行了展望。

    石油烃污染土壤微生物修复技术研究现状及进展
    潘云飞, 唐正, 彭欣怡, 高品
    化工进展. 2021, 40(8):  4562-4572.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-2013
    摘要 ( 217 )   HTML ( 8 )   PDF (2946KB) ( 141 )  
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    土壤石油烃污染已引起广泛关注,石油烃具有高毒性和持久性,对生态环境和人体健康会产生严重危害。本文综述了石油烃污染土壤修复技术的国内外研究进展,系统论述了微生物技术在石油烃污染土壤修复中的研究现状,重点探讨了微生物联合修复技术的过程机制和应用前景,包括植物-微生物联合修复、电动-微生物联合修复、表面活性剂强化微生物修复、化学氧化-微生物联合修复及动物-微生物联合修复等,并对未来石油烃污染土壤微生物修复技术的研究发展方向提出了展望。

    木质素多孔炭的制备及应用研究进展
    曾茂株, 佘煜琪, 胡玉彬, 吴林军, 袁慢景, 漆毅, 王欢, 林绪亮, 秦延林
    化工进展. 2021, 40(8):  4573-4586.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-2031
    摘要 ( 358 )   HTML ( 11 )   PDF (5574KB) ( 430 )  
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    木质素是一种具有三维网状分子结构、含有大量芳香基团和高含碳量等特点的天然高分子,其在制备多孔炭领域具有巨大潜力。多孔炭在催化剂和能源储存领域具有极大的应用前景。以来源于制浆造纸和生物炼制行业的副产物工业木质素作为原料制备多孔炭应用于能源储存、吸附、催化剂载体等领域,可实现工业木质素在碳基功能材料领域的高附加值循环再利用。本文详细综述了目前木质素多孔炭的常用制备方法和微结构特性的调控方法,总结归纳了各制备方法的主要特点以及影响木质素多孔炭微结构与性能的关键因素;重点综述了近些年对木质素多孔炭孔道结构调控方面的研究,归纳了孔调控的方法;此外,总结了木质素多孔炭在超级电容器、锂离子电池、吸附剂和催化剂载体领域中的应用研究现状,讨论了催化和储能材料对木质素多孔炭的微结构特性要求。总结并展望了木质素多孔炭在制备与应用中面临的机遇和挑战。

    土壤中铀污染修复技术研究进展
    唐垂云, 钟娟, 吕莹, 张明江, 孙娟, 刘兴宇
    化工进展. 2021, 40(8):  4587-4599.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-1923
    摘要 ( 150 )   HTML ( 4 )   PDF (2026KB) ( 371 )  
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    铀及其衰变产物引起的土壤污染是全球关注的重大环境问题,不仅会引起生态风险,还会对人体健康造成威胁。因此,如何有效地解决铀污染、完善铀污染土壤修复技术体系,是实现铀矿冶行业可持续发展的关键。目前,铀污染土壤的修复技术主要有物理-化学修复、生物修复以及联合修复3种方式。本文首先介绍了铀在土壤中的赋存形态及其危害,然后对各种修复技术的研究现状及优缺点进行了详细综述,阐述了铀污染修复的影响因素,最后总结了目前铀污染土壤修复技术存在的挑战,并展望了该领域修复技术未来的发展方向,以期在实际应用中充分结合环境因素和各种修复方法的适用性,选择合适的修复技术实现污染土壤中铀的高效去除。

    用于水中有机污染物处理的Co3O4/TiO2/多孔炭复合材料
    张书泉, 徐敏, 王国滔
    化工进展. 2021, 40(8):  4600-4609.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-2303
    摘要 ( 118 )   HTML ( 9 )   PDF (2944KB) ( 136 )  
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    具有高吸附、强降解、易回收特性的新型功能材料在治理水中有机污染物上具有广泛的应用前景。本研究以多孔Ti基MOF材料NH2-MIL-125(Ti)为前体,通过后修饰方法在孔洞中引入Co2+,再通过高温炭化制备得到Co3O4/TiO2/多孔炭复合材料,并通过多种手段对复合材料进行了表征。实验用甲基橙模拟水中有机污染物,研究了复合材料对甲基橙的吸附性能、光催化降解性能及回收再利用能力。研究结果表明复合材料对甲基橙的吸附过程符合准二级动力学方程,其吸附能力随着复合材料中Co3O4含量先增加后减小,C120(5.23% Co3O4/48.72%TiO2/多孔炭)具有最强的平衡吸附量,达到273.22mg/gsample。同时该样品对甲基橙也具有较强的光催化降解能力,并且由于Co3O4的强磁性,可以很容易地通过外磁场从水中分离。本工作为应用于有机废水处理的新型功能材料的开发提供了实验依据。

