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2017年 第36卷 第09期 刊出日期:2017-09-05
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    本期封面、中英文目次表
    化工进展. 2017, 36(09):  0-0. 
    摘要 ( 110 )   PDF (6982KB) ( 275 )  
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    化工进展. 2017, 36(09):  0-0. 
    摘要 ( 22 )   PDF (7088KB) ( 99 )  
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    特约评述
    聚烯烃类弹性体——现状与进展
    李伯耿, 张明轩, 刘伟峰, 王文俊
    化工进展. 2017, 36(09):  3135-3144.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-0462
    摘要 ( 361 )   PDF (451KB) ( 1101 )  
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    综述了聚烯烃类弹性体的国内外发展现状与研究进展,介绍了二元乙丙胶(EPM)、三元乙丙胶(EPDM)、茂金属三元乙丙胶(mEPDM)等乙丙弹性体,及乙烯/α-烯烃无规共聚物弹性体(POE)和嵌段共聚物弹性体(OBC)等的主要生产商、产品商标、牌号及性能特点,以及合成工艺与催化剂体系的发展。指出POE、OBC类热塑性弹性体不仅具有聚烯烃类弹性体卓越的力学性能,而且成型加工简便、可回收使用,发展迅速。茂金属催化剂具有活性高、对α-烯烃共聚能力强和单一活性中心的优点。我国目前尚不能进行mEPDM、POE、OBC等性能更为优异、利润更为丰厚的聚烯烃弹性体和热塑性弹性体的生产。要进行这些产品的自主开发,必须加强对耐高温茂金属催化剂和烯烃高温溶液共聚工艺的研究。
    我国化石能源清洁利用前景展望
    胡徐腾
    化工进展. 2017, 36(09):  3145-3151.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-0785
    摘要 ( 280 )   PDF (395KB) ( 708 )  
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    介绍了我国煤、石油、天然气3种主要化石能源的利用现状,分析了化石能源利用新技术和发展趋势,结合我国经济、社会和环境保护发展需求,分别就煤、石油、天然气的优化利用提出了发展建议,指出煤转化为电能是最安全、经济、清洁的利用方式,同时需要稳妥推进、创新发展现代煤化工;石油加工需持续降低柴汽比,增产航空煤油,以及加速燃料型炼厂向化工型炼厂转型。天然气仍然是主要用作燃料,需要降低工业用气成本,有序发展天然气发电。
    化工过程与装备
    颗粒床过滤除尘技术研究进展
    颜深, 孙国刚, 孙占朋, 韩笑, 黄雷, 赵斐
    化工进展. 2017, 36(09):  3152-3163.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-0014
    摘要 ( 221 )   PDF (1017KB) ( 488 )  
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    高温气体高效除尘技术的开发与应用对于提高工业过程能量利用效率、实现清洁生产具有重要意义,其中颗粒床过滤技术因兼顾效率与压降、经济性好、苛刻环境适应性强等特点,为解决固体燃料高效综合利用、清洁发电、余热利用等领域涉及的高温气体净化难题提供了一条有效的途径。本文首先对颗粒床的除尘机理和分类进行了介绍,重点综述了颗粒床的结构形式和改进研究进展,从固定床、移动床到其他形式颗粒床,然后概述了颗粒床性能影响因素和工程应用研究现状,最后对颗粒床的发展趋势进行了展望。相较于固定床,移动床尽管效率尚待提升,运行控制因素也较多,但移动床过滤时效率和压降基本保持稳定,可以连续操作,更加适合工业化应用。本文总结出移动床是目前研究的热点,增强颗粒层整体均匀流动性和利用效率、优化进气方式以及集成性针对性设计是未来移动床的发展方向。
    油气输送管线水合物沉积研究进展
    宋光春, 李玉星, 王武昌, 姜凯, 施政灼, 赵鹏飞
    化工进展. 2017, 36(09):  3164-3176.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-0154
    摘要 ( 184 )   PDF (5006KB) ( 387 )  
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    水合物在油气输送管线内的沉积是导致管线堵塞的重要原因。本文调研了国内外水合物沉积研究常用的实验装置,主要包括微机械力测量装置、摇晃式反应釜和不同规模的实验环路。利用上述装置的实验研究及相关计算流体力学模拟研究共同表明,水合物颗粒的管线着床、水合物的管壁膜生长和水合物颗粒的管壁黏附是油气输送管线内水合物沉积的3种主要机理。水合物浓度过高、水合物颗粒粒径过大及管内流速过低是水合物颗粒着床沉积的主要原因。管壁和流体间存在温度梯度且管壁处过冷度较大时,水分子或气体分子由流体内部向管壁处的扩散是引发水合物膜生长沉积的根本原因。水合物颗粒与管壁间的毛细液桥力和范德华力是粘附沉积产生的主要原因。针对3类沉积机理,分别介绍了其沉积特性及相关沉积模型。过冷度与水合物的沉积机理密切相关,因此可根据流体过冷度的大小对管线不同位置处的水合物沉积机理进行区分。沉积模型的完善及水合物沉积特性与流体流动特性间的耦合对油气流动安全保障具有非常重大的意义,是未来研究的重点。
    新型循环流化床反应器研究进展
    苏鲁书, 朱晴晴, 刘丙超, 李春义
    化工进展. 2017, 36(09):  3177-3188.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-0175
    摘要 ( 227 )   PDF (1058KB) ( 491 )  
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    开发新型循环流化床反应器始终是流态化领域研究的热点。本文首先简介了循环流态化的基本原理以及床层内部流体动力学特性,然后从装置构型、操作工况、流动特性以及应用前景等方面综述了近年来新型循环流化床反应器技术的研究进展,并对其进行了系统分类:高密度循环流化床和循环湍动流化床在实现提升管增浓的基础上,极大地改善了流化床体系中明显的不均匀时空流动结构,但是各有弊端,例如高密度循环流化床(HDCFB)中颗粒沿径向混合有很大的梯度,循环湍动流化床(CTFB)中存在强烈的轴向返混以及颗粒停留时间较长,且两者整体偏低的颗粒浓度进一步限制了其在两段提升管催化裂解多产丙烯(TMP)等生产低碳烯烃工艺的应用;变径提升管反应器、内循环型提升管反应器以及多流型提升管反应器等新型反应器将提升管高效的气力输送特性与密相床内较高的颗粒浓度、高效的热质传递等优点相互耦合,在提升管内既能实现高密度输送又能形成均匀的流动结构,消除反应环境对产品分布的影响。最后指出,新型循环流化床的研究应从改善流动结构、发展优化组合技术以及建立统一流动模型3个方面着手。
    FeCl2·4H2O晶体流态化煅烧过程实验研究
    王玲, 郑燕萍, 程榕, 杨阿三, 孙勤, 张许力
    化工进展. 2017, 36(09):  3189-3194.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-0020
    摘要 ( 172 )   PDF (601KB) ( 208 )  
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    φ44mm的流化床反应器中用空气对FeCl2·4H2O晶体进行流态化煅烧,采用氯离子选择电极测定尾气吸收液中氯离子浓度,得到FeCl2·4H2O煅烧反应转化率随反应时间的变化关系,考察表观气速、晶体平均粒径和床层温度对流态化煅烧过程的影响。研究结果表明,FeCl2·4H2O晶体煅烧生成的Fe2O3质地疏松,在流化状态下自颗粒表面剥落随气流带出煅烧炉,类似缩粒反应过程。FeCl2·4H2O晶体流态化煅烧,表观气速增大,反应速率加快,煅烧时间缩短,表观气速达0.64m/s外扩散影响基本消除,再增大表观气速对煅烧反应影响不明显,过程为表面反应控制。FeCl2·4H2O晶体初始平均粒径越小,反应速率随时间的变化越明显,完成煅烧反应的时间越短。床层温度对煅烧反应影响显著,煅烧反应与颗粒表面积成正比。
