石墨烯是一种新型的碳纳米材料,具有超大的比表面积和优良的导电性能,将石墨烯与TiO₂复合可显著提高复合材料的光催化性能,在光催化领域具有广泛的应用前景。主要介绍了石墨烯/TiO₂复合纳米材料的制备方法以及在光催化降解有机污染物方面的应用,并分析了石墨烯/TiO₂复合材料促进光催化机理,最后对石墨烯/TiO₂复合光催化剂未来的发展趋势提出了展望。

微藻水热液化生物油由于性质较差,不能直接作为车载燃料使用,与现代石油炼制工艺结合是一种新的应用途径。综述了微藻生物油的化学性质,包括化学组成、官能团组成与杂原子化合物组成等信息,比较分析了GC-MS、FTIR、NMR和FT-ICR MS等表征方法的异同,简要回顾了微藻水热液化反应机理和精制方法。重点指出微藻水热液化生物油中含氧、含氮化合物含量较高,并具有较高的芳香度和不饱和度,催化加氢精制能够有效脱除杂原子,并增加烷烃含量。微藻基生物燃料的发展,不仅需要精制工艺的提升,也有赖于表征方法的进步。

类胡萝卜素是重要的精细化学品,三孢布拉氏霉是发酵法生产类胡萝卜素的常用菌种。近年来研究者对影响三孢布拉氏霉类胡萝卜素产量的影响因素做了大量的研究,结果显示三孢酸是最重要的影响因子之一。本文根据国内外研究进展,从发酵法生产类胡萝卜素的研究现状、三孢酸类化合物的结构及其生理功能、三孢酸合成途径研究及三孢酸合成途径中的分子机制等几个方面做了综述报告。

甲烷水合物热物性参数的测量一般是基于时域信号测量,测量方法没有考虑探测器与试样之间的接触热阻。基于频域信号测量原理,研发的3ω独立探头大大拓展了该方法的应用范围。建立了低温高压甲烷水合物合成测量系统。利用独立探头3ω法实时测量甲烷水合物热导率、热扩散率、探头和甲烷水合物之间的接触热阻。分析了甲烷水合物热导率、热扩散率随温度的变化规律;比较了测量值与国内外学者测量数据的不同;发现接触热阻对甲烷水合物热导率有显著影响。

在脱除游离甲苯二异氰酸酯(F-TDI)的共沸蒸馏研究中,缺少2,4-TDI与共沸剂的二元体系汽液平衡数据及基础热力学参数。采用自制的汽液平衡釜,测定了0.55 kPa压力下,2,4-TDI/苯甲酸乙酯、2,4-TDI/丁二酸二乙酯、2,4-TDI/己二酸二甲酯三组二元体系的汽液平衡数据,所得数据通过了热力学一致性面积检验。借助流程模拟软件Aspen Plus对实验数据进行了回归,得到3组UNIQUAC模型参数及关联偏差,气相摩尔分数平均偏差分别为0.0067、0.0083和0.0179,平衡温度平均绝对偏差分别为0.7 K、1.2 K和0.5 K。进而对共沸体系进行了共沸分析,得到了共沸组成和共沸条件,为F-TDI的共沸分离技术提供了工艺参数。

为了获得氢氟醚HFE7100、HFE7500的热物理性质参数,补充现有数据不足,为其作为电子元器件的冷却介质、工业清洗剂等工程应用提供技术支持,利用瞬态热线法测量了常压下HFE7100和HFE7500的热导率,并用表面光散射法测量了HFE7100和HFE7500的液相黏度和表面张力。HFE7100和HFE7500的热导率和液相黏度均关联成温度的多项式函数,HFE7100热导率和黏度的实验值和关联式的平均绝对偏差分别为0.37%和1.19%,HFE7500热导率和黏度的实验值和关联式的平均绝对偏差分别0.08%和1.10%。利用改进的van der Waals关联表面张力和温度的关系,HFE7100和HFE7500的表面张力的实验值和关联式的平均绝对偏差分别为0.03 mN·m^-1和0.02 mN·m^-1。获得的HFE7100和HFE7500的热导率、黏度和表面张力实验数据及方程,可为其工程应用提出数据支持。

