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本期目录
2022年 第41卷 第7期 刊出日期:2022-07-25
    本期封面、中英文目次表、版权页
    化工进展. 2022, 41(7):  0. 
    摘要 ( 50 )   PDF (6142KB) ( 39 )  
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    化工进展. 2022, 41(7):  1. 
    摘要 ( 28 )   PDF (59556KB) ( 12 )  
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    特约评述
    未来石化智能工厂顶层设计: 现状、对比及展望
    王子宗, 高立兵, 索寒生
    化工进展. 2022, 41(7):  3387-3401.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2022-0306
    摘要 ( 272 )   HTML ( 44 )   PDF (4498KB) ( 311 )  
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    国内石化智能工厂建设已有十年发展历史,目前正在进行智能工厂3.0的规划设计。石化智能工厂存在哪些挑战?石化智能制造有什么发展趋势?如何设计未来石化智能工厂?针对这三个问题,本文首先总结了石化智能工厂面临的挑战以及业务和技术能力需求。从工业软件、开放流程自动化、工程建设模式等三个视角分析了石化智能制造发展趋势,研究了国际灯塔工厂案例及启示。文章还阐述了石化智能制造的基本特征、内涵及演进路线,提出了未来石化智能工厂需要提升的5项关键能力和“六化”特征,提出了重点建设内容及智能场景规划思路,最后对未来发展进行了展望。

    碳中和背景下现代煤化工技术路径探索
    杨学萍
    化工进展. 2022, 41(7):  3402-3412.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2022-0475
    摘要 ( 245 )   HTML ( 25 )   PDF (4254KB) ( 275 )  
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    从源头减碳、过程控碳、末端碳捕集封存和碳资源高附加值利用四个方面,分析了现代煤化工产业低碳发展的技术路径、对降低碳排放的效果以及未来应用前景。文中指出:源头减碳技术路径包括原料结构调整和能源结构调整,引入富氢和绿氢资源与煤炭进行碳氢互补,提高煤炭利用效率,并通过气代煤、电代煤,尤其利用弃风、弃电,可显著降低碳排放和工艺生产成本;过程控碳技术路径包括节能提效和开发革新技术,依靠现代煤化工技术进步,突破传统工艺瓶颈,是当前企业易于实施、应用较多的节能减排方式;末端碳捕集封存技术路径包括地质深层掩埋、驱油、强化深部咸水开采等,将工艺过程产生的高浓度CO2通过低成本捕集,有效提高油气采收率,并为水资源匮乏地区提供额外供水;碳资源高附加值利用技术路径主要包括CO2化学转化制高附加值及大宗化学品,国内正加快CO2制低碳烯烃、芳烃、甲醇、碳酸酯的技术研发与示范应用,努力将CO2从化石能源利用的终结排放者转化为碳循环利用的参与者,发展碳循环经济,减少碳排放。最后提出:未来将现代煤化工融入能源系统的大格局统筹考虑,推动其与新能源的优势“合并”,突破碳减排关键核心技术,是碳中和背景下现代煤化工低碳清洁发展的必由之路。

    化工过程与装备
    固液两相混合方法及其均匀性检测技术
    郭长皓, 鸦明胜, 徐幼林, 郑加强
    化工进展. 2022, 41(7):  3413-3430.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1875
    摘要 ( 148 )   HTML ( 12 )   PDF (4077KB) ( 120 )  
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    固液混合技术是广泛应用于工农业生产中固体分散、溶解和浸出、结晶和沉淀、固体催化反应以及粉剂农药混合等领域的一种重要操作技术。固液两相混合的均匀性对产品的生产或应用有着重要的影响。因此本文综述了固液两相混合技术的研究现状。首先介绍了固体颗粒在液相中的分散机理,讨论了常见的两大类固液两相混合方法,即化学分散法与物理分散法。其中化学分散法包括添加表面活性剂与偶联剂以及进行电化学改性;物理分散法包括使用搅拌釜、撞击流混合器、射流混合器、静态混合器、动态混合器进行的机械混合以及超声分散和通过静电分散进行的预分散。同时介绍了部分具有代表性的固液两相分散混合均匀性的检测方法,如探针、图像分析处理、超声衰减、动态光散射、电阻层析成像等。最后在分析现有问题的基础上对固液两相混合技术未来在多元化、智能化方向上的发展进行了展望。

    液体阵列射流冲击冷板工质与传热结构研究进展
    汤振彪, 崔晓钰
    化工进展. 2022, 41(7):  3431-3445.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1739
    摘要 ( 117 )   HTML ( 11 )   PDF (5103KB) ( 61 )  
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    液体阵列射流冲击冷却是解决高热流密度散热问题的最有效技术之一,能够有效地对目标表面进行散热,具有散热能力高、能效比高和噪声低的优点,在散热方面具有巨大优势。本文简述了国内外对阵列射流冲击的研究进展,从换热工质和射流冲击冷板的换热结构两个方面,指出了其对液体阵列射流冲击换热特性的影响,并介绍了倾斜射流和旋流射流两种新型阵列射流方式。综合分析了常用的液体换热工质和纳米流体换热工质在射流冲击过程中强化换热的原理,介绍了喷嘴孔型、喷嘴的排列方式和冲击表面结构三种阵列射流结构。分析表明,不同孔型的喷嘴会影响流体的射流速度和湍流特性,不同的喷嘴排列方式会对射流流体的相互作用和有效冲击面积产生影响,不同的冲击表面会影响射流工质的循环混合,这些都将对射流冷板的换热特性产生很大影响。指出了解影响液体阵列射流冲击效果的主要因素,是改善和提高射流换热性能的根本方法。

    用于分布式制氢的甲烷蒸汽重整膜反应器的数值模拟
    闫鹏, 程易
    化工进展. 2022, 41(7):  3446-3454.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1868
    摘要 ( 114 )   HTML ( 7 )   PDF (4065KB) ( 86 )  
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    采用反应-分离集成的膜反应器进行分布式制氢,对简化工艺、降低能耗、提升技术经济性至关重要。本文采用数学模型对甲烷蒸汽重整制氢过程膜反应器进行模拟,系统分析了渗透侧操作策略、反应压力、反应温度、钯基膜性能、催化剂性能对反应器行为的影响;并以1m3/h甲烷最大程度转化为目标进行分布式制氢案例分析,详细比较膜反应器技术与“常规反应器+膜分离”工艺技术。结果表明,膜反应器在反应压力30atm(1atm=101325Pa)、反应温度500℃下操作可实现紧凑设计,比“常规反应器+膜分离”工艺技术具有明显优势,但是亟需研发更佳活性(10倍)的钯基膜和催化剂以实现显著的过程强化。模拟结果可为不同规模分布式制氢膜反应器的操作与设计及进一步的性能强化提供指导。

    旋风分离器内气相旋转流动态特性分析与表征
    解明, 孙立强, 宋健斐, 魏耀东
    化工进展. 2022, 41(7):  3455-3464.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1752
    摘要 ( 108 )   HTML ( 4 )   PDF (6399KB) ( 61 )  
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    旋风分离器内的气相旋转流具有很强的动态特性,表现为流场瞬时参数随时间波动变化。为了对旋风分离器内气相旋转流动态特性进行表征,本文基于热线/热膜风速仪(HWFA)和动态压力传感器测量的旋风分离器内瞬时切向速度和瞬时压力,从时域和频域两个方面进行了分析。结果表明,旋风分离器内瞬时切向速度信号时域上的波形分布与旋转流的摆动存在联系,时域上的标准偏差可以直观地表征旋风分离器内旋转流的波动强度;频域的主频和功率谱密度(PSD)可以表征旋转流动态参数波动的准周期行为、传递行为和强度衰减特征,也是旋转流摆动行为及其影响范围的反映。基于瞬时切向速度和瞬时压力的时域和频域分析能较好地反映旋转流流场的波动特点,均可用于表征旋风分离器内气相旋转流的动态特性。

    U形导流板换热器传热和阻力性能分析
    古新, 张前欣, 王超鹏, 方运阁, 李宁, 王永庆
    化工进展. 2022, 41(7):  3465-3474.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1633
    摘要 ( 106 )   HTML ( 3 )   PDF (5154KB) ( 62 )  
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    建立U形导流板换热器和扭转流换热器全截面周期模型,利用计算流体力学(CFD)方法对两种换热器壳程性能进行数值研究。相较于扭转流换热器,U形导流板换热器的壳程压降降低45.3%~47.5%,传热系数降低9.9%~13.5%,均匀性提高2.4%~4.0%,综合性能提高4.0%~14.6%。场协同结果表明,U形导流板换热器壳程流体速度与压力梯度的协同性优于扭转流换热器,而流体速度与温度梯度的协同性不如扭转流换热器。本文利用激光多普勒测速仪(LDV)验证了模拟方法准确性和模拟结果的可靠性;分析了U形导流板结构参数及布置方式对换热器壳程压降和传热性能的影响。结果表明,U形导流板的布置角度和布置方式对性能影响显著,导流板宽度和导流板间距的影响较小。

