流化床-化学气相沉积(FB-CVD)技术是一种多学科交叉的材料制备技术,兼有流化床传热传质性能良好以及化学气相沉积均匀、产物单一等优点,在工业生产中有着广泛的应用,但因其属于交叉学科,散见于各种研究,没有进行专门的进展评述。本文拟对FB-CVD的工业应用进行专题综述,分析其发展和研究趋势。首先探讨了FB-CVD的基本原理,分别综述了其在颗粒包覆、一维纳米材料、多晶硅制备、颗粒表面改性及粉体制备等方面的应用,介绍了FB-CVD的过程模拟及反应器结构优化方面的研究进展。通过以上讨论,梳理了FB-CVD研究的科学内涵。可以看出,该过程具有明显的多尺度特征,即材料制备的微观层次、颗粒流化均匀性的介观层次以及反应器结构设计的宏观尺度。总结得出:FB-CVD技术的未来发展取决于3个尺度的耦合分析,其研究重点也应关注尺度间的相互影响效应,如材料制备的均相成核、非均相成核和颗粒流化及运动规律的相互耦合等。

蓄热技术可以有效克服供能端与用户端在时间和空间上的不匹配问题,是提高能源利用率的重要手段之一,但是当前的蓄热技术存在蓄、放热速率较低等问题。鉴于此,本文综述了过程强化技术在蓄热中的应用。首先介绍了各类蓄热技术,包括显热蓄热、潜热蓄热以及热化学蓄热,并且从蓄热密度、蓄放热速率以及技术可行性上对各类蓄热技术的优缺点进行了比较;其后,重点回顾了代表性过程强化技术在蓄热系统中的应用,包括结构优化、材料改性以及梯级蓄热;通过分析可以看出,过程强化技术可以对蓄热过程中的传热传质进行强化,极大地提高蓄热系统的蓄放热效率。最后,本文就蓄热技术发展趋势进行了展望,蓄热系统将朝着紧凑、高效的方向发展;在未来的发展中,蓄热技术与能源互联网的结合是应用研究的重点之一。

综述了聚合物搅拌脱挥设备的开发进展,分析了设备开发过程存在的关键问题。指出卧式脱挥设备中的流动特性、混合特性、成膜特性以及表面更新特性等是强化传质的关键因素,具有自清洁搅拌特性的高效卧式脱挥设备是装备开发与研究的主要方向。阐述了计算流体力学(CFD)在研究高黏流体卧式搅拌设备内传递过程机理中的应用。基于网格重叠技术的有限元方法和基于动网格的有限体积方法可以解决复杂几何结构的桨叶和翅片、双轴的旋转运动以及啮合机构非常小的间隙等难题。借助于CFD中VOF多相流模型可以精确地追踪气液相界面,模拟反应器中的成膜过程和表面更新特性,进而可以深入分析设备中的传质过程,为高效聚合物脱挥设备的优化与设计提供了新的思路。

水平管气液两相分层流虽流型简单,但由于界面存在复杂的动量和能量传递,分层流的界面剪切预测至今没有一致的结论。本文从理论模型、实验模型、数值计算3个角度出发,详细阐述水平管气液两相分层流界面剪切预测的研究现状,得出不同研究方法的优势和缺陷。针对3种研究方法,指出理论模型通过模型简化和经验关联式来建立封闭模型,实验模型则在封闭关系上修正经验关联式,但由于简化假设和实验条件的限制,使得这两种研究方法对界面剪切应力的预测具有一定的局限性;数值计算能够弥补机理模型在流场细节等方面的不足,但能够提供界面剪切预测或封闭关系的工作很少。此外,对比了5种不同形式的已有模型对气液两相分层流持液率和压降预测的结果。最后展望了水平管气液两相分层流界面剪切预测的研究趋势,提出理论和实验研究需要提出更详细的局部模型,并考虑工程实际工况进行研究,发展针对气液界面计算的新方法,并为分层流提供封闭关系则是数值计算研究面临的挑战。

为了避免杂质腐蚀设备或因低温冻结而堵塞换热器,天然气在进入液化装置前需对其进行净化处理,即脱除天然气中的酸性气体(CO₂、H₂S)和水分。本文选用二乙醇胺(DEA)法脱除天然气中的酸性气体,用三甘醇(TEG)法脱除天然气中的水分,通过耦合DEA法和TEG法得到最终天然气净化工艺,且达到净化指标要求。但由于工程手册只能给出工艺参数的大概范围,尚无法得到最优的工艺方案,因此本文首先应用化工模拟软件HYSYS8.4对天然气工艺过程进行模拟计算,然后在工艺参数推荐范围内设定9组推荐方案,引入系统评价方法中的层次分析法,并基于Matlab程序计算,对9组推荐方案进行多目标综合评价,最终确定最优的净化组合方案。本文可为天然气净化工艺和其他工艺方案的优选提供指导。

找出系统用能的薄弱环节和造成低效率的原因,会对炼铜工业的发展造成深远的影响。本文针对富氧底吹铜熔池熔炼炉的结构特征,从热力学角度出发,依据富氧底吹铜熔池熔炼炉的冶金计算模型,结合实际的生产数据,选择富氧率、铜锍温度、烟气温度、炉渣温度、精矿种类为影响因素,基于均匀设计法,对影响富氧底吹铜熔池熔炼炉生产过程?效率的主要工艺参数进行回归分析,结果表明:在保证炉料间化学反应充分完全的条件下,富氧率和炉渣温度之间存在明显交互作用,随着富氧率或烟气温度减小,炉渣温度或铜锍温度增加,精矿品位增高,则富氧底吹铜熔池熔炼炉?效率增加,为整个富氧底吹铜熔池熔炼炉熔炼过程的节能降耗提供有利基础,并为智能集成决策提供了重要优化理论基础。

