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本期目录
2022年 第41卷 第5期 刊出日期:2022-05-05
    本期封面、中英文目次表、版权页
    化工进展. 2022, 41(5):  0. 
    摘要 ( 52 )   PDF (6102KB) ( 71 )  
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    化工进展. 2022, 41(5):  1. 
    摘要 ( 29 )   PDF (71758KB) ( 410 )  
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    特约评述
    3D打印制备三维石墨烯及其在水处理中的应用
    张惠宁, 石中玉, 肖彦奎, 张晓琴, 尹鑫, 田丽红
    化工进展. 2022, 41(5):  2231-2242.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1277
    摘要 ( 220 )   HTML ( 33 )   PDF (2710KB) ( 166 )  
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    石墨烯作为一类新型纳米材料,具有对水中各类污染物良好的吸附去除性能,但石墨烯纳米粉末态的性状使其在使用后难以从溶液中分离出来而造成二次污染。因此构建大体积的三维石墨烯结构,可以有效弥补水处理中纳米材料难以分离的问题。本文介绍了如今常用的三维结构制备方法,如模板法、自组装法等,但这些方法通常步骤烦琐、影响因素及所需条件较多等,在过程中易产生结构缺陷,从而影响制得的三维结构的力学性能。文中指出,3D打印法通过计算机数据调控,具有操作简便、结构设计精准、批量制备的优点,可制备出优良的三维结构体,并可通过对浆料组分的灵活调控进行改性或增加其力学性能。综上所述,配置满足3D打印黏度要求的浆料,并使制得的三维结构具备一定要求的力学性能,充分利用其精密的规模化生产,是使3D打印三维石墨烯适用于水处理的关键所在。

    化工过程与装备
    基于水力空化的化工过程强化研究进展
    孙逊, 赵越, 玄晓旭, 赵珊, YOON Joon Yong, 陈颂英
    化工进展. 2022, 41(5):  2243-2255.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1244
    摘要 ( 189 )   HTML ( 28 )   PDF (6297KB) ( 150 )  
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    水力空化(HC)是一种利用声化学效应(即空泡溃灭时释放出的巨大能量)的高效、绿色化工过程强化技术,是国内外的研究热点。该技术具有设备造价低、可放大性强、可与其他物理及化学方法高效耦合等优点,工业应用前景广泛。本文介绍了HC现象及其特性;归纳了近年来HC技术在有机废水处理、水消毒与生物燃料制备等代表性应用的研究、应用进展以及作用机理,展示了其工业应用的潜力;总结了用于诱发HC现象的水力空化反应器的发展过程与研究现状;最后,结合发展趋势与作者的研究经历,归纳了国内外在HC研究方面存在的问题,指出了其未来发展方向,为HC技术的发展与工业应用探索提供建设性意见。

    硅粉氮化输送床内气固反应过程数值模拟
    尹少武, 张朝, 康鹏, 韩嘉维, 王立
    化工进展. 2022, 41(5):  2256-2267.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1191
    摘要 ( 99 )   HTML ( 9 )   PDF (6048KB) ( 164 )  
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    以单个硅颗粒氮化反应缩核模型为基础,本文建立了硅颗粒在输送床内反应、辐射与对流传热耦合的数学模型,并借助CFD软件FLUENT对输送床内能质传输过程进行了数值模拟,分析了输送床壁面温度、氮气流量、预热温度、硅粉粒径等因素对输送床内温度场和硅粉氮化率的影响。在数值计算域内将单个颗粒反应过程转化为颗粒群整体反应过程,实时监测颗粒粒径及未反应硅颗粒粒径,为数值模拟颗粒流反应提供一种新思路。当壁面温度高于1723K时,输送床内会出现一高温区加速硅粉氮化反应;反应温度越高、颗粒粒径越小,氮化过程越剧烈,硅粉到达完全氮化所需时间越短。模型表明为使粒径为2.5μm的硅粉达到完全氮化且输送床内最高温度不超过氮化硅的分解温度2173K,应控制输送床壁面温度在1773K,氮化时间在170s以上,预热温度在1273K,粉气质量比为0.2,稀释剂比例为0.5~1。

    新型金属泡沫-微柱群复合热沉内流动传热性能分析
    李勇铜, 刘健, 杨来顺
    化工进展. 2022, 41(5):  2268-2276.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1189
    摘要 ( 90 )   HTML ( 4 )   PDF (5535KB) ( 49 )  
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    高效热管理技术是大功率微电子设备安全运行的可靠保障。为进一步强化高功率电子器件的冷却效果,本文提出了一种新型泡沫铝-微柱群复合热沉结构。采用实验和数值模拟相结合的方法对新型水冷泡沫铝-微柱群复合热沉内的流场分布、壁面温度分布、阻力系数、换热性能及柱鳍与泡沫铝间的耦合传热规律等开展了深入分析。研究结果表明,与传统微柱群热沉相比,20PPI泡沫铝-微柱群复合热沉的壁面最高温度大幅降低,平均换热性能提升了33.9%~41.5%。然而,微柱群内填充泡沫铝却导致流动阻力增大,增加了7.9~10.5倍。泡沫铝-微柱群复合热沉的强化换热机理为:微柱群热沉内填充高热导率泡沫铝提升了热沉整体的有效导热性能,热量可通过金属泡沫固体骨架迅速传递,同时多孔界面较强的传热能力能够保证热量及时被冷却流体散除。本文相关研究成果可为高热流密度电子器件散热装置的研发提供理论指导。

    低膜面流速下曝气对管式膜水力特性及膜污染影响
    钱光磊, 谢陈鑫, 滕厚开, 赵慧, 任春燕
    化工进展. 2022, 41(5):  2277-2284.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1109
    摘要 ( 63 )   HTML ( 6 )   PDF (4997KB) ( 37 )  
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    采用曝气强化管式膜超滤高岭土混合液,考察了低膜面流速下曝气对强化膜分离过程影响,探讨了曝气对膜面水力特征及膜污染过程影响,并对过滤介质影响及膜污染阻力构成进行了研究。结果表明,在低膜面流速下,通过向管式膜引入曝气使膜表面形成气液两相流,可实现膜通量稳定保持在15L/(m2·h)以上。不仅如此,曝气的引入使膜表面雷诺数由1800~2500增至3300~4500,显著增强了膜表面湍流程度,并且实现了低膜面流速下使膜污染指数控制在较低水平,节省了运行能耗。此外,曝气的引入主要减轻了膜表面滤饼污染,使膜过滤总阻力减小且对高岭土截留效率影响不大,但强烈的膜面传质使高岭土粒径有减小趋势,并且膜表面形成污染阻力以不可逆污染层为主,不利于膜污染长周期控制。

    焦耳效应强化气隙式膜蒸馏脱盐过程的实验研究
    石一慈, 潘艳秋, 王成宇, 范嘉禾, 俞路
    化工进展. 2022, 41(5):  2285-2291.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1013
    摘要 ( 58 )   HTML ( 4 )   PDF (2817KB) ( 33 )  
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    以膜蒸馏海水淡化为背景,通过对自制导电炭膜通入直流电产生焦耳效应,开展焦耳效应强化膜蒸馏氯化钠水溶液脱盐过程实验研究。结果表明,制备的煤基炭膜在100℃内具有良好的结构稳定性;在实验范围内,炭膜对氯化钠的截留率在99.96%以上;焦耳效应对膜蒸馏渗透通量的提高率最高可达60%,且低温时焦耳效应对膜蒸馏的强化效果更好、电转换效率更高;引入的焦耳热除用于水分汽化外,还可提高料液温度、改善温度极化、增加传质推动力;焦耳效应同时对膜蒸馏过程传质系数产生影响,在进料温度为50~80℃时,受努森扩散和分子扩散影响,电流为1A时传质系数值将减小,电流为3A和5A时传质系数值将增大;膜蒸馏过程引入焦耳效应不会产生氧化还原反应和额外膜结垢;在炭膜中引入电流不会破坏炭膜及其表面PDMS层的结构。本文研究内容丰富了膜蒸馏海水淡化过程的强化方法,也可为焦耳效应影响膜蒸馏过程的模拟研究及工业应用提供依据。

    调节同层二次风以缓解双切圆锅炉高温腐蚀的数值模拟
    王新宇, 黄亚继, 徐力刚, 李志远, 李偲, 刘晓东
    化工进展. 2022, 41(5):  2292-2300.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1092
    摘要 ( 60 )   HTML ( 3 )   PDF (5028KB) ( 22 )  
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    针对某双切圆锅炉热角区域高温腐蚀问题,本文提出调节同层二次风流量的方法来改善热角上游的还原性氛围。基于Fluent软件模拟了不同冷角二次风流量工况下的炉内燃烧情况,结果表明:增加冷角二次风量可以基本消除双切圆锅炉水冷壁附近CO体积分数过高(>8%)的区域,大大缓解水冷壁高温腐蚀的问题。5%工况和10%工况下,炉膛近壁面安全区域面积占比分别上升了1.20%和1.35%,出口NO x 平均质量浓度分别升高2.99%和8.89%;而15%工况的炉膛防腐效果最佳,近壁面安全区域面积占比上升了3.60%,同时腐蚀严重区域占比下降了4.99%,出口NO x 平均质量浓度升高较明显,上升18.91%。在一般电厂实际调整过程中,冷角二次风增量应设置在5%~10%,对于燃用高硫煤且NO x 排放较低的电厂,建议将冷角二次风增量设置为15%左右,以最大限度缓解高温腐蚀。

