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2016年 第35卷 第12期 刊出日期:2016-12-05
    目录
    本期封面、中英文目次表
    化工进展. 2016, 35(12):  0-0. 
    摘要 ( 176 )   PDF (3080KB) ( 269 )  
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    化工进展. 2016, 35(12):  1-1. 
    摘要 ( 194 )   PDF (7088KB) ( 138 )  
    相关文章 | 多维度评价
    特约评述
    硫掺杂炭材料的制备与应用
    曹伟然, 李玉龙, 周颖, 刘瑞峰, 马冬菊, 邱介山
    化工进展. 2016, 35(12):  3727-3734.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2016.12.001
    摘要 ( 555 )   PDF (845KB) ( 1027 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    杂原子掺杂可以改变炭材料的表面化学结构,从而带来材料性能的变化。研究人员通过选择不同的碳源、开发新的制备技术等手段,相继制备了多种结构独特、性能优异的硫掺杂炭材料。本文基于硫掺杂炭材料国内外的最新研究进展,总结了以不同碳前体制备硫掺杂炭材料的研究工作,评述了不同前体及制备工艺对硫掺杂炭材料组成、结构的影响;并简要介绍了硫原子掺杂对炭材料在超级电容器、电催化等方面应用性能的影响。有关硫掺杂炭材料的研究还是一个全新的课题,尽管研究人员已经做了大量努力,但如何控制材料的结构仍然是一个具有挑战性的课题,利用富碳前体做原料来控制制备硫掺杂炭材料对于规模化应用更具实际意义。
    化工过程与装备
    微波场强化化工分离过程研究进展
    李洪, 崔俊杰, 李鑫钢, 高鑫
    化工进展. 2016, 35(12):  3735-3745.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2016.12.002
    摘要 ( 443 )   PDF (1341KB) ( 862 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    优化化工分离技术、实现化工分离过程的节能减排,一直是化工分离过程研究的热门课题。近年来,微波场强化分离过程的研究非常活跃。本文阐述了微波对物质的作用机理以及微波加热较普通加热的优势与特点;系统介绍了微波场在萃取、精馏、干燥、脱附/吸附、蒸馏和反应精馏等分离过程的强化效果和应用进展,并分析总结了微波场在这些分离过程中的强化机理,分析表明将微波应用于化工分离过程具有加热速度快、产品质量高、耗能低和易于控制等特点;同时指出微波在分离过程特别是蒸馏/蒸发和反应精馏领域研究的欠缺,提出对于微波是否对蒸馏/蒸发或反应精馏过程具有强化作用还需要大量的实验验证和相应的理论支撑;最后本文对微波在分离领域的发展作了分析与展望。
    过滤技术在油浆分离中的应用
    张晓方, 卜亿峰, 门卓武
    化工进展. 2016, 35(12):  3746-3754.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2016.12.003
    摘要 ( 470 )   PDF (688KB) ( 1617 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    在催化裂化、加氢裂化等催化反应过程中,产品油浆中催化剂细粉不仅会导致下游设备的腐蚀和堵塞,也限制和降低了其直接作为产品、副产品的应用领域和经济价值。而对于低温费托合成反应而言,将费托合成蜡从气液固三相的浆态床反应器内分离出来,是整个费托合成工艺的的技术难点和关键之一。由此看出,油浆分离和净化技术的选择关系到以上催化反应的稳定运行和产品质量。本文回顾了目前国内外油浆过滤技术的研究及工业应用现状,总结了以美国MOTT公司为代表的金属烧结粉末和Pall公司为代表的金属烧结丝网两种主流滤芯的机械加工特性和过滤精度等特点,从操作条件、分离效率、反冲洗方式等方面进行比较,分析了各种油浆过滤技术的工艺特点,以及过滤工艺与参数对过滤效果和过滤技术选择的影响,可以为传统石油化工油浆过滤以及费托合成浆态床过滤分离技术在滤芯和过滤工艺选择等方面提供参考。
    人工神经网络在化工过程中的应用进展
    宋泓阳, 孙晓岩, 项曙光
    化工进展. 2016, 35(12):  3755-3762.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2016.12.004
    摘要 ( 600 )   PDF (589KB) ( 1289 )  
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    人工神经网络作为人工智能的重要组成部分,以其超强的鲁棒性、容错性、可充分逼近任何复杂的非线性关系、并行处理、可学习和自适应等优点在改善化工过程传统生产技术诊断滞后、难以优化控制、物性估算误差较大以及不能处理非线性复杂情况等问题上有着广阔的发展空间。本文概述了人工神经网络的原理和发展历程,综述并分析了人工神经网络在故障诊断、过程控制和优化、质量控制、定量结构-活性/性质相关性分析、物性估算、专家系统以及聚类分析等化工过程中的应用原理以及研究进展和现状。最后指出卷积神经网络等深度学习算法的性能高、速度快,在化工过程中发展和应用深度学习算法将成为其发展方向和研究热点。
    微细通道纳米制冷剂流动沸腾阻力特性
    罗小平, 张霖, 刘波
    化工进展. 2016, 35(12):  3763-3770.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2016.12.005
    摘要 ( 379 )   PDF (990KB) ( 457 )  
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    分别以质量分数为0.2%、0.5%和0.8%的Al2O3-R141b纳米制冷剂和纯制冷剂R141b为工质,在水力直径为1333μm的矩形微细通道内进行了流动沸腾实验,分析了纳米颗粒浓度对工质两相摩擦压降的影响,对比了实验前后换热壁面的表面能。研究结果表明:实验工况相同时,质量分数为0.2%、0.5%和0.8%的纳米制冷剂的两相摩擦压降均比纯制冷剂低,降低的最大幅度分别约为11.6%、14.8%和19.2%;实验后纳米颗粒在换热壁面附着,使壁面表面能增大,质量分数为0.2%、0.5%和0.8%的纳米制冷剂实验后换热壁面表面能比实验前分别增大了1.26倍、1.44倍和1.91倍,减小了换热表面的粗糙度和提高其润湿性,使得工质两相摩擦压降减小;根据实验值与模型预测值的对比情况,对Qu-Mudawar模型进行修正,拟合得到的关联式能很好预测实验值,平均绝对误差为9.78%。
    汽轮机喷嘴内盐析颗粒分布特性
    李勇, 胡鹏飞, 曹丽华
    化工进展. 2016, 35(12):  3771-3776.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2016.12.006
    摘要 ( 343 )   PDF (1471KB) ( 657 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    为深入了解汽轮机内盐析颗粒的微观行为,本文以某超临界汽轮机高压级喷嘴为研究对象,应用计算流体力学与群体平衡模型耦合方法,对汽轮机喷嘴内盐析颗粒在流场中的分布进行数值模拟研究,获得了盐析颗粒在喷嘴内的平均粒径、组分数及浓度分布规律。模拟结果表明:在喷嘴入口附近处盐析颗粒粒径仅发生微小变化,沿介质流动方向盐析颗粒不断长大,但在喷嘴出口截面附近处,颗粒长大的幅度又趋于平缓;此外,在盐析颗粒相互作用的影响下,20μm粒径颗粒的组分数分布沿介质流动方向逐渐减小,而80μm和140μm粒径颗粒则与其相反;20μm粒径颗粒在叶片的吸力面处组分数较高,而140μm粒径颗粒在叶片的压力面处组分数较高;盐析颗粒浓度从叶片吸力面到压力面逐渐增大,最终在压力面附近形成高浓度区。
    鼓泡器中环戊烷-甲烷-盐水体系水合物的生成动力学
    吕秋楠, 宋永臣, 李小森
    化工进展. 2016, 35(12):  3777-3782.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2016.12.007
    摘要 ( 354 )   PDF (1736KB) ( 528 )  
