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2021年 第72卷 第2期 刊出日期:2021-02-05
    本期中英文目录、封面、广告页
    化工学报. 2021, 72(2):  0. 
    摘要 ( 60 )   PDF (21491KB) ( 284 )  
    相关文章 | 多维度评价
    综述与专论
    反应密度泛函理论的构建与初步应用
    唐伟强, 谢鹏, 徐小飞, 赵双良
    化工学报. 2021, 72(2):  633-652.  doi:10.11949/0438-1157.20201860
    摘要 ( 137 )   HTML ( 24 )   PDF (5519KB) ( 112 )  
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    提高化学反应的选择性和转化率是发展绿色化学的重要内容。大部分化学反应都在溶液中发生,溶剂对于反应速率、平衡过程甚至反应机理都有重要的影响。溶剂效应对化学反应影响的理论研究比较缺乏。综述了近年来发展的理论模型及最近本课题组提出的反应密度泛函理论,分别介绍了反应密度泛函理论在水相、有机相、界面体系和限域体系中的应用,分析了不同反应溶剂结构对化学反应自由能分布的影响,总结了溶剂效应的影响机制,最后展望了自洽反应密度泛函理论的构建、反应-扩散耦合研究、聚合物反应密度泛函理论及反应密度泛函理论在反应溶剂筛选、界面反应和电解液设计中的应用。

    可逆失活自由基界面聚合
    赵玉海, 罗英武
    化工学报. 2021, 72(2):  653-668.  doi:10.11949/0438-1157.20201306
    摘要 ( 68 )   HTML ( 0 )   PDF (6487KB) ( 32 )  
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    界面聚合通常指限定在液-液或液-固界面上进行的聚合反应,散见于少数高活性的缩聚反应体系。20世纪90年代,以RAFT聚合、ATRP等为代表的可逆失活自由基聚合(reversible deactivation radical polymerization,RDRP)因其兼具传统自由基聚合和活性阴离子聚合的优点,广泛用于聚合物链结构的可控制备。另一方面,RDRP已被用于构建更为普适的界面聚合反应,基于RDRP的界面聚合已发展成为一种可控制备具有精准纳米结构的功能性聚合物产品的新方法。本文以RAFT液-液界面聚合为主,阐述了RAFT法和ATRP法在液-液界面、液-固界面进行“活性”聚合的反应机理,总结了该领域的研究进展。在此基础上,重点介绍“活性”界面聚合在构建纳米(中空)胶囊、纳米界面工程与纳米分散以及纳米聚合物刷表面等方面的潜在应用前景。

    水性超疏水涂层的制备、调控与应用的研究进展
    汪怀远, 林丹, 张曦光, 袁思成
    化工学报. 2021, 72(2):  669-680.  doi:10.11949/0438-1157.20200690
    摘要 ( 72 )   HTML ( 6 )   PDF (4396KB) ( 67 )  
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    基于可持续发展和绿色环保的要求,以水替代有机挥发性溶剂的新型水性超疏水涂层逐渐成为研究热点,但是水性涂料的分散性及涂层的疏水稳定性、涂层性能等相关问题也随之而来。本文介绍了水性超疏水涂层制备方法的发展现状,针对水性超疏水涂层力学耐久性能差的问题提出可行性方案,例如制备内外一致的一体化复合结构,加强涂层内界面相互作用,交联作用或设计自修复水性超疏水涂层等。此外,还对水性超疏水涂层在油水分离、防结冰、自清洁等领域的进展进行阐述,并探讨了水性超疏水涂层的规模化制备、涂层力学性能的强化和耐久性研究将成为主要探索方向,只有夯实水性超疏水涂层的基础研究,工业应用才能突破。

    金属纳米线的制备及其在电子材料中的应用
    刘庆, 戴小凤, 张腾, 施洪斌, 张亚兵, 王涛
    化工学报. 2021, 72(2):  681-708.  doi:10.11949/0438-1157.20200631
    摘要 ( 58 )   HTML ( 0 )   PDF (8343KB) ( 30 )  
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    随着电子器件向集成化、柔性化的发展,传统锡铅焊料、氧化铟锡薄膜等电子材料已经不能满足导电、导热、柔性等性能的要求。金属纳米线具备优异的光电性能和独特的一维结构,以其为关键成分的新材料成为传统电子材料最具潜力的替代品。金属纳米线产业链的发展涉及原料、设备、工艺与应用多方面,但关键技术在于金属纳米线的大规模、低成本、绿色高效制备。综述了近年来金属纳米线的主要制备方法,包括物理气相沉积法、化学气相沉积法、模板法、溶剂热法以及多元醇法,并对金属纳米线在导电胶、透明导电薄膜、热界面材料等电子材料的最新应用进展进行了概述。

    聚合物-金属有机框架材料的研究进展
    张家赫, 原野, 王明, 王志, 王纪孝
    化工学报. 2021, 72(2):  709-726.  doi:10.11949/0438-1157.20201415
    摘要 ( 66 )   HTML ( 4 )   PDF (6216KB) ( 84 )  
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    金属有机框架(MOFs)因其大孔隙率、高比表面积和规则可调的孔径结构等优势受到了广泛关注,然而该材料较差的热塑性和力学性能限制了其可加工性,不利于大规模工业应用。为解决此问题,研究者们将聚合物作为多孔材料的一部分,通过直接或间接的方法合成了一种三维且高度多孔的材料——聚合物-金属有机框架(polymer-metal-organic frameworks, polyMOFs)。此材料兼具MOFs出色的性能与聚合物的可加工性,在气体分离、生物医用和催化等领域具有广阔的应用前景。本文综述了polyMOFs的三种合成方法,包括合成后聚合、单晶到单晶转换和直接合成法,介绍了三种方法的特点与不足,并展望了未来polyMOFs的发展方向。

    耐溶剂复合纳滤膜的研究进展
    何鹏鹏, 赵颂, 毛晨岳, 王志, 王纪孝
    化工学报. 2021, 72(2):  727-747.  doi:10.11949/0438-1157.20200792
    摘要 ( 63 )   HTML ( 0 )   PDF (5063KB) ( 45 )  
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    耐溶剂纳滤是一种新型的膜分离技术,用于有机混合物的分离。商品耐溶剂纳滤膜大多是采用相转化法制备的整体皮层非对称膜,膜皮层较厚,通量较低。耐溶剂复合纳滤膜由基膜和分离层组成,具有薄皮层、高溶剂通量和高溶质截留率的优点。耐溶剂复合纳滤膜的制备与改性也因此成为近年来的研究热点。本文从界面聚合、表面涂覆、层层自组装、原位生长、有机-无机杂化和表面改性六个方面介绍耐溶剂复合纳滤膜的研究进展,最后对其发展前景进行展望。

    硫化氢深度吸附材料的研究进展
    于涛, 王运东, 刘作华, 马建修, 靖宇
    化工学报. 2021, 72(2):  748-760.  doi:10.11949/0438-1157.20201063
    摘要 ( 45 )   HTML ( 3 )   PDF (2228KB) ( 48 )  
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    目前硫化氢(H2S)日益成为制约工业化发展的一个重要因素,即使在较低的浓度下仍会破坏环境、腐蚀设备。如何能将含硫气体清洁、高效、深度脱除已成为国内外学者的研究重点。吸附法脱硫以其脱硫程度高、高效环保、操作简单和吸附剂可重复利用等优点具有良好的发展前景。研制一种选择性好、吸附容量大、性能稳定、再生性好的吸附剂是吸附法脱硫的关键。本文以深度脱除H2S为目标,综述了碳基材料、多孔金属氧化物、沸石分子筛、金属有机框架(MOFs)等几种不同吸附材料的研究进展,总结深度脱硫今后的发展方向,旨在为后续的研究提供借鉴。

