化工学报

2013年第64卷第1期目次

化工学报. 2013, 64(1): 0-0.

摘要 ( 497 )

PDF (4089KB) ( 340 )

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化工和湿法冶金:两个学科分不开——庆贺《化工学报》创刊90周年

陈家镛

化工学报. 2013, 64(1): 1-1.

摘要 ( 712 )

PDF (243KB) ( 461 )

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自1923年《化工学报》创刊,至今整整90年。这些年来,中国发生了翻天覆地的变化,不仅是中国的化学工业已经成为我国的支柱产业,中国的化学工程科学技术和工程教育飞快发展,《化工学报》也成为国际一流的中文化工科技期刊,为中国过程工业的技术进步和科技人才的培养做出了不可低估的贡献。我1956年从美国留学回国到叶渚沛先生新筹建的中国科学院化工冶金研究所、起步从事湿法冶金的研究工作时,建国还不久,科技刊物很少,《化工学报》就成了化工、冶金、轻工等过程工业生产和研发人员学习和交流的知识平台。我虽然做湿法冶金研究,但熟知化学工程的概念和原理,这对湿法冶金过程的深入认识、工艺过程开发、湿法冶金工业生产,是有力的工具和宝贵的参考,所以我经常阅读这本杂志提供给工程技术界同仁们的新知识和新经验。我除了向当时屈指可数的几家金属、冶金杂志(如《金属学报》、《有色金属》等)投稿以外,也积极向《化工学报》投稿,参加与同仁的交流。

20世纪60年代微球硅铝裂化催化剂研发过程的回顾——回顾历史,指引未来

闵恩泽

化工学报. 2013, 64(1): 2-2.

摘要 ( 722 )

PDF (1233KB) ( 573 )

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20世纪60年代,世界上最先进的炼油工艺是流化催化裂化工艺。在一个密相的催化剂流化床层中,重油被裂化成汽油、柴油和液化气,同时,催化剂上积炭,然后输送到一个再生器中烧去积炭,再返回反应器。1960年,大庆油田开发后,我国准备建设一座250万吨/年的炼油厂,其中最核心的工艺就是流化催化裂化,其中所用的催化剂就是微球硅铝裂化催化剂。1960年春节前夕,石油工业部余秋里部长在部里举行宴会,我应邀出席,跟余部长坐在一桌。余部长对我说:"你一年后给我把微球催化剂交出来。" 一年之内,要从科研开始,实现微球硅铝催化剂建厂生产,根本不可能。

我国碳减排模式探讨——CCS路线与生物甲烷路线的比较

刘畅, 陆小华

化工学报. 2013, 64(1): 7-10. doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2013.01.003

摘要 ( 1570 )

PDF (369KB) ( 596 )

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碳捕获和封存路线(carbon capture and storage,简称CCS)和生物甲烷路线是实现二氧化碳减排的两种重要途径。但CCS路线存在捕集成本高的难题,而生物甲烷路线规模小、尚处于起步阶段。本文从经济和技术角度对比了两种路线减排二氧化碳的优缺点,发现生物甲烷路线理论捕集能耗仅为CCS路线的一半,且捕集条件温和,更有利于提高吸附剂材料的容量、降低捕集成本,因而生物甲烷路线更具有减排潜力。为了解决CCS和生物甲烷路线目前存在的困境,提出了CCS与生物甲烷耦合、借助CCS加速发展生物甲烷过程的新思路。

六十年来《化工学报》上发表有关精馏过程论文的回顾

余国琮, 袁希钢, 李根浩

化工学报. 2013, 64(1): 11-27. doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2013.01.004

摘要 ( 3490 )

PDF (1592KB) ( 1017 )

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对1952年以来在《化工学报》上发表的有关精馏研究的论文进行归类,并分别予以回顾,包括主要进展和评议。

回顾中国石油炼制工业的技术进步和技术创新

陈俊武

化工学报. 2013, 64(1): 28-33. doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2013.01.005

摘要 ( 1519 )

PDF (428KB) ( 919 )

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半个世纪以来,中国石油炼制取得令人瞩目的进展,不仅炼油能力已跃居世界第二位,而且炼油技术也基本达到世界先进水平。在炼油技术持续进步的过程中,自主技术创新占有重要位置。系统回顾了20世纪60年代以来重要炼油技术(催化裂化、加氢裂化与加氢处理、催化重整、延迟焦化、常减压蒸馏等)的发展历程,总结了所取得的有益经验和基本体会。

萃取塔设备研究和应用的若干新进展

费维扬

化工学报. 2013, 64(1): 44-51. doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2013.01.007

摘要 ( 1601 )

PDF (474KB) ( 462 )

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溶剂萃取是一种重要的化工分离技术,在湿法冶金、原子能化工、石油化工等领域有着广泛的应用。萃取塔优点突出但设计放大困难。本文介绍了国外萃取塔数学模型和设计放大研究概况及其最新进展,并较详细地介绍了我国萃取塔设备的研究、创新和应用。鉴于脉冲筛板塔在核工业中的重要地位,着重介绍了在汪家鼎先生指导下所进行的脉冲筛板塔两相流体力学、纵向返混和传质特性等方面的系统研究工作,指出所形成的以特性速度进行塔径放大和考虑纵向混合的按基本原理进行脉冲筛板萃取塔放大设计的体系具有重要的普遍意义。所创制的"分散-聚并型"脉冲筛板塔性能优越,已在大型工业装置中得到成功的应用。也介绍了在我国广泛应用的转盘萃取塔、填料萃取塔和脉冲填料萃取塔的研究、创新和应用情况。其中在理论研究基础上创制的新型转盘萃取塔(NRDC)、内弯弧形筋片扁环填料(SMR)和挠性梅花扁环填料(PFMR)性能优良,推广应用效果显著。

