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本期目录
2020年 第71卷 第2期 刊出日期:2020-02-05
    本期封面、广告页、中英文目次表
    化工学报. 2020, 71(2):  0-0. 
    摘要 ( 125 )   PDF (36797KB) ( 130 )  
    相关文章 | 多维度评价
    综述与专论
    金属有机框架孔径调控进展
    原野, 王明, 周云琪, 王志, 王纪孝
    化工学报. 2020, 71(2):  429-450.  doi:10.11949/0438-1157.20190801
    摘要 ( 411 )   HTML ( 60 )   PDF (2053KB) ( 324 )  
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    金属有机框架(MOFs)以其可灵活调节的孔道结构、大孔隙率和大比表面积等特点受到广泛关注。设计并构建能够实现目标功能的、具有合适孔径分布的MOFs材料关系到MOFs材料在分离、催化以及质子传导等领域中的应用。综述了MOFs材料孔径的主要调控方法,包括原位合成调控、后合成修饰调控、穿插调控以及辅助合成调控,总结了四种调控方法的特点和不足,并对未来MOFs孔径调控的发展方向进行了展望。

    微通道内卫星液滴生成机理与惯性分离机制
    付涛涛, 朱春英, 马友光
    化工学报. 2020, 71(2):  451-458.  doi:10.11949/0438-1157.20190749
    摘要 ( 176 )   HTML ( 13 )   PDF (1516KB) ( 116 )  
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    由于非线性动态特征,液液界面破裂过程常伴随卫星液滴的产生,对基于液滴的微流体技术生产液滴的均一性和精准化目标提出了挑战。阐释了微流体界面失稳的复杂动力学特征,剖析了界面失稳的影响因素,并分析了伴随界面失稳而产生的卫星液滴的现象与原理。结合惯性微流体新概念,总结了卫星液滴的惯性分离机制。展望了卫星液滴生成-惯性微流体分离一体化及其并行化数目放大的构想。相关工作的开展,有利于实现微流体技术生产单分散性液滴的精准化目标,为微流体与复杂流体相关的界面动力学行为与调控夯实基础。

    制药结晶中的先进过程控制
    赵绍磊, 王耀国, 张腾, 周丽娜, 龚俊波, 汤伟伟
    化工学报. 2020, 71(2):  459-474.  doi:10.11949/0438-1157.20190728
    摘要 ( 167 )   HTML ( 19 )   PDF (2949KB) ( 127 )  
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    结晶作为固-液分离的重要手段,是实现医药产品高端高值化的关键技术。药物结晶过程的精准控制决定了晶体产品的多晶型、晶习、粒度及粒度分布等诸多特性,对生产效率和产品质量的提升具有重要的意义。基于国内外对药物结晶过程控制的研究现状,结合相关案例,系统总结了制药结晶中先进过程控制的理论模型、监测手段和控制策略,重点分析讨论了过程控制在产品工程中的应用并对其发展趋势进行了展望。

    抗污染芳香聚酰胺反渗透膜研究进展
    任六一, 赵颂, 王志, 燕方正, 刘莹莹, 韩向磊, 王纪孝
    化工学报. 2020, 71(2):  475-486.  doi:10.11949/0438-1157.20190815
    摘要 ( 166 )   HTML ( 17 )   PDF (1600KB) ( 122 )  
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    聚酰胺反渗透膜具有选择透过性高、化学稳定性好等优点,在水处理领域应用广泛。但膜污染导致的通量下降、寿命降低等问题严重制约了其发展与应用,开发抗污染反渗透膜是缓解膜污染的重要手段。本文根据抗污染膜作用机理将抗污染反渗透膜分为抗黏附型、污染驱除型和杀菌型,综述了近年来相关方面的研究成果,并对合理组合多种机制制备抗污染反渗透膜的进展进行简要概括,最后对抗污染反渗透膜的发展前景进行了展望。

    凝胶对结晶过程影响的研究进展
    张文铖,龚俊波,董伟兵,吴送姑
    化工学报. 2020, 71(2):  487-499.  doi:10.11949/0438-1157.20190754
    摘要 ( 137 )   HTML ( 15 )   PDF (1200KB) ( 145 )  
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    相比于传统的溶液相结晶,凝胶用作结晶介质时,由于能抑制对流和减慢溶质分子的扩散,除了能提供较大的过饱和度且不会导致爆发成核,以及使溶质分子在生长面上连续地生长之外,还可以通过设计特定的凝胶剂为溶质分子提供模板或者活性成核位点,这使得凝胶相结晶成为了一种有效的结晶控制手段,引起了研究人员的广泛关注。综述了高分子凝胶、超分子凝胶以及无机凝胶如何有效地控制结晶成核和生长的速度,调控晶型、晶习和晶体粒度,简单介绍了微凝胶在溶液相结晶中的作用,以及凝胶相结晶未来的发展趋势。

    热力学
    TOME环化反应热力学分析及反应动力学研究
    刘宏晓, 孙伟振, 赵玲
    化工学报. 2020, 71(2):  500-506.  doi:10.11949/0438-1157.20191485
    摘要 ( 155 )   HTML ( 38 )   PDF (658KB) ( 149 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    采用基团贡献法对四甲基-酮-癸烯酸甲酯(TOME)环化反应进行了热力学分析。结果表明,标准压力下该反应为吸热反应,温度高于403 K范围内反应为自发过程;反应的Gibbs自由能变随温度的升高而减小,升温有利于反应正向进行。通过间歇实验研究了非催化条件、常压、463~493 K温度范围内TOME环化反应动力学。动力学拟合结果表明,该反应为一级反应,升温能明显加快反应速率,在所研究温度范围内反应活化能为143.72 kJ?mol -1

    聚甲氧基二甲醚+水+环己烷+氯化钠四元体系的液液平衡研究
    寇超兴, 刘洋, 曾爱武
    化工学报. 2020, 71(2):  507-515.  doi:10.11949/0438-1157.20190758
    摘要 ( 92 )   HTML ( 8 )   PDF (1105KB) ( 69 )  
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    聚甲氧基二甲醚(DMMn)是一种低分子缩醛类聚合物,被认为是新型环保柴油添加剂。研究了常压下,293.15 K和308.15 K时DMM1~4+水+环己烷+氯化钠体系的液液相平衡。经Eisen-Joffe方程关联检验,各体系的液液平衡数据具有良好的一致性。在氯化钠盐析作用下,体系油水分离效果得到明显的改善,DMM1~4的分配系数均大于1;当NaCl的含量为10%(质量)时,有机相中的水可忽略不计。对平衡数据采用NRTL和CHEN-NRTL热力学模型关联拟合,结果表明CHEN-NRTL模型更适用于描述此体系在研究温度下的液液平衡关系。实验数据以及拟合得到的模型参数将为DMMn的产物萃取及精馏的过程模拟提供有效参考。