采用有机胺法在无水条件下分解氯化铵制取氨气和氯化氢,对有机胺的筛选和氯化铵分解工艺进行系统研究,分别考察了释放氨气过程和释放氯化氢过程中各反应条件对反应的影响,通过对多种有机胺[三己胺、三(2-乙基已基)胺、三辛胺和三月桂胺]分解氯化铵的反应进行比较,筛选出最优有机胺用于实现对氨气和氯化氢的高效分离。实验表明:与其他有机胺相比,三己胺具有反应时间更短、氨气和氯化氢收率更高的优势。释氨过程中当三己胺与氯化铵以及异戊醇与氯化铵的摩尔比分别为1.4和6.84,氮气流量140mL/min时,在132℃下反应3.5h,氨气收率可达到97.5%;释氯化氢过程中当非极性有机溶剂十四烷与三己胺盐酸盐的摩尔比为11:1,氮气流量260mL/min时,在223℃下反应4.5h,氯化氢收率可达94.65%。

采用两步法制备SiC-H₂O、TiC-H₂O、Al₂O₃-H₂O(α和γ)4种纳米流体,通过闷晒实验研究了4种纳米流体的光热转换性能,分析了颗粒种类、质量分数、分散剂、pH值、颗粒形状对纳米流体光热转换性能的影响,并且对比了普通玻璃管内纳米流体与全玻璃真空管内水的集热性能。实验结果表明,纳米流体的光热转换性能优于去离子水和全玻璃真空管,其中TiC-H₂O纳米流体的光热转换性能最好,最高温度比水高出21.76%;分散剂能增强纳米流体的光热转换性能,并且不同纳米流体最适合的分散剂也不同;纳米流体存在其最佳的质量分数和pH值,其中SiC-H₂O最适宜的质量分数为0.1%,最佳pH值为9;粒子形状对光热转换性能有较大影响。在55℃以下,SiC-H₂O纳米流体直接吸收式集热效率高于全玻璃真空管内水的间接吸收集热效率,两者效率的最高差值可达30%。但在更高温度下,纳米流体集热效率迅速下降。

研究了超声波对氯化钾颗粒和十八胺盐酸盐的形貌及分散性的影响规律,并用于强化钾盐浮选分离过程,提高钾盐的捕收率。通过扫描电子显微镜观察到经超声处理后的氯化钾颗粒表面更为粗糙,形状多呈现椭球形。将超声处理不同时间的氯化钾颗粒进行系列浮选实验,结果表明,随着超声时间的增加氯化钾的捕收率稳定上升,超声40min的颗粒的捕收率可从14.32%增加到46.66%。此外,通过显微镜观察到,经处理后的捕收剂十八胺盐酸盐在氯化钾饱和液中有更好的分散性,从而使浮选氯化钾的捕收率增加。结果显示捕收剂经超声处理20min后,可使氯化钾的捕收率由20.84%增加到94.24%。因此,超声波预处理是强化钾盐浮选的一种有效手段。

光伏/光热(photovoltaic/thermal collector,PV/T)集热器是光伏光热系统的关键部件,其性能好坏直接决定着太阳能综合利用率的高低,因此PV/T集热器的设计对光伏光热系统的性能研究有着重要的作用。本文对PV/T集热器结构和传热热阻进行了分析,采用Fluent软件对不同的辐照度、结构尺寸和流量共75种工况下的PV/T集热器的热性能进行了数值模拟;并对PV/T集热器进行了优化设计,根据设计结果搭建了试验台,对PV/T集热器的集热效率与发电效率进行了研究。研究结果表明:集热器内最佳冷却水流量为0.008kg/s,光伏电池和集热面积最佳比D/W=0.4。随着归一化温差的增大,PV/T集热器的光电效率与集热效率均不断降低,光电效率预测值与实验值的最大误差22.5%,平均集热效率0.63,最大集热效率达到0.75。

对于管内凝结而言,为保持蒸汽在换热管进口段的高效换热状态而进行中间分液,改变气液两相流的流型,以保持相对较高的换热系数是"短管效应"理论的技术举措。结合传统冷凝器的结构,本文设计了一种用于实验研究的气液分离卧式管壳式水冷冷凝器。通过布置在冷凝器两端分程隔板处的不同直径和数量的分液管来观察其换热效果,并与传统冷凝器进行整体换热系数、出口冷凝液温度及压力损失三方面的实验对比。结果表明:具有不同直径和数量的分液管的冷凝器具有相似的热力性能;具有不同直径和数量的分液管的冷凝器整体换热系数比传统冷凝器要高,出口冷凝液温度比传统冷凝器要低,且具有较小的压力损失;在测试工况下,右侧开启1个0.5mm、1个1mm,左侧开启2个1mm、1个0.5mm分液管的冷凝器表现出较好的综合换热性能。

