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2017年 第36卷 第07期 刊出日期:2017-07-05
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本期封面、中英文目次表
化工进展. 2017, 36(07): 0-0.
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化工进展. 2017, 36(07): 0-0.
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特约评述
我国新能源汽车产业发展现状及思考
李振宇, 任文坡, 黄格省, 金羽豪, 师晓玉
化工进展. 2017, 36(07): 2337-2343. doi:
10.16085/j.issn.1000-6613.2016-2224
摘要
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作为当下的热点新兴产业,新能源汽车因其环境友好、技术密集,受到世界各国政府的大力支持,尤其是在中国,发展极为迅速。本文详细介绍了我国天然气汽车、电动汽车和燃料电池汽车的发展现状,着重分析了3种类型乘用车的综合成本、技术瓶颈、污染物排放、补贴、社会运营成本等发展要素,提出了我国新能源汽车产业发展的相关建议。新能源汽车产业要立足资源和地域特点因地制宜发展;改革电动汽车补贴方式、促其健康发展;同时要加快研究开发布局、抢占燃料电池技术制高点。
化工过程与装备
新型乙二醇合成工艺的产品精制与节能技术
艾硕, 郑明远, 庞纪峰, 王爱琴, 张涛
化工进展. 2017, 36(07): 2344-2352. doi:
10.16085/j.issn.1000-6613.2016-1854
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乙二醇是一种重要的化工原料,用于制造聚酯、炸药、防冻剂、增塑剂等。本文总结了草酸酯催化加氢法、生物质催化加氢转化法等新型乙二醇合成工艺,综述了新路线中乙二醇粗产品所含的杂质种类与含量,分析了煤基乙二醇和生物质基乙二醇生产技术的分离单元所面临的具体问题及技术瓶颈。对比和分析了萃取精馏、反应精馏、共沸精馏等方法在乙二醇精制中的优缺点及应用前景,概述了多效精馏、热泵技术、热耦合等节能技术及其在乙二醇产品精制中的应用。针对常规方法难以分离的1,2-丙二醇、1,2-丁二醇,提出了通过设计、合成具有特定结构和活性位的催化剂、利用化学反应将二者转化、分离的建议。建议未来乙二醇生产技术的发展方向应该是低水耗、高选择性的合成工艺和高效节能的精制技术。
火灾环境液化石油气卧罐稳定性与静态可靠性分析
贾梅生, 陈国华
化工进展. 2017, 36(07): 2353-2359. doi:
10.16085/j.issn.1000-6613.2016-1834
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沸腾液体扩展蒸汽云爆炸(BLEVE)是液化烃介质压力容器处于火灾环境而极易发生的一类多米诺效应灾难事故。本文针对液化石油气(LPG)卧罐,考虑LPG热力学性质与安全阀泄压过程,构建一个两节点集中温度参数模型,并与美国陆军弹道实验室(BRL)现场实验数据进行对比验证;基于热量平衡原理导出LPG卧罐的稳定状态,分析表明处于稳定状态的体系温度与安全阀动作可以直接影响BLEVE是否发生;在稳定性分析基础之上,应用一次可靠度法与响应面法,分析研究LPG卧罐的静态可靠性。稳定性与静态可靠性分析可以为多米诺效应定量风险评价以及火灾环境压力容器本质安全设计提供理论与方法支持。
热泵蒸汽系统准两级压缩联合过冷器循环的性能分析及优化
刘炳伸, 龚宇烈, 陆振能, 曲勇, 高一峰
化工进展. 2017, 36(07): 2360-2367. doi:
10.16085/j.issn.1000-6613.2016-2089
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为了克服高压比的运行工况对能效系数(COP)、排气温度等热泵系统循环、安全性能的影响,将准两级压缩联合过冷器的循环方式引入经典的热泵蒸汽系统,在低温热源水输入温度固定为65℃、冷凝温度变化区间为115~135℃的工况下,以R245fa为工质,对经典系统及改进系统进行理论循环性能对比,并以取得更高COP为目标对改进系统的补气参数(补气率
B
)和过冷器参数(热源水过冷率
A
)进行优化。结果表明:在所考察的冷凝温度区间内,采用准两级压缩联合过冷器的循环方式下的改进系统取得了更好的循环与安全性能,当B和A的典型值分别取为0.4和0.2时,改进系统COP较经典系统平均提高了13.5%,排气温度与压缩比平均降低了1.72℃与19.2%,采用优化过的补气率和过冷率参数后,改进系统的COP可平均提高32.36%。
褐煤脉冲式气流干燥传递过程研究
程茜, 于晓晨, 于才渊
化工进展. 2017, 36(07): 2368-2374. doi:
10.16085/j.issn.1000-6613.2016-1824
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褐煤干燥是褐煤固体热载体新法干馏工艺的重要组成部分。本文对脉冲式气流干燥器内基于气-固两相流的褐煤干燥动量、热量、质量传递过程进行了研究。依托高效成熟的气流干燥技术,以颗粒在气流中的受力情况为基础,建立了气流干燥过程中颗粒加速运动的热量传递模型和颗粒减速运动的动量及热量传递模型,并提出了新的脉冲式气流干燥器高度的设计及优化方法。通过将脉冲式气流干燥器的干燥模拟数据与相同高度的等径式气流干燥器的数据进行对比,验证了脉冲式气流干燥的高效性,并根据烟气温度、颗粒湿含量、体积传热系数等模拟参数沿干燥器高度的分布情况对其高效性的原因进行了详细分析,为脉冲式气流干燥装置工艺设计提供准确的数据依据和理论参考。
多层喷雾洗涤塔对粉尘颗粒的脱除特性
张立栋, 李晓博, 王擎, 秦宏, 崔达
化工进展. 2017, 36(07): 2375-2380. doi:
10.16085/j.issn.1000-6613.2016-2148
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通过搭建多层喷雾洗涤塔实验台,研究了液气体积比、塔内气体平均流速、粉尘浓度、喷雾压力等操作参数对除尘效率的影响规律。研究结果表明:洗涤塔内喷雾层数对除尘效率的影响最为显著,与传统的单层相比,除尘效率可以提高15%以上,并且入口粉尘浓度的变化对其除尘效率的影响较小。增大喷雾压力可以有效提升除尘效率,当喷雾压力为0.5~0.6MPa时除尘效率变化趋于稳定。在相同操作参数下,适当降低气体在塔内平均流速有利于提高洗涤塔的除尘效率,对于三层喷雾洗涤,最佳的气体塔内平均流速为0.6~0.8m/s。当喷雾压力为0.6MPa、塔内气体平均气速为0.6m/s、液气体积比为5.27的条件下,三层喷雾除尘的效率可以达到98.3%。
导向管喷动流化床内宽筛分硅颗粒流化特性的实验及模拟
张月梅, 黄国强, 苏国良
化工进展. 2017, 36(07): 2381-2392. doi:
10.16085/j.issn.1000-6613.2016-2181
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在内径为182mm的导向管喷动流化床中,以亚毫米级的宽筛分硅颗粒为物料,对喷动气旁路特性进行了实验研究,分别考察了静止床层高度、夹带区高度、导向管内径、喷动气速和流化气速对喷动气旁路分率的影响。结果表明喷动气的旁路分率随喷动气速的增加首先保持平稳,随后降低直至保持稳定值;当喷动气速较小时,旁路分率随静止床层高度的增加而增加,当喷动气速足够大时,静止床高的变化对旁路分率影响不大;此外,喷动气旁路分率随流化气速、导向管内径的增加而增大,但随着导向管安装高度的增加而减小。同时,采用基于颗粒动力学理论的双欧拉模型,通过Fluent建立了与冷态实验条件一致的导向管喷动流化床气固两相流的数理模型,经计算流体力学模拟考察了相关参数对模拟结果的影响。结果表明压降与实验值吻合,流态化外观也与实验结果一致。所建立的模型具有一定的准确性和可靠性,可以成为预测实验结果的有效途径。