    连续微反应加氢技术在脱保护反应中的应用
    娄锋炎, 尹佳滨, 段笑南, 王祁宁, 艾宁, 张吉松
    化工学报. 2021, 72(2):  761-771.  doi:10.11949/0438-1157.20201299
    摘要 ( 54 )   HTML ( 1 )   PDF (1664KB) ( 48 )  
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    保护与脱保护是医药中间体等精细化工领域中较为常见的一种有机合成策略。常用的保护基主要有苄基与苄氧羰基,通常可利用催化加氢法将其脱除。采用高压加氢间歇釜工艺存在气液传质效率低,操作安全性差,氢解效率低等问题。采用连续微反应加氢技术进行非均相催化加氢脱保护,可以利用其较高的气液传质效率和平推流特性实现高选择性脱保护,并显著缩短反应时间。本文阐述了连续微反应加氢技术在脱保护反应中的优点及其在药物中间体合成中的实际应用,并介绍了催化剂与溶剂对脱保护反应的影响。最后对连续微反应加氢技术在脱保护中的应用进行了展望。

    微通道内非牛顿流体中液滴生成机理研究进展
    刘西洋, 付涛涛, 朱春英, 马友光
    化工学报. 2021, 72(2):  772-782.  doi:10.11949/0438-1157.20200994
    摘要 ( 47 )   HTML ( 1 )   PDF (2164KB) ( 33 )  
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    微流体技术良好的可控性为制备均一可控的微液滴提供了新的途径,而非牛顿流体因广泛的应用而受到关注。综述了近年来剪切变稀和黏弹性两类典型非牛顿流体中液滴生成机理的研究进展。围绕流动聚焦型和T型微通道两种典型微通道构型,介绍了非牛顿流体分别作为分散相和连续相时液滴生成过程的界面演化动力学,并与牛顿流体液滴生成过程进行了对比,分析了剪切变稀特性和弹性对主液滴和卫星液滴生成的影响。展望了非牛顿流体液滴生成过程待解决的关键科学问题,为进一步的模拟和实验研究提供了借鉴和参考。

    微通道内表面活性剂与界面传递现象研究进展
    刘浪宇, 朱春英, 马友光, 付涛涛
    化工学报. 2021, 72(2):  783-798.  doi:10.11949/0438-1157.20201094
    摘要 ( 49 )   HTML ( 0 )   PDF (5024KB) ( 34 )  
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    表面活性剂在微流体应用中具有重要作用,常伴随动态界面传递现象。综述了微通道内含表面活性剂的多相流研究进展,剖析了液滴尺寸、液体流变性、压力降与微流体中动态界面张力的关系。总结了表面活性剂作用下的界面传递现象,如气泡及液滴的生成、运动、形变、破裂和聚并动力学的研究进展。综述了微流体中表面活性剂的吸附动力学,对该领域的发展方向进行了展望。

    纳滤用于一价/二价无机盐溶液分离研究进展
    杨丰瑞, 王志, 燕方正, 韩向磊, 王纪孝
    化工学报. 2021, 72(2):  799-813.  doi:10.11949/0438-1157.20200570
    摘要 ( 61 )   HTML ( 0 )   PDF (1602KB) ( 48 )  
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    一价和二价无机盐混合物溶液的分离在众多工业领域需求巨大,纳滤(NF)是新兴的一价/二价无机盐溶液分离方法,在经济性和可操作性上具有潜在优势。本文首先介绍了NF膜中离子跨膜传递机理的主流观点,分析了水合离子尺寸、膜结构、水合离子-水-膜相互作用以及进料液组成对离子跨膜传递过程的影响。接着介绍了高通量NF膜和高选择性NF膜的制备方法。并且概述了NF过程分离一价/二价无机盐溶液在资源开采、氯碱盐水脱硝、含盐废水处理、水软化和重金属离子去除领域的应用。分析了已有工作中存在的问题,并对该领域的发展前景进行了展望。

    表面诱导药物多晶型成核的研究进展
    林家伟, 石鹏, 龚俊波, 吴送姑
    化工学报. 2021, 72(2):  814-827.  doi:10.11949/0438-1157.20201482
    摘要 ( 28 )   HTML ( 1 )   PDF (4647KB) ( 29 )  
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    表面诱导成核是指在异相成核过程中,利用异质表面与溶质分子的相互作用来调控成核过程。表面诱导成核不仅可以降低成核能垒促进成核,而且可以在不改变溶剂、温度等条件下对晶型进行调控。近年来,表面诱导成核在药物新晶型的筛选和亚稳晶型的调控两方面得到了广泛研究。本文综述了异质表面影响多晶型成核的机理,介绍了用于诱导多晶型成核的四种异质表面——聚合物、有机小分子晶体、自组装单层膜(SAMs)和凝胶,总结了四种表面选择与设计的策略。最后,对目前存在的问题进行了总结,对未来的发展进行了展望。

    药物-药物共晶的研究进展
    孙晶晶, 贾丽娜, 林波, 王艳, 龚俊波
    化工学报. 2021, 72(2):  828-840.  doi:10.11949/0438-1157.20201139
    摘要 ( 40 )   HTML ( 0 )   PDF (2237KB) ( 32 )  
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    联合用药在临床治疗中显示出降低药物剂量、毒性、耐药性以及提高治疗效果的潜在优势。药物-药物共晶作为联合用药的一种新方法,在分子水平上实现了药物的联合,有望解决联合用药中存在的原料药之间的溶解度差异大、不相容和稳定性差等问题,近几年来引起了研究人员的广泛关注。本文综述了药物-药物共晶的概念和优势,药物-药物共晶的形成、溶解和代谢机理,以及药物-药物共晶的设计和预测方法,最后总结了药物-药物共晶领域尚需解决的问题,并对未来的发展方向进行了展望。

    串级催化聚合制备线性低密度聚乙烯/聚烯烃热塑性弹性体
    李秋霖, 罗理琼, 刘平伟, 李伯耿, 王文俊
    化工学报. 2021, 72(2):  841-851.  doi:10.11949/0438-1157.20201529
    摘要 ( 40 )   HTML ( 2 )   PDF (1514KB) ( 22 )  
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    通过齐聚催化剂和共聚催化剂的有机结合和相互协同,可实现以乙烯为唯一单体的串级催化聚合,合成乙烯与α-烯烃共聚的线性低密度聚乙烯和聚烯烃热塑性弹性体,但开发高选择性、高共聚能力、适合高温聚合的串级聚合催化体系仍极具挑战。本文围绕不同类型的乙烯齐聚/聚合反应,评述了乙烯二聚、三聚、四聚及聚烯烃大单体合成技术及其相应的串级催化聚合的研究进展。迄今,大部分串级催化聚合是在较低的聚合反应温度下进行的,有限的串级催化体系适合高温聚合;乙烯二聚和三聚串级催化聚合可合成短支链较均一的乙烯与α-烯烃共聚物,但在乙烯四聚串级催化聚合中1-辛烯的选择性亟待提高;此外,通过聚烯烃大单体的串级催化聚合,可为具有特殊链拓扑结构的高性能聚烯烃热塑性弹性体的开发开拓新途径。