    新型纵流油冷却器壳程强化传热
    刘世杰, 莫逊, 涂爱民, 朱冬生, 谭连元
    化工进展. 2022, 41(7):  3475-3482.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1879
    摘要 ( 72 )   HTML ( 4 )   PDF (3100KB) ( 28 )  
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    提出一种新型扭曲三叶管纵流油冷却器强化传热方案,对其壳程的传热与压降特性与扭曲椭圆管油冷却器和传统折流板油冷却器进行了实验对比分析。结果显示,在相同油流量下,扭曲三叶管油冷却器壳程的传热系数、压降和传热系数比压降值(h/?p)分别比传统折流板油冷却器高138.7%~90.5%、19.6%~37.8%和77.2%~130.4%;分别比扭曲椭圆油冷却器高257.8%~298.6%、140.5%~158.4%和40.1%~65.7%,表明扭曲三叶管油冷却器具有很好的强化传热效果。并对其强化传热机理进行了分析,在壳程雷诺数(Re)为80~550的范围内,拟合获得了扭曲三叶管和扭曲椭圆管两种纵流油冷却器壳程努塞尔数(Nu)和摩擦因子(f)关联式。

    两种烧结通道的沸腾传热和阻力特性对比
    毛纪金, 张东辉, 孙利利, 雷钦晖, 屈健
    化工进展. 2022, 41(7):  3483-3492.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1794
    摘要 ( 72 )   HTML ( 1 )   PDF (5586KB) ( 43 )  
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    多孔材料对沸腾换热的强化是能源化工领域的重要主题。本文针对两种不同的烧结结构——并联微通道和扁平通道(仅有烧结底层),以去离子水为工质,进行了过冷流动沸腾换热实验对比研究。研究发现:并联微通道的传热系数和临界热流密度远高于扁平通道,这和并联微通道优异的毛细供液性能相关。底厚粒径比对并联微通道的沸腾换热性能影响较大,过大的底厚粒径比会造成换热性能的下降。质量通量对小粒径样品的沸腾曲线和换热性能均影响较大,对大粒径(d=120μm)样品的沸腾曲线影响较小。烧结并联微通道的平均压降大于扁平通道。相同底厚下,平均压降随着微通道粒径的增大而增大。可视化观察表明:两种通道在中高热流密度流型不同,其主要相变机制均为薄液膜蒸发模式。

    氧化铝纳米流体液滴瞬态蒸发速率的演化特性分析
    李钰璨, 胡定华, 刘锦辉
    化工进展. 2022, 41(7):  3493-3501.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1808
    摘要 ( 83 )   HTML ( 5 )   PDF (3252KB) ( 35 )  
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    以氧化铝纳米流体液滴为研究对象,本文建立了基于任意拉格朗日-欧拉(ALE)法的液滴蒸发瞬态模型,对液滴蒸发过程中蒸汽浓度、纳米颗粒浓度、温度等进行多物理场耦合,并考虑了Marangoni流对液滴蒸发的影响,同时研究还结合蒸发实验可视化结果,分析了氧化铝纳米流体液滴的瞬态蒸发速率随时间的演化规律,讨论了颗粒体积分数和基板温度对蒸发模式的影响。结果表明,在液滴蒸发过程开始时,纳米流体液滴保持定接触半径蒸发模式,气液界面面积逐渐减小,瞬态蒸发速率也呈逐渐减小的趋势;当颗粒体积分数增大至26%时,瞬态蒸发速率曲线达到驻点;蒸发接近完全时,由于Marangoni流影响了内部流场、强化了内部传热,且液滴在已沉积在基板上的颗粒表面形成液膜,瞬态蒸发速率迅速增大。

    水平管内R1234yf的流动沸腾换热特性
    冯龙龙, 钟珂, 张羽森, 商庆春, 贾洪伟
    化工进展. 2022, 41(7):  3502-3509.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1823
    摘要 ( 73 )   HTML ( 8 )   PDF (2637KB) ( 28 )  
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    通过实验研究了环境友好型制冷剂R1234yf在内径为0.5mm的水平圆形微通道内的流动沸腾换热特性,测量了不同工况下R1234yf的沸腾换热系数(HTC),并与传统制冷剂R134a进行了对比,分析了质量流速、热流密度和干度对换热系数变化规律的影响。实验条件为:饱和温度(17±1)℃,质量流速1000~2500kg/(m2·s),热流密度25~143kW/m2。实验结果表明:R1234yf的换热系数随着热流密度的增大而显著增大,而质量流速和干度的影响较小,核态沸腾为其主导换热机制。对比R1234yf和R134a在相同工况下的换热特性,发现两种工质的平均换热系数差别较小,并均随着热流密度增大而逐渐增加,但是R1234yf发生干涸(Dryout)时的热流密度小于R134a。将实验数据与已有文献中的核沸腾主导的经验关联式的预测结果进行了对比,得到了较好的吻合。

    平板陶瓷毛细芯环路热管的实验与仿真
    郑宿正, 李南茜, 董德平
    化工进展. 2022, 41(7):  3510-3518.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1840
    摘要 ( 77 )   HTML ( 3 )   PDF (3848KB) ( 66 )  
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    设计并制作了一种平板陶瓷毛细芯环路热管,以环保型制冷剂R245fa作为工质,实验研究了其传热性能;在传统热阻网络模型基础上,优化了其计算过程,通过两条路径并行计算储液器温度,并以二者残差作为收敛条件,提高了计算速度。实验与仿真结果表明,进入固定热导区后,冷凝器热阻占系统总热阻的90%左右,当系统刚刚进入固定热导区时,蒸发器热阻最小,此时蒸发器传热性能最佳;仿真结果与实验结果吻合度较高,温度计算误差最大不超过5℃,热阻的相对误差最大为17%,通过模型计算得到工质在流经毛细芯内部时产生的压降占系统总压降的90%,蒸发温度随着毛细芯厚度的增大而减小,随着毛细芯有效热导率的增大呈现先减小后增大的趋势;增加毛细芯厚度有利于减小毛细芯向储液器的漏热,毛细芯有效热导率的增大会显著增加漏热,不利于系统运行。

    能源加工与技术
    半纤维素及其衍生物转化为γ-戊内酯及其动力学研究进展
    庄雨婷, 王建华, 向智艳, 赵娟, 徐琼, 刘贤响, 尹笃林
    化工进展. 2022, 41(7):  3519-3533.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1632
    摘要 ( 146 )   HTML ( 10 )   PDF (2276KB) ( 71 )  
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    半纤维素是木质生物质资源的三大主要组分之一,经化学、生物的方法转化为糠醛(FAL)、糠醇(FOL)、乙酰丙酸(LA)和γ-戊内酯(GVL)等高附加值化合物可实现含碳可再生资源高值化利用,对发展可再生生物能源具有重要意义。本文从催化剂、氢源和溶剂的角度综述了国内外半纤维素、FAL和FOL直接转化为GVL的研究进展,归纳了串联反应中木糖合成FAL及FAL合成GVL的典型动力学模型。Br?nsted/Lewis酸位点可调的双功能酸催化剂如金属改性的分子筛,是催化半纤维素及其衍生物转移加氢合成GVL的高效催化剂,文中指出酸性位点调控的策略和机制是催化剂研究的关键问题;开发多金属协同、酸碱协同的多功能催化剂是创新催化体系的方向。

    重质油包水乳液破乳过程及降黏强化机制
    张辛铖, 何林, 隋红, 李鑫钢
    化工进展. 2022, 41(7):  3534-3544.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1708
    摘要 ( 114 )   HTML ( 4 )   PDF (5788KB) ( 81 )  
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    重质油包水(W/O)乳液普遍存在于石油开采与加工过程中,因其高黏度、高密度、强界面稳定特性,导致重质油包水乳液分离困难,生产成本增加。为了提高重质W/O乳液的分离效率,本文探究了温度与甲苯加入量对重质油黏度的影响规律。在此基础上,研究了上述降黏过程与脱水率之间的协同机制。采用自制的TJU-3破乳剂对重质W/O乳液进行破乳,通过调整破乳剂在乳液中的浓度和破乳温度得到了最佳工艺条件。利用分子模拟的方法构建了重质油平均分子模型并计算了SARA四组分在不同甲苯含量的重质油中的扩散系数,分析了甲苯添加量对重质油中SARA四组分相互作用的影响规律,研究了沥青质分子和TJU-3破乳剂分子在油水界面的运移过程。结果表明:重质油的黏度降低到1500mPa·s时,可实现在1h内完全破乳;黏度降低到50mPa·s时可实现在20min内完全破乳。当破乳剂在乳液中的浓度为400mg/L时,乳液的脱水率最高;破乳温度为60℃时,破乳速度最快。SARA四组分中胶质的扩散系数增大最显著,是重质油的黏度能被甲苯迅速降低的主要原因。TJU-3分子能够破坏沥青质界面膜,进而实现破乳。该协同机制和工艺条件可为石油工业中重质W/O乳液的低温快速破乳工艺提供参考。

    硅胶粒径对太阳能吸附制冷系统性能的影响
    王泽鹏, 苑中显, 王洁, 文鑫, 刘一默
    化工进展. 2022, 41(7):  3545-3552.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1803
    摘要 ( 82 )   HTML ( 5 )   PDF (1191KB) ( 45 )  
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    针对以硅胶-水为工质对的太阳能吸附式制冷系统,实验研究了不同粒径的硅胶材料对吸附床传热传质特性及系统制冷能力的影响。三组对比实验的硅胶材料平均粒径分别为1mm、3mm和5mm,在太阳辐射接近的条件下完成实验测试,结果表明粒径中等的硅胶材料表现最优,其制冷系数COP和按照循环周期定义的比制冷功率SCP2均最高。小粒径材料虽然使吸附剂填充量有所增加,但是会导致吸附床轴向传质阻力增加,影响其末端吸附能力的发挥。而材料的粒径过大,则会降低吸附床的吸附剂填充量及其传热性能,从而导致预热脱附和冷却过程的时间延长,不利于系统的制冷性能改善。实验结果表明,吸附剂粒径是影响太阳能吸附式制冷系统工作性能的一个重要因素,在系统设计中需要给予重视。