改进BP神经网络预测Ni/Al
2
O
3
催化CH
4
-CO
2
重整反应
付柯, 谢良才, 闫雨瑗, 李波, 贺改, 徐龙, 马晓迅
化工进展. 2017, 36(07): 2393-2399. doi:
10.16085/j.issn.1000-6613.2016-2126
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CH
4
-CO
2
重整制合成气的反应可以实现CO
2
的减排和C
1
资源的高效利用。这一反应受反应温度、原料气比例、催化剂种类等诸多因素影响,如果考察每种因素影响,势必大大增加实验的工作量。人工神经网络以其超强容错性、并行处理、可学习和自适应等优点,在非线性预测方面具有明显的优势。本文基于Ni/Al
2
O
3
催化CH
4
-CO
2
重整反应过程,采用改进的BP神经网络建立了关于CH
4
转化率、CO
2
转化率和H
2
/CO比的预测模型,结果表明,采用改进BP神经网络在此研究中具有更快的收敛速度和更好的网络稳定性,其收敛次数仅为BP神经网络的58.86%;改进BP神经网络模型的敏感度分析表明,输入因素对反应结果影响的顺序为:反应温度 > Ni负载量 > 平均孔径≈比表面积≈孔体积。
CO
2
海水脱钙后主要体系中镁盐的结晶
赵颖颖, 张焱, 邢贞干, 纪志永, 王军, 袁俊生
化工进展. 2017, 36(07): 2400-2406. doi:
10.16085/j.issn.1000-6613.2016-1331
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使用烟道气中的二氧化碳进行海水脱钙后的体系中存在大量的镁离子和碳酸氢根离子。如果未加合理利用,不仅会造成资源的浪费,同时体系中存在的大量镁离子在后续生产过程中仍然会引起结垢的问题。本文提出通过使用氢氧化钠作为沉淀剂将该体系中的碳酸氢根转化为碳酸根,并与镁离子结合生成沉淀的新思路,继而减少了溶液中的碳酸氢根及镁离子,同时实现了镁资源和碳资源的进一步矿化利用。通过考察10℃、40℃和60℃条件下碱源中的OH
-
与Mg
2+
的摩尔比对镁提取率的影响,以及提镁后的固相的表征分析,得到了不同
n
(OH
-
)/
n
(Mg
2+
)比值与固相沉积物的种类与形貌的对应关系。得出以下结论:随着NaOH加入量的增多,镁提取率增加;NaOH足够过量时,镁提取率会达到98%以上。在10℃下,镁系物能够以MgCO
3
·3H
2
O、Mg
5
(CO
3
)
4
(OH)
2
·5H
2
O和Mg(OH)
2
纯物质或混合物形式存在。60℃时MgCO
3
·3H
2
O消失,固相以Mg
5
(CO
3
)
4
(OH)
2
·4H
2
O和Mg(OH)
2
的纯物质或混合物形式存在。本研究为海水提镁、海水资源化利用及CO
2
矿化技术提供了一个全新的思路和发展方向,为今后更深入地研究镁资源的提取工作提供了参考。
能源加工与技术
生物质焦油处理方法研究进展
李乐豪, 闻光东, 杨启炜, 张铭, 邢华斌, 苏宝根, 任其龙
化工进展. 2017, 36(07): 2407-2416. doi:
10.16085/j.issn.1000-6613.2016-2292
摘要
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生物质气化技术是目前常见的生物质能转化技术,其过程中产生的焦油不仅有腐蚀设备、堵塞管道、造成二次污染等危害,而且会降低生物质气化效率。文章介绍了生物质焦油的组成、危害及其处理方法,重点介绍了最近几年里催化裂解法和等离子体法处理焦油的研究进展,并比较了不同方法的优缺点。物理法具有设备和操作流程简单的优点,但存在焦油自身能量得不到利用和二次污染等问题。热裂解法可将焦油转化为气体,具有增加产品气能量含量的优点,但对操作温度的要求高,耗费较大。催化裂解法的温度低于热裂解法,是目前研究最活跃的领域,但仍普遍存在催化剂稳定性差、易失活、价格高等难题。等离子体法是近年来新兴的焦油处理方法,包括冷等离子体法和热等离子体法。其中,热等离子体法具有高温、高焓、高电子密度的特点,为生物质焦油处理技术的发展提供了新的可能。
解决高硫石油焦出路的措施分析
刘建锟, 杨涛, 郭蓉, 方向晨
化工进展. 2017, 36(07): 2417-2427. doi:
10.16085/j.issn.1000-6613.2016-2419
摘要
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随着我国石油对外依存度和加工进口高硫原油的激增,高硫石油焦总量将越来越大,加之环保法规的日益严格,解决高硫石油焦的出路问题已提上日程。本文从源头控制前处理、过程控制、终端后处理、拓展应用途径等方面涵盖整个石油焦全过程链条的角度综合考虑,简述了目前石油焦的形势,详细介绍了有针对性的措施和方法,通过对现有手段各自的优缺点和适用范围的分析,提出了解决高硫石油焦出路的建议。针对高硫石油焦的出路问题,需设置近期规划与远期规划统筹安排。近期规划需要改善和优化生产、销售环节,焦化装置掺炼低硫原料、增产高附加值产品等;远期规划要通过增设沸腾床渣油加氢、灵活焦化、石油焦煅烧和气化等新技术、新装置,全面解决高硫石油焦的出路问题。
低温灰化中不同有机质的内蒙古油页岩热解特性
柏静儒, 潘思慧, 王擎, 迟铭书, 李涛
化工进展. 2017, 36(07): 2428-2435. doi:
10.16085/j.issn.1000-6613.2016-1886
摘要
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运用低温灰化仪、热重-红外联用分析仪对3种内蒙古油页岩进行低温灰化和以20℃/min升温速率的热解实验,来探究低温灰化对油页岩热解特性的影响。通过热重(TG-DTG)曲线、红外分峰拟合曲线分析低温灰化前后官能团的变化,并考察了CO
2
、CH
4
、C
n
H
m
轻质气体随灰化时间的变化规律。结果表明:热解实验过程中,低温灰化后不同有机质含量的油页岩和原样的热重曲线有差别之处,灰样在第二阶段则趋于平缓,失重比例小,且随着灰化时间的增加,灰样的热重曲线逐渐向高温区移动。内蒙古油页岩原样的热解产物主要是CO
2
和CH
4
、C
n
H
m
,而灰样中轻质烷烃和芳香烃的含量均减少;内蒙古油页岩析出气体CH
4
和C
n
H
m
曲线基本相似,呈高斯分布,CO
2
的析出速率先缓慢增加后快速增加,达到最高值后又快速下降,直至析出结束。同时,对内蒙古油页岩和灰样进行热解动力学的研究,反应的活化能通过Coats-Redfem积分法进行分析,得出热解的化学反应动力学参数,其计算结果为油页岩的高效开发和经济利用提供了理论基础。
基于R124/DMAC为工质的压缩吸收式制冷系统的性能分析
贾炯, 王辉涛, 刘泛函, 葛众
化工进展. 2017, 36(07): 2436-2442. doi:
10.16085/j.issn.1000-6613.2016-1922
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吸收式制冷能够利用工业余热进行制冷,但存在不能高效利用100℃以下废热的问题。本文以压缩吸收式制冷系统为研究对象,采用新型制冷工质对R124/DMAC,对不同发生压力、发生温度和冷凝温度下系统性能的变化规律进行研究,并与传统氨/水制冷系统的性能进行比较。结果表明影响系统制冷系数(COP)、(火用)损和(火用)效率的主要因素是发生温度和发生压力,在相同冷凝温度下,R124/DMAC制冷系统的最佳发生压力为600kPa,最佳发生温度为75℃;而氨/水制冷系统的最佳发生压力为1100kPa,最佳发生温度为100℃,采用新型制冷工质对能够有效地利用更低品位的热源进行制冷,同时系统的安全性更高。
昭通褐煤“腐植酸的提取——腐黑物的低温热解”的梯级利用特性
王平艳, 路旭阳, 田吉宏, 刘谋盛, 王海龙, 祁子丁
化工进展. 2017, 36(07): 2443-2450. doi:
10.16085/j.issn.1000-6613.2016-2194
摘要
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以昭通褐煤为原料,通过碱溶酸析法提取腐植酸,探讨各工艺条件下褐煤腐植酸的提取率、腐植酸的品质,并对提完腐植酸后剩余的褐煤腐黑物进行热解气化,以热解产物分布、热解气及焦油的组成为指标,研究其热解气化特性,为开发“腐植酸的提取——腐黑物的低温热解”梯级利用提供基础数据,结果表明:1.5% NaOH、70℃反应温度和3h反应时间、2MPa压力下腐植酸的产率较高,可达到41%以上,得到的腐植酸的总酸性官能团含量可高达6.8mmol/g,其中主要的羧基官能团含量达到4.4mmol/g,腐植酸的灰分产率为14.23%,其对金属元素吸附大小顺序为Al > Si > Fe > Ca > K > Mg。腐黑物(残渣)热解气产率为15.72%,焦油产率为2.29%,热解气中主要的成分有H
2
、CO、CO
2
、CH
4
,其中H
2
的含量最高可达38.2%,焦油的组分较重且极为复杂,热解半焦的固定碳含量有所提高,热解产物中各组分的含量及比值随热解工艺条件的变化有所改变。
文冠果生物柴油与0
#
柴油混配物的混配规律
尚琼, 马明广, 白林, 李晓春, 赵国虎
化工进展. 2017, 36(07): 2451-2456. doi:
10.16085/j.issn.1000-6613.2016-2304
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以甘肃产文冠果油为原料,在制备生物柴油的基础上,通过测试文冠果生物柴油与0
#
柴油混配物(生物柴油体积分数分别为0、5%、20%、40%、60%、80%、100%)的密度、运动黏度、冷滤点、闪点等理化性质,研究了生物柴油体积分数对混配物理化性质的影响规律。结果表明,混配物的密度与混配物中生物柴油的体积分数呈良好的线性关系;混配物的运动黏度可用公式100ln(
υρ
)=
X
1
ln(
υ
1
ρ
1
)+X
2
l
n
(
υ
2
ρ
2
)预测,计算值和实测值的相对偏差在±1%之内;混配物的冷滤点(
CFPP
)、闪点(
FP
)与生物柴油的体积分数(
X
)关系分别符合三次多项式
CFPP
=0.7344-0.1058
X
+0.00187
X
2
-1.3875×10
-5
X
3
和
FP
=57.2638+0.6836
X
-0.01762
X
2
+1.8983×10
-4
X
3
。随着生物柴油体积分数的增加,混配物的密度、运动黏度和闪点不断增大,而冷滤点逐渐降低,通过0
#
柴油与生物柴油混配,可提高油品在储存、运输和使用过程的理化性能。
工业催化
光热协同催化技术在能源领域的应用
王丽敏, 王利清, 张一弛, 苏海全
化工进展. 2017, 36(07): 2457-2463. doi:
10.16085/j.issn.1000-6613.2016-1881
摘要
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536
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光热催化是在光催化的基础上同时加热,或在热催化的基础上同时进行光照以达到共同催化目的的一种新型催化手段,是当前催化领域的研究热点。文章介绍了光热协同催化在能源合成领域的应用,包括光热催化CO加氢、光热催化CO
2
还原、光热分解水制氢等。研究发现,光催化与热催化耦合确实能够高效驱动反应的进行,明显改善了单一光催化或单一热催化的不足。在催化CO加氢方面,引入光照能明显提高CO的转化效率,同时能够调控烃类产物分布;在催化CO
2
还原方面,通过调变合适的光热反应条件,能够实现高效地、选择性地将CO
2
还原为CO、CH
4
或其他烃类产物;在催化H
2
O分解制氢方面,在温和条件下提高了产氢效率。与此同时,本文也分析了部分体系的光热协同作用机制以及现阶段研究的不足之处。最后展望了光热催化的发展前景,以期对于光热协同驱动体系的研究起到积极的促进作用。
甲苯-甲醇侧链烷基化制备苯乙烯反应机理与催化剂
李江川, 柴永明, 刘宾, 吴仪岚, 李奕川, 刘晨光
化工进展. 2017, 36(07): 2464-2472. doi:
10.16085/j.issn.1000-6613.2016-2127
摘要
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甲苯-甲醇侧链烷基化制备苯乙烯是具有重要研究意义和工业化前景的苯乙烯生产途径。本文回顾了甲苯-甲醇侧链烷基化的研究背景,综述了近年来甲苯-甲醇侧链烷基化反应机理的研究进展,简述了反应条件的影响,分析了催化剂特点和需求,全面总结了酸碱双功能催化剂开发理念和技术路线。对甲苯-甲醇侧链烷基化反应历程的研究结果和热力学特性进行了分析,结果表明甲醇深度分解和活化甲苯侧链甲基为反应主要限制因素。最后论述了新催化材料在侧链烷基化反应中的应用,提出酸催化剂和碱催化剂的高效耦合构建活性中心的催化剂设计新思路。
逆水煤气变换(RWGS)催化剂研究进展
代必灿, 周桂林
化工进展. 2017, 36(07): 2473-2480. doi:
10.16085/j.issn.1000-6613.2016-2074
摘要
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1222
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CO
2
经逆水煤气变换(RWGS)反应制得合成气(CO和H
2
),通过费托反应合成C
x
H
y
燃料和含氧化学品,将对环境与未来能源结构产生重大影响,且催化剂起着决定性作用。本文概述了RWGS反应催化剂体系研究现状,详细介绍了Pt、Pd、Cu、Ni和Fe基等催化剂的RWGS反应性能,尤其是对金属与载体间的相互作用、制备方法和掺杂元素的电子效应等对相应催化剂的RWGS反应性能进行了分析,进而探讨了Ce基催化剂在RWGS反应中的应用。通过催化剂活性组分的优化能有效地调控相应催化剂的RWGS反应性能,实现CO
2
有效氢化还原制得合成气,为RWGS反应工业化奠定基础。最后对比总结了贵金属与非贵金属催化剂在制备方法、反应条件及RWGS反应性能间的差异,提出新型催化剂材料开发是RWGS反应工业化应用的关键。
特定形貌和多孔纳米CeO
2
的制备及其CO催化氧化研究进展
侯扶林, 李红欣, 杨阳, 董寒, 崔立峰, 张晓东
化工进展. 2017, 36(07): 2481-2487. doi:
10.16085/j.issn.1000-6613.2016-2206
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Ce是一种用途十分广泛的稀土金属,其金属氧化物CeO
2
由于具有优异的储放氧性能,使其在氧化还原、有机合成和有机污染物降解等反应过程中呈现出良好的催化性能,尤其是在CO的催化氧化反应中表现出了优异的活性。本文综述了纯CeO
2
及复合CeO
2
催化剂的制备方法、形貌与孔道控制及其对CO催化氧化性能等方面的最新研究进展。首先介绍了液相法、固相法和气相法等不同合成纳米CeO
2
的方法,通过对不同制备方法的工艺、成本、合成条件分析对比后,对其优缺点进行了系统的总结。随后讨论了利用不同制备方法及添加不同表面活性剂或模板剂所制备出的特定形貌及多孔纳米CeO
2
催化剂对CO的催化氧化性能,描述了CeO
2
对CO催化氧化的作用机理及形貌结构对催化性能的影响。最后根据对相关结果的总结发现,特定形貌及多孔结构的纳米CeO
2
催化CO活性虽有提高,但存在结构不稳定、工艺复杂等问题。而且,对于催化反应过程中的反应机理,形貌与结构变化的研究较少。希望在今后的工作中简化制备工艺,提高CeO
2
材料结构的稳定性,并用原位表征、模拟计算等方法来探究CO的氧化机理。
氧化钛纳米片材料的合成及其催化应用进展
李路, 徐金铭, 齐世学, 黄延强
化工进展. 2017, 36(07): 2488-2496. doi:
10.16085/j.issn.1000-6613.2016-2340
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氧化钛纳米片材料为一种新兴的二维层状材料,在催化、环境、能源和电子领域引起人们广泛的关注。本文从催化研究的角度出发,综述了氧化钛纳米片材料的结构、制备方法、金属及非金属元素的掺杂、纳米片基复合材料和其在光催化、光电催化和热催化等方面的应用进展。分析表明氧化钛纳米片材料拥有特殊的形貌和特别的物理化学性质,通过控制材料的组成及结构变化,能够实现氧化钛纳米片材料的多种功能化。指出氧化钛纳米片材料虽然有着优良的性能,但是在实际应用中远不能满足要求。因此,优化合成和探索新形式的二氧化钛纳米片材料,对其表面进行改性及开发具有特殊功能纳米复合材料是解决其瓶颈的有效途径。探索催化反应过程中的反应机理,开发氧化钛纳米片基工业应用催化剂将是今后重要的研究方向。
聚离子液体固体酸催化剂的制备及催化甘油乙酰化性能
张吕鸿, 王瑞瑾, 姜斌, 孙永利, 杨华伟
化工进展. 2017, 36(07): 2497-2503. doi:
10.16085/j.issn.1000-6613.2017-0104
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通过自由基共聚,质子化及离子交换两步法合成聚咪唑基离子液体固体酸催化剂(PILs)。采用傅里叶红外光谱(FTIR)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线光电子能谱分析(XPS)、热重分析(TGA)、元素分析和电位滴定的方法对该催化剂的结构和性能进行了表征。结果表明该催化剂具有层状结构、良好的热稳定性和较高的质子酸浓度,并在不加入带水剂的条件下,考察了该聚离子液体固体酸催化剂对甘油乙酰化反应的催化作用。结果表明该PILs固体酸催化剂具有良好的选择催化活性,在酸醇摩尔比为6:1、催化剂用量4%(质量分数)、120℃、4h的最优条件下,甘油转化率达98.2%,单乙酸甘油酯的选择性为11.6%,二乙酸甘油酯和三乙酸甘油酯的总选择性高达88.4%,优于Amberlyst-15的催化效果。该催化剂易回收,具有良好的水热稳定性,且重复使用4次经再生后仍能保持良好的选择催化活性。
固体酸催化高酸值花椒籽油酯化降酸反应
王伟涛, 卢萍, 马养民, 李娜, 杨秀芳
化工进展. 2017, 36(07): 2504-2510. doi:
10.16085/j.issn.1000-6613.2016-2116
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以甘油为碳源,通过直接炭化-磺化制备了炭基固体酸催化剂。采用傅里叶转换红外光谱(FTIR)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱分析(XPS)、X射线衍射(XRD)以及Boehm滴定法等方法对催化剂进行了表征,并将其首次应用于花椒籽油的酯化降酸反应。研究了反应条件对酯化反应的影响,并通过正交试验确定了最佳工艺条件:醇油比为40:1,催化剂用量为10.0%,反应温度为75℃,反应3.5h,花椒籽油的酸值可以由最初的73.75mKOH/g降到1.63mgKOH/g,符合后续制备生物柴油的碱催化酯交换反应要求( < 2mg KOH/g);并且该催化剂具有较好的重复利用性。
催化裂化汽油深度加氢脱硫催化剂的研制及性能评价
鞠雅娜, 兰玲, 刘坤红, 钟海军, 吕忠武, 姜增坤, 李阳
化工进展. 2017, 36(07): 2511-2516. doi:
10.16085/j.issn.1000-6613.2016-1841
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在传统催化汽油加氢脱硫催化剂基础上,以
γ
-Al
2
O
3
为载体,Co-Mo-Ni为活性组元,采用等体积浸渍方法制备了一种催化汽油深度加氢脱硫催化剂。研究了现有技术生产国Ⅴ汽油存在的问题,考察了载体、活性组元、金属负载量对催化剂催化性能的影响,并对催化剂稳定性进行了研究。结果表明:该催化剂对硫含量满足国Ⅳ标准(S≤50μg/g)的催化汽油产品进一步接力脱硫时,可脱除硫醇硫及其他形态硫,烯烃基本不饱和,加氢脱硫选择性高达90%以上。该催化剂作为国Ⅳ升级到国Ⅴ标准的重要技术,降低了现有国Ⅴ技术的辛烷值损失,技术经济性更好。
醇原位催化转化制备芳烃及机理
时旭, 周峰, 陈皓, 傅杰, 乔凯, 黄和
化工进展. 2017, 36(07): 2517-2524. doi:
10.16085/j.issn.1000-6613.2016-1981
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以不同的醇为原料,HZSM-5分子筛为催化剂,在微型固定床与气相色谱-质谱联用装置上进行了醇催化转化制备芳烃的研究,考察了醇的碳链长度以及反应温度的影响。结果表明,醇的碳链长度对产物的分布有明显的影响,400℃下芳烃产率随着醇的碳链增长先增加,在正丙醇处获得最大的芳烃产率39.6%,而后降低并趋于稳定。随着温度的升高,甲醇、乙醇和正丙醇3种醇的产物分布变化趋势相同,芳烃产率均先增加后减小,在500℃获得最大值,分别为26.0%、36.5%和42.5%;随着温度的升高,CO、CO
2
和烯烃的产率逐渐升高,但烃类产物总收率逐渐下降。高温下大分子芳烃逐渐向小分子芳烃转化,使得苯和甲苯的选择性逐渐增大。最后,结合原位红外表征和实验结果探讨了醇芳构化的反应机理:短碳链醇通过脱水得到醚和低碳烯烃,低碳烯烃再经过聚合得到长链烯烃,长碳链醇则可直接脱水得到长链烯烃,长链烯烃再通过环化反应生成环烷烃,最后环烷烃经过脱氢芳构化或分子间氢转移得到芳烃。
材料科学与技术
银纳米粒子材料应用研究进展
彭红, 刘洋, 张锦胜, 郑洪立, 阮榕生
化工进展. 2017, 36(07): 2525-2532. doi:
10.16085/j.issn.1000-6613.2016-2145
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银纳米粒子材料是重要的贵金属纳米粒子材料之一,由于具有小尺寸效应、量子尺寸效应、良好的导电性、超强的渗透性等独特的物理化学特性,使得其近几年来在医药、催化、能源电池、电子产品等领域的应用发展迅速。基于此,本文简述了近年来银纳米粒子材料在7个领域的应用研究进展,包括作为抗菌剂和抗病毒药物、溶血栓剂和抗肿瘤药物、催化剂、燃料电池生产、传感器和柔性印刷电子喷墨技术,银纳米粒子材料在这几个领域的应用具有广阔的发展前景。但目前对银纳米粒子材料的应用还主要处于研究阶段,银纳米粒子材料产品的实际应用并不广泛,今后需要进一步加大对银纳米粒子材料在医药临床、燃料电池等领域实际应用的开发力度。
分子印迹电化学传感器制备及在蛋白质检测上的应用
刘艳丽, 李小军, 贺晓荣, 李延斌, 李红朝
化工进展. 2017, 36(07): 2533-2539. doi:
10.16085/j.issn.1000-6613.2016-2080
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分子印迹电化学传感器是分子印迹技术与分析传感器技术相结合的一种先进技术,它结合分子印迹的优点,避免了传统传感器的缺点,提高了电化学传感器的选择性和灵敏度,并且缩短了响应时间,更因其设计简单、经济实用等优点受到越来越多领域的欢迎。本文介绍了分子印迹传感器的5种常用的制备方法,包括涂层法、原位聚合法、电聚合法、溶胶-凝胶法和自组装法以及这5种方法在实际中的应用,重点介绍了4种分子印迹传感器(MIPs电容/阻抗型、MIPs电导型、MIPs电位型、MIPs电流型)在蛋白质检测上的应用,并且其检测方式以及时间都达到了预期的效果,相信随着技术的更新发明与创造,分子印迹电化学传感器的检测领域会拓展到更多的领域。
改善聚乙烯醇薄膜耐水性的研究进展
魏书静, 黄赟, 查刘生
化工进展. 2017, 36(07): 2540-2546. doi:
10.16085/j.issn.1000-6613.2016-2227