    聚酯链结构定制及其构效关系
    王松林, 吴海强, 姜冰雪, 赵志超, 欧阳杰, 徐志玉, 徐锦龙, 刘平伟, 王文俊
    化工学报. 2021, 72(2):  852-862.  doi:10.11949/0438-1157.20201101
    摘要 ( 37 )   HTML ( 0 )   PDF (2174KB) ( 17 )  
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    聚酯材料的物理性能与可生物降解性为其聚集态结构所决定,而聚合物链的化学组成、序列和拓扑结构又是决定聚合物聚集态结构的最关键因素。为此,本文从基于聚合过程调控的聚酯链结构定制出发,总结了嵌段、长支链、梳状、星型、超支化与树枝状结构聚酯的定制方法;评述了链结构与聚酯热与力学性能之间的构效关系,探讨了链结构对聚酯降解性能的影响规律,前人的研究表明共聚物嵌段长短影响着结晶聚集态结构,长支链的存在有助于聚酯结晶温度与结晶度的提高;链的结晶能力、链长及亲疏水性决定了聚酯的降解性能。文中还对高性能可生物降解聚酯材料的开发进行了展望。

    低生热橡胶复合体系的研究进展
    王丽明, 杜淼, 单国荣, 卢青, 宋义虎
    化工学报. 2021, 72(2):  863-875.  doi:10.11949/0438-1157.20201246
    摘要 ( 31 )   HTML ( 0 )   PDF (2276KB) ( 15 )  
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    动态生热是橡胶黏弹性的直接体现,是外加机械能向热能的转化。动态生热产生的热量积累直接影响材料的使用性能,生热导致的温度上升会降低橡胶复合材料的力学强度、静态和动态模量以及耐磨性等。为此,开展了橡胶复合材料动态生热机理及低生热调控方面的研究。本文从橡胶基体网络结构、强化粒子分散、加工工艺和理论模拟等角度出发,对橡胶低生热研究进行了归纳、总结及展望。

    橡胶促进剂NS的绿色合成工艺与应用研究进展
    张天永, 杨坤龙, 崔现宝, 李彬, 宋禹昕, 姜爽
    化工学报. 2021, 72(2):  876-885.  doi:10.11949/0438-1157.20200659
    摘要 ( 37 )   HTML ( 0 )   PDF (1380KB) ( 33 )  
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    橡胶硫化促进剂按照化学结构可以分为醛胺类、秋兰姆类、硫脲类、二硫代氨基甲酸盐类、噻唑类、胍类、黄原酸盐类和次磺酰胺类等,其中次磺酰胺类促进剂具有抗烧焦时间长、硫化活性大、硫化平坦性高、力学性能优良等优点,应用最为广泛。促进剂NS(N-叔丁基-2-苯并噻唑次磺酰胺,TBBS)与其他次磺酰胺类促进剂相比,因在硫化过程中不产生致癌毒性物质亚硝胺,被誉为“标准促进剂”。本文回顾了以次氯酸钠为氧化剂合成促进剂NS的传统方法;综述了催化氧化法、氯气氧化法、电解氧化法和双氧水氧化法等绿色合成工艺;简要概述了微通道反应器在合成促进剂NS方面的工业应用。同时简介了促进剂NS在天然橡胶、丁苯橡胶、二氧化硅填充橡胶的改性剂以及合成氨基磷酸酯等领域的应用。

    生活垃圾智慧焚烧的研究现状及展望
    应雨轩, 林晓青, 吴昂键, 李晓东
    化工学报. 2021, 72(2):  886-900.  doi:10.11949/0438-1157.20200733
    摘要 ( 50 )   HTML ( 1 )   PDF (1407KB) ( 36 )  
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    对生活垃圾收运、存储、焚烧处置和污染物排放控制等过程的智能化监测、控制和管理等国内外研究现状进行了梳理,分析了物联网、焚烧状态诊断、污染物在线监测和人工智能算法等技术在生活垃圾焚烧处置过程中应用的优缺点,并对未来生活垃圾智慧焚烧技术的发展做出了展望,建议对现有技术进行系统化耦合,并通过大数据分析及云计算平台,构建智能化反馈和优化模型,进一步开发智慧焚烧技术与装备。

    炼油废催化剂生物淋滤脱金属研究进展
    王曰杰, 李玲玲, 何春宏
    化工学报. 2021, 72(2):  901-912.  doi:10.11949/0438-1157.20201106
    摘要 ( 34 )   HTML ( 1 )   PDF (1945KB) ( 8 )  
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    绿色低能耗的炼油废催化剂生物淋滤技术已受到广泛关注。本文从炼油废催化剂金属含量及赋存特征、生物淋滤微生物种类、金属浸取效率、生物淋滤过程影响因素和淋滤动力学等角度综述了相关研究成果,并对研究现状和发展前景进行了简要分析。硫酸杆菌、黑曲霉菌、简青霉菌是最常见的废催化剂生物淋滤菌种;生物淋滤作用下加氢废催化剂金属浸取效率较高,流化催化裂化(FCC)废催化剂的金属较难浸取;温度、固液比、废催化剂粒径是影响炼油废催化剂生物淋滤过程的主要因素;化学反应动力学和膜扩散动力学是研究中广泛应用的动力学模型。目前关于生物淋滤处理炼油废催化剂金属的研究仍处于实验室研究阶段,尚未开展小试、中试或工业化应用的相关研究。

    热力学
    利用二维流体分子热力学模型计算气体混合物在固体界面的吸附等温线
    陈博亚, 李明宴, 朱雨航, 彭昌军, 刘洪来
    化工学报. 2021, 72(2):  913-920.  doi:10.11949/0438-1157.20200598
    摘要 ( 39 )   HTML ( 2 )   PDF (1120KB) ( 21 )  
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    结合流体混合规则,将之前建立的二维变阱宽方阱链流体分子热力学模型(SWCF-VR-2D)扩展至混合流体,并利用模型计算了甲烷/二氧化碳、甲烷/氮气和甲烷/乙烷等气体混合物在不同吸附剂上的吸附等温线。由于混合气体间的相互作用会使得混合气体的吸附不同于单一气体的吸附,通过调节气体与固体壁面间的相互作用参数εw以描述这种变化。调节能量参数后模型能满意计算混合气体的吸附等温线,总的平均偏差为5.06%。

    流体力学与传递现象
    基于停留时间分布的缠绕管内二次流研究
    黄正梁, 王超, 郭燕妮, 杨遥, 孙婧元, 王靖岱, 阳永荣
    化工学报. 2021, 72(2):  921-927.  doi:10.11949/0438-1157.20200640
    摘要 ( 39 )   HTML ( 1 )   PDF (1050KB) ( 19 )  
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    缠绕管内二次流能够显著强化管内传质、传热性能。通过测量缠绕管内液体的停留时间分布,利用无量纲方差σ2表征二次流强度,研究了缠绕直径、缠绕角度、缠绕管管径等结构参数对二次流的影响。结果表明:在径向流动未达到极限迁移距离的缠绕管中,随着液体Reynolds数Re的增大,σ2先减小后增大,对应缠绕管内依次出现的湍流作用区和二次流作用区;在径向流动达到极限迁移距离的缠绕管中,随着Re的增大,σ2先减小后增大最后趋于平稳,对应缠绕管内依次出现的湍流作用区、二次流作用区和二次流极限区。从湍流作用区转变为二次流作用区的临界Reynolds数ReS随缠绕管缠绕直径和管径的减小而减小,缠绕角度对ReS的影响较小。