    中试平台SCR低温催化剂测试与氨逃逸分布特征
    赵瑞, 张翼, 余学海, 史晓宏, 刘毅, 王鹏, 韩涛
    化工进展. 2021, 40(8):  4610-4615.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-1844
    摘要 ( 125 )   HTML ( 1 )   PDF (829KB) ( 45 )  
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    目前燃煤机组低负荷运行的情况越来越多,研究机组低负荷运行时NOx控制技术可有效降低燃煤机组的NOx排放浓度。本文利用已建成的20000m3/h的实际燃煤烟气的污染物脱除试验平台,安装低温段脱硝催化剂整体模块,测试该催化剂的性能指标,现场取样并重点分析氨逃逸和转化率指标,得出实际烟气条件下氨逃逸分布特征。结果表明:该低温脱硝催化剂的低温段在290~250℃范围内,脱硝效率可达到80%,脱硝出口NOx可控制在50mg/m3(标准)以内,甚至20mg/m3以内,氨逃逸最高为1.68mg/m3,小于标准要求值2.28mg/m3,SO2/SO3转化率最高为0.73%,小于标准要求值1%,满足运行要求。文中进一步研究了氨逃逸浓度沿程分布情况,经测试表明,290℃时沿程氨逃逸浓度不断降低,除尘器前降低32.2%,除尘器后降低65.5%。

    炼铜炉渣选铜尾矿制备矿微粉
    谌宏海, 邓红飞, 罗立群, 蹇守卫, 王明细, 陈荣升
    化工进展. 2021, 40(8):  4616-4623.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-1904
    摘要 ( 149 )   HTML ( 1 )   PDF (4839KB) ( 78 )  
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    以炼铜炉渣选铜尾矿资源化利用为目的,选用某有色金属公司炼铜炉渣的选铜尾矿为原料,采用条件实验、正交实验等研究方法和化学分析、原子吸收、XRD、SEM等检测手段,通过多因素优化实验考察砂浆的流动度,试块不同龄期的抗压强度以此确定微粉的活性指标,研究炼铜炉渣选铜尾矿制备矿微粉的可行性。结果表明:铜渣再选尾矿微粉的比表面积、激发剂、助磨剂和减水剂对制备矿微粉均具有一定的影响,其影响次序为:矿微粉的比表面积>激发剂(Na2SO4)>减水剂>助磨剂(三乙醇胺)。当铜渣再选尾矿微粉掺量为10%时,可满足活性指数大于95%(S95级别)的标准要求,此时7天和28天的活性指数分别为97.56%和95.91%;而在尾矿微粉掺量为20%~30%时,可满足活性指数大于75%(S75级别)的标准要求。相关助剂的添加提高了铜渣再选尾矿的粉磨效率,细小颗粒有益于碱激发过程的发生,使得砂浆更加致密。重金属浸出表明,Cr、Cd的浸出量与水泥相比增加较小,Cu有少量增加,对环境影响较小,为工业固废资源化协同利用提供了新的发展途径。

    硫酸铵与钛酸钙焙烧动力学
    刘维燥, 胡金鹏, 刘清才, 李春
    化工进展. 2021, 40(8):  4624-4630.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-1773
    摘要 ( 178 )   HTML ( 3 )   PDF (1531KB) ( 67 )  
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    近年来,以硫酸铵为助剂,采用含钛高炉渣矿化CO2同时提取其中的有价钛铝组分的研究日益受到关注。钛酸钙是含钛高炉渣的主要物相之一,其与硫酸铵焙烧过程的机理及动力学研究有助于深刻理解含钛高炉渣分解过程。本文分别采用等温法和非等温法研究了硫酸铵与钛酸钙的焙烧动力学,考察了焙烧反应的动力学参数和控制步骤。等温动力学结果表明,硫酸铵与钛酸钙的焙烧过程分为两步,即硫酸铵分解和硫酸氢铵与钛酸钙反应,其中硫酸铵分解为限制环节,受化学反应控制。单一硫酸铵分解反应活化能为65.56kJ/mol,加入钛酸钙后促进硫酸铵的分解,活化能降低至50.15kJ/mol。采用基辛格法、FWO法、KAS法三种非等温动力法测得整个焙烧过程的表观活化能分别为53.96kJ/mol、76.67kJ/mol和71.05kJ/mol,其中基辛格法的表观活化能结果与等温动力学相一致,而FWO法和KAS法所得表观活化能变化趋势验证了等温动力学结果对焙烧过程中控制步骤的选择。