    一种具有模式搅拌的微波反应釜内多物理场特性分析
    邹鹏程, 金光远, 李臻峰, 宋春芳, 韩太柏, 祝玉莲
    化工进展. 2022, 41(5):  2301-2310.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1123
    摘要 ( 54 )   HTML ( 4 )   PDF (7497KB) ( 55 )  
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    生物柴油作为一种新能源已引起了广泛关注,微波加热因其高效性被广泛用于制备生物柴油。然而,微波的不均匀加热是目前亟须解决的主要问题,因此本文在微波夹层反应釜内引入一种模式搅拌器,通过COMSOL软件耦合麦克斯韦、传热方程,对微波加热过程进行多物理场仿真,并采用动网格技术处理模式搅拌,探讨不同模式搅拌器参数对微波加热特性的影响,发现:①与无模式搅拌的微波加热模型相比,模式搅拌时刻改变物料中的电场分布,从而改善加热效率和加热均匀性;②物料平均温度与温度变异系数(COV)随搅拌器高度和长度的增加,整体上呈下降趋势;③物料平均温度随搅拌转速的增加线性提高,COV随转速的增加整体上呈上升趋势;④通过响应面分析发现对平均温度和COV产生影响的因素为:搅拌器高度>搅拌转速>搅拌器长度,其中搅拌器高度与转速的交互作用对平均温度影响显著;最后综合考虑平均温度和COV,响应面优化后的最佳搅拌条件为:搅拌器高度λH=0.164、搅拌器长度λB=0.31、搅拌转速N=30r/min,此时COV=0.11×10-2、平均温度为22.15℃。

    纳米结构表面液体沸腾传热的分子动力学模拟
    张石重, 陈占秀, 刘峰瑞, 庞润宇, 王清
    化工进展. 2022, 41(5):  2311-2321.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1175
    摘要 ( 75 )   HTML ( 2 )   PDF (4479KB) ( 152 )  
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    为了从纳米尺度了解表面结构和润湿性对池沸腾液体与固体壁面的传热性能,本文采用分子动力学方法研究了超亲水至超疏水不同润湿性的液体氩在光滑表面和含凹、凸半球纳米结构表面的沸腾传热过程,分析了三种表面上液氩在受热过程的形态、温度、热流密度等相关参数的变化情况。结果表明,液氩层沸腾过程大致可分为液氩层吸附于固体表面和液氩层从壁面脱离两个加热阶段,当液氩层吸附于固体表面时,温度升高、热流密度及气态氩原子产生速度均大于液氩层脱离壁面时的情况,在这两个阶段亲水表面上氩原子温度变化有明显的拐点,而疏水表面在两个阶段加热过程相差不大。亲水表面上的微结构能吸附更多液氩原子,促进了气泡产生及加速温度、热流密度的变化,而在疏水及超疏水微结构表面,微纳结构与液氩间的气膜层促进了气泡产生,计算结果为池沸腾传热及微结构选择提供了理论依据。

    能源加工与技术
    重质有机质热解过程中挥发物的产出与逸出气体分析研究进展
    聂凡, 仝坤, 邵志国, 刘光全, 李树森, 李兴春
    化工进展. 2022, 41(5):  2322-2331.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1009
    摘要 ( 83 )   HTML ( 6 )   PDF (1729KB) ( 58 )  
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    煤、重质油、生物质等重质有机质富含碳氢共价结构,其轻质化和定向化学品转化是加工利用的主要目标。热解是重质有机质加工过程中最直接、最基础的反应过程,挥发物作为重要的热解产物,其组成分布及在热解过程的演变规律解析是研究的关键和热点问题。本文综述了重质有机质热解过程中挥发物的生成过程,总结了反应类型及产物组成随温度升高的阶段性变化,并以煤、油砂、油页岩、生物质、含油污泥、市政污泥以及废橡胶为例,对比了不同种类的重质有机质热解挥发物产出的异同。针对重质有机质挥发物逸出特性分析方法,本文重点介绍了质谱、傅里叶变换红外光谱逸出气体分析技术,举例说明了各方法在重质有机质有机结构解析、热解工艺条件优化、污染物控制、催化剂设计等研究上的应用,并且就现阶段热解过程逸出气体的定量分析方法和应用进行了概述。最后,本文还就重质有机质热解逸出气体分析技术提出了建议和展望,以期为重质有机质的热解研究提供参考和借鉴。

    氨混合燃料体系的性能研究现状
    夏鑫, 蔺建民, 李妍, 陶志平
    化工进展. 2022, 41(5):  2332-2339.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1131
    摘要 ( 118 )   HTML ( 8 )   PDF (846KB) ( 279 )  
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    氨不仅是一种成本低廉的化工原料,而且由于具有较高的能量密度、易于储运、燃烧不产生CO2等优点被认为是一种有广泛应用前景的清洁燃料。氨燃料具有替代汽油、柴油等化石燃料的应用潜力,为解决环境污染和化石能源短缺等问题提供了新的途径。本文概述了氨燃料的理化特性、燃烧特性以及与多种材料的相容性,介绍了氨作为调合燃料的性能及应用研究进展,尤其对氨-汽油燃料、氨-柴油燃料、氨-正庚烷燃料等燃料体系的研究成果进行了总结。文章集中分析了氨作为发动机燃料的机遇和挑战,尤其指出了氨燃料的生产高能耗、毒性及腐蚀性、氨的燃烧缺陷等问题,并探讨了对应的解决方案。在碳达峰、碳中和的大背景下,氨燃料在我国的发展具有后发优势。

    热风再循环机炉耦合高效发电系统变负荷性能仿真及优化
    马有福, 王梓文, 吕俊复
    化工进展. 2022, 41(5):  2340-2347.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1196
    摘要 ( 42 )   HTML ( 1 )   PDF (1455KB) ( 22 )  
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    基于热风再循环回收烟气余热的机炉耦合发电(HAR)系统具有高效节能、受热面投资少、运行安全性高等优点。为解决其在全负荷范围安全又高效运行的问题,本文以某600MW烟煤机组为例,利用Ebsilon软件对HAR系统进行变负荷仿真研究。结果表明:烟气余热回收系统的排烟温度随负荷减小而降低,使锅炉空气预热器在低负荷下面临严重低温腐蚀风险;在低负荷下,现有的HAR系统难以通过调节高压、低压省煤器吸热量控制空气预热器冷端金属温度从而控制低温腐蚀;为在全负荷范围保证HAR系统内受热面安全可靠运行,提出了在余热回收系统中增设热量旁通管的HAR优化系统;在50%~100%热耗率验收工况(THA)负荷范围,应用该系统可使实例机组的标煤煤耗降低1.94~3.32g/(kW·h),在全负荷范围保持显著节能效益。为进一步推进该技术付诸应用,文章提出了HAR优化系统的运行控制方法。

    新疆淖毛湖煤中钠在CO2气化过程的迁移行为
    张凝凝, 丁华, 高燕, 白向飞, 张昀朋, 孙南翔
    化工进展. 2022, 41(5):  2348-2355.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1101
    摘要 ( 50 )   HTML ( 1 )   PDF (3165KB) ( 42 )  
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    针对新疆淖毛湖煤矿煤中Na含量高,在气化过程中可能会导致气化炉内壁腐蚀、沾污等问题,本文通过开展实验室气化实验和Factsage热力学模拟实验,研究了淖毛湖煤中钠在CO2气化过程时的迁移行为。通过热重实验研究了淖毛湖煤的气化反应特性;利用扫描电镜-能谱(SEM-EDS)、X射线衍射(XRD)及电感耦合等离子体-原子发射光谱(ICP-OES)等手段,对淖毛湖煤在800~1100℃下CO2气化条件下得到的残渣进行了分析表征,研究了不同温度下得到的残渣形貌以及残渣中Na的赋存形态、含量变化等;同时,结合化学热力学平衡计算方法,研究了CO2气化过程中淖毛湖煤中Na在气相中的分布情况,分析了气化过程中Na的析出特性。结果表明,在一定的反应时间内,随着气化温度的逐渐升高, 在温度为900~1100℃下淖毛湖煤中Na的析出量逐渐增加。在煤气中钠元素主要以NaCl(g)、NaOH(g)和Na(g)的形态存在,这部分形态的Na随着煤气排出而未富集于残渣中。800℃时残渣中主要成分为CaCO3,当气化温度高于900℃时,残渣开始熔融,且随温度的升高残渣中共熔物增加。当温度在800~1100℃时,淖毛湖煤中Na主要以硅铝酸盐的形式存在。

    注CO2+N2混合气改造-开采CH4水合物储层
    李楠, 贾帅, 孙振峰, 孙长宇, 陈光进, 李璟明
    化工进展. 2022, 41(5):  2356-2363.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1895
    摘要 ( 65 )   HTML ( 2 )   PDF (2166KB) ( 32 )  
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    盖层不封闭且胶结弱是海域天然气水合物储层开采面临的挑战之一。直接降压开采所得气水比低,还可能引发储层失稳。对此,一种基于水合物原理的储层改造方法被提出,即向水合物储层上方注入CO2形成人工CO2水合物盖层,从而构造出一个相对封闭的开采环境。在前期工作基础上,本文研究了注入CO2+N2混合气改造-开采CH4水合物储层的可行性。研究结果表明注入混合气体能够形成渗透性低、稳定性好的CO2水合物盖层,可以有效降低降压开采过程中的产水量及提高CH4采收率。当注入的混合气中N2比例较高时,过量的N2对CH4水合物的分解存在促进作用,但N2随甲烷采出增加了后续的分离难度。当注入的混合气中CO2的比例较高时,人工盖层阻水效果更强,但CO2产出量也随之增加,且限制了CH4采收率的进一步提高。后续研究需要进一步优化注-采工艺条件来提高开采效率和降低气体分离能耗。