    基于图像分析的底吹搅拌反应器混合特性
    肖清泰, 王仕博, 李鹏, 高勤, 徐建新, 王华
    化工进展. 2017, 36(09):  3195-3202.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-0071
    摘要 ( 170 )   PDF (4209KB) ( 628 )  
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    以富氧底吹熔池熔炼过程为研究对象,基于气泡扰动形成流场图像测算灰度级强度,测算与比较底吹搅拌反应器内的局部混合特性。参照某企业底吹炼铜炉实际尺寸,搭建气体喷吹水模型试验平台;利用高速摄像机拍摄不同设计参数下的试验过程,捕获并存储水模型中喷口上方流场的彩色图像;截取未受装置干扰的研究区域,测算其绿色成分的灰度级强度均值与标准差。研究发现:气泡扰动流场RGB图像的绿色成分在本试验条件下对于真实图像气泡轮廓特征提取更为准确;绿色成分图像的水平剖线针对单排喷口与双排喷口分别呈现单峰与双峰,验证了以灰度级强度表征混合特性的准确性;测算研究区域的灰度级强度均值时间序列和标准差时间序列,最终发现:在熔池动态平衡阶段,大部分时间序列在统计学意义上服从正态分布。本研究为推进图像分析技术在底吹搅拌反应器流动与混合特性研究方面提供了参考依据。
    管道表面润湿性对层流流动阻力的影响
    敬加强, 齐红媛, 梁爱国, 史建英, 蒋华义, 张亦翔, 王玉龙, 孙娜娜
    化工进展. 2017, 36(09):  3203-3209.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-0149
    摘要 ( 189 )   PDF (1168KB) ( 211 )  
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    基于建立的小型循环管路实验平台,实验研究了自来水、乙二醇和26#白油分别在304不锈钢管、有机玻璃管、聚丙烯管(PP管)和聚四氟乙烯管(PTFE管)内层流流动的阻力特性。通过测量不同流量下的压降,计算得到了摩阻系数和泊肃叶数随雷诺数的变化关系以及相同雷诺数下摩阻系数随接触角的变化关系,同时采用接触角测定仪分别测量了3种液体在4种管道表面的接触角,讨论了管道表面润湿性对流动阻力的影响规律。实验结果均表明,管道表面润湿性对流动阻力产生了一定的影响:在相同雷诺数下,随着液体在管道表面接触角的增大,液体的泊肃叶数和摩阻系数均呈现减小的趋势;疏液管道表面润湿性对摩阻系数的影响大于亲液管道,并且在雷诺数较小时这种现象表现得更加明显。
    不同有机物对氯化钠溶解度和介稳区的影响
    卢诗谣, 赵颖颖, 袁俊生
    化工进展. 2017, 36(09):  3210-3216.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-0153
    摘要 ( 268 )   PDF (842KB) ( 472 )  
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    在实施废水零排放工程中,有机物的存在给无机盐结晶过程带来不利影响,因而有必要考察有机物添加剂对盐结晶的影响规律。本文测定了氯化钠在水以及添加蛋白胨、苯酚和庚二酸的水溶液中的溶解度和超溶解度,考察了介稳区的变化规律。结果表明,3种有机物均使氯化钠溶解度降低,且溶解度随有机物含量的增大而减小,其中庚二酸的影响最大。3种有机物的存在也同时降低了介稳区的宽度,且随有机物含量增大而减小,影响大小顺序为苯酚 > 庚二酸 > 蛋白胨。在饱和温度为343.15K、COD为20000mg/L的苯酚溶液中,氯化钠介稳区宽度较纯水中相比可减小65.3%,影响效果明显。介稳区随搅拌速率的增大、降温速率的减小而变窄。搅拌速率在不同有机物存在下对介稳区影响大小顺序为庚二酸 > 蛋白胨 > 苯酚,降温速率在不同有机物存在下对介稳区影响大小顺序为蛋白胨 > 苯酚 > 庚二酸。
    水冷螺旋输送机内颗粒的流动特性
    张忠良, 刘永启, 郑斌, 李瑞阳, 郁鸿凌
    化工进展. 2017, 36(09):  3217-3222.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-0181
    摘要 ( 189 )   PDF (746KB) ( 254 )  
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    水冷螺旋输送机内颗粒的运动对其换热效率起决定性作用。为揭示应用于兰炭行业的水冷螺旋输送机内颗粒的流动特性,本文基于离散单元法(DEM)建立了水冷螺旋输送机的计算模型,从颗粒群力链的角度分析了螺旋转速、填充系数、螺距以及螺旋轴直径对其内部颗粒流动的影响。结果表明:壳体附近颗粒的运动速度因边界抑制作用有所降低。填充系数小于80%时,颗粒的运动以滑移为主;填充系数大于80%时,颗粒的运动以旋转为主。满填充状态下,螺距与螺旋直径之比小于2/3时,颗粒的运动以旋转为主;螺距与螺旋直径之比大于2/3时,颗粒的轴向运动逐渐占据主导地位。质量流率随螺旋转速和螺距的增加而增加,随螺旋轴直径的增加而降低。质量流率对高于80%填充系数的敏感程度高于低填充系数的敏感程度。
    有机朗肯循环中的工质热源转折温度及其特征
    李新国, 王伟, 翟哲, 南来福, 王竞逸
    化工进展. 2017, 36(09):  3223-3230.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-0056
    摘要 ( 197 )   PDF (632KB) ( 308 )  
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    有机朗肯循环中存在有极值功循环与无极值功循环,即存在一种净功的转折线与所对应的工质热源转折温度,它对工质的选择与循环性能评价具有指标性的作用。基于梯形循环及其理论模型,本文建立工质饱和线形状(饱和液线斜率、饱和气线斜率及其斜率比与临界温度)及物性为自变量的数学关系,并提出和定义线性饱和线工质模型,建立循环性能与工质物性之间的数学关系。分别推导出有机朗肯循环中工质热源转折温度的经验公式,以及梯形循环下线性饱和线工质的热源转折温度理论公式及其修正。研究热源转折温度及其对应的优化工况的特征与一般性规律,得到21种工质热源转折温度的有机朗肯循环数值计算与经验公式之间的偏差小于1.97%。线性饱和线工质模型下,工质的热源转折温度为临界温度和蒸发器窄点温差之和;热源转折温度所对应的最高优化工况(最高优化蒸发温度与最大净功极值)随斜率比单调增加,至干工质时,最高优化工况接近工质的临界点。
    火灾环境液化石油气卧罐动态可靠性分析
    贾梅生, 陈国华
    化工进展. 2017, 36(09):  3231-3236.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2016-1823
    摘要 ( 142 )   PDF (2188KB) ( 236 )  
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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。在火灾环境液化石油气(LPG)卧罐两节点集中温度参数模型基础上,基于随机扩散过程和首次穿越失效理论,对其动态可靠性进行建模与分析。集中温度参数模型通过转化为一个二维伊藤随机微分方程,得到漂移与扩散系数表达式;根据首次穿越失效理论,定义条件动态可靠性函数,导出函数满足的后向柯尔莫哥洛夫方程(KBE);应用有限差分法并结合适当边界条件求解KBE,得到动态可靠性结果。与静态可靠性不同,动态可靠性方法可描述整个时间轴的破坏失效可能性,为多米诺效应定量风险评价提供更可靠、更精确的概率结果。
    异距贴壁风喷口布置方案的数值模拟
    孟凡冉, 高畅, 金保昇, 张勇
    化工进展. 2017, 36(09):  3237-3242.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-2034
    摘要 ( 147 )   PDF (1714KB) ( 251 )  
