随着新能源行业在世界范围内的快速发展,金属锂因其能量密度高等优势被广泛应用,从蕴含大量锂资源的盐湖卤水中提锂是获取锂资源的重要方向。盐湖提锂的方法主要有碳化法、沉淀法、离子筛吸附法、电化学辅助法等。离子筛吸附法适合从浓度低的液相中选择性回收锂,其中钛系锂离子筛因其稳定性强、吸附容量大而成为吸附法的研究热点。本文以钛系锂离子筛技术为立足点,对全球锂资源分布现状、钛系锂离子筛提锂机理进行了分析,综述了目前钛氧化物锂离子筛的合成方法、成型方法、现存的问题等,为后续开发新型钛系锂离子筛,提高饱和吸附容量等方面提供参考。
印刷电路板换热器的流道是由光化学反应在金属换热板上刻蚀形成,采用扩散连接的方式将冷热换热板叠加成换热芯体。与传统换热器相比,印刷电路板换热器具有效率高、结构紧凑、高耐温耐压性等诸多优势,目前在核电站、新型太阳能发电、制氢工业以及燃气轮机中均有广泛应用。为了进一步提高印刷电路板换热器的综合性能,使其得到更广泛的应用,本文对印刷电路板换热器的性能评价指标、结构优化研究现状以及相关的工业应用进行了全面的归纳和分析,同时通过回顾国内外相关研究,对印刷电路板换热器(PCHE)未来的发展方向和应用潜力进行了展望,为印刷电路板换热器的结构设计优化提供参考。
将热泵精馏技术推广应用于某炼厂柴油加氢装置和干气提浓装置之间的热联合,采用间接蒸汽压缩法,用热媒水作为中间介质,热媒水取走柴油加氢装置产品分馏塔塔顶气的余热,热媒水汽化并加压提温后,送至干气提浓装置,作为碳四吸收塔和碳四解吸塔再沸器的加热蒸汽。通过运行参数优化,将产品分馏塔塔顶气换热后的温度控制为130℃,蒸汽压缩后的压力为278.4kPa,压缩比为1.43。通过流程优化,创新性地采用双闪蒸罐的流程,避免使用水冷器冷却热媒水,可节省20t/h循环水,并回收0.2t/h蒸汽。采用热泵精馏系统实现两装置间的热联合,可回收柴油加氢装置分馏塔顶气热量6.93MW,节省干气提浓装置蒸汽11.5t/h,年总费用较原系统节省765.2万元,节能效益达50.66%;年总能耗节省4944.0吨标油,节能量达70.93%。
环氧乙烷(EO)是重要的石化产品,该产品易燃易爆,同时也是一种有毒的致癌物质。山东某化工厂EO生产装置T形三通管件材料与焊缝质量合格、管内介质无腐蚀性,但是频繁出现裂纹故障导致介质泄漏。T形三通裂纹故障原因不明导致该厂几乎半年更换一次T形三通管件,造成了严重的经济损失。为了解决该厂T形三通频繁失效问题,必须准确查明T形三通故障原因,分析T形三通故障机理成为解决问题的关键。本文运用流场分析软件,结合T形三通管线现场故障情况,分析该厂T形三通内部流场特性及故障机理:T形三通管件内部流场存在两个对称的漩涡,导致T形三通流场速度、压力分布不稳定,形成了大范围低于汽化压力的低压区,液体汽化形成了大量气泡,气泡在三通内壁破裂产生巨大的压力冲击,导致汽蚀破坏,使贫水管线T形三通产生裂纹。基于T形三通故障机理,本文提出了3种改进建议,使用Y形三通、圆弧形三通和球形三通3种三通结构代替T形三通结构,并分析这3种三通结构流场特性。数值计算结果表明:提出的3种三通结构能减小三通管件汽蚀破坏,其中Y形三通有微弱的流体漩涡产生,产生低压区体积最小,但管道入口方向需要改变;圆弧形三通结构不改变原来入口方向,流场压力、速度分布更稳定;球形三通流场绝对压力高于Y形和圆弧形,其结构出口及下游流场压力最稳定。本文为解决T形三通裂纹故障提供了新思路,为保障化工厂三通管件的安全提供了技术支撑。
具有混合能源的暖通空调与制冷(heating, ventilation, air conditioning & refrigerating, HVAC&R)系统通常需要在3种或多种流体之间传递热量。三介质换热器能满足多流体换热需求,在该领域具有应用前景,其优化具有重要意义。对于具有相变的三介质换热器,现有的热阻定义不能很好地发挥作用,而最新提出的理论提供了另一种方法。本文采用分布参数法建立了翅片管三介质换热器的仿真模型,并用实验结果进行了验证。此外,还推导了三介质换热器中基于耗散的的热阻。根据传热量和理论,分析了不同结构和空气流量下的三介质换热器的换热性能。结果表明,采用基于耗散的热阻作为评价标准与采用传热量为评价标准相比,改变管路排布方式获得的优化结果不同,改变管径或风量获得的优化结果相同。以基于耗散的热阻为标准,考虑不同流体侧之间的传热和压降的匹配,以获得最佳的管路排布方式。本文的实验结果有利于制冷空调系统中三介质换热器的优化以及理论新应用领域的拓展。
通过对搅拌机各组成部分的选型分析与介绍,针对脱硫脱硝中10种常见规格的石灰石浆液箱,进行搅拌机工艺选型上的优化设计,分析在脱硫脱硝石灰石浆液箱中如何进行搅拌机的优化选型,从而达到最优的使用效果和工艺要求。目前,搅拌机的选型和内构件的设计很大程度上依赖试验和实际工程经验。产品设计的优劣可使搅拌设备的效益相差十分悬殊,因此本文在明确石灰石浆液物料性质的基础上,针对搅拌设备的各个要素,例如叶轮的形状、叶轮直径、布置层数、转速、搅拌轴大小、挡板的尺寸和个数等进行一一优化。充分利用已有业绩对比分析,对10种常见的石灰石浆液箱规格型号在设计选型上完成优化,使机械搅拌机的设计理论更加完善,也能满足日常脱硫脱硝行业中从业者对石灰石浆液箱搅拌机的选型需求。