与平行流水冷散热相比,现阶段对喷射流水冷散热的研究报道较少。为了研究喷射流结构的散热效果,本文设计了两种喷射流结构的水冷散热器,搭建了以去离子水为冷却介质的液冷散热器实验台,调节实验的热流密度及冷却水流量在不同条件下观察芯片温度及散热器底板温度的变化,得到了不同热流密度下芯片温度、散热器底板温度及热阻随冷却水流量的变化规律。散热器内部针翅结构和冷却水流动方式的改变可使芯片温度降低5~8℃,散热器底板平均温度也相应降低4℃左右,且底板温度梯度较小。同时,热阻的变化随流量增大逐渐变缓,散热器结构改进使热阻减小了7%~8%。实验结果表明,改进结构的散热器能有效加强边角区域流体的扰动,提升散热器整体的换热效率,表明喷射流水冷散热是一种高效的散热方式。

化工过程系统的大型化和复杂性,仅通过常规方式来描述故障机理越来越受到限制。本文以流程图建模法构建的符号有向图(signed directed graph,SDG)故障模型为基础,将化工过程系统抽象为网络拓扑结构,通过对网络模型的统计特征描述,判断网络的复杂性、小世界性和无标度性,进而以复杂网络中心性理论定量计算网络中各个节点的重要性,分析比较各指标来确定网络中的核心节点,并通过Capocci算法对网络进行社团结构的定量划分,最后以网络中的核心节点确定化工过程中易引起安全事故的关键变量,并用社团划分的结果绘制出化工故障诊断模型的关键路径,确定重点监测部位。案例应用结果表明:该方法可行,为化工过程系统中故障节点和监测提供了新的解决思路,丰富了化工过程故障诊断和预防控制的相关理论。

实数编码的遗传算法在优化多股流板翅式换热器通道排列中进行个体间交叉、变异操作后,存在无法保证各流体的通道数恒定不变的问题。对此,以通道的热负荷累积均方差为目标函数,建立通道排列的优化模型,提出基于序列数编码方式的改进遗传算法进行多股流板翅式换热器通道优化设计,实现了个体间交叉和变异遗传操作。对一包含4个流股57个通道的板翅式换热器通道排列进行优化,并通过多工况点设计对系统柔性进行分析。结果表明:本文优化设计方案的累积热负荷均方差为3562.9W,比文献经验值小2.7%,相比于实数编码遗传算法得到的结果,减少了15.1%,且累积热负荷在零线上下均匀波动。文章表明序列数编码的遗传算法增加了遗传算法种群中个体的多样性,提高了搜索效率具有更好的全局搜索能力。

以XLPB-5.0和XCX-5.0两种旋风分离器为原型,采用CFD软件对这两种旋风分离器进行了流场与分离效率的数值模拟,初步探讨了入口蜗壳形式与芯管结构对分离效率的影响。模拟结果显示:旋风分离器内流场呈各向异性分布特点,切向速度是影响分离效率的首要因素,径向速度的存在会造成"流场短路"现象,使轴向速度呈不对称分布,导致分离效率的降低。轴向速度与径向速度的共同作用促使颗粒在旋风分离器内做螺旋运动;XLPB-5.0和XCX-5.0的分离效率分别为92.55%和94.96%,与实验结果基本吻合,且不同芯管参数下XCX型的分离效率比XLPB型高;螺旋式入口蜗壳(XCX-5.0型)对旋风分离器上部流场的影响相比直流式入口蜗壳(XLPB-5.0型)复杂;对于两种旋风分离器,随着芯管直径的增大,分离效率逐渐变小;随着芯管深度的增大,分离效率先增大后减小。

稻壳是一种产量巨大的农业废弃物,直接丢弃或掩埋不但会造成资源浪费更会引起环境污染。稻壳中含有丰富的SiO₂、纤维素、半纤维素和木质素等。资源化利用是稻壳有效利用的发展方向和趋势。本文综述了近年来国内外稻壳资源化利用的研究进展。根据稻壳的特性,将资源化利用方式分为能源化利用、工业化利用及农业化利用,并对其研究现状进行了介绍。重点阐述了稻壳在气化制备可燃气、热裂解制备生物油、改性制备吸附剂、合成分子筛、制备催化剂载体、生产白炭黑与活性炭、水解制备糠醛、木聚糖、低聚木糖及发酵制备饲料等方面的研究进展,同时对其发展方向和趋势进行了展望,指出最大限度控制成本将成为稻壳资源化利用实现工业化的重要因素。

利用生物质资源可以制备混合醇、烃类燃料、生物柴油等可再生运输燃料。相较于燃料乙醇、生物柴油等含氧燃料,烃类燃料在使用性能上更具优势,是新一代生物燃料发展重点。本文着重介绍以木质纤维素水解得到的单糖为平台,经过一系列化学催化反应,制备碳数大于8的各类烷烃的新型生物燃料生产路径。总结了近年来研究者们以C₅或C₆小分子化合物为原料,采用不同的反应策略实现碳链增长,得到满足现代运输燃料碳数分布的中间体的研究成果;以及高效脱除燃料中间体中氧元素的各种催化反应技术方案。分析对比了不同技术路线烃类燃料的产率、工艺条件等技术指标,并且评述了不同反应路径的特色及其存在的问题。最后,对木质生物质化学催化法制备运输燃料的工业化给出了发展建议。