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聚乙烯醇(PVA)薄膜存在易吸水发生溶胀而出现气体阻隔性和力学性能下降的缺点,不适合用于气体阻隔性和力学性能要求高的场合,因此需要改善它的耐水性。本文首先介绍了评价PVA薄膜耐水性的4种方法和PVA树脂的醇解度与分子量对薄膜耐水性的影响,然后重点述评了改善PVA薄膜耐水性的4种方法,即化学交联法、物理交联法、无机纳米材料复合法和聚合物共混法的机理和研究进展,比较了它们的优缺点。论文还介绍了耐水性PVA薄膜在水的分离纯化、包装、偏振片和生物医学等领域的应用,最后对其未来发展方向做了展望,其中研究新的绿色环保的改性方法,进一步提高PVA薄膜的耐水性,拓展其应用范围是今后值得关注的研究课题。
掺杂对LaCrO
3
的结构及中红外辐射性能的影响
刘庆生, 常晴, 李江霖
化工进展. 2017, 36(07): 2547-2553. doi:
10.16085/j.issn.1000-6613.2016-1604
摘要
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用高温固相反应法在1300℃下烧结2h制备出钙钛矿型La
0.8
Ca
0.2
Cr
0.5
X
0.5
O
3
粉体材料,通过XRD、FTIR、XPS、IR-2对材料的物相结构和红外辐射性能进行表征。研究结果表明:对铬酸镧的A、B位分别掺杂Ca-Cr、Ca-Cu、Ca-Mn、Ca-Ni元素后,粉体试样在2.5~5μm波段的发射率均有大幅提升,原因归结于:掺杂后发生晶格畸变降低了晶体结构的对称性,偶极矩变化增大,促进晶格的振动吸收;同时在局部区域形成杂质能级,增加了晶体中自由载流子的浓度,提高短波段的发射率。发射率值由高到低的顺序为:Ca-Ni > Ca-Cr > Ca-Cu > Ca-Mn > 未掺,可能是由于掺杂元素材料本身带电粒子及运动特性存在差异所造成。掺杂Ca-Ni的粉体红外发射率高,达到0.89,可在高温陶瓷的辐射传热方面得以应用。
交联羧甲基淀粉的制备及其对重金属离子的吸附性能
张昊, 范新宇, 王建坤, 郭晶, 梁卡
化工进展. 2017, 36(07): 2554-2561. doi:
10.16085/j.issn.1000-6613.2016-2225
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以玉米淀粉为原料,环氧氯丙烷为交联剂,氯乙酸为醚化剂,制备了交联羧甲基淀粉(CCMS)。讨论了醚化反应机理,并确定了最佳反应条件:
n
(氢氧化钠):
n
(氯乙酸):
n
(淀粉)为1.2:1:1,反应温度为50℃。通过FTIR、XRD和SEM对产物结构进行了表征。对重金属离子的吸附实验结果表明,取代度为0.581的CCMS,对Zn
2+
与Co
2+
两种金属离子的去除率分别可达92.48%和93.79%,远高于活性炭,并好于丙烯酸系弱酸性阳离子交换树脂。CCMS还具有较强的再生性能,经两次再生后吸附量仍保持在原来的70%以上。上述结果表明CCSM作为天然高分子系吸附材料有良好的工业化前景,并可作为合成树脂类吸附剂的潜在替代品。
聚氨酯微孔膜的制备及其性能
贺贝贝, 解一军
化工进展. 2017, 36(07): 2562-2567. doi:
10.16085/j.issn.1000-6613.2016-1921
摘要
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利用干法成膜工艺,分别以碳酸氢铵(NH
4
HCO
3
)、改性偶氮二甲酰胺(AC)发泡剂作为致孔剂制备具有防水透气性能的聚氨酯微孔膜。研究了不同种类致孔剂、致孔剂AC与活化剂ZnO比例、NH
4
HCO
3
用量以及反应条件对聚氨酯薄膜透湿性、孔隙率以及力学性能的影响,并使用金相显微镜对孔径大小及分布进行了表征。结果表明,加入致孔剂后的聚氨酯膜的透湿性、孔隙率等都有显著提高与改善,而且孔径大小适中,分布合理,力学性能仍旧满足使用要求。经NH
4
HCO
3
处理后的聚氨酯微孔膜的透湿性可达929g/(m
2
·24h);改性AC发泡剂处理后的聚氨酯微孔膜的透湿性可达1064g/(m
2
·24h),比未处理的聚氨酯膜的透湿性分别提高了49.8%和71.6%。NH
4
HCO
3
和改性AC发泡剂具有优良的致孔性能,可以制备具有防水透气功能的聚氨酯微孔膜。
煤基石墨烯/TiO
2
复合材料的制备及光催化性能
曾会会, 仪桂云, 邢宝林, 黄光许, 谌伦建, 张传祥, 徐冰, 姚友恒, 张青山, 李颉
化工进展. 2017, 36(07): 2568-2576. doi:
10.16085/j.issn.1000-6613.2016-2038
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以资源丰富的褐煤为原料,经高温石墨化处理后,采用改进的Hummers法制备氧化石墨烯(GO),再以四氯化钛(TiCl
4
)为钛源,通过水热合成法制备煤基石墨烯/TiO
2
(CRGO/TiO
2
)复合材料。利用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、透射电镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)、低温氮气物理吸附仪、傅里叶红外光谱仪(FTIR)对复合材料的微观结构进行系统表征,并重点研究不同GO添加量下所制CRGO/TiO
2
复合材料对液相中罗丹明B的光催化降解性能。结果表明:以褐煤为碳质前体,TiCl
4
为钛源,采用水热合成法可合成具有介孔特征的煤基石墨烯/TiO
2
复合材料,其比表面积可达88.53~169.64m
2
/g,孔径主要分布在2~12nm,且随着GO添加量的增加,复合材料的孔径分布逐渐变窄。复合材料中的TiO
2
纳米颗粒主要以锐钛矿晶型均匀分散于层状石墨烯表面。GO添加量是影响复合材料光催化降解性能的重要因素。当GO添加量为8%时,CRGO/TiO
2
复合材料在可见光下对罗丹明B的降解率可达98.9%。
磁性Fe
3
O
4
/改性焦炭的制备及其降解性能
魏晓币, 王光华, 李文兵, 万栋, 刘阳, 邵秋桐
化工进展. 2017, 36(07): 2577-2583. doi:
10.16085/j.issn.1000-6613.2016-2176
摘要
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以KOH为活化剂对焦炭进行活化制备改性焦炭,并采用原位氧化沉淀法制备出Fe
3
O
4
/改性焦炭,采用扫描电子显微镜(SEM)、N
2
吸附脱附(BET)、傅里叶交换红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)及振动样品磁强计(VSM)对样品进行表征,并且研究了其对罗丹明B的催化降解性能。结果表明,改性焦炭表面粗糙,孔结构发达,含氧官能团丰富,Fe
3
O
4
分散且牢固地负载于改性焦炭上,其粒径比纯Fe
3
O
4
小。Fe
3
O
4
/改性焦炭具有超顺磁性,对罗丹明B的降解为拟一级反应,其降解的最佳条件为:催化剂用量为0.8g/L,H
2
O
2
初始浓度为30mmol/L,pH为3.0,温度为35℃。Fe
3
O
4
与改性焦炭存在协同催化作用,罗丹明B的去除率可达98.85%。Fe
3
O
4
/改性焦炭是一种稳定、易磁分离回收利用的磁性催化剂。
阳极开孔形状对金属锰电沉积行为的影响及数值模拟
郭岚峰, 刘仁龙, 刘作华, 舒建成, 张兴然, 陶长元
化工进展. 2017, 36(07): 2584-2591. doi:
10.16085/j.issn.1000-6613.2016-2186