    氢能供应链成本分析及建议
    张轩, 樊昕晔, 吴振宇, 郑丽君
    化工进展. 2022, 41(5):  2364-2371.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1062
    摘要 ( 129 )   HTML ( 7 )   PDF (1316KB) ( 165 )  
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    氢能具有能量密度高、环保清洁可再生的优势,已经成为未来能源发展的重要方向,被视为实现碳减排的必由之路。但目前氢能发展的核心问题是用氢成本过高,与电动车和传统燃油车相比没有经济优势。本文从制氢-运氢-加氢的产业链角度分析,发现电解水制氢成本远远高于化石能源制氢,且氢气的成本主要在运氢和加氢环节被抬升。文中指出:究其原因,主要由于氢气储存不易,在现有的长管拖车运输条件下,每次运输氢气量少,效率不高;同时由于燃料电池汽车数量少,每日加注量不足,叠合加氢站关键设备不能国产化,固定资产投资高导致折旧成本高,增加了氢气成本。针对这一问题,文中给出了具体降低成本建议,包括增加运氢压力以增加单次氢气运载量;加快科技攻关,关键设备国有化;突破政策限制,实现站内制氢;优化加氢站工艺,减少日常运营成本等。

    磁性灰粒在不同粒级气化灰渣中的分布特性
    吕飞勇, 初茉, 易浩然, 郝焱, 杨彦博, 石旭, 孙星博
    化工进展. 2022, 41(5):  2372-2378.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1056
    摘要 ( 57 )   HTML ( 0 )   PDF (3323KB) ( 31 )  
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    以气流床煤气化粗渣和细灰为原料,采用筛分和磁选的方法研究了磁性灰粒在不同粒级气化灰渣中的分布特性。结果表明:随着灰渣粒径的减小,在粗渣和细灰中,磁性灰粒的含量均呈现先升高后降低的趋势,磁性灰粒在粗渣中的含量高于细灰。粗渣中,磁性灰粒在0.5~0.25mm粒级中分布最多,该粒级神宁炉和GSP气化炉粗渣在粒度组成中的占比也最高,质量分数分别为38.42%和37.16%,各个粒级中磁性灰粒产率随粒径减小呈递增趋势;细灰中,磁性灰粒在0.074~0.045mm粒级中分布最多,而细灰粒度组成中的占比最高的却是大于0.25mm粒级,磁性灰粒产率在各个粒级都不高,呈现随粒径减小而升高的规律。气化过程中,磁铁矿会更多地富集在凝结团聚且高度玻璃化的大粒径粗渣中,粗渣和细灰中仍有相当量的含铁物相不显磁性。不同粒级煤气化灰渣中磁性灰粒的分布特性可为气化渣分级分质及高值化利用提供基础数据支撑和应用思路。

    中间相炭微球乳化-聚合法制备及电化学性能
    龚鑫, 刘小冬, 温福山, 师楠, 刘东
    化工进展. 2022, 41(5):  2379-2388.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1217
    摘要 ( 64 )   HTML ( 5 )   PDF (9833KB) ( 46 )  
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    以石油基各向同性沥青为原料,采用乳化-聚合法制备出一种球形规整、粒径分布较窄的中间相沥青基微球(MPMB-et)。经过预氧化、炭化得到中间相炭微球熟球(MCMB-et),采用扫描电镜(SEM)、高分辨透射电镜(HRTEM)、X射线衍射(XRD)和Raman光谱等分析手段表征了MCMB-et的外部形貌和微观结构,并对微球的储锂性能进行测试,结果表明:MCMB-et具有较大的比表面积(13.35m2/g)、较宽的层间距(0.352nm)和一定的结构无序度(内部类石墨片层堆积结构排列无序),加快了锂离子在类石墨片层间及活性位点的嵌入和脱出。与直接热缩聚法(MCMB-t)和直接乳化法(MCMB-e)制备的微球相比,MCMB-et在循环性能和倍率性能方面均具有明显的优势,MCMB-et在500mA/g的电流密度下循环100圈仍能保持325.3mAh/g的比容量,并在2A/g的高电流密度下仍能保持240.0mAh/g的比容量。

    工业催化
    高性能钛硅分子筛可控合成及其催化丙烯气相环氧化研究进展
    林栋, 冯翔, 刘熠斌, 陈小博, 杨朝合
    化工进展. 2022, 41(5):  2389-2403.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-0994
    摘要 ( 104 )   HTML ( 8 )   PDF (10609KB) ( 99 )  
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    随着绿色化工发展战略的推进,钛硅分子筛凭借其独特的选择性环氧化能力而引起广泛关注,合理调控钛硅分子筛的结构是提升烯烃环氧化反应效果的关键。本文分别对钛硅分子筛的结构类型、硅钛原子比、表面疏水性、颗粒传质性能的调控方法进行了介绍,系统总结了高活性钛硅分子筛的合成策略,并概述了TS-1钛硅分子筛工业生产技术的进展。以负载金属的钛硅分子筛催化剂为例,着重讨论了基于该催化剂的丙烯直接临氢气相环氧化反应的性能与机理,肯定了催化剂中包括载体钛位点和负载金属位点的双位点在环氧化反应中的重要性,并从金基催化剂的电子性质、空间分布、尺寸效应三个方面总结了高效金属位点的调控策略。此外,基于丙烯气相临氢环氧化当前存在的问题与挑战,进一步提出其潜在的解决方案与未来的发展方向。

    复合分子筛在烃类异构化反应中的应用研究进展
    陈治平, 王苗苗, 韦晓艺, 周文武, 杨志远, 周安宁
    化工进展. 2022, 41(5):  2404-2415.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1014
    摘要 ( 72 )   HTML ( 7 )   PDF (4415KB) ( 138 )  
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    近年来研究者发现复合分子筛具有孔结构丰富、水热稳定性良好、表面性质可调控等优点,在烃类异构化反应中表现出比单一分子筛更高的反应活性和更好的异构体选择性。本文综述了丝光沸石分子筛(MOR)、Y型分子筛、β分子筛、ZSM系列分子筛、SAPO系列分子筛等两两复合的微孔-微孔复合分子筛和微孔分子筛与MCM-41分子筛、SBA-15分子筛等介孔分子筛复合的微孔-介孔复合分子筛在烷烃异构化、烯烃异构化等反应中的应用研究进展,并对用于烃类异构化复合分子筛的研究与发展方向进行了展望,指出复合分子筛用于真实石油馏分的异构化研究仍需更深入、系统地展开;采用绿色高效的合成方法合成复合分子筛以及探究通过复合分子筛的结构设计和酸性调控,如何进一步提高复合分子筛在烃类异构化反应中的活性和选择性是未来研究的重点。

    表/界面调控策略在氢/氧反应电极中的研究进展
    王亚楠, 孟秀霞, 张维民, 杨乃涛
    化工进展. 2022, 41(5):  2416-2428.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1145
    摘要 ( 70 )   HTML ( 1 )   PDF (1776KB) ( 120 )  
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    高效的非贵金属基电催化剂对于提升氢气析出反应(HER)、氧气析出反应(OER)、氧气还原反应(ORR)等电催化反应的整体效率、促进能源转换技术的发展及应用起着至关重要的作用。近年来,对现有的电催化剂进行表/界面调控以诱导其产生新的理化性质,从而提高催化活性的研究受到了广泛的关注。本文综述了近年来利用形貌尺寸调控、缺陷调控、杂原子掺杂、异质结结构等表/界面调控策略在设计非贵金属基电催化剂方面的研究进展,揭示了催化材料体系改性对优化和提升催化性能的关键特性。从催化剂制备、先进表征手段、理论计算、应用性评价等方面展望了非贵金属基电催化剂在实际应用中存在的挑战和未来的研究方向,为实现清洁能源的大规模应用提供参考。

    木质素催化热解用催化剂的研究进展
    张雷, 王海英, 韩洪晶, 陈彦广, 王程昊
    化工进展. 2022, 41(5):  2429-2440.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1134
    摘要 ( 82 )   HTML ( 10 )   PDF (2321KB) ( 48 )  
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    木质素是一种结构复杂、产量丰富但利用率较低的生物质资源,可通过催化热解解聚为高附加值产物,具有广阔的应用前景。本文介绍了催化剂机理研究方法和催化剂作用方式,比较了催化木质素热解常用的分子筛类催化剂、金属氧化物类催化剂和金属盐类催化剂的催化性能、产物收率、产品分布、催化机理及优缺点。文中指出:分子筛类催化剂的脱氧能力强、酸度高,但液体产物收率较低;金属氧化物类催化剂具有液体产物收率较高、热稳定性强等优点,但依赖于催化剂酸碱性的调控;金属盐类催化剂虽高效、价格低廉,但热稳定性差、易失活。同时,本文对木质素催化热解领域提出了展望,未来热解催化剂的研究有待深入和系统化,根据木质素种类和目标产物设计复合型催化剂、核壳型催化剂和多催化剂协同催化是未来热解催化剂发展的趋势。

    木质素基碳材料催化剂的制备及应用研究进展
    薛李静, 费星, 刘江淋, 吴林军, 仇中杰, 许权洲, 钟晓文, 林绪亮, 秦延林
    化工进展. 2022, 41(5):  2441-2450.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1256
    摘要 ( 118 )   HTML ( 12 )   PDF (2507KB) ( 81 )  
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    木质素具有三维网状苯环结构、来源丰富、含碳量高、官能团丰富可控等特点,是一种理想的碳材料前体。通过化学改性和微结构调控制备具有特殊功能的木质素基碳材料,其在能源催化转化、电化学储能和环境修复等领域应用广泛。本文介绍了木质素基碳材料催化剂的国内外最新研究进展,总结了木质素基碳材料催化剂的制备方法,重点综述了木质素基碳材料催化剂在氧化反应、氢解反应、酯化反应、水解反应、脱水反应、费托合成等热催化反应、电解水析氢和锌空气电池氧还原等电催化反应、有机污染物降解等光催化反应的研究进展,但如何构筑高效、稳定、廉价、可规模生产的木质素基碳材料催化剂仍然是一个具有挑战性的课题。文章总结:今后研究中应加强对木质素的基础化学结构和微结构调控、活性组分与木质素碳材料载体间的相互作用、木质素基碳材料催化剂在催化反应中的作用机理等的研究,更好地发挥其低成本、三维结构易成型和微结构可调控等优势,拓展木质素生物质资源的高值化利用领域。

