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本期目录
2022年 第41卷 第6期 刊出日期:2022-06-10
    本期封面、中英文目次表、版权页
    化工进展. 2022, 41(6):  0. 
    摘要 ( 90 )   PDF (5369KB) ( 68 )  
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    化工进展. 2022, 41(6):  1. 
    摘要 ( 31 )   PDF (83178KB) ( 22 )  
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    特约评述
    美国炼化行业低碳发展策略与启示
    慕彦君, 宋倩倩, 王红秋, 付凯妹, 雪晶, 王春娇
    化工进展. 2022, 41(6):  2797-2805.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2022-0100
    摘要 ( 214 )   HTML ( 23 )   PDF (1567KB) ( 215 )  
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    美国是全球第二大温室气体排放国,近年来其温室气体排放整体呈下降态势,2019年为65.58亿吨,约占全球的12.5%,其中CO2是温室气体排放的主要贡献者。本文指出:美国炼化行业的发展在全球处于领先地位,2019年炼油厂数量虽缩减至135座,但仍具备9.40亿吨炼油能力和3628.6万吨乙烯生产能力,二者产量分别为8.50亿吨和3227.1万吨;受装置规模和能耗等因素影响,2019年美国炼化行业碳排放总量达2.96亿吨,约占全美温室气体排放的4.5%,其碳排放量近30年内并未随着炼化产能规模的扩张而持续增加;主要源于美国炼厂采取了强化节能提效、调整炼厂能源结构、扩大生物燃料生产规模并推广废塑料循环利用,以及逐步优化产业结构和大力发展二氧化碳捕集、利用和封存(CCUS)产业等低碳策略。文中提出炼化行业作为我国第四大碳排放源,应紧抓时代绿色低碳发展浪潮,一是坚持节能优先原则,助推行业低碳转型;二是提升清洁能源占比,实现原料多元发展;三是强化科技创新引领,破解低碳技术难题;四是尽快摸清“碳家底”,适时纳入碳市场。

    化工过程与装备
    流体驱动旋转装备应用与数值模拟方法研究进展
    徐涵卓, 刘志浩, 孙宝昌, 张亮亮, 邹海魁, 罗勇, 初广文
    化工进展. 2022, 41(6):  2806-2817.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1441
    摘要 ( 207 )   HTML ( 22 )   PDF (3596KB) ( 140 )  
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    流体驱动旋转装备在能量转换及能量回收等过程中应用广泛。近年来,流体驱动旋转装备新结构不断涌现,其应用也得到了拓展,逐步与海水淡化、制冷、混合、测速等过程结合。在此发展过程中,计算流体力学为流体驱动旋转装备的设计优化提供了新途径。本文综述了流体驱动旋转装备在能源工程、化学工程等领域的应用,总结了流体驱动旋转装备数值模拟方法研究进展,对比了主动旋转及被动旋转两种模拟方法,指出被动旋转模拟在流体驱动旋转装备研究中的意义,展望了流体驱动旋转技术在超重力装备中的应用前景。

    深入探索智能算法与反应网络研究的融合
    毕可鑫, 邱彤
    化工进展. 2022, 41(6):  2818-2825.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1481
    摘要 ( 147 )   HTML ( 10 )   PDF (1799KB) ( 67 )  
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    反应网络是化工过程机理在微观分子尺度上的表达方式,但网络的复杂性为深入认识生产过程提出了挑战。本文提出了探索智能算法与反应网络研究融合的思路,基于物质转化的“透明工程”的概念,深入剖析反应网络的结构统计指标、结构拓扑特征、节点性质特征、机理动态演化、建模应用性能等特点。随后阐述了使用“数据结构化、智能优化与分析、智能代理建模”三步结合的机理数值化反应网络研究方法,既实现了在微观层面的局部放大,又实现了在工业应用中的准确预测。文中指出,智能算法融合反应网络后可以对实际工业过程执行可视化、可解释性的建模、分析与优化,为相关工业生产提质增效提供决策依据,并进一步帮助人类突破认知的极限,更深入地理解反应过程,提取关键的反应规律,助力化学工业的智能化。

    基于膜技术分离纯化乳清蛋白的研究进展
    马镓莉, 卢会霞, 苗晓雪
    化工进展. 2022, 41(6):  2826-2838.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1566
    摘要 ( 163 )   HTML ( 15 )   PDF (996KB) ( 105 )  
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    乳清废水有机负荷高,若直接排放将引起严重的环境污染,且造成蛋白质资源的浪费。因此,乳清废水资源化利用日益受到人们的关注。本文简要介绍了乳清蛋白组成、特性及其应用,归纳了近年来膜技术在乳清资源化利用方面的应用。首先介绍了压力驱动膜技术中超滤和荷电超滤在乳清蛋白分离和浓缩方面的应用,此后重点介绍了电驱动膜过程中电超滤(EUF)和电渗析耦合超滤体系(EDUF)在乳清蛋白以及活性肽分离回收领域的应用最新进展,并针对乳清蛋白分离过程中的膜污染现象进行了分析,提出膜污染过程的影响因素及控制措施,以期为乳清的资源化利用提供有益参考。最后指出了膜技术在单个乳清蛋白的分离回收方面以及工业化放大等方面仍存在一定局限性,并对此提出了解决方案及其未来的发展方向。

    磁场强化多相介质分离技术进展
    车中俊, 赵立新, 葛怡清
    化工进展. 2022, 41(6):  2839-2851.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1606
    摘要 ( 156 )   HTML ( 9 )   PDF (2532KB) ( 124 )  
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    概述了国内外基于磁场来强化非均相介质分离的研究进展,对相关的强化方法进行了分析和对比。根据磁场作用的非均相介质类别介绍了不同领域磁场辅助多相介质分离技术、设备及工作原理,如磁选机、涡电流分选机、重介质磁力旋流器、磁盘分离器、磁场辅助分离气-固旋流器、磁流化床等。根据应用领域可简要概括为磁场辅助固体分离(具有不同导磁性的固体)、气-固分离、固-液分离、液-液分离等。总结了磁场分布、磁场与颗粒作用、磁场与流场耦合的模拟方法,为磁场强化多相介质分离提供依据。针对普通设备分离能力存在的瓶颈问题,文中提出应综合考虑磁场与设备操作参数等因素以最大限度提高分离效率,应加强磁场与流场耦合研究并将磁场强化分离领域扩大至非磁性流体。

    基于多策略集成优化算法的己烷油精馏过程3E多目标优化
    代敏, 杨福胜, 张早校, 刘桂莲, 冯霄
    化工进展. 2022, 41(6):  2852-2863.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1594
    摘要 ( 105 )   HTML ( 5 )   PDF (4702KB) ( 57 )  
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    己烷油精馏工序是溶剂油生产过程的重要环节,但其伴随着高能耗和高排放。因此,己烷油精馏工序的能量、经济和环境(3E)多目标优化对于溶剂油工业的可持续发展具有重要意义。针对传统非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)收敛速度慢、易陷入局部最优等问题,本文提出了一种改进的基于多策略集成的多目标遗传算法(MENSGA-Ⅱ)。该算法发展了一种基于邻域的引导策略,以增强算法的搜索能力进而加快收敛速度;同时引入随机极限游走策略以维持算法所获得解集的分布性。将MENSGA-Ⅱ应用于典型的测试函数和实际的己烷油精馏过程,结果表明,该算法在鲁棒性、收敛速度和解集分布性上具有优越性。与实际运行工况相比,典型优化工况下精馏系统年度毛利润可提升4.99×105USD/a,能源消耗和CO2排放可分别减少5.09×102kW/a和4.82×102kg/a。

    静电喷雾沉积半径的预测模型
    于涵, 王宏, 朱恂, 丁玉栋, 陈蓉, 廖强
    化工进展. 2022, 41(6):  2864-2870.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1319
    摘要 ( 98 )   HTML ( 2 )   PDF (1616KB) ( 31 )  
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    静电喷雾法制备薄膜是近年来新兴的纳米材料制备工艺之一,因其具有工艺简单、材料利用率高和表面适应性强等优点而受到广泛关注。喷涂面积作为评价喷涂质量和生产效率的重要指标,由于易受外加电压、溶液性质、喷涂距离等参数的影响,在相关的生产过程中难以精确控制。为了解决这一问题,本文提出了一种预测静电喷雾沉积半径的数学模型。通过高斯定律将静电喷雾羽流等效为空间电荷场,随后对羽流外侧液滴进行受力分析,得出喷雾羽流在不同位置处的膨胀半径,即为静电喷雾的沉积半径。对比发现,模型与相关结果吻合良好。相比传统的拉格朗日方法和实验方法,该模型可快速预测各种工况下的喷涂面积,为工业生产操作和雾化器设计提供指导。