    流体力学与传递现象
    新型旋流场-颗粒床耦合分离设备静压分布
    高思鸿, 刘堉学, 范怡平, 卢春喜
    化工学报. 2020, 71(2):  516-525.  doi:10.11949/0438-1157.20191220
    摘要 ( 103 )   HTML ( 13 )   PDF (4768KB) ( 76 )  
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    新型旋流场-颗粒床耦合分离设备将旋风分离器离心分离和移动床吸附/过滤分离有机结合,在一套设备中实现了两级净化过程,可适应较高的温度范围,为气体净化技术提供了一种新的思路。在固定床操作模式下,测量了耦合设备内部轴向、周向和径向的静压分布。实验结果表明,设备入口环形空间的静压分布可以确定设备内部旋流强度与入口气速之间存在直接联系;设备内部负压中心以及旋流场产生的影响在N8(H=2175 mm)测点以下不再明显;设备静压分布在周向上呈现明显的非对称分布,这也反映出设备内的气相流动在周向上存在不均匀分布的现象。

    基于显微图像识别的微流控液滴聚并研究
    张皓, 王凯
    化工学报. 2020, 71(2):  526-534.  doi:10.11949/0438-1157.20190738
    摘要 ( 118 )   HTML ( 9 )   PDF (3222KB) ( 77 )  
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    微流控技术作为操控微米尺度液滴的重要手段,受到普遍关注。显微摄像是微流控过程的主要研究方法,以往主要通过人工观察识别的方式获取关键参数,工作效率低、数据量小,限制了针对复杂微流控过程的深入认识。提出了一种基于MATLAB图像处理程序的微流控液滴聚并研究方法,通过背景提取、背景扣除、掩膜二值化、噪声消除、区域填充、形态开启、边界物体移除、干扰滤除等过程,实现六边形扩大通道内液滴聚并显微实验视频的数值化,进一步通过识别液滴投影面积、质心、偏心率等信息,研究了液滴运动速度和液膜的排空时间等微流控聚并关键参数的变化规律。

    混合澄清槽澄清室内流场特性测量
    叶思施, 唐巧, 王运东
    化工学报. 2020, 71(2):  535-543.  doi:10.11949/0438-1157.20190534
    摘要 ( 61 )   HTML ( 5 )   PDF (3934KB) ( 34 )  
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    混合澄清槽被广泛应用于稀土溶剂萃取过程,在澄清室内的分相过程是非常重要的环节。采用粒子图像测速技术对澄清室内速度流场进行了测量,比较了不同操作参数下,主要包括混合室搅拌转速、油水两相体积分数以及不同挡板设计对澄清室内流场结构的影响。搅拌转速作为能耗输入,与澄清室内速度矢量大小呈正相关关系;增加油相后,对澄清室内流场结构影响不大,但会使得流动方向发生变化,且使得湍动增加。挡板设计是强化澄清室分相性能的重要途径,对不同挡板组合的澄清室设计进行了测量分析,对挡板形状(Ⅴ形与矩形)、挡板数量与安置位置的影响进行了比较,并采用电导率仪获得澄清室水相出口处溶解性总固体浓度,表征油相夹带情况,对不同挡板设计进行了比较和优化。

    微通道内浆料体系中的气泡生成特性及尺寸预测
    刘静, 朱春英, 周灏, 付涛涛, 马友光
    化工学报. 2020, 71(2):  544-551.  doi:10.11949/0438-1157.20190745
    摘要 ( 82 )   HTML ( 4 )   PDF (1049KB) ( 58 )  
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    利用高速摄像仪对T型微通道内浆料体系中的气泡生成频率和气泡尺寸进行了研究。以氮气作为分散相,含0.35%(质量分数)表面活性剂(SDS)不同浓度玻璃珠的甘油-水溶液为连续相。实验考察了弹状流下气液两相流量、颗粒浓度以及浆料表观黏度对气泡生成频率及气泡尺寸的影响。结果表明:在弹状流下,当分散相流量一定时,随着连续相流量的增大,气泡的生成频率增大而气泡尺寸减小。当连续相流量一定时,随着分散相流量的增大,气泡生成频率和气泡尺寸均增大。随着颗粒浓度的增大,浆料的表面张力减小,表观黏度增大,气泡生成频率增大而气泡尺寸减小。提出了T型微通道内浆料体系中生成气泡尺寸的预测模型,模型具有良好的预测精度。

    台阶式单微通道内气泡生成动力学
    刘子炜, 戴诗逸, 段聪, 张志伟, 庞子凡, 朱春英, 付涛涛, 马友光
    化工学报. 2020, 71(2):  552-565.  doi:10.11949/0438-1157.20190809
    摘要 ( 90 )   HTML ( 7 )   PDF (3037KB) ( 47 )  
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    采用高速摄像系统研究了台阶式微通道中气泡生成机理和尺寸变化规律。探究了气液相流量、液相黏度以及台阶宽度对气泡生成过程的影响机制。实验中分别采用不同质量浓度的甘油水溶液和氮气作为液相和气相。发现台阶式微通道中气泡的生成过程分为扩展、夹断和蓄能阶段。增大气相、液相流量,减小液相黏度使各阶段所消耗的时间减少。随液相黏度的增大夹断阶段消耗的时间逐渐变长,成为气泡生成过程中起主导作用的阶段。最后,基于台阶式微通道中气泡的生成机理,构建了气泡体积的预测式。

    含蜡油凝点判断准则的力学涵义
    刘稳文, 吕梦芸, 李学艺, 黄璟, 池立勋, 闫锋, 张劲军
    化工学报. 2020, 71(2):  566-574.  doi:10.11949/0438-1157.20190560
    摘要 ( 64 )   HTML ( 3 )   PDF (1217KB) ( 35 )  
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    凝点是石油工业中评价油品(包括原油)流动性的一个重要指标,但长期以来对其力学涵义缺乏准确的定量分析。通过对测凝实验中油样受力与变形的定量分析与数值模拟,研究发现在判断凝点的临界状态下,油样的运动形式为一弓形未屈服区绕自由液面上方一固定圆心的转动,且该弓形所对应的弧角固定为137.5°。据此,含蜡油凝点的力学涵义事实上是油品的屈服应力刚好达到可产生该特定运动形式的临界温度。该临界屈服应力与油品密度及试管直径呈正比。在国家标准GB510—1983所规范的测量条件下,临界屈服应力为14.14 Pa;在石油行业标准SY/T0541所规范的测量条件下,临界屈服应力为19.99 Pa。对凝点力学涵义的准确认识,将有助于加深对油品流动性测量与应用的全面理解。

    湿烟气工况下齿形螺旋翅片管束的性能研究
    刘丹, 成毅, 胡明月, 盛倩云, 周昊
    化工学报. 2020, 71(2):  575-583.  doi:10.11949/j.issn.0438-1157.20190568
    摘要 ( 63 )   HTML ( 3 )   PDF (1143KB) ( 45 )  
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    换热器烟气侧自身结构参数和外界条件是影响换热器换热及阻力特性的主要因素,采用数值模拟和实验方法研究了翅片螺距及烟气含水量对齿形螺旋翅片管束换热及阻力特性的影响。结果表明,在翅片螺距3.63~8.47 mm范围内,烟气侧 Nu随着翅片螺距的增大而增大,在不同入口烟温下,相对于3.63 mm翅片管,5.08 mm和8.47 mm翅片管 Nu分别增大3%~6%和9%~14%, Eu随着翅片螺距的增大而减小,相对于3.63 mm翅片管,5.08 mm和8.47 mm翅片管 Eu分别减小30%和50%左右;烟气含水量的适当增大,有利于提高齿形翅片管束的换热及阻力特性。