    T型微通道内浆料体系中气泡生成行为与尺寸预测
    陈祯, 刘静, 朱春英, 付涛涛, 马友光
    化工学报. 2021, 72(2):  928-936.  doi:10.11949/0438-1157.20201081
    摘要 ( 38 )   HTML ( 1 )   PDF (1731KB) ( 16 )  
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    实验研究了T型微通道内浆料中气泡的生成过程和尺寸。聚丙乙烯微球浆料和N2分别为连续相和分散相。气泡的生成过程可分为三个阶段:膨胀阶段、挤压阶段和快速夹断阶段。随着浆料浓度的增大,膨胀阶段时长几乎没有变化,挤压阶段显著缩短,而快速夹断阶段略有缩短。在膨胀阶段和快速夹断阶段,气泡颈部宽度与无量纲剩余时间均呈幂率关系,而挤压阶段气泡颈部宽度与时间呈线性关系。考察了浆料浓度、气相和浆料流量对气泡生成尺寸的影响。结果表明气泡尺寸随气相流量的增大而增大,随液相流量和浆料浓度的增大而减小。

    微通道反应器的一维放大及气液传质特性
    王冠球, 林冠屹, 朱春英, 付涛涛, 马友光
    化工学报. 2021, 72(2):  937-944.  doi:10.11949/0438-1157.20201064
    摘要 ( 44 )   HTML ( 0 )   PDF (1217KB) ( 23 )  
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    微通道反应器能有效增强气液间传质,但处理能力受限。为了提高微通道的处理量,对微通道反应器的一维放大及气-液传质特性进行了研究。以乙醇胺(MEA)和甲基二乙醇胺(MDEA)混合水溶液吸收CO2为研究物系,在通道深度恒定时,考察了微通道宽度、气液流速对传质特性的影响。结果表明,传质系数和体积传质系数均随通道宽度先增大后缓慢减小,在通道宽度为1000 μm时达到最大值。比表面积随通道宽度的增大而降低。因此,合理增大微通道宽度,可在提高处理能力的同时,仍然保持良好的传质特性。

    倾斜内螺纹管中亚临界及超临界水传热特性研究
    张鑫, 刘朝晖, 毕勤成, 吕海财, 杨冬
    化工学报. 2021, 72(2):  945-955.  doi:10.11949/0438-1157.20201028
    摘要 ( 28 )   HTML ( 0 )   PDF (2721KB) ( 9 )  
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    为探究超(超)临界锅炉机组内螺纹管水冷壁的传热特性,在倾角5°~90°的?35 mm×7.75 mm倾斜上升内螺纹管中进行了实验研究,实验参数为压力15~28 MPa,质量流速600~1000 kg?m-2?s-1,热通量300~500 kW?m-2。实验对比了内螺纹管与?25 mm×3 mm光管的壁温特性;讨论了倾斜角度、质量流速和压力的变化对内螺纹管中亚临界、近临界和超临界水传热的影响;拟合了不同倾斜角度下超临界水的传热关联式。结果表明:所用内螺纹管有明显的推迟传热恶化、强化传热的性能;不同倾斜角度的内螺纹管传热特性存在差异;亚临界压力下质量流速对气液两相区传热系数影响很小,近临界和超临界压力下,随质量流速的增加,整体上传热系数增大;压力为15 MPa时的传热系数最大。超临界压力下,随压力的增大,大比热容区的传热系数减小。

    泡沫金属复合PCM微结构传热储热过程模拟
    徐祥贵, 王丽琼, 王君雷, 王燕, 黄巧, 黄云
    化工学报. 2021, 72(2):  956-964.  doi:10.11949/0438-1157.20201128
    摘要 ( 43 )   HTML ( 1 )   PDF (2663KB) ( 18 )  
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    以石蜡作为相变材料(PCM),采用六面通圆孔三维结构模型,对泡沫金属复合PCM内相变熔化过程进行了数值模拟。研究了不同材料(Cu、Al、Ni、Fe)泡沫金属孔密度和孔隙率对复合PCM传热和储热性能的影响。结果表明,泡沫金属复合PCM传热过程受热传导和自然对流作用综合影响;随孔密度增加,复合PCM完全熔化时间缩短幅度逐渐减小,且泡沫金属热导率越高,孔密度对传热速率影响越大;泡沫金属复合PCM内存在非热平衡现象,孔密度和孔隙率增加均可减小最大平均温差,但对最终平衡时间的影响却截然不同;此外,泡沫金属复合PCM单位质量储热密度随孔隙率增大而增大,相比泡沫Cu、Ni、Fe复合PCM,泡沫Al复合PCM的单位质量储热密度较大,增加速率也较大。

    内循环气升式环流反应器生物降解苯酚废水过程的计算传质学模拟研究
    张超, 刘有智, 焦纬洲, 张巧玲
    化工学报. 2021, 72(2):  965-974.  doi:10.11949/0438-1157.20200716
    摘要 ( 39 )   HTML ( 2 )   PDF (3693KB) ( 22 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    利用计算传质学方法对内循环气升式环流反应器(ILALR)内生物降解苯酚废水过程进行了研究。采用欧拉多相流模型结合RNG k-ε湍流模型对ILALR中气-液两相流动过程进行模拟,采用气泡群平衡模型(PBM)对反应器内气泡的尺寸分布进行预测。利用近年来提出的计算传质学c2ˉ-εc模型对湍流扩散系数进行计算,从而摆脱了传统需要预估湍流Schmidt数的经验方法。模拟得到的液相苯酚和菌体浓度与实验测量值吻合良好,从而证明了所建立模型的有效性。研究结果表明ILALR内湍流传质过程中湍流扩散系数及湍流Schmidt数并非常数,因此基于传递相似性假设得到的湍流Schmidt数经验模型不适用于ILALR内湍流传质过程的模拟。模拟得到的ILALR中液相剪应力随表观气速的增大而增大,局部最大值出现在导流筒的上部。

    催化、动力学与反应器
    半间歇釜式反应器安全高效操作的数值优化策略
    鲁秋实, 叶光华, 周兴贵
    化工学报. 2021, 72(2):  975-983.  doi:10.11949/0438-1157.20201381
    摘要 ( 58 )   HTML ( 1 )   PDF (1975KB) ( 32 )  
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    半间歇釜式反应器内物料积累过多且反应放热过快时,容易引发热失控风险,造成化工安全事故。设计较优的加料操作,既可以避免热失控风险,又可以缩短操作周期、提高生产效率。针对半间歇釜式反应器,以乙酸酐水解为模型反应,基于反应器数学模型,提出了一种安全高效加料操作的数值优化策略。在该策略中,首先确定不同加料方式(如一段、二段和三段加料)下的安全操作温度区间,然后在该温度区间内寻找最短操作周期对应的操作温度,该温度即为最佳的加料操作温度。优化结果表明三段加料的安全操作温度区间和最佳操作温度分别比一段加料宽60.9%和低1.9 K,六段加料已经基本可以实现操作周期最短,增加操作压力也有利于缩短操作周期。