    不连续扰流板强化搅拌的模拟仿真及机理分析
    来奎, 王仕博, 徐建新, 肖清泰, 王华, 李春林
    化工进展. 2022, 41(6):  2871-2883.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1345
    摘要 ( 106 )   HTML ( 7 )   PDF (7235KB) ( 70 )  
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    基于传统的四挡板搅拌槽,添加了不连续扰流板,并对其进行了非对称布置。采用数值模拟方法,对比研究了无不连续扰流板、不连续扰流板对称布置和两种不连续扰流板非对称布置的四挡板搅拌槽内的流场特性和混沌效果。结果表明,在功率准数不变的情况下,不连续扰流板会抑制周期性的流体径向和切向流动,下降幅度分别为42.19%和19.55%,增强传质作用更强的轴向流动,增幅为20.27%,破坏流体运动的周期性,引起宏观流场的整体流型增加了大量拉伸折叠的随机迹线变化,令示踪流体发散至周围区域,不连续扰流板附近区域呈现混沌特性,混合效果提高;一对和两对处于相对位置的不连续扰流板上下布置时的最大速度差相较于对称布置时的分别提高472.72%和218.18%,这种速度场分布的不均匀,大大增加了流体微团碰撞概率,整体搅拌区域趋于混沌,搅拌过程被强化;将其应用于硫酸锌净化过程,结果表明,非对称布置扰流板打破了槽内的周期性拟序结构,引起多尺度涡旋产生,让能量耗散于杂质离子和锌粉粒子之间的碰撞,提高了置换反应速率,整个过程节约能量14.3%。

    连通微通道内过冷流动沸腾传热强化机理分析
    梅响, 姚元鹏, 吴慧英
    化工进展. 2022, 41(6):  2884-2892.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1538
    摘要 ( 114 )   HTML ( 3 )   PDF (2013KB) ( 67 )  
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    连通微通道(平行主通道由支流通道连通)流动沸腾传热具有优越的换热性能,但其传热传质强化机理尚不够明确,限制了其实际应用。鉴于此,本文基于流体体积函数(VOF)方法,对连通微通道内过冷流动沸腾进行二维非稳态数值模拟,研究了流场扰动、脱落汽泡与壁面间的薄液膜分布对微通道当地传热系数的影响规律。结果表明,连通微通道存在两种强化换热机理:支流通道脱落汽泡可增强主通道流场扰动,进而促进了通道热边界层再发展;脱落汽泡与热壁面间可形成薄液膜,该薄液膜减小了换热热阻。同时研究了支流通道倾角(θ)对连通微通道强化换热的影响,结果发现,不同θ时,连通微通道整体平均传热系数提高10.51%~17.66%,单个主通道平均传热系数最高可提升27.94%,且θ=45°时连通微通道具有最佳换热特性。该研究有望为芯片高效冷却结构的设计提供指导。

    带有周期性扰流结构的微通道内流动与传热特性
    李艺凡, 王志鹏
    化工进展. 2022, 41(6):  2893-2901.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1351
    摘要 ( 90 )   HTML ( 1 )   PDF (1796KB) ( 77 )  
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    设计了一种周期性扰流微结构,由布置在微通道侧壁的凹穴和微通道中心的针肋组成。研究了该热沉内流动和传热特性,分析了扰流结构几何参数对热沉不可逆损失和散热效率的影响,利用热阻和强化传热因子评价综合性能。研究表明,等腰梯形凹穴的底边相对长度(RL)对热沉性能具有显著影响。雷诺数(Re)较大时,减小RL能够明显减小凹穴内部的旋涡,从而减小流动摩擦损失,降低通道压降和流动不可逆性。同时,减小RL有利于增强流体对凹穴收缩段的冲刷,减小凹穴内的层流滞止区,将凹穴处的热量及时带走,从而提高热沉的散热效率。与传统光滑微通道(SM)相比,周期性扰流结构能够显著减小热沉的总熵产和热阻,增大强化传热因子,提高热沉的综合性能。综合考虑传热和流动阻力,较低泵功条件下,RL=0.3的热沉综合性能最优;较高泵功条件下,RL=0的热沉综合性能最佳。周期性扰流结构能够提高微冷却系统的效率和经济性,在微型器件冷却领域具有广阔的应用前景。

    微反应器中乙炔法合成N-乙烯基吡咯烷酮的过程研究
    阎丽芳, 储博钊, 钟思青, 程易
    化工进展. 2022, 41(6):  2902-2909.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1518
    摘要 ( 112 )   HTML ( 7 )   PDF (2111KB) ( 37 )  
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    搭建了以商用微反应器为核心的气液微反应系统,成功实现了加压乙炔法合成N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)的产品过程,采用液相循环方式完成反应物2-吡咯烷酮的高效转化,全面考察了反应温度、KOH含量、内构件数量和原料乙炔纯化对液相反应的影响。结果表明,反应温度和KOH含量对选择性有显著影响,高温和高含量催化剂会严重降低产物NVP的选择性,综合调控反应温度和KOH含量,可保证产物选择性在95%以上;微反应器中内构件的存在有利于促进气液传质过程;反应体系水分的脱除有助于循环反应中转化率和选择性的提高;与高压釜相比,产物NVP收率提高了28.7%(无助剂),反应时间有适当缩短。

    微通道反应器中甲苯过量连续绝热硝化制备单硝基甲苯
    姜圣坤, 韩博, 赵鑫, 于万河, 骆广生, 邓建, 刘光启, 王景奇, 王金波
    化工进展. 2022, 41(6):  2910-2914.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1492
    摘要 ( 119 )   HTML ( 5 )   PDF (493KB) ( 50 )  
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    为降低甲苯釜式硝化中多硝基酚等副产物、废酸中有机物的质量分数,本文采用微化工系统,在甲苯过量的前提下,探究流速、硝酸甲苯摩尔比及硫酸硝酸质量比等因素对硝化反应的影响。结果表明,采用73%硫酸、反应初温为35℃、硝酸甲苯摩尔比为0.6、硫酸硝酸质量比为10、反应体系停留时间为240s时工艺条件最优,此时硝酸利用率大于97%,二硝基甲苯(DNT)的质量分数为0.84%,多硝基酚的质量分数为0.12%。相较于传统釜式工艺,采用连续绝热硝化后,反应时间大幅降低,多硝基酚质量分数降低50%以上;当甲苯过量时,甲苯起到萃取的作用,酸相中有机物的质量分数降低至0.18%,有利于后续废酸处理。

    位移钝体稳燃的旋流预混燃烧污染物生成特性
    韩徳琳, 李丹, 王天天, 张海, 张扬, 王随林
    化工进展. 2022, 41(6):  2915-2923.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-2366
    摘要 ( 66 )   HTML ( 3 )   PDF (2927KB) ( 18 )  
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    石化炉、加热炉等设备中燃烧过程的污染物控制具有重要意义。旋流预混燃烧过程具有低NO x 排放的潜力,引发了学术界和工业界的广泛关注。结合钝体燃烧和旋流燃烧各自的优势,本文设计了带有位移钝体的旋流预混燃烧器。首先研究了不同钝体结构下的污染物的生成情况,确定了最优的钝体结构,在此基础上进一步研究了在不同旋流数下污染物生成、火焰形态和温度场分布情况。研究发现,钝体角度为30°、体积较小的倒锥形钝体具有较低的NO x 和CO生成量。NO x 生成量随着旋流数从0增加到0.83呈先减小后增加的趋势,并且当旋流数为0.25时,NO x 生成量最低。在同一热功率下,火焰高度随着旋流数的增加而减小。在同一旋流数下,火焰宽度随热功率增大呈增大趋势。NO x 生成量变化规律与其火焰温度分布规律一致,即NO x 生成量最低的工况下火焰温度也比较低。由此推测旋流引发的温度变化是NO x 生成量变化的主要影响因素之一。本文的研究结论对旋流预混燃烧器的设计提供了理论基础。

    柴油加氢尾气中氢气的水合物法回收工业侧线试验
    陈波, 刘爱贤, 孙强, 王逸伟, 郭绪强, 杨庆伟, 龙有, 肖树萌, 马绍坤
    化工进展. 2022, 41(6):  2924-2930.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1374
    摘要 ( 94 )   HTML ( 1 )   PDF (1159KB) ( 129 )  
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    常规氢气回收方法的产品氢气压力偏低,需多级增压后才可被高压加氢装置利用,具有较高的氢气增压成本。水合物法回收加氢尾气具有压降损失小、产品氢气压力高的优点,可降低高压加氢装置的氢气增压成本。为降低高压加氢装置的用氢成本,本文开发了高压尾气的水合物法氢气回收技术。针对高压柴油加氢尾气,在茂名炼油厂建立了一套柴油加氢尾气中氢气水合物法回收的工业侧线试验装置,考察了不同条件下连续搅拌釜法回收柴油加氢尾气中氢气的分离效果。试验结果表明,水合物法可高效脱除CH4和大部分的H2S。连续进气工况下,处理脱硫后尾气时可将氢气体积分数从83.76%提高至91.65%,处理含硫尾气时可将H2S体积分数从0.73%降至0.07%。

    针-环电极配置下电场对气泡分散特性的影响
    张伟, 王军锋, 苏巧玲, 吴天一
    化工进展. 2022, 41(6):  2931-2938.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1463
    摘要 ( 73 )   HTML ( 5 )   PDF (2794KB) ( 30 )  
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    在多相反应系统中,外加电场因具有促进离散相在连续相中的分散并强化相间传质的优势而受到广泛关注。基于此,本研究设计并构建了静电液气分散实验测量系统,通过在针-环电极间施加高压直流电产生非均匀电场,以乙醇为连续相、空气为离散相,在考虑气体流量和施加电压影响因素的基础上,采用高速摄像技术对电场作用下的气泡分散过程进行了可视化测量。结果表明,气泡在乙醇中的分散主要呈现滴状、混合和喷雾3种模式。以量纲为1气泡直径(ζ)表征的气泡尺寸随着电邦德数(BoE)的增大显著减小,随着气体韦伯数(Weg)的增加而增大,其中在混合模式和喷雾模式下的微气泡尺寸基本在20μm以下。增大BoEWeg均能促进气泡的产生,但BoE的影响效果更加明显。同时,发现气泡分散模式的转变主要取决于BoE,增大Weg使气泡分散模式的转变趋势延缓。此外,基于本研究实验数据建立了ζBoEWeg相关的气泡尺寸预测模型,针对ζ ≤ 5的气泡,该模型结果与实验结果高度吻合。通过低能量消耗实现小气泡的生产一直以来是技术难题,采用电场强化气泡分散为发展相应技术实现强化多相系统中相间混合和传质提供了新思路。

