Please wait a minute...
本期目录
2020年 第71卷 第9期 刊出日期:2020-09-05
    本期中英文目录、封面、广告页
    化工学报. 2020, 71(9):  0. 
    摘要 ( 208 )   PDF (147865KB) ( 601 )  
    相关文章 | 多维度评价
    综述与专论
    从分子筛上纳尺度离散行为控制到宏观煤化工过程
    蔡达理, 熊昊, 张晨曦, 魏飞
    化工学报. 2020, 71(9):  3849-3865.  doi:10.11949/0438-1157.20200366
    摘要 ( 771 )   HTML ( 39 )   PDF (8173KB) ( 1760 )  
    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    化学工业基于对化学反应和化学键的操纵,在横跨超12个数量级的空间和时间尺度上解决传递问题,为人类社会创造和生产新物质。石油的发现和利用将化学工业带入了一个全新的时代,支撑了现代社会的运行,但对中国而言,“富煤贫油少气”的资源特点决定了发展煤化工在中国有独特的战略意义。与石化行业常见的烃类裂化过程不同,现代新型煤化工依赖于小分子原料的自组装,依靠择形分子筛的控制作用高选择性制备燃料和化学品。因此,在亚纳米尺度下,即小分子在择形分子筛上的反应和传递行为不能再被视为连续,而是离散的,这导致了宏观上的拟相变失活等一系列现象。因此,需建立新的方法论理解分子筛上的离散反应和传递行为,用以认识离散尺度在十几个数量级空间和时间尺度延展后对宏观化学过程的影响。本文以纳尺度下分子筛内的离散传递现象为基础,综述了运用图论、小世界网络和先进表征手段分析分子筛内失活与传递现象的研究及发现的一系列新现象,并介绍了基于此进行的分子筛原子级精准结构调变及其对宏观煤化工过程带来的革新。面向未来,本文建立的分析分子筛内离散行为的范式将对精确调变分子筛结构、开发下一代煤化工工艺流程提供全新的思路。

    水凝胶材料在金属离子富集与分离领域的研究进展
    文国宇, 汪伟, 谢锐, 巨晓洁, 刘壮, 褚良银
    化工学报. 2020, 71(9):  3866-3875.  doi:10.11949/0438-1157.20200339
    摘要 ( 811 )   HTML ( 36 )   PDF (3170KB) ( 493 )  
    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    水凝胶作为一种极具前景的吸附剂材料,由于具有高效、易操作且能耗低的特性,被广泛应用于工业废水和环境污水中金属离子的富集与分离。近年来,随着主-客体识别作用与金属离子配位作用研究的不断深入,利用水凝胶材料选择性分离和富集金属离子成为研究热点。本文综述了水凝胶材料在富集和分离特定金属离子领域的研究新进展,重点介绍了利用水凝胶材料特异性分离和富集放射性金属离子、稀土金属离子、贵重金属离子和重金属离子的研究现状。

    过渡金属氧化物催化析氧反应研究进展
    张伶, 陈红梅, 魏子栋
    化工学报. 2020, 71(9):  3876-3904.  doi:10.11949/0438-1157.20200573
    摘要 ( 869 )   HTML ( 44 )   PDF (23182KB) ( 414 )  
    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    利用可再生能源电解水制氢,是实现绿色氢能经济的必由之路。现阶段,电解水过程的阳极析氧反应过电位较高,催化剂性能不稳定,制约着该技术的工业化应用。使用经济高效的催化剂,可显著降低析氧过电位,提高电解水制氢过程的经济性和电能转化效率。在各类析氧催化剂材料中,过渡金属氧化物(TMOs)由于晶体结构多样、储量丰富、环境友好、易于制备以及活性较高等优点,受到了越来越多的关注。本文从活性和稳定性出发,总结分析了近年来过渡金属氧化物催化析氧反应的研究进展,并对其未来的发展提出了建议与展望。

    高效膜蒸馏结晶过程的研究进展
    姜晓滨, 孙国鑫, 贺高红
    化工学报. 2020, 71(9):  3905-3918.  doi:10.11949/0438-1157.20200542
    摘要 ( 684 )   HTML ( 33 )   PDF (6124KB) ( 311 )  
    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    全球性的水资源短缺及环境污染问题,使得工业废水处理、海水淡化、高价值溶质综合利用的需求日益迫切。膜蒸馏结晶过程可以充分利用低品质热源,实现高纯度水溶剂分离、盐分结晶制备,对于实现分离过程零排放和协同增效有重要意义。同时,膜蒸馏结晶也可以与多级闪蒸,多效精馏、纳滤、正向渗透、反渗透等过程进行耦合,进一步提高整体分离效率。此外,该过程对于调控晶体外部形貌,制备晶体尺寸分布集中、流动性好的晶体产品也有积极作用。基于此,针对膜蒸馏结晶原理、过程调控机制以及创新过程应用几个方面开展论述,总结了膜蒸馏结晶技术在高效分离、结晶过程精准控制等领域的关键问题和发展趋势。

    生物转化脂肪酸合成ω-羟基酸和ω-氨基酸研究进展
    丁良怡, 种刚刚, 潘江, 许建和
    化工学报. 2020, 71(9):  3919-3932.  doi:10.11949/0438-1157.20200438
    摘要 ( 492 )   HTML ( 19 )   PDF (2462KB) ( 192 )  
    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    ω-羟基脂肪酸和ω-氨基脂肪酸可广泛用于聚酯、聚酰胺等高分子的合成以及润滑油、生物燃料、医药中间体等化工产品的生产。近年来,以自然界丰富的可再生资源脂肪酸为绿色原料,生产这类可降解的生物基材料及化学品引起了人们的广泛兴趣,其中从植物油中的油酸、亚油酸等脂肪酸出发生产中链脂肪酸及其羟基、氨基衍生物的非天然生物催化反应也越来越丰富,是合成生物学技术在油脂资源转化方面的一个重要应用。综述了近年来中链ω-羟基脂肪酸与ω-氨基脂肪酸生物合成的研究进展,展示了通过多酶级联催化反应将可再生的脂肪酸生物转化,可持续生产9-羟基壬酸、6-氨基己酸、ω-氨基十二烷酸等高附加值精细化学品的合成路径和应用前景。