回眸与展望流态化科学与技术

李洪钟, 郭慕孙

化工学报. 2013, 64(1): 52-62. doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2013.01.008

摘要 ( 3169 )

PDF (543KB) ( 1562 )

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流态化作为一门具有科学内涵的学科始于20世纪40年代,但对于尚没有流态化命题下应用流态化技术的生活和生产活动,如淘米和扬谷,早已存在。此类活动的文字记载出现于16世纪。近代流态化理论以郭慕孙提出的广义流态化理论和无气泡气固接触理论以及Davidson提出的气泡理论为代表,而近代流态化技术的工业应用则以煤的气化和石油的催化裂化为代表。当前流态化的理论研究主要集中于流化床内由不同尺度的颗粒、液滴、气泡、聚团的时空不均匀分布所形成的不均匀结构的预测与优化调控理论与方法的研究,不均匀结构与传递和反应的关系理论的研究以及流态化床的计算机模拟与放大研究。当前流态化技术的工业应用范围已涵盖化工、冶金、能源、材料、环境等领域。在我国,由于经济快速发展,流态化技术应用尤为活跃。采用由流化床局部构效关系模型与两流体模型相结合的计算机模拟方法是解决流态化反应器过程优化调控和设备放大问题的有效途径。该方法面临许多挑战,需要付出艰苦的努力。目前中国工业正处于调整产业结构,淘汰落后产能,实现节能减排、清洁生产的转型期。在许多工业流程中,用高效节能的流态化床反应器替代低效高能耗的回转窑、固定床、移动床反应器正逢其时。

微化工过程中的传递现象

陈光文, 赵玉潮, 乐军, 董正亚, 曹海山, 袁权

化工学报. 2013, 64(1): 63-75. doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2013.01.009

摘要 ( 2680 )

PDF (537KB) ( 850 )

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微化学工程是现代化学工程学科前沿,主要研究微时空尺度下流体流动、传热、传质现象与反应规律。着重介绍近十年来微通道内气-液、液-液两相流体流动、混合与传质的理论和实验的最新研究进展,并对微化工技术的发展进行展望。

低碳时代石油化工产业资源与能源走势

华贲

化工学报. 2013, 64(1): 76-83. doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2013.01.010

摘要 ( 1838 )

PDF (1346KB) ( 796 )

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碳排放约束使世界一次能源构成发生第三次大转型,石油和煤炭消耗达到顶峰后逐渐减少,核能和可再生能源逐渐成为主体;天然气则是向低碳能源过渡历史时期最重要的化石能源;科技创新将推动从一次能源到终端利用的模式和技术不断变革,并导致石油化工产业资源与能源的格局在未来20年发生重大变化。交通运输燃料和化学品将从完全依赖石油的局面转向石油、煤(电)、生物质并存的新格局。从而要求处理好有机化工产业宏观规划布局与节能减排和能量系统优化的关系,提供了能量系统在时间和空间多个维度上优化的机遇和挑战,并催生了新的内涵和潜力。2012—2030年期间是大转型的关键过渡时期,改变传统观念和思维定势,拓宽时间和空间的视野,依靠科技创新,必能推进中国有机化工产业顺利转型、快速发展。

染料废水处理技术研究进展

任南琪, 周显娇, 郭婉茜, 杨珊珊

化工学报. 2013, 64(1): 84-94. doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2013.01.011

摘要 ( 5513 )

PDF (543KB) ( 4325 )

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概述了染料废水处理的研究现状及最新研究进展。对物理法(吸附法、膜分离法、磁分离法),化学法(电化学、光化学与光催化氧化法、Fenton及类Fenton氧化法、臭氧氧化法),生物法(厌氧法、好氧法、厌氧-好氧联合法)中各类新型材料、新型工艺进行了归纳,并提出目前染料废水处理领域存在的问题,针对问题对该行业的发展方向进行了展望。

流态化模拟:基于介尺度结构的多尺度CFD

王维, 洪坤, 鲁波娜, 张楠, 李静海

化工学报. 2013, 64(1): 95-106. doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2013.01.012

摘要 ( 2461 )

PDF (1962KB) ( 549 )

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介尺度结构是研究气固流态化多尺度行为的关键。传统的基于平均化处理方式的双流体模拟不能准确描述流化床中的多尺度流动和传递行为。相较而言,基于能量最小多尺度(EMMS)方法的结构多流体模型(SFM)基于局部空间(网格)内的非均匀介尺度结构流动特征,其宏观预测结果与网格分辨率基本无关,因而可以大幅降低模拟计算量。基于SFM模拟得到的流动结构,EMMS多尺度传质模型进一步成功解释了传统传质文献中的数据差异。集成上述模型,形成了一整套模拟流化床流动-传递-反应耦合过程的多尺度计算流体力学(CFD)方法,并将其应用于预测循环流化床中典型的S型轴向分布、揭示噎塞转变的机理以及流化床放大困难的原因。多尺度CFD使工业规模循环床的三维、全系统、动态流动-反应耦合过程的准确模拟成为可能,并为实现从模拟向实时虚拟过程转变的目标打下基础。