介绍了一种新型的冷冻海水淡化技术。到2019年末,液化天然气(LNG)生产能力已达4.3亿吨/年。LNG从再气化过程中释放出的巨大冷能量可用于冷冻脱盐过程,以最大限度地降低总能耗。本文采用HYSYS软件设计并仿真了利用LNG冷能的片冰机冷冻海水淡化(FD)过程。采用片冰机上的制冰桶作为海水结晶器,主要是由于其连续制冰和除冰无热源。利用gPROMS软件建立了冻结段的动态模型并进行了仿真。结果表明,用1kg当量液化天然气冷能可获得1.9~2.1kg的冰融水,该混合工艺的制冷剂泵功率能耗为3.725Wh/100kg,可忽略不计。
以去离子水作为工质,设计并搭建了以泡沫铜为研究对象的单相和两相换热实验系统。对于单相流动换热,当Re数较小时,孔隙率80%、孔密度90PPI的泡沫铜样品换热性能最好;当Re数较大时,孔隙率80%、孔密度45PPI的泡沫铜样品换热性能最好。泡沫铜最大换热系数为空通道的6倍,但同时需付出更大的泵功损耗为代价。对于两相流沸腾换热,低孔隙率样品70%~80%能有效地降低壁面过热度和强化沸腾换热性能。孔隙率对沸腾换热性能起决定性作用,孔隙率越低,沸腾换热系数越大;孔密度对沸腾换热性能起次要作用。90PPI泡沫铜样品,因其成核址密度高和毛细力较大,有助于提升泡沫铜的沸腾换热性能。
传统数据驱动的过程监测方法主要基于历史数据和统计学知识建立,往往忽视了对过程机理的考虑。基于预测残差的过程监测方法则通过数据驱动的回归模型实现对局部过程机理的近似,在预测残差的基础上建立监测模型实现了对过程偏离更好的识别。但其建立回归模型实现对局部过程机理的近似时主要基于数据,很少考虑具体流程信息。作为流程信息的一种表现形式,流程拓扑结构常被用来提取变量间的进程与因果关系,如果在建立回归模型时结合流程的拓扑结构,则可使得所建立的回归模型中包含一定的流程信息,使其对局部机理的近似更为准确。基于此,本文提出一种基于流程拓扑信息的统计过程监测方法。该方法利用流程的拓扑结构,提取变量间的进程与因果关系,建立回归模型实现对局部过程机理的近似。在此基础上建立基于预测残差的过程监测模型,实现对过程偏离的监测。该方法被应用于某连续重整装置的过程监测中,结果表明其监测效果要优于基于主元分析和基于预测残差的过程监测方法。
低温费托合成技术因具有产品质量性好、反应耗能低、生产能力大且催化剂种类广泛等优点在煤化工领域备受关注,低温费托合成的蜡油产品可通过加氢裂化精制获取高品质清洁油品,具有巨大的应用价值。本文首先阐述了费托合成的产物特性,分析了加氢裂化过程的反应特点、双功能催化剂的碳正离子反应机理及蜡油主要反应历程。在此基础上,着重综述了蜡油加氢裂化双功能催化剂的研究进展,讨论了活性金属组分、载体以及助剂对加氢裂化过程的影响,分析表明活性金属的负载量、载体的酸量和孔道结构对催化性能有极大影响,合理优化和平衡加氢金属活性位和裂解酸性位是确保蜡油加氢裂化催化剂活性的关键。更为重要的是,基于分子筛载体的择形效应,实现载体多级孔结构和活性位的理性集成无疑会促进蜡油加氢产物的合理分布。
水合物技术在气体分离、气体储存、海水淡化、蓄冷等领域有巨大的应用潜力。研究水合物的生长方式和形态特征在提高水合物储气量、降低水合物开采风险和防止水合物管道堵塞等方面有重要意义。本文从分子尺度的水合物晶格结构、毫米尺度的水合物晶体形态学和厘米尺度的水合物宏观生长形态学三个方面系统回顾了水合物形态学研究进展:总结了不同客体分子生成的不同类型水合物的不同晶格结构;从笼型水合物和半笼型水合物两个方面,阐述了过冷度、液相组成对水合物晶体形态学的影响;从金属表面传热、相界面传质、晶核加入以及促进剂的使用四个方面,介绍了水合物生长形态学的生长方式及其机理。本文总结了形态学研究对水合物技术工业化应用的积极作用并为水合物形态学研究的进一步发展提供参考。
质子交换膜燃料电池的发展和应用是促进现代生活方式低碳环保化的最重要路径之一。膜电极是质子交换膜燃料电池的核心部件,实现膜电极结构的有序化是同时满足低铂载量和高电化学性能要求的关键。本文系统总结和分析了最近有关有序化膜电极的相关研究进展。与发展较为缓慢的质子导体有序化相比,以催化剂有序化和催化剂载体有序化为路径实现的有序化膜电极结构优化已经得到快速发展,对于促进质子交换膜燃料电池规模化应用表现出极大的发展潜力。
气相色谱-原子发射光谱(gas chromatography with microwave-induced plasma atomic emission detection, GC-AED)是一种特色鲜明的分析仪器,兼具色谱的分离能力和高灵敏度的元素检测能力,广泛应用于多个领域,可作为油品中含氮化合物强大的分析仪器。本文从仪器组成、检测原理和特点三方面综述了GC-AED的研究进展,重点阐述了等摩尔响应及元素比例式的推断应用。对比了氮的两个检测通道(174nm和388nm)的研究现状,发现在388nm处具有等摩尔响应特性和更高的选择性;目前利用GC-AED对含氮化合物检测主要是在388nm处,评述了在388nm对油品中含氮化合物检测的影响因素,并整理出了一套适用的气体条件实现了化合物无关校正,可用于定量分析。并对GC-AED分析技术的应用前景作了展望,结合其他分析仪器有望扩大其应用领域。
质子交换膜燃料电池电动汽车具有绿色环保、续航里程长等优点,但在温度较低的环境下存在启动困难甚至失败的问题,这一问题严重制约了质子交换膜燃料电池电动汽车的发展。研究调查了质子交换膜内部结冰的原理,简述了0℃以下低温环境下启动过程对质子交换膜本身、催化层、气体扩散层以及膜电极整体带来不同程度的损伤,重点分析了质子交换膜燃料电池电动汽车低温启动的策略,可大致分为三类:停机吹扫的控制策略、外部辅助加热和无辅助加热。分析表明每种方法都有其各自的优点与缺点,但总的来说单一的启动方法对质子交换膜燃料电池电动汽车低温启动的效果不如多种方法混合使用的效果理想,未来燃料电池电动汽车的低温启动技术将会朝着多种方法共同协助的趋势发展。