    基于PX选择性强化的短流程甲苯甲醇甲基化PX生产新工艺
    李贵贤, 张军强, 杨勇, 范学英, 王东亮
    化工进展. 2022, 41(6):  2939-2947.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1405
    摘要 ( 101 )   HTML ( 4 )   PDF (2415KB) ( 62 )  
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    基于改性的高硅铝ZSM-5催化剂反应动力学模型,本文探讨了甲苯甲醇甲基化反应中影响对二甲苯(PX)选择性的因素,提出了基于选择性强化的短流程甲苯甲醇甲基化PX生产工艺,并从原料利用率、能耗以及经济指标等角度,与已有工艺进行了对比分析。结果表明,在短停留时间、高甲苯/甲醇进料比、高稀释剂/甲醇进料比、较低反应温度和压力条件下,可以促使PX在二甲苯异构体中的选择性达到99.7 %以上。短流程PX生产工艺规避了二甲苯异构体的分离,具有原料利用率高、能耗低、工艺简单的特点,具有良好的经济性。当前工艺研究进一步提升了甲苯甲醇甲基化PX生产工艺的技术竞争力,利用非石油基的甲醇,有助于形成煤化工和石油化工技术互补、协调发展的新格局。

    能源加工与技术
    基于量子化学计算柴油在CO2/O2氛围下的燃烧特性
    王龙, 刘永峰, 毕贵军, 宋金瓯
    化工进展. 2022, 41(6):  2948-2958.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1478
    摘要 ( 83 )   HTML ( 6 )   PDF (3945KB) ( 35 )  
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    为研究柴油在CO2/O2氛围下燃烧反应机理与燃烧特性,本文提出了量子化学计算的机理与光学实验,通过分子平均局部离子化能和表面静电势分析分子的反应活性位点,通过计算化学计算了新的化学反应路径,对反应路径进行敏感性分析和简化,然后计算了火焰自然光度和火焰浮起长度,最后搭建了具备光学通道的定容燃烧弹实验平台并进行柴油燃烧的流体力学模拟。计算结果与实验结果对比结果表明,在35% CO2+65% O2氛围下火焰浮起长度最大误差、最小误差和平均误差分别为13.9%、0.5%和1.4%,均为可接受的误差,说明此机理适用于CO2/O2氛围下柴油燃烧特性的研究。高浓度二氧化碳会致使火焰发生分叉,引起湍流现象,并且二氧化碳在高温下会热解成一氧化碳和氧自由基。一氧化碳的碳端化学反应活性比氧端的大,碳端平均局部离子化能为12.62eV且静电势极小值为-0.51eV。

    赤藻糖醇/甘露醇过冷特性分析
    张瑞瑞, 王宁, 高志, 于晓慧, 杨宾
    化工进展. 2022, 41(6):  2959-2966.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1455
    摘要 ( 83 )   HTML ( 2 )   PDF (2094KB) ( 23 )  
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    制备了以赤藻糖醇/甘露醇为基液的相变材料,期间通过添加纳米二氧化钛为相变材料的凝固提供了结晶附着力,促进晶体生长结晶的形成;通过超声波处理使得相变材料局部产生高温高压,促使晶核产生和生长。本文分析了材料制备过程中的纳米颗粒含量、超声时间、超声功率对赤藻糖醇/甘露醇过冷度和凝固过程的影响。实验结果表明,纳米颗粒含量的增加、超声时间的延长都会导致材料的过冷度降低,而随着超声功率的增加,过冷度则先降低后升高。纳米颗粒质量分数、超声时间、超声功率分别作为单一变量时,过冷度最低为11.3℃、16.2℃、10.8℃,对应凝固时间缩短最高为38.0%、18.4%、16.4%。

    工业催化
    正构烷烃临氢异构化催化剂研究进展
    王恩华, 靳丽丽, 高善彬, 迟克彬, 段爱军
    化工进展. 2022, 41(6):  2967-2980.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1406
    摘要 ( 153 )   HTML ( 11 )   PDF (1946KB) ( 102 )  
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    随环保法规和燃料质量要求逐步严格,作为生产高辛烷值汽油、低凝点柴油和高黏度指数润滑油的重要工艺技术,正构烷烃临氢异构化反应至关重要。本文综述了临氢异构化反应中的双功能催化剂是由提供加氢/脱氢活性的金属中心和用于骨架异构化的酸性载体组成。介绍了双功能催化剂中不同金属中心和酸性载体的贡献,相对于负载贵金属双功能催化剂,双金属、过渡金属磷化物及稀土掺杂催化剂活性相当,抗硫性高,成本低。此外,介微孔分子筛不仅具有易于反应物和产物扩散的较大孔径,还具有适宜酸性,能够促进骨架异构化,用于临氢异构化催化剂的载体而受到广泛关注。最后探讨了影响双功能催化剂异构化性能主要因素取决于金属和酸性载体之间的平衡,即金属中心和酸中心比例及距离。当催化剂存在适宜金属中心/酸中心比例,且金属-酸中心距离处于纳米级范围时,催化活性和异构化产物选择性会更高。

    羰基化合物直接还原胺化合成伯胺催化剂研究进展
    吴静航, 陈臣举, 梁杰, 张春雷
    化工进展. 2022, 41(6):  2981-2992.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1551
    摘要 ( 146 )   HTML ( 11 )   PDF (2167KB) ( 82 )  
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    胺类化合物是一类重要的化工原料和中间体,在农药、医药、染料、高分子聚合物等领域有着广泛的应用。通过羰基化合物(醛或酮类)的还原胺化来制备胺类化合物是当前的研究热点。研究表明,贵金属基和非贵金属基的多相和均相催化剂均能够高效催化醛或酮类的还原胺化反应。本文对近年来羰基化合物直接还原胺化(或一锅法)合成伯胺的研究现状进行了综述,包括还原胺化反应、催化剂、反应条件、底物适用范围和催化作用机制等,其中重点阐述了直接还原胺化催化剂的研究进展。文章指出:通常多相催化剂具有活性高以及可重复使用等优点,而均相催化剂的优势在于催化效率高,伯胺选择性高;另一方面,以Pd、Rh、Ru等为代表的贵金属催化剂催化性能优异,但价格昂贵,因此可采用Co、Ni等性能同样优异但价格相对低廉的非贵金属催化剂以降低成本。文中提出,催化效率高、反应条件温和、普适性高的羰基化合物还原胺化催化剂应成为未来重点研究方向。

    富氮类共价有机骨架材料COF-MC催化Knoevenagel缩合反应的应用
    吕杰琼, 谢晖, 高永平, 连丽丽, 王希越, 张浩, 高文秀, 娄大伟
    化工进展. 2022, 41(6):  2993-3001.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1467
    摘要 ( 88 )   HTML ( 5 )   PDF (1866KB) ( 31 )  
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    以三聚氰胺和三聚氯氰为前体,采用溶剂热法制备富氮类共价有机骨架材料 COF-MC[含氮量为55%(质量分数)]。利用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)、N2吸附-脱附、扫描电子显微镜(SEM)、热重(TGA)和X射线光电子能谱(XPS)测试手段对COF-MC进行表征。通过对COF-MC在苯甲醛和丙二腈Knoevenagel缩合反应中催化性能的评价,考察反应条件与催化性能的关系,并对 Knoevenagel缩合反应的碱性催化机理进行了初步的探讨。实验结果表明,COF-MC作为催化剂在氮气环境中,无需借助其他溶剂,80℃回流搅拌2h后,苯甲醛转化率为98%,苄烯丙二腈选择性在99.9%以上。反应后的催化剂可以通过简单的热过滤分离,重复使用4次后苯甲醛转化率仍可达89%,且催化剂中无金属离子的参与,避免了金属对环境的污染。

    叔丁醇体系中化学酶法催化α-蒎烯环氧化
    刘永飞, 苏伟, 梁琪琪, 李青云, 刘幽燕, 唐爱星
    化工进展. 2022, 41(6):  3002-3009.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1321
    摘要 ( 89 )   HTML ( 1 )   PDF (1652KB) ( 29 )  
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    采用叔丁醇作为α-蒎烯环氧化的反应溶剂,使过氧化氢水溶液和其他疏水性反应底物形成均相,构建单相体系以代替传统有机-水“双相”系统。首先在摇瓶中对单相体系进行优化,在α-蒎烯浓度为0.3mol/L时,乙酸乙酯的最适浓度为3.5mol/L,过氧化氢的最适浓度为0.5mol/L,束酸剂为柠檬酸三钠,在40℃下,反应90min,环氧化转化率为92%,收率为88%。此工艺条件下Novozym435重复使用6次后,仍保持64%的相对活力。然后以摇瓶实验为基础,构建了一种连续搅拌釜式反应器(CSTR),探索反应器的最适运行条件,测试了其长期运行性能,结果表明:当Novozym435酶量为2.0g、过氧化氢浓度为0.5mol/L、停留时间为3h时,釜式反应器的运行效果最好,其转化率可达83%,收率可达79%,在此条件下反应器连续运行十天后依然可以保持70%以上的转化率和55%以上的收率。