多孔陶瓷膜制备技术研究进展

范益群, 漆虹, 徐南平

化工学报. 2013, 64(1): 107-115. doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2013.01.013

摘要 ( 1936 )

PDF (490KB) ( 1219 )

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多孔陶瓷膜具有化学稳定性好、机械强度大、耐酸碱、耐高温等优点,在石油和化学工业等苛刻环境中有着广泛的应用,多孔陶瓷膜的制备技术是推动多孔陶瓷膜产业发展的核心部分。多孔陶瓷膜制备技术的核心和关键是以提高陶瓷膜整体性能为导向,通过对陶瓷膜微结构的调控,实现陶瓷膜制备技术的突破。针对近十年来陶瓷膜领域的研究,概述了当前陶瓷膜领域在制备具有高渗透性、高渗透选择性的陶瓷膜以及陶瓷膜低成本化方面的研究进展,并对未来陶瓷膜领域的发展趋势及瓶颈性问题进行了讨论。

气固环流反应器的研究进展

刘梦溪, 卢春喜, 时铭显

化工学报. 2013, 64(1): 116-123. doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2013.01.014

摘要 ( 2331 )

PDF (765KB) ( 799 )

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气固环流反应器是将气液环流理论与稠密气固流态化理论进行合理移植、耦合而形成的一种新型气固流化床反应器。对近年来国内外学者在该领域的研究进行了回顾,参考了内循环流化床的一些研究结果,对操作条件、几何结构对气固环流反应器内两相流体力学行为的影响规律进行了总结和分析,并对进一步的研究进行了展望。

多相传质过程中的Marangoni效应

汪洋, 陈杰, 王智慧, 杨超, 毛在砂

化工学报. 2013, 64(1): 124-132. doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2013.01.015

摘要 ( 2849 )

PDF (2769KB) ( 739 )

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Marangoni效应广泛存在于液液、气液相际传质过程中,通常会对传质速率产生重要影响。对Marangoni效应的实验及理论研究有助于增进对微观传质机理的理解,是强化相间传质过程效率的重要因素。重点介绍了液液体系中单液滴萃取的实验和模拟研究,对液液体系中Marangoni效应不稳定性的判据,对气液体系有效传质面积的影响,以及两种体系中利用表面活性剂进行传质调控的研究等方面的进展进行了综述,还探讨了传质过程中Marangoni效应应用研究的方向。

能源和化工系统的全生命周期评价和可持续性研究

钱宇, 杨思宇, 贾小平, 李秀喜, 李恒冲

化工学报. 2013, 64(1): 133-147. doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2013.01.016

摘要 ( 2161 )

PDF (3776KB) ( 824 )

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在资源和能源日趋紧缺的背景下,开拓替代能源和新的化工产品技术路线势在必行。然而,目前对各种新技术方案的基础数据和系统分析比较薄弱,对产业布局和生态环境的长期影响有待深入研究。对近年来研究资源/能源化工复杂系统的建模、模拟、结构优化和系统集成问题的进展进行综述,运用过程系统投入产出分析的理论和方法,建立化工产品技术路线的全生命周期分析模型与集成的框架平台,研究资源、能源、技术、经济、环境等多因素综合优化评价问题。以煤气化合成气衍生的煤化工系统为基础案例,专门论述了在产品路线规划和过程合成中,集成优化、全生命周期评价和可持续性的研究进展。目标在于推进"技术—经济—环境—产业发展"多属性、多目标、多尺度系统集成的基础理论研究和技术创新。

材料化学工程科学内涵及方法初探:从介观尺度界面流体行为出发认知材料

朱育丹, 陆小华, 郭晓静, 吕玲红

化工学报. 2013, 64(1): 148-154. doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2013.01.017

摘要 ( 2222 )

PDF (451KB) ( 564 )

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作为一门新兴的交叉学科,材料化学工程科学内涵的进一步凝练和方法论的建立显得十分重要和迫切。介观尺度下界面流体的研究对于材料化学工程具有重要意义,材料化学工程的科学内涵在于通过认识介观尺度下界面处流体行为来"认知"材料,以期建立材料结构、性能(应用)与制备(生产)三者之间的关系。其中,弄清介观尺度下复杂作用和复杂结构对界面流体行为的影响,是"认知"材料的关键。分子模拟技术作为单因素遴选介观尺度各影响因素的有效手段,在实际应用中存在两大难点:如何同时获得界面流体反应和传递两个方面的信息;如何实现分子层面认识在材料应用层面的转化。基于此,初步讨论了材料化学工程研究方法的发展趋势。

湿法除尘技术进展及变温多相流脱除PM_2.5的新方法

朱家骅, 夏素兰, 魏文韫, 余徽, W. Höflinger

化工学报. 2013, 64(1): 155-164. doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2013.01.018

摘要 ( 1563 )

PDF (1837KB) ( 630 )