    CsPbX3钙钛矿材料与光伏器件稳定性强化研究进展
    许晓佳, 吴永真, 朱为宏
    化工学报. 2020, 71(9):  3933-3949.  doi:10.11949/0438-1157.20200439
    摘要 ( 444 )   HTML ( 11 )   PDF (8239KB) ( 120 )  
    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    基于CsPbX3(X为卤素阴离子)的全无机钙钛矿与含甲胺、甲脒等有机阳离子的有机-无机杂化钙钛矿相比,具有更优异的热稳定性,是近几年来钙钛矿光电领域最具吸引力的研究热点之一。目前全无机钙钛矿太阳电池的最高光电转换效率已经达到19.03%,具有很好的发展潜力。然而,这类钙钛矿材料的Goldschmidt容忍因子接近临界值,存在相不稳定的问题。近年来已经有相当多的研究聚焦于CsPbX3钙钛矿材料与器件的稳定性强化工作。从增大容忍因子、提高相转变能垒、减小表面能、调控结晶过程等策略与方法入手,系统总结了近年来在制备稳定高效全无机CsPbX3钙钛矿太阳能电池方面的进展,并对面临的挑战和未来的发展方向做出了展望。

    合成生物学方法改造电活性生物膜研究进展
    徐静, 由紫暄, 张君奇, 陈正, 吴德光, 李锋, 宋浩
    化工学报. 2020, 71(9):  3950-3962.  doi:10.11949/0438-1157.20200456
    摘要 ( 517 )   HTML ( 21 )   PDF (4554KB) ( 194 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    电活性生物膜是由电能细胞分泌的胞外多糖、蛋白、胞外DNA(extracellular DNA, eDNA)、菌毛等成分聚集,与细胞本身相互交联形成的导电多聚体。以多菌群落形态展现,在微生物燃料电池、微生物电合成、高值化学品生产、重金属污染处理、医疗等领域中具有至关重要的作用,是微生物电催化系统研究的核心之一。但自然状态下的电活性生物膜因厚度、结构稳定性、生物量等因素的限制,严重制约了电子传递效率。综述了近五年利用合成生物学改造电活性生物膜的研究进展,系统探讨了工程生物膜的构建、结构成分、导电性能以及应用,为将来进一步实现高效电催化奠定基础。

    五元环氟化物的合成及应用
    张呈平, 庆飞要, 贾晓卿, 权恒道
    化工学报. 2020, 71(9):  3963-3978.  doi:10.11949/0438-1157.20200582
    摘要 ( 812 )   HTML ( 31 )   PDF (1766KB) ( 723 )  
    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    综述了以双环戊二烯(DCPD)、六氯环戊二烯(HCCPD)或八氯环戊烯(OCP)为起始原料合成1,2-二氯六氟环戊烯(F6-12)、1,3-二氯六氟环戊烯(F6-13)、1-氯七氟环戊烯(F7-1)、1,1,2,2,3,3,4-七氟环戊烷(F7A)、1,1,2,2,3,3-六氟环戊烷(F6A)、顺式-1,1,2,2,3,3,4,5-八氟环戊烷(cis-F8A)、八氟环戊烯(F8E)、3,3,4,4,5,5-六氟环戊烯(F6E)、1,3,3,4,4,5,5-七氟环戊烯(F7E)等系列五元环氟化物的合成路线,以及五元环氟化物在电子清洗、电子刻蚀、合成电子氟化液的应用。提出了五元环氟化物的合成研究重点是新型合成路线的开发、高催化活性且对人体健康无害的过程催化剂的开发,以及无污染化工艺过程的开发,而应用研究重点是开发五元环氟化物的电子级产品以及开发五元环氟化物的下游产品。

    合成生物系统构建与绿色生物“智”造
    秦磊, 俞杰, 宁小钰, 孙文涛, 李春
    化工学报. 2020, 71(9):  3979-3994.  doi:10.11949/0438-1157.20200516
    摘要 ( 684 )   HTML ( 16 )   PDF (2373KB) ( 233 )  
    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    微生物细胞工厂生产化学品是解决能源和环境问题的有效方式之一。越来越多的化合物可通过合成生物系统实现在微生物中的合成,但菌株的生产能力和鲁棒性仍需进一步提高。提高细胞工厂的智能化,实现生物“智”造过程,将是解决菌株发酵生产能力不足和鲁棒性差的重要途径。本文从蛋白质设计的智能化、生物传感器的智能化、代谢调控的智能化、菌株进化的智能化以及发酵过程智能化等五个层面对生物“智”造的研究现状进行介绍。生物“智”造的发展将为提高工业生物过程的生产水平和过程节能减排做出重要贡献。