    聚合釜传热性能的实验研究及数值模拟
    王修纲, 吴裕凡, 郭潞阳, 路庆华, 叶晓峰, 曹育才
    化工学报. 2020, 71(2):  584-593.  doi:10.11949/0438-1157.20190812
    摘要 ( 100 )   HTML ( 5 )   PDF (1061KB) ( 78 )  
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    基于CFD模拟与传热实验相结合的方法对5 L夹套聚合釜的传热性能进行研究。建立聚合釜的液固耦合稳态传热模型,获得釜内流体、夹套内流体及金属固体域内温度分布。开展传热实验对模拟结果进行验证,各对比点温度的最大相对误差在1%~5%范围内。通过模拟获得釜内外壁面传热系数及总传热系数,并关联出釜侧及夹套侧 Nu的经验式。结果表明:釜内流体温度分布方差始终在0.002以下,固体域内和传热边界层温度梯度较大,传热边界层厚度约3.8 mm;实验范围内,入口温度和反应放热量对釜内温度的影响显著,入口流速次之,搅拌转速影响最弱;夹套侧传热系数远小于釜侧传热系数,提高夹套侧传热系数是提升传热性能的关键;实验用聚合釜外表面散热量与内外温差呈正比,比例系数约为3.031 W·K -1

    翅片重力热管传热性能实验研究
    马奕新, 金宇, 张虎, 王娴, 唐桂华
    化工学报. 2020, 71(2):  594-601.  doi:10.11949/0438-1157.20190933
    摘要 ( 92 )   HTML ( 5 )   PDF (1447KB) ( 74 )  
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    热管是一种利用工质相变传热,具有传热温差小、热响应速度快、换热量大等优点的传热元件。为研究翅片重力热管的传热性能,实验测试了翅片重力热管与平板重力热管(铝-丙酮工质)的传热性能,比较了其瞬态热响应速率,获得了翅片与平板重力热管在蒸发段不同电功率稳定加热条件下表面温度沿高度方向的变化规律,计算了平板热管的等效热导率,并与铝板测量结果进行了对比。结果表明:重力热管传热速度快、表面均温效果好,热导率随功率的增大先升高后降低,整体上热导率高达纯铝的84~258倍,翅片热管相比于平板热管具有更好的均温性和散热效果,在建筑供暖、车载电池散热、余热利用等领域具有广泛的应用前景。

    补充风对水平管高压密相气力输送影响的模拟研究
    周海军, 熊源泉
    化工学报. 2020, 71(2):  602-613.  doi:10.11949/0438-1157.20191275
    摘要 ( 55 )   HTML ( 4 )   PDF (2093KB) ( 48 )  
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    针对水平管高压密相气力输送数理模型的缺陷与不足,引入Savage径向分布函数修正的颗粒动理学理论、基于Berzi摩擦压应力模型构建的摩擦应力模型以及修正的三段式曳力模型,在欧拉-欧拉方法的基础上建立了一个能同时兼顾水平管高压密相气力输送中稀相流、过渡流以及密相流输送特性的三维非稳态数理模型。并采用该数理模型考察了补充风对水平管高压密相气力输送的影响,模拟结果精准地预测了水平管压降及其随补充风的变化规律,而且其预测的水平管固相体积浓度分布与ECT图也是相吻合的,从而验证了数理模型的可靠性。模拟结果表明:随着补充风的增加,气固两相速度和湍动能以及颗粒拟温度增大,固相体积浓度减小。

    柔性Rushton搅拌桨的功耗与流场特性研究
    杨锋苓, 张翠勋, 苏腾龙
    化工学报. 2020, 71(2):  614-625.  doi:10.11949/0438-1157.20190960
    摘要 ( 80 )   HTML ( 2 )   PDF (2673KB) ( 43 )  
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    基于传统的Rushton桨,开发了一种柔性叶片Rushton搅拌桨。采用数值模拟方法研究了柔性桨的功耗及层流和湍流流场特性,并分别采用扭矩测量法和粒子图像测速法进行了实验验证。结果表明,对于实验规模的搅拌容器,当介质黏度与甘油接近时,可用橡胶作为柔性桨叶制作材料。Reynolds数≤100时,柔性桨的功耗大于刚性桨;Reynolds数大于该值后,柔性桨的功耗小于刚性桨。柔性桨叶对被搅拌流体具有自适应特性,流固耦合作用下产生的变形增加了流体的径向流动能力。搅拌低黏度流体时,柔性桨能提升近桨区流体的速度,增加桨叶远端流体的循环流动能力;搅拌高黏度流体时,近桨区和桨叶远端流体的速度均大于刚性桨。就尾涡而言,柔性桨产生的涡量较小,耗能少。

    柔性Rushton搅拌桨混合性能的实验研究
    杨锋苓, 张翠勋, 李美婷
    化工学报. 2020, 71(2):  626-632.  doi:10.11949/0438-1157.20190961
    摘要 ( 77 )   HTML ( 3 )   PDF (851KB) ( 50 )  
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    提高混合效率是流体搅拌混合领域的重点研究内容之一。几十年来,人们在开发新型搅拌桨及研发流体混合新技术方面做了大量工作。基于刚性Rushton桨,开发了一种柔性叶片Rushton搅拌桨,并以罗丹明6G为荧光剂,采用平面激光诱导荧光法对介质为水时该桨在湍流状态下的混合性能进行了实验测试研究。结果发现,标定实验结果表明,荧光剂强度与浓度呈线性关系,可以此为基准衡量同等实验条件下的宏观混合时间。荧光剂的扩散情况表明,与刚性桨相比,柔性桨具有更好的混合性能,尤其在混合的初始阶段,混合均匀程度及混合速度均有一定的优势。与刚性桨混合时间的对比表明,柔性桨的宏观混合时间较短,有助于提高流体混合效率。研究结果为该桨的工业应用奠定了基础。

    催化、动力学与反应器
    杂质对Ru/AC催化秸秆水解液加氢反应的抑制作用
    侯莲霞, 任鑫, 周静红, 周兴贵
    化工学报. 2020, 71(2):  633-641.  doi:10.11949/0438-1157.20190703
    摘要 ( 68 )   HTML ( 6 )   PDF (2202KB) ( 39 )  
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    采用Ru/AC催化主要成分为葡萄糖、木糖的秸秆水解液加氢,探究了水解液中各杂质对加氢反应性能的影响,通过N2物理吸附、CO化学吸附、热重分析、场发射扫描电镜、热解气质联用等分析手段对反应后失活催化剂进行了系统表征。结果表明:水解液中可能存在的木质素、纤维素酶、无机盐、呋喃类衍生物、有机弱酸、芳香族化合物等杂质中,木质素和纤维素酶对加氢反应具有很强抑制作用,其余杂质仅在溶液中总杂质含量较高时才表现出明显的抑制作用;木质素和纤维素酶阻碍加氢反应的主要原因是其能够附着于催化剂上,堵塞催化剂孔道,并覆盖活性位,导致催化剂失活。