固体氧化物电解池(solid oxide electrolysis cell, SOEC)是一种先进的电化学能量转化装置,具有高效、简单、灵活、环境友好等特点,是目前国际能源领域的研究热点。但SOEC在高温、密闭的复杂环境下运行,实验研究代价高昂,有些甚至无法完成。相对来说,数值模拟具有成本低、易操作的显著优势。近年来,有关SOEC电解制氢的模拟研究取得了较大进展。本文在简要介绍SOEC工作原理的基础上,从电化学、热力学和流体动力学等方面阐述了模拟基础理论,重点从稳态与瞬态及系统、宏观与微观的角度总结了高温电解制氢模拟技术的研究进展,进而指出当前研究存在的局限性。SOEC电解制氢模拟还需从数学模型验证、适用性分析、系统非设计工况和动态运行特性等方面加强研究工作。随着技术的不断发展与完善,数值模拟必将为SOEC技术商业化提供关键支撑。
流化催化裂化(FCC)油浆外甩量通常超过5%,需要脱固处理得到澄清油再利用。本文分析得出了向延迟焦化、溶剂脱沥青、减压蒸馏、加氢等重质油加工装置直接掺炼,局限性较大;利用减压蒸馏、溶剂抽提、超临界流体萃取等工艺,对澄清油“掐头去尾”,分离组分可生产针状焦、环保橡胶填充油、沥青树脂以及碳素纤维等高附加值产品。油浆组分通过延迟焦化制备针状焦,是工业化应用主体方向,但国内产品质量与国外尚有很大差距;油浆制备环保橡胶填充油,在降低环保橡胶油多环芳烃(PCA)和8种危害性稠环芳烃(PAHs)分别至3%和10mg/kg以下的同时,必须提高芳碳率(CA)值至10%以上来保持橡胶相容性,其收率及生产成本是工业化应用推广的制约因素。
针对传统的溴化锂吸收式制冷系统难以利用低品位热源的问题,将气隙式膜蒸馏(AGMD)技术引入到溴化锂吸收式制冷系统中,是使其能够利用低品位热源的一种新的工艺流程。本文根据已有的1H,1H,2H,2H-全氟癸基三乙氧基硅烷(FAS)-Al2O3管式复合膜的膜蒸馏性能数据,对典型的基于AGMD的溴化锂吸收式制冷系统进行了热力计算。结果发现制冷系统的性能系数(COP)值较小,仅为0.280,因而需要对其工艺流程作进一步的优化。经热力学分析确定了优化的方案:在膜发生器浓溶液出口处增加回路,从而改进了原制冷系统的工艺流程。研究结果表明,制冷系统的COP值会随着回流比的增大而增大。当回流比达到8时,COP值可达到0.765,相较于改进前的系统增大了1.74倍,大大改善了制冷系统的性能。
基于能源资源与环境保护的迫切需求,结合北方采暖问题面临的严峻形势,当前需进一步探索可持续发展的清洁采暖技术。清洁采暖技术及采暖热源的选择,也应适时地根据资源情况、环境保护、能源效率及费用等综合因素进行考量,经技术经济分析比较后确定。故以北方地区某采暖工程为例,基于电能供热、天然气供热、热泵供热等新型清洁能源供热方式,本文介绍了各分布式集中供热技术原理,分析了各清洁采暖技术各自的优劣势对比,采用具体算例并结合成本、使用寿命及一次能源消耗等评价指标对供暖区域的技术方案进行经济性与节能性综合分析,发展低碳经济促进可持续发展,以期为北方地区供热方式的选择提供一定的参考依据。
基于当前对KAl(SO4)2·12H2O蓄热性能研究较少且很少有蓄热装置应用KAl(SO4)2·12H2O作为相变蓄热材料的问题。对KAl(SO4)2·12H2O的制备和蓄热性能进行了总结以及热力学性能分析,得出环境温度及初始温度对相变材料?效率影响较小,终止温度对?效率影响较大;当初始温度为328K,环境温度288K时,最佳终止温度为370K。同时,针对KAl(SO4)2·12H2O应用于移动蓄热装置进行数值模拟,得到液相率、温度随时间的变化曲线。本文研究表明KAl(SO4)2·12H2O是一种性能良好的低温蓄热材料。
通过使用表面活性剂来提升水合物的生成速度和转化率是提高水合物技术经济价值的主要方法。因为泡沫过多不利于生产,低起泡性的聚苯乙烯磺酸钠(PSS)在水合物技术领域具有很好应用的潜力。本文根据对含PSS体系的水合物生成热力学研究,提出了乙烯-PSS溶液体系的热力学模型以定量描述PSS对水合物的热力学影响,该模型可较为准确地预测水合物的热力学临界生成压力:平均相对误差为1.1%,最大相对误差为3.8%。在上述研究基础上,本文研究了在PSS存在的情况下,PSS初始浓度和热力学推动力对Ⅰ型水合物的生成速度、最终转化率(水合物生成结束时的转化率)等参数的影响。结果表明,PSS对Ⅰ型水合物的热力学负面影响很小。PSS使水合物的最终转化率由59.6%±1.9%提升到80%以上,并使水合物的生成速度显著提升。当PSS初始浓度或压力低于特定值时,提高PSS初始浓度或压力可有效提升水合物的生成速度和最终转化率;但PSS初始浓度或压力高于特定值时,提高PSS初始浓度或压力对水合物生成速度和最终转化率的提升效果不再明显。
综述了钴基费托合成催化剂的失活机理、催化剂再生工艺及如何延长催化剂寿命的研究进展,通过分析催化剂失活原因,认为中毒、Co颗粒烧结、积炭、氧化、固相反应、晶相重构、表面阻塞和催化剂磨损等因素造成催化剂不同程度失活,其中积炭和Co颗粒烧结是催化剂失活的最主要原因,延长催化剂寿命的关键是提高催化剂的抗烧结能力和抑制积炭生成。增强活性金属Co和载体间的相互作用,保持Co晶粒分布均一或采用包覆、限域等策略可提高催化剂的抗烧结能力,通过添加助剂、调整氢碳比和空速等工艺参数亦可抑制积炭的生成。采用氢处理、脱蜡-氧化-还原和脱蜡-氧化-溶液处理-还原等工艺可实现催化剂的再生,对催化剂进行再生时要结合催化剂失活的主要原因,选择合适的再生工艺来最大限度地恢复催化剂活性。今后,提高催化剂的稳定性以及开发催化剂再生工艺技术路线是提高钴基费托合成技术竞争力的关键。