    新型低GWP高温热泵工质HFO-1234ze(Z)的研究进展
    张迪, 杨刚, 刘冬鹏, 张小玲
    化工学报. 2020, 71(9):  3995-4005.  doi:10.11949/0438-1157.20200538
    摘要 ( 617 )   HTML ( 15 )   PDF (1594KB) ( 382 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    高温热泵可以有效回收工业余热,达到节能减排和保护环境的目的。目前,有关高温热泵技术的研究热点在于寻找一种全球变暖潜能值(GWP)低、使用性能良好的工质,以替代现有CFC-114、HFC-245fa工质。对新型环境友好型工质HFO-1234ze(Z)进行了综述,其GWP<1,临界温度高于423 K,是一种潜在的高温热泵替代工质。总结了近年来国内外学者对HFO-1234ze(Z)的合成技术、热力学性质、输运性质、传热性能等方面的研究,并分析了HFO-1234ze(Z)在高温热泵系统中应用的可行性,认为HFO-1234ze(Z)在高温热泵中具有较好的工作性能和发展前景。

    二维金属有机框架及其衍生物用于电催化分解水的研究进展
    马佳欢, 杨微微, 白羽, 孙克宁
    化工学报. 2020, 71(9):  4006-4030.  doi:10.11949/0438-1157.20200481
    摘要 ( 589 )   HTML ( 18 )   PDF (16062KB) ( 187 )  
    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    氢能是一种具有发展前景的可再生清洁能源,电催化分解水是产生氢气的有效途径,设计高效、经济的分解水电催化剂对促进可再生能源的发展至关重要。二维金属有机框架材料(MOFs)具有独特的二维层状结构和灵活可调的化学组成,近年来被广泛应用于电催化分解水领域。二维金属有机框架材料可进一步衍生形成氧化物、磷化物、硫化物、金属-碳复合物等材料,也表现出良好的电催化分解水性能。通过组分调节和结构调控能有效地优化二维金属有机框架及其衍生的材料的本征活性和反应动力学特性,进而提高其电催化性能。此综述介绍了二维MOFs材料及其衍生物在电催化水分解领域的最新研究进展,并展望了其未来研究方向和发展空间。

    锂硫电池中间层的研究进展
    刘鑫, 冯平丽, 侯文烁, 王振华, 孙克宁
    化工学报. 2020, 71(9):  4031-4045.  doi:10.11949/0438-1157.20200496
    摘要 ( 662 )   HTML ( 21 )   PDF (5349KB) ( 381 )  
    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    锂硫电池因其能量密度高、成本较低、绿色环保等特点近年来受到广泛关注,但是当采用醚类电解液时,反应的中间产物会发生溶解穿梭导致活性物质流失和库仑效率低等严重问题,在正极和隔膜之间嵌入功能性中间层是解决这些问题的有效手段。对近年来锂硫电池中间层的研究进展进行了介绍,从抑制多硫化物扩散、降低正极界面电阻以及提升反应动力学三个方面对中间层进行分类总结,并展望了锂硫电池功能性中间层未来的设计方向和发展前景。

    金属-卟啉框架材料在光催化领域的应用
    贾勐, 张嘉宾, 冯亚青, 张宝
    化工学报. 2020, 71(9):  4046-4057.  doi:10.11949/0438-1157.20200472
    摘要 ( 691 )   HTML ( 18 )   PDF (5504KB) ( 472 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    金属-有机框架(metal-organic frameworks,MOFs)是一种由金属离子或金属簇与多齿有机配体通过配位键连接而形成的有机无机杂化多孔晶态材料,具有较大的比表面积和孔道,同时结构也易于实现剪裁。近十几年MOFs在催化、气体吸附等领域得到了较大发展。卟啉等四吡咯大环结构有很好的光吸收特性,作为连接体应用于MOFs中可有效拓宽其吸收光谱,因此,基于卟啉配体的MOFs被广泛应用于光催化领域。本文综述了近十年来金属-卟啉框架材料在光催化选择性有机合成、析氢、析氧、还原CO2、降解有机污染物方面的应用,同时对金属-卟啉框架材料未来在光催化领域的发展进行了展望。

    代谢工程调控策略在生物合成氨基酸及其衍生物中的应用
    高虎涛, 申晓林, 孙新晓, 王佳, 袁其朋
    化工学报. 2020, 71(9):  4058-4070.  doi:10.11949/0438-1157.20200460
    摘要 ( 641 )   HTML ( 14 )   PDF (1947KB) ( 236 )  
    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    氨基酸的工业化生产已有上百年历史,多用于动物饲料和食品添加剂;很多种类的氨基酸如L-半胱氨酸、β-丙氨酸、S-腺苷甲硫氨酸、4-羟基异亮氨酸和高丝氨酸等也具有很高的应用价值。相较于化工合成或分离提取的方式,利用微生物细胞作为平台生产氨基酸及其衍生物具有绿色安全、可持续等独特的优势。本文综述了近年来微生物合成氨基酸及其衍生物的研究进展,分别介绍了碳源的高效利用、限速步骤的调节、碳通量的调节、转录和反馈抑制调节以及转运调节等代谢调控策略在提高微生物生产氨基酸及其衍生物效率的研究及应用,分析了不同调控策略的优势和缺点,总结了不同氨基酸及其衍生物的应用价值,最后展望了微生物作为细胞工厂生产各类氨基酸及其衍生物的广阔前景。

    三萜类化合物抗病毒的构效关系及其作用机制研究进展
    范炳芝, 王一鑫, 廉霄甜, 谢维松, 于洋, 梁建华
    化工学报. 2020, 71(9):  4071-4101.  doi:10.11949/0438-1157.20200495
    摘要 ( 511 )   HTML ( 16 )   PDF (6160KB) ( 186 )  
    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    三萜类化合物广泛存在于自然界中,因其具有抗肿瘤、抗病毒、抗菌、抗炎和免疫调节等多种药理活性而受到广泛关注。而天然三萜中的齐墩果酸、熊果酸、甘草酸和白桦酸等化合物都表现出较好的抗病毒活性。本文综述了以四环三萜和五环三萜为主的三萜类化合物及其衍生物在抗病毒活性方面的研究进展,重点介绍了其抗艾滋病毒、抗流感病毒、抗冠状病毒和抗乙肝/丙肝病毒的构效关系及其作用机制,以期为设计和开发新型的抗病毒分子结构提供参考。