    基于余热回收的燃气热泵系统高温制热特性
    胡亚飞, 吕杰, 韩涛, 宋文吉, 冯自平
    化工进展. 2022, 41(7):  3553-3563.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1869
    摘要 ( 124 )   HTML ( 4 )   PDF (3658KB) ( 43 )  
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    燃气热泵(GHP)是一种先进的低碳节能清洁供暖技术。针对当前GHP技术研究中普遍使用的R134a冷媒制热环境温度下限偏高及活塞式压缩机能效偏低等局限,本文创新性地搭建了基于使用R410A冷媒涡旋式压缩机的高能效GHP实验平台,在实验台上进行了不同出水温度(tw,out)、发动机转速(Neng)、进水流量(Gw)及是否余热回收下的高温制热特性研究,得到了制热量(Qh)、耗气功率(Pgas)、压机功率(Pcomp一次能源利用率(PER)及性能系数(COP)的变化规律,并对关键性能参数进行了误差分析。结果表明,tw,out由41℃增至50℃时,Qh、PER和COP分别减小了3.12%、13.17%和18.92%,PER下降的幅度明显小于COP;Neng从1200r/min增至1800r/min时,在50℃出水下QhPgasPcomp分别增加了51.03%、43.98%和55.37%,PER因受到发动机有效热效率升高的影响而增加了4.90%;Gw从5.8m3/h增至11.5m3/h时,系统各性能参数随Gw变化不敏感;系统考虑余热回收后,Qh、PER与COP均显著增加,在Neng为1200r/min且41℃出水下分别增加了31.18%、36.06%与31.54%,系统余热回收量占总制热量和发动机总余热量的比例分别为17.48%~24.54%和44.16%~63.39%。由误差分析可得QhPgas和PER的误差分别为3.29%、1.00%和3.44%,表明了系统测试结果具有较高的准确度。

    热电联产机组热电解耦技术对比分析
    王子杰, 顾煜炯, 刘浩晨, 李长耘
    化工进展. 2022, 41(7):  3564-3572.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1626
    摘要 ( 102 )   HTML ( 1 )   PDF (3845KB) ( 41 )  
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    增加热电联产机组运行的灵活性可以提高可再生能源利用率,减小“弃风”和“弃光”率,然而对于灵活性改造技术的对比分析研究相对较少。本文基于Ebsilon建立了600MW案例机组的热力学模型,采用Matlab调用模拟数据构建了该机组的能耗模型。基于此模型对比分析了热泵、电锅炉、蓄热罐及采用汽轮机本体改造等热电解耦技术对机组供热可行域及可行域内机组热力性能的影响规律。研究结果表明,采用热电解耦技术可以扩大机组的供热可行域,当机组热负荷为500MW时,采用热电解耦技术后,机组最小调峰能力由大到小排列为:电锅炉>低压缸光轴运行>低压缸零出力>压缩式热泵>蓄热罐。但电锅炉的能量利用率与?效率在所有热电解耦技术中最低。综合对比分析,在热电联产机组中采用压缩式热泵或热泵与蓄热罐耦合运行是一种节能的热电解耦方式。

    尿素法SNCR对大型电站煤粉锅炉运行影响的工业试验
    杨希刚, 陈国庆, 黄林滨, 古世军, 李昌松, 张勇, 金保昇
    化工进展. 2022, 41(7):  3573-3581.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1750
    摘要 ( 70 )   HTML ( 1 )   PDF (4739KB) ( 35 )  
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    在660MW超临界W火焰锅炉上开展了工业试验,研究了尿素法选择性非催化还原脱硝(SNCR)投运对锅炉热效率、NO x 排放、SCR入口烟道截面NO x 分布及炉内烟气温度的影响。结果表明:SNCR系统喷入炉内的水汽化吸热是导致锅炉热效率降低的主要原因,喷入炉内水流量增加1.0t/h,锅炉热效率降低约0.05个百分点;稀释水流量影响尿素溶液在炉内的雾化和分配效果,在尿素用量相同条件下适当增加稀释水流量,SNCR脱硝效率会显著提高;相对于试验负荷下约2400t/h的烟气流量,SNCR喷入炉内的尿素溶液流量相对较少(占0.2%~0.5%),因此,对炉内烟气温度影响并不明显。在一定范围内调整稀释水和尿素溶液流量对SCR入口烟道截面NO x 分布的影响并不明显,但是过低的稀释水流量会影响炉内尿素混合效果,进而影响SCR入口NO x 浓度在烟道截面深度方向上分布的均匀性。

    俄罗斯渣油加氢处理技术开发与工业应用
    赵愉生, 崔瑞利, 牛贵峰, 赵元生, 程涛, 何盛宝, 宋俊男, 张霖宙
    化工进展. 2022, 41(7):  3582-3588.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2022-0179
    摘要 ( 86 )   HTML ( 5 )   PDF (4434KB) ( 48 )  
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    俄罗斯是我国最大原油供应国之一,俄罗斯渣油中硫、氮、残炭、金属含量均较高,无法直接进入催化裂化装置加工,需要进行渣油加氢处理。本文利用核磁、傅里叶变换高分辨质谱等技术手段对俄罗斯渣油分子结构进行了详细表征,并根据其性质和分子结构特点,对PHR系列催化剂及级配进行适应性优化改进,开发形成了俄罗斯渣油加氢处理技术。工业应用结果表明,开发的俄罗斯渣油加氢处理技术具有非常出色的原料适应性和活性稳定性,能够实现俄罗斯渣油中S、N、Ni、V深度脱除和残炭深度转化,催化剂运行时间达到19416h,1t催化剂加工处理原料油达到6000t,均比设计值高62%。通过分析加氢渣油中未被脱除的氮化物分子形态,提出了实现技术持续优化改进的方向。

    工业催化
    乙炔氢氯化金基无汞催化剂的研究进展
    曾军建, 赵基钢
    化工进展. 2022, 41(7):  3589-3596.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1644
    摘要 ( 104 )   HTML ( 6 )   PDF (843KB) ( 88 )  
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    乙炔氢氯化无汞催化剂对我国煤基聚氯乙烯(PVC)工业实现绿色可持续发展具有重要意义,金基催化剂因其优良的催化性能而受到广泛的关注。本文从金基催化剂产业化应用存在成本高、稳定性差等问题出发,全面阐述了金基催化剂的反应和失活机理。从活性组分、载体等因素对催化性能的影响出发,概述了多年来金基催化剂的研究进展,重点总结了研究者们从改进活性组分和载体方面入手,使催化剂性能不断提升至工业化应用所做的工作。最后展望了金基催化剂的发展前景,并提出应深入研究内在反应机理,以简化制备及再生过程,探索低成本高效无汞催化剂及其工程化问题是该领域的研究重点。

    催化型多孔陶瓷球制备及催化玉米秸秆热解
    李玉峰, 王绍庆, 张安东, 毕冬梅, 李志合, 高亮, 万震
    化工进展. 2022, 41(7):  3597-3607.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1833
    摘要 ( 89 )   HTML ( 5 )   PDF (4391KB) ( 53 )  
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    针对生物质热解液化过程中生物油品质差的问题,本文以陶瓷球作热载体为研究基础,制备了5种负载金属氧化物(ZnO、NiO、CeO2、Cr2O3、Fe2O3)的多孔陶瓷球,在固定床反应器上研究多孔陶瓷球催化剂对玉米秸秆热解过程的催化效果。结果表明:多孔陶瓷球基体在热解过程中有一定催化活性,经浸渍改性处理后,都能促进生物油产率的提高,其中Ni基多孔陶瓷球热解的产率高达41.62%。多孔陶瓷球负载的5种金属氧化物可促使生物油中酚类、呋喃类物质的含量明显增加,酸类物质的含量明显降低,且种类减少,其中CeO2降酸效果显著,降低幅度为37.15%。此外,催化型多孔陶瓷球的引入促进了不可冷凝气中C n H mn≥2)的生成,烯烃类中乙烯的增长幅度最大,为50.53%,同时生物炭的理化特性在一定程度上得到改善和提高。

    Na2CO3/CF固体碱对菜籽油酯交换反应的催化性能
    赵建兵, 杨丹, 舒原草, 朱俊波, 普仕萍, 宋晓丹, 刘守庆, 柴希娟, 李雪梅
    化工进展. 2022, 41(7):  3608-3614.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1876
    摘要 ( 85 )   HTML ( 3 )   PDF (2948KB) ( 37 )  
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    以Na2CO3为活性组分、泡沫炭(CF)为载体,本文借助等体积浸渍法制备了Na2CO3/CF非均相固体碱催化剂,通过SEM、SEM-EDS、FTIR、XRD、BET对其结构性能进行分析表征,结果显示:Na2CO3/CF的比表面积为182m2/g,负载的Na2CO3以细小颗粒的形式均匀分布于CF泡壁表面,平均粒径<350nm。以菜籽油-甲醇体系为对象,分析了Na2CO3/CF的催化活性及重复利用性,并对酯交换反应的工艺条件进行优化,结果显示,在Na2CO3/CF用量为油重10%、反应时间180min、醇油物质的量比为27∶1、反应温度65℃的条件下,反应转化率高达97.80%,该催化剂重复利用5次,转化率仍可达94.48%。研究结果对开发以强碱弱酸盐为活性中心的碳基固体碱高效催化剂提供了新思路。