    基于分子动力学模拟的轮胎橡胶催化热解制氢机理
    陶礼, 杨启容, 李昭莹, 亓昊, 王力伟, 马欣如
    化工进展. 2022, 41(6):  3010-3021.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1339
    摘要 ( 85 )   HTML ( 5 )   PDF (5207KB) ( 30 )  
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    采用分子动力学模拟方法,选取Ni、ZSM-5以及Ni/ZSM-5催化剂,对轮胎橡胶热解制氢的机理进行探究,并同时与前人做过的实验研究进行对比验证模拟计算。文中利用Material Studio建立轮胎橡胶模型,DMol3模块对生成氢气路径进行过渡态搜索,CULP模块对其加入Ni催化剂的热解过程进行模拟。模拟结果表明,制氢催化效果顺序为Ni>Ni/ZSM-5>ZSM-5。催化热解大致分为两个阶段:①低温阶段长链裂解成单体化合物,单体主要是异戊二烯、苯乙烯以及1,3-丁二烯;②高温阶段自由基攻击单体生成小分子物质。加入Ni催化剂后降低了热解终止温度。催化剂的加入在低温阶段主要表现在加快热解进程,增加低温阶段时单体数量。在高温阶段主要表现在改变了气体产物分布,Ni的加入降低了轮胎热解温度,并且使氢比例增加。

    材料科学与技术
    纤维素基水凝胶的研究进展
    沈娟莉, 付时雨
    化工进展. 2022, 41(6):  3022-3037.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1308
    摘要 ( 244 )   HTML ( 18 )   PDF (2898KB) ( 420 )  
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    纤维素是世界上最丰富的天然、可再生以及可生物降解的高分子材料,在化工、材料等领域有广泛的应用。本文主要对近几年来纤维素基水凝胶的研究进展进行了归纳总结。首先,介绍了纤维素基水凝胶的研究背景。其次,列举了纤维素水基凝胶的交联方法,主要有物理交联与化学交联。其中物理交联有氢键交联、疏水性交联、离子交联等,化学交联则是酯化交联、迈克尔加成、自由基共聚合、动态共价键交联等。最后,重点介绍了纤维素基水凝胶在可降解性、生物医学性、亲水性、吸附性、导电性等领域方面的应用。此外,对于纤维素基水凝胶材料在高机械性和产业化制备等方面的发展进行了展望。

    纤维素基油水分离材料研究进展
    叶泽权, 吴青芸, 顾林
    化工进展. 2022, 41(6):  3038-3050.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1429
    摘要 ( 150 )   HTML ( 27 )   PDF (4356KB) ( 104 )  
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    石油泄漏事故及工业含油废水排放等严重破坏了人类赖以生存的生态环境,如何有效分离油水混合物成了当前的研究热点。传统的油水分离材料的不可回收性带来材料的二次污染极大限制了它们的广泛应用。纤维素是地球上最丰富的天然聚合物,并且具有生物相容性、生物降解性、化学稳定性和低成本等特点,因此纤维素基油水分离材料亦受到广泛关注。本文系统总结了近年来过滤型和吸附型纤维素基油水分离材料的研究进展,重点围绕纤维素类物质作材料基底(滤纸、棉布等)、用其进行表面改性(纤维素纳米晶体、纤维素衍生物等)以及全纤维素基油水分离材料等方面进行详细分析和介绍,对纤维素基油水分离材料存在的问题进行了探讨,并对其未来发展进行了展望。

    新型除氟吸附材料的研究进展
    田追, 张震, 卢嫚, 杨斌, 杨金辉, 周书葵, 魏柏, 李聪
    化工进展. 2022, 41(6):  3051-3062.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1591
    摘要 ( 107 )   HTML ( 12 )   PDF (1384KB) ( 70 )  
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    半导体、稀土开采等行业所排放的氟废水所引发氟中毒现象备受关注。吸附法是去除废水中氟离子的有效方法之一,但传统吸附剂存在吸附容量低、选择性差等缺点,亟需研发具有高吸附容量、可再生且无二次污染的吸附材料。本文归纳了一些新型吸附材料,如高分子材料吸附剂、生物炭、层状双氢氧化物、工业废弃物、纳米材料及其改性材料在含氟废水中的研究应用;总结了这些改性材料的制备过程,介绍了这些材料吸附除氟的能力,分析了新型吸附材料吸附除氟的机理以及共存离子干扰、pH适用范围等影响因素,并指出了材料制备存在的问题,提出了制备对氟离子具有高选择性能的改性吸附材料的发展方向和材料循环利用所需解决的重要问题。

    聚乙烯醇纤维成纤前后改性方法的研究进展
    马宏鹏, 张鑫, 秦文博, 郭斌, 李盘欣
    化工进展. 2022, 41(6):  3063-3076.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1462
    摘要 ( 125 )   HTML ( 6 )   PDF (1214KB) ( 53 )  
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    聚乙烯醇纤维具有耐酸碱、耐磨、可降解、水溶、耐腐耐候和防霉防虫等突出的优点,但存在应用范围较窄的问题。近三十年来,聚乙烯醇纤维的发展经历了服用纤维到产业用纤维的深刻转变,对聚乙烯醇纤维进行功能化改性,是提高其性能并拓宽其应用领域的有效方法。本文以聚乙烯醇纺丝成纤前后两个阶段为重点,系统介绍了纺丝液共混改性和纤维表面修饰两种典型方法。其中,共混改性分为高分子和小分子共混改性,而表面修饰按照其不同的机理则分为表面化学反应改性、表面接枝改性、物理改性等。此外,文中通过对各种改性方法优缺点的分析,阐述了共混改性和表面修饰与性能之间的关系,为选择合适的方法制备特定功能的聚乙烯醇纤维提供一定的借鉴和参考。基于现有聚乙烯醇纤维的改性方法及应用范围,提出了在深度和广度两个层次上不断加强聚乙烯醇纤维的改性研究,赋予其新的性能或满足更高要求的发展趋势。

    煤基石墨烯及复合材料在储能领域的应用
    姚亚丽, 马利利, 王嘉鑫, 朱雪丹, 彭磊, 何金梅, 李侃社, 屈孟男
    化工进展. 2022, 41(6):  3077-3088.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1557
    摘要 ( 140 )   HTML ( 6 )   PDF (3284KB) ( 82 )  
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    石墨烯及复合材料具有比表面积大、电导率高、导热性能和力学性能良好等优点,在电极材料、传感器、储氢材料等领域具有广泛的应用。但以高碳含量的天然资源煤为前体制备煤基石墨烯及复合材料达到煤炭清洁高效利用的研究目前报道有限,尤其是将其作为电极材料应用到储能领域的研究较少。本文重点总结了以不同煤质及衍生物为原料构建不同形貌和结构的煤基石墨烯及复合材料的方法以及存在的问题,详细介绍了煤基石墨烯及复合材料在储能领域,尤其是超级电容器、锂离子电池及钠离子电池领域的应用研究现状,最后提出了当前煤基石墨烯及复合材料的主要研究方向。该综述旨在为煤基新型石墨烯及复合材料的制备开发以及在储能领域的应用提供一定的思路。

    淀粉基包装材料疏水性改善研究进展
    郑进宝, 李琛
    化工进展. 2022, 41(6):  3089-3102.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-2614
    摘要 ( 133 )   HTML ( 5 )   PDF (1483KB) ( 73 )  
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    淀粉作为非常具有潜力的石油基塑料的替代品,其耐水性差严重限制了淀粉基包装材料的广泛应用。本文详细分析了淀粉单一改性和复合改性的特点,并介绍淀粉与疏水材料复合制备淀粉基疏水包装材料的研究情况。文章指出:提高取代度、降低生产成本、采用无毒无害的绿色溶剂是淀粉疏水改性的研究重点,协同增效的淀粉复合改性成为研究热点;解决亲水淀粉与疏水材料不相容相的界面问题是提高疏水材料共混效果的关键,对淀粉、疏水材料改性或添加增容剂是改善界面相互作用的常用方法;但合成可降解聚酯成本较高,寻找低成本的生物质材料用于改善淀粉基包装材料的疏水性潜力巨大。基于上述分析,本文指出低成本、性能优良和安全环保是未来开发淀粉基疏水包装材料的主要研究方向,对今后制备淀粉基疏水性包装材料具有一定的参考价值。

    海藻酸钠微囊的制备及应用进展
    袁晓露, 李宝霞, 黄雅燕, 杨宇成, 叶静, 张娜, 张学勤, 郑秉得, 肖美添
    化工进展. 2022, 41(6):  3103-3112.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1432
    摘要 ( 186 )   HTML ( 11 )   PDF (1664KB) ( 116 )  
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    微囊化技术作为一项发展迅速的新技术,具有精确给药、芯材控释等特点,在生物医药、食品、化工等领域均得到成功应用。海藻酸钠是从海洋藻类提取的功能独特的植物多糖,具有良好的溶解性、成膜性和凝胶性等优势,已被广泛用作微囊的包膜材料。但海藻酸钠微囊易受到基质材料、交联剂和生产工艺参数的影响,性质难以调控,所以微囊的生产仍存在配方不完善、制备工艺不稳定等问题。为解决上述问题,本综述对海藻酸钠的离子交换性、pH敏感性、凝胶特性等性质和微囊制备过程的影响因素进行了总结。论述了海藻酸钠微囊在包封细胞、药物以及精油方面的应用,指出今后的研究方向应集中于改进微囊的制备工艺,探明海藻酸钠成膜机理与机械性能的关系,提高海藻酸钠微囊强度与韧性,继续推进海藻酸钠与其他高分子材料的复配研究,以期扩大海藻酸钠微囊的应用范围,加快海藻酸钠微囊的工业化进程。