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    为了消除某600MW前后墙旋流对冲锅炉侧墙水冷壁出现的高温腐蚀现象,在前后墙开3层对冲贴壁风喷口,借助Fluent软件模拟计算了原始运行工况以及不同贴壁风工况下的炉内燃烧,并着重分析了侧墙近壁区内还原性气体(CO)浓度的分布情况;结果表明,数值模拟的结果比较符合炉膛实际的运行情况,不同贴壁风喷口类型的防腐效果并没有显示出太大差异;受上升烟气的携带作用,贴壁风喷口的布置方式对贴壁风的防腐效果影响很大;采用异距式贴壁风喷口的布置方式并结合贴壁风射流补氧特性,在贴壁风率消耗不到4%的前提下,就使侧墙近壁区的还原性气氛浓度达到较低水平,说明在合适的喷口布置以及速差组合的基础上,前后墙贴壁风布置方式可以有效地抑制侧墙水冷壁高温腐蚀。
    共沸精馏分离2-甲基吡啶和水
    杨颖, 范开功, 白鹏, 郭翔海
    化工进展. 2017, 36(09):  3243-3249.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2016-2065
    摘要 ( 238 )   PDF (990KB) ( 314 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    采用共沸精馏的方法分离2-甲基吡啶和水二元均相共沸物系。选取环己烷作为共沸剂,利用流程模拟软件Aspen Plus对共沸精馏塔进行模拟计算,分析了不同共沸剂用量、塔底采出量以及进料位置等操作参数对产品纯度、共沸剂的损失量以及精馏塔热负荷的影响,模拟结果表明当精馏塔的塔板数为21,共沸剂的用量为3600kg/h,塔底采出量为888kg/h,原料进料位置在第15块板时,共沸精馏塔塔底可得到质量分数为99.54%的2-甲基吡啶,塔顶分相罐下层可采出质量分数为99.97%的水。最后,通过间歇共沸精馏实验对以环己烷为共沸剂分离2-甲基吡啶-水物系的效果进行检验,结果表明共沸精馏塔塔底2-甲基吡啶的质量分数达99.85%,塔顶水相可采出质量分数达99.96%的水,证明了该工艺路线具有良好的可行性。
    能源加工与技术
    生物炼制经济的发展思路和展望
    孙明荣, 刘晓欣, 谢文华, 宗保宁, 郜亮
    化工进展. 2017, 36(09):  3250-3256.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-0102
    摘要 ( 292 )   PDF (703KB) ( 340 )  
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    介绍了国内外生物炼制厂发展现状、研究框架及发展趋势。列举了生物炼制产业未来的重点研究领域,重点阐述了琥珀酸和甘油作为生物炼制厂"平台分子"的应用状况。琥珀酸作为平台分子被认为具有更好的灵活性,在丁二醇及其衍生物合成方面具有广泛的应用前景;甘油在丙二醇、环氧氯丙烷、乳酸等化工产品合成方面具有重要价值。文中回顾了木质纤维素转化的相关研究,介绍了木质纤维素在催化分解和发酵方面的较新进展。较为全面地分析了近年来国外生物炼制厂在生产效率、原料来源、产品分离、地域限制等方面的局限性,展望了未来生物炼制厂在拓展原料来源和开发生物基特色产品等方面的发展趋势,为国内生物炼制厂的发展提供了参考。
    质子交换膜燃料电池冷启动研究进展
    岳利可, 王世学, 李林军
    化工进展. 2017, 36(09):  3257-3265.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-0132
    摘要 ( 208 )   PDF (2631KB) ( 478 )  
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    质子交换膜燃料电池(PEMFC)具有工作温度低、启动停机快、能量密度高等优点、在移动电源、车辆等设备方面具有很好的应用前景。但是,目前仍存在很多亟待解决的问题,如制造成本、电池寿命、冷启动能力等,制约着PEMFC的商业化进程。其中,燃料电池的冷启动能力是其实际应用中必须面临的重要课题,因此本文从多个方面对PEMFC冷启动的研究进展进行概述,包括PEMFC的冰冻机理、冷启动过程中水热传输特性及可视化研究。分析表明,电池的具体结冰位置还没有统一的定论;冷启动过程中冰的形成确实破坏了膜电极组件,缩短了电池寿命;可视化的研究方法在水管理方面得到了广泛应用,为改善电池内部的水分布提供了更直观的依据;基于电极材料和电池结构的水热管理或许是未来的研究热点。
    添加剂改性对催化裂化油浆静电分离的影响
    郭爱军, 龚黎明, 赵娜, 陈坤, 刘贺, 王宗贤, 黄金菊, 孙梦, 袁俊聪
    化工进展. 2017, 36(09):  3266-3272.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-0093
    摘要 ( 186 )   PDF (1689KB) ( 250 )  
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    为提高催化裂化油浆的静电分离效果,对一级静电后的油浆经过改性之后再进行二级静电脱固。通过比较4种添加剂加入后的静电脱固效果,发现介电常数较高、导电率较低的添加剂A最优。经过对加入添加剂后静电分离实验条件的优化,确定了添加剂改性时静电分离的最优实验条件。与不进行改性相比,改性后的脱固效率提高了21%,净化油浆催化剂颗粒含量低于10μg/g。对固体颗粒的介电常数进行测定,利用光学显微观察、能谱分析及红外光谱仪对静电前后油浆中剩余固体颗粒的物理状态及物质组成进行了观察,分析发现向油浆中加入添加剂A之后再进行静电分离,可以使净化油浆中的固体颗粒含量减小,介电常数增加,并且添加剂对油浆中的催化剂颗粒作用比较明显。
    神华煤直接液化残渣萃取组分改性石油沥青
    宋真真, 孙鸣, 黄晔, 吕波, 苏小平, 钟姣姣, 赵香龙, 马晓迅
    化工进展. 2017, 36(09):  3273-3279.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2016-2004
    摘要 ( 194 )   PDF (4996KB) ( 272 )  
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    以神华煤直接液化残渣索氏溶剂梯级萃取分别得到的重油(HS)、沥青烯(AS)和前沥青烯(PA)作为改性剂,对石油沥青进行改性,探究改性剂的掺混量对石油沥青性能的影响及其改性机制。研究表明:当HS作为改性剂时,最佳掺混量为1%;当AS作为改性剂时,最佳掺混量为4%;PA作为改性剂时得到的改性沥青,针入度和延度不能同时符合美国ASTM D5710-95标准40~55针入度的指标要求;HS和AS改性沥青与石油沥青相比在2924cm-1及2847cm-1处的-CH2-的伸缩振动吸收峰强度变弱,在改性过程中可能发生了烷基侧链脱氢反应;改性沥青与石油沥青的热失重相比,其最终失重温度都有所提高,当AS作为改性剂、加入量为4%时改性沥青最终失重温度提高最大为11℃;随着改性剂分子量的增大,其荧光显微镜图片中的荧光物质会越来越多,颗粒逐渐增大。
    蛭石复合添加剂对准东煤灰特性影响
    高姗姗, 金晶, 刘敦禹, 王永贞, 姚宇翔, 寇学森
    化工进展. 2017, 36(09):  3280-3286.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2016-2076
    摘要 ( 193 )   PDF (1538KB) ( 298 )  
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    采用高温热台显微镜和X射线衍射分析(XRD)相结合的方法,研究了蛭石复合添加剂对准东煤灰膨胀特性以及准东煤灰内矿物组分随温度的演变规律,分析了蛭石复合添加剂对准东煤结渣特性的影响。结果表明,蛭石复合添加剂可改变准东煤灰的膨胀率,使得灰渣变得疏松多孔且质地较脆,极易自然脱落或通过吹灰方式除去,蛭石复合添加剂添加量越大,煤灰膨胀率越高;蛭石复合添加剂对准东煤灰软化温度的影响较小,添加量小于5%时软化温度基本不变,继续增加添加量后煤灰软化温度将明显降低,建议采用5%的添加量;高温下准东煤灰中主要以钙铝黄长石、镁黄长石和黄长石为主,随着加热时间增加钙铝黄长石及镁黄长石向灰熔点较高的黄长石转化,而加入蛭石复合添加剂后高温下部分钙铝黄长石及镁黄长石会向灰熔点相对较低的透辉石转变。
    不连沟煤热解半焦燃烧特性研究
    薛新巧, 冯钰, 靳立军, 胡浩权
    化工进展. 2017, 36(09):  3287-3292.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-0375