    废轮胎热解炭低温催化焦油重整制备富氢气体的研究
    杨殿才, 潘宇涵, 黄群星, 蒋旭光, 王飞, 严建华
    化工学报. 2020, 71(2):  642-650.  doi:10.11949/0438-1157.20190831
    摘要 ( 71 )   HTML ( 2 )   PDF (2284KB) ( 73 )  
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    以全钢型废旧轮胎为原料,通过热解、活化、浸渍、焙烧的流程制备了三种热解炭催化剂,分别为轮胎热解炭(Raw char)、轮胎热解活性炭(AC)和负载Zn的活性炭(Zn/AC)。采用N2吸/脱附、SEM、EDS、XRD等表征方法对催化剂进行了一系列表征和分析,发现CO2/H2O活化可显著提高催化剂BET比表面积,最高可达380 m2·g-1,有效改善催化剂表面结构性质,同时浸渍法使催化剂表面负载大量ZnO活性位。对三种催化剂在纤维素热解焦油重整制氢过程中的催化性能进行了研究,发现Raw char(600℃)具有最佳催化效果,相较于空白组(500℃),热解气中H2体积分数提高了12.4%,达到19.3%,其次为Zn/AC(500℃)组的17.8%,实现了低温下催化纤维素焦油热解制得高产率H2

    序列分布导向的CGC催化乙烯与1-辛烯共聚过程建模
    田洲, 焦栋, 王金强, 刘柏平
    化工学报. 2020, 71(2):  651-659.  doi:10.11949/0438-1157.20190930
    摘要 ( 73 )   HTML ( 5 )   PDF (1381KB) ( 47 )  
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    限制几何构型催化剂(constrained geometry catalyst,CGC)特别适用于乙烯与α-烯烃溶液聚合法制备高性能聚烯烃弹性体POE(polyolefin elastomer)。基于CGC催化乙烯与1-辛烯共聚反应机理,建立了乙烯与1-辛烯共聚反应动力学模型并确定了动力学参数。采用前期实验获得的乙烯消耗速率曲线与催化剂平均活性验证了动力学模型的准确性。基于动力学模型和面向序列结构的共聚机理,建立了乙烯与1-辛烯共聚过程序列分布模型。模型可准确预测序列分布与短支链含量及其随反应条件的变化趋势。结果表明,随着1-辛烯浓度的增加,乙烯序列长度逐渐减小,其平均序列长度线性降低,而1-辛烯平均序列平均长度呈线性增加的趋势。所建模型可为从聚合过程角度调控POE链结构提供理论参考。

    煤基富氮层级多孔碳制备及其催化脱硫性能
    孙明慧, 陈静圆, 肖南, 陈奥博, 王旭珍, 邱介山
    化工学报. 2020, 71(2):  660-668.  doi:10.11949/0438-1157.20190998
    摘要 ( 98 )   HTML ( 9 )   PDF (1925KB) ( 182 )  
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    以煤加工副产物煤焦油中蒽油馏分为碳源、多巴胺为氮源,基于纳米碳酸钙球模板在碳化过程中发生的诱导自活化作用,一步共碳化制得氮掺杂多孔碳(NPCs)材料。通过元素分析、低温氮气吸附-脱附测试、扫描及透射电镜表征,结果表明,NPCs材料的氮元素掺杂量高,且具有发达的微孔-介孔梯级孔道结构。结合室温下催化硫化氢选择性氧化为单质硫的反应性能评价,发现改变模板剂用量、碳/氮源投料比和碳化温度,可调控NPCs材料的氮掺杂量(质量分数6.4%~21.3%)、比表面积、孔道结构发达程度及相应的定向转化硫容,最佳工艺条件下合成样品的饱和硫容高达5.8 g H2S/(g催化剂)。

    分离工程
    基于MPC控制技术优化VPSA制氧工艺的模拟
    邢瑞, 江南, 刘冰, 安亚雄, 汪亚燕, 张东辉
    化工学报. 2020, 71(2):  669-679.  doi:10.11949/0438-1157.20190857
    摘要 ( 63 )   HTML ( 6 )   PDF (1354KB) ( 33 )  
    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    针对真空变压吸附制氧在gPROMS软件中建立了严格的数学模型,基于LiLSX吸附剂设计了两塔八步的真空变压吸附流程生产纯度为92%的O 2。对此流程进行优化,其纯度和回收率有了明显的改进。在此基础上,引入实际生产中经常存在的如进料流量的变化以及吸附性能降低等扰动因素,使模拟工作更接近实际。根据产品气中O 2纯度的反馈,采用模型辨识技术设计了MPC控制器,用于预测控制VPSA过程的动态行为。开环和闭环控制结果的对比显示,流程在设计的MPC控制下展现出更好的结果,这表明MPC控制策略可以明显改善空气分离制氧的生产过程。

    溶剂对磺胺甲基嘧啶溶剂化合物形成的影响
    张霞, 周玲, 尹秋响
    化工学报. 2020, 71(2):  680-687.  doi:10.11949/0438-1157.20190642
    摘要 ( 50 )   HTML ( 5 )   PDF (1289KB) ( 35 )  
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    采用悬浮转化法对磺胺甲基嘧啶溶剂化合物在醇类、酯类和酰胺类等17种溶剂中进行了筛选研究,采用粉末 X 射线衍射、热重分析、扫描电镜和傅里叶红外光谱对磺胺甲基嘧啶溶剂化合物进行了表征,成功制备出磺胺甲基嘧啶与N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮溶剂化物和二甲基亚砜的4种溶剂化合物。热重结果表明它们均属于化学计量比为1∶1的溶剂化合物;扫描电镜分析发现在溶剂化合物形成过程中,晶体的形态由接近正方体的块状晶体变为片状与棒状晶体;傅里叶红外表征分析证实了溶剂化合物中溶剂与溶质分子形成分子间氢键。分析所用的17种溶剂的分子结构、氢键供体和受体能力等性质,确定了磺胺甲基嘧啶容易与氢键受体能力强的溶剂形成相应溶剂化合物。对比分析了晶体中分子的堆积效率,进一步证实了磺胺甲基嘧啶形成氢键溶剂化合物。根据磺胺甲基嘧啶和溶剂化合物的单晶结构,分析氢键溶剂化合物形成前后分子堆积、结构合成子和氢键网络的变化,磺胺甲基嘧啶晶型Ⅱ及其溶剂化合物的四种结构中均形成一维的椅子形氢键网络,对于三种溶剂化合物,除了磺胺甲基嘧啶分子间形成的氢键网络,磺胺甲基嘧啶分子氨基中另一个氢原子与溶剂分子的氧原子相连形成分子间N—H…O氢键。结果表明氢键在溶质与溶剂间的超分子自组装过程中起决定作用,是影响溶剂化合物形成的关键因素。

    过程系统工程
    基于自适应采样算法的芳烃异构化代理模型
    谢雨珩, 李智, 杨明磊, 杜文莉
    化工学报. 2020, 71(2):  688-697.  doi:10.11949/0438-1157.20190359
    摘要 ( 73 )   HTML ( 7 )   PDF (1439KB) ( 42 )  
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    异构化是芳烃生产中的重要环节,提高异构化环节的建模和优化效率对工业生产有着重要意义。但是,直接使用机理模型的优化过程耗时较长,优化效率低。代理模型可以有效地对机理模型进行近似,而代理模型采样方法对模型精度有很大影响。提出了一种新的基于稀疏度和最邻近期望的自适应采样算法,该方法可以平衡全局搜索和局部搜索,通过求解优化问题找到反映函数关键信息的新采样点,再加入原始样本集中,使得代理模型精度不断提高。多个测试函数结果表明,相比于其他自适应采样算法,该算法能有效提升代理模型精度和建模效率。该算法在芳烃异构化环节代理模型中也得到了有效验证,与本文中其他算法对比,该算法模型误差减少5%以上,建模时间缩短30%以上。