    微反应器内红色基KD重氮化反应动力学研究
    王法军, 黄晋培, 徐建鸿
    化工学报. 2021, 72(2):  984-992.  doi:10.11949/0438-1157.20200741
    摘要 ( 37 )   HTML ( 0 )   PDF (1392KB) ( 28 )  
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    重氮化反应是合成重氮盐中间体的传统方法,重氮盐中间体因其巨大的合成潜力,被广泛地应用于医药、农药、染颜料工业等精细化工领域。首先,利用重氮盐中间体的偶合反应以及紫外可见分光光度法建立了重氮盐中间体的定量方法,并且建立了用于红色基KD重氮化反应动力学参数测定的微反应器系统。在红色基KD低浓度以及远过量的盐酸浓度条件下,确定了该反应为二级反应,得到了反应的指前因子为1.57×1014 L/(mol·s),活化能为 72.88 kJ/mol。在实验研究范围内建立了表观反应动力学模型,并且通过验证实验表明,模拟计算值与实验值吻合较好。

    焙烧气氛和孔结构对加氢脱金属催化剂性能的影响
    隋宝宽, 施尧, 林见阳, 刘文洁, 袁胜华, 耿新国, 段学志
    化工学报. 2021, 72(2):  993-1000.  doi:10.11949/0438-1157.20200658
    摘要 ( 48 )   HTML ( 1 )   PDF (1872KB) ( 55 )  
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    采用饱和浸渍法、在不同焙烧气氛(空气、氮气、水蒸气)下制备了三种加氢脱金属Mo-Ni催化剂,并考察了焙烧气氛对催化剂脱金属、脱硫和脱残碳的影响,研究结果表明:焙烧气氛对加氢脱金属反应的活性影响不大,而空气气氛下焙烧的催化剂表现出相对较高的加氢脱硫和脱残碳活性。进一步考察了氧化铝孔结构对催化剂加氢脱金属性能的影响,并结合数值模拟计算,发现最可几孔径为22 nm的催化剂更有利于加氢脱金属过程的反应-扩散平衡,从而表现出较高的加氢脱金属性能。

    微反应器内丁基橡胶溶液法制备体系的反应特性研究
    何宇航, 刘晴捷, 吕阳成
    化工学报. 2021, 72(2):  1001-1008.  doi:10.11949/0438-1157.20200999
    摘要 ( 33 )   HTML ( 0 )   PDF (1397KB) ( 16 )  
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    研究了微反应器内丁基橡胶溶液法制备体系的反应规律。结果表明以H2O为质子源、EtAlCl2为共引发剂时,控制反应温度为-60℃、水含量在0(control)到0.27 mmol/L之间,可在分钟级时间内高转化率地得到数均分子量高于300000的聚异丁烯产品,此时链转移得到有效抑制,强化反应物料的初始混合对提升产品质量有利;引入异戊二烯会显著降低产物分子量和转化速度,可以通过使用酸性更弱的Et2AlCl代替EtAlCl2来稳定碳阳离子,抑制链转移,在-60℃下得到数均分子量接近150000的共聚产物,但反应速度缓慢,需要进一步优化和控制反应体系中的水含量来强化该过程。

    连四甲苯液相氧化过程热力学分析及动力学模拟
    吕全明, 孙伟振, 赵玲
    化工学报. 2021, 72(2):  1009-1017.  doi:10.11949/0438-1157.20201038
    摘要 ( 51 )   HTML ( 0 )   PDF (1612KB) ( 22 )  
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    连四甲苯(PR)液相氧化制备苯偏四甲酸(MPA)是合成聚偏苯四甲酰亚胺单体的关键步骤。本文首先采用基团贡献法对MPA的热力学参数进行了估算,进一步分析了PR氧化过程热力学参数随温度的变化。结果表明,在研究温度范围内,该氧化过程为强放热反应,反应过程中需要及时移除反应热以控制温度的波动。通过间歇实验研究了不同催化剂浓度和温度对反应的影响,动力学实验结果表明,保持催化剂总浓度不变,改变催化剂配比对PR氧化速率影响不大,但是提高Mn浓度对MPA生成速率的提升效果最佳;升高温度能够明显提升目标产物MPA的选择性。基于自由基链式反应机理,建立了简化的PR氧化集总动力学模型,拟合回归得到苯环上首个甲基氧化的活化能为57.20 kJ·mol-1;但是苯环上部分甲基被氧化为羧基后,其他甲基氧化的活化能增加为120.30 kJ·mol-1,说明羧基的存在使甲基活性变弱,被进一步氧化的难度增加。论文相关研究成果可为MPA生产新工艺的开发和工业反应器设计提供参考依据。

    Mn-Ce-Co-Ox/PPS催化滤料催化降解气相二英的研究
    刘红蕾, 彭亚旗, 陶鋆奕, 汤明慧, 陆胜勇
    化工学报. 2021, 72(2):  1018-1025.  doi:10.11949/0438-1157.20201294
    摘要 ( 26 )   HTML ( 0 )   PDF (1809KB) ( 13 )  
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    通过原位氧化法一步制备得到Mn-Ce-Co-Ox/PPS催化滤料,研究了催化剂负载量对Mn-Ce-Co-Ox/PPS催化降解呋喃的影响,进而分析了最优负载量的Mn-Ce-Co-Ox/PPS催化滤料在140~200℃对二英的催化降解规律,同时采用SEM、EDS和XRD等表征手段对复合催化滤料的结构及性能进行表征。结果如下:催化剂负载量由81.8 g/m2增加到154.2 g/m2,Mn-Ce-Co-Ox/PPS对呋喃的降解效率呈增加趋势,催化剂单层饱和负载量为120.5 g/m2。Mn-Ce-Co-Ox/PPS催化滤料在140~200℃对二英的脱除效率高达90%以上,降解效率随着反应温度升高而快速提升,200℃降解效率达到最高,为78.01%,表现出良好的催化降解性能。对17种二英同系物的降解效率进行分析,发现Mn-Ce-Co-Ox/PPS对低氯代二英同系物的降解率高于高氯代同系物的降解率。

    分离工程
    金属离子促进乙醇胺捕集二氧化碳研究
    谭方园, 李康康, 于海, 蒋凯琦, 韩月衡, 王晓龙, 翟融融, 李玉龙, 陈健
    化工学报. 2021, 72(2):  1026-1035.  doi:10.11949/0438-1157.20201024
    摘要 ( 35 )   HTML ( 2 )   PDF (3415KB) ( 27 )  
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    为了解决醇胺法燃烧后捕集二氧化碳再生能耗过高的问题,研究了一种向胺溶液中添加金属离子以降低其CO2解吸能耗的方法,称之为金属离子络合物热缓冲自热利用技术。以广泛商业化应用的单乙醇胺(MEA)溶液为研究载体,并在MEA溶液中分别添加金属离子铜或镍, 通过建立含有金属离子的MEA捕集CO2体系的化学反应模型,解释金属离子热缓冲剂效应的内在机理。机理显示在MEA-金属离子-CO2-H2O体系中,金属-MEA络合物作为一种有效的反应热缓冲剂,将有机胺吸收CO2过程中释放的反应热(放热反应)存储于金属络合物的解离键能中(吸热反应),在CO2高温解吸中通过其络合放热反应将储存的能量释放出来用于CO2解吸,形成自热再生低能耗CO2捕集技术,从而降低了MEA再生的能耗。本文进行了综合的实验测定来评价金属离子对MEA溶液捕集CO2过程的性能提升影响,包括CO2反应热、解吸速率、吸收-解吸循环负载、汽液平衡溶解度等。实验结果表明铜离子或镍离子作为添加剂,能增加MEA的CO2平衡循环负载14%~20%或7%~10%,同时能够降低MEA的CO2反应热值6.6%~24%或6.0%~20%。