纤维素/生物质快速热解过程中会形成多种脱水糖衍生物,包括左旋葡萄糖酮(LGO)、1,4:3,6-二脱水-α-D-吡喃葡萄糖(DGP)、1,5-脱水-4-脱氧-D-甘油基-己-1-烯-3-阿洛酮糖(APP)和1-羟基-3,6-二氧二环[3.2.1]辛-2-酮(LAC)等,这些脱水糖衍生物均具有很高的化工应用价值。然而在常规热解过程中,这些产物的产率都非常低,使得后续的分离提取十分困难;而在适当的催化热解条件下,其产率可以大幅提升,从而实现目标产物的选择性制备。基于此,本文首先概述了国内外学者对这4种脱水糖衍生物热解生成机理的实验以及密度泛函理论研究;随后总结了针对LGO和LAC这两种产物,现阶段已开发的选择性热解制备技术,包括最佳的催化剂以及催化热解反应条件;最后提出了未来在脱水糖衍生物生成机理以及选择性制备技术方面需要开展的工作。

金属空气电池也称金属燃料电池,是一种将金属的化学能直接转化为电能的装置。金属铝在地壳中储量丰富且具有较高的理论体积比能量,因此铝空气电池成为近年来关注的热点,然而金属铝在碱性电解液中的析氢问题一直是阻碍铝空气电池发展的主要因素。本文综述了铝空气电池关键技术的研究进展,包括铝合金阳极、铝腐蚀抑制剂、空气电极结构、电解质、催化剂等方面。使用含Sn、Ga、In等元素的铝合金阳极,将金属铝加工成超细晶材质,在电解质溶液中添加铝腐蚀抑制剂均可在一定程度上提高铝电极效率。铝空气电池已经在诸多领域实现应用,随着研究的继续深入,铝空气电池在能源行业将拥有广阔的应用前景。

液体燃料广泛应用于交通、物流和生活等行业,然而液体燃料的生产严重依赖石油。我国石油资源相对贫乏,石油对外依存度高达60%。为减少对石油的依赖,我国正积极开发石油替代资源,特别是油页岩和煤炭。但迄今少有文献报道对油页岩与煤路线生产液体燃料过程进行全面的技术经济分析和比较。本文通过对油页岩制油和煤制油分别进行建模和模拟,根据模拟从能效、投资和成本等方面对这两种路线进行分析和比较。结果表明油页岩制油的能效比煤制油低5个百分点,因为油页岩制油的原料利用率低,产品收率低。经济方面,油页岩制油的固定投资为63.34元/GJ,相比煤制油节省70%,因为油页岩制油流程短,设备结构简单。但油页岩制油的原料消耗大,生产1t液体燃料消耗24.5t油页岩,所以其成本相比煤制油仅节省6%。

随着天然气的大量使用,其储存、运输及调峰越来越重要。天然气水合物在常压状态下具有高储存比,适合应用于天然气的储存、运输及调峰过程中。因此,对天然气水合物的生成研究具有重要意义。本文研究了如何大量生成水合物并保证水合物具有较高储气率的方法。在含聚乙烯吡络烷酮[PVP(K90)]的溶液中,改变PVP(K90)的质量分数、搅拌器的转速与搅拌器的类型,研究甲烷水合物生成量与水合物储气率的变化。结果表明,添加一定低质量分数的PVP(K90)和增加搅拌速度,均可以延迟水合物层的"固封"作用,增加水合物的生成量。在PVP(K90)质量分数高于2%时,生成水合物的密封性降低,水合物"固封"作用被破坏,但是水合物储气率较低。采用不同形式的搅拌杆,在旋转过程中形成空心圆柱,破坏水合物层的"固封"作用,搅拌杆附近的甲烷与水合物晶核被输送到溶液底部,增加了水合物的生成量,而且水合物的储气率较高。在水合物生成过程中,存在水合物微粒多次聚结的现象,使甲烷的消耗量迅速增加。

研究了环戊烷-甲烷水合物生成过程中的温度变化,分析了体系的热量损失。在不同初始温度(4℃、8℃和12℃)、压力(2MPa、4MPa、6MPa、8MPa和10MPa)和进气方式(一次性进气、连续进气和间歇进气)的条件下,测定了釜内温度,对比了以上各因素对釜内最高温度(T_max)与釜内最大温升(ΔT_max)的影响。实验表明,T_max主要受压力和进气方式影响,初始温度对其影响不明显;ΔT_max受初始温度、压力和进气方式影响显著。在间歇进气方式下,初始温度越低、压力越高,ΔT_max越大。其中,在初始温度为4℃、压力为10MPa、进气时间间隔为30min的间歇进气方式下,ΔT_max可达16.5℃。此外,由热量分析发现,体系的主要热量损耗表现为体系向环境中的散热。因此,提高保温层的绝热性能,有利于提高水合物生成热的热量有效利用率。

近年来基于阳极析氧催化的电解水制氢技术引起了广泛关注,安全、高效的阳极析氧催化剂是实现该技术的核心。银基析氧催化剂具有操作条件温和、析氧过电位低及结构易于调变的特性,是一种颇具发展前景的新型阳极析氧催化剂。本文综述了Ag基析氧催化剂的制备及其在电解水制氢方面的应用,着重介绍了Ag基析氧催化剂的两种调控改性方法,包括原位调控方法和后制备调控方法,其中原位调控方法主要有电解质溶液的匹配、电解质(浓度、酸碱度、温度)的调变和工作电极的修饰,后制备调控方法主要有金属氧化物复合、石墨烯复合和银氧化物纳米晶的调控。将原位调控和后制备调控相结合,可为制备具有较低过电势、较高催化活性的新型Ag基阳极析氧催化剂提供方法指导和为后续研究提供依据。