    助燃空气对乙烯裂解炉NOx排放的影响
    胡贵华, 叶贞成, 杜文莉
    化工学报. 2020, 71(2):  698-707.  doi:10.11949/0438-1157.20190771
    摘要 ( 52 )   HTML ( 4 )   PDF (1664KB) ( 41 )  
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    乙烯裂解炉内复杂物理化学过程耦合模拟与优化能够满足乙烯装置对高效率、低污染和低成本的设计和操作要求,对提高乙烯工业的竞争力具有重要意义。针对简单燃烧机理难以准确预测炉膛燃烧生成NOx浓度分布的弊端,提出了在裂解炉使用更准确的简化GRI-Mesh 3.0机理结合涡耗散概念(EDC)模型的方法,并对Sandia Flame D的燃烧过程进行计算流体力学(CFD)模拟,验证了此耦合模型的可靠性。在已建立的燃烧模型的基础上,研究了助燃空气对降低裂解炉NO排放的影响,结果表明:在满足裂解炉热效率的情况下,空气预热温度为300~600 K、过量空气系数为1.1时降低NO的效果最佳。

    基于分子量分布指标的聚酯生产过程模拟方法
    常诚, 冯连芳, 顾雪萍, 陈曦, 张才亮
    化工学报. 2020, 71(2):  708-714.  doi:10.11949/0438-1157.20190499
    摘要 ( 49 )   HTML ( 8 )   PDF (938KB) ( 54 )  
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    提出一种以分子量分布为目标的聚酯工业生产过程流程模拟方法,针对通用流程模拟软件Aspen Plus在逐步聚合(step-growth)反应机理下不能计算分子量分布指数和分子量分布曲线的不足,通过外置接口程序从后台运行的Aspen源文件(*.bkp/*.apw)中读取数据,实现分子量分布曲线的可视化和其他质量指标的计算。以聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)工业生产中的预缩聚过程为建模实例,在Aspen Polymers Plus软件平台上建立基于严格过程机理的聚酯工业预缩过程框架模型。根据分子量及端羧基浓度随动力学参数变化的灵敏度,利用工业操作参数及分析数据整定动力学参数,进一步通过外置接口程序计算PBT的分子量分布,重均分子量、分子量分布指数误差分别为4.2%、5.6%,为聚酯生产过程的分子量分布可视化提供基础。

    表面与界面工程
    絮体表面形态对膜污染预测的影响
    方乘, 杨盛, 吴云, 张宏伟, 王捷, 王鲁天, 郝松泽
    化工学报. 2020, 71(2):  715-723.  doi:10.11949/0438-1157.20190828
    摘要 ( 49 )   HTML ( 2 )   PDF (1266KB) ( 36 )  
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    现有对混凝-膜过滤过程中膜污染的预测分析,一般采用XDLVO理论对光滑界面的作用能进行计算,但混凝絮体表面形态会对预测结果产生较大的影响。利用正弦波球体模型对粗糙腐殖酸(HA)絮体表面进行模拟,并通过表面元素积分法(SEI)结合XDLVO理论与复合辛普森规则,对不同粗糙程度的混凝絮体与聚偏氟乙烯(PVDF)膜的界面作用能进行量化模拟;并将结果与传统XDLVO理论模拟的光滑界面作用能进行了比较。实验结果表明,该模型适用于混凝-膜过滤体系中絮体界面作用能的模拟,同时在模拟过程中,由于粗糙度的不同会导致界面作用能在数值上存在1~2个数量级的差异;并且粗糙的絮体较完全光滑的絮体与膜污染趋势的拟合程度更高,即引入絮体表面形态对利用絮体与膜界面间相互作用能表征膜污染趋势的置信度更高。

    生物化学工程与技术
    氧气和一氧化碳在人血红蛋白迁移过程研究
    彭雪, 芦琛璘, 卢滇楠
    化工学报. 2020, 71(2):  724-735.  doi:10.11949/0438-1157.20190862
    摘要 ( 75 )   HTML ( 7 )   PDF (2245KB) ( 30 )  
    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    为了揭示CO和O2竞争性结合人血红蛋白血红素位点的机制及其与人血红蛋白结构转换之间的关系,本文采用全原子分子动力学模拟(MD)结合马尔科夫状态模型(MSMs)研究氧气(O2)和一氧化碳(CO)分子从水溶液迁移进入人血红蛋白四聚体α链和β链的全过程。分子动力学模拟揭示了O2和CO结合α链和β链的稳态结合位点和瞬态结合位点、迁移通道以及α链的结构变化。结果显示,分子模拟不仅仅能够再现全部实验中所观察到的离散Xe结合位点和分子扩散通道,而且揭示了实验中无法观测的瞬态结合位点和多重气体迁移途径。上述结果表明人血红蛋白因其结构柔性所形成的瞬态通道对于气体分子迁移过程的重要性。除此之外,利用MSM和过渡路径理论(TPT)构建了人血红蛋白α链结构变化与气体分子迁移之间的关系,阐释了血红蛋白中影响气体迁移的关键结构及其微观机制。

    能源和环境工程
    煤红外快速热解过程中床层对二次反应的影响
    马金凤, 曾玺, 王芳, 康国俊, 武荣成, 许光文
    化工学报. 2020, 71(2):  736-745.  doi:10.11949/0438-1157.20191264
    摘要 ( 47 )   HTML ( 3 )   PDF (1351KB) ( 22 )  
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    针对煤快速热解研究中样品添加量少(mg级)、焦油收集难等问题,本研究利用压片法制备微薄厚度(mm级)的煤层,并采用红外加热装置考察大添加量(g级)、微薄煤层的快速热解特性。对比堆积煤样和不同煤压片厚度(1.5~3 mm)与个数(1~2)的压片煤样热解特性发现,压片煤层热解过程的二次反应受到明显抑制,焦油产率急剧增加,在1000℃时达9.96%,为格金分析的1.5倍,实现油气产量的同步增长。模拟蒸馏分析发现,堆积状态下焦油以沥青质为主,而微薄煤层制焦油含大量轻油、酚油、萘油、洗油和蒽油。GC-MS和FTIR分析表明,随煤层厚度和个数的减少,焦油组分和含量提高,芳香烃类和含氧官能团吸收增加,进一步验证煤快速热解过程中煤层厚度对焦油产率和品质的影响,揭示在二次反应充分抑制下煤高温热解的初级反应特性。