    快速变压吸附制氢工艺的模拟与分析
    钮朝阳, 江南, 沈圆辉, 吴统波, 刘冰, 张东辉
    化工学报. 2021, 72(2):  1036-1046.  doi:10.11949/0438-1157.20201393
    摘要 ( 25 )   HTML ( 0 )   PDF (2820KB) ( 18 )  
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    目前工业上主要通过变压吸附技术从蒸汽甲烷重整气中制取氢产品气。然而,能源需求量的快速增加使得传统变压吸附技术在产量方面的不足越发明显。为此,进行了快速变压吸附从蒸汽甲烷重整气中制取氢气的模拟研究。采用活性炭和5A分子筛作为吸附剂,并以测得的原料气中各组分在两种吸附剂上的吸附数据为基础,进行了六塔快速变压吸附工艺的数值模拟与分析。在分析了塔内温度、压力和固相的浓度分布后,探究了进料流量、双层吸附剂高度比以及冲洗进料比三个操作参数对于快速变压吸附工艺性能的影响,结果表明:原料气组成为H2/CH4/CO/CO2=76%/3.5%/0.5%/20%,吸附压力为22 bar(1 bar=105 Pa),解吸吹扫压力为1.0 bar,处理量为0.8875 mol·s-1,吸附剂床层高度比为0.5∶0.5,冲洗进料比为22.37%时,可获得H2纯度99.90%,回收率69.88%,此时H2产量为0.4713 mol·s-1。相比之下,氢气纯度为99.90%时,尽管PSA工艺回收率为83.40%,但处理量只有0.39 mol·s-1,因此H2产量仅为0.2472 mol·s-1

    过程系统工程
    数学规划与图形方法相结合设计热集成用水网络
    彭肖祎, 董轩, 廖祖维, 杨遥, 孙婧元, 蒋斌波, 王靖岱, 阳永荣
    化工学报. 2021, 72(2):  1047-1058.  doi:10.11949/0438-1157.20200559
    摘要 ( 30 )   HTML ( 0 )   PDF (3012KB) ( 25 )  
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    将数学规划法与图形方法相结合探究单杂质用水网络与换热网络的集成问题。首先构建混合整数非线性规划模型(MINLP),在最小公用工程消耗下优化流股参数未知情况下的分离系统组合曲线面积,得到了最为节能、换热面积最小的用水网络结构。在此基础上,提出了新的分离系统组合曲线演化步骤和规则,可以得到换热单元数目较小的换热网络结构。算例表明,与现有的基于分离系统的热集成用水网络设计方法相比,在最小化公用工程用量的同时可以进一步降低换热器数目与总换热面积。

    在线自适应波长选择方法及其在汽油调和过程中的应用
    汪恺, 杜文莉, 隆建
    化工学报. 2021, 72(2):  1059-1066.  doi:10.11949/0438-1157.20201300
    摘要 ( 29 )   HTML ( 0 )   PDF (1331KB) ( 12 )  
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    近红外光谱分析技术作为一种非侵入性的分析手段在工业上得到了广泛应用。然而,大多数近红外模型的波长选择方法是离线建立的,无法有效跟踪过程特性的变化。提出了一种新的在线自适应波长选择方法——在线自适应区间高斯过程回归波长选择方法(adaptive interval Gaussian process regression, AIGPR),并用于汽油调和过程中的近红外模型的建立。该方法可以根据待测样本的特性对波长结构进行调整。为了降低在线应用的计算成本,该方法分为离线和在线两个部分,离线部分将光谱分割成若干个波长区间,并在每个波长区间上建立局部模型,为在线应用做准备;在线部分中根据划分规则将采样得到待测样本光谱进行分割并代入相应的局部模型中计算波长区间重要性指标,获得最优波长区间。在汽油辛烷值的光谱数据上证明了该方法的有效性。与重要变量投影法和改进的相关系数法相比,该方法具有更好的性能。

    表面与界面工程
    环氧豆油树脂涂层的防腐性能研究
    何吉喆, 刘明言, 徐杨书函
    化工学报. 2021, 72(2):  1067-1077.  doi:10.11949/0438-1157.20200842
    摘要 ( 27 )   HTML ( 0 )   PDF (5373KB) ( 7 )  
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    以环氧大豆油(ESO)为主要原料,四亚乙基五胺为固化剂,在碳钢基底表面制备了环氧豆油树脂(ESOR)涂层。利用场发射扫描电镜、傅里叶红外变化光谱仪、纳米压痕仪、热重分析仪、接触角测量仪、电化学阻抗谱等技术对ESOR涂层的性能进行了表征。结果发现,原料中ESO的含量有助于提高ESOR涂层的耐水性;而当原料中ESO的含量逐渐增加时,ESOR涂层的硬度、弹性模量和耐蚀性都会随之增强;根据拟合的等效电路,ESO与四亚乙基五胺的摩尔比为2的ESOR涂层的涂层电阻Rc能达到8.22×1011 Ω·cm2,电荷转移电阻Rct能达到1.32×1010 Ω·cm2,表现出了优异的防腐性能。

    能源和环境工程
    锂离子电池异构建模及内部传质机理探究:粒径分布的影响
    陈怡沁, 许于, 周静红, 隋志军, 周兴贵
    化工学报. 2021, 72(2):  1078-1088.  doi:10.11949/0438-1157.20201095
    摘要 ( 38 )   HTML ( 0 )   PDF (3856KB) ( 14 )  
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    锂离子电池是目前应用较广的储能设备,具有能量密度高、使用寿命长等特点。随着锂离子电池正极材料实际能量密度接近理论值,电池组装工艺参数的优化成了提升其性能的重要途径,其中电极颗粒粒径及分布是十分重要的参数。因此,本文针对石墨-LiFePO4体系锂离子电池,利用异构模型构建单粒径和双粒径电极的几何结构,再结合Newman模型模拟其放电过程,定量研究了正极材料粒径分布对锂离子电池性能的影响,探究了存在粒径分布的电极中不同粒径的颗粒在充放电过程的作用机制。模拟结果表明,粒径的减小可以减小固相扩散系数对电池性能的影响,但会增加液相扩散阻力;而粒径的分布可以促进锂离子在电解液中的扩散,提高小粒径颗粒的锂嵌入量,但会引起极化增大,导致大颗粒的锂嵌入量降低。粒径分布宽度越大,总体粒度越大,锂离子电池的能量密度越小。选择合适的粒径分布宽度,适当减小总体粒度的大小,能有效提升电极的能量密度。研究结果对于锂离子电池电极活性材料颗粒粒径分布的选择提供了有益的基础知识和指导。