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电沉积锰过程中阳极的结构直接影响电解槽内电场分布以及电沉积过程能耗。采用实验与数值模拟相结合的手段,分析阴极金属锰和阳极泥的微观形貌、电流效率以及电解槽内电场分布,研究阳极板开孔形状对电沉积锰过程的影响规律。对电解槽进行了三维建模与数值模拟,并通过在线测定阴极过电位实验对模拟结果进行了验证。实验结果表明:在相同开孔面积的条件下,圆孔比方孔和整块矩形孔的电解性能要好。圆孔阳极板在电解过程中阴极过电位的值最小为-1.609V,获得的最大电流效率74.54%,最低单位能耗降5506kW·h/t,而且金属锰表面更加平整致密。模拟结果表明:模拟结果和实验结果具有良好的一致性,圆孔阳极板在电解过程中电解槽内电场分布均匀、合理,在阴极板水平与垂直方向上均获得最小过电位值-1.5989V。
生物与医药化工
酶催化合成脂肪族聚酯的研究进展
王景昌, 商雪航, 王卫京, 陈淑花, 詹世平
化工进展. 2017, 36(07): 2592-2600. doi:
10.16085/j.issn.1000-6613.2016-2090
摘要
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酶催化合成生物可降解脂肪族聚酯是一种新型聚合方法,可以在温和条件下高效合成,有着传统方法难以比拟的优势,但该方法所合成的产物仍存在生物相容性低、力学性能差、分子量低等不足。本文综述了近十年来酶催化合成脂肪族聚酯的研究进展,分别介绍了开环聚合法、共聚法和缩合聚合法的聚合机理,并且简述了通过酶的固定化、功能化改性、调节支链等方法来提高酶的催化效率和活性、降低反应能耗和材料中残留有毒物质、提高原料转化率和产物分子量、增强产物亲水性及开发材料新用途的相关研究报道。并且总结了酶催化聚合法在不同介质中的优势和不足,并指出酶催化合成脂肪族聚酯在超临界二氧化碳、水、离子液体等环保介质中进行将成为绿色化学发展的趋势。
磷脂酰乙醇胺的酶促合成及底物抑制动力学
邓杨敏, 李冰麟, 董文博, 杨开利, 张小里, 赵彬侠
化工进展. 2017, 36(07): 2601-2606. doi:
10.16085/j.issn.1000-6613.2016-2298
摘要
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对磷脂酶D(phospholipase D,PLD)在有机溶媒-水两相体系中催化磷脂酰胆碱(phosphatidylcholine,PC)和乙醇胺(ethanolamine,EA)合成磷脂酰乙醇胺(phosphatidylethanolamine,PE)的反应条件进行优化,并对反应动力学机制进行了研究。确定最佳反应条件为:温度28℃,pH 5.5,底物摩尔比(EA/PC)20:1,在此条件下PE产率达87.2%。通过研究底物浓度对反应速率的影响,确定反应符合单底物抑制的Ping-Pang 机制。分别以Matlab软件的Fminsearch函数与Lineweaver-Burk双倒数作图法求取动力学参数,结果基本一致,底物乙醇胺EA的抑制常数为
K
iB
=1.50mmol/L。抑制机理为两分子EA同时结合到一分子磷脂酰基-PLD中间体上,生成磷脂酰基-PLD-(EA)
2
死端复合物,符合竞争性抑制反应动力学规律。该动力学模型预测与实验数据吻合良好,对PLD催化合成PE反应过程的操作及反应器选型设计具有指导作用。
精细化工
蛋白基表面活性剂的合成、性能与应用进展
汪保川, 李宇鹏, 戴国琛, 李正军, 杨秦欢
化工进展. 2017, 36(07): 2607-2614. doi:
10.16085/j.issn.1000-6613.2016-2275
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蛋白基表面活性剂是一类环境友好的生物质基表面活性剂,具有良好的表面活性,与传统表面活性剂相比,还具有低毒、易生物降解等特性。本文首先讨论了基于胶原蛋白、丝蛋白、角蛋白等动物蛋白水解物制备表面活性剂的方法,其中重点阐述了分子量和水解方法对作为表面活性剂亲水端的胶原蛋白水解物性质的影响,以及分别以脂肪碳链和硅氧烷链为疏水端的胶原基表面活性剂的合成方法。随后,总结并比较了蛋白基表面活性剂的表面张力、临界胶束浓度、起泡力和乳化力等表面性质。依据蛋白基表面活性剂的表面性质和环境友好等特性,介绍了它们在制革印染、日用化工、生物医药等领域的应用。最后,指出了蛋白基表面活性剂制备和应用中存在的一些问题,对新型表面活性剂(如Bola型、Gemini型)发展方向进行了展望。
响应面优化β-环糊精对工业骨胶的除臭工艺
刘静, 苏秀霞, 崔明
化工进展. 2017, 36(07): 2615-2620. doi:
10.16085/j.issn.1000-6613.2016-2262
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多维度评价
研究了β-环糊精对骨胶除臭的最佳工艺条件。以骨胶为原料,在单因素试验的基础上,以β-环糊精用量、反应时间、反应温度及搅拌速率为自变量,骨胶的气味、黏度为响应值,根据Box-Benhnken 试验设计原理,采用四因素三水平的分析法模拟得到二次多项式回归方程的预测模型,优化骨胶的除臭工艺。回归模型具有高度显著性,方程对试验拟合较好,可以对骨胶的气味、黏度进行很好的分析和预测,得出各因素对气味、黏度的影响大小,响应面分析图表明搅拌速率和反应时间的相互作用对黏度的影响显著;结果显示骨胶除臭的最佳优化条件为β-环糊精的用量为骨胶质量的6.3%,反应温度45.7℃,反应时间为90min,搅拌速率300r/min;优化后的骨胶气味良好,黏度为8.9Pa·s;实测值与预测值的相对误差较小,说明最佳优化工艺的可靠性较高。
资源与环境化工
污染地块原位加热处理技术研究现状与发展趋势
康绍果, 李书鹏, 范云
化工进展. 2017, 36(07): 2621-2631. doi:
10.16085/j.issn.1000-6613.2016-2144
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近年来,污染地块的原位加热处理技术(ISTT)因其修复效率高、修复周期短、适用范围广以及可以达到极低的修复目标等优点得到快速发展及广泛应用。原位加热强化与土壤气相抽提(SVE)、地下水抽出-处理(P&T)以及微生物修复等技术的联合应用为含非水相液体(NAPLs)、均质化较差以及渗透性低的污染地块快速修复提供了可能。然而,国内原位加热处理技术的研究及应用仍处于起步阶段,急需系统的基础研究及应用研究。本文系统介绍了4类常用原位加热技术,综述国内外污染地块原位加热处理技术的研究现状,并结合我国污染地块的特点探讨国内污染地块原位加热处理技术研究开发需求。指出国内应同等重视原位加热技术及抽出蒸汽和液体处理技术的研究,开发高效、廉价、快速、便捷以及环境友好的原位加热处理技术及配套的集成化、模块化及智能化修复设备。
老化土壤中重金属人体可给性及其健康风险评价
许大毛, 晏波, 陈涛, 雷畅, 李亮, 肖贤明
化工进展. 2017, 36(07): 2632-2638. doi:
10.16085/j.issn.1000-6613.2016-2172
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目前,土壤重金属污染事件进入高发期和多发期,同时,随着土壤老化时间的延长,重金属的生物有效性不断降低,其潜在污染环境风险也相应地下降。体外胃肠模拟法(in vitro)能有效指示重金属的人体可给量,可显著降低基于总量为暴露剂量的健康风险评估结果的保守性,因而被应用于评估老化土壤中重金属的人体健康风险,且已深受关注。本文定义了重金属的人体可给性、归纳了其测试方法(PBET、SBET和UBM等),并定量阐明了其主要影响因素,主要包括in vitro参数、土壤理化性质和重金属自身的特性等;然后,论述了重金属人体可给性在健康风险评价的应用。最后,对该领域当前存在的问题和今后的研究方向进行了总结和展望,旨在为污染场地风险源识别、修复目标确定及管理对策筛选提供理论支撑。
真空紫外/曝气氧化降解苯甲羟肟酸模拟废水
张大超, 陈敏, 代振鹏, 吴速英, 王春英
化工进展. 2017, 36(07): 2639-2644. doi:
10.16085/j.issn.1000-6613.2016-2172