    聚集诱导发光材料在药物递送与疾病治疗中的研究进展
    张玉权, 郭帅, 翁郁华, 杨勇飞, 黄渊余
    化工学报. 2020, 71(9):  4102-4111.  doi:10.11949/0438-1157.20200569
    摘要 ( 528 )   HTML ( 22 )   PDF (2671KB) ( 211 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    携带荧光探针的药物递送系统在疾病研究中具有同步诊断与治疗的优势。但传统的有机荧光素在高浓度聚集后会出现严重的荧光自淬灭现象,而近年来发现的新型荧光素在高浓度聚集后由于分子内运动受限制,非辐射渠道被抑制,能量以光能的形式释放,产生聚集诱导发光(AIE)现象。基于聚集诱导发光分子的药物递送系统目前已取得良好研究进展,并被用于人类重大疾病的诊治中。本文综述了AIE荧光素用于药物递送以及光动力和光热治疗的研究进展,并对该领域研究面临的挑战和未来方向进行了展望。

    用于水质净化的氧化石墨烯膜研究进展
    田隆, 刘婷, 孙克宁
    化工学报. 2020, 71(9):  4112-4130.  doi:10.11949/0438-1157.20200551
    摘要 ( 607 )   HTML ( 22 )   PDF (3794KB) ( 224 )  
    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    氧化石墨烯膜具有超高的水通量、可控的层间距以及卓越的分离性能,这些优异的特性使氧化石墨烯膜有望成为新一代膜材料并用于水环境中物质的精确分离。对氧化石墨烯膜的研究已经取得了许多重要的成果,本文系统地阐述了用于水质净化的氧化石墨烯膜的结构特性和构效关系,总结了氧化石墨烯膜典型的制备方法,重点介绍了氧化石墨烯膜的改性方式,概述了氧化石墨烯膜在多种水环境中的应用,总结并展望了氧化石墨烯膜的发展方向,为设计和合成高性能氧化石墨烯膜用于水质净化提供新的思路。

    重整催化剂的抗硫性能研究进展
    孙克宁, 陈谦, 聂明明, 侯瑞君
    化工学报. 2020, 71(9):  4131-4140.  doi:10.11949/0438-1157.20200547
    摘要 ( 740 )   HTML ( 20 )   PDF (1435KB) ( 325 )  
    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    基于固体氧化物燃料电池(SOFC)的烃类原位重整供氢技术是重要的分布式和小型化制氢方案。传统镍基重整催化剂在烃类重整过程中,原料中微量的硫化物即可使催化剂中毒失活,严重时还可能造成巨大的安全隐患。本文梳理总结了催化剂硫中毒的机理,简述了天然气、液化石油气、液态烃重整原料中硫化物的组成和含量,重点分析了已报道的用于重整反应的抗硫催化剂并总结了有效可行的催化剂抗硫方案,并从重整制氢催化剂的硫中毒机理指导高效抗硫催化剂的开发。最后,文章指出,重整催化综合性能的提升、重整原料的预处理和重整反应器设计等综合抗硫策略也是重要的研究方向。

    稠油地下改质开采技术及发展趋势
    孙盈盈, 周明辉, 黄佳, 江航, 杨济如, 樊铖
    化工学报. 2020, 71(9):  4141-4151.  doi:10.11949/0438-1157.20200498
    摘要 ( 586 )   HTML ( 11 )   PDF (1148KB) ( 158 )  
    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    稠油作为全球重要的非常规原油资源,是保障我国能源安全、重大工程需求的重要资源。目前常规的热采稠油油藏陆续进入开采后期,高能耗、高污染、高成本问题日趋严重,亟需依靠技术换代实现开发方式升级。稠油地下改质是通过向油藏中注入改质催化剂,使其与稠油发生化学反应,实现稠油地下不可逆降黏并高效采出的一种开采方式,是近十年来最受瞩目的下一代稠油开采技术之一。本文从技术机理、改质催化剂及开采效果影响因素三方面阐述了技术内涵,通过系统调研国内外相关学者和企业的代表性成果,按照催化剂种类、反应温度和降黏效果等进行综合性分类统计,对比了现有矿场试验的开采方式和采油效果,指出制约技术应用的两个关键问题,并展望了技术未来发展方向。

    流体力学与传递现象
    声驱动微气泡强化微反应器内高黏体系萃取过程
    赵帅南, 尧超群, 刘志凯, 张强, 陈光文, 袁权
    化工学报. 2020, 71(9):  4152-4160.  doi:10.11949/0438-1157.20200571
    摘要 ( 389 )   HTML ( 8 )   PDF (1368KB) ( 220 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    针对高黏液-液体系中所存在的传质能力弱等问题,开展了在超声微反应器内导入惰性气体以强化高黏液-液萃取体系传质过程的研究。以甲苯萃取水相中香草醛过程为模型体系,研究了超声激发作用下,不同形状、尺寸气泡的振动行为,揭示了声驱动气弹与声驱动微气泡对该体系传质强化机制,为导入气体辅助超声强化高黏液体间的传质过程提供了理论基础。基于液相Reynolds数、气相Reynolds数和声能密度等参数,提出了预测超声微反应器内液-液总体积传质系数的经验关联式,预测值与实验值吻合良好。