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分析对比了工业化国家应对工业增长控制PM_2.5排放的策略与技术措施,特别是荷兰在充分的技术经济性研究基础上制定50% PM减排目标、相当于9 mg·m^-3工业尾气颗粒物允许排放浓度标准,值得我国借鉴。工业源颗粒物排放占比前5的冶金、石油加工、化工、建材和食品加工业颗粒排放物呈现PM_1.0的粒度分布峰值特征,应首选湿法静电沉降类(Wet-ESP)减排技术,但其经济性未必适合我国大规模基础工业发展阶段。提出废气-废水多相交叉流阵列变温脱除PM_2.5的新方法,利用气流横掠液柱传热传质产生的速度场、温度场和浓度场推动微粒向气液界面运动,使所有单液柱均成为独立的PM_2.5分离单元,其串-并联组合结构使阵列具有很高的PM_2.5分离总效率。模型预测单元数n=200的交叉流阵列用于810kW大功率钻井柴油机(排气量4906 kg·h^-1干气)尾气碳烟PM_2.5减排的效率为91.4%,现场模型试验实测值略大于80%,理论与实践均表明该方法以废治废、经济可行。

微尺度下非均相反应的研究进展

骆广生, 王凯, 吕阳成, 王玉军, 徐建鸿

化工学报. 2013, 64(1): 165-172. doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2013.01.019

摘要 ( 1695 )

PDF (440KB) ( 800 )

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微结构反应器(微反应器)是微化工系统的核心装备之一,是实现化工过程强化的重要技术基础。从微尺度非均相反应过程的基本原理出发,系统综述了近十年来微尺度下多相流动、分散和传递等方面的相关报道,系统地介绍了一些典型微尺度非均相反应过程,分析总结了微尺度反应技术的优势和特点,并对未来微尺度反应技术的发展方向提出了展望。

基于膜表面与界面作用的膜污染控制方法

邢卫红, 仲兆祥, 景文珩, 范益群

化工学报. 2013, 64(1): 173-181. doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2013.01.020

摘要 ( 1627 )

PDF (1374KB) ( 509 )

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膜污染控制是膜技术能否成功应用的关键因素之一。讨论了膜面粗糙度、亲水性和荷电性等性质对膜分离性能的影响,介绍了膜表面性质参数的表征方法,分析了颗粒污染物团聚、颗粒与胶体吸附、胶体大分子的变形等对膜污染形成的影响。最后对面向应用过程的陶瓷膜材料表面与界面控制方法进行了总结。膜污染的研究已从操作参数调节发展到表面与界面作用的控制,对提高膜分离性能,促进膜过程在更多领域的推广应用有重要意义。

离子液体介质中纤维素资源转化研究进展

李昌志, 王爱琴, 张涛

化工学报. 2013, 64(1): 182-197. doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2013.01.021

摘要 ( 2447 )

PDF (756KB) ( 838 )

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木质纤维素是地球上最丰富的可再生有机碳资源,将其高效转化为化学品或燃料,对缓解全球能源危机和解决环境污染问题具有重要意义。离子液体因对木质纤维素具有独特的溶解性能,近年来作为新型溶剂在生物质转化中获得广泛应用。综述了离子液体用于木质纤维素预处理及化学转化的最新研究进展,包括纤维素溶解、木质纤维素组分分离、纤维素水解制葡萄糖、六碳糖及纤维素催化转化制5-羟甲基糠醛以及碳水化合物的其他转化途径等,同时对基于离子液体平台的生物质转化技术存在的挑战、未来发展趋势及工业化前景进行了展望。

金属配合物配体上离子取代基对其部分催化性能影响的研究进展

胡敬辉, 姚加, 王从敏, 陈志荣, 李浩然

化工学报. 2013, 64(1): 198-209. doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2013.01.022

摘要 ( 1771 )

PDF (2218KB) ( 679 )

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常规有机取代基在调节催化剂活性方面已经得到广泛的应用与研究。近年来常被用于回收均相催化剂的离子取代基也逐渐被用于调节催化剂的活性。本文着重综述了近十年来离子取代基在调节金属配合物部分催化剂活性方面的研究进展,同时指出了目前离子取代基在调节催化剂催化性能方面存在的问题、挑战及发展方向。

口服结肠靶向给药系统和制备方法的研究进展

吴庆喜, 姚善泾

化工学报. 2013, 64(1): 210-222. doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2013.01.023

摘要 ( 1935 )

PDF (1282KB) ( 627 )

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口服结肠靶向给药系统作为第四代药物剂型的发展和应用,具有靶向定位性、可提高局部药物浓度、直接作用于病变部位、降低药物剂量、减少副反应等优点,因而备受研究者的关注。本文针对口服结肠靶向给药系统的给药机理、应用和制备技术,综述了该领域近些年来的研究进展,为系统研究口服结肠靶向给药系统提供理论依据和参考。

阳极支撑微管式固体氧化物燃料电池的研究进展

孙旺, 毛雅春, 张乃庆, 孙克宁

化工学报. 2013, 64(1): 223-232. doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2013.01.024

摘要 ( 1921 )

PDF (3596KB) ( 466 )

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近些年来,微管式固体氧化物燃料电池(SOFC)由于其具有密封简单、体积能量密度高、抗热震性好、启动时间快等优点备受关注。本文主要介绍了微管式SOFC的优势,并重点概述了阳极支撑型微管式SOFC的制备方法、研究现状和未来的发展方向。分别对采用塑性挤出法和相转化法制备的阳极支撑微管式SOFC的技术进展进行了综述。介绍了阳极支撑微管式SOFC电池堆的设计理念,并对未来微管式SOFC的发展方向进行了展望。