水盐体系共晶点的数据可以为盐湖卤水低温加工工艺开发提供必要的理论依据,采用低温冷却法,针对四元同离子体系K⁺//Cl^-,SO₄^2-,NO₃^--H₂O和四元交互体系Na⁺,K⁺//SO₄^2-,NO₃^--H₂O及其相关的6个三元子体系,测定研究了其冰点、共晶点以及析盐规律,绘制出了共晶点温度-液相组成图。研究结果表明:通过测定多元水盐体系降温过程中的时间-温度图,可以判断盐类析出规律、测定冰和盐的共晶点温度;上述体系中,常温下存在的复盐钾芒硝,在共晶点温度下均不再出现,水盐体系相关系得以简化;用棱柱图可以简单直观地表达三元体系、四元同离子体系和四元交互体系的相、冰点或共晶点的温度和溶液组成的关系;在三元体系的共晶点温度-液相组成图中,存在两条单盐与冰的共晶线、一个两种盐与冰的共晶点、一个冰析出面;在四元同离子体系和四元交互体系共晶点温度-液相组成图中,分别有3个和4个单盐与冰的共晶面、3条和5条两种盐与冰的共晶线、1个和2个3种盐与冰的共晶点。

在验证了CFD单相流场模拟的基础上,采用均龄理论计算了中试转盘塔内的轴向混合分布,并将计算结果和理论平均停留时间以及组分输运模型计算值进行对比。结果表明:均龄理论能准确预测转盘塔内的轴向混合信息,且其计算时间只需数十秒,远小于传统组分输运模型所需的两周时间,具有低计算量的特点;同时均龄理论克服了传统组分输运模型无法模拟轴向混合空间分布的缺陷,为萃取塔内部结构优化提供了更多信息,是一种高效的模拟方法。后续均龄理论模拟结果的分析预示着转盘塔内的流动近似呈现出级内全混、级间平推的特点,符合萃取操作的需求;而相对于转盘间良好的混合作用,静环间存在明显的流动死区,造成一定的非理想性,其结构有待于进一步的优化。

精馏塔板上的气液两相流动对传质效率有重要影响。根据实验数据拟合得到平均气含率关联式,将其加入动量源项,采用Fluent软件对1.2 m直径的组合导向浮阀塔板上的气液两相流动进行CFD模拟,考察了塔板上的气液两相流动状况。清液层高度的模拟结果与实验数据关联式相吻合,验证了模拟的正确性。对塔板上液相的非理想流动进行了分析,通过对反向流进行量化和统计计算出反向流体积分数(即反向流体积占塔板总体积的百分比)。3块不同浮阀排布塔板的反向流体积分数时均值的计算结果表明,梯形浮阀和矩形浮阀的排布方式对反向流影响很大,通过合理排布能够使工业塔板的反向流体积分数时均值从22.0%下降到19.4%,降幅达到11.8%。本研究结果可望对塔板的设计和优化提供指导。

采用离散单元法(DEM)模拟研究了二维移动床出口设置对物料卸料特性的影响。为验证模拟结果的合理性,首先针对单出口移动床进行了模拟研究,模拟结果表明:出口处颗粒质量流率满足修正的Beverloo经验关系式,而且定性上物料层内部流动区宽度随出口宽度的变化规律与实验结果吻合良好。在此基础上对两出口移动床的卸料特性进行了研究,得到以下结论:当出口宽度相等时,物料层内流动区宽度等于单出口条件下流动区宽度、出口间距及出口宽度的加和,而且每个出口处颗粒质量流率与单出口条件下颗粒质量流率相当;当出口宽度不相等时,增加大出口的宽度或减小出口之间的距离有助于提高小出口处颗粒质量流率,但大出口处颗粒质量流率基本保持恒定,不受小出口影响。

通过在跨临界CO₂系统中引入喷射器是回收系统节流损失的有效手段。实验研究了混合室直径分别为1.2、1.4、1.6 mm时,对带喷射器的跨临界CO₂热泵整体性能以及喷射器自身性能的影响。整个实验中热水进口温度、蒸发温度不变,热水出口温度作为比较基准,在实验中为变量。结果表明,混合室直径对压缩机排气温度影响较小,而其对压缩机排气压力影响较大,当混合室直径为1.6 mm时,压缩机排气压力最小;当混合室直径为1.6 mm时,系统制热系数最高。

摒弃传统颗粒动力学模型中颗粒绝对光滑的假设,以粗糙颗粒为研究对象,同时考虑颗粒碰撞过程中的对心和切向分力建立了粗糙颗粒动力学模型,采用近似求解给出了相关本构关系式。结合粉煤气化反应模型模拟研究了鼓泡流化床内粉煤颗粒的流动-反应过程,获得了床内粗糙颗粒时均速度和浓度的径向分布。与光滑颗粒的计算结果相比,粗糙颗粒的脉动能量增大,床内不均匀特性进一步增强。同时得到的各气体组分的浓度分布与他人的实验结果相吻合。