    不同热转化气氛下纤维素焦中有机钾的迁移特性
    赵海波, 徐文婷, 宋蔷
    化工进展. 2021, 40(8):  4631-4637.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-1916
    摘要 ( 127 )   HTML ( 2 )   PDF (999KB) ( 36 )  
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    生物质热转化过程中钾(K)的释放会造成换热面积灰、结渣、腐蚀等技术问题。有机钾是生物质焦中K的重要赋存形式。本文研究了在Ar热解气氛和O2反应气氛下纤维素焦中有机K的迁移行为。Ar热解气氛下,在800~1000℃都有明显的有机K释放,释放速率随温度增加明显增加,但最终都有部分有机K稳定地留在固相中。O2反应气氛下,800℃时纤维素焦中只有少量K发生释放;随着温度的增加,K的释放比例明显增加。在900℃和1000℃ K的释放比例随时间先缓慢增加后快速增加,当纤维素焦完全氧化后,灰分中仍有明显的K释放。结合对灰分的XRD分析发现,随着纤维素焦的消耗,其中稳定存在的有机K主要转化为K2CO3,然后在900℃以上发生明显的气相释放。

    锂铝层状吸附剂超低品位卤水提锂冲洗和解吸过程
    钟静, 陆旗玮, 林森, 于建国
    化工进展. 2021, 40(8):  4638-4646.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-1985
    摘要 ( 201 )   HTML ( 2 )   PDF (1717KB) ( 110 )  
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    锂铝层状氢氧化物对Li+具有高吸附选择性,能够有效地从高镁锂比(质量比)盐湖卤水中进行锂资源提取,具有工艺简单、经济环保等特点。本文使用球形锂铝层状吸附剂GLDH作为吸附柱填充物,系统研究了流速、温度和Li+初始浓度对铝盐锂吸附剂盐湖提锂工艺中冲洗、解吸的影响。试验结果表明,低温快速冲洗能有效降低冲洗过程中的Li+损失率。当冲洗液中Li+的浓度为200mg/L,冲洗液以12.0BV/h的速度在0℃下通入吸附柱时,Li+损失率可降低到17.8%。在解吸过程中,高温、低速和低初始Li+浓度的条件有利于Li+从吸附剂中脱出。但鉴于吸附剂的循环稳定性,采用初始Li+浓度为300mg/L的解吸液以2BV/h的流速在40℃下对吸附柱进行解吸,3BV时停止解吸,此时锂解吸量可达3.76mg/g,解吸液中Li+的平均浓度为590.83mg/L,Mg/Li比仅为0.13,可有效实现镁锂分离和锂元素集浓。循环30个周期后吸附剂的吸附容量没有明显下降,表明锂铝层状吸附剂GLDH具有良好的循环稳定性。

    高铁酸盐对水中H2受体拮抗剂的降解特性
    方智煌, 刘祥, 余阳, 钱雅洁, 薛罡
    化工进展. 2021, 40(8):  4647-4655.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-1846
    摘要 ( 118 )   HTML ( 1 )   PDF (2077KB) ( 236 )  
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    高铁酸盐[Fe(Ⅵ)]兼具氧化、絮凝和消毒等功能,是备受关注的一类多功能水处理剂。本文针对在自然水域中H2受体拮抗剂类药品(HRAs)经常被检出并难以去除的问题,通过高铁酸钾(K2FeO4)对5种临床上常见HRAs[即法莫替丁(FMTD)、雷尼替丁(RNTD)、罗沙替丁(RXTD)、西咪替丁(CMTD)和尼扎替丁(NZTD)]进行氧化降解研究。结果表明,在pH=7条件下,K2FeO4更倾向与带有硫醚键结构和羧基结构的HRAs反应。HRAs(除RXTD外)对K2FeO4具有较高的反应活性,降解率高达98.4%,并且符合二级反应动力学特性。反应二级速率常数与pH有较高的相关性,其主要是由于K2FeO4质子化和HRAs形态受pH的影响。不同浓度的水体基质(Cl-、HCO3-和腐殖酸)对K2FeO4氧化降解HRAs有不同程度的抑制作用。实际水体中复杂的水质特征影响K2FeO4对HRAs的去除,但除医疗废水外,K2FeO4对RNTD的去除率高达80%,医疗废水中的去除率为65%。经K2FeO4处理后,HRAs的生态毒性可显著降低。