系统回顾了甲醇制芳烃(MTA)的反应原理、MTA催化剂的活性组分(沸石与脱氢组分)、修饰组分、制备方法以及MTA催化剂反应-失活研究等方面的研究进展。甲醇可通过氢转移与脱氢环化两种途径转化为芳烃,后一途径可获得更高的芳烃选择性。负载具有脱氢功能的Zn组分、低硅铝比的ZSM-5基催化剂为性能优异的MTA催化剂。La、P及Si等组分的修饰可改善MTA催化剂的水热稳定性、提高其芳烃选择性或对二甲苯(PX)选择性。积炭、脱氢组分聚集、还原及分子筛骨架脱Al(或Ga)是导致MTA催化剂失活的重要因素。最后指出,改善催化剂水热稳定性、提高芳烃收率与高附加值芳烃产品的选择性及实现制备过程的绿色化是未来MTA催化剂开发的重要方向。

选择性开环技术可以使芳烃转换成单环烷烃或链烷烃化合物,极大地提高了柴油的清洁度和十六烷值,该技术的核心是开发具有加氢和开环性能的双功能催化剂。本文综述了近年来国内外催化裂化(FCC)柴油芳烃选择性开环催化剂的研究进展,重点讨论了催化剂载体、活性金属及制备方法3个方面对加氢开环反应性能的影响。分析表明载体的酸性和孔道结构、负载活性金属的类型(包括非贵金属和贵金属)及不同的制备方法对催化性能有极大影响。最后对柴油芳烃选择性开环催化剂的研究提出了一些建议,指出今后研究的重点是开发具有适宜酸性和孔结构的新型载体及能够保持活性和稳定性的活性金属组分并加强该领域反应机理的研究。

采用催化氧化的方法,将煤矿抽采瓦斯制成高价值的化学品或液体燃料甲醇是其综合利用的一个发展方向。寻找对瓦斯转化具有较好的催化效果,且能替代贵金属催化剂的普通催化剂是瓦斯催化氧化制甲醇的研究重点。本文以硝酸铁、硝酸铜和ZSM-5分子筛为原料,采用离子交换法制备了Fe₂O₃/ZSM-5、CuO/ZSM-5和Fe₂O₃-CuO/ZSM-5催化剂,并在乙酸溶剂中考察了3种催化剂催化低浓度瓦斯部分氧化合成甲醇的性能。结果表明,Fe₂O₃/ZSM-5、CuO/ZSM-5和Fe₂O₃-CuO/ZSM-5对瓦斯部分氧化制甲醇反应均有催化活性,但Fe₂O₃-CuO/ZSM-5的催化效果最明显,且Fe、Cu负载量对催化剂的催化活性影响较为显著,Fe和Cu的最佳理论负载量分别为4.21%和3.22%。在Fe₂O₃-CuO/ZSM-5(x_Fe=4.21%,x_Cu=3.22%)添加量为0.1g、乙酸溶剂用量30mL的条件下,Fe₂O₃-CuO/ZSM-5催化甲烷体积分数为20%配制瓦斯制甲醇的最佳反应条件为初始反应压力4.0MPa、反应温度200℃、反应时间3h。

以碳纳米管(CNTs)为载体,通过控制催化剂合成的还原温度制备了一系列负载型Mo基催化剂。采用XRD、TEM、N₂物理吸附、XPS以及NH₃/H₂-TPD等技术对催化剂进行了表征,并研究了Mo基催化剂对硬脂酸催化加氢脱氧性能的影响。结果表明:随着还原温度的升高,催化剂表面的Mo物种逐渐被还原,还原过程为:MoO₃→MoO₂→Mo→Mo₂C。还原温度为450℃和550℃时,催化剂的活性相为MoO₂;还原温度为600℃时,催化剂的活性相为MoO₂/Mo/β-Mo₂C的混合相;还原温度为650℃和700℃时,催化剂的活性相全部转化为β-Mo₂C。与活性相MoO₂催化剂相比,β-Mo₂C催化剂具有更高的加氢脱氧活性。此外,还原温度为600℃的MoO₂/Mo/β-Mo₂C混合相催化剂因具有较大的比表面积、较多的酸中心数量和较强的H₂吸附能力,使得该催化剂在硬脂酸加氢脱氧反应中表现出最优越的催化活性。

采用浸渍法制备了Sb-SBA-15催化剂,通过XRD、N₂吸附-脱附、FTIR对其进行表征,结果表明,Sb-SBA-15催化剂仍具有六方介孔结构。考察了苯/氯化苄的摩尔比、反应时间、催化剂用量、反应温度对Sb-SBA-15催化苯与氯化苄苄基化反应的影响,并研究了反应的动力学。实验结果表明,Sb-SBA-15对苯与氯化苄的苄基化反应具有良好的催化性能,最佳反应条件为:苯与氯化苄的摩尔比8、反应时间3h、催化剂用量0.1g、反应温度120℃。在最佳条件下,氯化苄的转化率可达96.78%,二苯甲烷的选择性高达99%以上。