    锡酸锌纳米材料的制备方法及应用研究进展
    马殿普, 李俊, 覃德清, 袁英杰, 潘飞, 符泽卫
    化工进展. 2022, 41(6):  3113-3126.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1595
    摘要 ( 140 )   HTML ( 9 )   PDF (5896KB) ( 82 )  
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    锡酸锌由于具有较高的电子迁移率、稳定性、高电导率,优异的吸附性能、光学性能和阻燃抑烟性能等特性,近年来逐渐受到科研人员的关注。本文介绍了锡酸锌纳米颗粒的制备方法(水热法、化学沉淀法、固相化学合成法、微波合成法、溶胶-凝胶法、模板法等)、形貌结构(颗粒状、立方体、球形、八面体、纳米棒、片状、纳米花状等)、粒径及其在不同领域(锂电负极材料、气敏材料、电触头材料、DSSC阳极、光催化、阻燃等)的应用研究进展,分析了利用不同锡化合物原料、不同方法制备锡酸锌纳米颗粒的原理、制备条件和产品特性,指出了每种制备方法的优缺点及每种制备方法中不同结构的形成机理,以及不同结构是如何对Zn2SnO4相关性能产生影响的。文章指出如何高效可控制备特定形貌和晶粒尺寸的锡酸锌是锡酸锌纳米材料未来的发展方向。

    磁性纳米颗粒-微波辐射对稠油O/W乳状液的协同破乳
    孙娜娜, 孙会娜, 沈莉莎, 苏瑞宇, 赵超
    化工进展. 2022, 41(6):  3127-3137.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-2301
    摘要 ( 87 )   HTML ( 2 )   PDF (6064KB) ( 25 )  
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    首先分析了微波辐射功率和辐射时间对磁性纳米粒子协同破乳的影响规律,在此基础上,利用生物显微镜、接触角测量仪、zeta电位分析仪等分别测量了微波作用前后油滴的分布以及磁性纳米粒子的润湿性和带电性,从而揭示了微波和磁性纳米粒子的协同破乳机理。实验结果表明:磁性纳米粒子作用下,微波辐射参数过高或者过低都会对磁性纳米粒子破乳产生抑制作用,只有在最优辐射参数范围内,微波才会促进磁性纳米粒子的破乳,且当纳米Ni浓度为150mg/L,微波辐射参数为400W、30s时,乳状液的分水率达到最高值102.56%,而在相同微波辐射参数下,Co3O4浓度为125mg/L,乳状液的分水率达到最大值106.06%。该工作为磁性纳米颗粒-微波辐射协同破乳技术的发展提供试验和理论依据。

    一种水性负极黏结剂的合成及性能
    马续, 邹明贵, 崔巍巍, 付安然, 廖小龙, 巩桂芬
    化工进展. 2022, 41(6):  3138-3145.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1355
    摘要 ( 96 )   HTML ( 2 )   PDF (2765KB) ( 44 )  
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    黏结剂对电极的性能有着重要的影响。本文设计并制备了一种新型水性聚(乙烯-乙烯醇)-磺酸锂(EVOH-SO3Li,简称ES-Li)电极黏结剂,并对其键接结构及组成进行分析;对其溶解性、电解液稳定性、热稳定性进行测试;对所制电极柔性、微观形貌及电化学性能进行研究。经与聚(乙烯-乙烯醇)(EVOH)及商业的聚偏氟乙烯(PVDF)黏结剂进行对比。结果表明:ES-Li水性黏结剂具有不溶解于电解液,热稳定性良好等优点;ES-Li黏结剂制备负极柔性及微观形貌优良,采用ES-Li作为负极黏结剂的电池在电化学稳定窗口、界面阻抗、首次循环效率、循环及倍率等方面均表现优异,ES-Li负极的首次库仑效率为89.93%,在1C下循环100次的容量保持率为96.93%,且在2C、5C倍率下的循环性能均优于EVOH及PVDF制备的负极,具有应用潜力及商业化前景。

    β-NaYF4:Yb3+,Tm3+/g-C3N4复合水凝胶材料的制备及其应用
    陈彰旭, 陈冰冰, 王荣财, 叶晨光, 郑炳云
    化工进展. 2022, 41(6):  3146-3154.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2022-0184
    摘要 ( 74 )   HTML ( 6 )   PDF (3721KB) ( 125 )  
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    为了有效解决日益严重的水污染问题,本文研究了β-NaYF4: Yb3+, Tm3+/g-C3N4复合材料的制备及其在可见光下催化降解亚甲基蓝模拟废水的最佳工艺条件。首先,利用溶剂热法合成了β-NaYF4: Yb3+, Tm3+,再将煅烧法制备的 g-C3N4加入聚丙烯酸/聚乙烯醇水溶液,后滴入饱和硼酸溶液获得β-NaYF4: Yb3+, Tm3+/g-C3N4/聚丙烯酸/聚乙烯醇复合水凝胶。利用X射线衍射仪、场发射扫描电子显微镜、紫外-可见分光光度计、热重分析仪、全自动比表面积微孔孔隙分析仪等进行表征;利用正交试验L16(45)考察复合材料的投加量、复合材料的比例、温度、亚甲基蓝溶液的pH、光照时间等因素,探索降解亚甲基蓝的最佳工艺条件。正交试验结果表明:光照时间为20.0h、pH为7.00、复合材料的投加量0.25g、温度20.0℃、复合材料活性组分β-NaYF4: Yb3+, Tm3+与g-C3N4的比例为1∶4,此时对30.0mg/L亚甲基蓝降解率达到94.84%,循环降解亚甲基蓝模拟废水4次后的降解率仍高达为86.22%。

    聚(丙烯酸-共聚-苯并-18-冠醚-6-丙烯酰胺)的铯离子响应特性及其铯离子检测性能
    秦海跃, 刘壮, 谢锐, 巨晓洁, 汪伟, 褚良银
    化工进展. 2022, 41(6):  3155-3161.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1453
    摘要 ( 69 )   HTML ( 2 )   PDF (1609KB) ( 21 )  
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    制备了一种聚(丙烯酸-共聚-苯并-18-冠醚-6-丙烯酰胺)(PAB)线形共聚物,并系统研究了不同丙烯酸含量的PAB线形共聚物对铯离子的响应特性及其用于铯离子浓度检测的性能。结果表明,在不同浓度的铯离子溶液中,PAB线形共聚物的低临界溶解温度(LCST)会随着铯离子浓度增加向低温迁移;在实验范围内,当PAB线形共聚物中的丙烯酸质量分数为30%时,其铯离子响应特性最有利于水溶液中铯离子浓度的检测。通过系统实验研究,确立了PAB共聚物的LCST与水溶液中铯离子浓度的关系函数;利用该关系函数,可简单地通过测定未知铯离子浓度的PAB溶液LCST,即可推断出该溶液中的铯离子浓度。该研究为铯离子的便捷检测提供了新手段。

    无铅铜基钙钛矿Cs2CuBr4的湿度传感性能
    陈博, 洪祺祺, 唐丽荣, 张伟川, 陈伟香, 李星, 吕日新, 黄彪
    化工进展. 2022, 41(6):  3162-3169.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1526
    摘要 ( 92 )   HTML ( 2 )   PDF (4142KB) ( 27 )  
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    铅卤钙钛矿因其优异的光电性能引起了人们的极大关注,但由于其内在的不稳定性以及铅的毒性问题,限制了其实际应用。本文制得一种性能较稳定的无铅铜基钙钛矿Cs2CuBr4,利用其对湿度较为敏感的特性,创制了基于Cs2CuBr4敏感膜的石英晶体微天平(quartz crystal microbalance, QCM)湿度传感器。结果表明,当钙钛矿溶液的浓度小于0.4μg/μL时,敏感膜在11%~84%相对湿度下具有良好的湿度传感性能。其中最优浓度为0.3μg/μL(QCM-3)、薄膜质量398.95ng时,传感器具有高灵敏度(37.65Hz/% RH),优异的对数线性关系(R2=0.9948)和快速的响应/恢复时间(5s/1s)。由此可见,无铅铜基钙钛矿Cs2CuBr4在湿度传感领域具有良好的应用前景。

    纳米木质素基多孔炭的制备及其电化学性能
    娄瑞, 刘钰, 田杰, 张亚男
    化工进展. 2022, 41(6):  3170-3177.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1567
    摘要 ( 109 )   HTML ( 5 )   PDF (2693KB) ( 70 )  
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    基于绿色低共熔溶剂(DES)高效分离麦草生物质组分以制备纳米木质素(LNP),本文采用化学活化法并进一步热解炭化制备纳米木质素基多孔炭(LNPC)。借助SEM、Raman、BET-物理吸附等分析手段研究了锌系活化剂及热解炭化温度(600℃、700℃、800℃)对LNPC的结构特征及电化学性能的影响。研究结果表明,相对于LNP直接热解炭化后纳米碳粒子的极易团聚,经锌化物活化后所制备的LNPC表现出更好的分散性和多级孔道形貌结构。尤其,以ZnCO3活化后制备的LNPC-ZnCO3-800具有更突出的性能,较高石墨化程度(ID/IG为0.68)、较高BET比表面积(679m2/g)、高介孔率(86.7%)、均匀纳米碳粒子构成的介孔结构。此外,以LNPC-ZnCO3-800制备的工作电极,在0.5A/g时的比电容可达179F/g,与直接热解炭化的LNPC-800(64F/g)相比,其比电容的容量提高了180%。