    用于二甲醚羰基化反应的丝光沸石催化剂改性研究进展
    杨韬, 王晓胜, 李然家, 余长春
    化工进展. 2022, 41(5):  2451-2459.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1186
    摘要 ( 55 )   HTML ( 3 )   PDF (656KB) ( 34 )  
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    丝光沸石催化二甲醚羰基化反应具有反应条件温和、产物选择性高等优点,近年来逐渐成为研究热点。丝光沸石因具有独特的结构,对二甲醚羰基化反应具有较高的催化效率,但同时也存在易积炭失活、寿命短、稳定性较差的问题。本文介绍了近年来研究人员为了克服上述问题对丝光沸石进行的各种改性研究的进展。目前,常用的改性方法包括酸中心调控、介微孔复合、形貌与晶粒尺寸调控和金属修饰四类,四种改性方法可通过调节反应活性中心数量、提高传质效率及抑制积炭来提高丝光沸石催化剂的活性和稳定性,但各有侧重。基于现有成果,丝光沸石催化剂下一步的改性研究重点是在强化传质的前提下通过各种方法来脱除或消灭位于传质通道中的积炭中心。

    不同类型氧化铝对FCC轻汽油芳构化性能影响
    宋绍彤, 李天舒, 鞠雅娜, 吕忠武, 吴培, 孙长宇, 段爱军
    化工进展. 2022, 41(5):  2460-2467.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1216
    摘要 ( 54 )   HTML ( 3 )   PDF (2711KB) ( 24 )  
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    针对第六阶段汽油国家(国Ⅵ)标准大幅度降烯烃同时保辛烷值的生产需要,本文通过改变氧化铝基质类型,制备了系列催化裂化(FCC)轻汽油芳构化催化剂,并对催化剂酸性质和织构性质进行调变。采用X射线衍射(XRD)、N2吸附脱附、扫描电子显微镜(SEM)、红外光谱(IR)和吡啶红外光谱(Py-IR)等手段对催化剂的物理性质进行表征,并以工业FCC轻汽油为原料对催化剂芳构化性能进行评价。实验结果表明,不同类型氧化铝的引入未对ZSM-5分子筛晶型产生影响,但可以显著调变ZSM-5分子筛的表面酸性,增加L酸中心数量。具有均一和相对较小比表面积和孔容的氧化铝材料更有利于轻汽油芳构化性能,轻汽油产品中,烯烃大幅下降(体积分数减少18.18%),异构烷烃(体积分数提高10.51%)和芳烃(体积分数提高2.75%)增幅较为明显,辛烷值损失(-5.1)较小并且可控。

    磷化法制备Ni x P y 及其复合材料光解水性能
    颜瑞, 孙志超, 张蒙蒙, 刘颖雅, 遇治权, 王伟, 王瑶, 王安杰
    化工进展. 2022, 41(5):  2468-2475.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-0989
    摘要 ( 86 )   HTML ( 8 )   PDF (2682KB) ( 36 )  
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    磷化镍具有Ni3P、Ni12P5、Ni2P、Ni5P4等多种晶相,深入研究各个晶相的制备规律和稳定存在条件对开发磷化镍基催化材料至关重要。本文系统考察了磷化时间、磷化温度、Ni/P摩尔比、磷化气速和磷源种类对制备晶相的影响。结果发现,以Ni3P为前体、红磷为磷源时,可以得到Ni5P4、Ni2P、Ni12P5三种晶相;以次磷酸盐为磷源时只能得到Ni2P和Ni12P5晶相。当以红磷为磷源时,反应温度是影响晶相的主要因素,磷化温度为500℃、600℃和800℃时分别得到Ni5P4、Ni2P和Ni12P5晶相。将制备的Ni3P、Ni2P、Ni12P5和Ni5P4作为助剂,与CdS复合制备光催化复合材料,得到的4种Ni x P y /CdS复合材料均表现出良好的光解水制氢性能,Ni5P4/CdS表现出最优的产氢能力,为CdS的5.4倍。表征结果证明,引入Ni x P y 能够有效抑制反应过程中CdS的载流子复合,提升其光解水反应活性。

    材料科学与技术
    微生物电解池辅助CO2甲烷化阴极材料的研究进展
    郑小梅, 林茹晶, 周文静, 徐泠, 张洪宁, 张昕颖, 谢丽
    化工进展. 2022, 41(5):  2476-2486.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1161
    摘要 ( 59 )   HTML ( 4 )   PDF (805KB) ( 19 )  
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    微生物电解池(microbial electrolysis cell,MEC)产甲烷技术是一种有望成为缓解能源危机与温室效应的重要新型途径。它以外界输入的较小电能为能量来源,以微生物为催化剂,在阳极通过分解有机物形成电子和质子;在阴极产生氢气和甲烷。近年来,MEC在反应器构型、阴极材料设计及电子转移途径、微生物群落结构组成等方面的研究取得了重要进展,寻找高效低价的阴极材料催化剂,实现MEC从概念到应用成为相关领域的研究热点。本文综述了MEC耦合厌氧消化系统产甲烷的工作原理和常见阴极材料的发展现状;分别对碳基阴极、金属基阴极及复合阴极的甲烷产率进行了阐述;系统介绍了不同阴极系统的电子传递方式、电化学特性、生物相容性、微生物群落结构组成等属性;讨论了各类电极的优缺点,并指出了今后的重点研究方向,以期为MEC耦合厌氧消化产甲烷技术的工程应用提供基础。

    官能化聚烯烃的进展和应用
    余世勤, 赵鑫鹏, 郑艳, 严亮, 贾建洪, 余海斌
    化工进展. 2022, 41(5):  2487-2503.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1223
    摘要 ( 70 )   HTML ( 7 )   PDF (1671KB) ( 51 )  
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    官能化聚烯烃是由聚烯烃改性后得到的产物,一般通过交联改性、共聚改性、固相力化学改性和接枝改性等方法制备,可应用于黏附、能源和封装等多重领域。基于聚烯烃高通量低成本的优势,聚烯烃接枝改性利用自由基反应直接向聚烯烃链上引入极性单体,较为经济便捷。聚烯烃接枝改性按反应条件的不同,又可分为溶液接枝、熔融接枝、辐射接枝、固相接枝和悬浮接枝。在接枝改性过程中,接枝率和接枝效率受多种因素影响,如聚烯烃型号、接枝单体、引发剂、共单体和反应条件等。本文综述了聚烯烃接枝改性不同接枝方法的研究进展,分析了各种接枝方法的优势和短板,并将接枝改性过程中的影响因素进行了总结。文章依据聚烯烃的可控自由基接枝改性和金属催化改性以及官能化聚烯烃的应用,展望了聚烯烃可控改性和官能化聚烯烃规模化生产。

    分子筛材料在VOCs吸附中的研究进展
    刘星园, 张永锋, 肖凯, 高境泽
    化工进展. 2022, 41(5):  2504-2510.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-0958
    摘要 ( 91 )   HTML ( 2 )   PDF (466KB) ( 237 )  
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    挥发性有机化合物(VOCs)的大量排放对我国大气环境已造成严重污染。本文综述了针对工业VOCs排放浓度低、风量大、含水等特点,分子筛作为较成熟的吸附材料在VOCs吸附处理中的应用。影响分子筛吸附VOCs的因素有孔径结构、表面性质、疏水性等。研究表明,与吸附质动力学尺寸相匹配的孔径和具有多级孔的分子筛吸附性能优良,引入适宜补偿阳离子也可加强吸附。文中指出:提高硅铝比或硅烷化改性来提高分子筛疏水性以及免除模板剂使用,降低成本,减小污染成为当下发展主流;在制备方法上打破传统水热合成法,使用固相法、微波辅助、晶种导入来降低能耗,实现绿色合成已成为新兴话题;研发多功能整体式材料以及吸附法和多种方法相结合来处理VOCs已成为未来发展趋势。

    陶粒支撑剂的研究及应用进展
    方宇飞, 丁冬海, 肖国庆, 付鹏程, 种小川, 朱现峰
    化工进展. 2022, 41(5):  2511-2525.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1106
    摘要 ( 55 )   HTML ( 2 )   PDF (1678KB) ( 25 )  
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    深层、低渗透、高闭合压力储层将是未来油气田水力压裂的主要区域,陶粒支撑剂因在水力压裂作业中起到支撑裂缝、提高导流率、增加油气产量的作用而备受关注。随着高品位铝矾土资源日渐枯竭,低铝质原料成为制备陶粒支撑剂的主要原料,目前主要包括低品位铝矾土、硅铝质固体废弃物以及其他材料。本文在总结大量文献的基础上,阐述了低铝质原料制备陶粒支撑剂所具有的优势以及存在强度不足的缺陷。之后针对这一问题,文章提出了覆膜增强和添加剂增强两种增强方式,系统讨论了预固化覆膜增强、可固化覆膜增强、液相助熔增强和畸化晶格增强对陶粒支撑剂强度的影响,总结出针对于不同原料制备、不同应用环境下的陶粒支撑剂最佳的增强方式。最后对陶粒支撑剂未来潜在发展方向进行了展望。