基于绿色化学的角度,直接以滤纸(FP)为基底材料,在碱性条件下无需外加还原剂和稳定剂,原位还原得到负载纳米银(AgNPs)的AgNPs/FP复合材料。通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线电子能谱仪(EDS)、热重分析仪(TGA)和紫外-可见(UV-vis)分光光度计等对复合材料的形貌、组成和催化性能进行表征。研究结果表明,Ag⁺被还原为AgNPs后致密又均匀地负载于滤纸表面上,所制得的AgNPs/FP复合材料中纳米银呈球形、尺寸均一且团聚较少。AgNPs/FP复合材料对对硝基苯酚(4-NP)的还原具有较好的催化活性,且易于回收再利用。

强酸性阳离子交换树脂含有大量的强酸性基团,具有选择、交换、吸收和催化等功能,但其存在耐高温性能差、酸强度低等问题,故需要对其进行改性。改性的阳离子交换树脂广泛应用于水处理、有机合成、分离处理、环境保护及生物制药等领域。本文简要介绍了近年来强酸性阳离子交换树脂的改性方法,主要包含:金属离子改性(Al³⁺、Sn⁴⁺、Zn²⁺、Ti⁴⁺、Fe³⁺和Fe²⁺、Ce⁴⁺和Ga³⁺、Ni²⁺、Zr⁴⁺、Pd²⁺等)、磺化改性、巯基改性、胺化改性及其他类改性等方法;指出了其存在的问题,分析了改性阳离子交换树脂的未来发展方向,开发和研制具有耐高热和化学稳定性的树脂载体材料成为其研究的关键。除此之外,对树脂进行各种改性处理也是改善树脂综合性能、扩大其应用范围的重要方法。

解决锂离子电池电极材料和电解液相容性的关键是形成稳定且Li⁺可导的固态电解质界面膜(SEI膜),因此,对优质负极成膜添加剂的研究成为锂离子电池研发中的一个热点。本文综述了锂离子电池电解液成膜添加剂的作用原理,具体介绍了各类负极成膜添加剂的研究现状,从成膜反应机理和理论计算方面详述了近几年来负极成膜添加剂的研究进展。分析了所存在的问题主要是如何快速地挑选出更适宜、更高效的成膜添加剂,并指出了成膜添加剂未来的发展趋势为:①研究各添加剂与电解液的反应机理,着重开发对锂离子电池副反应小的负极成膜添加剂;②通过选择两种或两种以上的添加剂的协同作用,以弥补一种添加剂的不足;③提高无机成膜添加剂在电解液中的溶解度。

将乙酰丙酮稳定的钛酸四正丁酯分散到含有硬脂酸的水中,接着加入Ca²⁺、H₂PO₄^-源,然后通过150℃的水热过程,合成了TiO₂/羟基磷灰石(HAP)复合微球。其中的硬脂酸作为界面媒介吸附Ca²⁺,确保生成的羟基磷灰石的粒子吸附在分散的钛酸四正丁酯球形"油滴"表面。经水热过程,分散的油滴转化为TiO₂ 为内核,HAP为壳层的复合微球。HAP粒子组成的微球外壳层对内核钛酸四正丁酯水解及缩聚反应而引起的体积收缩产生抑制作用,从而对最终的TiO₂ 内核的微结构产生影响。亚甲基蓝的紫外光催化降解实验结果表明,复合微球的光催化性能与微球对亚甲基蓝的平衡吸附量有密切的关系,并取决于产品的微结构。当复合微球中羟基磷灰石的理论质量分数为1%~1.5%时,微球对亚甲基蓝显示了较高的光催化降解效率。

采用超声振荡的方法制备稳定性良好的多壁碳纳米管冷冻机油。在不同温度(20~80℃)下,利用密度计和热导率测试系统对不同浓度的多壁碳纳米管冷冻机油(MWCNTs的质量分数为0.5%、1.0%、1.5%、2.0%)进行测试和分析。实验结果表明:冷冻机油的密度随MWCNTs质量分数的增加而增大,随温度的升高而减小;冷冻机油的热导率随MWCNTs质量分数的增大而增大,随温度的升高而增大,其中,热导率增大的效果随质量分数增加较随温度升高更为明显。当多壁碳纳米管质量分数为2%、温度为80℃时,纳米冷冻机油的热导率可达到0.1637W/(m·K),较同温度下纯RL68H冷冻机油热导率增大9.13%。

利用果胶酶处理烟梗纤维生产乳酸等对环境友好,而应用新的发酵组合方式和优化发酵条件是提高产酶量,降低成本的有效途径。本文采用实验室研发的棉布支架固定化米根霉细胞的技术,优化了底物为果胶或烟梗的发酵产果胶酶的培养条件,还优化了处理烟梗果胶的条件。底物为果胶的最佳产酶条件为:转速190r/min,装液量50mL/250mL,发酵温度30℃,初始pH值5,初始孢子浓度0.75×10⁶个/mL。底物为烟梗的最佳产酶条件为:初始pH值4.6、初始孢子浓度0.5×10⁶个/mL等。在优化处理烟梗果胶的条件下,固定化米根霉产果胶酶连续法比游离的果胶酶法降解烟梗果胶的效果好,果胶降解率提高18.5%,达到74.1%。棉布支架固定化米根霉利用果胶发酵产果胶酶量较高,利用烟梗发酵脱胶效果较好。