    O2介质阻挡放电微等离子体制备O3
    王保伟, 苏会娟, 姚淑美
    化工学报. 2020, 71(2):  746-754.  doi:10.11949/0438-1157.20191068
    摘要 ( 58 )   HTML ( 3 )   PDF (1322KB) ( 27 )  
    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    介质阻挡放电(DBD)是工业生产臭氧(O3)最有效的方法。研究以O2为原料气采用DBD微等离子体放电制备O3,研究了放电间距、放电长度、放电功率以及停留时间对产生O3的影响。此外,通过向正弦AC等离子体电源中叠加调制脉冲,探讨了脉冲占空比与调制频率对O3生成的影响。结果表明:O3浓度与DBD反应器的放电间距呈负相关,与O2的停留时间呈正相关,放电功率及有效放电长度对O3浓度的影响呈现火山形变化趋势。综合考虑O3浓度及能量产率确定了适宜的参数。与普通正弦交流电源相比,在其基础上叠加脉冲调制电源有利于O3的产生,而能量产率与占空比呈正相关,与调制频率呈负相关,据此确定了合适的占空比与调制频率。

    油泥焦与褐煤共燃特性及动力学
    温宏炎, 张玉明, 纪德馨, 张光义
    化工学报. 2020, 71(2):  755-765.  doi:10.11949/0438-1157.20190680
    摘要 ( 66 )   HTML ( 3 )   PDF (2313KB) ( 67 )  
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    采用热重分析法研究了不同升温速率下油泥焦、褐煤及其混合物燃烧特性,并利用Kissinger-Akahira-Sunose(KAS)、Flynn-Wall-Ozawa(FWO)和Friedma(FR)等方法计算其燃烧动力学参数。结果表明,油泥焦燃烧主要是固定碳燃烧过程,而褐煤燃烧是挥发分和少量固定碳连续燃烧的过程。褐煤比油泥焦具有更好的燃烧特性,平均活化能更低。油泥焦和褐煤共燃过程中存在明显的协同促进作用,当混合燃料中褐煤占比为75%时协同促进效应达到最强。通过比较KAS、FWO和FR的结果发现,FR法能够更好地体现反应变化的趋势,而KAS法和FWO法的结果具有较高的准确性。通过比较油泥焦和褐煤共燃动力学参数的理论计算值与实验计算值发现,利用热重分析预测混合燃料的燃烧性质具有较高的可靠性,对油泥焦与褐煤共燃技术的应用具有重要的指导作用。

    SBBR反应器中耐冷微生物的驯化与识别
    吴涵, 陈滢, 刘敏, 王淑莹, 张伟
    化工学报. 2020, 71(2):  766-776.  doi:10.11949/0438-1157.20190731
    摘要 ( 83 )   HTML ( 4 )   PDF (1179KB) ( 55 )  
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    以模拟生活污水为处理对象,三种不同填料为生物膜载体,运行 A、B、C三个SBBR,通过逐步降温(25、20、15、10、6和5℃)培养驯化处理低温污水的生物膜。运行251周期,三个反应器COD出水浓度均低于50 mg/L;B反应器对氨氮去除效果优于A和C。特别在低温5℃时,A、B和C三个反应器氨氮平均出水浓度分别为14.1、3.79和14.1 mg/L。高通量测序结果显示,5℃时,三个反应器中均以降解有机物的微生物为主;只有B反应器中驯化富集出了嗜冷硝化菌(Candidatus Nitrotoga);而其他有硝化作用的菌属在B反应器中的丰度也高于A和C反应器;不利于脱氮的类固氮菌(Elstera)在A和C反应器中丰度较高。此结果可从微生物角度解释三个反应器处理效果的差异性,表明B反应器处理低温污水有显著优势,其所用填料可结合低温菌进一步开发利用。

    钙基吸附剂循环吸附性能对增强式生物质气化制氢的影响研究
    李扬, 张扬, 陈宣龙, 龚勋
    化工学报. 2020, 71(2):  777-787.  doi:10.11949/0438-1157.20190782
    摘要 ( 77 )   HTML ( 3 )   PDF (1620KB) ( 49 )  
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    钙基吸附剂循环CO2吸附性能对增强式生物质气化连续高效制氢起重要作用。采用将CaO颗粒分散在惰性载体中的方法并结合挤压成型技术制备了合成吸附剂颗粒。为了筛选循环吸附性能较好的吸附剂,在热重分析仪上进行了循环吸附性能测试。基于热重测试结果开展了吸附剂循环利用条件下的增强式生物质气化制氢实验。结果表明:添加惰性载体能延缓CaO烧结,提高吸附剂的循环吸附能力;挤压成型过程会破坏吸附剂原有孔隙结构,导致吸附剂颗粒吸附性能不同程度降低,其中CaSi75p、CaAl75p和CaY75p三种吸附剂循环性能较好;添加以上三种吸附剂颗粒均可显著提高生物质气化合成气中H2浓度及产率,5次循环过程中气体成分和产率变化不大,表明吸附剂循环吸附能力和稳定性较好。

    Fe-Zn基废脱硫剂制备铁碳材料及其对废水微电解性能
    张霄玲, 于凤芹, 皇甫林, 王超, 李长明, 高士秋, 余剑
    化工学报. 2020, 71(2):  788-798.  doi:10.11949/0438-1157.20190832
    摘要 ( 52 )   HTML ( 5 )   PDF (2083KB) ( 31 )  
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    以Fe-Zn基废脱硫剂、煤、Na 2CO 3为原料进行高温炭热还原反应,制备了铁碳材料,实现了Zn和S的分离,有望能实现废脱硫剂的综合利用。考察不同工艺条件(配比,温度,时间)对铁碳材料品质,Zn单质分离效率和Na 2S的收率影响。结果表明: 反应温度≥900℃,煤∶废脱硫剂≥1,Na 2CO 3∶废脱硫剂≥1.5,反应时长≥2 h,Zn、S的分离回收效率可达到95%以上。且900℃制备的铁碳材料比表面高达193.6 m 2/g,介孔孔体积为0.028 cm 3/g,炭均匀附着于铁骨架。微电解-芬顿联用降解有机废水实验表明:仅微电解或微电解-芬顿联用(H 2O 2=COD=1500 mg/L)时,自制铁碳材料的稳定化学需氧量(COD)去除效率(41.78%、73.56%)都高于商业铁碳(8.43%、48.43%)。本文实验结果表明废脱硫剂与煤和碳酸钠混烧可实现废脱硫剂中Zn与S的分离回收,成功获得了比表面高、去除COD性能好的铁碳材料。

    煤颗粒燃烧过程氧化机理及有机氮转化的分子模拟:以宁东红石湾煤为例
    杨慧芳, 关海莲, 李平, 夏英, 王凤, 徐文静, 白红存, 郭庆杰
    化工学报. 2020, 71(2):  799-810.  doi:10.11949/0438-1157.20190657
    摘要 ( 96 )   HTML ( 7 )   PDF (3071KB) ( 57 )  
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    煤燃烧是煤炭资源有效利用的重要方式之一。从原子分子水平上识别煤燃烧的机理,系统把握反应条件的影响,揭示含氮污染物迁移转化的路径对于煤炭高效清洁利用具有重要意义。以前期构建的宁东红石湾煤分子结构模型为基础,采用反应分子动力学模拟方法对煤大分子结构聚集态模型进行燃烧反应模拟,考察化学当量比和反应温度对燃烧过程中结构演变、燃烧反应物和产物的影响,探究有机氮转化路径。研究发现,随着反应不断进行,煤结构的断裂变化非常明显。不同化学当量比和不同温度下煤燃烧的结果表明,化学当量比越大、燃烧温度越高时,O2分子消耗速度越快,CO2的生成量也越多。对燃煤过程中含氮气体分子数量的分析表明,HCN是重要的含氮中间产物,NO、NO2是主要含氮气体产物。本研究还建立了煤燃烧过程中有机氮的转化路径,获得了HCN、NO和NO2的演变过程。