    摘要 ( 153 )   PDF (637KB) ( 199 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    煤热解产生具有高利用价值的煤气和焦油,并伴随产生大量的热解半焦,燃烧是半焦的主要利用途径之一。本文采用非等温热重分析法研究了热解条件(热解温度和停留时间)、热解气氛和燃烧升温速率对热解半焦燃烧行为的影响,并利用Coats-Redfern积分法对半焦燃烧过程进行动力学计算。结果表明:热解温度对甲烷二氧化碳重整与煤热解耦合过程半焦的燃烧反应特性有重要影响。随热解温度升高,半焦燃烧反应性呈下降趋势,反应活化能逐渐增加,这与半焦中较低的挥发分成正相关。热解停留时间和热解气氛对半焦燃烧影响较小。与在氮气中热解半焦相比,加氢热解和耦合热解半焦表现出几乎相同的燃烧特征和反应活化能。燃烧升温速率显著影响半焦的燃烧特性,提高燃烧升温速率促使半焦燃烧反应在更高温度下进行。
    工业催化
    乙炔气相法合成乙酸乙烯催化剂的研究进展
    郭秀玲, 陈光辉, 王伟文, 李建隆
    化工进展. 2017, 36(09):  3293-3299.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2016-2345
    摘要 ( 188 )   PDF (4647KB) ( 281 )  
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    乙炔气相法制备乙酸乙烯工艺通常采用乙酸锌/活性炭催化剂。本文综述了活性组分、载体特性、助催化剂、制备方法及催化剂失活原因的研究,指出了乙酸锌为活性组分最佳选择,对比了3种催化反应机理,讨论了活性组分最佳负载量及负载方法;简述了活性炭作为催化剂载体所具有的特性,结合有效孔径分析了载体改性对催化剂活性的提高效果,展示了竹质活性炭作为催化剂载体良好的应用前景,并总结了催化剂失活的主要原因。指出需通过改性解决催化剂载体有效孔比例低的问题,并开展抑制催化剂失活的研究。
    离子液体催化二氧化碳合成环状碳酸酯的研究进展
    杨美, 钟向宏, 陈群
    化工进展. 2017, 36(09):  3300-3308.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-0282
    摘要 ( 237 )   PDF (542KB) ( 515 )  
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    离子液体作为一种新型绿色环保介质,由于其结构可设计、稳定性高以及催化活性高等优点,使其在CO2环加成反应的催化方面应用前景广阔。本文综述了近年来离子液体催化CO2与环氧化物的环加成反应制备环状碳酸酯的研究进展。传统离子液体包括咪唑类、吡啶类、季铵盐季盐等离子液体,而功能化离子液体包括羟基功能化、羧基功能化等离子液体。与传统离子液体相比,功能化离子液体具有更好的催化活性。无机或有机材料负载的非均相离子液体催化剂报道较多,载体包括SiO2、氧化石墨烯、聚合物等。非均相催化剂具备易分离、可在固定反应器中连续反应等优点,更适应工业化生产。指出了CO2与环氧化合物反应制备环状碳酸酯过程中出现的催化剂活性低、反应条件苛刻等关键问题,因此寻求高选择性合成环状碳酸酯的环境友好的新型高效催化剂具有重要的学术意义和实用价值。
    Ag/AgBr-硅藻土复合光催化剂的制备及其可见光光催化性能
    龚久炎, 宋文东, 陈嘉琳, 李世杰, 蔡璐, 纪丽丽
    化工进展. 2017, 36(09):  3309-3315.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2016-2385
    摘要 ( 179 )   PDF (2078KB) ( 428 )  
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    采用沉积-沉淀-光还原法制备了Ag/AgBr-硅藻土复合光催化剂。利用红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、紫外-可见漫反射光谱(UV-vis DRS)技术对产物进行了表征,测试了Ag/AgBr-硅藻土复合光催化剂在可见光下(λ>420nm)对罗丹明B(RhB)的光催化降解性能。基于自由基捕获实验探讨了Ag/AgBr-硅藻土复合光催化剂催化降解RhB过程中的主要活性成分以及光催化降解RhB的机理。结果表明,当Ag/AgBr与硅藻土质量比为4:1时,Ag/AgBr-硅藻土复合催化剂具有最高的光催化活性,光照60min后,RhB的降解效率高达83.1%。机理研究表明h+和·O2-在降解RhB过程中为主要活性成分。
    氮掺杂石墨烯负载八面体氧化亚铜复合材料的制备及其电催化性能
    李月华, 张蓉, 姜孟秀, 王文洋
    化工进展. 2017, 36(09):  3316-3322.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-0026
    摘要 ( 181 )   PDF (2103KB) ( 387 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    采用改良的Hummers方法制备出氧化石墨烯(GO),接着利用氮气流通过浓氨水将氨气载入管式炉中,与氧化石墨烯混合。在此过程中,氧化石墨烯表面的含氧官能团发生分解、脱离形成活性中心,与浓氨水发生相互作用,从而实现氮的掺杂,同时氧化石墨烯在高温下被还原成石墨烯,最终形成氮掺杂石墨烯N-rGO。采用化学沉淀法将N-rGO与硫酸铜溶液混合,在还原剂水合肼的作用下八面体氧化亚铜被负载到氮掺杂石墨烯上形成复合材料Cu2O-N-rGO。通过XRD、SEM和XPS手段对其进行表征分析,结果表明氮原子在石墨烯骨架上以吡咯氮、吡啶氮和石墨氮的形式存在,形成的八面体氧化亚铜被均匀地负载到N-rGO表面。采用循环伏安法和计时电流法对该复合材料Cu2O-N-rGO的催化性能进行测试,实验结果表明,合成的复合材料Cu2O-N-rGO对葡萄糖和过氧化氢有良好的催化性能。
    离子液体催化转化CO2合成碳酸丙烯酯
    郭立颖, 邓莉莉, 胡卫东, 金先超, 殷龙珠
    化工进展. 2017, 36(09):  3323-3328.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-0044
    摘要 ( 141 )   PDF (445KB) ( 361 )  
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    首先采用7种离子液体分别催化二氧化碳与环氧丙烷合成碳酸丙烯酯,考察离子液体种类对催化性能的影响,确定最优催化剂是离子液体溴化1-乙胺基-3-甲基咪唑盐[AeMIM]Br。然后研究辅助催化剂Lewis酸与离子液体[AeMIM]Br复合体系对催化性能的影响,再将最优复合催化体系[AeMIM]Br/(ZnBr22与正硅酸乙酯通过溶胶-凝胶法制备硅胶负载型复合离子液体,实现催化剂的相态转变并有利于实现固定床催化工艺,研究硅胶负载的复合离子液体催化转化二氧化碳进行环加成反应的影响。结果表明,离子液体的结构特点对催化性能影响很大,对于烷基咪唑离子液体其侧链长度越长,催化性能越好;功能化离子液体催化性能要优于烷基咪唑离子液体,且Lewis酸ZnBr2的加入明显提高催化效果。当正硅酸乙酯与复合离子液体[AeMIM]Br/(ZnBr22配比为1:2时,所制备的硅胶负载复合离子液体催化性能最佳,其转化率为96.9%,选择性为94.8%,转化频率为3124h-1。该催化剂催化性能稳定,可多次循环使用。
    碱处理HZSM-5催化纤维素热裂解制备芳烃
    程浩, 周峰, 陈皓, 傅杰, 陈可泉, 乔凯, 欧阳平凯
    化工进展. 2017, 36(09):  3329-3335.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-0045
    摘要 ( 144 )   PDF (1442KB) ( 395 )  