针对细颗粒气固鼓泡流化床中床料与竖直传热管壁面间的传热行为,在前期实验的基础上,采用计算颗粒流体力学(CPFD)方法从颗粒在传热壁面更新的角度,深入分析了传热特性与壁面气固流动行为之间的关联性。结果表明,模拟得到的传热管壁面颗粒更新通量和基于颗粒团更新模型的颗粒团平均停留时间均能很好解释实验测得的传热系数变化规律,这证实颗粒团更新是影响传热过程的控制性因素。模拟还发现随加热管从床层中心向边壁的移动,加热管周向方向上颗粒更新通量和传热系数的不均匀性都呈增大趋势。随着表观气速的增大,气泡行为导致床层颗粒内循环流率增大,这是导致颗粒团在加热管壁面上的更新频率增大以及床层与壁面间传热系数增大的根源。

将高速摄影及基于互相关原理的图像处理技术与颗粒扩散规律的研究进行结合,对湍动流化床中甲醇制烯烃催化剂SAPO-34颗粒的扩散系数进行了实验研究。实验表明,对于Geldart A类的SAPO-34颗粒,颗粒纵向扩散系数在10^-2～10^-1 m²·s^-1量级之间,横向扩散系数在10^-3～10^-2 m²·s^-1量级之间,两者均随流化风速的上升而增大。另外,在相同的流化风速下,粒径较小的颗粒具有更大的扩散系数。该结果对湍动床颗粒运动规律的研究有一定意义。

利用数值模拟研究了水平圆形与方形微小通道内R134a的冷凝换热阻力特性,制冷剂饱和温度为320 K。结果表明:传热系数与摩擦压降梯度随着质量流量、干度的升高而升高,而干度大于0.85时,摩擦压降梯度随着干度的升高而降低。方形通道的换热与阻力均高于圆形通道,数值结果与文献冷凝换热、阻力公式吻合较好。圆形通道内冷凝液膜集聚在通道下部,而方形通道内液膜集中在角落区域。薄液膜区域所占的比例随着干度的增大而增大,方形通道内的液膜厚度要小于圆形通道,换热效果优于圆形通道。

热管作为热超导元件已开始应用于中高温槽式太阳能热利用系统,但太阳辐射频繁变化的特点使得热管启动性能对热管集热性能影响很大。本文研制一套水平环路热管(HLTS),以导热姆为工质,搭建了热管启动性能测试平台,考察充液量、热通量及环境温度对启动性能影响。结果表明,工质流动方向为单向流,充液量对HLTS运行的影响较大,最佳充液量3.325 kg,当水平蒸发段工质充满度为100%时,蒸发段传热流型发生改变,管内形成脉动流;热通量增大时启动时间减少,启动温度为150℃不变;环境温度<9℃时,对热管启动有很大影响,冬季工质凝固,HLTS启动时间延长,影响热管集热。

建立了水平管内绝热流动阻力特性试验系统,试验研究了乙二醇溶液在两种新型多头内螺纹管内的流动特性。试验中,乙二醇体积分数为15%,两种试验管公称内径为22 mm与16 mm、螺纹头数为60头与38头、螺旋升角为45°与60°、相对粗糙高为0.022与0.053,测试段长度分别为2643 mm与2945 mm,Pr范围13.9～23.2,Re范围4000～33000。结果表明:多头内螺纹管阻力系数达到极大值之前的变化趋势与均匀粗糙管显著不同,而且无法通过既有多头内螺纹管经验模型准确描述;多头内螺纹管内达到阻力系数极大值的分界点Re为内肋结构参数的函数;入口效应对内螺纹管阻力系数的影响随Re增加而增大,传统的判别入口段可忽略的判据(l/d_i>60)并不适用于多头内螺纹管,尤其是在Re>20000的工况;既有多头内螺纹管经验模型适用工况条件有待进一步拓宽,多头内螺纹结构流动阻力的作用机制、阻力系数出现极大值的分界点的变化规律有待进一步试验探索。

基于新型高温高压喷雾闪蒸实验台,以水为工质,研究初始条件和运行条件对闪蒸蒸发特性的影响。首次将液体初始温度提高至100℃以上,将闪蒸罐运行压力保持为正压,并使用具有独特双S形叶片的涡旋实心锥喷嘴,将液体向上或向下喷入闪蒸罐。实验过程中液体初始温度为135～150℃,闪蒸压力分别为121、126、131、136、141、146 kPa,液体过热度为30～46℃。实验结果表明,闪蒸蒸汽流量随初始温度的提高而增大,随闪蒸压力的提高而减小。液体向下喷射比向上喷射产汽量更高,蒸汽带水更少。闪蒸效率随过热度呈线性增长,在大量实验数据基础上拟合出二者之间的经验公式。实验结果为高温高压喷雾闪蒸的工业应用提供借鉴。