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    采用鼓泡装置研究了盐水体系中环戊烷(CP)-甲烷水合物的生成动力学,分别考察了进气速率、温度、压力对水合物生成速率和进气速率对气体转化率的影响。结果显示,提高进气速率、压力,降低温度均可提高水合物生成速率。但进气速率对气体转化率有影响,进气速率过大,单位时间内进入到反应器内的气体过多,气体还未参与反应便被排出,导致气体转化率反而减小。通过观察到的实验现象,分析环戊烷-甲烷水合物的生成过程,认为水合物晶体首先在环戊烷-水界面生成,并逐步向内部气相生长,最后水合物壳破裂,气泡逸出。水合物逐渐生长成粒状,并不断聚集在一起。
    过热/过冷对内回热有机朗肯循环影响的热力学分析
    徐荣吉, 张晓晖, 闫美玉, 王瑞祥, 许淑惠
    化工进展. 2016, 35(12):  3783-3792.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2016.12.008
    摘要 ( 419 )   PDF (951KB) ( 907 )  
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    内回热是简单有效提高有机朗肯循环(ORC)效率的基本方法。由于循环过程的改变,使循环的热力学规律发生了变化。以R245fa为工质,对回热器的回热过程和机理进行了深入分析,提出了基于对数传热温差的内回热器性能计算方法,并利用热力学分析方法,分析了过热温度、过冷温度对内回热有机朗肯循环(IHORC)性能的影响。研究结果发现,内回热减少了循环的蒸发负荷和冷凝负荷,提高了循环效率。随着过热温度的增加,循环效率和膨胀机输出功均几乎呈线性增加。根据循环过冷温度大小,过冷分为一般过冷和深度过冷两种情况:一般过冷时,随着过冷温度的增加,虽然回热器的换热量和换热效率逐渐升高,但是,循环效率逐渐降低,蒸发负荷、冷凝负荷逐渐增加;深度过冷时,循环效率、回热器换热量、回热器效率快速增加,蒸发负荷和冷凝负荷快速降低,回热器能量回收作用开始突显。一般过冷与深度过冷的临界点是回热器出口蒸气干度,当干度小于1时进入深度过冷状态。内回热过程的“回热量”受限于乏气工质的放热量,因此,内回热循环适用于蒸发冷凝温差大、过热和深度过冷工况。
    超亲/疏水性表面池沸腾传热研究
    郑晓欢, 纪献兵, 王野, 徐进良
    化工进展. 2016, 35(12):  3793-3798.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2016.12.009
    摘要 ( 458 )   PDF (2630KB) ( 892 )  
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    为研究超亲/疏水性表面对沸腾传热的影响,用H2O2氧化的方式制备了超亲水表面,用氨水加高分子修饰的方式制备了超疏水表面。在常压下以蒸馏水为工质,采用高速摄影仪对其进行了池沸腾传热实验。结果表明,超疏水表面亲气疏水,在沸腾起始点易于产生气泡,且气泡不易脱离,此时壁面过热度ΔTs仅为2.4K,但随热流密度的增大,气泡易于聚合,所产生的大气泡阻碍了传热的进行,传热开始恶化,临界热流密度(CHF)较低;而H2O2氧化的表面由于刀片状微纳结构的存在,增加了表面的粗糙度,不仅增大了相变传热表面积、增加了核化点数量,而且具有超亲水特性,气泡脱离频率较大,大大强化了沸腾传热,最大换热系数约是光表面的1.7倍,且相应地提高了CHF,可达131.0W/cm2,表现出较好的传热特性。
    基于Tsai-Hill理论环氧玻璃钢管的强度分析
    徐鹍鹏, 惠虎
    化工进展. 2016, 35(12):  3799-3806.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2016.12.010
    摘要 ( 367 )   PDF (7126KB) ( 243 )  
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    目前是按照工程经验对环氧玻璃钢管支撑结构进行设计,缺乏系统的理论研究。为了能有效地评估环氧玻璃钢管支撑结构的安全性,进而合理对其进行设计校核,本文首先依照纤维增强塑料性能的测试方法,对环氧玻璃钢材料进行低温力学性能测试试验;然后以应变强化型移动式真空绝热容器为研究对象,针对不同工况的运输环境,采用非线性有限元分析方法对该容器进行数值模拟,利用Tsai-Hill强度理论对环氧玻璃钢管结构进行强度校核。试验结果表明,环氧玻璃钢材料在低温环境下具有较好的拉压性能,但是抗剪切性能较差。模拟研究结果表明,低温液体运输车在实际运输过程中遭遇颠簸的路况时,相比于其他工况,此工况下支撑结构区域的Mises等效应力最大,但小于材料的许用应力;不同工况下固定端下支撑处的环氧玻璃钢管支撑结构相比于其他位置处所受的应力较大;环氧玻璃钢管作为该类容器的主要支撑构件,不同工况下其强度校核值远小于1,能够保证容器的安全运输。
    基于热舒适性纳米喷泉的流动与传热特性
    万永亮, 齐聪, 李春阳, 韩东太
    化工进展. 2016, 35(12):  3807-3817.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2016.12.011
    摘要 ( 307 )   PDF (2613KB) ( 673 )  
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    目前关于纳米喷泉流动与传热特性及微区域热舒适度方面的研究较少,为了研究其流动与传热机理,本文基于气-液两相流模型和金刚石-乙二醇/水纳米流体高沸点、低冰点等优良特性,在有限柱体空间内建立了一种基于热舒适性的新型高效换热喷泉-“纳米喷泉”,对比研究了金刚石-乙二醇/水纳米流体、水射流工质分别对喷泉流动与传热的影响,同时讨论了纳米颗粒体积分数v和表征流体流动情况的雷诺数(Reynolds,Re)对喷泉流动与传热的影响,分析了局部温度分布、流线分布、平均温度和流体换热量在空间内的变化,并依据ASHRAE 55-1992标准和ISO7730标准对微区域的热舒适度进行了评价。结果表明:随着Re数和v增大,换热强度均得以不同程度地提升,热舒适程度也逐渐增加。Re=1.0×105Re=1.2×105时,纳米颗粒体积分数从0增加至1%的换热强度提升较为明显,前后两种Re数可分别强化1.5%和2.8%;Re=1.4×105时,体积分数从3%增至5%的换热强度可提升11.5%,强化效果最为明显。故较小Re数下,较低组分的纳米流体强化换热效果较好;而在较大Re数下,较高组分纳米流体的强化换热效果更好。
    液滴撞击微结构疏水表面的动态特性
    施其明, 贾志海, 林琪焱
    化工进展. 2016, 35(12):  3818-3824.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2016.12.012
    摘要 ( 382 )   PDF (2777KB) ( 1145 )  
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    对去离子水滴撞击不同几何尺寸显微结构方柱和方孔状疏水表面的动态特性进行了研究。结果表明:当液滴以不同速度撞击微方柱疏水表面时,液滴展现铺展和回缩过程,且随着韦伯数(We数)增大,最大铺展直径增大,并伴随卫星液滴出现,但到达最大铺展直径的时间一致;而当液滴以相同的速度(We数相同)撞击间距不同的微方柱疏水表面时,液滴的最大铺展直径随着间距的增大而减小,且铺展过程会液滴浸润状态变得不稳定,发生由Cassie向Wenzel状态的浸润转变。当微方柱间距较小时,液滴受到的黏附功越小,越易发生向Cassie状态的转变;液滴撞击微方孔疏水表面时,液滴以规则的圆环状向外铺展和回缩,最后呈现近似规则的椭球状,不会发生向Wenzel状态的浸润转变,利用建立的物理模型对前述现象进行了分析。
    基于场协同原理的换热网络性能评价因子
    张春伟, 崔国民, 陈上
    化工进展. 2016, 35(12):  3825-3829.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2016.12.013
    摘要 ( 304 )   PDF (536KB) ( 228 )  
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    换热网络问题严重的非凸、非线性使从数学角度发现此类问题的全局最优解变得十分困难。鉴于此,本文以场协同理论为基础,建立了一种从温差场均匀性角度描述换热网络结构性能的评价因子,以期简化换热网络综合过程,获得高效的换热网络结构。首先以单体换热器的温差均匀性因子为基础,比拟出适用于换热网络的温差均匀性因子,称之为换热网络性能评价因子。继之,选择3个不同的算例,在固定结构和固定面积两个角度下分析了评价因子的有效性。最后,计算结果表明:提出的基于权重的换热网络温差均匀性因子与网络结构的总换热量之间能够形成明显的对应关系,可以准确地描述换热网络结构性能。简而言之,温差均匀性因子的值越小,对应换热网络结构的性能越好。
    激光诱导荧光技术观测填料表面非等温降膜流动形态变化
    黄益平, 周俊超, 黄晶晶, 陆晓咏, 刘春江, 李凭力, 耿洋, 刘辉