核酸适配体在生化分离及检测领域中的研究进展

李晓佩, 杨良嵘, 黄昆, 李文松, 孙西同, 刘会洲

化工学报. 2013, 64(1): 233-242. doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2013.01.025

摘要 ( 1897 )

PDF (2237KB) ( 963 )

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核酸适配体是一种能够特异性地识别目标物的寡聚核苷酸,可以是RNA也可以是DNA。较其他识别分子而言,适配体具有性质稳定、易合成、易标记、分子量较小和目标分子广泛等优势。目前核酸适配体主要被应用在检测、分离纯化和医疗三大领域,本文主要论述了适配体在生化分离及检测领域中的研究进展。

旋转床超重力环境下多相流传递过程研究进展

张建文, 高冬霞, 李亚超, 陈建峰

化工学报. 2013, 64(1): 243-251. doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2013.01.026

摘要 ( 1229 )

PDF (1490KB) ( 485 )

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旋转填充床作为一种高效的传质、分离与反应设备,在化工、环境保护、纳米材料制备、能源、制药等工业过程得到广泛应用。本文对旋转填充床超重力环境下,流体力学特性、传质性能、微观混合、多尺度传递特性等方面的研究进行了总结归纳。近年来,随着计算机科学与多相流传递过程的研究进展,对传递过程的研究也由实验手段为主转变为实验与数值模拟相结合的手段,对有关的数值模拟研究以及相应的多相流模型也予以总结描述。在此基础上,对旋转填充床超重力环境下多相流研究的未来发展提出了有关设想。

正渗透原理及分离传质过程浅析

王亚琴, 徐铜文, 王焕庭

化工学报. 2013, 64(1): 252-260. doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2013.01.027

摘要 ( 3391 )

PDF (1622KB) ( 3787 )

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正渗透是一种新兴的膜分离技术,因其低能耗、抗污染、对污染物截留能力广等的潜力,在脱盐、废水处理、农业和电力等领域的应用前景备受瞩目。本文介绍了正渗透概念和原理,通过正渗透传递过程的现象学模型,对浓差极差极化与质量传递的关系作出分析,提出了强化正渗透传质过程的一些建议。

基于冠醚的离子识别响应型智能材料研究新进展

巨晓洁, 谢锐, 汪伟, 褚良银

化工学报. 2013, 64(1): 261-267. doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2013.01.028

摘要 ( 1264 )

PDF (1665KB) ( 386 )

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金属离子对生物体的生命活动起着核心的作用,而一些重金属离子(如Pb²⁺、Hg²⁺)在很低浓度时就对生物具有极强的毒性;因此,研究具有金属离子识别特性的智能材料具有重要的理论价值和实用意义。冠醚具有选择性地络合金属离子的能力,研究者们将冠醚的离子识别特性与聚(N-异丙基丙烯酰胺)的相变行为特性相结合制备了一系列离子识别响应型智能材料。综述了近年来基于18-冠-6和15-冠-5两种冠醚分子的离子识别响应型智能材料的研究新进展。目前,基于冠醚的离子识别响应型智能材料仍多处于基础研究阶段,还需要进一步系统深入研究和开发完善。

随机共聚高分子凝胶溶胀和体积相变行为的分子热力学模型

支东彦, 练成, 徐首红, 黄永民, 刘洪来

化工学报. 2013, 64(1): 268-274. doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2013.01.029

摘要 ( 1678 )

PDF (437KB) ( 730 )

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基于随机共聚高分子溶液的格子模型,建立了一个可以描述温度和pH双重响应的随机共聚高分子凝胶溶胀行为的分子热力学模型。该模型考虑了溶剂与不同高分子的混合、高分子网络的弹性以及包含小分子离子在凝胶内外分布的Donnan平衡和聚合物网络上的大分子离子及其反离子之间的静电相互作用的离子影响对化学势的贡献。与其他模型不同的是,该模型还考虑了高分子的组成f。该模型有两类可调的模型参数,一类是溶剂与不同高分子网络之间的相互作用能参数???,另一类是高分子网络自身的尺寸参数M_c。研究结果表明,该分子热力学模型只需较少的模型参数就可较好地描述温度和pH双重敏感的随机共聚高分子凝胶的溶胀行为。

高黏度、高热稳定性羧甲基淀粉己酸酯的溶液性质

汪源浩, 具本植, 张淑芬

化工学报. 2013, 64(1): 275-282. doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2013.01.030

摘要 ( 1699 )

PDF (471KB) ( 424 )

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以羧甲基淀粉(CMS)为原料制备了高黏度、高热稳定性的羧甲基淀粉己酸酯(CMSH)。用IR和TG对产物进行了结构和热稳定性质研究;通过Brookfield R/S-CC流变仪对羧甲基淀粉己酸酯溶液黏度性质和影响因素,如己酰基质量分数、浓度、剪切力、温度及溶液黏度的剪切恢复性质、温度敏感性质等进行了详细研究。结果表明,引入己酰基基团后,可以降低黏度对温度的敏感性,显著提高羧甲基淀粉的热稳定性和溶液的黏度值。但己酰基团的引入,不能提高CMS溶液黏度的抗剪切性和剪切恢复性。当己酰基质量分数为11.8%时,羧甲基淀粉己酸酯的初始热分解温度由260℃提高到300℃;溶液的黏度值由420 mPa·s提高到32000 mPa·s。