    基于显微组分化学键特征的宁夏庆华煤热解特性及动力学分析
    毛宁, 王强, 杨妍, 徐敦信, 冯炜, 张金鹏, 白红存, 郭庆杰
    化工学报. 2020, 71(2):  811-820.  doi:10.11949/0438-1157.20191156
    摘要 ( 81 )   HTML ( 6 )   PDF (1347KB) ( 81 )  
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    通过X射线光电子能谱和傅里叶红外光谱表征宁夏宁东庆华煤不同显微组分的官能团种类、表面结构元素价态分布及化学键赋存特征。采用热重-质谱联用考察庆华煤镜质组和惰质组在不同热解温度下的失重行为和关键气体组分变化。进一步基于Coats-Redfern模型从化学键断裂特征和反应动力学角度探讨煤镜质组和惰质组的热解行为差异。结果表明,庆华煤显微组分的热解失重峰与相应化学键断裂信息能够很好地吻合。不同显微组分的热重曲线变化趋同,但相同热解温度下镜质组的失重率始终高于惰质组。快速热解阶段镜质组较惰质组表现出更大的失重率和最大失重速率。其主要原因在于镜质组的脂肪族官能团相对含量更高,快速热解阶段会发生更多的Cal—Cal断裂。不同热解温度下庆华煤显微组分三个主要热解阶段的活化能和频率因子大小次序为:快速热解阶段>快速缩合阶段>缓慢热解阶段。在快速热解阶段,镜质组和惰质组的平均活化能均约为75 kJ/mol,但镜质组的频率因子更高。

    材料化学工程与纳米技术
    LiFePO4锂离子电池的数值模拟:正极材料颗粒粒径的影响
    许于, 陈怡沁, 周静红, 隋志军, 周兴贵
    化工学报. 2020, 71(2):  821-830.  doi:10.11949/0438-1157.20191199
    摘要 ( 81 )   HTML ( 2 )   PDF (1615KB) ( 77 )  
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    LiFePO4(LFP)作为正极材料时,锂离子电池安全性高且循环寿命长,是目前应用最广泛的正极材料,但其电池倍率性能较差。提升倍率性能的有效手段之一是将LFP材料颗粒纳米化,但材料纳米化过程中颗粒粒径减小对于锂离子电池充放电过程中锂在固液相的扩散及表面电化学反应的影响机制仍缺乏清晰的认识。采用锂离子电池的准二维模型,模拟锂离子电池的放电过程,定量研究了正极材料颗粒粒径对锂离子电池倍率性能的影响,分析了固液相扩散速率与电化学反应速率受LFP材料颗粒粒径的影响程度。研究结果表明:电极材料中固相扩散阻力是锂离子电池电化学性能的主要限制因素。小粒径的LFP作为正极材料时,电极材料内的金属锂的迁移路径较短,同时颗粒与电解液的接触面积增加,界面的电化学反应速率较快,放电倍率对于锂离子电池性能影响较小;大粒径的LFP作为正极材料时,电极材料内的金属锂扩散路径的增加和较高的固相扩散阻力限制了界面的电化学反应速率,导致锂离子电池的倍率性能显著降低。LFP材料的纳米化可以有效减小固相扩散阻力,提升锂离子电池的倍率性能。

    TiO2纳米管阵列粗糙度调控及其与蛋白相互作用
    吴娜, 董依慧, 吉晓燕, 皇甫长安, 陆小华
    化工学报. 2020, 71(2):  831-842.  doi:10.11949/0438-1157.20190954
    摘要 ( 56 )   HTML ( 3 )   PDF (2837KB) ( 35 )  
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    采用电化学阳极氧化法,通过改变电解液氟离子浓度(0.4%、0.3%、0.2%(质量))和电压(15、25、35、45 V),制备一系列不同管径和粗糙度的TiO2纳米管阵列(TiO2 nanotube arrays, TNAs)。通过扫描电子显微镜以及原子力显微镜(atomic force microscopy, AFM)表征,结果表明随着电解液中氟离子浓度的降低,制备得到的TNAs表面平整度更好,壁厚增大,粗糙度降低。采用AFM力学表征研究了表面粗糙度以及管径对TNAs表面力学性质以及与细胞色素C(Cytochrome C, Cyt C)相互作用的影响,结果表明,黏附力与接触面积呈正比,随着TNAs管径增加,壁厚减小,TNAs与Cyt C的有效接触面积先增大后减小,两者之间作用力也先增加后减小;同时,同管径条件下粗糙度降低,TNAs有效面积增加,相互作用力也增加;由此可见,通过改变电解液氟离子浓度可以有效调控TNAs表面粗糙度及有效接触面积,进一步利于促进与蛋白分子之间相互作用。

    PDMS/ZSM-5膜的制备及渗透汽化分离水中乙酸正丁酯和乙酸乙酯
    刘燕青, 胡听听, 鲁落义, 王维, 邹昀, 童张法
    化工学报. 2020, 71(2):  843-853.  doi:10.11949/0438-1157.20190559
    摘要 ( 60 )   HTML ( 6 )   PDF (2379KB) ( 52 )  
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    为探究出适合分离水中的乙酸正丁酯和乙酸乙酯的新型渗透汽化膜材料,选用沸石ZSM-5 对聚二甲基硅氧烷(PDMS)材料进行填充改性,以聚偏氟乙烯(PVDF)为支撑层,采用刮涂法制备PDMS/ZSM-5/PVDF复合膜渗透汽化分离水中的乙酸正丁酯和乙酸乙酯。采用SEM、接触角测量仪、FTIR、TGA和XRD等对膜材料物理化学性能进行表征,考察了膜材料的溶胀行为及渗透汽化性能。结果表明,ZSM-5在 PDMS 膜中分散均匀,且没有发生化学作用,并提高了膜材料的疏水性和热稳定性。随着ZSM-5添加量的增加,膜在乙酸正丁酯和乙酸乙酯的溶胀度和待分离组分在膜材料中的扩散速率不断增加。随着进料浓度和温度的增加,渗透通量不断增大,分离因子先增大后减小。随着ZSM-5在PDMS/ZSM-5/PVDF复合膜中含量的增加,总渗透通量增加,而分离因子呈现先增加后减小的趋势。当添加量为10%(质量)时,分离因子达到最大值。对于乙酸正丁酯/水体系,渗透通量和分离因子最大值分别为319 g·m -2·h -1和131;而对于乙酸乙酯/水体系,渗透通量和分离因子最大值分别为1385 g·m -2·h -1和121。