    化工进展. 2016, 35(12):  3830-3835.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2016.12.014
    摘要 ( 304 )   PDF (20062KB) ( 219 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    非等温降膜流动在精馏过程中较为常见,其流动特性较为特殊,对填料表面的质量和热量传递有重要影响。本文搭建了可视化的实验装置,在保证液相室温进料的前提下升高填料温度,在规整填料表面构造液相被加热的非等温降膜流动,运用激光诱导荧光技术对液膜形态变化进行观测分析,对液体润湿面积、液膜厚度等参数进行比较。结果表明,随着填料温度的升高,液体润湿面积显著减小,波谷处液膜厚度显著增加,液膜逐渐收缩为沟流,填料表面的不规则液滴数目增多,干板现象越发严重。液体的聚并和分散轨迹消失,液相再分布及表面更新能力降低。因此,填料表面的非等温降膜流动液膜收缩现象十分明显,降低传热传质能力,需在工业生产中引起足够重视。
    能源加工与技术
    韩国石油化工工艺安全管理(PSM)的发展及特点
    王玉乔
    化工进展. 2016, 35(12):  3836-3840.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2016.12.015
    摘要 ( 429 )   PDF (399KB) ( 403 )  
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    韩国是世界上重要的石油化工产品生产国,其石化行业的工艺安全管理(PSM)水平处于国际先进地位。本文介绍了韩国引进美国OSHA的PSM体系的工业背景及韩国KOSHA PSM体系的主要内容;企业分级管理是韩国PSM的独有特色,本文重点介绍了韩国PSM体系的分级制度,详细说明劳动部对企业PSM实施状况的评价过程及分级标准,以分级结果为依据对不同级别的企业采取相应的管理监控措施。最后,通过对比PSM实施前后韩国石化行业安全生产状况,证实韩国PSM的效果。近二十年来中国石油化工产业快速发展,尤其是化学工业园的建设,使得风险管理成为亟待解决的问题。了解韩国PSM的发展之路对于中国石化企业开展工艺安全管理工作具有参考价值和借鉴意义。
    利用藻类构建微生物燃料电池研究进展
    范功端, 林茹晶, 苏昭越, 林修咏, 许仁星, 陈薇
    化工进展. 2016, 35(12):  3841-3847.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2016.12.016
    摘要 ( 436 )   PDF (642KB) ( 499 )  
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    随着全球能源短缺及环境恶化的进一步加剧,寻找可持续发展的绿色新能源技术成为各国关注的焦点,利用藻类构建的微生物燃料电池(MFCs)作为一种新兴的可持续发展技术,真正做到节能环保,一举多得。本文综述了利用藻类构建MFCs的研究现状,以藻类在微生物电池中的不同作用为出发点,介绍了以藻类为阳极基质、阳极及阴极时电池的工作机理,结合不同类型电池对藻种的选择情况,阐述了藻类构建MFCs的产电效果,回顾了藻类构建MFCs对水体污染物的去除效能,分析了影响MFCs产电效能的主要环境因素,并从经济效益、产业化、产电效率几个方面对目前藻类构建MFCs存在的问题进行了总结,同时对后期的研究进行了展望,以期为日后利用藻类构建MFCs的研究与实际工程提供理论参考。
    新型太阳能辅助碳捕集技术进展综述与性能比较
    刘一楠, 邓帅, 赵睿恺, 赵力, 何俊南
    化工进展. 2016, 35(12):  3848-3857.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2016.12.017
    摘要 ( 403 )   PDF (811KB) ( 599 )  
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    近年来,CO2捕集技术正在从定向分离的单一过程向同步存储或利用的集成过程快速过渡。这种发展趋势也对太阳能辅助碳捕集的集成形式提出了更高的要求。本文综述了化学链燃烧、水合物法和热化学循环三种新型太阳能辅助碳捕集技术,从辅助方式、操作条件和性能等方面展开深入分析。围绕理想分离最小功和二次定律效率两个参数,对新技术和传统技术进行了性能评价和对比。结果说明了对于CO2体积分数在5%~20%的混合气体,吸收法和热化学循环法的二次定律效率较高,发展较为成熟,而水合物法的分离最小功最小,理论上较易实现分离。新型太阳能辅助碳捕集技术可促进碳产品的生产,为全球碳循环的搭建完成了重要的一环。
    船舶烟气余热驱动有机朗肯循环的系统性能分析
    朱轶林, 李惟毅, 孙冠中, 唐强, 高静, 曹春辉
    化工进展. 2016, 35(12):  3858-3865.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2016.12.018
    摘要 ( 387 )   PDF (528KB) ( 389 )  
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    利用设计的有机朗肯循环系统回收船舶柴油机的排气能量,考虑冷却水循环,分析了蒸发温度、膨胀比对系统性能的影响。定义经济性函数为系统所需总换热面积和净输出功的比值,而综合评价函数为经济性目标函数和(火用)效率的加权和,以不同的优化目标函数,确定了适用于有机朗肯循环系统的最佳冷凝温度。研究结果表明,在一定膨胀比下,热效率随着蒸发温度的升高先增大再减小,存在最佳蒸发温度;优化目标函数不同,系统存在不同的最佳冷凝温度,以综合评价函数为优化目标,可确定较优的最佳冷凝温度;以R245fa为工质时,最佳蒸发温度为390K,最佳冷凝温度为316K,膨胀比为6.6,热效率可以达到12%;工质的选择对系统性能有很大影响,不同评价指标下系统的性能分析也不同。
    MDEA复配胺液脱除天然气中H2S性能
    安家荣, 马鹏飞, 唐建峰, 姜雪, 李晶, 张国君, 赵铭钰
    化工进展. 2016, 35(12):  3866-3871.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2016.12.019
    摘要 ( 408 )   PDF (674KB) ( 738 )  
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    为了研究以N-甲基二乙醇胺(MDEA)为主体的MDEA+一乙醇胺(MEA)和MDEA+二乙烯三胺(DETA)两种配方混合胺液脱除H2S性能,给工业中天然气脱硫配方提供参考和基础数据。利用小型反应釜进行吸收实验,使用单一MDEA胺液进行了工艺参数的筛选,同时考察吸收温度、吸收压力、再生温度对胺液脱除H2S性能影响,得出升高吸收温度、吸收压力均可在一定程度内提升MDEA胺液的H2S吸收效果,但当吸收温度过高时会降低胺液的H2S吸收效果,吸收压力过高会造成脱硫成本的增加,筛选出最优吸收温度50℃,吸收压力5MPa,解吸油浴温度125℃。在优选出的实验工艺参数条件下进行不同添加剂对MDEA胺液脱除H2S性能影响研究,考察不同配比的MDEA+DETA混合胺液和MDEA+MEA混合胺液脱除天然气中H2S吸收及解吸性能。通过分析不同配比胺液的吸收负荷、吸收速率及解吸率等指标得出,MDEA单一胺液中添加二乙烯三胺(DETA)、一乙醇胺(MEA)胺液均可提升其H2S吸收性能但并不利于胺液H2S解吸性能的提升。性能较优配方为2.4mol/L MDEA+0.6mol/L MEA、2.4mol/L MDEA+0.6mol/L DETA混合胺液。
    半纤维素六碳糖转化为5-羟甲基糠醛的动力学
    陈景平, 孙武星, 林海周, 茹斌, 赵源, 王树荣
    化工进展. 2016, 35(12):  3872-3878.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2016.12.020
    摘要 ( 418 )   PDF (809KB) ( 486 )  
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    选取甘露糖和半乳糖两种典型半纤维素六碳糖作为模化物,考察其在水相中较宽温度(100~200℃)和时间(10~240min)范围内的降解行为。实验结果表明,较高的反应温度能提高六碳糖的转化率和5-羟甲基糠醛(HMF)的产率;在200℃时甘露糖和半乳糖生成的HMF最高产率分别为26.82%和22.86%,乙酰丙酸(LA)的产率低于3%;半乳糖因容易异构化生成塔格糖而非果糖,导致其HMF产率较低。采用六碳糖平行生成HMF和Humin,随后HMF平行生成的LA和Humin的反应模型对六碳糖降解动力学进行分析,揭示了六碳糖的类型对HMF和Humin生成机制的影响。此外,针对六碳糖生成的Humin的Van Krevelen图和FTIR谱图进行分析进一步发现,Humin是通过脱水聚合生成的呋喃环基聚合物,同时其结构特征与单糖类型紧密相关。