    杂多酸改性V-Mo/Ti-W催化剂的宽温SCR脱硝性能
    周佳丽, 马子然, 赵俊平, 马静, 赵春林, 李歌, 王红妍, 王宝冬
    化工进展. 2022, 41(7):  3615-3623.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1888
    摘要 ( 102 )   HTML ( 7 )   PDF (3771KB) ( 44 )  
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    采用等体积浸渍法制备了一系列Keggin型杂多酸改性的V-Mo/Ti-W催化剂,并通过X射线衍射(XRD)、BET比表面分析(BET)、NH3程序升温脱附(NH3-TPD)、H2程序升温还原(H2-TPR)、X射线光电子能谱(XPS)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)等表征方法对催化剂物化性质进行了表征分析。各项表征分析结果表明,杂多酸改性后的HPAs-V-Mo/Ti-W催化剂相比于改性前的催化剂,平均孔径尺寸更大,可抑制硫酸氢铵沉积,以提高催化剂抗硫性能;与V-Mo/Ti-W样品相比,改性后的催化剂具有更强的NH3吸附能力、更好的还原性能和更多的化学吸附氧物种,从而表现出更优异的脱硝性能和N2选择性。杂多酸改性后的催化剂在200~380℃温度范围内、150000h-1高空速、高浓度SO2和H2O存在的模拟烟气中表现出高 NH3-SCR活性、优异的抗SO2性能,并保持几乎100%的N2选择性,可作为燃煤电厂深度调峰的宽温催化剂,具备良好的工业应用价值。

    材料科学与技术
    柔性可降解压力传感器关键制备材料的研究进展
    鲍艳, 郑茜, 郭茹月
    化工进展. 2022, 41(7):  3624-3635.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1839
    摘要 ( 140 )   HTML ( 14 )   PDF (3679KB) ( 120 )  
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    目前,大多数柔性压力传感器采用不可降解材料制备,导致在使用完成后无法处理,堆积过多成为电子垃圾,给环境带来很大压力。随着科学技术的发展,可降解材料的出现为柔性压力传感器的变革提供了巨大的机会。基于可降解材料制备的柔性压力传感器由于在个人健康管理、医疗监控、环境监测等领域发挥着重要作用,且在减少电子垃圾,缓解环境问题方面具有巨大潜力,已成为当今的研究热点。基于此,本文从柔性可降解压力传感器的关键制备材料出发,将柔性可降解压力传感器分为基于可降解聚合物基底的柔性压力传感器、基于可降解导电材料的柔性压力传感器以及基于聚合基底和导电材料双降解的柔性压力传感器,并对三类柔性可降解压力传感器的国内外研究进展进行了综述。首先,简单介绍了柔性可降解压力传感器关键制备材料的种类及传感器的制备过程;其次,对每种类型传感器的优缺点及应用领域进行了总结;最后,指出了柔性可降解压力传感器目前存在的问题及今后的发展趋势,以期为柔性可降解压力传感器的开发和应用提供参考。

    吸附式空气取水系统用吸湿材料研究进展
    王胜楠, 陈康, 郑旭
    化工进展. 2022, 41(7):  3636-3647.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1651
    摘要 ( 110 )   HTML ( 6 )   PDF (1665KB) ( 87 )  
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    吸附式空气取水技术因其适用环境范围广、低碳环保的特性,被认为是解决全球水资源短缺问题的重要技术之一。吸湿材料的特性决定着该技术的取水性能。本文对吸湿材料的最新研究进行了系统的归纳与总结。重点介绍了吸湿性聚合物和复合吸湿剂(多孔材料-盐、聚合物-盐、聚合物-聚合物和多孔材料-聚合物),并对各类吸湿剂的性能特点以及在吸附式空气取水系统的应用展开详细介绍。发现复合吸湿剂的吸湿性能更强,特别是聚合物类复合吸湿剂,满足宽领域吸附的要求,进而提高了在干旱地区的取水效果,在未来具有很好的应用前景。最后,指出了吸湿材料需要进一步研究和解决的相关问题,以期为推进吸附式空气取水技术早日实现从实验室研究到规模化工业应用提供有价值的借鉴和参考。

    相变双向调温纺织材料制备技术研究进展
    郭制安, 隋智慧, 李亚萍, 徐逸坤, 孙芳, 赵欣
    化工进展. 2022, 41(7):  3648-3659.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1652
    摘要 ( 92 )   HTML ( 9 )   PDF (2629KB) ( 37 )  
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    相变双向调温纺织材料是能源领域与纺织行业结合的产物,具有自动双向调温的优点。本文从制备技术的角度出发,分别介绍了相变纤维制备法和后整理法两大途径。围绕相变纤维制备法,详细阐述了微胶囊熔融纺丝法、微胶囊溶液纺丝法、静电纺丝法、PCMs复合纺丝法和纤维中空填充法的原理及应用。针对后整理法,详细介绍了填充法、涂层法、印花法、浸轧法和接枝法的原理及应用。分析了各种制备技术的优缺点,以期从制备技术上加深对相变双向调温纺织材料的认知和理解。制备技术的进步可提高相变双向调温纺织材料的综合性能,如何制备出满足服用要求、综合性能优异的相变双向调温纺织材料是其实现应用的关键。最后,对相变双向调温纺织材料未来的研究方向提出了建议和展望,以期为相变双向调温纺织材料制备技术的研究提供参考和借鉴。

    多孔液体设计制备及性能分析研究进展
    生丽莎, 陈振乾
    化工进展. 2022, 41(7):  3660-3675.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1678
    摘要 ( 122 )   HTML ( 6 )   PDF (4971KB) ( 77 )  
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    多孔液体(porous liquids,PLs)作为一种新型材料,由于兼具固体多孔性和液体流动性,在催化、储能、石油化工、光电材料、气体吸附分离、气体储运、生物医药等领域具有广泛的应用前景。但多孔液体制备过程中存在合成路线复杂、有机溶剂挥发、液体黏度大、久置沉淀等问题,制约了多孔液体的进一步发展与应用。本文围绕多孔液体的设计制备过程中存在的可行性、稳定性、流动性及碳捕集性能等问题,阐述了多孔液体的种类,综述了近年来多孔液体制备方法和流程以及多孔液体内核外冠结构对稳定性、流动性的影响,概述了目前多孔液体在碳捕集方面的研究进展。最后对多孔液体在制备合成方面的挑战进行了归纳总结,在气体吸附分离及其他方面的应用进行了展望。

    聚氯乙烯基超疏水材料的制备及应用研究进展
    朱雪丹, 姚亚丽, 马利利, 王嘉鑫, 杨杰, 彭磊, 何金梅, 屈孟男
    化工进展. 2022, 41(7):  3676-3688.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1683
    摘要 ( 104 )   HTML ( 11 )   PDF (7082KB) ( 64 )  
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    聚氯乙烯(PVC)是世界上应用最广泛的塑料之一,因其具有化学和机械特性优异、廉价易得等优点而广泛应用于医疗器械制造、建筑、食品和电子等行业。PVC对水的接触角为90°,而在生物医学和金属防腐蚀等领域的应用中,需要PVC达到超疏水性能。因此,PVC基超疏水材料的需求也变得愈加迫切。本文综述了聚氯乙烯基超疏水材料的分类、制备方法和应用领域,对比了不同种类、不同制备方法的聚氯乙烯基超疏水材料的疏水性能优劣,总结出目前该领域的一些问题,主要包括制备工艺仅限于实验室操作、材料的耐磨耐久性及机械强度有待考察等,并指出该领域的发展方向:①开发简单、环保、低成本的大规模制备工艺;②克服PVC材料热、光稳定性差的弱点,发扬其耐腐蚀性好、机械强度高的优点,进一步扩大材料的应用范围。

    二维层状双金属氢氧化物在去除磷酸盐中的应用
    杨靖, 范议议, 王赛娣, 王福凯, 孟秀霞, 杨乃涛, 刘少敏
    化工进展. 2022, 41(7):  3689-3706.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1694
    摘要 ( 101 )   HTML ( 6 )   PDF (4665KB) ( 78 )  
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    层状双金属氢氧化物(LDH)是磷酸盐去除的良好吸附剂,具有表面易改性、电荷可调、层间距可控、吸附能力强和吸附速度快的特点,能够有效解决水体富营养化问题。本文从LDH除磷性能的优化出发,综述了LDH的结构特征、除磷机理、制备方法、剥离方法的前沿理论和应用案例;基于目前LDH用作磷酸盐吸附剂面临着易团聚、胶体溶液不稳定、性能受控于pH以及难回收等问题,分析了磁性LDH、生物炭/LDH、GO(rGO)/LDH等复合材料的复合方法和性能改进方案,指出了LDH复合改性和LDH膜材料的研究新趋势,以及主要研究重点与热点。希望本文能够为LDH在水处理领域的研究提供新思路,为深入优化LDH吸附和膜分离性能提供理论支持和方向引导。