    基于润湿性梯度设计的单向导水/油多孔材料研究进展
    熊路, 石磊, 王闻宇, 金欣, 牛家嵘, 朱正涛, 林童
    化工进展. 2022, 41(5):  2526-2536.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1241
    摘要 ( 62 )   HTML ( 1 )   PDF (3460KB) ( 46 )  
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    近年来,具有独特的自发性液体运动的单向导水/油材料已成为研究热点。单向导水/油多孔材料是一种可用于雾水收集、油水分离、微流体传输以及功能织物等各种领域的新型材料。与普通的均匀润湿性多孔材料相比,具有单向液体传输特性的三维多孔材料通过表面和厚度方向的润湿性梯度精确设计,可以提供驱动力,促进液体的定向输送,提高液体传输效率,且能减少能源消耗。本文主要从化学梯度的调控、粗糙度梯度的构造、孔径梯度的设计这三种思路出发,按八种不同制备方法详细介绍了基于润湿性梯度的单向导水/油多孔材料的制备、输送液体的类型以及单向传输特性,同时概述了单向导水/油多孔材料在吸湿排汗纺织品、雾收集、油水分离等方面的实际应用,并提出了单向导水/油多孔材料在设计和使用方面所面临的挑战和未来发展前景。

    吸附电活性染料的活性炭电极电化学性能
    陈泳, 马妍楠, 徐成
    化工进展. 2022, 41(5):  2537-2545.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1280
    摘要 ( 54 )   HTML ( 3 )   PDF (5522KB) ( 24 )  
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    采用商用活性炭(AC)吸附二元混合染料亚甲基蓝(MB)和胭脂红(AR18),制备得到AC/(MB+AR18)电极材料。比较单一活性炭(AC)和吸附不同浓度的二元混合染料后的活性炭[AC/(MB+AR18)]的电化学性能。三电极体系的测试结果表明:在1mol/L H2SO4电解液中,当电流密度为1A/g时,吸附了浓度为400mg/L污染物的AC/(MB+AR18)比电容为182F/g,高于单一AC的比电容(109F/g)。随后选用性能最优的AC/(MB+AR18)-400作为电极材料,组装对称超级电容器器件,发现工作电压窗口从只用AC组装的对称超级电容器的1.1V提高到1.5V,电流密度为0.75A/g时,功率密度为843.84W/kg,能量密度可达32.23W·h/kg,远远高于AC组装的超级电容器(4.74W·h/kg),说明MB和AR18不仅为AC提供额外的法拉第电容,同时有助于提高其工作电压窗口。

    大丝束CF/EP汽车地板VARTM模拟与高温力学性能
    黄明, 祖韵秋, 高亢, 韦韡, 张娜, 朱华平, 刘春太
    化工进展. 2022, 41(5):  2546-2554.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1211
    摘要 ( 38 )   HTML ( 3 )   PDF (6470KB) ( 14 )  
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    汽车轻量化是全球面临的共同问题,采用更具成本优势的大丝束碳纤维(CF)增强复合材料是实现汽车轻量化结构化的重要途径。然而,大丝束碳纤维在液体成型时,单束过多的纤维丝易导致纤维束内微观浸润困难,易产生干斑、气泡等缺陷。同时,传统的汽车电泳烘干工艺对复合材料的高温性能提出了挑战。鉴于此,本文采用0°/90°双轴向缝编大丝束碳纤布和耐高温环氧树脂(EP),开展了纤维渗透率测试和汽车地板真空辅助树脂传递成型(VARTM)模拟优化研究,设计、制造了成型模具,成功试制出汽车地板样件,超景深显微镜观测显示纤维束内和层间浸润良好,无明显缺陷。高温在线拉伸和应变测试显示,温度对材料拉伸模量影响显著而对强度影响不大,180℃高温下应变恢复能力良好,表明该材料在高温下仍具备较好的强度和抗蠕变性能,该结果对指导复合材料能否通过传统汽车的电泳烘干工艺具有重要意义。

    锂-氧气电池用泡桐木衍生三维自支撑Co、N、S共掺杂多孔炭
    梁华根, 齐正伟, 贾林辉, 盖泽嘉, 荆胜羽, 尹诗斌
    化工进展. 2022, 41(5):  2555-2565.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1011
    摘要 ( 46 )   HTML ( 2 )   PDF (7057KB) ( 27 )  
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    正极是锂-氧气(Li-O2)电池的电化学反应场所,其直接决定了电池性能。本研究采用泡桐木为原材料,在NaCl/CoCl2混合熔融盐介质中,以三聚氰胺和硫脲为氮源和硫源,一步热解炭化制备出Co、N、S共掺杂的三维自支撑多孔炭材料(wd-NSC),并直接用作Li-O2电池正极。利用X射线衍射、扫描电镜、透射电镜、氮气吸脱附、拉曼光谱、X射线光电子能谱等对所获三维自支撑多孔炭材料的形貌、晶体结构与化学成分进行了表征。研究结果表明,Co、N、S共掺杂的三维自支撑多孔炭材料表现出高比容量(在0.05mA/cm2的电流密度下,放电比容量可达12.83mA·h/cm2)和出色的循环稳定性(在电流密度为0.1mA/cm2和限定容量为0.5mA·h/cm2下,循环寿命可达125次),优异的电池性能可归因于三维分级多孔结构及Co、N、S共掺杂的协同作用。

    石蜡@糊化面粉相变微胶囊及其在建材中的应用
    赵亮, 王岩, 王刚, 方向晨, 段晓光, 王少彬
    化工进展. 2022, 41(5):  2566-2573.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1173
    摘要 ( 54 )   HTML ( 3 )   PDF (4158KB) ( 26 )  
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    采用吸附沉积法制备了以石蜡为芯材、糊化面粉为壁材的相变微胶囊,并使用红外光谱仪、扫描电子显微镜、热重分析仪和差示扫描量热仪对微胶囊的化学组成、形貌和热性能进行了研究。结果表明:相变微胶囊呈椭球形结构,粒径为400~600nm,其峰值相变温度、相变潜热值和包覆率分别为22.2℃、110.5J/g和66.7%,具有较好的化学稳定性和热稳定性。将相变微胶囊掺入石膏基体制备相变石膏建材,结果表明:相变石膏试块的力学强度随微胶囊含量的增加而下降,微胶囊以湿料方式添加有利于减少相变石膏试块力学强度的损失。在连续5个月的吸热-放热实验中,相变石膏建材未出现漏液和明显的热性能衰减;夏季午后,相变建筑模型内温较外界温度下降4.1℃,说明相变石膏建材具有一定的调控温度效果。

    交联水性聚氨酯固-固相变材料的制备及性能
    陆少锋, 崔杉杉, 师文钊, 李苏松, 谢艳, 杨乾诚
    化工进展. 2022, 41(5):  2574-2581.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1281
    摘要 ( 39 )   HTML ( 1 )   PDF (4210KB) ( 26 )  
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    以聚乙二醇2000(PEG2000)为软段,异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)为硬段,丙三醇(GL)为扩链剂,制备了一种交联高分子水性聚氨酯固-固相变材料(WPUPCM)。首先,探讨了单体摩尔比、软段含量对WPUPCM储热性能和相变形态的影响;然后,利用红外光谱仪、原子力显微镜、偏光显微镜-热台系统、热重分析仪和差示扫描量热仪对所制备WPUPCM的化学结构、微观结构、结晶性能、热稳定性和循环稳定性做了测试和分析;最后,探讨了经WPUPCM处理后的蓄热调温纺织品的调温性能。结果表明,单体摩尔比和软段含量对WPUPCM的储热性能和相变形态有很大影响,减少软段含量和增加扩链剂的比例均有利于WPUPCM熔融温度的降低,当PEG、IPDI、GL的单体摩尔比为1∶1.8∶0.5时,所制备WPUPCM的熔融温度为35.52℃,并具有较高的熔融热焓(89.75J/g),可以较好地满足其在纺织服装领域的应用需求。所制备的WPUPCM与纯PEG相比,结晶机理均为均相成核结晶,由于硬段的束缚使得WPUPCM的结晶速率变慢,球晶尺寸变小,球晶稳定性提高。研究同时表明所制备的WPUPCM具有良好的热稳定性、循环使用稳定性和调温性能。

    一步热解活化法制备纳米木质素基多孔炭材料
    王鲁元, 金春江, 陈惠敏, 程星星, 安东海, 张兴宇, 孙荣峰, 耿文广
    化工进展. 2022, 41(5):  2582-2592.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1219
    摘要 ( 68 )   HTML ( 10 )   PDF (9450KB) ( 33 )  
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    以木质素为原料,采用管式炉反应器通过一步热解-半活化法获得木质素基多孔炭材料(LPC)。采用氮吸附(BET)、扫描电镜(SEM)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)对多孔炭材料的物化性质进行分析。在900℃的恒定炭化温度下,CO2体积分数为6%、水蒸气体积分数约为20%时,LPC-C6S20表面具有良好的纳米结构,并且总孔容和比表面积分别达到0.77cm3/g和1497.51m2/g,活化气氛促进了多孔炭材料颗粒趋于均匀和微孔、中孔的形成。LPC样品含有—OH、C—H、C=C、C—O、C=O、CO—C、C—N、C=N等丰富的表面官能团。随着活化剂浓度的变化,这些官能团保持相对稳定。因此,通过该方法获得的样品具有良好的纳米结构,具有较大的孔容、比表面积和表面官能团。