    全浓度范围下醇类表面活性剂对气泡聚并影响的实验研究
    张华海, 王悦琳, 王铁峰
    化工学报. 2020, 71(9):  4161-4167.  doi:10.11949/0438-1157.20200477
    摘要 ( 492 )   HTML ( 9 )   PDF (1238KB) ( 302 )  
    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    通过实验测量不同醇类表面活性剂在全浓度范围下的气泡聚并时间,进而研究表面活性剂种类及其浓度对气泡聚并的影响。结果表明,加入醇类表面活性剂后,相比于纯液体体系,气泡聚并受到明显抑制,液膜更加稳定,气泡聚并时间延长。低浓度范围内,气泡聚并时间随着表面活性剂浓度的升高显著增长,而在高浓度范围内,气泡聚并时间随着浓度的升高显著缩短。醇类表面活性剂对气泡聚并的抑制作用存在临界浓度。实验测得异丙醇和乙醇对气泡聚并抑制作用最强时对应的临界摩尔分数,分别为0.0030和0.0096。此外,对比不同醇对气泡聚并的抑制作用,发现长碳链醇由于更强空间力而具有更强的抑制气泡聚并能力。最后根据Andrew模型分析表明,表面张力梯度是体现表面活性剂抑制气泡聚并能力的主要因素之一。

    催化、动力学与反应器
    模块化微反应系统内溴化间甲基苯甲醚连续合成
    谢沛, 王凯, 邓建, 骆广生
    化工学报. 2020, 71(9):  4168-4176.  doi:10.11949/0438-1157.20200518
    摘要 ( 534 )   HTML ( 10 )   PDF (1430KB) ( 300 )  
    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    根据微化工技术发展的主要趋势,针对4-溴-3-甲基苯甲醚间歇非均相合成技术存在的问题,以微筛孔反应器与玻璃微珠填充床为核心功能微设备单元构建了模块化微反应系统,并在此模块化微反应系统内对液-液非均相连续溴化合成4-溴-3-甲基苯甲醚开展研究。通过优化操作条件,在溴浓度(xBr2)为17.5%(质量分数)、溴与间甲基苯甲醚摩尔比(nBr2/nM)为1.01、反应起始温度(T)为 0℃、停留时间为0.78 min条件下,4-溴-3-甲基苯甲醚的收率大于98%,多溴代副产物的含量仅为1%。与传统间歇溴化反应相比,模块化微反应系统内连续溴化反应具有十分明显的优势:可将间歇过程连续化,在保证安全的基础上极大地提升了反应的效率(时空收率为6.5×104 kg/(m3·h));另外,该过程是由传质控制的,微反应器的传质性能优异,可极大地改善产品的选择性(多溴代副产物的量减少50%)。该研究为4-溴-3-甲基苯甲醚的连续高效安全合成提供了技术和设备依据。

    双环戊二烯加氢NiMox/γ-Al2O3催化剂耐硫特性的研究
    史大昕, 李爱如, 方祝青, 李继娟, 矫庆泽, 吴芹, 冯彩虹, 赵芸, 黎汉生
    化工学报. 2020, 71(9):  4177-4188.  doi:10.11949/0438-1157.20200529
    摘要 ( 523 )   HTML ( 5 )   PDF (1989KB) ( 140 )  
    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    研究了钼元素及其添加量对镍基催化剂在双环戊二烯(DCPD)加氢反应中耐硫特性的影响规律。催化 剂∶DCPD =1∶10,反应温度150℃,压力3.5 MPa,转速600 r/min,噻吩浓度为:500 mg/L时,Ni/γ-Al2O3催化剂的双环戊二烯8、9位双键的加氢速率显著降低,3、4位双键的加氢活性完全抑制; 而NiMo0.2/γ-Al2O3催化剂,在4 h内完成加氢反应,四氢双环戊二烯(endo-THDCPD)收率达到98%,抗硫特性显著提高。不同镍钼比的系列催化剂中,NiMo0.2/γ-Al2O3具有最好的加氢活性与耐硫特性。0~2000 mg/L噻吩浓度内,低浓度条件下,NiMo0.2/γ-Al2O3催化剂对双环戊二烯的加氢活性高,选择性好;随着噻吩浓度增加,催化性能有所下降,2000 mg/L时,加氢反应延长至6 h,endo-THDCPD收率降至95%。

    分离工程
    PDMS复合膜回收酯化反应废水中的异丁醇
    左成业, 涂睿, 丁晓斌, 邢卫红
    化工学报. 2020, 71(9):  4189-4199.  doi:10.11949/0438-1157.20200850
    摘要 ( 398 )   HTML ( 10 )   PDF (1591KB) ( 109 )  
    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    乙酸与异丁醇酯化反应生产乙酸异丁酯,产生大量含异丁醇的废水,常规生化处理负荷重,浪费资源。采用PDMS复合膜分离回收酯化废水中的异丁醇,考察了异丁醇浓度对PDMS复合膜溶胀度及分离性能的影响,优化渗透汽化过程操作参数,研究了乙酸异丁酯对PDMS复合膜回收异丁醇效果的影响。结果表明,随着异丁醇浓度从1%增大到3%(质量),PDMS复合膜溶胀度先增大后趋于平稳,异丁醇的渗透通量呈增大趋势,分离因子保持在15左右;操作温度从30℃升至60℃时,渗透通量增大,异丁醇的分离因子下降,总表观活化能为33.87 kJ/mol;流速增加,Reynolds数增大,异丁醇渗透通量变化不大,但分离因子略有增大;微量乙酸异丁酯的存在可促进渗透汽化膜回收异丁醇。采用PDMS复合膜分离酯化废水中的异丁醇,回收率大于94.0%,渗余液中异丁醇浓度可降至0.1%(质量)左右。研究结果可为PDMS复合膜处理低浓度有机溶剂废水提供依据。