    碳纤维类材料用于电芬顿体系电极的研究现状
    徐虎, 郭泓凯, 柴昌盛, 郝相忠, 杨子元, 徐卫军
    化工进展. 2022, 41(7):  3707-3718.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1779
    摘要 ( 84 )   HTML ( 9 )   PDF (5127KB) ( 52 )  
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    电芬顿技术作为先进氧化技术的一种,基于电化学原理间接性地产生·OH自由基,可以高效快速地去除水中的有机污染物。碳纤维类材料因其比表面积大、密度低、耐腐蚀等优点而被常用作电芬顿体系的电极材料。本文首先介绍了电芬顿技术的基本原理,对近年来碳纤维类材料用于电芬顿电极的研究现状进行了归纳总结,分析了碳纤维材料用于电芬顿电极时的改性手段及应用方式。着重分析了其用于电芬顿阴极时的改性机理与改性方式,并指出了其应用优势与局限性。同时也对碳纤维类材料在电芬顿阳极的应用进行了总结。最后,针对碳纤维类材料用于电芬顿体系时的产业化问题、能耗问题、电极的多功能化等问题进行了分析和展望,为碳纤维类材料应用于电芬顿体系的深入研究提供参考。

    红外辐射调控原理及其在热管理应用中的材料研究进展
    何美莹, 岳学杰, 张涛, 邱凤仙
    化工进展. 2022, 41(7):  3719-3730.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1788
    摘要 ( 106 )   HTML ( 9 )   PDF (3345KB) ( 886 )  
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    传统的石化能源利用率较低加剧了环境危机,低能耗的热管理材料应运而生。本文介绍了红外辐射调控技术的原理,综述了辐射选择性调控材料在建筑热管理和人体热管理领域的研究进展,并概述了两类材料红外性能的相关研究和应用进展。文中指出:辐射选择性调控材料是通过设计材料表面结构的光学特性,调节太阳辐射来实现辐射控温的。建筑热管理材料主要有透明涂层、颜料涂层和辐射冷却器等,不同的建筑围护结构对应不同的性能,如具有高太阳反射率和高红外发射率的辐射冷却器和颜料涂层大都应用在墙体和屋顶上,而窗户要为室内提供一定的照明,因此还需具有高太阳透过率;人体热管理材料主要是可穿戴织物,包括辐射散热织物、辐射保温织物和智能辐射织物,除了具有相应的辐射性能之外还应该具备普通织物所具有的柔韧性、透气性、抗菌性的特点。最后,本文从辐射调控材料的性能与实际应用相结合的角度展望了未来的研究方向。

    木质素衍生吸附材料及其在废水处理中的应用研究进展
    张丽珠, 王欢, 李琼, 杨东杰
    化工进展. 2022, 41(7):  3731-3744.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1806
    摘要 ( 125 )   HTML ( 8 )   PDF (2675KB) ( 79 )  
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    木质素是一种广泛存在于植物中的天然酚类高分子,具有来源广泛、含氧官能团丰富、含碳量高等优点。对木质素进行修饰改性、复合、热解炭化能够获得性能优异的木质素衍生吸附材料,在废水处理中具有广泛的应用前景。本文对木质素的分子结构特点进行了概述,总结了木质素基吸附剂的种类及其制备方法,详细介绍了木质素基吸附剂的修饰改性方法,如金属离子、含N、O、S官能团表面修饰以及复合改性等,并综述了木质素基吸附剂在染料、药物、重金属废水处理中的应用研究。最后,对木质素衍生吸附材料目前存在的问题以及未来的研究方向进行了总结和展望,如何实现木质素衍生吸附剂的可控制备和规模化生产,提高吸附剂在实际环境中的适用性是未来的主要研究内容。

    基于二维材料膜构筑纳米流体通道的研究进展
    李佩珊, 张梦辰, 李铭杰, 郑文镳, 刘敏超, 谢高艺, 徐晓龙, 刘长宇, 郏建波
    化工进展. 2022, 41(7):  3745-3757.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1852
    摘要 ( 108 )   HTML ( 11 )   PDF (13464KB) ( 70 )  
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    纳米流体学涉及在纳米尺度通道内流体独特的传输行为,近年来引起了研究者们的广泛兴趣。二维(2D)材料的出现以及2D材料膜的快速发展,开创了纳米流体研究的新时代。本文综述了近年来基于二维材料膜构筑纳米流体通道的研究进展,着重介绍了二维材料膜纳米流体通道的构筑方法,包括“自上而下”策略、“自下而上”策略、人工造孔策略制备二维材料多孔膜,以及范德华组装策略、液相组装策略制备二维材料叠层膜;深入讨论了二维材料膜纳米流体通道的调控手段,包括通道尺寸、长度和形状等物理结构的精密控制,通道亲和性、电荷性等化学环境的合理设计;最后总结展望了二维材料膜纳米流体在材料开发、仿生设计、传输机理和器件应用等方面所面临的机遇与挑战。

    表面离子印迹聚合物金属离子吸附材料研究进展
    池成龙, 贾爱忠, 孙道来, 赵新强, 王延吉
    化工进展. 2022, 41(7):  3758-3769.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1889
    摘要 ( 108 )   HTML ( 4 )   PDF (1798KB) ( 54 )  
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    离子印迹聚合物吸附材料对模板离子具有强识别能力,对其可实现高选择吸附,因而离子印迹技术常用于制备高选择性吸附材料。但传统方法制备的离子印迹吸附材料,因识别位点容易被包埋导致其吸附容量小、吸附-脱附速率低,而表面离子印迹技术则是采用模板离子和聚合单体直接在载体表面或附近区域构筑选择性识别位点,所有活性位点均暴露,从而有效地解决了上述问题。本文从技术原理与合成原料、制备工艺方法以及载体材料类型等方面对表面印迹聚合物吸附材料近期研究进展情况进行了概述。针对相关研究现状,从载体材料、功能单体、目标离子等角度分析和讨论了表面离子印迹聚合物吸附材料当前发展中的不足及其所面临的挑战,并对表面离子印迹技术发展趋势和前景进行了展望。

    木质素纳米颗粒/天然纤维基活性碳纤维材料的制备及其电化学性能
    张伟, 安兴业, 刘利琴, 龙垠荧, 张昊, 程正柏, 曹海兵, 刘洪斌
    化工进展. 2022, 41(7):  3770-3783.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1797
    摘要 ( 87 )   HTML ( 8 )   PDF (6222KB) ( 58 )  
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    以木质素纳米颗粒(LNPs)负载的天然纤维复合材料为研究对象,利用KOH活化的方法对其进行处理制备生物质基复合多孔活性碳纤维电极材料。随后在三电极体系中对合成的复合多孔活性碳纤维电极材料进行了电化学性能测试。研究表明,在0.5A/g的电流密度下,KOH活化的复合碳纤维电极材料的比电容为351.13F/g,远高于相同条件下未活化的复合碳纤维电极材料的比电容(7.88F/g)和未负载LNPs的天然纤维基活性碳纤维材料(306.50F/g)。而且在活化过程中,负载在纤维表面的LNPs会形成多孔的活性碳层结构,这会进一步提高复合活性碳纤维材料的循环稳定性,同时LNPs中丰富的羟基赋予复合材料额外的赝电容。在10A/g的电流密度下经过10000次循环后,复合活性碳纤维电极材料的电容保持率仍然为95%,高于未负载LNPs的活性碳纤维电极材料的电容保持率87%。结果表明,木质素纳米颗粒/天然纤维基活性碳纤维材料是一种理想的电极材料,本研究也为LNPs在生物质碳纤维作为储能电极材料的高值化应用提供了一条新途径。

    球磨改性热解炭吸附磺胺甲
    黄平安, 徐俊, 杨宇轩, 潘宇涵, 王新文, 黄群星
    化工进展. 2022, 41(7):  3784-3793.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1819
    摘要 ( 61 )   HTML ( 2 )   PDF (5924KB) ( 18 )  
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    针对热解炭颗粒大、表面活性弱、吸附能力差的问题,本文提出了一种机械球磨表面改性方法,探讨了不同球磨改性参数下热解炭对磺胺甲唑(SMZ)的吸附效果。以废橡胶连续热解炭为原料,采用不锈钢球磨制得具有不同表面性质的球磨炭,分析了球磨前后热解炭的结构、表面性质及表面形貌,并对比了球磨改性前后的SMZ吸附性能。结果表明,球磨改性过程可以有效改善废轮胎热解炭结构及表面性质,球磨处理2h的热解炭对SMZ的吸附效果最好,吸附量达到59.37mg/g,吸附动力学符合伪二级吸附模型。

    氧化石墨烯复合TiO2-B薄膜的制备及其电致变色性能
    熊剑, 夏柳芬, 虞雷, 费安杰, 徐楚, 陈盛亚, 江国栋
    化工进展. 2022, 41(7):  3794-3800.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1742
    摘要 ( 59 )   HTML ( 5 )   PDF (3809KB) ( 30 )  
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    目前具有一维纳米结构的TiO2薄膜在电致变色领域应用主要受限于材料光调制幅度小、响应时间长、循环稳定性差等缺点。为了解决上述问题,本文采用沉积法将B型二氧化钛纳米管(TiO2-B)与氧化石墨烯复合,以TiO2粉末为原料,采用水热法得到钛酸纳米管后,利用沉积法在氟掺杂的氧化锡玻璃(FTO)基底上制备了高透明度、大光调制范围以及优良循环性能的氧化石墨烯复合B型二氧化钛纳米管电致变色薄膜(GO/TiO2)。借助XRD、XPS、Raman、FESEM、HR-TEM等分析手段研究了氧化石墨烯用量对GO/TiO2复合薄膜电致变色性能的影响。研究结果表明,当GO与钛酸纳米管的质量比(GO/钛酸)为7%时,GO/TiO2复合薄膜离子扩散系数为1.46×10-8cm2/s,着色效率值为38.1cm2/C,具有良好的电致变色性能。在-1.6V、633nm处,GO/TiO2电致变色薄膜的光调制幅度可达77%,GO/TiO2薄膜的着色和漂白时间分别为28.6s和4.8s,100次循环后的光调制幅度保持率为96.1%。