    阳离子型表面活性剂与聚合物复配体系协同减阻作用
    袁颖, 敬加强, 尹然, 张明, 韩力, 赖天华
    化工进展. 2022, 41(5):  2593-2603.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1269
    摘要 ( 63 )   HTML ( 1 )   PDF (6083KB) ( 108 )  
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    为探究阳离子型表面活性剂和聚合物复配体系的协同减阻作用,以阳离子型表面活性剂十六烷基三甲基氯化铵(CTAC)和聚合物聚丙烯酰胺(PAM)为研究对象,设计搭建多功能湍流减阻实验测试装置,实验分析聚合物离子类型对复配体系协同减阻的影响,优选复配体系,进一步研究复配体系协同减阻作用随表面活性剂浓度、聚合物浓度、温度的变化规律。实验结果表明:CPAM-CTAC/NaSal复配体系协同减阻作用>AmPAM-CTAC/NaSal复配体系协同减阻作用>NPAM-CTAC/NaSal复配体系协同减阻作用>APAM-CTAC/NaSal复配体系协同减阻作用。CPAM-CTAC/NaSal复配体系的协同减阻作用在CTAC/NaSal浓度达到聚合物饱和浓度(PSP)0.3g/L时到达顶峰,平均减阻效率高达69.22%;当CTAC/NaSal浓度增加至0.5g/L后,平均减阻率迅速减小至10.08%,复配体系的临界广义雷诺数亦迅速降至7535.20,抗剪切性减弱。随着CPAM浓度由0.05g/L增加到0.2g/L,减阻破坏区减阻率可由9.08%增加至57.49%,临界广义雷诺数由31272.43增加到45033.36,抗剪切性增强;当CPAM浓度超过第二临界缔合浓度(CAC Ⅱ)0.15g/L后,减阻破坏区减阻率增加趋势及抗剪切性增强趋势均变缓。此外,相较于单一减阻剂,复配体系耐温性显著增强,55℃时最大减阻率增至69.05%。

    基于硝化纳米纤维素/琼脂的高灵敏度湿度传感器
    陈博, 陈伟香, 唐丽荣, 洪祺祺, 严雪, 靳江涛, 吕日新, 黄彪
    化工进展. 2022, 41(5):  2604-2614.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1115
    摘要 ( 47 )   HTML ( 1 )   PDF (9530KB) ( 34 )  
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    湿敏材料是决定湿度传感器性能的关键,本研究将具有特殊化学结构的纤维素和琼脂这两种生物质材料有机结合起来,制备具有不同湿度敏感性的硝化纳米纤维素/琼脂(nitrocellulose nanocrystals/Agar,NCNCs/Agar)复合敏感膜材料,基于石英晶体微天平(quartz crystal microbalance,QCM)制备出具有高灵敏度的湿度传感器。结果表明,NCNCs/Agar复合敏感膜修饰的QCM湿度传感器的灵敏度和频率响应值较单一材料敏感膜修饰的QCM均有较明显的提高。经过优化测试,得到NCNCs与琼脂的最佳质量比为1∶25,涂覆2.049μg敏感材料的QCM传感器(QCM-b)性能最优异。在相对湿度(RH)11%~84%下,QCM-b具有良好的线性(R2=0.9933),灵敏度为32.54Hz/%RH。在RH 11%~97%下,QCM-b响应值可达到-5820Hz,具有优异的对数拟合系数(R2=0.9994),恢复时间短(5s),并且具有良好的重现性和长期稳定性,显示出在湿度探测领域的良好应用前景。

    聚丙烯腈/聚酯无纺布微孔复合锂电隔膜的制备及性能
    段曼华, 程丹, 肖伟, 杨占旭
    化工进展. 2022, 41(5):  2615-2622.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1132
    摘要 ( 55 )   HTML ( 2 )   PDF (4114KB) ( 19 )  
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    为了改善锂电隔膜的耐热性、电解液亲和性和机械性能,本文以聚丙烯腈为主要材料,采用相转化法制备了聚酯无纺布支撑的聚丙烯腈微孔复合锂电隔膜,对隔膜的理化性能(孔道结构、机械性能、电解液性能和耐热性)和电池性能(循环性能、倍率性能)进行系统研究。结果表明,复合隔膜具有均匀的微孔结构,平均孔径约为425nm,孔隙率为74%,拉伸强度为30MPa;电解液亲和性良好,吸液率为385%,接触角接近0°,锂离子电导率较市售隔膜显著提高,达到1.65mS/cm;在150℃、0.5h的热处理条件下,复合隔膜的热收缩率为0。鉴于良好的理化特性,该隔膜所装配的钴酸锂/锂金属电池表现出优异的循环容量和倍率容量保持性,如在0.2C倍率下,经历200次循环后电池的放电容量保持率为95.2%,在10C倍率下电池的放电容量为0.5C倍率下的58.3%。因此,相转化法制备的聚丙烯腈基微孔复合隔膜在锂离子电池中显示出较好的应用前景。

    生物炭/凹凸棒土的制备及对磺胺嘧啶的吸附
    陈茂, 张鑫, 谢伟, 陈广辉, 李志礼
    化工进展. 2022, 41(5):  2623-2635.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1282
    摘要 ( 55 )   HTML ( 4 )   PDF (2686KB) ( 27 )  
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    利用凹凸棒土(ATP)和碱性木质素(AL)慢速限氧热解制备生物炭/凹凸棒土(BC/ATP)吸附水中的磺胺嘧啶(SDZ),研究原料比例和热解温度对产品组分含量和吸附效果的影响,并探讨初始pH、BC/ATP投加量、吸附时间和SDZ初始浓度等因素对去除率的影响。分别采用拟一级、拟二级和颗粒内扩散方程拟合吸附过程动力学,用Langmuir和Freundlich方程拟合等温吸附线。通过扫描电镜、傅里叶红外光谱、X射线衍射、拉曼光谱和比表面积测定分析BC/ATP的表面形貌、孔结构和官能团。结果表明ATP能有效促进热解过程中挥发性中间产物二次热解,提高BC得率,改善BC/ATP吸附性能,并通过ATP的金属离子作用扩宽BC/ATP的pH敏感度。吸附动力学均符合拟二级动力学模型,且由颗粒内扩散模型拟合说明该扩散行为不是限制吸附速率的唯一因素,等温吸附线更符合Langmuir等温吸附模型,0<RL<1,为优惠吸附,说明吸附过程易于进行,最大吸附量为109.53mg/g。不同pH条件下吸附机理可分为两部分:①在酸性和中性条件下,主要依靠BC/ATP的上BC表面负电荷与SDZ静电作用;②碱性条件下主要依靠ATP表面金属离子与SDZ氢键的金属阳离子桥接作用。

    生物与医药化工
    多酶共固定化技术在糖类催化中的研究进展
    唐婷, 周文凤, 王志, 朱晨杰, 许敬亮, 庄伟, 应汉杰, 欧阳平凯
    化工进展. 2022, 41(5):  2636-2648.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-0983
    摘要 ( 71 )   HTML ( 4 )   PDF (5957KB) ( 133 )  
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    糖类的催化反应对人体生命活动和工业生产具有重要意义。近年来,多酶共固定化技术迅速发展,为糖类的催化反应提供了一个绿色高效的研究工具。本文结合糖类催化中的多酶级联反应,系统阐述了多酶共固定化的方法,包括传统方法和新型方法,并指出了其各自的原理和优缺点。在此基础上,详细介绍了多酶共固定化技术在糖类催化中的应用,如淀粉的水解、纤维素的利用以及功能性糖的合成等,结果表明多酶共固定化技术不仅具有高效催化、稳定性强、易于分离等特性,而且能够充分发挥多酶之间协同催化的优势,极大地促进了糖类催化反应的进行。最后分析了多酶共固定化技术目前存在的问题与挑战,提出了一些解决问题的研究思路和方法,并展望了其发展前景。

    资源与环境化工
    压力驱动及电驱动膜法水软化技术研究现状与展望
    王进, 陈青柏, 王建友, 李鹏飞, 董林
    化工进展. 2022, 41(5):  2649-2661.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-0826
    摘要 ( 67 )   HTML ( 5 )   PDF (2424KB) ( 41 )  
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    水的软化处理是将硬水中的Ca、Mg等可溶性盐除去的过程,是脱盐及盐资源化工序的工程化运行和饮用水安全保障过程中至关重要的一环。本文介绍了以分盐型纳滤为代表的压力驱动膜过程和以选择性电渗析为代表的电驱动膜过程在水软化中的基本原理,综述了相关工艺应用于水软化过程的技术研究进展,详细分析了多种膜法水软化系统的技术特点和优劣势,对分盐型纳滤与选择性电渗析进行了对比,并对未来膜法水软化技术的可能研究方向进行了展望。

    城镇污水处理厂碳中和技术及案例
    唐娇娇, 谢军祥, 陈重军, 余成, 陈德超
    化工进展. 2022, 41(5):  2662-2671.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1218
    摘要 ( 102 )   HTML ( 10 )   PDF (2177KB) ( 53 )  
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    污水是资源与能源的载体,蕴含着极大的化学能和热能,传统污水处理过程以能消能,处理过程能耗高且释放温室气体。在碳中和背景下,我国城镇污水处理厂实现碳中和运行,在能源自给、降低温室气体排放等方面具有潜力,成为城镇污水处理厂转型的热点。本文以城镇污水处理厂碳中和运行潜力分析为背景,分析了以高负荷活性污泥工艺(HRAS)、化学强化一级处理工艺(CEPT)、自养脱氮和反硝化除磷等工艺技术为主的碳源捕捉、低耗处理的新型污水处理工艺,并阐述了以厌氧消化-热电联产、热能和太阳能回收为代表的能源回收技术,以国内外碳中和技术运行的实际污水厂案例探讨了其应用优势和效果。同时,认为低耗运行和能源回收是城镇污水处理厂实现碳中和运行的关键,并对我国城镇污水处理厂实现碳中和运行提出了展望,旨在为城镇污水处理厂的低耗绿色可持续发展提供参考。