传统的SAPO-11分子筛颗粒尺寸较大,将其作为烷烃加氢异构化双功能催化剂的载体时,会增加烷烃分子在孔道内的停留时间,并降低载体的孔体积和酸中心利用率。小粒径SAPO-11分子筛孔道长度短,更便于烷烃分子扩散,并且具有更多暴露的孔口,提高了催化活性位的可及性。本文针对传统水热法合成的SAPO-11分子筛因颗粒尺寸较大而降低其孔体积和酸中心利用率,以及增加烷烃分子在孔道内的停留时间,使得烷烃分子在孔道内酸性位的作用下发生过度裂化等问题,综述了小粒径SAPO-11分子筛制备方法的最新研究进展及其优缺点,介绍了小粒径SAPO-11分子筛合成过程中的影响因素,并分析了小粒径SAPO-11分子筛合成技术中的关键要点和亟待解决的问题以及未来的发展趋势,指出未来应着重于具有良好热稳定性的小粒径多级孔SAPO-11分子筛的研究,并且应注重实现合成过程的方法绿色化、模板剂绿色化和溶剂绿色化。
基于质子交换膜燃料电池(PEMFC)的转换效率主要受阴极氧还原反应(ORR)动力学缓慢的限制,设计高效稳定的低铂催化剂,对于降低PEMFC产业化应用的成本和提高催化性能至关重要。目前,研究人员已对此开展广泛研究,并取得了丰硕成果,开发包括具有可调晶面、高指数晶面、Pt-M(M为过渡金属)合金的Pt纳米结构。本文从利用不同添加剂调控Pt基催化剂晶面结构和形貌以促进氧还原电催化性能的角度着手,综述了保护剂、络合剂、封端剂、还原剂、分散剂等常用添加剂对Pt基催化剂正四面体、立方体、八面体以及具有高指数晶面的凹纳米立方体等晶面结构进行调控的研究进展,在湿化学法、电沉积法、合金法、溶剂热法等不同研究方法中添加剂在调控晶面结构和提高催化性能方面发挥的作用,并对Pt基催化剂中Pt晶面调控在未来面临的挑战和发展方向做了简要总结。
氢能能量密度高、环境友好,是一种潜力巨大的可再生能源,可以有效减轻甚至解决传统化石能源所带来的全球气候挑战。利用太阳能光催化水解制氢是一种理想的制氢方法,其中光解催化剂是这一领域的研究核心。本文介绍了近些年TiO2、CdS和g-C3N4这3种最典型、最有前景的单相催化材料的研究现状及进展,分别对每种催化剂的特点和改性方法进行了总结。通过调变表面形貌或者与其他物质掺混,可以有效地改善光解催化剂对太阳能利用率不足、光生电子/空穴复合过快等问题,并由此提高光催化活性和稳定性,但离工业化仍有很大距离。最后指出了当前光解水制氢催化剂所面临的问题并展望了研究方向,为未来设计合成高效、稳定的光催化剂提供参考。
以碳基硼基为代表的非金属催化剂氧化能力不如金属氧化物,这使得非金属催化体系如碳基和硼基催化剂对于丙烷氧化脱氢反应具有独特的优势。本文综述了应用廉价环保型改性碳基和硼基的非金属丙烷脱氢催化剂将丙烷转化为丙烯的技术前沿,阐述了有序介孔炭材料,纳米碳材料(纳米纤维、石墨烯、碳纳米金刚石等)和六方氮化硼材料各自的丙烷氧化脱氢机理以及通过杂原子改性后提高其催化活性的情况。并对其未来的发展方向以及丙烷氧化脱氢新材料领域的发展做了展望。
光催化氧化降解印染废水中的污染物具有广阔的应用前景和重大现实意义,本文对构型限制Co-P化合物进行了设计合成,采用常规溶液反应法制备Co-P化合物光催化剂,并以亚甲基蓝模拟高浓度印染废水中的污染物,通过考察催化剂对亚甲基蓝的降解来评估催化剂的活性。考察了金属配比、催化剂用量、催化时间、催化温度对催化效果的影响。采用X射线衍射、红外光谱和扫描电镜等手段对催化剂进行了分析表征,结果表明:Co2+与有机膦成功配位,所制得的沉淀中主要含Co-P化合物,还含有少量的有机膦和其他杂质,Co-P化合物晶体间有许多孔状结构,对亚甲基蓝具有良好的吸附和光降解效果;最佳催化剂制备原料比例为:1.4-(双二苯基膦)丁烷∶六水合氯化钴为2∶1;最佳催化条件为最佳催化剂用量50mg,最佳光照时间3h,最佳催化温度50℃,在本次研究的最佳条件下污染物降解率可达15.45%,即4.6mg/L,以Ⅲ级废水中染料浓度约为5mg/L计算,其降解率达92%以上,可望在印染废水污染物降解中得到广泛应用。
以Bi(NO3)3·5H2O、Co(CH3COO)2·4H2O为原料,采用化学沉淀-水热法制备了Co3O4-Bi2O2CO3异质结构复合半导体光催化剂,并通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外可见漫反射光谱(DRS)、荧光光谱(PL)等手段对所合成的复合型催化剂进行了理化性能表征。研究结果表明:引入Co3O4没有改变Bi2O2CO3物相结构,但促进了Bi2O2CO3 对可见光的吸收能力,提高了Bi2O2CO3表面吸附氧物种的数量,抑制了光生载流子复合。复合光催化剂对罗丹明B(RhB)的光催化脱色实验显示引入Co3O4能够明显提高Bi2O2CO3催化剂的光催化脱色能力。尤其是Co3O4引入量为0.6%的Co3O4-Bi2O2CO3样品对罗丹明B染料的光催化脱色率可达到97%(模拟日光照射30min)。本文为复合型光催化剂制备提供了简单易行的技术路线,制备的新型半导体复合光催化剂Co3O4-Bi2O2CO3在环境净化方面表现出了较好的应用前景。