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    使用不同浓度的NaOH溶液(0.2~1.0mol/L)对不同硅铝比的HZSM-5沸石进行碱处理制备多级孔HZSM-5,研究了NaOH浓度对碱处理制备多级孔HZSM-5的影响规律以及多级孔HZSM-5在纤维素催化热裂解中的催化性能。采用N2吸附-脱附、XRD、TEM和NH3-TPD对催化剂进行表征:XRD结果显示HZSM-5碱处理后,多级孔HZSM-5依然有MFI结构特征峰;N2吸附-脱附和TEM表征结果表明碱处理后的ZSM-5晶体内有明显的介孔孔道,形成多级孔结构;NH3-TPD结果表明随着NaOH浓度的增加,多级孔HZSM-5的强酸量呈现先增加后减少的趋势,在0.4mol/L处达到最高值。在微型裂解仪与气相色谱-质谱联用装置中研究多级孔HZSM-5对纤维素催化热裂解制备芳烃的催化性能,结果显示硅铝比为25、38、50的HZSM-5芳烃产率分别从碱处理前的33.5%、35.6%和32.2%,最高增加至37.1%、38.5%和34.0%(0.4mol/L NaOH碱处理);焦炭产率分别由碱处理前的33.1%、31.5%和33.8%降低至29.1%、25.8%和29.8%。结果表明,通过有效调控碱处理条件能够提高纤维素催化热裂解过程中的芳烃产率,同时降低焦炭产率。
    材料科学与技术
    用于燃料电池的碱性阴离子交换膜研究进展
    袁园, 沈春晖, 陈继钦, 任学超
    化工进展. 2017, 36(09):  3336-3342.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2016-2357
    摘要 ( 217 )   PDF (489KB) ( 474 )  
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    针对当前碱性阴离子交换膜离子电导率低和高温耐碱性较差的问题,本文综述了碱性功能基团和聚合物主链结构对阴离子交换膜离子电导率、碱性稳定性等主要性能的影响,主要介绍了季铵盐型、胍型、季盐型、咪唑盐型、锍盐型碱性功能基团以及嵌段共聚物、侧链型聚合物为基体材料的阴离子交换膜的研究进展,重点分析了上述因素对离子电导率的影响机理。综合分析表明,为了制备高电导率且强耐碱性的阴离子交换膜,进一步改性研究提高碱性功能基团离子电导率和碱性稳定性,优化聚合物主链结构,构建高效、有序的离子传输通道是未来的主要研究方向。
    钠离子电池正极材料Na0.44MnO2的研究进展
    史文静, 燕永旺, 徐守冬, 陈良, 刘世斌, 张鼎
    化工进展. 2017, 36(09):  3343-3352.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-0015
    摘要 ( 165 )   PDF (7754KB) ( 267 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    钠离子电池的研究开发在国内外处于迅速发展的浪潮中,而具有隧道结构的Na0.44MnO2作为正极材料具有既可以支持高能量密度和长循环寿命的非水电解质电池,也可以支持安全和高倍率的水溶液电解质电池的优点,成为一个重要的研究热点。本文比较系统地综述了Na0.44MnO2作为钠离子电池正极材料的研究现状,从晶体结构和充放电机理等方面进行了讨论,重点阐述了Na0.44MnO2材料的合成方法以及不同的合成方法对其结构形貌和电化学性能的影响,同时,也介绍了Na0.44MnO2材料在全电池和水系电池中的应用现状和前景以及对Na0.44MnO2正极材料掺杂和表面包覆等改性方面的研究进展,并且总结分析了改性工艺对其结构与电化学性能的影响,认为Na0.44MnO2材料对于钠离子电池仍具有极大的科研价值和应用前景。
    锂硫电池用硫化锂正极复合材料的研究现状
    李巧乐, 燕映霖, 杨蓉, 陈利萍, 任冰, 许云华
    化工进展. 2017, 36(09):  3353-3361.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-0053
    摘要 ( 176 )   PDF (14924KB) ( 333 )  
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    锂硫电池采用硫化锂作为正极材料时,不仅具有较高的理论比容量(1166mA·h/g),还可用高嵌锂能力的碳或硅材料代替金属锂负极,有效避免锂枝晶刺穿隔膜造成的短路现象,故该储能体系为国内外学者所广泛关注。本文围绕硫化锂/金属、硫化锂/碳、硫化锂/导电聚合物3类复合材料体系综述硫化锂正极复合材料近年来的研究现状。同时,对电极材料的设计和功能化制备进行了阐述,指出了硫化锂正极复合材料未来的研究方向应注重不同导电复合材料的协同使用,并注重电极材料的结构设计,向多元复合、多级结构方向发展。另外,还要通过降低硫化锂的粒径以提高活性物质负载量和循环稳定性,最终获得高性能的锂硫电池。
    多孔液体及其二氧化碳气体分离研究进展
    李晓强, 丁玉栋, 廖强, 朱恂, 郭李恒, 王宏
    化工进展. 2017, 36(09):  3362-3372.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-0235
    摘要 ( 236 )   PDF (2353KB) ( 357 )  
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    多孔液体是一类存在永久性孔洞且具有流动性的新型多孔材料,兼具微孔材料和液体的特性,具有重要的理论研究和应用价值。本文介绍了多孔液体的概念,总结了三类多孔液体制备方法,分析了其特点和形成条件。第一类多孔液体是由具有空腔的刚性主体单元形成的纯液体,主要制备方法为将具有孔洞的有机大分子或纳米颗粒进行适当修饰,使其能在常温下以液态形式存在;第二类多孔液体是将具有空腔的刚性主体分子溶解在合适的位阻溶剂中形成永久且空置孔洞,最新合成方法为缩合反应一步法得到主体分子,与较好相溶性溶剂分子互配;第三类多孔液体也是由具有空腔的刚性主体和位阻溶剂组成,配制过程中寻找相匹配的微孔框架、位阻溶剂和分散剂,得到稳定流体相是关键步骤。综述了多孔液体用于二氧化碳气体分离的研究现状,分析了不同种类多孔液体捕集二氧化碳的优缺点和捕集机制。最后对多孔液体合成方法及其在气体分离过程应用进行了展望。
    镁锂合金的腐蚀机理及表面防护方法研究进展
    高晓辉, 李玉峰, 祝晶晶, 景晓燕
    化工进展. 2017, 36(09):  3373-3379.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-0198
    摘要 ( 166 )   PDF (4602KB) ( 339 )  
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    镁锂(Mg-Li)合金具有质量超轻、强度高、延展性好和成形性好等优点,在汽车、航空航天、军事及核工业等领域具有广阔的应用前景。但是高化学活性的锂使该合金易在使用环境中发生腐蚀且难以防护,限制了其广泛应用。因此,研究Mg-Li合金的腐蚀机理并发展有效的防腐蚀技术极为重要。基于近年来国内外的研究进展,本文综述了Mg-Li合金在大气、中性及碱性NaCl溶液和模拟人体体液中的腐蚀机理,介绍了Mg-Li合金在不同环境中的腐蚀过程。同时对Mg-Li合金的表面防护方法作了系统总结,包括阳极氧化、电镀与化学镀、化学转化、涂层及其他表面防腐蚀方法,分析了各种表面防护方法的特点、优势与不足。并对Mg-Li合金表面防护的未来发展进行了展望,提出通过涂层的复合化、功能化及自修复化可以提高涂层对Mg-Li合金的防腐蚀性能和实用性。
    水热法制备二氧化锰及在过氧化氢传感器中的应用
    靳福娅, 余林, 蓝邦, 程高, 孙明, 郑小颖
    化工进展. 2017, 36(09):  3380-3387.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-0157
    摘要 ( 174 )   PDF (4420KB) ( 377 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    以高锰酸钾、硫酸锰、过硫酸钠等为原料,采用水热法合成了一系列二氧化锰(MnO2)催化剂,通过X射线衍射分析(XRD)、扫描电镜(SEM)以及N2吸附-脱附等手段进行了表征。后将一定量的二氧化锰材料与Nafion混合后滴涂于玻碳电极(GCE)表面,构成了一系列新型的过氧化氢传感器。并采用循环伏安法(CV)和计时电流法(I-t)分别对修饰电极进行表征,考察其相应的传感性能。结果表明,海胆状α-MnO2催化剂修饰的玻碳电极对过氧化氢有优异的电催化性能,其灵敏度为26.2μA·L/mmol。H2O2峰电流值在(2×10-6)~(0.14×10-3)mol/L范围内与浓度呈线性关系,最低检出限为0.57×10-6mol/L(S/N=3)。
    多功能智能型反射隔热涂料的制备与性能表征
    徐得华, 靳虎, 徐雪青, 邱晓忠, 何新华, 符小艺
    化工进展. 2017, 36(09):  3388-3394.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-0187