分别采用氧化法(H₂O₂为氧化剂)、酸解法(HCl)两种不同的方式制备降解淀粉,在相同的实验条件下,以丙烯酸(AA)、苯乙烯磺酸钠(SSS)为单体,H₂O₂-Fe²⁺为引发剂,通过自由基聚合反应制备3种淀粉基水煤浆分散剂。通过红外光谱(FTIR)、核磁共振氢谱(¹HNMR)、凝胶渗透色谱(GPC)对产物的分子结构、相对分子质量及分布进行了表征和分析。将3种分散剂应用于彬长煤制浆,考察对比了浆体的表观黏度、分散剂最佳添量、最大制浆浓度、流变性、Zeta电位、吸附特性及静态稳定性等。结果表明,经氧化降解制备的淀粉基水煤浆分散剂在最佳添加量0.4%(质量分数)时,水煤浆最大制浆浓度可达到67%,表观黏度为906mPa·s,煤粒表面的Zeta电位由–12.1mV变化到–47.3mV,相较于由玉米淀粉及酸降解淀粉制备的水煤浆分散剂对彬长煤具有更好的降黏、分散、稳定作用。

甜水是油脂水解制取甘油的粗产物,甜水除杂净化是甘油精制的重要环节。本文提出了混凝净化油脂水解甜水的新工艺,研究了相关因素对除杂净化效果的影响。得出当pH值调节阶段pH值为11.4、搅拌转速大于300r/min、搅拌时间为60min、混凝阶段的混凝剂用量为75mg/L、絮凝剂用量为20mg/L、絮凝转速为100r/min、絮凝时间为30min时,为最适宜的除杂净化操作条件参数,甜水混凝除杂的效果最佳。研究结果表明:采用该方法得到的净化甜水较传统工艺的皂化当量和浊度更小,沉渣易于分离,混凝过程中不破坏脂肪酸结构,可以回收再用。该方法在甜水除杂净化实际生产中具有较大的应用推广价值。

氯苯类(CBs)化合物的排放给环境带来严重的污染和危害。本文回顾和总结了近几年来的氯苯类挥发性有机污染物的处理方法,综述了所采用催化剂的国内外研究现状,并对不同种方法进行优缺点分析。结果表明:催化燃烧法是最具有应用前景的、最有效的处理CBs的技术之一,该法优势是能够在催化剂存在的条件下,高效地处理低浓度的污染物,操作温度低,避免了氮氧化物的产生。应用于催化燃烧的催化剂类型繁多,贵金属催化剂具有高活性但对高温敏感;过渡金属氧化物催化剂的抗氯中毒能力较强;钙钛矿类催化剂廉价易得,其A、B位原子具有良好的可调性,并可通过负载与改性弥补其反应温度高及易失活等缺点。与其他催化剂相对比,钙钛矿类催化剂具有更广泛的应用前景。

苯酚是一种较难处理的有毒有机污染物。本文以TiOSO₄为钛源,尿素为沉淀剂,沸石为载体,采用均匀沉淀法制备了纳米TiO₂/沸石复合材料,并以苯酚作为降解对象,研究了不同TiO₂负载量、煅烧温度以及重复使用对纳米TiO₂/沸石复合材料的光催化降解苯酚性能的影响。结果表明:TiO₂负载量为30%、煅烧晶化温度为650℃时,经300W高压汞灯照射3.5h,纳米TiO₂/沸石复合材料对20mg/L苯酚溶液的光催化降解率达到91.6%;重复使用5次仍对苯酚溶液具有85%的光催化降解率。

为了提高炼油废水生物处理装置的反硝化性能,从武汉石化污水处理厂的活性污泥中筛选出一株好氧反硝化菌AD10,经生理生化及16SrDNA序列分析,将其鉴定为假单胞菌属。通过单因素实验研究了该菌的最适培养条件:以丁二酸钠为碳源,C/N=14,温度30℃,初始pH=6.0,摇床转速200r/min。在此条件下,ρ(NO₃^--N)=556.81mg/L时72h的去除率为97.2%,且耐受的硝酸盐氮质量浓度达到654.00mg/L。菌株AD10培养11.5h,对ρ(NO₃^--N)=140.31mg/L和ρ(TN)=141.62mg/L的去除率分别为95.8%和93.9%,其反硝化速率高于大部分已发现的好氧反硝化菌,检测到的ρ(NO₂^–-N)≤2.30mg/L,未出现明显的积累,菌株AD10能够进行完全反硝化。

本研究针对废锂钴电池及锂铁电池于不同热处理条件下的污染特性作实验分析,实验条件包括不同温度、时间、气体及投料量;实验流程包含样品收集、放电处理、拆解并通过原子光谱仪分析组成成分,直至热处理与采样分析。实验结果表明,废锂电池热处理的最佳温度为600℃,此时金属回收率最高且污染排放最低,锂钴电池的金属回收率分别为锂95.38%、钴93.99%、铜96.24%、铝85.28%,锂铁电池的金属回收率分别为锂90.01%、铁85.49%、铜83.72%、铝73.75%;不同进气组成会影响其热处理效果与金属回收率,但差距不大,若考虑操作成本与金属回收率,3种不同热处理操作气以空气最佳。废气中HCl和HF浓度在2~16μL/L,需要特别注意处理过程中酸性气体的控制去除。金属气固相分布结果表明,99.9%以上的金属成分仍存在于燃烧后残留物中,虽气相金属含量随着操作温度提高而有增加趋势,但比例极低。