采用实验和模拟相结合的方法研究了NOx在固定床反应器中的吸附还原过程。选取商业常用的堇青石和TiO2为主要的成型催化剂基体材料,以铜铁铈复合型金属氧化物为活性成分,制备了蜂窝成型催化剂,对蜂窝催化剂的吸附性能和脱硝还原活性进行测定。建立了固定床反应器中CO脱除NOx的反应动力学模型,由于CO法脱硝反应的解耦分解,脱硝反应模型也由吸附模型和还原模型组成。吸附模型由固相和气相的微分质量平衡方程建立,还原模型由一组微分方程组成。通过固定床NOx吸附曲线和不同温度下NOx的转化率对模型中的关键参数进行了拟合,得到了CO在成型催化剂上脱除NOx的反应动力学模型,该模型与实验数据吻合较好。在此基础上,模拟了其他条件下吸附过程的穿透曲线和还原反应的转化率。此模型能较好地揭示CO在蜂窝催化剂上还原NOx的反应动力学,为CO法成型催化剂脱除NOx的实验或者工程提供理论指导。
硅具有高的理论比容量、较低的嵌锂电位、来源广泛且环境友好等优点,被认为是下一代锂离子电池负极材料的有力竞争者。然而,在锂离子脱嵌过程中巨大的体积膨胀引起了活性材料的粉化和破裂,这带来了电极循环性能差、容量衰减快甚至电极失效等一系列问题。迄今为止,有大量关于改性硅基材料的报道。本文将重点介绍硅基材料的纳米结构化设计和硅/碳材料的结合。首先,分析了硅的储锂及失效机制,从机理上理解硅的失效对其电化学性能的影响。其次,从理论上阐述了纳米级硅材料对缓解体积效应的机理,从结构设计、材料合成、形态特征和电化学性能等方面论证了纳米硅材料的优势。随后,从缓解体积膨胀、提高电导率和形成稳定的固体电解质(SEI)膜等方面总结了硅碳复合材料的研究进展。此外,还讨论了将导电聚合物和金属引入硅基材料的电化学性能增强机理。最后,从提高首次库仑效率、SEI膜稳定性和质量负载量等方面对硅基材料的产业化应用提出几点建议。
近年来,随着电子行业的发展,人们更多开始关注纳米材料在电子印刷电路板(printed circuit board,PCB)中的应用,新型、高效、经济、环保的技术方法逐渐替代传统制造工艺。本文综述了不同种纳米材料导电墨水的制备方法和新型印制电路板制备技术的发展,通过对比不同反应物、添加剂以及不同方法对最终生成的纳米铜导电墨水性能的影响,针对性介绍了适应于不同要求的纳米材料制备工艺技术。此外,介绍了不同的烧结工艺和打印工艺对最终生成PCB线路的影响。相对于传统的覆铜板刻蚀电路技术污染大、材料浪费、工艺复杂等缺点,新工艺结合纳米材料性能,利用高精度设备,着重向低成本、少污染、时间短、能耗低的方向进行一系列研究,文章还讨论了未来PCB行业在5G的应用发展方向和可能遇到的机遇和挑战。
燃料电池技术作为一种绿色能源技术,在减少能源消耗、环境污染等方面具有巨大潜力。膜电极(MEA)是质子交换膜燃料电池(PEMFC)的核心部件,MEA中电化学反应的顺利进行需要各功能层的协调配合,MEA各功能层涉及的传质、导电、导质子、催化等方面均影响燃料电池的性能。根据制备方法,可以将MEA分为催化剂涂敷基底(CCS)型MEA、催化剂涂敷膜(CCM)型MEA、有序化MEA和一体化MEA。MEA的性能不仅由催化剂本身载量决定,也受其结构设计和制备工艺的影响。本文介绍了MEA制备过程中常见的改进方法,分别从催化剂喷涂、刮涂、模槽挤出涂覆方式,催化剂浆料组成中Nafion含量和溶剂极性选择,催化层梯度化、图案化及界面结构改进,PEM结构增强、图案化、成膜方式等方面的研究进展进行讨论。但是目前对于MEA各功能层界面间的研究较少,应该注意的是催化层/质子交换膜(PEM)界面以及催化层/气体扩散层(GDL)界面设计也将直接影响MEA的性能。
氧化石墨烯(GO)作为理想的膜构筑材料,因其蜂窝状的结构特点及表面分布大量含氧基团的特性,被广泛用于水处理分离膜的构筑。GO膜具有良好的物理特性、优异的化学稳定性和独特的二维层状结构,在污水处理、脱盐和离子筛分等水处理领域备受关注。在水处理中,GO膜对有机物和离子有较好的截留效果,但也存在水通量低、稳定性差等问题。本文分析了近年来GO膜在水处理领域的研究新进展;简单总结了GO膜的制备方法和水处理应用;重点阐述了GO水处理膜分离性能优化的方法和传质机理的研究进展;最后总结并展望了GO膜在结构调控和性能提升方面的发展方向。本文为设计和制备高性能GO水处理膜提供参考。
相变储热技术是解决热量在时空上分配不平衡问题的有效手段之一,研制高性能的复合相变材料(phase change material, PCM)成为当前研究者关注的重点。硬脂醇(stearyl alcohol, SAL)等有机PCM目前主要存在热导率偏低以及循环稳定性较差等问题而限制了实际应用。以SAL作为PCM,膨胀石墨(expanded graphite, EG)为高导热多孔基质,采用吸附定形工艺制备了16种SAL/EG复合PCMs[EG含量为7%、14%、21%、28%(质量);样品密度为700kg/m3、800kg/m3、900kg/m3、1000kg/m3]。对复合PCMs样品的微观结构、储热能力、导热性能、循环稳定性及充放热性能进行研究与分析。结果表明:SAL完全填充于EG的多孔网络。当样品密度为900kg/m3,EG质量分数为28%的水平热导率最高,其值为28.58W/(m ? K),相比于纯SAL[0.38W/(m ? K)]提高了74倍,该值大约是相对应垂直热导率[5.99W/(m ? K)]的4.8倍。另外在构建的充放热性能试验台上研究了样品中心位置的储/放热性能,结果显示样品密度为900kg/m3,EG质量分数为28%的样品充放热速率最大,固-液潜热吸热和放热阶段所经历的时间分别为53min和20min。与此同时验证了样品的导热性能和熔化-凝固特性,说明SAL/EG复合PCMs具有稳定可靠的储/放热性能。