    氯乙烯SET-DT悬浮聚合动力学和成粒过程的相互关系
    韩剑鹏,包永忠
    化工学报. 2020, 71(2):  854-863.  doi:10.11949/0438-1157.20190508
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    以碘仿为引发剂、连二亚硫酸钠/碳酸氢钠为催化体系、聚乙烯醇(PVA)和/或纤维素衍生物(MC)为分散体系,进行氯乙烯单电子转移-蜕化链转移(SET-DT)活性自由基悬浮聚合,采用在线示踪气相色谱法和激光粒度分析系统研究分散剂种类和浓度、搅拌转速等对聚合动力学和单体液滴/聚合物颗粒粒径分布的影响。发现在相同搅拌转速下,以MC为分散剂的氯乙烯聚合速率最大,以PVA为分散剂时反应速率最小;分散剂种类固定时,聚合速率随分散剂浓度增大而增大。SET-DT悬浮聚合过程中,水相连二亚硫酸钠分解产生的自由基向单体液滴的扩散速率与液滴粒径分布和皮膜结构有关,因此聚合成粒过程影响聚合动力学。尽管不同条件下的聚合均经历液-液分散、液滴黏并、树脂颗粒稳定(转化率>30%)等成粒阶段,但各阶段的液滴/颗粒平均尺寸随分散体系和搅拌转速的变化而变化,引起聚合速率变化;采用MC为分散剂得到的PVC树脂皮膜少,有利于水相产生的自由基向单体相的扩散,聚合速率大。

    面向中温储热的D-半乳糖醇/肌糖醇二元共晶相变材料热稳定性研究
    杨生, 邵雪峰, 范利武
    化工学报. 2020, 71(2):  864-870.  doi:10.11949/0438-1157.20190956
    摘要 ( 52 )   HTML ( 4 )   PDF (2321KB) ( 39 )  
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    相变材料的热稳定性在实际相变储热应用中至关重要。通过熔融共混的方法制备了可用于中温储热的D-半乳糖醇(69%(mol))/肌糖醇二元共晶相变材料,使用真空管式炉分别在463、473、483和493 K温度下将该共晶混合物加热5、10、15和20 h。然后采用差示扫描量热仪测量试样的熔化焓,并采用基于焓值变化的恒温动力学模型分析其焓值热降解特性,从而对其热稳定性进行评价。此外,采用添加抗氧化剂1010(1.0%(质量))的方法提高共晶糖醇的热稳定性。结果表明,在463 K温度下加热20 h后,共晶糖醇焓值下降24.9%;添加抗氧化剂后,其焓值仅下降8.25%。采用恒温动力学模型计算发现,共晶糖醇在463 K温度下焓值下降一半所用的时间为154 h,添加抗氧化剂1010后,其热降解时间增加约4倍。当加热温度升高至473、483、493 K时,热降解时间分别提高约2.6、1.6、1.1倍,热降解速率 k值分别降低62.65%、40.42%、6.51%。结果表明添加抗氧化剂可有效提高共晶糖醇的热稳定性。

    热塑性聚醚酯弹性体硬段含量对其超临界CO 2发泡行为的影响
    蒋瑞, 胡冬冬, 刘涛, 赵玲
    化工学报. 2020, 71(2):  871-878.  doi:10.11949/0438-1157.20191196
    摘要 ( 64 )   HTML ( 7 )   PDF (2601KB) ( 37 )  
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    研究了以聚对苯二甲酸丙二醇酯(PBT)为硬段,聚四氢呋喃醚(PTMG)为软段的热塑性聚醚酯弹性体(TPEE)在超临界CO 2作用下的固态发泡行为,考察了硬段含量的差异对结晶行为,CO 2在TPEE中溶解度及扩散行为,以及固态发泡行为的影响。发现硬段含量的差异对TPEE结晶行为影响尤为显著,当硬段含量由29%上升到65%时,其熔点从162.6℃上升至201.9℃,且结晶度由20%上升到40%。结晶的存在抑制了CO 2在基体内的溶解度且阻碍了其在基体内的扩散。由不同硬段的TPEE中CO 2溶解度和扩散过程的变化可知,CO 2更倾向于溶解在TPEE软区内,而由结晶为主构成的硬区中CO 2溶解量较低。通过研究高压CO 2环境下的TPEE等温结晶过程发现,经扩散进入TPEE软区内的CO 2可以提升TPEE链段运动能力,诱导未结晶链段通过规整堆叠而结晶。在CO 2压力15 MPa经快速降压发泡聚醚酯弹性体,发现随着硬段含量的增加,其温度发泡窗口向高温区移动,当硬段含量为29%时,发泡温度区间为50~160℃,平均孔径4.6~16.5 μm,泡孔密度8.1×10 7~7.5×10 8cells/cm 3,发泡倍率1.1~5.8;当硬段含量为65%时,发泡温度区间为165~195 ℃,平均孔径1.8~6.8 μm,泡孔密度2.6×10 8~1.1×10 11 cells/cm 3,发泡倍率1.0~4.2。

    硝酸锂改性钛系离子筛的制备及其吸附性能
    郭佳明, 刘明言, 吴强, 马永丽
    化工学报. 2020, 71(2):  879-888.  doi:10.11949/0438-1157.20191484
    摘要 ( 80 )   HTML ( 11 )   PDF (1968KB) ( 37 )  
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    钛系锂离子筛具有较高的锂吸附容量和稳定性,对其制备工艺及性能进行改进研究具有重要意义。使用硝酸锂和碳酸锂混合物作为锂源,与二氧化钛在500℃下进行固相反应,生成层状钛酸锂;使用0.2 mol·L -1盐酸对其酸洗24 h,得到了锂离子筛吸附剂;采用X射线衍射、扫描电镜、粒度分析、N 2吸附-脱附方法等,对其性能进行了表征;通过锂离子的吸附实验,确定了吸附和再生性能;探究了该新型吸附剂的锂离子吸附机理。结果表明:吸附过程是单分子层化学吸附;经过改性,离子筛颗粒更加细小,孔体积和比表面积更大,结构完整;在70 mg·L -1的Li +溶液中,吸附量为25.01 mg·g -1,准二级吸附速率常数为0.2762 g·(mg·h) -1,吸附速率较之未改性提高了54.56%;该离子筛对浓度为11.6 mg·L -1的Li +溶液,其锂去除率可以达到99.77%。

    β-环糊精为水相单体的复合纳滤膜制备及染料截留性能
    刘丽雪, 张少峰, 赵长伟, 宝乐尔呼, 俞灵, 王军
    化工学报. 2020, 71(2):  889-898.  doi:10.11949/0438-1157.20190919
    摘要 ( 108 )   HTML ( 9 )   PDF (1710KB) ( 63 )  
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    采用β-环糊精(β-CD)作为水相单体,均苯三甲酰氯(TMC)为油相单体,通过界面聚合法制备高通量的β-CD/TMC复合纳滤膜,利用细孔模型和静电排斥-立体位阻模型探究染料分离机理。采用红外光谱仪、场发射电子显微镜、接触角测量仪及Zeta电位分析仪进行分析表征。结果表明,红外光谱中出现了酯基官能团的特征峰;Zeta电位分析表明所制备的复合纳滤膜表面荷负电;SEM图像结构和接触角数值表明β-CD浓度为4.0%时,膜表面出现大量褶皱,膜的亲水性更好,0.2 MPa压力下,纯水通量可达207.81 L·m -2·h -1,对染料刚果红(CR)、孟加拉玫瑰红(RB)、活性艳红X-3B、亚甲基蓝(MB)的截留率分别为100%、99.05%、97.65%、32.92%;6 h连续运行实验,通量呈现先下降后稳定的趋势,对染料活性艳红X-3B的截留率始终高于97%。