    二元醇共价交联羧基化石墨烯复合膜和正丁醇脱水性能
    韩光鲁, 路宽, 吕杰, 张永辉, 陈墨涵
    化工进展. 2022, 41(7):  3801-3807.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1896
    摘要 ( 76 )   HTML ( 3 )   PDF (3434KB) ( 36 )  
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    以二元醇(乙二醇、1,3-丙二醇和1,4-丁二醇)为交联剂,通过抽滤的方式在涂覆盐酸多巴胺的聚醚砜(PES)支撑层上制备了共价交联的羧基化石墨烯/聚醚砜(CG/PES)复合膜。稳定性测试证明盐酸多巴胺的涂覆和二元醇的交联显著提高了分离层和支撑层以及CG纳米片间的结合力。采用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、X射线光电子能谱仪和水接触角测试仪对复合膜的物化性质和微观形貌进行了表征。结果表明,所得复合膜的分离层连续无缺陷,厚度在60~64nm之间。二元醇与CG纳米片上的羧基成功发生反应,将CG纳米片锚固在一起。交联剂的引入没有大幅降低亲水性且实现了对分离层层间距的有效调控,随二元醇分子尺寸增加,所得复合膜的层间距由0.761nm提高到0.778nm。CG/PES复合膜对正丁醇/水混合物具有优良的渗透汽化分离性能。在料液温度为50℃、料液中水的质量分数为10%时,三种交联剂所得复合膜的渗透通量分别达到0.79kg/(m2·h)、0.87kg/(m2·h)和0.96kg/(m2·h),而分离因子比未交联的复合膜高一个数量级。15天的稳定性测试结果表明,所得复合膜分离性能无显著变化,能够满足渗透汽化应用要求。

    质子交换膜燃料电池微孔层浆液微观结构与流变性
    陈哲坤, 潘伟童, 姚顶松, 丁路, 王辅臣
    化工进展. 2022, 41(7):  3808-3815.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1856
    摘要 ( 95 )   HTML ( 3 )   PDF (3365KB) ( 57 )  
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    微孔层(MPL)是质子交换膜燃料电池(PEMFC)水管理的重要部件。本文系统性选择了4种典型炭黑[ACET、XC-72R、BP2000、天然气裂解炭黑(NG)],借助原子力显微镜(AFM)、场发射透射电镜(TEM)和动态光散射粒度分析仪(DLS PSD)对浆液微观结构的研究,给出团聚性这一浆液评价标准,并结合流变性揭示了定量标准。研究结果表明,不同炭黑的团聚程度大小依次为ACET>XC-72R>BP2000>NG。剪切稀化指数n越大,MPL浆液团聚程度越低,颗粒分散越均匀;n越小,团聚程度越高。具体而言,固含量α=6%时,添加NG、BP2000、XC-72R、ACET炭黑的MPL浆液的剪切稀化指数n分别为0.554、0.320、0.118、0.039;测得的ACET、XC-72R、BP2000、NG的团聚体粒径分别为1.358μm、1.149μm、0.732μm、0.406μm,所以浆液的剪切稀化指数与其团聚程度成反比。总之,NG-MPL剪切稀化程度最低,NG更加适合作为MPL的碳材料,也为今后MPL的制备和优化提供指导。

    生物与医药化工
    流场对MEC生物阴极CO2还原性能与产物的影响
    徐沛, 贾璇, 王勇, 亓雪娇, 赵玉娇, 李鸣晓
    化工进展. 2022, 41(7):  3816-3823.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1715
    摘要 ( 65 )   HTML ( 4 )   PDF (2517KB) ( 21 )  
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    针对微生物电解池 (microbial electrolysis cell,MEC)CO2还原过程阴极CO2还原速率低的问题,本文通过改变阴极室的流场环境,探究流场对生物阴极启动、运行、产物及功能微生物的影响,阐明MEC生物阴极CO2还原性能、产物转化、微生物群落对流场的响应关系。结果表明,流场不仅增强了生物阴极还原CO2能力(电子消耗量提高了10%,其中CO2产乙酸途径消耗电子量提高了30%),还使生物阴极的CO2还原途径由启动阶段的CO2还原产甲烷转变为运行阶段产乙酸。高通量分析表明,流场改变了生物阴极和阴极液的微生物群落结构,使阴极生物膜的嗜氢型产甲烷菌(Methanobacterium)向嗜乙酸型产甲烷菌(Methanosaeta)主导的群落演变。产乙酸菌群落(PetrimonasCandidatus_Caldatribacterium)丰度较对照组提高了3.8%,在CO2产乙酸过程中起到重要作用。本研究可为MEC还原CO2产乙酸的定向调控研究提供理论和技术支撑。

    精细化工
    消除国产琼脂磷酸盐沉淀的工艺优化及设计
    段博严, 倪辉, 李志朋, 姜泽东, 朱艳冰, 李清彪
    化工进展. 2022, 41(7):  3824-3831.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1682
    摘要 ( 75 )   HTML ( 1 )   PDF (1739KB) ( 14 )  
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    琼脂是配制微生物培养基的重要凝胶基质,目前国产琼脂在配制培养基时具有显著的磷酸盐沉淀现象,影响了菌落计算等微生物实验的准确性。为了消除磷酸盐沉淀,本实验以添加磷酸盐后琼脂浊度及透明度为评价指标,研究吸附法、掩蔽剂法和化学沉淀法对Sigma琼脂、国产琼脂条和国产琼脂粉的磷酸盐沉淀的消除效果,并对优化工艺进行设计及经济可行性分析。实验结果显示,吸附法、掩蔽剂法对三种琼脂的透明度和浊度都具有一定的影响,但产品的质量达不到微生物培养基配置的标准。磷酸二氢钾沉淀法处理Sigma琼脂和国产琼脂条,琼脂透明度提升至94%以上,磷酸盐处理浊度降至20NTU,符合微生物培养基所用的生化琼脂产品标准。对磷酸二氢钾沉淀法处理国产琼脂条的工艺进行设计,结果显示年产1000t国产消除磷酸盐沉淀的生化琼脂总投资利润率为64.01%,静态投资回收期为3.3年。本文结果显示磷酸二氢钾沉淀法处理国产琼脂条可以显著消除磷酸盐沉淀,生产的产品质量符合微生物培养基配置要求,且经济上具有可行性,为国产化去除琼脂磷酸盐沉淀、生产微生物培养基的琼脂产品提供了技术参考。

    高内相乳液法制备聚丙烯酰胺多孔水凝胶及应用
    常炜, 史秋兰, 赵正阳, 王瑞婷, 王志福, 赵俭波
    化工进展. 2022, 41(7):  3832-3839.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1793
    摘要 ( 88 )   HTML ( 4 )   PDF (5211KB) ( 35 )  
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    以亲水性二氧化硅纳米粒子(N20)和乳化剂Tween80为复合稳定剂,环己烷为油相制备高内相乳液,再以此乳液为模板制备聚丙酰胺(PAM)多孔水凝胶。乳液光学显微镜照片及PAM多孔水凝胶SEM照片表明N20用量及Tween80用量对材料孔径形貌及直径有直接影响;压汞仪数据表明当N20用量为3%、Tween80用量为9%时,多孔水凝胶平均孔径为38.06nm,孔隙率为77.54%,20h饱和吸水率可达402g/g;吸附实验表明PAM多孔水凝胶对Mn(Ⅱ)具有良好的吸附性能,吸附过程符合准二级动力学方程,属于化学吸附,当溶液pH为4时,120min可达吸附饱和,吸附量为474.64mg/g。

    资源与环境化工
    固体吸附材料脱除SO2研究进展
    武传朋, 李传坤, 杨哲, 苟成冬, 高新江
    化工进展. 2022, 41(7):  3840-3854.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1835
    摘要 ( 125 )   HTML ( 11 )   PDF (3072KB) ( 140 )  
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    SO2由于对人类健康和生态环境的有害影响,成为当前人们关注和研究的焦点。吸附法脱除SO2无含硫废水产生且能实现硫资源的回收利用,是SO2治理的有效方法,其中吸附材料的选择是吸附系统设计和开发的关键。本文对近年来固体吸附材料脱除SO2的研究现状进行了综述,重点梳理和分析了不同类型固体材料对SO2的吸附性能及吸附机理,并进一步指出了不同类型固体材料在SO2吸附脱除过程中所存在的问题。最后结合固体材料吸附脱除SO2研究现状提出吸附法脱硫领域目前有待解决的主要问题,以期为吸附法脱硫技术的开发提供参考,并建议未来吸附法烟气治理领域向着一体化脱除多种烟气杂质的方向发展。