介质阻挡放电等离子体处理载体对CO甲烷化Ni/SiO₂催化剂性能的改进

赵化龙, 赵彬然, 闫晓亮, 刘媛, 王勇, 刘昌俊

化工学报. 2013, 64(1): 283-288. doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2013.01.031

摘要 ( 1987 )

PDF (1042KB) ( 529 )

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以经介质阻挡放电等离子体处理的SiO₂为载体,用浸渍法制备了Ni/SiO₂催化剂,并进行了CO甲烷化反应评价。与载体未经处理的常规Ni/SiO₂催化剂相比,载体经处理的催化剂在400℃下的CO与H₂转化率均提高了约6%,且在经700℃烧结6 h后,活性仍高于常规催化剂。XRD、TEM和H₂-TPR结果表明,载体经处理的催化剂,Ni颗粒粒径更小、粒径分布更集中,Ni与SiO₂之间的相互作用更强,证明等离子体处理使SiO₂更有利于促进Ni的分散。

微型流化床反应分析及其对煤焦气化动力学的应用

曾玺, 王芳, 韩江则, 张聚伟, 刘云义, 汪印, 余剑, 许光文

化工学报. 2013, 64(1): 289-296. doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2013.01.032

摘要 ( 1678 )

PDF (524KB) ( 409 )

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在概述最新研发的微型流化床反应分析(micro-fluidized bed reaction analysis,MFBRA)方法与应用的基础上,应用该方法进一步研究了半焦-CO₂、半焦-水蒸气等温气化反应动力学,并与热重分析(thermogravimetric analyzer,TGA)求取的气化反应动力学数据比较。在最小化气体扩散的实验条件下,利用MFBRA和TGA测定求算的半焦-CO₂、半焦-水蒸气气化反应在受反应动力学控制的低温段的活化能非常接近,说明了MFBRA对等温气化反应分析的适用性和可靠性。实验研究还发现:半焦-CO₂、半焦-水蒸气气化反应在MFBRA中受反应动力学控制的温度范围较在TGA中明显宽,且在具有明显扩散影响的高温段通过MFBRA测定的半焦-CO₂气化反应表观活化能明显大于利用TGA测定的值,表明在MFBRA中受到的气体扩散抑制效应较小。

介质阻挡放电技术再生Pd/AC催化剂的机理探讨

高文立, 王骁, 李中坚, 张兴旺, 余青霓, 雷乐成

化工学报. 2013, 64(1): 297-302. doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2013.01.033

摘要 ( 1353 )

PDF (963KB) ( 293 )

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利用介质阻挡放电对失活钯炭催化剂(Pd/AC)进行再生,并通过催化臭氧氧化硝基苯反应评价再生后催化剂的活性。运用扫描电镜(SEM)、比表面积测定(BET)、热重分析(TG)等测定手段对Pd/AC进行表征;并对放电过程进行臭氧产量测定和等离子体发射光谱诊断,分析了Pd/AC催化剂再生的机理。结果表明,催化剂经放电处理30 min后再生率为95%;利用在最优条件下再生的Pd/AC进行催化臭氧氧化反应,硝基苯的降解率为87%;再生过程中臭氧贡献率仅为25.6%,表明放电过程中产生的强氧化性自由基是促使催化剂再生的主要因素。

亲和膜配基的结构和密度对胆红素吸附的影响

鞠佳, 聂飞, 段志军, 贺高红

化工学报. 2013, 64(1): 303-310. doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2013.01.034

摘要 ( 1160 )

PDF (1064KB) ( 548 )

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体内存在过量的胆红素会引起神经系统疾病,严重时危及生命,常用循环吸附法去除,但是多数胆红素与白蛋白形成复合物,难于拆分,导致血清胆红素的吸附去除率降低。以醋酸纤维素/聚乙烯基亚胺共混亲和膜(CA/PEI膜)为基质,通过戊二醛活化,引入间隔臂,固载具有一定特异性吸附的5种有机胺和8种氨基酸配基,强化血清胆红素的去除效果。研究结果表明,虽然改性膜的伯胺基含量仅为CA/PEI膜的1/3,但是因间隔臂的引入和配基特异性的增强,4种改性膜的胆红素吸附量提高了100%以上,并且提高了胆红素相对于蛋白的吸附选择性。增加胺基和疏水结构有利于胆红素的吸附;羧基不利于胆红素吸附;胆红素吸附还受到配基密度和空间位阻等诸多因素的影响。苯环等空间位阻较大的配基,不利于实际胆红素的吸附,且无法通过提高配基密度而提高其改性膜的胆红素吸附量,而含直链胺配基的己二胺(3-HMD)改性膜的胆红素吸附量随配基密度的提高而提高。

复杂化工过程系统的能值计算方法

罗祎青, 胡尊燕, 袁希钢

化工学报. 2013, 64(1): 311-317. doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2013.01.035

摘要 ( 1040 )

PDF (411KB) ( 567 )

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针对复杂过程系统的生态化设计,研究系统内部及输出流股能值的计算策略和方法。基于系统能量或质量流程图,确定系统内外的能流、物流的分布和能量分配系数,通过建立复杂系统能值计算的循迹法,确定系统各种输入能值在系统内的分配,解决复杂系统内部联结各单元的流股能值准确计算问题。基于该方法,对玉米燃料乙醇生产过程系统进行了能值分析和评价。