当前石化资源遇到储量有限、利用过程对环境不友好等挑战,生物质燃料乙醇作为一种替代性能源崭露头角。渗透汽化是一种分离乙醇的方式,节能、环保,开发天然高选择性渗透汽化膜成为研究热点之一。本文提出利用木质素磺酸钙(CaLS)的亲水性和成膜性,将其与天然多糖海藻酸钠(SA)进行共混,制备了不同CaLS含量的CaLS/SA交联膜。采用傅里叶红外、X射线衍射、接触角和扫描电子显微镜等方法对交联膜进行了表征和分析。结果表明,CaLS能与SA充分均匀混合,并且CaLS的加入能提高SA膜的亲水性。进一步考察了CaLS添加量和操作温度对10%水含量的乙醇溶液分离性能的影响,当CaLS/SA质量比为5%时,CaLS/SA交联膜分离因子达到2872,渗透通量达到796g/(m2 · h),较纯SA膜分别提高了160%和70%,证实了CaLS在膜分离领域的应用潜力。
电解锰渣的化学成分与水泥的组成符合,但高含硫量限制了其在水泥生产中的掺量。本研究采用高温还原焙烧法脱除电解锰渣中的硫,以焦炭为还原剂,在氮气气氛中以不同条件对电解锰渣进行热分解生成SO2。用扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)分析固体产物,气体分析仪分析SO2的释放,高温还原焙烧法脱除电解锰渣中的硫,探究焙烧温度和焦炭添加量对焙烧产物的物相和硫含量的影响。实验结果表明,生成SO2的最佳条件为焦炭添加量4%、分解温度1000℃。在最佳条件下,SO2的最大浓度为3513mg/m3,可用于生产硫酸。焙烧固体产物在温度为900℃、焦炭添加量为4%添加时,SO3含量可以降低到2.17%。根据GB175—2007《通用硅酸盐水泥》中规定,满足水泥中SO3含量须低于3.5%的要求,电解锰渣还原焙烧产品可以作为水泥原料,为电解锰渣的资源化综合利用提供理论依据和技术参考。
化石燃料燃烧过程中大量排放的CO2引起了人们对CO2生物甲烷化的关注。厌氧有机物生物降解过程中,与CO2生物甲烷化相关的主要是厌氧耗氢产甲烷菌。近年来,研究者们关注温度对厌氧耗氢产甲烷过程的影响,对推动厌氧耗氢产甲烷工艺的发展有着重要的意义。本文从厌氧耗氢产甲烷技术原理出发,介绍了厌氧生物降解过程中耗氢产甲烷菌的重要作用,归纳了32种仅利用H2和CO2产CH4的专性耗氢产甲烷菌,展示了氢气可以来源于化石燃料、生物质、水的分解和工业气体,综述了不同温度范围下厌氧耗氢产甲烷的效能,总结了不同温度变化方式对厌氧耗氢产甲烷的影响,并从氢气来源和温度变化等方面提出了展望。
以酿酒酵母电压门控钙通道膜蛋白(Cch1p)、牵张敏感性钙通道膜蛋白(Mid1p)和瞬时受体电位钙通道膜蛋白(Yvc1p)为研究材料,制备其单克隆抗体。采用生物信息学方法确定3种膜蛋白抗原表位,根据分析结果克隆抗原基因,并进行原核表达和表达产物分析鉴定,通过Ni2+-NTA树脂亲和层析技术获得重组抗原蛋白,免疫小鼠后细胞融合技术制备单克隆抗体,酶联免疫吸附测定(ELISA)检测抗体效价,免疫印迹技术检测单克隆抗体对重组纯化抗原和天然酿酒酵母钙通道膜蛋白的反应性和特异性。生物信息学分析结果表明,Cch1p、Mid1p和Yvc1p抗原表位可能分别位于1~300位氨基酸残基、359~548位氨基酸残基、1~236位氨基酸残基;克隆目的基因条带大小分别为926bp、570bp和708bp,与预期结果一致;原核表达抗原蛋白分子量分别为60000、25000和30000,Western blot检测条带正确;重组纯化抗原免疫BALB/c小鼠,细胞融合技术制备单克隆抗体,ELISA检测显示单克隆抗体效价分别高达1∶256000、1∶128000和1∶64000,Western blot检测到3种重组纯化抗原和天然酿酒酵母钙通道膜蛋白Cch1p、Mid1p和Yvc1p。这些结果说明本文制备的单克隆抗体可以成功用于检测酿酒酵母钙通道膜蛋白Cch1p、Mid1p和Yvc1p表达的相关研究。
DNA分子具有自我识别的特殊能力,DNA折纸术就是利用这一特性进行核酸纳米材料精准设计和组装的一种新技术。研究者可以利用与DNA脚手架链互补的订书钉链,将长链核酸折叠成与预设模型一致的纳米结构。DNA折纸术最早是2006年由Rothemund提出,一直以来,人们利用M13mp18单链线性DNA进行各种纳米图形的自组装。为了寻找更多的核酸材料进行DNA折纸研究,本文以枯草芽孢杆菌(Bacillus. subtilis 168)citZ基因序列为研究对象,采用改进的DAEDALUS软件,引入“锁钥”结构设计,利用“从下向上”的方法使DNA分子进行自组装,设计出三维体积为50.71nm×50.71nm×50.71nm的citZ基因纳米盒,只有遇到可识别的基因和匹配的“钥匙”时,才可能打开盖子,释放盒中的内容物。这种核酸纳米材料还可以通过调节DNA序列长度调节盒子的内部空间,有望成为一种新型的靶向药物运送载体。