    基于PY-GC/MS的生物质组分间相互作用的热解实验
    朱玲莉, 仲兆平, 王佳, 王恒, 顾佳雯
    化工进展. 2016, 35(12):  3879-3884.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2016.12.021
    摘要 ( 376 )   PDF (502KB) ( 709 )  
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    为研究生物质三组分间热裂解过程中的相互作用,利用热裂解-气相色谱/质谱联用仪(PY-GC/MS)联用的方法,对纤维素、木聚糖(半纤维素的模化物)和木质素进行单独热裂解及两两组分混合热裂解实验。单组分实验结果表明,在热解温度600℃、热解时间10s条件下纤维素的热解产物主要以左旋葡聚糖为主,木聚糖以乙酸和糠醛为主,而木质素主要以酚类物质为主。组分混合热裂解实验结果表明,纤维素促进了木聚糖热裂解生成更多的乙酸和糠醛,而木聚糖和木质素对纤维素热解生成左旋葡聚糖具有强烈的抑制作用;纤维素和木聚糖的存在大大促进了木质素热裂解生成酚类物质,而木质素抑制了木聚糖热裂解生成乙酸和糠醛。此外,研究还发现混合组分热解的相互作用受到热解温度和停留时间的影响。
    印尼油砂沥青的净化工艺
    罗宽勇, 韩冬云, 李福起, 石薇薇, 庞海全, 曹祖宾
    化工进展. 2016, 35(12):  3885-3890.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2016.12.022
    摘要 ( 320 )   PDF (767KB) ( 583 )  
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    溶剂萃取法分离油砂制得油砂沥青中含大量机械杂质,影响沥青的品质及后期加工利用。通过XRD和激光粒度仪表征了机械杂质的矿物组成和粒度分布等特性。针对机械杂质的特性,开发了复配试剂,通过稀释剂降黏沥青、复配试剂净化沥青、稀释剂回收再生及循环利用3个操作单元对油砂沥青进行了脱杂净化实验,并分析了净化机理。结果表明:降黏过程,温度70℃、时间10min、稀释剂与沥青比0.3g/g,稀释沥青70℃黏度为3.2Pa·s;净化过程,6%盐酸与稀释沥青比0.2mL/g、CaCl2与稀释沥青比0.01g/g,温度70℃,混合时间10min,沉降时间20min,机械杂质脱除率可达到93.5%;回收及循环过程,稀释剂回收率为98%,循环使用5次,机械杂质脱除率仍92%以上。该工艺具有沉降时间短、机械杂质脱除彻底的优点。
    工业催化
    新型超支化镍系催化剂的合成及对乙烯齐聚的催化性能
    王俊, 张娜, 王嘉明, 李翠勤, 施伟光, 林治宇
    化工进展. 2016, 35(12):  3891-3897.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2016.12.023
    摘要 ( 355 )   PDF (620KB) ( 252 )  
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    以直链十二胺为核的0.5代超支化大分子(R12-0.5G)和丁二胺为原料,合成出一种新型的1.0代超支化大分子(R12-1.0G)。然后以R12-1.0G、水杨醛和NiCl2·6H2O为原料,依次经过希夫碱反应和络合反应合成了一种新型的超支化水杨醛亚胺镍系催化剂。FTIR、1H NMR、UV和MS证实合成产物的结构与理论结构相符。在合成的基础上,并对该催化剂催化乙烯齐聚的性能进行了研究。考察了溶剂种类、反应温度、反应压力、Al/Ni比等条件对该催化剂催化乙烯齐聚性能的影响。结果表明,该催化剂具有良好催化乙烯齐聚的性能,当以甲苯为溶剂,在甲基铝氧烷(MAO)活化下,随着反应压力和Al/Ni比增加,催化活性增加;而催化活性随着反应温度的增加先升高后下降;在反应温度为25℃、反应压力为0.5MPa、Al/Ni比为1500时,该催化剂的活性可达5.03×105g/(molNi·h),聚合产物主要是C6以下的低碳烯烃,含量高达89%以上。相同条件下,其催化乙烯齐聚的活性低于与其具有类似结构的“扫帚型”镍系催化剂。
    Fe改性Cu-SSZ-13的方法对催化剂NH3-SCR脱硝性能的影响
    赵文雅, 李永红, 刘小娇, 张冉冉
    化工进展. 2016, 35(12):  3898-3906.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2016.12.024
    摘要 ( 378 )   PDF (870KB) ( 630 )  
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    为了解决柴油车尾气中的NOx污染环境的问题,分别用离子交换法(IE)、湿浸渍法(IWI)和固态离子交换法(SSIE)制备了3种Fe/Cu-SSZ-13分子筛催化剂,考察了其对NH3选择性催化还原NO(NH3-SCR)的催化性能,并运用XRD、BET、FTIR、UV-Vis DRS,H2-TPR等方法对催化剂进行了表征。结果表明,经Fe改性Cu-SSZ-13后,催化剂有很好的抗高空速性能、较宽的温度窗口、很好的水热稳定性和更好的高温还原能力。制备方法对Fe/Cu-SSZ-13的脱硝活性影响不同,在150~400℃温度范围时,3种催化剂的SCR活性顺序为:Fe(5.5%)-IE >Fe(5.4%)-SSIE >Fe(5.5%)-IWI;然而高于400℃时,SCR活性顺序为:Fe(5.5%)-IE >Fe(5.5%)-IWI >Fe(5.4%)-SSIE。表征结果显示,3种方法制备的催化剂进行比较,离子交换法制备的Fe含量为5.5%的催化剂表现出最好的水热稳定性、最大的比表面积以及最好的催化活性,其在175~500℃内NO的转化率达到90%以上,因此Fe(5.5%)-IE是首选的NH3-SCR催化剂。
    BF3催化1-癸烯制备聚α-烯烃合成润滑油基础油
    王斯晗, 曹媛媛, 刘通, 孙恩浩, 高晗, 王鉴
    化工进展. 2016, 35(12):  3907-3912.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2016.12.025
    摘要 ( 474 )   PDF (495KB) ( 542 )  
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    低黏度聚α-烯烃(PAO)合成技术主要为国外所垄断,国内少有研究报道。为了解决这一技术问题,本文以1-癸烯为原料,在1L高压反应釜中进行聚合实验,考察反应压力、反应温度、引发剂、反应时间对转化率及聚合产物组成分布的影响,并以优化后的工艺条件在200L低黏度PAO中试试验装置上进行中试放大试验。结果表明,在反应压力为0.2MPa、反应温度为20℃、催化剂加入量为850g、引发剂加入量685mL(与1-癸烯质量比为0.5%)、反应时间2h的条件下,转化率大于95%,产品关键组分三聚体和四聚体含量大于80%,反应放热量约为6.3×104kJ。以此条件获得的产品100℃运动黏度4.3mm2/s,黏度指数132,-40℃低温动力黏度2318 mm2/s,倾点-60℃,与国外产品主要性能指标相当。
    一锅水热-浸渍法制备Pd-Fe/SiO2催化剂及其蒽醌加氢性能增强
    卓俊琳, 蔡卫权, 罗晓雷
    化工进展. 2016, 35(12):  3913-3918.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2016.12.026
    摘要 ( 354 )   PDF (550KB) ( 732 )  
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    以正硅酸乙酯为硅源,Pluronic三嵌段共聚物P123或四丙基氢氧化铵(TPAOH)为结构调节剂,采用一锅温和水热法成功地合成了Fe-修饰的SiO2;并以其为载体,采用等体积浸渍法制备了负载型0.3% Pd-3% Fe/SiO2催化剂。采用XRD、N2吸附-脱附、CO脉冲吸附法、微型浆态床反应器和高效液相色谱对产物的物相结构、织构性质和2-乙基蒽醌加氢性能进行了表征和测试。结果表明,该催化剂具有较规整的孔道、较窄的孔径分布和适中的比表面积;在蒽醌加氢反应中,该催化剂的氢化效率可达13.1g/L、选择性可达66.1%,并且反应4h时的氢化效率仍高达11g/L。相比之下,典型的工业Pd-催化剂反应1.5h后便因副反应过多而无法进行,且氢化效率仅有5.4g/L,选择性仅有26.2%。研究还发现,以P123为结构调节剂时,掺杂Fe可以提高催化剂的选择性;而以TPAOH为结构调节剂时,掺杂Fe可以同时显著地改善催化剂的活性和选择性。