考虑不确定汽电需求的蒸汽动力系统优化设计

李晖, 孙力, 贺高红

化工学报. 2013, 64(1): 318-325. doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2013.01.036

摘要 ( 1002 )

PDF (410KB) ( 350 )

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蒸汽动力系统优化设计不仅要保证系统全周期总费用最小,还要保证系统具有一定可操作性应对各种不确定变工况影响。本文提出了同时考虑汽电需求确定性多周期变化以及燃料、电力价格,汽电需求不确定性变化的蒸汽动力系统优化设计策略,专门提出不确定变化参数对优化目标及约束的影响以及数学表达,建立混合整数线性规划(MILP)优化模型进行求解,并应用于某石化企业蒸汽动力系统优化设计。实例设计结果表明,与按照传统策略设计结果相比,应用本文提出的考虑不确定参数的设计策略获得的优化方案,具体设计了针对不确定因素实现而对应的运行调度安排,降低年总费用,保证系统安全稳定运行,实现经济性和可操作性综合最优。

典型螺旋槽端面干式气体密封动压开启性能

彭旭东, 刘坤, 白少先, 李纪云, 盛颂恩

化工学报. 2013, 64(1): 326-333. doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2013.01.037

摘要 ( 1317 )

PDF (2086KB) ( 596 )

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型槽端面干式气体密封的开启特性对密封的启动、停车和运行具有重要实际意义。基于气体混合润滑理论,考虑密封端面粗糙度效应和端面间气体滑移流效应,建立了干式气体密封的动压开启性能分析模型。开展了螺旋槽端面干式气体密封、带内环槽的螺旋槽端面干式气体密封和雁型槽端面干式气体密封等三种典型型槽端面干式气体密封的临界动压开启性能研究,数值分析了不同工况下三种型槽密封端面气膜压力分布,研究了环颈长比、环颈宽比、平衡比、弹簧比压和密封压力对临界开启转速、动压开启力比等开启性能参数的影响规律。结果表明:端面型槽的动压效应直接决定干式气体密封的临界开启转速,平衡比、弹簧比压对密封的动压开启性能影响较大,而环颈长比影响很小;在相同操作条件下,三种型槽端面密封相比较,雁型槽端面干式气体密封最易开启,带内环槽的螺旋槽端面干式气体密封次之,螺旋槽端面干式气体密封最难开启。

以Ce³⁺/Ce⁴⁺为媒质间接电合成1,4-萘醌

李照华, 褚有群, 马淳安

化工学报. 2013, 64(1): 334-339. doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2013.01.038

摘要 ( 1200 )

PDF (547KB) ( 570 )

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探讨了以Ce³⁺/Ce⁴⁺为媒质的1,4-萘醌间接电化学合成反应。考察了液相氧化、Ce³⁺电解氧化过程的影响因素,并进行了萘醌的间接电合成实验。结果发现,硫酸浓度、溶液温度对铈离子的氧化能力和电化学反应活性具有重要的影响;当温度为70℃、硫酸浓度为1.0 mol·L^-1时,液相氧化反应的收率最高(85.8%)。Ce³⁺电解氧化的最优条件为:电流密度50 mA·cm^-2、硫酸浓度1.0 mol·L^-1、温度为50℃,其电流效率可达90.6%;间接电合成实验过程中萘醌的平均收率达85.7%,Ce³⁺电解氧化的平均电流效率达87.8%,并且电解过程具有良好的稳定性,表明该技术具有良好的产业化应用前景。

离子交换介质内蛋白置换行为的观测与解析

石智聪, 史清洪, 孙彦

化工学报. 2013, 64(1): 340-345. doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2013.01.039

摘要 ( 927 )

PDF (2492KB) ( 309 )

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以肌醇六磷酸钠(PAS)为置换剂研究了绿色荧光蛋白(eGFP)在Q Sepharose HP离子交换色谱(IEC)介质上的置换行为。置换色谱结果表明,不同浓度PAS下eGFP均可形成稳定的置换列并成功分离。利用共聚焦激光扫描显微镜(CLSM)技术对eGFP在离子交换色谱介质内吸附动力学的观测发现,eGFP在IEC介质内的吸附是由表面扩散和孔扩散共同作用的复杂行为。置换过程中不同时刻的CLSM图像显示,eGFP置换不仅取决于置换剂的亲和力,也与置换剂与介质的结合过程相关;介质内荧光强度的分析表明,eGFP置换首先发生在介质的外层,PAS浓度的降低导致置换速率下降。这与置换色谱的结果相吻合。CLSM不仅为蛋白置换动力学的研究提供了一种直观观测技术,CLSM结果也确认了蛋白质置换过程的复杂性。

酪蛋白-胰酶水解历程分子量变化模拟与三维表征

苏荣欣, 邹龙花, 齐崴, 王梦凡, 何志敏

化工学报. 2013, 64(1): 346-351. doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2013.01.040

摘要 ( 1698 )

PDF (1105KB) ( 563 )

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食源性活性多肽的生物活性功能具有很强的分子量依赖性,不同分子量的多肽有不同的功能。本文运用人工神经网络模拟了酪蛋白在胰酶作用下酶解全过程的分子量分布变化,并基于此模型进行了酶解历程三维表征。使用BP神经网络模拟,隐含层为2层,每层含30个节点时拟合效果最好,回归系数R²可达0.9922。将预测数据用于复杂酶解历程的三维表征,可通过该三维表征图迅速判断各集总分子量多肽区的最佳制备水解度。