    低温水等离子体活化和表面接枝DMAE聚氯乙烯中空纤维膜研究
    王明兴, 赵欣, 王涛, 路姣姣, 赵之平
    化工学报. 2020, 71(9):  4200-4210.  doi:10.11949/0438-1157.20200510
    摘要 ( 353 )   HTML ( 4 )   PDF (2006KB) ( 105 )  
    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    采用低温水等离子体技术,在三通道聚氯乙烯(PVC)膜表面接枝了甲基丙烯氧基苄基二甲基氯化铵(DMAE)单体,增强了膜亲水和抗菌性能。通过红外分析,表明DMAE成功接枝到了PVC膜上,水通量提高两倍,PVC-ir-H2O膜(通过水等离子体处理的膜)对牛血清蛋白(BSA)的吸附能力下降67%,对BSA溶液的通量从7.7提高至40 kg?m-2?h-1,并且对BSA的截留能力不变。通过静态及动态抗菌实验,接枝后的PVC膜(PVC-g-PMAE膜)抗菌率达到100%,膜组件运行中的抗菌率也达到82%以上。在保证细菌截留率100%的同时,其渗透通量提高三倍。该膜表面修饰工程技术能实现膜表面的均一化改性,且绿色环保、操作简便、成本低,改性膜在饮用水处理领域,尤其是家用净水器中展现了很好的应用前景。

    高稳定双金属MOF材料用于低浓度乙烷的高效分离
    刘普旭, 贺朝辉, 李立博, 李晋平
    化工学报. 2020, 71(9):  4211-4218.  doi:10.11949/0438-1157.20200463
    摘要 ( 591 )   HTML ( 15 )   PDF (2775KB) ( 252 )  
    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    针对乙烷/乙烯分离过程中,缺乏高效稳定的乙烷选择吸附剂,采用溶剂热法合成了一种具有高稳定性的双金属微孔MOF材料MUV-10(Mn),通过吸附分离的方式,实现了乙烯中低浓度乙烷的高效分离。采用XRD、SEM、TGA、比表面分析等表征手段对所制备材料的结构及形貌进行了确认和分析,详细测试了MUV-10(Mn)对乙烷和乙烯单组分气体的吸附性能,并进行了选择性和吸附热的计算。结果表明,MUV-10(Mn)在室温下的乙烷吸附量高于乙烯对于乙烷/乙烯混合气的选择性为1.42,且具有高的酸、碱和水蒸气稳定性。混合气体穿透实验表明,MUV-10(Mn)能够高效去除乙烯中的低浓度乙烷,得到高纯乙烯气体,在乙烯提纯方面显示出良好的应用前景。

    G/O/W微分散体系实现甲酸/三辛胺-正辛醇体系萃取分离
    李志康, 商鲁伟, 聂苗苗, 邓文生, 谭璟
    化工学报. 2020, 71(9):  4219-4227.  doi:10.11949/0438-1157.20200502
    摘要 ( 338 )   HTML ( 4 )   PDF (1894KB) ( 100 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    以络合萃取法实现了稀溶液中甲酸的富集。确定了高分配系数的萃取体系。根据传质基本方程建立了传质模型,计算并分析了油/水体系中的传质过程,确定传质控制步骤为甲酸自水相至水/油界面的传质。计算了分散尺寸对体系传质性能的影响,结果表明,由于水/油相比高,体系的传质系数低,界面积小,以油/水微分散乳液实现萃取过程,传质效率仍不高。引入惰性气体,并构建气/油/水体系,计算并分析了气/油/水体系中的传质过程并优化了气相加入量,结果表明,气相的加入可以有效促进传质过程。设计了双重膜分散设备,制备了微米尺度的气/油/水双重乳液,并以此实现了稀溶液中甲酸的高效富集。

    表面与界面工程
    基于非线性动力学的锂沉积形貌模拟与预测
    林振康, 乔耀璇, 王伟, 袁洪, 樊铖, 孙克宁
    化工学报. 2020, 71(9):  4228-4237.  doi:10.11949/0438-1157.20200504
    摘要 ( 484 )   HTML ( 17 )   PDF (2997KB) ( 280 )  
    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    金属锂具有极高的理论能量密度,是新一代锂电池中最有潜力的负极材料之一。金属锂沉积时容易形成枝晶,极大影响了锂金属电池的安全性与使用寿命。但由于金属锂性质活泼,缺乏锂电极/电解液界面原位表征方法,锂枝晶生长机制尚不明确。通过有限元方法,基于非线性电极过程动力学,以三次电流模型定量研究了电极/电解液界面行为,并分析不同过程参数对表面电流的影响。结果表明,电极/电解质界面的浓度、电场差异是枝晶生长的主要原因,更大的扩散系数有利于提高界面浓度均匀性,更小的交换电流密度有利于减弱界面反应的敏感性。存在电化学极化区间是均匀沉积的必要条件,电化学极化区间越宽,均匀沉积操作窗口越宽。通过极化曲线可以判断体系是否具有均匀沉积的倾向。加深了对锂电极/电解液界面的电沉积过程的理解,对锂负极保护研究具有指导性意义。