    载体结构对锡铁负载型催化剂脱硝性能的影响
    陈凯歌, 肖峰, 蒋晓萍, 许琦
    化工进展. 2016, 35(12):  3919-3927.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2016.12.027
    摘要 ( 330 )   PDF (3489KB) ( 326 )  
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    利用凹凸棒土(ATP)、活性炭(AC)、介孔硅(MCM-41)、二氧化钛(TiO2)这4种孔结构不同的载体,通过水热法制备了以Fe2O3为催化剂主活性组分、SnO2为辅活性组分的锡铁负载型催化剂。催化剂的微观结构通过BET和SEM测试,并在催化剂评价装置中模拟烟气组成,考察锡铁负载型催化剂在反应温度为80~280℃、脱硝空速为32000~48000h-1范围内的选择性催化还原(SCR)性能。同时考察了SO2与H2O对1/2SnFe/ATP催化剂的影响。实验表明,载体可能为催化剂提供大量Brønsted酸性位点,有利于反应气体吸附。1/2SnFe/ATP催化剂表现出最佳的SCR脱硝性能,在200℃时实现最高96.4%的NO转化率,而且由其抗硫性及其抗水性实验表明:SO2单独作用于催化剂时,脱硝效率降低迟缓,切断二氧化硫后仍能恢复到85%以上。同时加入水和二氧化硫后,将会导致脱硝效率急剧下降。停止加入后,催化剂效率又开始慢慢恢复,效率可以恢复达到70%以上。
    阵列型TiO2纳米管光催化降解VOCs性能
    谷笛, 朱凌岳, 吴红军, 王宝辉
    化工进展. 2016, 35(12):  3928-3933.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2016.12.028
    摘要 ( 342 )   PDF (1382KB) ( 375 )  
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    通过二次阳极氧化电化学方法制备纳米孔/纳米管复合结构的阵列型TiO2纳米管(2-step TiO2 NTs),实验证明这种结构的TiO2 NTs对大气中的挥发性有机化合物(volatile organic compounds,VOCs)有着十分优异的降解效果。本文通过气态甲醇的光催化降解来评估比较一次氧化生成的TiO2纳米管(1-step TiO2 NTs)和2-step TiO2 NTs的催化效果。实验结果表明,二次阳极氧化电化学方法所生成的TiO2 NTs的纳米结构对光致电荷的产生有着十分重要的推动作用。之所以2-step TiO2 NTs的纳米孔/纳米管复合结构能够显著提高VOCs的降解效率,是由于这种特殊的结构能够更加有利于电子的传递,同时能够有效地抑制光生电子和空穴的复合。最后,通过实验数据阐述了2-step TiO2 NTs光催化活性的增强机理,这种新结构显示出更小的带隙、更高效的光生电子/空穴分离效率和VOCs降解性能。
    MoO2/g-C3N4催化剂的制备及其氧化脱除模拟油中的硫化物
    邢鹏飞, 李秀萍, 贾宝军, 赵荣祥
    化工进展. 2016, 35(12):  3934-3941.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2016.12.029
    摘要 ( 416 )   PDF (1660KB) ( 423 )  
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    采用高温煅烧MoO2和g-C3N4混合物制备了不同MoO2含量的MoO2/g-C3N4催化剂。采用X射线粉末衍射(XRD)、傅里叶红外光谱(FTIR)、扫描电镜(SEM)和N2吸附脱附对催化剂的结构和性能进行了表征。以MoO2/g-C3N4作为催化剂,H2O2为氧化剂,离子液体为萃取剂研究了反应体系的氧化脱硫性能。这项研究中考察了不同煅烧温度下制得的催化剂、负载量、氧化剂使用量、催化剂加入量、反应温度、萃取剂使用量、反应时间、硫化物类型等不同反应参数对脱硫率的影响。结果表明,在H2O2的使用量为0.2mL,MoO2/g-C3N4加入量为0.03g,1-乙基-3-甲基咪唑硫酸乙酯离子液体1.0mL,反应温度为70℃,反应时间60min的最佳工艺条件下,24%-MoO2/g-C3N4催化剂脱硫率可以达到94.8%,催化剂循环使用5次后活性没有明显下降。此外,研究了MoO2/g-C3N4在离子液体中的催化氧化反应机理。
    材料科学与技术
    结构可控含氟共聚物的合成及其应用研究新进展
    吕弛, 崔崑, 岳春波, 李树材, 马志
    化工进展. 2016, 35(12):  3942-3953.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2016.12.030
    摘要 ( 452 )   PDF (2735KB) ( 954 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    近年来,含氟聚合物以其优异的耐热性、耐氧化性、耐候性、耐腐蚀性以及低介电常数、低表面能等特点,在疏水材料、抗污材料、表面活性剂、造影剂等领域具有广泛的应用前景,受到研究者的密切关注,各种拓扑结构的含氟共聚物被设计合成出来并在相关领域得到应用。本文首先简要介绍了含氟聚合物的性质和研究现状,然后详细叙述了可逆加成-断裂链转移聚合(RAFT)、原子转移自由基聚合(ATRP)、碘转移自由基聚合(ITP)、单电子转移活性聚合(SET-LRP)、氮氧稳定自由基聚合(NMP)以及活性阴离子聚合(LAP)等聚合方法在结构可控含氟共聚物合成中的研究新进展,并对其聚合机理、优缺点以及所得共聚物的性质和应用进行了总结,最后对结构可控含氟共聚物的设计、合成及实际应用前景进行了展望,提出发展绿色环保功能性含氟聚合物将是未来的主要研究热点。
    氯化钙助剂分解钾长石制备氯化钾研究评述
    陈建, 马鸿文, 张盼, 刘梅堂
    化工进展. 2016, 35(12):  3954-3963.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2016.12.031
    摘要 ( 436 )   PDF (443KB) ( 793 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    概述了国内外以CaCl2为助剂分解钾长石制备氯化钾的研究历史及现状。以四川宝兴钾长石资源为例,从工艺过程的反应原理、资源消耗、能量消耗、环境相容性和产品方案等方面,对比分析了CaCl2高温活化钾长石矿化CO2联产氯化钾工艺(高温固碳法)与水热碱法分解钾长石制取硫酸钾工艺(水热碱法)。结果表明,两种工艺分解钾长石在原理上均可行,但高温固碳法的资源消耗、能量消耗和CO2排放量分别为水热碱法的1.59倍、2.45倍和4.10倍;高温固碳法除产品氯化钾外,需排放大量含氯化氢气体的有毒尾气及固碳尾渣,而水热碱法的副产品均为高附加值产品,三废排放接近于零。高温固碳法的固碳效率低,所固化CO2仅相当于因固碳而消耗能量所排放CO2总量的11.9%。因此,高温固碳技术距实际工程应用尚十分遥远。
    磁性分子印迹聚合物的制备与应用研究
    张曦雯, 李兆周, 李道敏, 陈秀金, 高红丽, 李智丽, 曹力, 王耀, 侯玉泽, 李松彪, 吕璞
    化工进展. 2016, 35(12):  3964-3969.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2016.12.032
    摘要 ( 462 )   PDF (546KB) ( 577 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    磁性分子印迹聚合物是在磁性微粒表面利用分子印迹技术合成具有超顺磁性、高选择性、高吸附性和特异性识别的聚合物。能在外加磁场作用下实现快速分离和定向移动,是一种新型高分子材料。本文主要介绍了物理法、化学法和模板法3种磁性微粒的制备方法,以及利用分子印迹技术制备磁性分子印迹聚合物,并探讨了悬浮聚合、乳液聚合和沉淀聚合3种聚合方法的研究进展,总结了磁性分子印迹聚合物在农药残留、兽药残留、重金属残留和生物医学方面的应用。分析表明磁性分子印迹聚合物在生物医学领域,尤其是抗菌治疗方面有良好的发展前景。
    Cu-BTC/乙基纤维素混合基质膜的快速制备及气体分离性能
    李皓, 杜乃旭, 杨凯, 代岩, 贺高红
    化工进展. 2016, 35(12):  3970-3975.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2016.12.033