    摘要 ( 157 )   PDF (2238KB) ( 256 )  
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    通过Pickering聚合法,制备了以固态石蜡为芯材、高太阳反射比TiO2与聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)为壳层的新型双层包覆智能控温相变微胶囊(PCM@TiO2);采用饱和氢氧化钙溶液前处理空心玻璃微珠(HGM),以非均相沉淀法成功合成了纳米二氧化钛颗粒包覆空心玻璃微珠(HGM@TiO2)。通过扫描电子显微镜(SEM)、X-ray衍射仪(XRD)、能量色散光谱仪(EDS)、低温差示扫描量热(DSC)和紫外-可见-近红外分光光度计(UV-Vis-NIR)对样品形貌、结构、成分进行分析,并将新型隔热填料PCM@TiO2、HGM@TiO2以及纳米TiO2添加到硅丙乳液中制成反射隔热水性涂料,测试其涂层的隔热温差。结果表明:固定隔热填料的总质量为10g,当PCM@TiO2用量为4g时,太阳反射比为85.61%,隔热温差为12.7℃;当HGM@TiO2用量为6g时,太阳反射比为80.27%,隔热温差为14.1℃。
    溶胶-凝胶法低温制备Ce0.8Sm0.2O2-α及其复合电解质的中温燃料电池性能
    管清梅, 王洪涛
    化工进展. 2017, 36(09):  3395-3399.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2016-2030
    摘要 ( 164 )   PDF (5284KB) ( 269 )  
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    以三氧化二钐、浓硝酸、硝酸铈铵、柠檬酸为原料,采用溶胶-凝胶法低温(900℃)制备Ce0.8Sm0.2O2-α(SDC),低于通常高温烧结温度(1400℃),并与(Li/K)2CO3共熔体进行复合。采用DSC-TGA确定制备Ce0.8Sm0.2O2-α的烧结温度。XRD结果表明,(Li/K)2CO3与Ce0.8Sm0.2O2-α复合后没有发生化学反应。SEM图像表明,SDC粒径均匀一致,(Li/K)2CO3作为SDC颗粒黏结剂均匀覆盖SDC颗粒表面。采用电化学工作站研究了复合电解质在400~600℃下干燥氮气气氛中的电导率。结果表明,温度为600℃时,复合电解质在干燥氮气气氛中的电导率达到最大值3.3×10-2S/cm,高于单一二氧化铈材料在相同条件下的电导率。氧分压与电导率关系曲线表明,复合电解质具有良好的氧离子导电性。H2/O2燃料电池性能测试表明复合电解质Ce0.8Sm0.2O2-α-(Li/K)2CO3(SDC-SG-LK)在600℃开路条件下的电解质阻抗、极化阻抗分别为3.13Ω·cm2、0.81Ω·cm2,最大输出功率密度为130mW/cm2
    一种新型堵水调剖用酚醛交联剂的研究
    孙磊, 徐鸿志, 郝志伟, 张贵清, 夏烨, 刘小攀, 王宇宾
    化工进展. 2017, 36(09):  3400-3406.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2016-2180
    摘要 ( 174 )   PDF (599KB) ( 224 )  
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    水溶性低聚合度酚醛树脂交联剂,因其将苯酚和甲醛进行一定程度的反应,与常规酚醛单体类交联剂相比,挥发性和毒性较低,因而被广泛应用于油田堵水调剖作业。但此类交联剂在室温下放置一段时间后极易出现固化情况,保存稳定性不足,严重影响交联剂的使用。针对这一不足,本文通过分子设计制备了一种新型酚醛类交联剂,该交联剂稳定性优异,50℃条件下可存贮60天左右。利用该交联剂制备凝胶体系,成胶黏度可达20000mPa·s,成胶适用温度范围为60~120℃,可耐受钠离子20000mg/L、钙离子5000mg/L及pH=5~9的地层环境,成胶60天后凝胶黏度保留率约为75%,封堵率94%左右。相比于常规酚醛类交联剂具有更广阔的适用性。
    β-CD/Al2O3/ATP复合材料对乙腈/正丙醇的吸附分离性能的影响
    王俊, 韶晖, 解丹燕, 冷一欣, 黄春香
    化工进展. 2017, 36(09):  3407-3413.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2016-2380
    摘要 ( 143 )   PDF (707KB) ( 245 )  
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    以β-CD/Al2O3/ATP复合材料为吸附剂,对乙腈和正丙醇体系进行静态和动态吸附实验,考察吸附条件对吸附分离性能的影响。实验结果显示,β-CD/Al2O3/ATP对体系具有较好的吸附效果。吸附时间的延长、吸附温度的降低和振荡速率的增大均使得静态饱和吸附量增大。利用Langmuir方程拟合吸附数据,呈现良好的线性关系。伪二级动力学方程较好地描述了乙腈和正丙醇在复合材料上的吸附动力学过程。动态吸附实验结果表明,适当地减小流速和增加柱高,有利于提高吸附分离效果。当流速为0.05L/min,柱高为10cm,β-CD/Al2O3/ATP复合材料对乙腈和正丙醇的饱和吸附量分别为182.6mg/g和69.76mg/g,乙腈的选择性达到0.73。
    水基NiFe2O4磁流体在无磁场时的沉降稳定性
    胡臻尚, 吴张永, 莫子勇, 蔡晓明, 魏镜弢
    化工进展. 2017, 36(09):  3414-3421.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2016-2397
    摘要 ( 149 )   PDF (454KB) ( 232 )  
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    为研究水基NiFe2O4磁流体在不施加磁场时沉降稳定性的影响因素,先采用两步法制备该磁流体样品。其中,纳米粒子为纳米NiFe2O4粉体,载液为RO反渗透膜处理水,分散剂包括十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、油酸钠、聚乙二醇、十六烷基三甲基溴化铵、油酸和硬脂酸等。在重力场下,研究分散剂种类、质量分数和纳米粒子质量分数对磁流体沉降稳定性的影响,并测量部分磁流体样品的零场黏度,以得到使该磁流体稳定性和流动性较好的制备方法。然后参考以上方法,制备以CoFe2O4和Fe3O4为纳米粒子的磁流体。并通过与NiFe2O4磁流体进行对比,研究水基NiFe2O4磁流体在重力场下的热稳定性。实验表明,当分散剂分别为油酸、十二烷基苯磺酸钠和十二烷基硫酸钠,其质量分数分别为4.0%~4.6%、3.4%~3.7%和1.5%~1.7%,且NiFe2O4纳米粒子质量分数为1.9%时,这种磁流体的沉降稳定性和流动性能达到较好效果,并且水基NiFe2O4磁流体相比其他磁流体具有良好的热稳定性。
    电化学脱除Pb2+印迹复合膜的制备及其性能
    刘秀红, 王永洪, 刘成岑, 侯蒙杰, 李龙
    化工进展. 2017, 36(09):  3422-3428.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2016-2425
    摘要 ( 156 )   PDF (719KB) ( 230 )  
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    离子表面印迹技术对目标离子具有较高的选择性和良好的化学稳定性,在去除废水中的重金属离子技术中得到广泛运用。本文以Pb2+为模板离子,聚苯胺(PANI)为高分子基体,羟基化碳纳米管(MWCNTs-OH)为印迹载体,施加恒定正电位洗脱Pb2+形成印迹孔穴,成功制备出具有电活性的Pb2+表面印迹复合膜。采用傅里叶红外(FTIR)和X射线衍射(XRD)对MWCNTs-OH和印迹复合膜进行结构表征。借助电化学石英晶体微天平(EQCM)和原子吸收分光光度计(AAS)对印迹复合膜的Pb2+分离性能进行研究。结果表明,离子印迹复合膜对Pb2+的交换量可达359mg/g,且在掺杂了其他重金属离子(Cd2+、Zn2+、Co2+、Ni2+)的含Pb2+溶液中对Pb2+表现出良好的选择性,其中Pb2+/Zn2+的分离因子可达418.74。此外,复合膜具有优异的循环稳定性和快速吸脱附速率。这种新型的离子表面印迹复合膜有望用于废水中重金属Pb2+的高效分离与回收。