    电泳显示用高质量铁锰黑纳米分散系的构建
    李娟娟, 张天永, 李祥高
    化工进展. 2022, 41(6):  3178-3185.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1295
    摘要 ( 67 )   HTML ( 1 )   PDF (1462KB) ( 22 )  
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    通过表面改性技术获得电泳显示用非水介质分散铁锰黑纳米粒子。在异构十二烷(Isopar L)中,选用十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、十二烷基硫酸钠(SDS)、(N-四乙烯四胺)聚异丁烯单丁二酰亚胺(T151)和山梨糖醇酐三油酸酯(Span 85)四种表面改性剂,通过混合球磨工艺对铁锰黑粒子进行表面修饰,研究了修饰后铁锰黑粒子在Isopar L中的粒径分布和表面荷电性质。T151对铁锰黑的修饰效果最好,原始铁锰黑粒子的平均粒径为1μm,zeta电位为-18.58mV,改性后粒径分布为117.6nm±20.5nm,平均粒径为110nm,zeta电位为-96.71mV。将改性铁锰黑粒子用作电泳显示黑粒子,制备的器件在外加电场下具有电泳响应,对比度为5.6。改性铁锰黑粒子在兼顾高分散稳定性和高带电量的同时还具有耐高温和环保的特质,这不仅为铁锰黑粒子在电泳显示应用中提供了可靠的实验基础,也为电泳黑粒子的选择提供了更多的可能性。

    硅/巯基复合改性光固化WPUA涂料制备及其性能
    胡瑶瑶, 魏铭, 李博申, 董月林, 董群峰, 刘传奇
    化工进展. 2022, 41(6):  3186-3193.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1413
    摘要 ( 66 )   HTML ( 1 )   PDF (2670KB) ( 27 )  
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    采用端羟基硅油(HS)、季戊四醇四-3-巯基丙酸酯(PETMP)先后改性紫外光固化水性聚氨酯丙烯酸酯(WPUA),探究了HS及PETMP添加量对涂膜性能的影响。FTIR表征了改性前、后产物的结构;测试了乳液粒径,并利用TEM和SEM对乳液形貌和涂层断面进行了分析。通过涂膜附着力、硬度、柔韧性、抗冲击、接触角、综合热分析、电化学阻抗谱及极化曲线等测试评价涂层的机械性能、疏水性、耐热性及防腐性能。结果表明:当HS及PETMP添加量分别为3%、5%时,硅/巯基复合改性的紫外光固化WPUA涂层相对于改性前,硬度由HB提升为3H,附着力由3级提升到1级,柔韧性为0.5mm,耐冲击为50cm,接触角由68.5°提升到90.5°,吸水率由18.78%降低为6.94%;涂层的热稳定性显著增强;涂层阻抗由1.86×106Ω·cm2增大到6.45×107Ω·cm2Ecoor由 -1.069V正移到-0.4215V,Icoor由2.12×10-8A/cm2减小到8.11×10-10A/cm2,年腐蚀速率为0.0242mm。表明HS及PETMP的引入显著提升了涂层的综合性能。

    改性h-BN/聚氨酯丙烯酸酯涂料的制备与性能
    李博申, 魏铭, 胡瑶瑶, 董月林, 董群锋, 杨立峰
    化工进展. 2022, 41(6):  3194-3202.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1404
    摘要 ( 78 )   HTML ( 2 )   PDF (2187KB) ( 11 )  
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    利用水热法制备羟基化六方氮化硼(BNNSs),采用异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)和丙烯酸羟乙酯(HEA)在其表面进行接枝得到功能化六方氮化硼(Fh-BN)。然后将得到的Fh-BN掺入有机硅改性的聚氨酯丙烯酸酯(PUA)涂料中,成功制备出改性h-BN/聚氨酯丙烯酸酯涂料。研究了水热时间、温度对BNNSs硼羟基含量的影响,利用XPS分析得出水热反应最佳反应条件为180℃、12h,B—OH质量分数达到5.97%。通过机械性能、综合热分析、耐水性、涂层交流阻抗和Tafel极化曲线进行测试分析,掺杂0.75%Fh-BN涂膜硬度达到3H,耐冲击性50cm,柔韧性0.5mm;与未掺杂前涂层相比,吸水率降低4.96%;涂层耐热性提高,T50%提升了6℃;耐水测试浸泡168h后涂膜无变化;电化学测试表明:0.75%Fh-BN涂层阻抗R1达到1.818×109Ω·cm2,比原有涂层提升了两个数量级,Ecorr由-0.4886V正移至-0.32124V,Icorr由2.5552×10-7A/cm2降低至1.5555×10-8A/cm2。Fh-BN的引入显著提升了涂层的机械性能、热稳定性和耐腐蚀性。

    高孔密度下泡沫铜的填充率对石蜡融化传热机理的影响
    朱孟帅, 王子龙, 孙向昕, 周翔
    化工进展. 2022, 41(6):  3203-3211.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1412
    摘要 ( 73 )   HTML ( 2 )   PDF (4063KB) ( 22 )  
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    基于石蜡和高孔密度的泡沫铜制备了复合相变蓄热材料,设计并搭建了一套可视化蓄热实验装置,分析了高孔密度下泡沫铜填充率对石蜡相变过程的强化传热机理,得到了复合相变蓄热材料的综合传热系数。实验结果表明,当泡沫铜填充率为0、0.43%、1.29%和2.15%时,复合相变材料的综合传热系数先减小后增大,分别为1.26W/(m·K)、1.18W/(m·K)、1.44W/(m·K)和1.88W/(m·K),因此随着泡沫铜填充率的增加,复合相变材料的融化时间先增长后缩短。此外,随着泡沫铜填充率从0.43%增至2.15%,复合相变材料融化时传热机制中导热占比从17.26%上升到86.01%,自然对流占比从82.74%下降到13.99%。

    不同铈盐体系(硝酸盐、硫酸盐、氯化盐)中CTAB与Ce3+的相互作用机理
    孙德贇, 胡艳宏, 刘鹏, 唐茂, 胡泽, 柳召刚, 吴锦绣
    化工进展. 2022, 41(6):  3212-3220.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1528
    摘要 ( 91 )   HTML ( 3 )   PDF (3001KB) ( 33 )  
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    采用十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为模板剂,利用Vienna Ab Initio模拟软件包研究了3种不同铈盐体系(硝酸盐、硫酸盐、氯化盐)中CTAB与Ce3+的相互作用以及成键稳定性。在不同铈盐体系的水环境中,CTAB中只有Br会与Ce3+发生相互作用并形成Ce—Br键。从晶体轨道哈密顿布居(COHP)、COHP的积分(ICOHP)以及径向分布函数的角度分析了不同体系下Ce—O键、Ce—Br键的成键稳定性。结果表明,不同铈盐体系下Ce3+与H2O所形成Ce—O键的ICOHP的值差距不大,成键比较稳定,但Ce3+与CTAB中的Br所形成Ce—Br键的稳定性具有较大差距,ICOHP的大小顺序为ICOHP硝酸体系<ICOHP硫酸体系<ICOHP氯化体系,说明CTAB在硝酸体系下对Ce3+的控制作用最强,进而证明模板剂CTAB在硝酸体系下对制备二氧化铈晶体形核阶段具有较好的调控能力。

    资源与环境化工
    湿式烘焙技术研究进展
    刘环博, 李健, 颜蓓蓓, 董晓珊, 陈冠益
    化工进展. 2022, 41(6):  3221-3234.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1322
    摘要 ( 93 )   HTML ( 4 )   PDF (571KB) ( 57 )  
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    湿式烘焙是指180~260℃下在过热水中进行生物质预处理的技术,因其适用范围广、能耗低、预处理效果显著等优势,受到了广泛关注,但也因其发展尚处于起步阶段,存在诸多问题。文中综述了湿式烘焙技术的定义、反应机理及其优点,重点关注湿式烘焙固体产物物理化学特性的变化(最优条件下,产物质量密度升高33.2%,能量密度升高48.2%,研磨能耗降低25.6倍,平衡含水率降低2.9倍,球团耐久性升高33.0%,热值升高45.1%,燃点升高67℃)。讨论了湿式烘焙反应条件对于处理效果的影响,探究了湿式烘焙条件和燃料性能之间的内在联系,对生物质燃料湿式烘焙预处理及工艺耦合应用进行了全面概述,对湿式烘焙技术的经济可行性进行了综合分析。最后,明晰了湿式烘焙技术的缺陷及相应的应对措施,并对其未来的应用场景进行了分析展望,为提高湿式烘焙技术环境友好性和经济可行性提供一些理论基础。