厌氧流化床微生物燃料电池空气阴极研究

岳学海, 孔维芳, 王许云, 郭庆杰

化工学报. 2013, 64(1): 352-356. doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2013.01.041

摘要 ( 1426 )

PDF (664KB) ( 477 )

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流化床微生物燃料电池(AFBMFC)的阴极导电性和催化剂性能是影响微生物燃料电池产电性能的重要因素。本文首先在阴极负载少量银研究其对AFBMFC产电性能的影响。其次,制备四种铂钴合金催化剂,考察了催化剂对AFBMFC产电性能的影响。研究表明,阴极碳基层负载少量的银可以显著改善AFBMFC的产电性能,银负载量为0.7 mg·cm^-2时AFBMFC最大输出电压和输出功率密度分别为纯碳基层阴极的154%和330%。600℃比950℃制备的PtCo合金催化剂有较好的催化性能,在保证催化剂总量不变的情况下,铂用量为原来的50%,AFBMFC产电性能仍有较大幅度的提高。

壳聚糖基大孔炭质整体材料的制备及其对痕量二氧化硫的吸附性能

万鹏, 张华, 于畅, 邱介山

化工学报. 2013, 64(1): 357-364. doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2013.01.042

摘要 ( 1642 )

PDF (356KB) ( 551 )

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以壳聚糖为碳源,综合采用冰模板技术和低温热解炭化技术,制备出具有蜂窝状孔结构特征的大孔炭质整体材料,研究了此类新材料对痕量二氧化硫的吸附性能及再生能力。结果表明,大孔炭质整体材料蜂窝状孔结构的形成及其规整程度与冰模板过程的冷冻时间等因素密切相关;200℃下低温热处理可得到具有丰富表面含氮官能团的大孔炭质整体材料;经氨水溶液中的离子交换功能化处理后,该大孔炭质整体材料对低浓度SO₂的吸附容量显著提高,可达到57 mg·g^-1;吸附饱和后,经空气简单吹扫处理,大孔炭质整体材料即可大部分再生,少数不可再生部分是由于质子化的氨基与亚硫酸根和硫酸根在吸附过程中形成了不可逆化学吸附产物季铵盐所致。壳聚糖基大孔炭质整体吸附剂材料有望在污染空气的脱硫净化,特别是在质子交换膜燃料电池的阴极空气脱硫净化方面发挥重要作用。

提高二氧化钛孔道中水分子扩散性的分子模拟

魏明杰, 吕玲红, 朱育丹, 郭晓静, 陆小华

化工学报. 2013, 64(1): 365-373. doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2013.01.043

摘要 ( 1655 )

PDF (1386KB) ( 510 )

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众所周知,二氧化钛(TiO₂)材料在光催化材料、生物材料、电化学和工业催化等多个领域表现出优异的性能,因而其在解决能源和环境危机中被寄予厚望。在上述TiO₂材料的众多应用中往往都离不开水分子与TiO₂材料的接触。TiO₂表面结构,特别是水分子在TiO₂表面上形成的微结构往往对于TiO₂材料的应用起到关键作用。另一方面,大比表面积的TiO₂材料表现出性能上的优势,因此制备具有纳米孔道结构的TiO₂材料成为研究趋势。结合上述两点,水分子受限于TiO₂纳米孔道中的行为成为研究的热点之一。以往的研究结果表明,水分子在TiO₂表面具有强吸附作用,而该作用会影响到水分子在TiO₂孔道中的流动性。本文意在通过分子模拟的研究,找到提高水分子TiO₂孔道中扩散性的方法,并解释流动性增加的原因,为实验研究工作者们提供指导和解释。通过调整多项模拟参数,结果表明对于实验工作更为可靠的方法是用碳层覆盖TiO₂的表面。这样可以在不改变原有实验条件的基础上大大提高水分子在TiO₂孔道中的扩散性。

K₂Ti₄O₉制备TiO₂-B纤维快速嵌锂负极材料

庄伟, 吕玲红, 邬新兵, 蒙萌, 朱育丹, 陆小华

化工学报. 2013, 64(1): 374-380. doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2013.01.044

摘要 ( 1506 )

PDF (3123KB) ( 545 )

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以四钛酸钾(K₂Ti₄O₉)经离子交换得到的四钛酸(H₂Ti₄O₉·xH₂O)为前驱体,经过不同温度热处理得到不同结晶度的氧化钛纤维。对样品进行XRD、Raman、FE-SEM及TEM等结构形貌表征,发现600℃烧结可得到纯相、高结晶度的TiO₂-B材料。并考察了其作为锂离子电池负极材料的容量、倍率和稳定性。嵌锂性能测试发现,TiO₂-B相材料的首放容量可以达到225 mA·h·g^-1,比相近结构的锐钛矿(anatase)相材料高50 mA·h·g^-1,即22.5%的容量。与相似结构anatase材料的倍率结果对比发现,TiO₂-B纤维倍率性能更高,主要是TiO₂-B纤维的开放结构使其锂离子扩散系数达到1.92×10^-7 cm²·s^-1,是anatase相材料的8倍。1 C稳定性测试发现循环80次后容量仍然高于anatase,且最终容量稳定在159 mA·h·g^-1,比anatase材料的64 mA·h·g^-1高1.5倍。