    垃圾焚烧飞灰在污染物控制领域中的应用探讨
    邱琪丽, 蒋旭光
    化工进展. 2022, 41(7):  3855-3864.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1673
    摘要 ( 83 )   HTML ( 2 )   PDF (1425KB) ( 51 )  
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    随着垃圾焚烧处置技术的推广和应用,垃圾焚烧飞灰产量逐年增加,传统填埋处置方式存在成本高、填埋场资源不足等问题,因此飞灰的综合利用问题广受关注。由于飞灰富含SiO2、Al2O3等活性物质,在污染物的吸附脱除领域具有良好的应用前景。本文主要结合垃圾焚烧飞灰的理化特性,介绍了垃圾焚烧飞灰在不同废水废气中的污染物吸附脱除效果。综合近年来污染物脱除研究情况,着重介绍了原始飞灰和改性飞灰在重金属、磷盐、染料等污染物脱除中的应用效果、机理,指出了目前存在的主要问题,并对不同的应用工艺进行了成本分析和优缺点对比。最后提出了需要继续深入微波水热在提高飞灰吸附性的应用研究和进一步完善飞灰在污染物控制领域应用的全过程研究的建议与展望。

    烧结烟气中NO x 和二英的减排现状及发展趋势
    龙红明, 丁龙, 钱立新, 春铁军, 张洪亮, 余正伟
    化工进展. 2022, 41(7):  3865-3876.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1650
    摘要 ( 107 )   HTML ( 8 )   PDF (2661KB) ( 486 )  
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    烧结工序是钢铁工业生产链的重要环节,同时也是大气中二氧化硫(SO2)、氮氧化物(NO x )和二英的主要排放源。随着烧结烟气脱硫技术日趋成熟,氮氧化物和二英的减排成为烟气污染物减排的重中之重。本文介绍了钢铁工业烧结烟气超低排放的新法规和相关标准,并从源头控制、过程减排和末端治理三个方面综述了国内外关于烧结烟气中NO x 和二英减排的最新研究进展及相关技术工业应用现状,提出了采用全流程多技术耦合方式是实现烧结烟气多污染物低成本减排的发展方向。结合钢铁工业“碳减排”新发展要求,指出烧结烟气低温脱硝/二英催化剂的研究挑战,并对其抗水、抗硫性能提升研究进行了展望。

    废旧轮胎催化裂解研究进展
    杨超, 矫庆泽, 冯彩虹, 赵芸
    化工进展. 2022, 41(7):  3877-3889.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1910
    摘要 ( 129 )   HTML ( 9 )   PDF (598KB) ( 94 )  
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    废旧轮胎因产量高、难降解、污染环境,被称为最难处理的“黑色垃圾”之一。催化裂解是一种处理废旧轮胎的重要手段,可以实现其高效转化与资源化利用,同时得到高附加值的化学产品,如单环芳烃、低碳烯烃与柠檬烯等。本文基于轮胎的物理结构与化学组成、催化裂解过程与裂解产物特征、反应器类型与特征、催化剂类型与作用原理、工艺条件等问题综述了废旧轮胎的催化裂解产物分布规律。通过对比反应器、催化剂与工艺条件对产物分布的影响,进一步分析了当前实现废旧轮胎催化裂解工业化的问题,并基于当前废旧轮胎催化裂解的研究现状,提出应集中设计适应于大规模处理的反应器与配套工艺,同时开发高稳定性与对特定产物高选择性的催化剂,从而实现对废旧轮胎以低能耗、高转化、高价值为特点的资源化利用。

    新型厌氧水解酸化-短程反硝化厌氧氨氧化工艺同步处理生活污水和含硝酸盐模拟废水
    王超超, 吴翼伶, 陈嘉巧, 蔡天宁, 刘文如, 李祥, 吴鹏
    化工进展. 2022, 41(7):  3890-3899.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1775
    摘要 ( 87 )   HTML ( 3 )   PDF (1036KB) ( 32 )  
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    构建新型厌氧水解酸化(AnHA)-短程反硝化厌氧氨氧化(PD/A)工艺,实现了低碳氮比模拟生活污水和低浓度硝酸盐模拟废水的同步和高效处理。通过控制进水NO3--N/NH4+-N=1.2、COD/TN=2.36,调控生活污水分段进水比为3∶7,AnHA反应器HRT=3.2h,AnHA-PD/A系统实现了94.78% TN去除,相应出水TN浓度仅为5.47mg/L,远低于我国城镇污水处理厂一级A排放标准。稳定运行期间,PD-Anammox过程作为AnHA-PD/A系统内最为主要的氮素去除过程,其对系统TN去除贡献率高达95.87%。气相色谱结果表明,乙酸作为AnHA出水主要有机成分(43.65%),即优质碳源供给极大地促进了PD/A系统内NO2--N供给过程。微生物高通量测序表明,CommamonasOmatilinea作为AnHA系统内相对丰度最高的水解和酸化菌属,在大分子有机物的降解产酸过程中发挥重要作用,相应丰度分别为2.97%和3.74%;PD/A系统内主要优势功能菌属为Candidatus BrocadiaThauera,相应丰度分别为2.93%和7.37%。

    以活性污泥为接种污泥厌氧氨氧化工艺的快速启动及脱氮效能
    陈加波, 周鑫, 李旭
    化工进展. 2022, 41(7):  3900-3907.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1776
    摘要 ( 61 )   HTML ( 2 )   PDF (4445KB) ( 31 )  
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    以活性污泥作为接种污泥,研究了采用厌氧序批式生物膜反应器(anaerobic sequencing biofilm batch reactor,AnSBBR)进行低浓度含氮废水的厌氧氨氧化工艺的快速启动。通过调整进水溶解氧(dissolved oxygen,DO)和水力停留时间(hydraulic retention time,HRT)等关键控制因素,加速厌氧氨氧化生物膜的快速形成。结果表明,启动运行40天后,发生明显的厌氧氨氧化反应。运行90天,氮去除效率(nitrogen removal efficiency,NRE)和脱氮负荷率(nitrogen removal loading rate,NRLR)分别达到99.7%和0.048 kg/(m3?d)。生物膜内部呈现红色,扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)发现厌氧氨氧化生物膜是由多个小聚合体形成,多为球菌,内部结构排列紧密。微生物群落进一步分析表明,厌氧氨氧化菌(AnAOB)主要为Candidatus BrocadiaCandidatus Kuenenia,且在168天最高达到了12%的相对丰度,表明AnAOB成为生物膜内重要的优势菌属。

    磁性纳米粒子类型和质量浓度对微波热解含油污泥的影响
    蒋华义, 胡娟, 齐红媛, 游琰真, 王玉龙, 武哲
    化工进展. 2022, 41(7):  3908-3914.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1914
    摘要 ( 71 )   HTML ( 2 )   PDF (1927KB) ( 19 )  
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    鉴于传统微波吸收剂在协同微波热解含油污泥时存在热解效率较低、处理成本较高等问题,本文引入磁性纳米粒子作为新型微波吸收剂,探究了磁性纳米粒子种类和质量浓度在强化微波热解含油污泥中的作用效果和规律。实验结果表明:①在6种磁性纳米粒子(ZnFe2O4、Fe3O4、Ni、NiFe2O4、γ-Fe2O3和Co3O4)中,添加ZnFe2O4的实验组热解终温最高,为284℃,气、液相产物最多,分别为382mL和10.5mL;②当微波功率为800W、微波加热时间为20min时,添加纳米ZnFe2O4实验组的热解终温在质量浓度5.0mg/g时最高;③随着纳米ZnFe2O4质量浓度的增加,气相热解产物中H2、CH4和C2H6的含量(体积分数)不同程度增加,CO2的含量不同程度降低,C x H y 的含量在ZnFe2O4质量浓度范围为0~5.0mg/g和5.0~15.0mg/g均先增加后降低,变化幅度很小。油相产物中C4~C12组分含量逐渐增加,C18+组分含量逐渐降低,C13~C18组分含量随着ZnFe2O4质量浓度的增加先增加后降低,再小幅增加。

    2-吡啶甲醛功能化SBA-15介孔材料的制备及其对Cr(Ⅲ)离子的吸附
    姜晓庆, 郭宇, 吴红梅
    化工进展. 2022, 41(7):  3915-3924.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1827
    摘要 ( 84 )   HTML ( 2 )   PDF (4604KB) ( 36 )  
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    通过席夫碱反应将2-吡啶甲醛成功嫁接到氨基化的SBA-15介孔分子筛上,本文获得了一种新型功能化SBA-15吸附剂(N-SBA-15)。采用傅里叶变换红外光谱、X射线衍射、元素分析、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线光电子能谱、热重分析和氮气吸附-脱附等手段对N-SBA-15的表面官能团、形貌、孔道结构和表面化学性质进行了详细的表征分析。利用N-SBA-15对水溶液中的Cr(Ⅲ)进行了吸附实验,其最大吸附容量为84.3mg/g。动力学分析和等温吸附研究结果表明,N-SBA-15对Cr(Ⅲ)的吸附过程符合准二级动力学模型和Langmuir模型。吸附热力学分析表明,该吸附过程是自发的吸热过程(?G<0、?S>0、?H>0)。吸附机理分析表明该吸附过程主要是由N-SBA-15表面有机官能团与Cr(Ⅲ)的配位作用实现的。而且,N-SBA-15吸附剂经过5次吸附-脱附测试,仍然对Cr(Ⅲ)具有较高的吸附容量。