    活化过碳酸盐及过氧碳酸氢盐在水处理领域中的研究进展
    廖兵, 胥雯, 叶秋月
    化工进展. 2022, 41(6):  3235-3248.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1365
    摘要 ( 143 )   HTML ( 11 )   PDF (783KB) ( 73 )  
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    近年来,活化过碳酸盐(SPC)和过氧碳酸氢盐(PMC)高级氧化体系在水处理中的应用受到了学者们的广泛关注。本文通过调研大量国内外文献,系统总结了目前活化SPC体系及活化PMC体系在水处理中的应用,梳理了在SPC体系中常见的活化剂,如铁基材料、生物炭及金属复合体系等,在PMC体系常见的过渡金属离子以及金属复合物活化剂等,对比分析了活化SPC及活化PMC体系降解污染物的影响因素及其反应机理,影响因素包括溶液初始pH、氧化剂、活化剂、污染物浓度以及共存离子等,在SPC和PMC体系中添加活化剂均会促进HO·的生成,并对污染物的降解发挥作用,最后对未来相关研究的发展趋势提出了建议,可进一步探究活化SPC和PMC体系对水体的修复性能以及利用其进行实际水处理时的稳定性和安全性,厘清体系中产生的自由基对水体中污染物的去除机制。

    多环芳烃污染土壤的微生物修复技术研究进展
    吕莹, 胡学武, 陈素素, 刘兴宇, 陈勃伟, 张明江
    化工进展. 2022, 41(6):  3249-3262.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1482
    摘要 ( 148 )   HTML ( 4 )   PDF (2810KB) ( 253 )  
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    土壤中多环芳烃(PAHs)污染已成为一个严重的环境问题。因此,有必要开展低成本、高效的微生物修复技术研究。本文从土壤中PAHs的环境污染特征出发,结合近年来利用微生物修复技术去除土壤中PAHs的研究进展,剖析该技术工程应用存在的挑战及其解决策略。并对微生物与PAHs之间的作用机制进行介绍,指出细菌降解PAHs主要通过双加氧酶的作用,真菌降解PAHs利用的是单加氧酶,而藻类降解低环PAHs主要采用单加氧酶系统进行代谢,降解高环PAHs则主要采用双加氧酶系统进行代谢。最后提出了未来PAHs污染土壤修复技术的主要研究方向,包括建立高效降解菌筛选体系、构建混合菌群及基因工程菌、加强作用过程及代谢组学研究等方面,以期为我国土壤修复技术的产业化发展和大规模应用提供指导。

    介孔金属有机框架材料吸附水中重金属离子研究进展
    唐朝春, 王顺藤, 黄从新, 冯文涛, 阮以宣, 史纯菁
    化工进展. 2022, 41(6):  3263-3278.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1614
    摘要 ( 143 )   HTML ( 9 )   PDF (3484KB) ( 95 )  
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    介孔金属有机框架材料(介孔MOFs)相较于传统吸附剂具有孔径大、孔隙率可调、比表面积大、官能团丰富,便于功能化改性修饰等优点,可高效地吸附水体中重金属污染物。本文介绍介孔MOFs的特性、合成策略及四种合成介孔MOFs的方法,重点分析四种方法的介孔形成机理及其所面临的问题,并将四种合成方法的优劣进行了比较。详述介孔MOFs吸附去除水中重金属离子、类重金属阴离子以及放射性金属离子的研究进展;介绍了介孔MOFs在吸附去除重金属离子方面的可重复利用性;阐述介孔MOFs吸附去除水中重金属污染物的作用机理。对介孔MOFs成本高昂、合成条件苛刻、回收利用难等问题提出了优化方向,指出提高介孔MOFs的水稳定性、易回收利用、简便绿色合成技术以及痕量去除将是未来的研究方向。

    废弃PET化学回收及制备不饱和聚酯树脂的研究进展
    李志斌, 唐辉, 罗大伟, 应俏
    化工进展. 2022, 41(6):  3279-3292.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1439
    摘要 ( 183 )   HTML ( 6 )   PDF (2186KB) ( 88 )  
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    随着聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)材料用量的大幅增长,大量废弃PET制品堆积造成的环境污染问题日益突出,其回收利用技术也随之广受关注。在不同的PET回收方法中,将PET降解为单体或低聚物的化学回收是效率最高、产物利用价值最大的方法,但也存在反应条件苛刻、产物收率低等问题。本文详细梳理了水解法、甲醇醇解法、二元醇醇解法、胺解法和氨解法等化学回收方法的主要特点以及微波加热、离子液体、纳米技术等新兴技术在PET化学回收过程中的应用概况。通过对各种化学回收工艺的比较,文中得出二元醇醇解法是最具商业应用价值方法的结论。在此基础上,文中重点介绍了PET的二元醇解以及进一步制备不饱和聚酯树脂的化学过程、发展现状、制约因素和改进措施。分析表明,由PET二元醇解产物制备不饱和聚酯树脂是提高废弃PET资源化效率、丰富原料供给、推动产品升级的重要途径,开发高效、廉价、环保的新型催化剂或酶催化技术是废弃PET回收领域今后主要的发展方向。

    低共熔溶剂在废旧锂离子电池正极材料回收中的研究进展
    程明强, 汝娟坚, 华一新, 王丁, 耿笑, 张文文, 黄皓铭, 王道祥
    化工进展. 2022, 41(6):  3293-3305.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1493
    摘要 ( 172 )   HTML ( 16 )   PDF (2873KB) ( 534 )  
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    大规模储能与电动汽车市场的发展壮大对锂离子电池的需求水涨船高,由此产生的废旧锂离子电池数量也即将迎来爆发式增长。废旧锂离子电池正极材料蕴含丰富的锂、钴、镍、锰等有价金属元素,回收经济价值高,环境效益显著。低共熔溶剂(DESs)作为一种绿色溶剂,在废旧锂离子电池有价金属元素回收方面显示出巨大的潜力。本文在简要介绍DESs性质及应用的基础上,系统综述了DESs在废旧锂离子电池正极材料回收链中的研究现状,主要包括正极材料的分离、活性物质的浸出以及有价金属的提取,着重介绍了现阶段回收的方法及工艺流程,比较了不同DESs浸出正极活性物质的优缺点,探讨了当前DESs在废旧锂离子电池回收中的共性问题,并展望了未来DESs回收锂离子电池的发展方向。

    微生物燃料电池处理偶氮含盐废水的产电性能和降解过程
    潘文政, 纪志永, 汪婧, 李淑明, 黄智辉, 郭小甫, 刘杰, 赵颖颖, 袁俊生
    化工进展. 2022, 41(6):  3306-3313.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1334
    摘要 ( 83 )   HTML ( 2 )   PDF (1399KB) ( 17 )  
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    偶氮含盐废水生化处理流程复杂、电耗高,且降解机理尚不明确。本研究基于酸性重铬酸钾法水热处理获取改性阳极,进而构建微生物燃料电池(microbial fuel cell,MFC)对偶氮含盐废水进行处理。考察了不同二价阴离子对MFC产电性能和降解有机物效果的影响,并探究了MFC对直接红13的降解机理。结果表明,偶氮含盐废水中含有硫酸钠时的产电性能高于含有碳酸钠的情况,MFC最大功率密度为265.38mW/m2、最大电流密度为1.10A/m2;MFC处理偶氮含盐废水时,对直接红13的去除率低于无额外添加盐时的效果(71.13%),对葡萄糖共基质的降解影响程度为:添加硫酸钠>添加碳酸钠>无额外添加盐。微生物群落和降解产物分析表明,MFC阳极生物膜通过变形菌门、拟杆菌门等微生物的协同作用实现了对直接红13的生物电化学降解,产电下降解产物以还原产物芳香胺为主。

    焦粉高效活化过硫酸盐对苯胺的降解性能
    徐天缘, 郑茜, 王连娟, 陈婷, 魏鑫鹏
    化工进展. 2022, 41(6):  3314-3323.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-2363
    摘要 ( 70 )   HTML ( 1 )   PDF (3085KB) ( 19 )  
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    焦粉作为焦化/煤化企业的低附加值副产物,用作污染控制材料是其高价值应用的一条重要途径。本文对焦粉形貌与成分进行表征分析,通过苯胺降解动力学和影响因素之间的交互作用评估焦粉活化过硫酸盐的催化性能,并初步探讨了相关机理。表征结果显示焦粉表面粗糙,有清晰的孔隙。活性测试结果显示,1g/L焦粉可以高效活化5mmol/L过硫酸盐降解20mg/L苯胺,反应120min后苯胺去除率高于99%,其中灰分对苯胺降解无贡献。增加焦粉剂量和过硫酸盐浓度均可提高苯胺的降解效率。焦粉在pH 3~11范围内均可高效活化过硫酸盐降解苯胺,去除率维持在83%以上。此外,焦粉具有应用于修复复杂水体中有机污染物的潜能,在Cl-、HCO3-和SO42-干扰下,体系中苯胺去除率维持在90%以上。响应曲面分析表明,焦粉可以高效活化过硫酸盐降解苯胺,且焦粉剂量与过硫酸钠浓度的交互作用强,二者决定了苯胺的最终去除率。自由基淬灭实验证明焦粉活化过硫酸盐降解苯胺过程中,主要产生的活性氧物种为O2·-和·OH。本文的研究结果可为低附加值的煤基副产物高价值应用提供指导,并为进一步发展环境友好的水污染控制与资源化技术提供新契机。