    木质素荧光研究进展
    申琪, 薛雨源, 杨涛伟, 张妍, 李胜任
    化工进展. 2022, 41(5):  2672-2685.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1246
    摘要 ( 88 )   HTML ( 5 )   PDF (6341KB) ( 52 )  
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    木质素是植物细胞壁荧光的主要来源,是一种天然高分子荧光材料,但木质素的荧光机理和调控机制不明确,制约了其荧光特性的高值利用。本文从木质素荧光团化学结构的筛选和木质素荧光团间聚集耦合态的研究两方面出发,系统地综述了木质素荧光的研究现状,并分别对其研究思路和存在的科学问题进行了总结和凝练。分析表明,首先,由于木质素的自吸收效应和荧光淬灭剂的存在,仅从荧光强度和发射波长两方面筛选与真实木质素荧光相近的模型物作为其荧光团的结论存在一定局限性;其次,木质素荧光团间存在相互作用,单独分析木质素荧光团的化学结构意义有限,木质素真实发光基团是这些荧光团间的聚集耦合态;再次,在木质素微结构聚集行为研究和聚集诱导发光理论的基础上,已从宏观层面明确了木质素胶团间和胶团内两种基本聚集行为对其荧光的影响规律和作用机制,今后的研究应完善木质素聚集荧光行为的关联模型,并从微观分子层面深入揭示木质素荧光团间的耦合机制;最后,木质素荧光并非是一个单纯的光物理性质研究,更是一个由木质素化学结构解析、木质素微结构调控、木质素激发态能量转移等多方向交叉形成的综合性课题,揭示木质素荧光机制仍然是一个具有挑战性的工作,进而会对木质素其他方向的研究起到促进作用。

    好氧颗粒污泥长期稳定运行研究进展
    郭之晗, 徐云翔, 李天皓, 黄子川, 刘文如, 沈耀良
    化工进展. 2022, 41(5):  2686-2697.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-0975
    摘要 ( 74 )   HTML ( 1 )   PDF (950KB) ( 37 )  
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    好氧颗粒污泥因具有结构密实、沉降性好、耐冲击负荷的优点,在废水处理领域有着广阔的应用前景,然而颗粒成型时间长、长期运行易失稳为其推广应用的限制性因素。本文回顾了近年来国内外关于好氧颗粒污泥稳定性方面的研究进展;梳理分析了影响好氧颗粒污泥运行稳定性的因素,包括宏观角度的反应器构型、水流剪切力、有机负荷、饱食-饥饿期、进水底物、C/N比(碳氮比)、F/M比(营养微生物比),及微观角度的颗粒粒径、胞外聚合物组成、微生物生长速率、菌落结构等;列举并讨论了调整曝气、改变进料方式、添加载体颗粒、选择生长缓慢微生物等强化好氧颗粒污泥稳定性的方法途径;最后指出了好氧颗粒污泥的形成机理仍会是今后的研究重点,同时应利用基因组学工具探究微生物群感效应对颗粒稳定性的作用相关性,结合微生物生态学确定好氧颗粒污泥的最佳运行条件,以期推动该技术的应用与发展。

    反冲洗降膜式污水源热泵机组供热性能实验测试
    张群力, 杨一雄, 张新超, 刘芳
    化工进展. 2022, 41(5):  2698-2705.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1120
    摘要 ( 42 )   HTML ( 0 )   PDF (3456KB) ( 19 )  
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    污水源热泵供热是城市污水热能利用的重要途径。为提高原生污水源热泵机组回收城市污水余热的能效,本文提出反冲洗降膜式污水源热泵机组供热系统,建立了污水源热泵机组供热性能实验系统,可与满液式污水热泵机组的供热性能进行比较研究,为解决直接换热式污水源热泵系统遇到的原生污水堵塞问题,本文还设计了污水反冲洗系统,并测试了反冲洗频率和时长对机组换热性能的影响。实验结果表明:降膜式污水蒸发器的平均传热系数要显著高于满液式污水蒸发器,降膜式污水蒸发器的平均传热系数比满液式污水蒸发器高了60.17%;在文中工况下,利用降膜式污水蒸发器的污水源热泵机组的供热性能系数要显著高于满液式污水蒸发器的污水源热泵机组,降膜式污水源热泵机组的供热性能系数比满液式污水蒸发器高了9.52%;污水反冲洗方式可以有效解决直接换热式原生污水源热泵系统的堵塞问题,在使用反冲洗模式时,反冲洗的时间间隔应尽可能短,以确保平均传热系数不会减小。因此,利用反冲洗降膜式蒸发器的污水源热泵机组可以更加高效地利用污水热能。

    外源添加物强化聚氯乙烯水热碳化脱氯
    李叶青, 羊省儒, 梁卓, 江皓, 徐泉, 周红军, 冯璐
    化工进展. 2022, 41(5):  2706-2712.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-0979
    摘要 ( 40 )   HTML ( 3 )   PDF (3166KB) ( 19 )  
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    针对聚氯乙烯(PVC)垃圾难降解且焚烧处理会产生有毒物质造成环境污染等问题,本文提出了水热碳化技术处理的新途径。同时研究了不同外源添加物与PVC树脂协同水热碳化对提高脱氯效率的影响。结果显示生物质的添加可以促进PVC水热碳化反应中取代、消除、脱水和芳构化反应。当水稻秸秆与PVC树脂质量比为1.4、水热温度240℃、反应120min时,脱氯效率可达97.50% ± 1.40%,固相产物高位热值为39.57MJ/kg± 0.40MJ/kg,燃烧性能好。该技术为PVC垃圾转化成固体燃料、实现可持续利用提供了新思路,具有广阔的应用前景。

    PVDF-PFTS/SiO2膜制备及抗混合污染性能
    李正, 牛静东, 何广泽, 张兰河, 张海丰
    化工进展. 2022, 41(5):  2713-2721.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1238
    摘要 ( 60 )   HTML ( 0 )   PDF (4179KB) ( 27 )  
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    采用表面接枝技术制备了PVDF-PFTS/SiO2超疏水复合膜,通过扫描电子显微镜(SEM)和红外光谱(FTIR)分析了膜污染前后的表面结构和组成,考察了直接接触式膜蒸馏(DCMD)装置出水电导率和膜通量的变化,利用XDLVO理论分析了PVDF-PFTS/SiO2超疏水复合膜的抗混合污染性能和机理。结果表明:在1H, 1H, 2H, 2H-全氟辛基三氯硅烷(PFTS)和SiO2共同作用下,PVDF-PFTS/SiO2超疏水复合膜表面形成微纳米复合乳突结构,水接触角(WCA)由99°增至155°。与PVDF基膜相比,PVDF-PFTS/SiO2超疏水复合膜对混合污染物具有较好的抗污染性能;连续运行10h,膜通量和截留率分别保持在10.06kg/(m2·h)和99.80%。XDLVO理论分析表明,PVDF-PFTS/SiO2超疏水复合膜表面与污染物之间的作用力由引力转变为斥力是其抗混合污染性能增强的主要原因之一。

    二氧化碳养护混凝土活性组分固碳率评价方法
    郭若楠, 易臻伟, 王涛, 宋佳奕, 方梦祥
    化工进展. 2022, 41(5):  2722-2732.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1082
    摘要 ( 63 )   HTML ( 3 )   PDF (2477KB) ( 178 )  
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    CO2养护混凝土技术作为一种新型的CO2利用技术,既能实现工业固废的资源化利用,又能实现温室气体的永久封存,近年来受到越来越多的关注。由于混凝土原料组分复杂、养护工艺路线多样,关键指标固碳率的评价方法也各不相同,因此亟需形成适用于不同工业固废混凝土产品体系的固碳率通用评价新方法。在对已有诸多评价方法进行比较后,本文提出一种适用性和可操作性较好的增重法-烘至绝干法的固碳量评价新方法和基于修正后活性组分质量的折算基准,在Steinour公式基础上,通过对工业固废中常见的钙、镁组分中惰性部分进一步辨别、扣除,可以直观地反映原料中活性组分的有效反应程度。水泥净浆体系实验表明,烘至绝干法可以更合理地补偿水蒸发带来的误差,适用于工业规模的固碳率评价。多种固废混凝土体系实验表明,以修正后的活性组分质量为基准可以体现试件中活性组分的碳酸化程度,排除了试件中含水率和惰性组分的影响。最后,利用本文提出的评价方法,对河南焦作CO2养护混凝土工业单釜试验产品的固碳率进行评价,为CO2养护技术的指标评价提供了更完善的科学依据。

    水热耦合厌氧消化技术处理餐厨垃圾沼渣沼液及工艺能耗分析
    邵明帅, 张超, 吴华南, 王宁, 陈钦冬, 徐期勇
    化工进展. 2022, 41(5):  2733-2742.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1285
    摘要 ( 47 )   HTML ( 1 )   PDF (2843KB) ( 29 )  
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    以水热与厌氧消化耦合工艺作为餐厨垃圾沼渣沼液(digestate of food waste,DFW)的处理过程,探究了DFW处理前后的脱水性能及固、液两相产物的特性,分析了工艺过程中的物质流动、能量输入/输出,并评估了能量平衡的影响因素。结果表明,水热处理改善了DFW脱水性能,降低了脱水后的泥饼产量和含水率。温度是影响水热处理效果的主要因素,处理效果随温度的升高明显提升。当水热温度为200℃时,离心后泥饼的产量和含水率降低最为显著,分别从最初的71.83kg/t DFW和88.43%减小至22.11kg/t DFW和76.30%。此外,水热过程促进了DFW有机物质从固相向液相的转移,通过耦合厌氧消化处理工艺生产甲烷,可以有效地回收液相能量。本研究对整个处理工艺进行了全面的物质和能量衡算。水热处理温度的提高增加了加热能量的输入,但减少了后续热干化过程的能量输入,并增加了DFW液相产物的产甲烷潜力。当水热温度为160℃、保温时间为60min时,水热与厌氧消化耦合工艺净能量输入最少(30.75MJ/t DFW),相比于不采用水热技术处理节省106.48MJ/t DFW。水热过程热能的回收率、脱水后泥饼的含水率、液相产物的产甲烷潜势是影响工艺过程能量净消耗的主要因素,是工艺优化的主要方向。