    生物化学工程与技术
    环氧化物水解酶交联细胞聚集体催化合成(R)-环氧氯丙烷
    邹树平, 姜镇涛, 王志才, 柳志强, 郑裕国
    化工学报. 2020, 71(9):  4238-4245.  doi:10.11949/0438-1157.20200447
    摘要 ( 356 )   HTML ( 2 )   PDF (1941KB) ( 93 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    利用聚乙烯亚胺(PEI) 絮凝、戊二醛(GA)交联对环氧化物水解酶全细胞进行了交联细胞聚集体(CLCAs)制备,考察了PEI浓度、GA浓度及硅藻土载体用量对CLCAs活力回收率的影响,结果表明PEI浓度、GA浓度及硅藻土载体用量最优值分别为3% (体积)和1%(体积)和6 g/L,此时CLCAs活力回收率可达88.4%。以CLCAs作为催化剂,以外消旋环氧氯丙烷((R,S)-ECH) 为底物,在异辛烷/磷酸盐缓冲液两相体系中催化合成(R)-环氧氯丙烷((R)-ECH)。结果表明,在异辛烷与缓冲液的体积比3∶7,底物浓度800 mmol/L,CLCAs加入量18 g /L,缓冲液pH 8.0,温度35℃条件下,(R)-环氧氯丙烷的摩尔产率达到45.2%,产物光学纯度为99.1% ee。考察了CLCAs在两相体系中的操作稳定性,重复使用9个批次活力基本保持不变,显示了良好的操作稳定性。

    醇脱氢酶在聚乙烯膜表面的固定化研究
    郭梦雅, 季书馨, 谷凤娟, 孟子晖, 刘文芳, 王燕子
    化工学报. 2020, 71(9):  4246-4254.  doi:10.11949/0438-1157.20200509
    摘要 ( 373 )   HTML ( 3 )   PDF (2197KB) ( 132 )  
    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    以聚丙烯酸(PAA)改性的聚乙烯(PE)膜为载体,研究了醇脱氢酶(ADH)的两种固定化路线,并以甲醛为底物考察了固定化酶的催化性能。路线1用聚乙烯亚胺(PEI)进一步改性,使用戊二醛(GA)固定化ADH。最优固定化pH为6.0,温度为5~15℃,酶浓度为1.0 mg/ml,GA浓度为0.01%(质量);固定化酶的最适反应pH为6.5,温度为15~30℃,反应速率最高为9.6 μmol/(L·min);重复利用10次后可保持47.3%的活性。路线2以PAA-PE为载体,用1-(3-二甲氨基丙基)-2-乙基碳二亚胺盐酸盐(EDC)和N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)为活化剂,固定化ADH。EDC和NHS最优摩尔比为1∶0.5,固定化时间为24 h;固定化酶的最适反应pH为6.5,温度为20~37℃,反应速率为15.58 μmol/(L·min);重复利用10次后可保持53.8%的活性。

    荧光假单胞杆菌磷脂酶B界面催化分子机制初探
    赵依威, 姜芳燕, 李春, 戴大章
    化工学报. 2020, 71(9):  4255-4259.  doi:10.11949/0438-1157.20200527
    摘要 ( 381 )   HTML ( 1 )   PDF (1311KB) ( 115 )  
    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    基于荧光假单胞杆菌磷脂酶B(Pf-PLB)一级序列,分析了Pf-PLB的相关理化性质及其二级结构,并采用同源建模的方法对Pf-PLB的三级结构进行了预测;基于其预测结构,提出“掀盖进入,侧向离去”假说模型,初步探讨了Pf-PLB界面催化的可能机制;采用定点突变的方法对Pf-PLB的结构进行改造,结合突变体Pf-PLB的催化特性对所提出的机制模型进行了验证。

    能源和环境工程
    新疆高钙煤混烧对灰中含钙矿物熔融特性影响
    陈胜, 于敦喜, 吴建群, 夏祎旻, 王越明, 徐明厚
    化工学报. 2020, 71(9):  4260-4269.  doi:10.11949/0438-1157.20200406
    摘要 ( 394 )   HTML ( 5 )   PDF (1823KB) ( 312 )  
    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    选用一种高钙和一种高硅铝新疆煤,在沉降炉中进行不同比例的混煤和单煤燃烧实验。采用计算机控制扫描电镜(CCSEM)分别对燃烧后总灰矿物成分和粒径分布进行分析。基于CCSEM分析获取单颗粒灰成分数据,采用热力学平衡方法对灰中矿物液相比例进行计算,分析混煤燃烧对灰中含钙矿物熔融特性影响。结果表明,煤中有机结合态Ca极易与煤中其他矿物元素发生交互反应,交互反应后含钙矿物种类取决于煤中内在矿种类。混煤燃烧会促进灰中含钙硅铝酸盐向含钙复杂硅铝酸盐转化,同时促进含钙矿物的熔融。在低温条件下,混烧煤灰中熔融含钙矿物粒径分布受碱金属粒径分布影响;但是高温条件下,混烧促进熔融含钙矿物向大粒径煤灰迁移。

    原位双金属纳米颗粒YST复合阳极的构筑及其直接碳催化性能研究
    陈海涛, 乔金硕, 王振华, 孙旺, 李海军, 孙克宁
    化工学报. 2020, 71(9):  4270-4281.  doi:10.11949/0438-1157.20200497
    摘要 ( 400 )   HTML ( 6 )   PDF (5175KB) ( 167 )  
    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    研究了原位Cu析出和CuCo双金属析出的钇掺杂钛酸锶(YST)材料在作为直接碳燃料电池(DC-SOFCs)阳极时的结构及性能。首先采用燃烧法制备系列Co掺杂的Y0.08Sr0.92Ti0.9-xCu0.1CoxO3-δx = 0,0.1,0.2,0.3)阳极材料。通过XRD、SEM、TEM等表征材料微观结构,结果表明Co掺杂量达到0.2时,氢气还原后的阳极材料析出均匀分布的CuCo双金属纳米颗粒。电导率测试表明CuCo双金属纳米颗粒有效提高了材料的电导率。CO氛围下的阻抗测试表明,析出CuCo双金属纳米颗粒的Co0.2阳极材料具有最小的极化阻抗,催化活性优于其他阳极材料,以其作为阳极的电池在800℃和碳为燃料时,最大功率密度可达591 mW·cm-2,且具有良好的稳定性,是一种优异的DC-SOFC阳极材料。