    以生物质为燃料的SOFC和发动机热电联供系统:参数分析和性能优化
    朱鹏飞, 郭磊磊, 尧兢, 杨福胜, 张早校, 吴震
    化工学报. 2021, 72(2):  1089-1099.  doi:10.11949/0438-1157.20201016
    摘要 ( 44 )   HTML ( 1 )   PDF (2605KB) ( 23 )  
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    针对清洁高效能源转换技术需求,提出了一种以生物质为燃料的新型混合发电系统,该系统由生物质气化装置、固体氧化物燃料电池、发动机和余热回收子系统组成。采用Aspen Plus对系统进行了热力学建模,基于建模结果进行了参数分析,以确定关键参数对系统性能的影响。同时,通过ε-constraint的方法进行了效率最大和比发电成本最小的双目标优化。结果表明:随着蒸汽生物质比S/B的增加,系统发电效率从47.3%增加到50.3%;随着燃料利用率的增加,发电效率从45.5%增加到48.2%;入口生物质量和空气当量比的增加会使发电效率呈现下降趋势。在Pareto最优解的情况下,该混合系统可以同时达到系统效率为53.5%,比发电成本SEEC为0.0576 USD/(kW·h),与标准电厂的能源成本(0.0546 USD/(kW·h))相当,而与以天然气为燃料的SOFC-发动机系统相比则降低了19.6%,说明该新型热电联供系统是一种清洁、高效、经济的能源转换技术。

    含油污泥各组分热解相互作用的反应力场模拟研究
    温燕军, 蒋驰, 李文轩, 谢颖燊, 王刚, 侯影飞
    化工学报. 2021, 72(2):  1100-1106.  doi:10.11949/0438-1157.20201206
    摘要 ( 30 )   HTML ( 0 )   PDF (1619KB) ( 8 )  
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    含油污泥中石油烃组分复杂,仅靠产物的宏观分析结果难以揭示热解过程组分之间的相互作用。以正十二烷、1-十二烯、甲基环己烷、对二甲苯和1-甲基萘五种化合物分别代表含油污泥中石油烃的链烷烃、链烯烃、环烷烃、单环芳烃和多环芳烃五种组分,构建含油污泥石油烃的模型化合物。采用基于反应力场的分子动力学模拟方法,研究了热解过程中的产物分布及各组分之间的相互作用。结果表明,模型化合物热解产物以H2和C1~3的小分子化合物为主,热解前期主要为C2H4、C3H6,热解后期主要为C2H2、C3H4和H2。相对于模型化合物中各组分单独热解,混合热解过程中石油烃各组分的消耗速率明显加快,且热解产物的片段数也有一定程度的增加。根据一级反应动力学模型,石油烃各组分在混合热解过程中的表观活化能有不同程度降低,其中链烷烃、链烯烃和环烷烃的表观活化能分别降低了16.493 kJ/mol、50.571 kJ/mol和146.289 kJ/mol,这从分子模拟层面证明了含油污泥石油烃各组分之间热解的协同作用。

    干法电石渣性质分析及乙炔气逸出行为研究
    牟秀娟, 朱干宇, 颜坤, 赵立文, 李少鹏, 李会泉, 孙国新
    化工学报. 2021, 72(2):  1107-1115.  doi:10.11949/0438-1157.20201263
    摘要 ( 33 )   HTML ( 1 )   PDF (2557KB) ( 6 )  
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    干法电石渣是电石法制乙炔过程中产生的大宗钙基固废,其中残留电石及乙炔气对资源化利用影响较大。针对利用过程乙炔气富集的安全隐患问题,对电石渣的粒径分布、矿相组成、微观形貌等进行了系统分析和表征,考察了残留电石含量变化及不同温度、湿度、振荡、晾置时间、气体置换等因素对乙炔气逸出行为影响。结果表明:干法电石渣主要物相是Ca(OH)2,以多面体片状疏松结构存在,粒度集中分布在75 μm以下,电石残余量0~0.71%;温度升高及水分含量增加促进电石渣内乙炔气的逸出,振荡无明显促进或抑制作用;采用预先晾置与气体置换相结合的方式能够使得电石渣内乙炔气得以大量逸散,有效降低乙炔气富集燃爆风险,本工作可为干法电石渣的安全运输和利用提供依据。

    醇提中药渣与废弃活性焦共燃特性及动力学分析
    朱新宇, 张光义, 张建伟, 温宏炎, 李运甲, 张建岭, 许光文
    化工学报. 2021, 72(2):  1116-1124.  doi:10.11949/0438-1157.20201333
    摘要 ( 26 )   HTML ( 0 )   PDF (1573KB) ( 6 )  
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    采用热重分析法研究了不同升温速率下醇提中药渣、废弃活性焦及其不同比例混合物的燃烧特性,并利用Coats-Redfern方法计算其燃烧动力学参数。结果表明,醇提中药渣燃烧是挥发分和少量固定碳连续燃烧过程,而废弃活性焦燃烧主要是固定碳燃烧的过程;醇提中药渣比废弃活性焦具有更好的燃烧特性和更低的活化能。采用TG-MS联用分析仪对比研究醇提中药渣及其混合物的燃烧过程产生的烟气。结果表明,废弃活性焦的加入对醇提中药渣燃烧过程中产生的NOx有明显的吸附还原作用。动力学分析表明,与废焦相比,混合物反应活化能随着中药渣比例的增加而变小,表明添加中药渣能提高废焦的反应活性,促进其燃烧。利用热重分析预测混合燃料的燃烧性质可靠,对醇提中药渣与废弃活性焦共燃处理的技术开发具有指导作用。

    X射线衍射分析聚乙烯吡咯烷酮对水合物分解过程的影响
    唐翠萍, 周雪冰, 梁德青
    化工学报. 2021, 72(2):  1125-1131.  doi:10.11949/0438-1157.20201062
    摘要 ( 41 )   HTML ( 0 )   PDF (1449KB) ( 24 )  
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    深水油气资源的勘探开发以及开采过程中的环保要求,使得天然气水合物动力学抑制剂使用不可避免,含动力学抑制剂的分解研究对水合物生成后的解堵具有重要的指导意义。本文在高压反应釜内采用甲烷和丙烷混合气,合成天然气水合物,并用X射线粉晶衍射仪分析了含动力学抑制剂聚乙烯吡咯烷酮的水合物分解过程。结果显示甲烷和丙烷气体会形成SⅡ型水合物,但伴随有SⅠ型甲烷水合物的生成;添加动力学抑制剂后,水合物的分解速率变慢,在-60℃,添加0.5%的聚乙烯吡咯烷酮后,分解起始的20 min内,无抑制剂体系水合物分解可达69%,而在含抑制剂体系分解约18%;SⅡ型甲烷丙烷混合气水合物分解过程中晶胞各晶面分解速率相同,没有偏好性,水合物笼作为一个整体分解,添加抑制剂不改变这种分解方式,仍以整体分解。