    化工园区
    化工园区多Agent协同应急智能决策体系
    陈培珠, 陈国华, 周利兴, 门金坤
    化工进展. 2021, 40(8):  4656-4665.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-1845
    摘要 ( 146 )   HTML ( 0 )   PDF (1901KB) ( 254 )  
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    在应急响应不同阶段中,化工园区路网均处于应急救援与应急疏散等多种智能体(Agent)同步异构的活动状态,仅考虑单Agent在特定阶段的应急决策,难以为园区应急响应提供全方位支持。为探究园区应急响应全过程中各Agent的决策模型及其信息协同关系,本文基于混合式多Agent系统思想构建化工园区多Agent协同应急智能决策体系。首先,对应急响应4个等级进行改进,提出混合式智能决策体系框架;其次,对化工园区多Agent应急决策时空变化关系进行了分析,将园区多Agent应急响应全过程分为园区企业内部应急响应、园区内部应急响应、园区内外协同应急响应3个阶段;最后,基于混合式多Agent系统(MAS)与协同理论,构建基于三层应急智能决策模型的化工园区多Agent信息共享关系与协同模式,所提出的化工园区混合式三层多Agent应急响应全过程智能决策体系能够为化工园区应急决策提供重要的理论基础和技术支持。

    HAZOP知识图谱构建方法
    李芳国, 张贝克, 高东
    化工进展. 2021, 40(8):  4666-4677.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-2004
    摘要 ( 234 )   HTML ( 2 )   PDF (974KB) ( 221 )  
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    危险与可操作分析方法(hazard and operability analysis,HAZOP)主要采用头脑风暴的形式,将讨论结果记录在纸质文档中,该方法过于依赖专家经验且大量现有的HAZOP信息并没有得到共享与复用。针对此问题,本文提出了结合自顶向下和自底向上的HAZOP知识图谱半自动构建方法。在解析HAZOP信息基础上,结合HAZOP分析国际标准IEC 61882,以危险事件角度设计了HAZOP本体规则,完成了模式层的构建;以现有HAZOP数据为基础,在BiLSTM-CRF命名实体识别模型基础上引入了Attention机制,实现了关键HAZOP信息的自动提取并利用图数据库进行数据存储,完成了数据层的构建。以某油品装置HAZOP分析报告为例构建HAZOP知识图谱,验证了构建方法的有效性。结果表明HAZOP知识图谱能够清晰地展示HAZOP知识之间的联系,快速提供现有HAZOP分析信息,辅助人工HAZOP的开展,降低人工成本与时间成本,也为后期项目的生产与维护提供知识支撑,实现了HAZOP信息的共享与复用。

    观点
    以生物质为原料的未来绿色氢能
    岳国君, 林海龙, 彭元亭, 闵剑, 王梦, 熊强
    化工进展. 2021, 40(8):  4678-4684.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1500
    摘要 ( 376 )   HTML ( 32 )   PDF (493KB) ( 390 )  
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    目前开发氢能技术已具备了推广应用的基本条件,而发展生物质为原料的绿色氢能将有助于解决氢气来源绿色化与氢气储运成本两大问题。本文首先从解决氢能源发展制约因素、实现碳中和目标、加速生物质资源化能源化利用的角度阐述了发展生物质绿色氢能的意义。接着,从氢能产业的政策环境和技术成熟度分析出发,对我国氢能源的制取和储运技术发展现状及存在的问题进行了分析,比较高压、液氢和含氢化合物作为氢载体储运的几种方式,提出以生物质作为氢载体储运具有的突出优势。最后,探讨了生物质氢载体未来的发展方向,对氢生产和储运的多条技术路径成本和产业化前景进行了初步技术经济分析,指出以生物质为原料生产的甲烷、甲醇和乙醇有望成为最先实现产业化的储氢载体,在未来将有可能成为实现氢燃料电池“绿色化”的一种经济可行的方式。

    科研动态
    2021年绿色化学挑战奖简介
    康雅娴, 熊犍, 饶佳玮, 叶君
    化工进展. 2021, 40(8):  4685-4686.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1468
    摘要 ( 159 )   HTML ( 15 )   PDF (257KB) ( 265 )  
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