    氧化石墨烯插层膨润土复合材料高效吸附碱性紫3染料
    陈勇, 程宁, 杨育兵, 卢凯玲, 罗应, 易慧
    化工进展. 2022, 41(6):  3324-3332.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1356
    摘要 ( 79 )   HTML ( 2 )   PDF (4716KB) ( 29 )  
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    通过超声途径,利用氧化石墨烯(GO)插层膨润土(Bent)制备复合材料(BGO),并评估对碱性紫3的吸附效果。采用XRD、FTIR、BET、SEM、XPS等检测手段表征了复合材料的结构特征,通过Langmuir、Freundlich模型和伪一级、伪二级模型拟合了等温吸附数据和动力学吸附数据,范特霍夫方程研究热力学过程。结果表明:GO成功插入Bent层间,XRD图谱显示膨润土层间距从1.35nm(Bent)扩大至1.6nm(BGO),BGO比表面积有大幅提升;吸附数据符合Langmuir等温线模型和伪二级动力学模型,在30℃、250mg/L初始浓度下,BGO最高吸附容量可达420.17mg/g,与Bent相比,BGO显示更强的吸附能力,吸附过程展现快速动态;热力学研究表明吸附过程是自发且吸热的。机理分析表明,高比表面积GO及所带含氧基团与Bent之间的协同作用共同决定BGO具有高吸附能力。

    热化学清洗含油污泥的效果评价及机理
    王宇晶, 张楠, 刘涉江, 苗辰, 刘秀丽
    化工进展. 2022, 41(6):  3333-3340.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1376
    摘要 ( 86 )   HTML ( 2 )   PDF (4064KB) ( 26 )  
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    热化学清洗法是一种处理含油污泥经济高效的方法。以无害化处理为目标,本文系统分析了热化学清洗含油污泥的效果,并对原油脱附机理进行了初步探讨。结果表明,复配型清洗剂NAS在4%(质量分数)、60℃(温度)、8∶1(液固比)、60min(时间)的清洗条件下,可将固体残油率降低至0.94%,远低于《油气田含油污泥综合利用污染控制要求》(DB 65/T 3998—2017)等多个标准中规定的含油率≤2.0%的要求;脱附等温线模型拟合和热力学参数计算结果表明,油从固体表面的脱附符合Langmuir模型,且为自发吸热过程;结合FTIR及XRD等分析结果可知,热化学清洗法主要除去了含油污泥中原油的轻组分,重组分与固体表面发生化学吸附,成为影响原油脱附的主导因素。

    不同负载下热再生氨电池产电及Cu2+去除特性
    卢志强, 张亮, 李俊, 付乾, 朱恂, 廖强, 陈鹏宇
    化工进展. 2022, 41(6):  3341-3349.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1303
    摘要 ( 82 )   HTML ( 5 )   PDF (2499KB) ( 15 )  
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    热再生氨电池(thermally regenerative ammonia-based battery, TRAB)在利用低温废热产电的同时去除Cu2+,在含铜电镀废水的处理及资源回收方面具有独特的优势和良好的应用前景。而作为关键运行参数之一的负载不但影响电化学反应速率和产电性能,而且还会对Cu2+去除效果产生影响。此外,氨渗透现象的存在极大地影响了Cu2+的去除效果。本文在不同负载条件下对电池进行批次放电,探究负载对电池的产电特性及铜离子去除率的影响,利用循环伏安法探究不同氨浓度条件下阴极发生的反应。对产电后的阳极液进行热再生,探究不同再生温度对热再生过程、电池功率及Cu2+去除率的影响。研究结果表明,随着负载的降低(电流增大),电池的产电量得到提升,批次处理所需的时间大幅缩短。并且较小的负载可以有效降低阴极氨渗透量,减弱副反应的发生,从而提升阴极库仑效率,因此获得较高的Cu2+去除率。当负载为1Ω时获得了较大的产电量(350C),且处理时间缩短为2.1h,使得废水中Cu2+的去除率达到80.5%。热再生过程对下一批次电池性能和阴极Cu2+去除有重要影响,一定范围内提升再生温度有利于热再生过程的进行。

    基于测试数据的蔗渣锅炉能量分析及能效提升措施
    莫乾赐, 叶海波, 林行素, 李国华, 陈伟崇, 卢苇
    化工进展. 2022, 41(6):  3350-3359.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1586
    摘要 ( 87 )   HTML ( 2 )   PDF (1832KB) ( 17 )  
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    目前蔗渣锅炉存在服役年限较长、燃烧不充分、效率低下、燃料浪费严重以及污染物排放高等问题,对其原因分析欠缺大量现场数据。为了解决这一问题,本文对121台蔗渣锅炉进行能效测试,得出锅炉热效率达到标准限定值和目标值的数量分别仅占51.24%和0.83%;热损失最大的排烟热损失达10%,其中所含水分的热损失占到将近1/4;二氧化碳排放量平均值达到131.54kg/GJ。深入分析各影响因素与热效率的关系,得出了主要影响因素为烟气温度、过量空气系数和飞灰含碳量。并针对这些因素提出了能效提升措施。若能效均能达到限定值或目标值,每年的蔗渣消耗量将分别减少157kt或568kt,二氧化碳排放量将分别减少160kt或522kt,其他污染物排放同样会减少,推及到全国的蔗渣锅炉,节能减排潜力更巨大。

    煤化工酚基精馏釜残资源化利用过程初步分析
    蔡思超, 周静, 杜金泽, 李方舟, 李源森, 何林, 李鑫钢, 王成扬
    化工进展. 2022, 41(6):  3360-3371.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1535
    摘要 ( 96 )   HTML ( 3 )   PDF (1844KB) ( 226 )  
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    针对酚基精馏釜残组成复杂、毒性大且资源利用率不高的问题,根据其组分特征,本文初步提出减压深拔-热化学转化的多效资源化利用方案,并对该方案中不同产品的制备工艺进行了初步实验验证。结果表明,通过减压深拔得到的轻组分主要以苯二酚类化合物为主,且酚类物质占比70.38%(质量分数)。将深拔轻组分作为苯酚添加物与甲醛进行缩合反应,制备的镁碳砖耐火材料专用树脂,性能指标可满足企业标准,并基本达到行业水平。利用此釜残基树脂制备的镁碳砖,其性能与商用树脂Nv制备的镁碳砖性能无明显差异。深拔剩余的重组分通过化学改性,增加交联程度后可以基本达到颗粒活性炭黏结剂的指标要求。同时从成本效益上对釜残资源化利用方案进行了对比评价。本研究为酚基精馏釜残的处理提供了资源化利用可选途径。

    化工园区
    基于FAHP的农药生产VOCs末端治理技术评价
    郑亚梅, 林胜男, 荆国华, 申华臻, 吕碧洪
    化工进展. 2022, 41(6):  3372-3380.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1479
    摘要 ( 69 )   HTML ( 2 )   PDF (942KB) ( 14 )  
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    挥发性有机物(volatile organic compounds,VOCs)污染防控是大气污染控制的一项重点工作,科学合理地评价并筛选最优治理技术是VOCs减排的关键。VOCs末端治理技术综合评价模型仍缺乏具有科学性和普适性的技术评价模型。模糊层次分析法(fuzzy analytic hierarchy process,FAHP)在构建定量和定性指标评价模型中具有客观性和准确性的优点,能够解决这一问题。本文介绍了基于FAHP建立经济、环境、技术3个一级指标和11个二级指标的VOCs末端治理技术评价模型,通过分析荆州经济技术开发区农药生产中典型的生产工艺及产VOCs环节,对9项典型的VOCs末端治理技术进行量化分析评价。结果说明催化燃烧和热力焚烧以及膜分离技术在环境和经济方面优势明显,吸附技术在经济和技术方面优势明显,综合评价结果表明,催化燃烧(0.143)是VOCs末端治理中值得推荐的技术。本研究为农药生产VOCs末端治理技术的筛选提供新的参考,有益于化工企业制订VOCs减排策略。

    观点
    中国碳中和目标下CO2转化的思考与实践
    周红军, 周颖, 徐春明
    化工进展. 2022, 41(6):  3381-3385.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2022-0395
    摘要 ( 387 )   HTML ( 42 )   PDF (447KB) ( 230 )  
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    提出政策引导CO2回收、利用与封存(CCUS)发展,需重新定义二氧化碳的属性及价值,深度挖掘其资源属性,在以煤油气为一次能源、电为二次能源,向以电热为一次能源、氢为二次能源的再电气化能源革命转型中,为从有碳能源向无碳能源转变,将影响及重构所有社会活动及产业。本文通过未来低碳场景下CCUS绿色技术的思考,指出以二氧化碳氢化的三个技术链的创新开发和实践,使二氧化碳转化为合成气(CO+H2),从而实现高值化、资源化碳的固化和封存。文章提出:煤电、煤化工与水泥产业的二氧化碳氢化及费托合成高碳烃燃料,不仅高值化,还可用于电网调峰;沼气及非常规天然气CO2与CH4的干重整可生产绿氢、可再生燃料及甲醇而高值化,对于中国的乡村振兴具有特别意义,可打通村镇废弃物处理能源化与国家工业补农业的能源基金通道,将使中国乡村振兴获得资本强化新机遇;钢铁及炼化产业的低碳发展,煤气及干气的二氧化碳干重整高值利用,特别是干重整合成气生产甲醇经甲醇制烯烃(MTO)生产乙烯和丙烯及聚合物进行碳固化,将使CCUS获得新的产业链。CCUS将成为所有社会活动及工业的附属产业,成为新的公共服务产业链。