    摘要 ( 349 )   PDF (1450KB) ( 398 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    金属有机骨架Cu-BTC广泛用于气体分离混合基质膜的制备。为了避免混合基质膜传统制备方法周期较长的缺点,本实验将Cu-BTC前体分别与乙基纤维素(EC)溶液混合后进行反应,实现了Cu-BTC在EC溶液中的快速合成。并利用这一特性制备了Cu-BTC/EC膜。利用扫描电子显微镜、X射线晶体衍射、红外吸收光谱对产品表征,确定了Cu-BTC在膜中的分布情况。实验发现EC浓度的提高对Cu-BTC前体的反应有明显的促进作用。通过Cu-BTC/EC膜的热性能和力学性能测试,发现Cu-BTC和EC的界面强度随Cu-BTC含量的提高先增加后降低。在Cu-BTC质量分数为26%时,膜的CO2渗透系数为112.3barrer,相对于纯EC膜(66.3barrer)提高了69%,且CO2/CH4和CO2/N2选择性几乎没有下降。最后考察了测试压力对气体渗透系数的影响,结果表明Cu-BTC/EC膜相对于纯EC膜具有更好的耐CO2溶胀能力。
    氨基丙二醇功能化硼螯合树脂的制备及其硼酸吸附性能
    陈少锋, 邢华斌, 杨启炜, 张治国, 苏宝根, 杨亦文, 任其龙, 鲍宗必
    化工进展. 2016, 35(12):  3976-3984.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2016.12.034
    摘要 ( 418 )   PDF (688KB) ( 247 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    分别用3-氨基-1,2-丙二醇(3-APD)和2-氨基-1,3-丙二醇(2-APD)对多孔氯甲基聚苯乙烯树脂(CMPS)进行修饰,制备得到含邻、间位二羟基官能团的硼螯合树脂:PS-3-APD和PS-2-APD。用傅里叶红外光谱仪(FTIR)、元素分析仪(EA)、压汞仪(MIP)和激光粒度仪(LPS)对材料进行表征,确认功能单体成功接枝于氯球上。对两种树脂进行了静态提硼性能研究,分别考察了原料液pH、初始硼酸浓度、外来金属离子对硼酸吸附量的影响,当溶液pH为9.15~9.20时,两种树脂对硼酸吸附量最大;溶液中Na+、Mg2+、Ca2+的存在会一定程度削弱树脂对硼酸吸附性能。吸附动力学表明其吸附速率较快,且均满足准二级动力学模型。与Freundlich相比,吸附等温线更符合Langmuir模型,拟合得到的理论最大吸附量分别为0.730mmol/g和0.868mmol/g。本文对未来新型硼螯合树脂的开发及工业化应用提供参考和指导。
    生物与医药化工
    间变性淋巴瘤激酶抑制剂的研究进展
    陈雅琳, 李巍, 汪天洋, 周雪琴, 刘东志
    化工进展. 2016, 35(12):  3985-3990.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2016.12.035
    摘要 ( 335 )   PDF (398KB) ( 396 )  
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    研究发现非小细胞肺癌的形成与多种致癌突变密切相关,其中间变性淋巴瘤激酶重排备受关注,针对棘皮动物微管相关蛋白质4-间变性淋巴瘤激酶融合基因的抑制剂克唑替尼对于治疗晚期ALK阳性非小细胞肺癌患者是有效的,2011年获得美国食品药品监督管理局批准上市,但出现了耐药性,第二代间变性淋巴瘤激酶抑制剂的出现,克服了耐药机制,并显示出治疗非小细胞肺癌患者的活性。本论文按化学结构的不同介绍了克唑替尼、Ceritinib、Alectinib、Brigatinib、RXDX-101、PF-06463922、ASP3026、X-396、CEP-37440等间变性淋巴瘤激酶抑制剂及临床研究等,为非小细胞肺癌的靶向治疗药物的开发提供了参考。
    电化学免疫传感器在肿瘤标志物检测中的应用
    张浩春, 吕佳, 张冰, 高文超, 李兴, 常宏宏, 魏文珑
    化工进展. 2016, 35(12):  3991-4000.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2016.12.036
    摘要 ( 429 )   PDF (2229KB) ( 735 )  
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    肿瘤是严重威胁人类健康的疾病之一,降低恶性肿瘤死亡率的主要途径是早期诊断和治疗,肿瘤标志物在肿瘤早期诊断中具有重要的临床应用价值。随着纳米技术的迅猛发展,基于纳米材料构建的电化学传感器可实现对肿瘤标志物的检测,且具有检测灵敏度高、选择性好等优点。本文重点综述了碳纳米材料、贵金属纳米材料、氧化物纳米材料、量子点纳米材料等新型纳米材料电化学免疫传感器的构建原理及其在甲胎蛋白、前列腺抗原、癌胚抗原等肿瘤标志物检测中的应用,分析总结了基于不同纳米材料构建的电化学传感器在各种肿瘤标志物检测中的优缺点,并展望了电化学传感器的发展趋势,提出未来电化学免疫传感器应以微型化、高通量化和商业化为研究重点,并实现对肿瘤标志物的快速、在线、实时检测。
    精细化工
    松香基功能性单体的合成及应用
    陈莉晶, 曹晓琴, 徐徐
    化工进展. 2016, 35(12):  4001-4006.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2016.12.037
    摘要 ( 402 )   PDF (390KB) ( 532 )  
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    松香是我国重要的林业生物质资源,主要成分为松香树脂酸。由于松香分子结构中含有双键和羧基,可经多种反应途径合成功能性单体制备高分子材料,广泛应用在涂料、胶黏剂、航空航天等领域中。由于松香价格低廉、力学性能与热性能优越,同时具有环境友好、可再生等优点,在高分子领域引起了广泛的关注。论文分别对丙烯酸酯类、乙烯基酯类及烯丙基类的改性松香功能性单体的合成进行了综述,重点论述了在聚氨酯树脂、环氧树脂、酚醛树脂、有机硅树脂和不饱和聚酯等领域的应用。针对松香基功能性单体的深度研究,探讨了一系列由松香基衍生物参与的新型材料的应用,为新型表面活性剂、交联剂、形状记忆类材料等领域的发展提供了新的视角。最后,论文对未来松香基高分子材料合成研究的方向进行了展望。
    基于植物提取液活性成分分析的水合物阻聚剂研制
    王晓琴, 秦慧博, 马庆兰, 孙长宇, 刘大锰, 陈光进
    化工进展. 2016, 35(12):  4007-4013.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2016.12.038
    摘要 ( 388 )   PDF (572KB) ( 333 )  
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    针对深海三相混输中极易发生水合物堵塞及现有阻聚剂配方研制存在一定盲目性的问题,通过对有水合物防聚作用的一种植物提取液进行初步分析评价,确定其活性部位,借助傅里叶红外(FTIR)和气相色谱-质谱联用技术(GC-MS)对该活性部位进行官能团分析及物质鉴定,以分析出的物质复配高效、环保的水合物阻聚剂。在高压全透明蓝宝石反应釜中进行水合物防聚评价实验,发现此植物提取液的活性部位主要分布在它的乙酸乙酯相段中。而从该部位鉴定出的物质大多为增塑剂、乳化剂、稳定剂及表面活性剂制备原料之类的物质。通过购买相应市售标准品进行实验发现,各物质均具有部分水合物防聚效果,而它们的混合物水合物防聚效果更佳,可以直接作为一种有效、低廉、环保的水合物复配阻聚剂使用。
    二聚酸二丁氧基乙酯的合成与增塑性能
    谢冰雪, 谈继淮, 胡兵, 李道煜, 梅书琴, 朱新宝
    化工进展. 2016, 35(12):  4014-4019.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2016.12.039
    摘要 ( 334 )   PDF (601KB) ( 219 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    以二聚酸和乙二醇丁醚为原料,在催化剂钛酸四丁酯催化作用下,采用直接酯化法工艺合成了二聚酸二丁氧基乙酯。考察了原料配比、催化剂用量、带水剂用量、反应时间等因素对酯化反应的影响。结果表明:当乙二醇丁醚和二聚酸摩尔比为2.5∶1,钛酸四丁酯用量为二聚酸质量的1.0%,带水剂环己烷用量为二聚酸质量的17.5%,反应时间5h时,酯化率可达99.6%。建立了酯化反应表观动力学模型,反应速率方程为:r=9.2×105e-49.1/RTcA。通过FTIR和1H NMR对产物结构进行表征,并将二聚酸二丁氧基乙酯和DOP分别加入到PVC树脂中,通过溶剂铸膜法制成PVC塑料试片,对比其性能,二聚酸二丁氧基乙酯有良好的耐油、耐水抽出及热稳定性,可作为DOP的升级产品使用。
    资源与环境化工
    污水微生物脱氮过程中N2O产生机理及影响因素研究进展
    陈虎, 王莹, 吕永康