    双金属硫化物CuCo2S4的合成及其在锂硫电池中的应用
    白哲, 李睿健, 侯文烁, 李海军, 王振华
    化工学报. 2020, 71(9):  4282-4291.  doi:10.11949/0438-1157.20200468
    摘要 ( 585 )   HTML ( 7 )   PDF (2653KB) ( 204 )  
    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    锂硫电池因较高的比能量近年来得到了广泛的关注,然而其发展需要克服中间产物的穿梭效应、硫的绝缘性和正极体积膨胀等诸多问题。为了有效抑制穿梭效应,采用普鲁士蓝类似物衍生的方法合成了一种尖晶石结构的双金属硫化物CuCo2S4,并将其用于锂硫电池正极。利用XRD、SEM、TEM、BET、XPS等手段对合成的材料的晶体结构、形貌等性质进行分析,采用循环伏安法及恒流充放电对CuCo2S4-S复合正极的电化学性能进行测试。研究表明,CuCo2S4-S正极展现出优异的电化学性能,在0.2C倍率下首次放电容量为959 mA·h·g-1,经过100个循环后容量保持在591 mA·h·g-1。较高的放电比容量和良好的循环稳定性归因于CuCo2S4材料内部的中空结构可容纳活性物质硫,并起到物理限域作用;同时,极性CuCo2S4可有效地化学吸附多硫化物,抑制多硫化物的穿梭效应造成的容量损失。

    NiMn2O4尖晶石氧化物阴极的制备及电化学性能研究
    肖扬, 徐春明, 杨晓霞, 张立红, 孙旺, 乔金硕, 王振华, 孙克宁
    化工学报. 2020, 71(9):  4292-4302.  doi:10.11949/0438-1157.20200532
    摘要 ( 520 )   HTML ( 9 )   PDF (4935KB) ( 263 )  
    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    高性能阴极材料的开发对推动中温固体氧化物燃料电池(intermediate temperature solid oxide fuel cells, IT-SOFCs)的发展具有重要意义。本文采用溶胶-凝胶法制备了尖晶石型NiMn2O4(NMO)电子-离子混合导体材料,并作为IT-SOFCs阴极进行了系统的研究,通过X射线衍射表征确定NMO材料呈稳定的立方相结构,并采用电导弛豫方法对其氧离子传导能力进行了研究。发现NMO具有优秀的氧离子传导能力,为其电化学性能提供了保障。对称电池的电化学阻抗谱测试结果表明,800℃时NMO阴极材料的界面电阻值为0.27 Ω·cm-2,同时作为阳极支撑型SOFC的阴极材料进行放电时的最大功率密度可以达到864.9 mW·cm-2。上述结果表明,NiMn2O4是一种极具潜力的IT-SOFCs阴极材料。

    材料化学工程与纳米技术
    纳米六方氮化硼负载离子液体润滑添加剂的摩擦学特性
    何忠义, 贾广跃, 张萌萌, 晏金灿, 熊丽萍, 纪红兵
    化工学报. 2020, 71(9):  4303-4313.  doi:10.11949/0438-1157.20200386
    摘要 ( 436 )   HTML ( 7 )   PDF (2363KB) ( 175 )  
    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    制备了超声剥离的六方氮化硼负载油酸咪唑离子液体(OL-IL/h-BN)润滑添加剂,利用SEM、TEM、FTIR、TG及XRD等对其结构和形貌进行了表征。利用Zeta电位测试方法表征了其在聚乙二醇400中的分散性能,结果发现分散稳定性得到大幅提升。利用四球摩擦磨损试验机测试了摩擦学性能,结果显示减摩抗磨性能都优于h-BN。利用SEM和XPS对其磨斑表面形貌和成分进行了分析,XPS分析结果显示表面膜中含有化学吸附膜以及Fe2O3和B2O3等化学反应膜,这些膜的形成对减摩抗磨性能起到至关重要的作用。

    NiCo2S4/N,S-rGO纳米复合材料的制备和电化学储钠性能
    冯雪廷, 矫庆泽, 李群, 冯彩虹, 赵芸, 黎汉生, 李海军, 蔡惠群
    化工学报. 2020, 71(9):  4314-4324.  doi:10.11949/0438-1157.20200525
    摘要 ( 486 )   HTML ( 16 )   PDF (3624KB) ( 211 )  
    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    NiCo2S4是一种极具发展前景的钠离子电池(SIBs)负极材料。采用简单的一步法(混合和热处理)原位合成了锚定在N、S共掺杂还原氧化石墨烯上的纳米颗粒自组装的NiCo2S4亚微米球(NiCo2S4/N,S-rGO)。XPS表明了NiCo2S4与N,S-rGO之间存在电子转移,证实了NiCo2S4与N,S-rGO之间强的协同作用。纳米粒子自组装的NiCo2S4亚微米球有效地促进了离子的扩散,N,S-rGO优异的电学和力学性能不仅提高了电极的导电性,而且有效地缓冲了充/放电过程中NiCo2S4/N,S-rGO的体积变化。NiCo2S4/N,S-rGO作为SIBs的负极材料呈现出高可逆容量,优越的倍率性能和长期稳定性(在电流密度为0.5 A/g时循环130次后仍保持了396.7 mA·h/g的高比容量。即使在电流密度为2 A/g时,经过1000次循环后比容量仍保持在283.3 mA·h/g)。研究结果为高效负极材料的设计和合成提供了新的思路。