    憎水性金属多氮唑骨架材料(MAF-6)对糠醛/水吸附分离性能的研究
    高春苹, 石琪, 董晋湘
    化工进展. 2017, 36(09):  3429-3435.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-0004
    摘要 ( 181 )   PDF (1339KB) ( 280 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    在糠醛的生产过程中,糠醛的浓度比较低(约为30g/L),与传统精馏法相比,吸附法能有效降低能耗,文献报道的吸附材料多集中在大孔树脂材料,但其吸附容量有限。本研究将憎水性的金属多氮唑骨架材料(MAF-6)用于吸附分离稀糠醛-水溶液体系,分别考察了MAF-6对单组分糠醛的静态吸附等温线、静态吸附动力学和固定床动态穿透曲线。实验结果表明:由于MAF-6具有较大Langmuir比表面积(1582m2/g)和孔容(0.63cm3/g),在25℃下,MAF-6对糠醛的平衡吸附量为260mg/g,而且考察了不同温度对吸附等温线的影响,即温度越高,吸附容量越低。朗格缪尔吸附模型比弗伦德里希吸附模型更好地符合等温吸附过程;由于MAF-6具有较大的孔径(7.6Å),大于糠醛的动力学直径(5.7Å),在25℃下,MAF-6对糠醛的吸附平衡时间为45min,而且准二级动力学模型比准一级动力学模型更好地描述动力学吸附过程;对于固定床动态穿透实验,分别考察了不同填料高度和不同流速的影响,而且Yoon-Nelson模型可以较好地模拟MAF-6对糠醛的固定床吸附过程。
    生物与医药化工
    新型纳米棒药物载体的合成及性能研究进展
    李薇, 赵一凡, 曹媛媛, 胡平静, 李祥子
    化工进展. 2017, 36(09):  3436-3446.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-0159
    摘要 ( 187 )   PDF (2468KB) ( 625 )  
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    纳米棒拥有独特的结构、优良的性能和重要的生物医学应用价值,已逐步成为一类新型药物载体。本文介绍了近年来纳米棒作为药物载体的相关研究,分别对金纳米棒、羟磷灰石纳米棒、介孔硅纳米棒等典型药物载体的制备和应用进行了详细阐述,重点分析了金纳米棒、Au@SiO2复合纳米棒、Au@C复合纳米棒以及中空金纳米棒等药物载体的一般合成工艺,简述了这些基于金纳米棒载体的表面修饰、功能化、负载及控释技术。随后对常见的纳米棒载体的药物控释性能进行了比较和评价,提出了3种常见的纳米棒载体缓释方式:一是载体直接分散缓释法,该法经济易行,但所需载体用量较大且易损失;二是透析袋式缓释法,该法所需载体用量较小、无需分离,但需购置半透膜;三是比色皿式缓释法,该法主要针对于光敏性载体。详细讨论了纳米棒载体的尺寸和体外细胞毒性,并对纳米棒载体的体内分布、免疫清除等体内代谢性能进行了介绍,最后对纳米棒载体的发展进行了展望,认为基于纳米棒的多刺激响应型异质载体、中空纳米棒载体和纳米管类载体可能是今后的研究热点。
    基因敲除弱化产1,3-丙二醇Klebsiella pneumoniae荚膜多糖的合成
    刘情, 王小婉, 诸葛斌, 陆信曜, 宗红, 方慧英, 宋健
    化工进展. 2017, 36(09):  3447-3452.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-0081
    摘要 ( 152 )   PDF (2187KB) ( 329 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    1,3-丙二醇(1,3-PDO)是重要的平台化合物,在高性能纤维合成等领域具有广泛应用。Klebsiella pneumoniae是优良的1,3-PDO生物合成细胞工厂,但该菌代谢甘油合成1,3-PDO时积累大量荚膜多糖,影响底物与产物的高效转运,导致发酵液黏度增大,限制发酵法生产1,3-丙二醇的下游提取及产业化。本研究基于已报道的K.pneumoniae荚膜合成途径,利用Red重组技术对K.pneumoniae荚膜多糖合成途径中的起始糖基转移酶wecA基因及参与荚膜多糖后期组装的跨膜蛋白wzi基因进行敲除,并考察上述基因缺失对菌株荚膜含量、细胞形态、菌体生长、发酵液黏度及产物合成的影响。研究发现,同时缺失wecAwzi基因对于弱化荚膜多糖效果显著,荚膜含量降低38.5%,细胞基本丧失菌毛合成及相互粘连能力,1,3-PDO产量提高23.0%,为菌株改造提供了一种新思路。
    精细化工
    特种氟碳表面活性剂的研究及应用进展
    李永飞, 王彦玲, 王倩, 李强, 任金恒, 王坤
    化工进展. 2017, 36(09):  3453-3464.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-0033
    摘要 ( 183 )   PDF (945KB) ( 423 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    氟碳表面活性剂具有独特的优良性能,是特种表面活性剂中重要的种类之一,能够应用于传统表面活性剂无法胜任的场合。本文介绍了氟碳表面活性剂的类型及基本物理性质,简述了其良好的稳定性、高的表面活性及对传统表面活性剂的增效作用,分析了氟碳表面活性剂的结构特征,研究了其合成方法及合成路线,阐述了氟碳表面活性剂产品的应用范围及领域,探讨了其对环境的影响及应对措施,指出了氟碳表面活性剂未来的发展方向和趋势,认为生物累积性小、降解能力强、对人体健康及生态环境友好的短氟碳链表面活性剂将是未来研究的重点。同时,提出利用氟碳表面活性剂疏水疏油的特性将页岩储层表面由液湿性反转为气湿性的理论研究将会成为提高页岩气采收率的新思路和新方法。
    固载化离子液体的制备及其在催化加氢反应中的应用研究进展
    徐冰莹, 马青青, 金欣, 于世涛
    化工进展. 2017, 36(09):  3465-3474.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-0155
    摘要 ( 167 )   PDF (979KB) ( 259 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    固载化离子液体是近年来出现的一类新型材料,基于固载化离子液体而发展的固载离子液体相催化的概念融合了离子液体优良的溶解性和载体材料的高比表面积的优点,不但减少了离子液体的用量,而且提高了催化反应的活性和选择性,是近年来离子液体领域的研究热点之一。本文较全面系统地介绍了制备固载化离子液体的方法:浸渍法、化学键合法、键合-浸渍法、溶胶-凝胶法以及聚合法,并对上述各种固载方法的优缺点进行了比较;综述了以硅胶、介孔材料、聚合物、碳材料、磁性材料以及新型材料等为载体的固载化离子液体在催化加氢反应中的应用,特别是将固载离子液体相催化与传统的离子液体两相催化和多相催化进行了对比,突出了固载离子液体相催化在催化活性、选择性和催化剂分离回收等方面的优势;最后对固载离子液体相催化目前存在的主要问题以及未来的发展进行了总结。
    资源与环境化工
    负载型酞菁用于水和空气中有机污染物的可见光催化降解研究进展
    王傲, 孙康, 蒋剑春
    化工进展. 2017, 36(09):  3475-3484.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-0018
    摘要 ( 189 )   PDF (1296KB) ( 371 )  
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    负载化可以有效提高酞菁的光稳定性,降低其在溶液中的聚集,同时解决其回收再利用的问题,但酞菁负载的方法及载体种类众多,如何选择适合的负载方法和载体是应用过程中存在的重要问题。本文介绍了酞菁类光催化剂的结构特性和光催化机制,综述了用于水和空气中有机污染物可见光催化降解的负载型酞菁的载体种类及负载方法,对比分析了各种载体以及负载方法的优势、不足和适用范围,指出需要根据酞菁的物化性质及应用要求来选择载体与负载方法。而针对负载化酞菁新的应用要求,提出复合功能载体应是未来的发展方向。
    废旧锂离子电池中钴、锂的回收研究进展
    孟奇, 张英杰, 董鹏, 梁风
    化工进展. 2017, 36(09):  3485-3491.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2016-2390