    化工进展. 2016, 35(12):  4020-4025.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2016.12.040
    摘要 ( 428 )   PDF (360KB) ( 658 )  
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    产生于生物脱氮过程的N2O是一种强效的温室气体并会导致臭氧层破坏。本文综述了污水脱氮过程中N2O的产生机理及影响因素。羟胺氧化和AOB反硝化是硝化过程产生N2O两种主要路径,诸如溶解氧、氨氮和亚硝酸盐等因素主要通过影响微生物的活动或酶的活性而间接影响硝化过程中N2O的产生。反硝化过程是N2O的另一重要产生来源,其N2O生成量的多少与N2O酶有直接关系,而溶解氧、有机碳源和亚硝酸盐等因素会影响反硝化过程中N2O酶的活性。目前新型脱氮工艺也成为N2O的潜在来源,但其N2O产生机理还有待深入研究。尽管N2O释放与周围环境变化密切相关,但本质原因还是由于微生物的作用及酶活性受到影响所致。文章最后指出污水生物脱氮过程中N2O产量控制与减量化策略是今后研究的主要方向,并给出了几点建议。
    废旧锂离子电池回收处理技术与资源化再生技术进展
    张笑笑, 王鸯鸯, 刘媛, 吴锋, 李丽, 陈人杰
    化工进展. 2016, 35(12):  4026-4032.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2016.12.041
    摘要 ( 745 )   PDF (1886KB) ( 2484 )  
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    近年来,随着消费电子商品、电动车和大规模储能市场的快速发展,作为目前占据最多市场份额的锂离子电池的产量也随之快速增长,随之产生的废旧锂离子电池的数量和重量呈现出了井喷式的上涨。从其巨大的数量、环境保护和资源再生的角度来看,废旧锂离子电池都具有很高的回收价值和潜力。本文主要从实验室研究和工业应用两个角度总结了目前主要的回收处理方法和流程,重点介绍了利用废旧锂离子电池电极材料重新再生和合成新的电极材料的研究进展。目前废旧锂离子电池回收处理存在的问题主要是:电极材料的复杂多样性导致分离提纯过程困难,回收过程易产生二次污染以及回收的经济激励不足。未来的发展趋势在于结合绿色环保和低成本经济,研究高效的回收处理工艺流程。
    生物电化学系统中电活性生物膜催化污染物降解的研究进展
    王有昭, 潘元, 吴宗庭, 周爱娟, 朱彤
    化工进展. 2016, 35(12):  4033-4041.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2016.12.042
    摘要 ( 433 )   PDF (1569KB) ( 464 )  
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    近年来,以电活性生物膜为基础构建而成的生物电化学系统成为环境领域的研究热点之一,其功能主要包括废水的处理和能源回收等。本文根据电活性生物膜在阳极与阴极功能的不同,介绍了阳极电活性生物膜以直接或间接方式为主的电子传递机制,其具备从多种污染物中回收电子的能力;阴极电活性生物膜具备高度的多样性和特异性,可以催化难降解污染物的还原降解。与此同时,本文也分析了电活性生物膜在现阶段研究的不足之处,包括较低的阳极产电功率密度以及阴极还未清晰的电子传递机制等问题。本文的分析表明,根据实际废水成分的不同,需要控制电活性生物膜群落的结构,实现不同功能微生物在电活性生物膜的协作,并通过对实际废水进行预处理,或者对电极材料进行优化来辅助电活性生物膜的催化过程,有助于达到高效去除废水中污染物的目的。
    冶炼废渣中铟回收技术进展
    饶兵, 戴惠新, 高利坤
    化工进展. 2016, 35(12):  4042-4052.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2016.12.043
    摘要 ( 372 )   PDF (543KB) ( 718 )  
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    铟是一种重要的多用途战略金属,具有较高的工业应用价值,无独立可供开采的矿床,常伴生于铅锌等硫化矿中,主金属冶炼时富集于各类冶炼废渣中,使铟的回收存在工艺复杂、回收率低的问题。本文从铟精矿的制备开始,较为全面地综述了处理含铟冶炼废渣常用的冶金工艺及技术,重点分析总结了冶炼废渣铟浸出技术进展。根据处理手段的不同,渣中铟的回收技术分为直接酸浸法和预处理后浸出法等,其中直接酸浸包括常规酸浸法、热酸浸出法和氧化酸浸法,预处理浸出又可分为酸法预处理和碱法预处理两大类;而强化浸铟的最新研究及方法以物理法为主。传统的常规酸浸易于工业化,但铟回收率低,原料适应性差。热酸浸出环保问题严重。氧化酸浸和预处理后浸出,通过氧化或多种预处理强化浸铟,优势明显。新的实验室研究集中于酸浸协同多种物理强化浸铟效应,取得了较大进展。因此,未来需着力于研究酸浸联合多种强化方法,探索低成本、高效、环保的铟回收工艺。
    液相射流吸收耦合气相旋流分离烟气脱硫
    周先桃, 王依谋, 马良, 刘安林, 何梦雅
    化工进展. 2016, 35(12):  4053-4059.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2016.12.044
    摘要 ( 401 )   PDF (514KB) ( 354 )  
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    在传统的除雾型旋风分离器基础上进行改进,使其同时具备液相射流、气液吸收反应以及气液分离功能,并将这一新型旋风分离器用于烟气脱硫实验。实验中气相为含SO2烟气,液相为NaOH或Na2CO3碱液吸收剂,通过调节吸收剂浓度、烟气含硫浓度、烟气喷射速度、吸收剂喷射速度、吸收剂固含率等参数得到其相应脱硫率的变化。实验研究表明:脱硫率随吸收剂浓度的增加先增加,达到一定浓度后脱硫率几乎不变;脱硫率随SO2进口浓度的升高而下降;随进口气速的增大,脱硫率也一定程度增大;随液体喷射速度的增加脱硫率先增大,增大到一定程度后脱硫率趋于不变;NaOH作为吸收剂所得最佳脱硫率可达85%,Na2CO3作为吸收剂,最佳脱硫率可达77%;当其他参数一定时,加入一定量的CaCO3固体微粒,可以提高脱硫效率1%~2%。该液相射流吸收耦合气相旋流分离装置不仅脱硫效率高,而且脱硫剂损失少,投资成本与运行维护费用均低于相同处理量的烟气脱硫塔,具有良好的应用前景。
    典型现代煤化工过程的二氧化碳排放比较
    张媛媛, 王永刚, 田亚峻
    化工进展. 2016, 35(12):  4060-4064.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2016.12.045
    摘要 ( 370 )   PDF (369KB) ( 1043 )  
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    基于低碳经济发展的要求,对几种典型煤化工过程中的CO2排放情况进行了分析,提出科学比较现代煤化工过程的CO2排放量。对于煤制烯烃、煤制乙二醇等煤基化学品而言,使用单位热值CO2排放量作为评价指标并不合适。基于煤基燃料产品和化学品的不同特点,结合我国碳排放强度的控制目标,本文探索采用单位产值CO2排放量和单位工业增加值CO2排放量作为补充指标,用以比较研究不同现代煤化工过程的低碳水平和碳排放强度。研究结果表明,用不同的指标来衡量比较现代煤化工过程的CO2排放量,得到的结果不同。煤制甲醇、煤制二甲醚的吨产品CO2排放量虽然较低,分别为3.85t和5.0t,但单位热值CO2排放量较高,分别为0.159t/GJ和0.160t/GJ。在80美元/bbl和40美元/bbl的原油价格体系下,煤制天然气和煤制甲醇的单位产值和单位工业增加值CO2排放量均高于其他现代煤化工产品。
    烟气组分对汞吸附影响的程序升温脱附
    陈明明, 段钰锋, 周强, 柳帅, 丁卫科, 刘猛
    化工进展. 2016, 35(12):  4065-4071.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2016.12.046
    摘要 ( 315 )   PDF (499KB) ( 719 )  
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    目前燃煤烟气活性炭脱汞技术已经很成熟,但机理方面的相关研究甚少或不全面,为了探讨汞与活性炭在燃煤烟气中的反应路径,本文在固定床上对商业活性炭(FAC)和1% NH4Br改性活性炭(NBAC)进行了汞吸附实验,分别考察了O2、SO2、CO2、NO及其混合烟气组分对吸附剂汞吸附的影响,然后利用程序升温脱附(temperature programmed desorption,TPD)技术分析了烟气组分对汞吸附的影响机理。固定床测试结果表明溴化铵改性可显著增加活性炭汞吸附性能,O2、CO2及NO可促进NBAC对汞的吸附,其中NO最好,而SO2抑制NBAC对汞的吸附。TPD结果表明,溴素改性促进NBAC表面负载的溴与Hg0结合生成HgBr2,O2存在促进了Hg0的氧化生成HgO,NO存在显著增加了Hg2(NO32的生成。SO2与Hg0对活性炭表面的官能团存在竞争吸附的关系,生成C-S,与Hg0反应生成HgS。CO2对NBAC吸附Hg0的反应机理影响不大。