铅酸电池的回收是铅酸蓄电池行业的一个重要部分,并且绿色技术与低能耗和污染物排放是迫切需求的。目前,传统工艺铅膏预脱硫率无法稳定达标,致使低温熔炼无法进行。为了解决问题,本文提出铅膏预脱硫"表面更新"模式,添加粒子作为研磨介质,反应浆液与粒子在反应器内高速旋转,对反应颗粒进行研磨,即时破坏产物碳酸铅包裹层,实现反应颗粒表面更新。由此构建了实验系统,研究了碳酸钠在表面更新实验系统中的铅膏脱硫性能。实验表明,在转速60r/min、温度50℃、浆液浓度30%~60%、摩尔比n(Na₂CO₃):n(PbSO₄)=1.1:1条件下,反应40min,铅膏含硫率<0.3%。

辛醇废碱液中含有大量有机物,为此开展了萃取-大孔树脂吸附法处理辛醇废碱液、高效回收有机物的实验研究,实验结果表明:当辛醇废碱液的ρ(COD)为104651mg/L时,以辛醇为萃取剂,在pH=3、辛醇与辛醇废碱液的体积比为0.5、萃取级数为2等条件下,出水ρ(COD)可降至6453mg/L以下,COD去除率达到93.8%以上,萃取剂辛醇可以通过精馏再生循环利用;采用HYA-106大孔吸附树脂对辛醇二级萃取出水进行吸附处理,HYA-106大孔吸附树脂较佳的吸附流速为1BV/h、温度为40℃,此时出水ρ(COD)平均在155~183mg/L之间,COD去除率在97.1%~97.4%之间,单位体积树脂的废水处理量为34BV以上,树脂吸附量在213~215mgCOD/mL树脂之间,吸附-解吸效果稳定;萃取-吸附工艺的COD总去除率达到99.8%以上,最大程度地实现了辛醇废碱液中有机物的回收。

微生物燃料电池(MFC)是一种既能去除污染物又能产电的新型污水处理技术,由于其具有利用生物转化能量的节能优势,MFC废水脱氮处理技术引起了更多的关注。本实验在启动MFC的同步硝化与反硝化(SND)后,首先研究了通路与断路条件对MFC产电脱氮的影响,结果表明:断路时有利于硝化反应的发生,氨氮去除率有最大值95.17%;而通路更有利于COD和总氮的去除,表明氮的去除主要依靠阴极接受电子进行。随后分析了曝气阶段+停曝阶段运行方式对MFC产电和脱氮的影响,结果显示:曝气8.5h(DO为4.0mg/L)后停止曝气,停曝阶段为11.5h,DO逐渐降低到2.0mg/L,输出电压由无曝气运行的31mV提高到120mV左右,氨氮去除率最高达到86.42%、总氮去除负荷由无曝气运行的0.064g/(L·d)升高到0.46g/(L·d)。说明曝气阶段+停曝阶段运行方式既能有效提高MFC脱氮产电性能又可以减少维持高浓度DO的能量输入。

针对传统乙烯过程中深冷脱氢工艺冷凝温度低、能耗大的问题,基于某800kt/a乙烯的裂解气脱氢装置,提出了两级膜与深冷耦合回收乙烯裂解气中氢气的流程,利用UniSimDesign软件对新流程进行了模拟分析,确定了两级膜面积分别为28000m²和10110m²。由于第一级膜分离装置回收了裂解气中的部分氢气,显著地减少了深冷系统中制冷压缩机的功耗和脱甲烷塔塔顶的乙烯损失,新流程深冷系统的制冷压缩机功耗为39496kW,比原流程减少了8996kW,乙烯损失率由1.29%降低到0.46%。第二级膜分离装置实现了氢气回收的高纯度(99%)和高回收率(98.52%),获得的氢气产品可以直接并入氢网或用于对氢气浓度要求较高的加氢裂化装置中。

以大连液化天然气(LNG)接收站为例,利用Aspen软件对LNG接收站蒸发气(BOG)处理工艺流程进行分析。提出了BOG再冷凝液化与直接压缩混合使用的运行方案,并且在再冷凝工艺流程中增加预冷装置。分析结果表明:当接收站能够稳定提供足够量LNG时,系统优先选择再冷凝工艺路线,否则自动切换至高压压缩工艺路线,并直接输送至管网。该混合使用方案能够解决因储罐及管网内BOG压力过高而放空所造成的能源浪费问题。再冷凝工艺流程中,加装预冷装置之后,压缩机较加装之前节约能耗37.4%。

提出了一种外热式多管回转低阶煤提质技术,建立了一套处理量50kg/h的半工业化试验系统。以黑龙江某地煤种为实验用煤,分析了提质温度和提质时间对提质效果的影响,获得了该系统运行的优化工艺参数,并分析了该工况条件下的提质产品指标。结果表明:随着提质温度的升高,半焦中挥发分含量逐渐减少,焦油的产率呈抛物线形式增加;随着提质时间延长,焦油中挥发分含量逐渐减少,焦油产率逐渐增加。在试验煤种及试验工况条件下的最佳提质工艺参数为:提质温度535℃,提质时间30min;焦油产率可达12.54%;焦油中的甲苯不溶物含量为1.65%,煤气热值可达5044kcal/m³。该装置的72h连续运行表明了该技术工业化的可行性,为工业化设计提供了参考。