    燃煤烟气脱硝副产物硫酸氢铵/硫酸铵沉积与分解特性研究
    卿梦霞, 张鑫, 刘亮, 张巍, 王乐乐, 苏胜, 孔凡海, 向军
    化工学报. 2021, 72(2):  1132-1141.  doi:10.11949/0438-1157.20200972
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    搭建模拟空预器多段控温实验台,研究不同SO3浓度、SO3/NH3比、不同温度下硫酸氢铵(ABS)与硫酸铵(AS)的生成、沉积与分解特性。在高温条件下发生的初始沉积部位,沉积物均为液态ABS,其失重特性与纯ABS基本一致。而在低温条件下,则根据SO3/NH3比的不同沉积物特性有所变化。SO3/NH3比为2∶1时,沉积物为H2O、H2SO4与少量ABS的混合物,以密集液滴形态存在,呈多段分解特性;SO3/NH3比为1∶1与1∶2时,沉积物为分散性较强的干AS粉末,分解特性与纯AS基本一致。研究结果可为ABS防控提供指导。

    材料化学工程与纳米技术
    CdSe@ZnS量子点荧光传感器在水体铜离子污染检测中的应用
    赵心语, 耿宇昊, 田震昊, 徐建鸿
    化工学报. 2021, 72(2):  1142-1148.  doi:10.11949/0438-1157.20200324
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    使用微流控技术连续合成CdSe@ZnS核壳型量子点,并使用巯基丙酸对其进行表面改性,制备出可以被铜离子淬灭的水溶性CdSe@ZnS核壳型量子点。随后以聚乙烯醇(PVA)水凝胶为骨架,将改性后的量子点通过氢键作用力负载于骨架上,得到制备工艺简单、热稳定性高的复合荧光传感器件。该传感器的荧光强度随水溶液中铜离子浓度呈线性负相关关系,检测灵敏度可达20 μmol/L。其简便的操作和敏感的响应使之与原子吸收分光光度法形成优势互补,适用于水体铜离子污染的原位检测。该负载方法具有一定普适性,提供了将任意量子点制成器件应用于某种金属离子检测的新方式,实现了可回收的、环境友好的重金属离子快速检测目的。

    水溶性偶氮引发剂AIBA引发AN-MA-IA水相沉淀共聚合的研究
    秦统, 奚桢浩, 赵玲, 袁渭康
    化工学报. 2021, 72(2):  1149-1155.  doi:10.11949/0438-1157.20201061
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    以含有亲水基团的偶氮二异丁脒盐酸盐(AIBA)为引发剂,以丙烯腈(AN)、丙烯酸甲酯(MA)和衣康酸(IA)为单体,β-巯基乙醇(β-ME)为分子量调节剂,采用水相沉淀聚合法制备了不同分子量的AN-MA-IA共聚物,研究了AIBA浓度、单体浓度和β-ME浓度对聚合过程的影响。根据AIBA分解半衰期和单体竞聚规律确定了聚合温度70℃和pH=4.7为较优反应条件。结果表明,AIBA浓度是影响聚合转化率的决定因素,通过调整AIBA浓度可以得到分子量60000~500000的PAN共聚物,较高的AIBA浓度会由于聚合场所的改变而造成分子量分散度小幅上升;浓度在0.2%(质量)以内时,分子量调节剂β-ME可以调控PAN共聚物的分子量,并使其分布变窄。

    铝源孔容和焙烧升温过程对碳热还原法制备氮化铝粉体的影响
    魏娟, 王玉军, 骆广生
    化工学报. 2021, 72(2):  1156-1168.  doi:10.11949/0438-1157.20200905
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    碳热还原氮化法是大规模制备高纯度氮化铝(AlN)粉体的主要方法,通过微反应器制备不同孔容的铝源,系统探究了前体孔容和微观形貌对AlN粉体产物的影响,并通过动力学模拟验证了筛选出的前体的活性。同时对氮化反应升温过程的影响也做了探究,最终通过对前体和焙烧升温过程的优化,得到纯度99%以上的AlN粉体,其平均粒径约为150 nm,O元素含量为0.55%。

    一种用于磷酸铁锂电极的水性黏结剂制备与性能研究
    曹佳宁, 高翔, 罗英武, 苏荣欣
    化工学报. 2021, 72(2):  1169-1180.  doi:10.11949/0438-1157.20201085
    摘要 ( 32 )   HTML ( 0 )   PDF (6573KB) ( 17 )  
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    磷酸铁锂作为锂离子电池正极材料应用广泛。目前在其电极制备中仍采用PVDF油系黏结剂体系,可用于该电极的水性黏结剂仍需进一步研究。通过反应型乳化剂共聚苯乙烯(St)与丙烯酸异辛酯(2-EHA)制备了不同结构的磷酸铁锂正极水系黏结剂PSEHA,探讨了黏结剂对电池性能的影响。PSEHA黏结剂不含不饱和双键,抗氧化性好,较低的溶胀率可以有效防止过度溶胀导致的结构破坏,而反应型乳化剂可以解决乳化剂残留问题。采用所得最优结构黏结剂制备的磷酸铁锂电极表现出优异的电化学稳定性,扣式电池1 C循环100圈后容量保留率仍有96%,而SBR仅有93.9%;软包全电池在1 C倍率下循环170圈后容量保留率仍有98.9%。该新型水性黏结剂对促进磷酸铁锂水性体系制备有重要意义。

    聚乳酸/聚乙二醇共混物的结晶与降解行为
    张矿生, 唐梅荣, 薛小佳, 李楷, 邵炎, 周健, 岳冲冲, 李壮壮, 潘鹏举
    化工学报. 2021, 72(2):  1181-1190.  doi:10.11949/0438-1157.20200323
    摘要 ( 49 )   HTML ( 0 )   PDF (3156KB) ( 39 )  
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    针对聚乳酸(PLLA)亲水性差、降解周期长的问题,利用与亲水性高分子聚乙二醇(PEG)共混的方法对其进行改性。采用转矩流变仪制备了不同组成的PLLA/PEG共混物颗粒,系统研究了PLLA/PEG共混物的结晶和熔融、亲水性和在酸碱介质中的降解行为。结果表明,PEG的加入增强了共混物中PLLA的结晶能力,提高了PLLA在降温过程中的熔融结晶温度。PLLA/PEG共混物在等温结晶中表现出比纯PLLA更快的结晶速度。通过改变PLLA/PEG共混物的组成,可调控材料的表面亲水性和降解速率。随着PEG含量的增多,PLLA/PEG共混物的表面接触角降低。PLLA与PLLA/PEG共混物均可在水溶液中降解,共混物的降解速率高于纯PLLA,随着PEG含量的升高和降解液中酸碱浓度的提高,PLLA/PEG共混物的降解速率加快。

    超疏水、自清洁氟化石墨改性不锈钢网的油水分离研究
    雷然, 王嘉柔, 赵颂, 王志
    化工学报. 2021, 72(2):  1191-1201.  doi:10.11949/0438-1157.20200864
    摘要 ( 36 )   HTML ( 0 )   PDF (7644KB) ( 33 )  
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    采用环氧树脂和氟化石墨(FG)纳米片对200目(75 μm)、300目(50 μm)和400目(37.5 μm)不锈钢网进行表面修饰改性,制备出具有超疏水、自清洁性能的氟化石墨改性钢网。正己烷-水、二氯甲烷-水、正癸烷-水、间二甲苯-水及柴油-水混合物可在自身重力下迅速通过氟化石墨改性钢网实现分离,且分离效率均在99.89%以上。同时,氟化石墨改性不锈钢网还具有良好的重复使用性能和机械耐久性能,在循环使用100次以及外力作用下磨损100次后,仍保持良好的超疏水性能。