    黄原酸改性交联面包酵母的制备及对Pb(Ⅱ)的吸附特性
    段正洋, 胡柠檬, 李天国
    化工进展. 2022, 41(7):  3925-3937.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1900
    摘要 ( 102 )   HTML ( 1 )   PDF (4382KB) ( 46 )  
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    以面包酵母为基材,通过两步法制备得到黄原酸改性交联面包酵母(XCBY),并应用于水溶液中Pb(Ⅱ)的去除研究,原始面包酵母、XCBY和XCBY-Pb(Ⅱ)的理化特性分别采用SRA、SEM、EDS、FTIR、XRD和XPS等手段进行表征,研究了溶液pH、吸附剂用量、Pb(Ⅱ)初始浓度等因素对XCBY 吸附性能的影响,并探讨了吸附动力学、等温线、热力学和XCBY的再生性能。结果表明,原始面包酵母经交联和黄原酸改性后,其细胞形态没有明显变化,且对Pb(Ⅱ)的吸附性能得到明显提高。XCBY对Pb(Ⅱ)的吸附过程更符合伪二阶动力学和Langmuir吸附等温线模型,热力学分析表明吸附过程为自发的吸热反应。在30℃、吸附时间为40min的条件下,Langmuir吸附等温线拟合结果显示XCBY对Pb(Ⅱ)的最大吸附量达到319.91mg/g。此外,Pb(Ⅱ)在XCBY上的吸附机制主要依赖于XCBY表面—NH2的配位作用、—OH的离子交换以及—C(????????S)—S-的螯合作用。指出作为一种简便经济的面包酵母化学改性方法,XCBY在含重金属离子废水的吸附处理方面具有潜在的发展应用前景。

    稀硝酸催化还原工艺中Pd/AC制备条件优化
    郑敏, 徐垒, 陈晨, 徐忠宁, 付明来
    化工进展. 2022, 41(7):  3938-3946.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1913
    摘要 ( 61 )   HTML ( 2 )   PDF (4593KB) ( 57 )  
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    化工行业中含氮化合物的超标排放是水中氮元素的来源之一,硝酸是化工行业的重要原料。煤制乙二醇过程会产生大量的稀硝酸副产物,通过硝酸催化还原反应,可以将其进一步转化为亚硝酸甲酯,从而实现资源回收利用,同时减少水中氮源的输入,有利于控制水体富营养化的发生。活性炭负载钯(Pd/AC)材料作为催化剂能有效提升硝酸转化率。本研究通过等量浸渍法制备Pd/AC,结合高分辨率透射电子显微镜(HRTEM)、X射线衍射(XRD)、物理吸附仪和X射线光电子能谱(XPS)表征结果,分别考察了不同的煅烧和还原条件对材料的结构以及硝酸催化还原活性的影响,优化Pd/AC的制备条件。结果表明,煅烧温度的升高、煅烧时间和还原时间的延长会造成Pd颗粒粒径增加;单质钯与氧化态钯的比值(Pd∶PdO)增加,会造成比表面积和孔容减小,从而导致Pd/AC的催化活性降低。

    MVR分质提盐蒸发结晶系统设计及性能分析
    姜华, 张子惠, 宫武旗, 常越勇
    化工进展. 2022, 41(7):  3947-3956.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1619
    摘要 ( 87 )   HTML ( 2 )   PDF (2192KB) ( 56 )  
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    利用分质提盐蒸发结晶方法处理多组分高含盐废水,可实现废水的资源化利用。本文根据废水中硫酸钠和氯化钠的溶解度随温度的变化关系,提出了机械蒸汽再压缩(MVR)分质提盐蒸发结晶系统,以降膜蒸发器作为系统的预蒸发器,与两效强制循环蒸发器联用,同时对冷凝水加以回收,使废水中硫酸钠和氯化钠分别结晶。首先设计了系统的具体工艺流程,依据质量和能量平衡关系建立系统及其设备的数学模型并进行模型验证。随后对常压下硫酸钠质量分数为5%、氯化钠质量分数为8%的混合溶液蒸发结晶过程进行实例计算,并将其与传统五效蒸发分盐系统进行性能对比。综合能量分析与?分析结果表明,MVR分质提盐蒸发结晶系统的节能程度更高,同一工况下相较于传统五效蒸发分盐系统,效能系数(COP)提高了93.5%,单位能耗则降低了77.6%;?效率提高了70.4%,?损失则降低了33.6%,表明MVR分质提盐蒸发结晶系统在实现废水中硫酸钠和氯化钠结晶回收利用的同时系统热力学完善度和节能性更大。

    氯盐体系下阳离子对脱硫石膏晶须水热结晶的影响及其机理
    汪潇, 金彪, 张小婷, 张建武, 王宇斌, 苑冬冬, 杨留栓
    化工进展. 2022, 41(7):  3957-3965.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2022-0099
    摘要 ( 67 )   HTML ( 2 )   PDF (3268KB) ( 42 )  
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    为探索阳离子对水热制备脱硫石膏晶须结晶调控的影响,本文以预处理后的脱硫石膏为原料,NaCl、CuCl2、AlCl3为添加剂采用水热法制备脱硫石膏晶须,重点研究Cl-存在条件下阳离子对脱硫石膏晶须结晶的影响及其作用机理。结果表明,Na+、Cu2+、Al3+对脱硫石膏晶须的显微结构、长径比和品质均有一定的影响,其中Cu2+影响最为显著。Cu2+可在晶须的(200)、(400)和(020)晶面发生化学吸附形成CuSO4膜层,使其径向生长受阻;同时,少量Cu2+可取代Ca2+,促进Ca2+的去溶剂化,使晶须长径比增大至200。Na+和Al3+均通过物理吸附作用于脱硫石膏晶须(200)、(400)和(020)晶面而阻碍其径向生长。此外,Al3+与溶液中的OH-通过羟基化反应生成Al(OH)2+和Al(OH)2+,吸附在带负电的(200)、(400)和(020)晶面,降低这些晶面的表面能,从而促进脱硫石膏晶须沿c轴生长。

    基于FUSION模型的碳基固废热解产物产率预测
    杨磊, 宋金玲, 唐初阳, 于诗尧, 杨欣宇
    化工进展. 2022, 41(7):  3966-3973.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1720
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    低温热解是清洁转化碳基固废、实现汇碳和减排的成熟有效方法之一。通过建立预测碳基固废热解产物产率的数学模型可以极大缩短科研探索时间,优化调控热解反应过程。本研究以80组热解实验数据为样本,首先对神经网络(ML)、支持向量机(SVM)和线性回归(LR)模型进行训练和测试,分析机器学习的有效性,然后将三种模型通过算法融合,建立具有自适应性的FUSION模型。最后,利用实验数据对该模型进行进一步的训练和测试,形成适合预测碳基固废热解产物的数据模型。融合模型能够有效解决单一模型在预测碳基固废热解产物分布过程中,受热解交互作用影响,预测精度波动的问题。同时,该模型预测值精度较高,预测值与实验值的相对误差<2%。

    石化中间储罐挥发性有机物排放特征与反应活性
    曹冬冬, 李兴春, 薛明
    化工进展. 2022, 41(7):  3974-3982.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1842
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    中间储罐是石化企业的主要挥发性有机物(VOCs)排放源,对大气环境产生重要影响。本文对我国某石化企业炼化中间产物、污油、石化中间产物等中间储罐大呼吸过程进行了采样监测,分析了VOCs排放特征并建立了有机污染物图谱。基于OH自由基损失速率和最大增量反应活性法,分别量化了大呼吸过程大气反应活性和臭氧生成潜势(OFP)。结果表明,中间储罐大呼吸过程VOCs浓度高达数万毫克每立方米,单位体积物料周转量VOCs排放强度达到0.55~71.3g/m3。不同储罐排放特征差异大,炼化中间产物及污油储罐VOCs组成以烷烃为主,石化中间产物储罐VOCs以烯烃和芳香烃为主;C3~C7烷烃、C3~C4烯烃、苯、甲苯和丙酮等是首要污染物。中间储罐大呼吸损耗气具有较高大气光化学反应活性和臭氧生成潜势(OFP),OH自由基损失速率常数接近1.43×104~2.37×106s-1,OFP达到2.84×105~7.53×107mg/m3,焦化污油反应活性与OFP较低,乙烯裂解重油储罐较高。大呼吸过程反应活性及臭氧生成潜势主要源于烷烃和烯烃组分,甲基戊烷、正己烷和甲基环己烷等C6~C7烷烃、C3~C5烯烃和二甲苯等是需要优先控制高活性物质。

    蒸压建材生产过程中钢渣安定性处理与活性化利用
    郑琪, 张玉婷, 赵风清
    化工进展. 2022, 41(7):  3983-3989.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1807
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    钢渣安定性处理过程常常造成胶凝活性的损失。为此,本文利用改性助剂消除钢渣水化过程中产生的氢氧化物并生成胶凝产物,在蒸压建材的生产过程中实现钢渣安定性处理和游离氧化物的活性化利用,并避免单独处置钢渣造成的活性物质损失。研究表明,8%秸秆灰和3%磷酸二氢铵作为复合助剂制备的尾矿-钢渣蒸压试块体积稳定,抗压强度达24.0MPa。通过对蒸压样品游离氧化物消解率、化学结合水量及热重、XRD分析,得出钢渣安定性处理与活性化利用机制:硅质材料与钢渣中f-CaO水化生成的Ca(OH)2结合迅速生成对体系力学强度有益的水化硅酸钙,避免因大量Ca(OH)2积累造成体积膨胀;磷酸盐中的NH4+、H2PO4-与f-MgO结合生成磷酸铵镁及其他低溶度积复盐类矿物,进而消除因f-MgO水化生成Mg(OH)2造成体积膨胀的隐患。试样在180℃蒸压4h后,f-CaO及f-MgO消解率分别可达86.28%、89.73%。本文将为利用钢渣大比例取代水泥和石灰生产蒸压建筑材料提供理论基础,对于提高钢渣利用率、减少碳排放具有重要价值。