    木质素对蔗渣酶水解的影响
    肖芳, 覃益民, 刘幽燕
    化工进展. 2016, 35(12):  4072-4075.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2016.12.047
    摘要 ( 333 )   PDF (3173KB) ( 527 )  
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    采用机械活化方法对蔗渣进行处理,研究在原料可及性变化时木质素对蔗渣酶解的影响,用牛血清蛋白(BSA)预先使原料中木质素吸附饱和的方法来测定木质素对酶的吸附情况、用X-射线衍射和扫描电镜来测定蔗渣结晶结构、表面形态来表征原料可及性,从而分析影响的可能机制。结果表明木质素对蔗渣酶水解的影响与蔗渣可及性有关,原料可及性越高,影响越小。当蔗渣可及性相对较低时,此时木质素影响蔗渣酶水解转化率的两种方式(木质素与纤维素、半纤维素组成的致密结构限制纤维素对酶的可及性及木质素对纤维素酶的无效吸附作用)同时存在。当原料的可及性增加到一定程度后(如机械活化2h的蔗渣),木质素对纤维素酶的吸附作用几乎消除,木质素对蔗渣酶水解的影响主要表现为对酶的可及性的限制。
    TiO2-HNTs催化剂协同介质阻挡放电等离子体降解亚甲基蓝废水
    余芳, 陈元涛, 张炜, 赫文芳, 王雲生, 刘晨
    化工进展. 2016, 35(12):  4076-4081.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2016.12.048
    摘要 ( 313 )   PDF (540KB) ( 402 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    为进一步提高介质阻挡放电等离子体(DBD)降解亚甲基蓝(MB)的效率,研究了采用介质阻挡放电等离子体和光催化剂协同技术。实验采用溶胶-凝胶法制备TiO2-HNTs复合光催化材料,并利用XRD、FTIR、TGA方法对催化剂进行表征分析。考察了该材料的光催化性能,以及它与介质阻挡放电的联合降解过程中操作因素的影响,并对反应进行动力学研究。研究结果表明,TiO2-HNTs复合光催化材料与介质阻挡放电产生协同作用,并能有效地提高MB的去除率,处理60min后,协同体系对MB的降解率为85.37%,MB的降解过程符合表观一级反应动力学方程。MB的去除率与MB的初始浓度,TiO2-HNTs的投加量、煅烧温度、放电功率和通气量有关。当MB的初始浓度为100mg/L、TiO2-HNTs的投加量为70mg/L、煅烧温度为300℃、放电功率为200W、通气量为200mL/min时,MB的去除效果较好。
    应用技术
    离子液体萃取精馏技术在甲醇-碳酸二甲酯分离中的应用
    李骏, 何文军, 漆志文, 宗弘元, 杨为民
    化工进展. 2016, 35(12):  4082-4087.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2016.12.049
    摘要 ( 390 )   PDF (481KB) ( 811 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    针对甲醇-碳酸二甲酯共沸物分离难题,采用萃取精馏技术并以离子液体3-辛基-1-甲基四氟硼酸盐([omim][BF4])为萃取剂进行流程设计和Aspen Plus模拟。根据气液相平衡数据回归了NRTL气液模型的二元交互参数,确保模拟结果准确。通过优化萃取剂用量、最佳回流比、进料位置和闪蒸塔的工艺条件等操作参数,实现了甲醇和碳酸二甲酯有效分离,并使产品质量分数达到99.5%以上。通过与草酸二甲酯作为萃取剂的工艺进行对比,发现[omim][BF4]工艺对分离设备要求更低、萃取剂用量更小,且分离能耗相当。经济分析结果则表明,[omim][BF4]工艺塔费用和填料费用分别为草酸二甲酯工艺的78%和37%,在设备投资上具有一定优势;但工艺能耗费用增加4%,萃取剂费用为草酸二甲酯费用的6.5倍,最终年总花费与草酸二甲酯工艺相当。因此,[omim][BF4]工艺用于甲醇-碳酸二甲酯萃取精馏具有一定的应用前景。
    褐煤锅炉冷端优化热力系统技术经济性比较
    马有福, 杨丽娟
    化工进展. 2016, 35(12):  4088-4095.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2016.12.050
    摘要 ( 315 )   PDF (628KB) ( 519 )  
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    对电站锅炉排烟余热进行回收,使一部分锅炉冷端烟气热能梯级利用于汽轮机回热系统,是燃煤电厂增效减排的重要途径。以某600MW超临界燃褐煤机组为例,对低温省煤器、送风分段预热和旁通烟道3种锅炉冷端优化热力系统进行了热经济性与技术经济性比较。结果表明,由上述3种系统回收锅炉排烟由148℃降温至90℃余热,机组供电标准煤耗率分别减小4.43g/(kW·h)、5.84g/(kW·h)和6.48g/(kW·h),项目投资分别为2562万元、2348万元和2261万元。以机组在THA工况下年运行5500h计,3种系统每年由节煤增加净收益994万元、1350万元和1514万元,动态投资回收期分别为3.13年、2.00年和1.71年。可见褐煤锅炉排烟余热回收可明显提高电厂效率。3种冷端优化热力系统中,旁通烟道系统展示出最优的热经济性和技术经济性,建议对其进一步研究和应用。
    科研动态
    煤直接转化制高品质液体燃料和化学品
    胡浩权
    化工进展. 2016, 35(12):  4096-4098. 
    摘要 ( 313 )   PDF (297KB) ( 611 )  
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    介绍了国家重点研发计划项目“低变质煤直接转化制高品质液体燃料和化学品的基础研究”的背景、研究现状以及研究任务与目标。研究工作可望在深入认识低变质煤中矿物特性和弱键合结构以及分子水平反应规律、直接转化过程反应途径、产物调控机制及定向催化转化原理;构建高品质和高产率油气的煤热解新反应器、煤加氢液化富产芳烃新工艺、高性能喷气燃料及化学品制备的高效催化剂以及新技术等方面取得突破,从而完善低变质煤直接转化制取高品质液体燃料及化学品的工艺技术体系。
    煤化工废水近零排放与资源化关键技术研究与应用示范
    姜忠义, 李玉平, 陈志强, 郝红勋, 刘建忠, 韩洪军
    化工进展. 2016, 35(12):  4099-4100. 
    摘要 ( 373 )   PDF (286KB) ( 1037 )  
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    介绍了国家重点研发计划项目“煤化工废水近零排放与资源化关键技术研究与应用示范”的研究背景、总体研究思路、主要研究内容、技术路线与创新点、预期成果等。建立起具“四高”(污染物去除率高、水回用率高、资源利用率高、工艺稳定性高)和“两低”(处理成本低、投资成本低)特点的煤转化废水处理、回用和资源化共性关键技术,构建出煤转化废水处理、回用和资源化全链条技术创新体系,形成煤转化废水长程处理与短程处理优化组合的新技术框架。
    低阶煤高值转化制备基础化工原料关键技术及应用
    任其龙
    化工进展. 2016, 35(12):  4101-4102. 
    摘要 ( 332 )   PDF (303KB) ( 360 )  
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    制备电石、乙炔等基础化工原料是实现低阶煤高值转化的重要技术途径,现有技术普遍存在高污染、高能耗、高成本等问题。本文介绍了国家重点研发计划项目(2016YFB0301800)拟通过揭示低阶煤在电场耦合反应体系极端条件下物质传递与转化的科学规律,深入认识反应过程调控、放大和能量回收原理,突破旋转弧等离子炬工程化技术、大电流氢等离子体电源与低电压启弧技术、长寿命电极设计及烧蚀补偿技术、低成本粉状原料成型及高温固体物料输送技术等关键技术,形成节能、高效、低成本的低阶煤生产乙炔和电石成套工艺,建成5000吨/年等离子体裂解煤制乙炔工业示范装置及80万吨/年低阶煤蓄热式电石生产工业装置。
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