表面活性剂是影响微乳液特性的关键因素之一。本文选取聚氧乙烯脱水山梨醇单油酸酯(Tween 80)、烷基糖苷1214(APG 1214)、十二烷基苯磺酸钠(SDBS)、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠(AES)、十二烷基硫酸钠(SDS)和95%纯度鼠李糖脂(R-95%)这6种表面活性剂,通过对其乳化性能和临界胶束浓度进行筛选,结合其形成微乳液的拟三元相图、粒径分布和界面张力分析其特性,并提出微乳液增溶油能力和增溶油成本。研究表明:APG 1214、SDBS、Tween 80乳化性能好、临界胶束浓度低具有更易形成微乳液的优势;5种表面活性剂(Tween 80、SDBS、APG 1214、SDS、AES)均可与正丁醇、水和3号白油自发形成单相微乳液,单相区面积大小为AES型>SDS型>APG 1214型>Tween 80型>SDBS型,最大增溶油能力大小为SDS型>AES型>APG 1214型>Tween 80型>SDBS型,最低增溶油成本大小为AES型<SDS型<SDBS型<APG 1214型<Tween 80型。SDS型和AES型微乳液在表面活性剂+助表面活性剂与水的比例分别为(6∶4)~(7∶3)和(7∶3)~(8∶2)时,形成微乳液的增溶油能力强和增溶油成本低,是较好的油类清洗应用参考配方范围。
针对某造纸厂再生纸抄造工程实际中,烷基烯酮二聚体(AKD)表面施胶挂面再生纸耐水性能提高不明显的质量问题,采用接触角、红外光谱(FTIR)、热重(TG)、X射线光电子能谱技术(XPS)、扫描电镜(SEM)、能谱(EDS)等研究方法,对纸厂生产的AKD施胶挂面再生纸纸样进行表征研究。结果表明,纸样接触角变化表现两面性差异,施胶纸样正面初期接触角为114.5°,反面初期接触角为118.5°,正面临界润湿接触角(≥90°)时间不足9min,反面临界润湿接触角为9min,纸样不具备长效耐水性,AKD施胶体系对纸张长效耐水性的贡献不明显;施胶后AKD特征官能团β-乙烯基丙内酯消失,施胶纸样和施胶萃取纸样在不同氛围下的失重行为不同,原子组成和原子价态化学环境不同,施胶纸样中含有可被四氢呋喃(THF)抽出的可溶物(AKD水解产物酮),水解产物酮相对含量高于99.0%。AKD不良施胶的主要原因在于施胶体系配伍不当,导致AKD与纤维素酯化接枝反应的具有长效耐水产物的量不足。
水环境中硝酸盐污染是普遍存在的问题。固相反硝化(SPD)技术由于其相对于水基反硝化在水修复中的显著优势而受到越来越多的关注。本文对SPD在水修复中的应用提出了新的看法,介绍了SPD中氮转化的过程和机理,如直接反硝化、异化硝酸盐还原成铵和厌氧氨氧化;讨论了碳底物在SPD中转化的主要过程;研究了SPD的主要局限性,包括碳源可用性低,NO2-和N2O积累,溶解有机碳释放和NH4+的生产,并总结了相关的限制因素;此外,还介绍了一些新的措施来减轻这些限制,如应用可生物降解的聚合物底物和异养自养反硝化HAD过程;最后讨论了同时去除硝酸盐和一些典型污染物以扩大SPD应用的方法。本综述试图提高人们对废水处理或水修复工程中反硝化过程的理解。
焚烧是我国处理城市生活垃圾的重要方式,能够实现城市生活垃圾的减量化、无害化和资源化利用。由于城市生活垃圾水分高、盐分多、热值低,导致垃圾焚烧炉普遍面临严重的积灰问题,这不仅为垃圾焚烧炉的安全运行带来隐患,还严重影响垃圾焚烧发电厂的经济效益。本文综述了垃圾焚烧炉受热面积灰生长的研究现状,介绍了垃圾焚烧炉受热面积灰生长的机理,分析了飞灰粒径、烟气流速、烟气温度、换热面温度等对垃圾焚烧炉受热面积灰生长特性产生影响的因素。在燃煤锅炉和生物质炉积灰结渣的现有积灰模型基础上,需要结合垃圾炉的积灰实验数据发展可以预测垃圾焚烧炉积灰结渣问题的模型。针对垃圾焚烧炉受热面积灰严重的现象,本文提出了设备改进、工艺优化、使用添加剂和涂层技术抑制积灰生长的一系列方法。最后总结了当前的重点研究内容,提出了建立能够准确预测垃圾焚烧炉积灰生长的模型,开发新的有效减轻垃圾焚烧炉换热面积灰的涂层等今后开展研究的方向,为垃圾焚烧电厂的合理运行提供了参考建议。
焦化废水是一种典型的难降解有毒废水,是一种世界公认难处理的工业废水。尤其是焦化废水中的氰化物,具有含量高、毒性大的特点,随意排放会污染水源和农田,造成鱼类的死亡和农作物的减产。因此如何高效价廉地去除焦化废水中的氰化物成为一个值得研究的问题。本文概述了国内外各种去除焦化废水中氰化物的处理方法和应用,主要分为生物法和物理化学法两大类。生物法利用微生物对废水中的污染物进行降解,但是单独使用生物法无法达到排放标准,所以要结合其他方法进行联合处理;简述了碱性氯化法、氰化铁沉淀法、Fenton工艺、活性炭吸附法、臭氧法、离子交换法、二氧化硫与空气法、膜生物反应器(MBR)和膜处理法等物理化学方法各自的优缺点,并提出了今后的发展方向;以期达到高效低耗处理焦化废水中氰化物的目的。
自然界废水和饮用水中发现了大量的全氟烷基和多氟烷基物质(PFASs),因此全氟或多氟烷基物质已成为有机污染物类的全球问题。常规的水处理技术包括混凝、絮凝、过滤、沉淀与生物处理过程都不能完全地去除PFASs。而特定的先进处理技术包括吸附、膜处理与光催化可以有效地去除PFASs,故需要了解深度处理过程中各种PFASs的去除机制,各种PFASs的不同物理化学特性使研究化合物在水溶液中迁移较为困难。在现有研究中关于水质条件对去除PFASs的影响的信息很少,本文全面总结了在不同水质条件下(如pH、温度、溶液中离子、天然有机物和溶质浓度)对去除PFASs的影响,以及先进水处理技术如吸附、膜处理和光催化技术的最新知识。
氯是煤中的微量元素,在燃烧过程中以HCl气体的形式释放出来,对燃煤发电机组石灰石-石膏湿法脱硫设施造成不利影响。基于湿法脱硫吸收塔浆液中氯离子的物料平衡,本文提出了碱性吸收剂脱除燃煤烟气中HCl的技术思路,从碱性吸收剂种类、反应条件对脱除HCl的影响、HCl脱除机理方面对烟气脱氯技术进行了综述,指出了碱性吸收剂脱除燃煤烟气低浓度HCl的研究方向。