    摘要 ( 257 )   PDF (408KB) ( 598 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    随着锂离子电池产业发展,废旧锂离子电池所带来的环境及资源问题日益突出,废旧锂离子电池中有价金属的资源化、无害化处理逐渐成为国内外的研究热点。为实现废旧锂离子电池中钴、锂资源绿色高效回收,本文介绍了废旧锂离子电池中有价金属回收的研究现状,主要包括预处理、正极材料处理、浸出液回收等环节,着重评述了各环节中新方法及工艺,简要对比了各方法及工艺的优缺点。现阶段研究主要集中于湿法浸出回收工艺,酸-还原剂为典型浸出模型,而动力学控制、离子转移路径等机理方面欠缺。最后展望了今后废旧锂离子电池中钴、锂资源回收研究方向,下一步主要是朝着有机酸浸-沉淀获得优质产品方向发展,需着重强化浸出效率、提升沉淀指标、简化工艺条件,以利于产业化推广。
    微生物共代谢处理印染废水研究进展
    张庆云, 谢学辉, 柳建设
    化工进展. 2017, 36(09):  3492-3501.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-0284
    摘要 ( 203 )   PDF (521KB) ( 273 )  
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    利用微生物共代谢降解有机污染物因其高效性和独特性而受到广泛地关注,但是目前实验室研究主要以好氧共代谢和厌氧共代谢研究为主,对于兼性微生物共代谢作用及其机制研究较少。本文综合介绍了好氧微生物、厌氧微生物以及兼性微生物共代谢处理印染废水中难降解污染物的情况,着重回顾了国内外兼性微生物共代谢处理印染废水的研究进展。综合分析文献结果表明,在兼氧条件下,只要提供适合的共代谢基质,兼性微生物可以对多种不同类型的染料、助剂等进行有效地降解,同时兼性微生物共代谢具有不需要大量能源动力,不产生大量臭气物质等优点。分析认为今后可加强兼性微生物共代谢相关机理研究,进一步提高兼性微生物共代谢处理污染物的效率,促使其深入发展。最后展望了兼性微生物共代谢技术机理的研究方向,以期筛选出菌群中优势功能菌种,进行蛋白质差异表达、蛋白质组学方面的研究,并不断优化印染废水污染物共代谢处理微生物群落结构比例来促进功能菌群的处理效果,为今后解决印染废水生物治理问题提供更多借鉴和参考。
    固定化碳酸酐酶催化吸收模拟烟气中CO2实验研究
    李娟, 张琳, 孙莹, 杨林军
    化工进展. 2017, 36(09):  3502-3507.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-0012
    摘要 ( 156 )   PDF (640KB) ( 320 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    利用表面羧基化四氧化三铁和戊二醛交联法实现碳酸酐酶的固定,对比考察了游离态碳酸酐酶和固定化碳酸酐酶对CO2催化吸收效果的影响;还自行设计了填料塔反应装置,在填料塔式反应器中进行了固定化碳酸酐酶催化吸收CO2实验,考察了操作条件及共存气体SO2对固定化碳酸酐酶催化吸收CO2性能的影响。结果表明,游离态碳酸酐酶和固定化碳酸酐酶可缩短CO2达到饱和浓度所需的时间;同时,得到最优的操作条件为:液气比为28L/m3,气体流速为25.5cm/min,单位塔体积加酶量为600mg/L(载酶量2mg/L),吸收液温度为35℃;固定化碳酸酐酶经连续5h催化吸收CO2后,CO2的去除效率仍可维持在30%以上;此外,SO2的存在不利于固定化碳酸酐酶对CO2的催化吸收。
    非碳基吸附剂高温捕集氯化铅蒸气
    夏文青, 黄亚继, 王昕晔, 查健锐, 杨钊, 王健, 徐力刚
    化工进展. 2017, 36(09):  3508-3513.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-0114
    摘要 ( 163 )   PDF (2580KB) ( 418 )  
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    垃圾焚烧技术的局限在于其产生的二次污染会给人类、环境带来危害,焚烧烟气中的铅是污染的源头之一,非碳基吸附剂捕集技术是这一领域的研究热点。本文结合我国垃圾成分中水含量大的特点,利用双温区水平管式炉系统考察4种非碳基吸附剂(高岭土、沸石、氧化钙、二氧化硅)在有水蒸气和无水蒸气条件下对氯化铅蒸气的吸附性能,重点探究了高岭土对氯化铅蒸气的吸附规律及机理。结果表明:在氧气无水蒸气氛围下,4种吸附剂的铅吸附能力依次为高岭土 > 氧化钙 > 沸石 > 二氧化硅,吸附剂的化学组成和结构共同决定其吸附性能;在氧气有水蒸气氛围下,高岭土的吸附能力显著提高,而水对其他3种吸附剂的吸附能力影响不大;对于高岭土而言,利用X射线衍射(XRD)表征发现,两种氛围下的吸附产物均为PbAl2Si2O8;通过对比高岭土吸附前后的扫描电子显微镜及X射线能谱仪(SEM-EDS)图谱,发现有水氛围下样品的整个表面都呈熔融状,与原始高岭土、无水氛围下高岭土的表面形成强烈对比,是水分的影响在其微观形貌上的体现;水分对高岭土铅吸附能力的促进作用可能在于:①水能参与吸附反应,②水的存在促进了高岭土表面共晶融化,使得吸附增强。700~900℃时,在两种氛围中温度升高均有利于吸附,氧气无水氛围中的高岭土吸附效率在20%~40%,氧气有水氛围中的高岭土吸附效率在75%~85%。
    基于硅基的垃圾焚烧飞灰中温热处理重金属稳固化实验
    孙立, 吴新, 刘道洁, 李军辉, 李诗, 都艺伟
    化工进展. 2017, 36(09):  3514-3522.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-0141
    摘要 ( 146 )   PDF (2110KB) ( 333 )  
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    向垃圾焚烧飞灰(MSWI FA)中分别添加硅灰、硅溶胶、石英砂与一定比例的水,混合均匀并进行热处理。研究了添加物种类、热处理温度对垃圾焚烧飞灰中重金属浸出特性的影响,分析了飞灰热处理过程中重金属化学形态、晶体结构和微观形貌的变化。结果表明:热处理过程中,硅灰和硅胶与飞灰中的钙基物质反应生成CaSiO3、Ca2SiO4、Ca3SiO4Cl2、Ca3Fe2(SiO43以及氢氧硅磷灰石等硅酸盐相,转变了重金属的化学形态,将重金属稳固在硅酸盐晶格中,降低了飞灰的浸出毒性;在硅灰添加量为10%或JN-40硅胶添加量25%,热处理温度600℃条件下,热处理1h后,飞灰中Pb的浸出浓度由11.91mg/L分别降至0.79mg/L和0.78mg/L,Cd的浸出浓度由3.18mg/L分别降至0.09mg/L和0.10mg/L;热处理过程中Cr的浸出浓度有所上升但未超出生活垃圾填埋场控制标准。
    曝气及外加H2O2强化电芬顿法处理石化反渗透浓水
    吴月, 孙宇维, 王岽, 张健, 何沛然, 李玉平, 张忠国, 曹宏斌
    化工进展. 2017, 36(09):  3523-3530.  doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2017-0165
    摘要 ( 153 )   PDF (736KB) ( 377 )  
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    以铁板为阳极、不锈钢板为阴极,采取外加H2O2的方式构建电芬顿体系,处理石化废水反渗透浓水,以降低投资,减少污泥量,解决阴极产生H2O2低效率的问题。考察了H2O2投加量、pH、电流密度,特别是通气条件等因素对废水处理效果的影响。研究发现,曝气可有效强化电芬顿过程,显著提高有机物去除率,改善污泥沉降效果。在H2O2投加浓度150mg/L、pH=4.0、电流密度为10mA/cm2、空气曝气量为120L/h的条件下,反应仅10min,COD去除率即可达57.1%,继续反应至60min,COD去除率最大可达66.7%,出水COD<20mg/L,满足北京市《水污染物综合排放标准》(DB 11/307-2013)中A类排放限值。该电芬顿法在短时间内即可高效处理石化废水反渗透浓水,污染物去除率显著高于相关研究结果,具有广阔的应用前景。
    行业动态
    2017年绿色化学挑战奖简介
    杨懿, 叶君, 陈秋铭, 熊犍
    化工进展. 2017, 36(09):  3531-3532. 
    摘要 ( 170 )   PDF (249KB) ( 390 )  
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