    过一硫酸盐-高铁酸盐-FeS体系土柱淋洗修复邻二氯苯污染土壤
    何畅帆, 赵小航, 章雪莹, 何林, 隋红, 李鑫钢
    化工进展. 2022, 41(5):  2743-2752.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-0941
    摘要 ( 57 )   HTML ( 3 )   PDF (4201KB) ( 37 )  
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    有机氯污染土壤的修复是目前土壤修复的一个重点和难点。针对有机氯难降解的问题,本文采用土柱淋洗模拟异位淋洗修复的方式,利用过一硫酸盐-高铁酸盐-FeS(PFI)氧化体系对邻二氯苯污染土壤进行了修复。采用土柱实验测试了过一硫酸盐和高铁酸钾的复合溶液在土壤中的渗透系数(1.46×10-4~2.46×10-4cm/s),实验发现随氧化物浓度增大,渗透系数变小。使用PFI对污染土壤进行了土柱淋洗修复实验,结果表明,PFI可实现对深层土壤的氧化修复,在适中浓度下经过3.8h淋洗,可将深度为5cm、15cm、25cm处的土壤中的邻二氯苯最终残留率降低为17.5%、20.0%和30.3%。在改变土壤性质方面,土柱实验表明,PFI对土壤性质的改变与土壤深度呈负相关,即土壤越浅,改变得越彻底。综上所述,PFI氧化体系对含氯苯有机污染场地修复有良好的应用前景。

    活化过硫酸盐修复苯胺污染地下水及其环境风险
    李坡, 张珊珊, 施锦秋, 高航, 王明新
    化工进展. 2022, 41(5):  2753-2760.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-0959
    摘要 ( 46 )   HTML ( 1 )   PDF (1177KB) ( 101 )  
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    采用砂柱实验对模拟苯胺(AN)污染地下水进行连续处理,研究了碱(NaOH)活化、铁(Fe2+)活化和过氧化氢(H2O2)活化三种过硫酸盐(PS)活化方式对AN的去除效果及环境风险。结果表明,H2O2活化PS处理对AN去除效果最好,4天内AN累计去除率达到了60%。当H2O2浓度递减注射时,4天内AN累计去除率达到了83%,克服了恒定浓度注射时的氧化剂浪费问题。各处理的总有机碳(TOC)矿化率远小于AN去除率,表明大量AN不完全降解。GC/MS分析表明,降解产物主要有对苯醌、偶氮苯和直链烷烃。碱活化显著提升了体系pH,其他反应体系均为中性,反应后pH均下降。H2O2活化PS处理的氧化还原电位稳定保持较高水平。处理后的水质急性毒性均高于处理前,主要源于过硫酸钠分解后残留的硫酸盐,使修复后地下水饱和带形成高盐区。因此,采用活化PS原位注射修复时,需对二次污染风险进行严格地评估和防控。

    掺硫介孔炭的制备及其汞脱除特性
    狄冠丞, 周强, 陶信, 尚瑜, 宋涛, 卢平, 徐贵玲
    化工进展. 2022, 41(5):  2761-2769.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1086
    摘要 ( 48 )   HTML ( 1 )   PDF (4264KB) ( 28 )  
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    采用模板法,以MCM-41为模板剂,2-噻吩乙醇和百里香酚蓝为前体,制备了掺硫介孔炭吸附剂,在固定床汞吸附实验装置上研究了其脱汞性能,考察了前体质量比、煅烧温度、烟气温度与烟气组分(O2、SO2)等因素对其脱汞性能的影响,并对吸附剂的物化特性进行了表征,分析了其脱汞特性。结果表明:在前体(2-噻吩乙醇∶百里香酚蓝)质量比为6∶1、煅烧温度为900℃时制备获得的掺硫介孔炭MCM-900-1∶6的脱汞效率最高,其比表面积达932m2/g,C质量分数为81.12%,S质量分数为10.24%;MCM-900-1∶6脱汞温度区间较广,在50~150℃下脱汞效率高达90%;MCM-900-1∶6有着良好的抗SO2干扰能力,O2对其脱汞有一定的促进作用;随着煅烧温度上升,掺硫介孔炭的分层现象消失且变得更加规整;FTIR表明900℃煅烧后,掺硫介孔炭的C=S取代O―H成为数量最多的官能团;XPS分析表明,掺硫介孔炭表面主要为噻吩硫与单质硫,它们对脱汞起主要作用。

    农村有机生活垃圾与不同原料厌氧共发酵工艺优化
    刘洋, 叶小梅, 王成成, 贾昭炎, 杜静, 孔祥平, 奚永兰
    化工进展. 2022, 41(5):  2770-2777.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1181
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    有效处理农村有机生活垃圾(rural organic household waste, ROW)对美化农村环境具有重要意义,在对其进行高浓度厌氧发酵时容易出现酸化和氨氮抑制现象,导致系统稳定性差。目前尚缺乏ROW不同共发酵底物和进料总固体(total solids,TS)浓度对厌氧发酵的影响研究。为提高厌氧发酵性能,减少环境保护压力,本文对ROW不同共发酵底物配比和不同进料浓度下厌氧共发酵特性进行研究,从而优化农村有机生活垃圾厌氧发酵工艺。文中对取自江苏徐州沛县的农村有机生活垃圾和江苏省农业科学院六合动物实验基地的猪粪(PM)、水稻秸秆(RC)进行厌氧共发酵。当发酵底物为ROW和PM时,甲烷产量随着进料总固体含量TS的升高而增加,最高为257.38mL/g VS;当发酵底物为ROW和RC,或者发酵底物为ROW、PM和RC时,进料TS质量分数从8%增加到12%时,甲烷产量随之增加,最高分别为339.59mL/g VS、322.16mL/g VS,当进料TS质量分数继续升高到15% 时,二者产量均出现降低且均低于其他实验组,分别为231.17mL/g VS、194.67mL/g VS。在本文所设置实验条件下,最优共发酵进料为:发酵底物为ROW和RC,生活垃圾与挥发性固体(VS)质量比为1∶1,进料TS质量分数为12%,甲烷产量为339.59mL/g VS。

    钇/羟基磷灰石的制备及对含磷废水的净化
    黄敏, 王彬, 周明罗, 谌书, 张瀚文, 杨远坤, 傅开彬, 梁宏
    化工进展. 2022, 41(5):  2778-2787.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1254
    摘要 ( 53 )   HTML ( 2 )   PDF (3260KB) ( 203 )  
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    以氢氧化钙和磷酸二氢钠为原料制备羟基磷灰石,通过化学沉淀法制备钇/羟基磷灰石复合材料,利用SEM-EDS(扫描电子显微镜)、XRD(X射线衍射)、FTIR(傅里叶变换红外光谱)等表征其晶体结构与形貌,并采用静态吸附实验考察吸附剂的负载比例、pH、吸附时间和初始浓度对磷酸盐的吸附性能的影响。结果显示:羟基磷灰石为分散均匀的稻米状颗粒,XRD图谱显示为典型的羟基磷灰石,钇/羟基磷灰石颗粒发生团聚且粒径变大,特征峰峰强减弱,但未出现新的强特征峰。吸附研究表明:钙与钇的摩尔比为2∶1时吸附效率最高,复合材料的吸附容量随初始浓度的增加而增大,最大吸附量为116.38mg/g,吸附过程符合准二级动力学模型、双室一级动力学模型和Freundlich等温吸附模型,吸附过程由化学吸附主导,随pH在3~9的范围增加,复合材料的吸附效率先增后减,在pH为5~6时达到最大值。

    取消药剂消耗的电脱盐污水物理法预处理
    洪波
    化工进展. 2022, 41(5):  2788-2796.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2022-0390
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    炼油废水中油分与悬浮物的高效、低耗分离关乎石化行业的绿色发展和减污降碳目标。针对电脱盐污水中油分与悬浮物复合以及水质波动问题,本文通过组合亲水性和亲油性颗粒介质构建组合颗粒微通道分离床层,并耦合旋流再生开发沸腾床分离技术,相继通过小试和中试试验验证组合颗粒微通道分离对电脱盐污水的脱固除油预处理效果,并针对中国石化某炼油厂的电脱盐污水提出物理法预处理工程方案,对比分析物理法预处理工艺相较传统“老三套”的经济性差别。沸腾床分离器中高速摄像可视化测试表明,组合颗粒能够实现油滴有效捕集,且亲水颗粒的引入对分离效果未产生负面影响;针对油分和悬浮物浓度剧烈波动的实际电脱盐污水,现场1m3/h沸腾床分离器出水含油率和固含量可稳定控制在20mg/L和50mg/L以内,而10m3/h沸腾床分离中试试验证实物理法预处理工艺可长周期持续实现出水维持稳定。相较于“均质+隔油+气浮”传统预处理工艺,物理法预处理工艺取消了聚合氯化铝(PAC)和聚丙烯酰胺(PAM)等药剂消耗,并同时避免了气浮浮渣等危险废物的产生,同时体现了经济和环保优势。