通过对臭氧的性质和不同的反应机理介绍,回顾了臭氧在水处理中的应用发展概况,并介绍了臭氧在实际处理应用中的设备的3个关键部分,包括臭氧发生器、臭氧接触反应系统和臭氧破坏装置。在工艺设计、活化及催化方法开发的基础上,臭氧在水中传质过程的优化也是技术创新的重要环节,所以本文阐述了臭氧的传质速率影响因素,而臭氧接触器是改善传质的具体工程手段。基于人们对臭氧传质过程的理解,逐渐对臭氧接触器进行了设计和改进,本文对几种典型类型的接触器的发展历程和研究现状进行了介绍,并且对其各自的传质特征研究进行对比与总结,结果得出大流量工况下静态混合器的体积传质系数KLa高达2s-1,而小流量工况下射流式接触器和微气泡反应器的KLa可分别达到216.15s-1和4000s-1,并且发现臭氧反应中仍有某些问题需要进一步研究,如气泡直径等参数可以多加注意和臭氧体系中的界面反应的进一步研究。
随着我国化工行业的飞速发展,危险化学品事故时有发生,洗消成为化学应急处置的关键技术环节之一。本文综合考虑化学品的毒性、产销量、洗消的必要性等因素,初步建立了潜在危化品洗消污染物谱系;同时,在论述洗消原理及洗消剂的基础上,重点探讨了无机催化剂和有机活化剂对过氧化氢的催化活化原理。无机催化体系主要包含金属离子、金属盐和金属配位体,活性成分为·OH、1O2等;有机活化剂主要有酯类、酰胺类、脒类、胍类和腈类等,活性成分为过氧酸或过氧亚酰胺酸。各类体系在危化品消毒处置和漂白印染等领域都有研究和应用,有望成为未来危化品消毒剂的发展主体。本文可为过氧化物类消毒剂产品的研发提供一定的理论依据,为应对危化品事故应急救援洗消需求奠定技术基础。
脱硫废水中存在挥发性重金属、氨氮、挥发性有机物(VOCs)、氯等挥发性组分。在采用热烟气蒸发时,部分挥发性组分会以气态形式再释放进而导致有在脱硫废水中循环富集的潜在风险。本文基于脱硫废水中挥发性组分来源、赋存形态的分析,探讨了热烟气蒸发过程中挥发性组分的迁移转化行为。挥发性污染组分迁移转化是一个非均相物理化学过程。废水固液相中的挥发性组分可通过纯物理作用或与其他组分发生反应以气态或颗粒态形式析出进入烟气,并进一步与烟气组分发生热分解转化、吸附凝结等作用。当前研究仅认为少量氯会以HCl的形式析出,重金属普遍认为均以颗粒态形式析出,有机物、氨氮则未作关注。迄今还只局限于宏观现象的考察,相关的定量研究十分缺乏。文中指出,在当前不经或只经简单预处理的热烟气蒸发技术逐渐成为电厂脱硫废水零排放主流路线的背景下,脱硫废水蒸发过程中挥发性组分的迁移转化规律的研究显得尤为重要。
将聚硅酸铝铁(PASF)、聚丙烯酰胺(PAM)、纳米零价铁(nZVI)以及活性炭等材料复配制备复合混凝剂。在单因素实验基础上,以处理后海上生产返排液水质浊度和化学需氧量(COD)含量为评价指标,探究m(PSAF)/m(PAM)、复配温度以及复配熟化时间对复合混凝剂制备的影响。采用Box-Behnken响应曲面法,以COD含量为响应值建立数学模型,优化复配制备工艺参数,结果表明:数学模型显著,拟合度良好,可以用来分析及预测复合混凝剂的性能;最佳工艺参数为m(PSAF)/m(PAM)=14.63、复配温度=70℃和复配熟化时间=3.02h;验证结果COD含量为756.54mg/L,实验值与预测值偏差仅为2.14%。现场实验表明该复合混凝剂可以将海上生产返排液水质浊度、COD含量、含油量以及氨氮含量分别降低96.74%、94.35%、75.77%和74.27%,达到了进入生化处理系统的要求。
活性炭吸附法因技术成熟、简单易行、吸附效率高等优点而被广泛应用于挥发性有机化合物(VOCs)的处理中。本文以山林废弃物的野山桃核为原料,烟道废气及硝酸铁为活化剂,制备了一系列生物质活性炭,并利用固定床吸附装置对其吸附、再生性能进行了研究。利用二氧化碳和水蒸气模拟烟气,在固定流量的烟气活化氛围中进行活化,并探讨了不同硝酸铁的量对活性炭的孔隙结构及其吸附再生性能的影响。利用N2 吸附-脱附实验、扫描电镜、拉曼光谱和红外光谱等技术研究了活性炭详细特征。结果表明:当硝酸铁的质量分数为0.2% 时,所制备的活性炭AC-3具有最大的比表面积和平均孔径,分别为923m2/g及2.57nm。其对乙酸乙酯的饱和吸附量也最大,为973.04mg/g。利用烟气对AC-3活性炭进行活化再生处理,经过3次重复吸附-解吸再生实验,其饱和吸附能力仍可达91.5%以上,实现了废弃烟气资源化利用及活性炭的循环回收,从而达到废气治理的目标。
以氯化聚氯乙烯(CPVC)超滤膜为基膜,采用单宁酸(TA)和哌嗪(PIP)在CPVC膜表面共沉积后与交联剂均苯三甲酰氯(TMC)进行界面聚合得到PA/TA/CPVC复合纳滤膜,采用扫描电镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、红外光谱及接触角对PA/TA/CPVC复合纳滤膜进行了表征,并探讨了干燥时间、TA/PIP浓度比、TA+PIP总浓度、TMC浓度对PA/TA/CPVC复合纳滤膜微观结构与性能的影响。结果表明,TA/PIP浓度比最佳为7/3,TA/PIP层的最佳干燥时间为20min,PA/TA/CPVC复合纳滤膜的纯水通量随着TA+PIP总浓度的增加和TMC浓度的增加而减少,对PEG1000的截留率均在90%以上。PA/TA/CPVC复合纳滤膜纯水通量最大值为4.5L/(m2 · h · bar),此时PEG1000的截留率达到95.8%。对模拟RB5染料废水的最大通量为4.3L/(m2 · h · bar),此时RB5的截留率为95.4%,对模拟RB5染料废水的稳定性较好。