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以真空紫外/曝气(vacuum ultraviolet/air,VUV/air)降解模拟废水中的苯甲羟肟酸为研究对象,考察了废水pH、曝气量、污染物初始浓度及共存阴离子等因素对VUV/air降解苯甲羟肟酸效果的影响。实验结果表明:在VUV光源功率10W、苯甲羟肟酸初始浓度30mg/L、废水初始pH=4、曝气量0.6L/min、反应时间120min的条件下,VUV/air对苯甲羟肟酸模拟废水的降解效果最好,降解率为78.89%;其中共存阴离子对VUV/air降解苯甲羟肟酸的影响作用大小顺序依次为:SiO
3
2-
> HCO
3
-
> CO
3
2-
> SO
4
2-
> Cl
-
。通过对VUV/air降解苯甲羟肟酸的机理分析研究发现,VUV/air降解苯甲羟肟酸的过程中起主要作用的是直接光降解和真空紫外产生的羟基自由基氧化分解。VUV/air降解废水中苯甲羟肟酸的行为符合一级动力学方程ln(
C
t
/
C
0
)=-
kt
。
挥发性有机物的膜回收特性及膜力学性能变化
花莉, 郭培, 王宇彤, 王天培, 马宏瑞, 石岩
化工进展. 2017, 36(07): 2645-2652. doi:
10.16085/j.issn.1000-6613.2016-2062
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物质所表现出的宏观特性与其结构之间存在着一定的联系,本文主要结合有机物结构参数研究了甲基硅橡胶膜对三大类有机物(苯胺类、苯酚类、低分子有机酸类)的萃取回收特性,对有机物的回收结果进行拟合分析;同时研究了甲基硅橡胶膜萃取有机物过程中膜的力学性能变化,结合膜萃取技术应用的环境主要选取了酸度、盐度、温度3个因素进行膜力学性能变化研究。结果表明:在选取的结构参数中,影响膜回收挥发性有机物的结构参数主要包括有机物的辛醇/水分配系数和分子极化率;膜外溶液的酸度变化对甲基硅橡胶膜硬度的影响比较显著,其次是膜管内盐离子浓度,温度对硅橡胶硬度变化的影响最小;硅橡胶膜的弹性性质很稳定,几乎不变;溶液酸度对甲基硅橡胶膜的Na
+
通透性变化有显著影响,而在膜管内循环流动的无机盐溶液浓度和运行温度都对Na
+
通透性的大小无显著影响。总体来说,溶液酸度对甲基硅橡胶膜的影响高于温度和溶液盐度,甲基硅橡胶膜在老化40天后仍满足膜的力学性能要求,保持较高的Na
+
截留率,具有萃取膜高效分离、使用寿命长、更换频率低的优点。
泡沫镍和泡沫铜阴极电类Fenton氧化降解对硝基酚的比较
汤茜, 孙娟, 任小蕾, 杨春维, 王栋
化工进展. 2017, 36(07): 2653-2659. doi:
10.16085/j.issn.1000-6613.2016-2070
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选用两种常见的泡沫金属材料——泡沫镍(NF)和泡沫铜(CF)作为电类Fenton氧化体系的阴极,分别从电极的形貌、结构、电类Fenton氧化降解对硝基酚(
p
-NP)和稳定性能等方面进行了比较分析。结果表明,NF和CF均为三维多孔网络结构,CF电极表面有少量铜氧化物颗粒沉积;NF和CF阴极均能催化O
2
原位两电子还原产H
2
O
2
,当阴极电位为-0.9V,180min时H
2
O
2
的累积质量浓度达最大值,分别为64.2mg/L和56.5mg/L,电流效率分别为14.1%和14.3%;NF和CF阴极可拓宽电类Fenton氧化法的pH适用范围,在不调节电解液初始pH条件下
p
-NP均有较好的降解效果,当阴极电位为-0.9V,180min时
p
-NP去除率分别为72.9%和80.7%,反应过程均符合一级动力学模型,CF电极体系
p
-NP的降解速率高于其在NF电极体系中的降解速率;NF电极相对CF电极的稳定性较好,重复使用8次后,
p
-NP去除率和电极形貌均没有明显变化,但仍有少量的镍离子 溶出。
高炉矿渣-粉煤灰地聚合物胶凝材料固化砷钙渣
刘守庆, 罗中秋, 和森, 周新涛, 贾庆明
化工进展. 2017, 36(07): 2660-2666. doi:
10.16085/j.issn.1000-6613.2016-2331
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以高炉矿渣、粉煤灰为地聚合物胶凝材料原料,配合复合化学激发剂固化砷钙渣,并采用X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)和扫描电子显微镜(SEM)探究固砷机理。研究结果表明,固化体优选质量配比为高炉矿渣粉:粉煤灰:砷钙渣=4:2:4,配合1.5%~2.0%的NaOH和工业水玻璃复合化学激发剂,固化体砷浸出浓度0.5~0.9mg/L,低于危险废物浸出毒性鉴别标准限值(5mg/L)。XRD、FTIR和SEM结果表明,砷钙渣经高炉矿渣-粉煤灰地聚合物胶凝材料固化,反应体系液相环境pH > 13,促使砷钙渣中的含砷矿物CaHAsO
4
·3H
2
O向更加稳定的Ca
5
(AsO
4
)
3
OH及类质同象物Ca
5
(AsO
4
)
3
(OH,F)转变。同时地聚合物胶凝材料水化产生的网络状水化凝胶可把砷钙渣中的各组分胶结在一起有效抑制固化体中砷的溶出。可见,高炉矿渣-粉煤灰地聚合物胶凝材料可作为固化含砷渣的一种潜在固结剂。
黄土颗粒吸附水解尿液中磷酸盐特性及机制
蒋善庆, 王晓昌
化工进展. 2017, 36(07): 2667-2675. doi:
10.16085/j.issn.1000-6613.2016-2124
摘要
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从源分离尿液中回收磷既能减少城市污水中近50%的磷负荷,又可以促进磷资源的可持续循环。本研究利用物理筛分(
d
≤100μm)后的天然黄土颗粒作为吸附材料来回收水解尿液中的磷酸盐,重点考察了其对磷酸盐的吸附性能及该过程的作用机制。另外,还建立了吸附动力学和等温线方程,并且讨论了初始pH和接触时间对吸附过程的影响。研究结果表明,黄土颗粒对水解尿液中磷酸盐具有较强的吸附能力,初始pH是影响其对磷酸盐吸附性能的主要因素,最大吸附容量发生在初始pH为10.0时,可达到5.28mg/g。黄土颗粒吸附水解尿液中磷酸盐的主要作用机制是≡M-OH官能团与磷酸根的配位交换反应、羟基磷酸钙沉淀反应及磷酸铵镁沉淀反应,并且水解尿液中高氨氮浓度对黄土颗粒吸附磷酸盐具有促进作用。另外,该吸附过程符合伪二级(
R
2
2
=0.998)动力学方程且吸附规律符合Freundlich(
R
F
2
=0.990)等温线方程。
十四烷基三甲基溴化铵改性活性炭吸附水中硝酸盐和磷酸盐
朱加乐, 王欣泽, 沈剑, 林燕
化工进展. 2017, 36(07): 2676-2683. doi:
10.16085/j.issn.1000-6613.2016-2215
摘要
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采用阳离子表面活性剂十四烷基三甲基溴化铵(MTAB)作为改性剂对活性炭进行改性,考察所制备的MTAB改性活性炭对硝酸盐和磷酸盐的吸附效果。研究结果表明,6mmol/L的MTAB对活性炭的改性效果最好(记为MAC-6),对硝酸盐和磷酸盐的最大平衡吸附量分别为24.51mg/g和5.67mg/g,远高于未改性的活性炭14.45mg/g和3.59mg/g。MAC-6的等温吸附曲线实验和吸附动力学实验研究发现,Langmuir吸附模型和准二级动力学吸附模型能够很好地描述MAC-6对于硝酸盐和磷酸盐的吸附。此外,pH过高会抑制MAC-6对于硝酸盐和磷酸盐吸附。水中共存的磷酸盐和硝酸盐会相互抑制,但硝酸盐对磷酸盐的抑制作用更强,更易于被MAC-6吸附。MAC-6对硝酸盐和磷酸盐的主要吸附机制有静电吸附和离子交换吸附,其中离子交换吸附占主导作用。此外,MAC-6经4次再生脱附后仍具有很好的吸附效果,这表明其对硝酸盐和磷酸盐的吸附具有稳定性。
固相法制备半焦负载铁酸锌脱硫剂的脱硫行为
苏子兵, 武蒙蒙, 贾磊, 张帅国, 米杰
化工进展. 2017, 36(07): 2684-2690. doi:
10.16085/j.issn.1000-6613.2016-2192
摘要
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以改性半焦为载体,通过固相法合成了铁酸锌脱硫剂,并在固定床上硫化温度500℃下考察了焙烧温度、焙烧时间以及铁酸锌的含量对脱硫剂的结构及脱硫性能的影响。实验结果表明最佳制备条件为铁酸锌含量为25%、焙烧温度为600℃、焙烧时间为2h,此时脱硫剂穿透时间和硫容最大分别为10.5h和8.58g/100g。采用X射线衍射(XRD)、氮吸附(BET)、X光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)等方法对最佳制备条件的脱硫剂的新鲜样和硫化样的物相组成、孔结构、表面元素、外观形貌等进行表征。结果显示改性半焦能够提高铁酸锌脱硫剂的比表面积和孔隙度,并且制备的铁酸锌粒径较小,避免了团聚现象。另外SEM结果显示铁酸锌呈球形颗粒均匀地分散在半焦表面,可以为硫化反应提供更大的反应面积和促进质量传递。
碱改性城市污泥-煤的成浆性能
朱梦园, 吴国光, 胡远丰, 孟献梁, 马少莲
化工进展. 2017, 36(07): 2691-2697. doi:
10.16085/j.issn.1000-6613.2016-2130
摘要
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为解决污泥与煤掺混制浆时存在浓度低和掺混量少等问题,本文将污泥干燥基质量20%的NaOH粉末与污泥均匀混合以对其进行改性,并用改性前后的污泥分别制备污泥-水煤浆,采用红外光谱仪、SEM扫描电镜和表面Zeta电位对样品进行表征,考察了改性对污泥结构性质的变化及不同污泥及改性污泥添加量对成浆性能的影响。通过NaOH改性处理,得到的改性污泥表面含氧官能团含量下降,表面电负性增强,有利于成浆。结果表明,改性可以解决污泥-水煤浆浓度低和流动性差的问题,对比污泥-水煤浆,当改性污泥添加量为10%时,浓度提高了5.64%,流动性得到很大提高,表现为连续流动,稳定性也有明显改善。在满足污泥-水煤浆性能的条件下,提高了污泥的利用率,促进了污泥在水煤浆制备中的应用。
湿法脱硫废水液柱蒸发特性
洪永强, 陈桂芳, 马春元, 毛岩鹏, 杨德萍, 刘晓, 沈荣胜
化工进展. 2017, 36(07): 2698-2706. doi:
10.16085/j.issn.1000-6613.2016-2160
摘要
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提出了一种利用烟气余热基于液柱蒸发浓缩脱硫废水的新型工艺,旨在降低脱硫废水零排放的成本。利用液柱蒸发试验台,研究了不同工艺参数下脱硫废水的液柱蒸发特性,得到了出口烟气湿饱和的边界条件。研究结果表明:在试验参数范围内,烟气裹挟速率、蒸发速率、压力损失范围分别为1.5~53.17kg/h、8.85~45.73kg/h、9~160Pa,出口烟气湿度、出口烟气温度、SO
2
去除率范围分别为28.6%rh~99.6%rh、42.5~65.7℃、4.1%~61.0%。出口烟气中盐离子浓度的增加为烟气裹挟废水所致,蒸发过程中盐类不会迁移到烟气中。喷嘴直径为2.5mm时,出口烟气均呈湿饱和态;喷嘴直径为5mm时,蒸发塔内烟气流速大于5.0m/s时,出口烟气呈湿饱和态;喷嘴直径为10.6mm时,出口烟气均呈不饱和态。本实验的实施对于电厂的余热利用和废水零排放项目提供了参考和借鉴意义。
微孔球状氢氧化镁对水样中刚果红的吸附工艺优化
蒋德敏, 陈书鸿, 赖庆轲, 黄美英, 陈明君, 陈建钧, 何阳
化工进展. 2017, 36(07): 2707-2713. doi:
10.16085/j.issn.1000-6613.2016-2188
摘要
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为了解决氢氧化镁净化染料废水过程中过滤难的问题,提出了一种球状氢氧化镁的合成方法以及刚果红废水净化处理工艺。采用七水硫酸镁、氢氧化钠和氨水为原料,在晶型控制剂条件下制备球状氢氧化镁,利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)等对产物进行表征。通过振荡实验研究了微孔球状氢氧化镁对水溶液中刚果红的吸附行为,分别考察氢氧化镁加入剂量、时间、溶液pH、振荡转速、温度等因素对吸附效果的影响。研究表明,球状氢氧化镁加入剂量、时间、溶液pH、温度对氢氧化镁吸附刚果红影响较大,振荡转速对其吸附影响较小。同时,在刚果红初始浓度为100mg/L时,得到其最佳吸附工艺条件为:在室温下,微孔球状氢氧化镁的投入量为2g/L,吸附时间为70min,刚果红溶液的pH调节到4~8,吸附振荡转速为220r/min。在此吸附工艺条件,对刚果红初始浓度为100mg/L的吸附率高达93.29%。吸附平衡实验表明,在刚果红废水溶液初始pH为2和吸附温度为40℃时,球状氢氧化镁对刚果红分子的吸附更符合Langmuir模型;刚果红废水溶液初始pH在4~8时,Freundlich吸附模式更适合描述球状氢氧化镁对刚果红的吸附。
应用技术
石化生产执行制造系统智能化功能提升及应用
刘刚, 谌湘临, 张少宁
化工进展. 2017, 36(07): 2714-2723. doi:
10.16085/j.issn.1000-6613.2016-1637
摘要
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诠释了生产执行制造系统(MES)智能化的内涵,提出了石化MES智能化功能提升方案,阐明提升应包括功能层及平台层中已有功能提升和新功能构建及功能集成。本文重点介绍了平台层中的工厂模型提升、智能计算服务环境和事件服务中心这三大智能支撑功能的提升。采用基于面向对象分析方法的工厂模型扩展方法,实现了现有工厂模型提升。通过问题求解算法选型及组件封装,实现了智能计算服务环境的构建。在介绍事件服务中心总体架构的基础上,分别阐述了为了实现复杂事件检测和专家知识库两大核心功能所解决的复杂事件匹配模型和专家规则引擎的构建等关键问题。依据所提出的集成方案,将三大提升功能集成于现有MES平台之中,实现了平台功能提升。最后介绍了为实现某炼化企业乙烯装置节能降耗和安全生产所进行的MES智能化功能提升、实际应用效果及经济效益。
惠州石化有限公司连续重整装置工艺流程模拟与优化
孟凡辉, 纪传佳, 杨纪
化工进展. 2017, 36(07): 2724-2729. doi:
10.16085/j.issn.1000-6613.2016-2078
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以惠州石化有限公司200×10
4
t/a连续重整装置为研究对象,采用英国先进技术公司KBC的流程模拟软件Petro-SIM,建立了预加氢部分、重整反应部分以及重整全流程模型,以期优化装置操作条件,改善装置的生产瓶颈。应用该模型分别对重整加权平均反应入口温度以及重整装置的3条分馏塔进行了优化分析。模拟结果得出,重整加权平均反应入口温度在520.7~521.7℃时,重整操作条件最优;预加氢产物汽提塔底温度在235℃、塔压在1.01MPa、进料温度在171℃时达到最佳的分离效果;重整脱戊烷塔塔压在1.02MPa、重整脱丁烷塔塔压在1.0MPa时塔的操作最优。通过实施优化措施,将重整加权平均反应入口温度由517.7℃提高至521℃,可增产芳烃2.7×10
4
t/a,氢气1.126×10
7
m
3
/a;分别将汽提塔塔压、脱戊烷塔塔压以及脱丁烷塔塔压由1.1MPa降至1.0MPa,共节约燃料气3.528×10
6
m
3
,多回收C
6
环烷烃2.306×10
4
t/a。核算装置效益,全年可实现节能效益197.9万元,提升装置经济效益3128.8万元。
在线办公系统
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关于表彰中国化工学会会刊 2023 年度优秀审...
“热化学反应工程技术”专刊开放投稿啦!
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