环路热管是一种高效的两相热控装置,主要应用于航天航空热控和地面高热流电子器件的散热。现有的平板式环路热管只有一个面可以进行散热,一方面,不利的背向导热使得环路热管在低热负荷的条件下启动困难,另外,蒸发器的另一个面也存在散热的潜能。针对上述不足,提出了平板型甲醇-铜双面蒸发器环路热管。在重力辅助倾角为10°,热沉温度为0℃的条件下,对单面加热和双面加热的启动性能和变工况运行进行了实验研究。实验结果表明:该新型环路热管在单面加热和双面加热条件下,均可以成功启动和正常运行,且双面工况时的启动性能比单面更稳定、迅速;在加热面的温度不超过(90±2)℃的情况下,单面可以传递的最大热负荷为210 W,对应热流为21.8 W·cm^-2,而双面传递的最大热负荷为240 W;双面交替运行时,LHP能够快速从一个面转向另一个面运行,没有出现运行失败。

同轴圆筒流变仪在恒剪速或恒应力测试初始过程中测试黏度远高于真实值的现象与流场非稳态作用等因素有关。测量间隙内的Couette流动研究主要集中在边界条件为恒值或某一具体时间函数下的理论推导,而测量间隙的边界条件实际为某一动边界。假设动边界为任意f(t),将同轴圆筒间Newtonian流体初始流变测试过程简化为无限大平板间Couette流动,采用特征函数法和Laplace变换推导应力和剪速边界下流场及表观黏度精确解,同时依据不同间隙尺寸和运动黏度对6种边界条件下的瞬态表观黏度进行数值计算。结果表明:当u <20 mm²·s^-1时,控制剪速边界下流场及表观黏度平衡时间更短;当20 mm²·s^-1<u<20000 mm²·s^-1时,控制应力边界下流场及表观黏度平衡时间更短;当u >20000 mm²·s^-1时,两类边界条件下的平衡时间相近。

为了研究惯性管盘绕方式对脉管制冷机性能的影响,揭示不同盘绕结构时惯性管调相能力及制冷机性能变化规律,为实际应用提供必要的实验数据或理论支持,结合湍流因素影响,计算了不同盘绕惯性管的压降损失,分析对调相能力的影响。研究发现,绕圈数越多,压降越大,惯性管调相能力越小。最后,选用了不同盘绕方式的惯性管进行了实验研究,实验结果显示随着惯性管盘绕圈数增加,压缩机效率略微减小,相同冷量下制冷机输入功率显著增大。对惯性管型脉管制冷机盘管方式的实际应用具有重要指导意义。

提高冷热两端温度是提高热电器件发电效率的有效途径之一。但当施加于热端表面的热通量不均匀时,热端表面温度不均匀,系统性能受到影响。基于此,建立了热电器件的热电转换耦合数学模型,分析热电材料物性参数,非均匀热通量等参数对热电器件的功率输出特性的影响。数值模拟结果表明:材料物性参数随温度的变化对系统输出功率的影响不可忽略,热通量4 W·cm^-2时物性参数对系统最高温度的影响接近4%;非均匀热通量对热电器件输出特性影响也十分显著,热通量均匀度越小,热端表面温度分布不均匀性越大,极值温度越高,高温区越小,断路电压越低。

过冷度是各种凝结现象产生、发展的直接驱动力,叶栅通道内湿蒸汽成核过程通常集中在喉部下游很窄的区域内,水滴数目和水滴半径分布则受到边界层和尾迹影响。针对叶栅通道内跨音速非平衡凝结流动参数分布陡峭、变化敏感的特点,采用具有较好激波捕获效果的高分辨率二阶TVD格式进行离散。利用时间推进法对控制方程进行求解,建立了凝结流动的数值解法,模拟与实验结果相吻合,验证了模型的准确性。研究了叶栅通道内非平衡凝结流动的基本物理现象,讨论了进口过冷度对凝结特性的影响,归纳了叶栅通道内压力、成核率、水滴数、水滴半径、蒸汽湿度的变化规律。研究表明:进口过冷度对非平衡凝结流动特性有重要影响。

为考察不同形状和布置方式的翼型涡发生器强化半圆形截面螺旋通道的换热特性,对单一以及安装了jxjs、jxjk、sjjs和sjjk 4种涡发生器的螺旋通道内流动与换热特性进行了数值研究,数值模拟结果与实验结果吻合较好。结果表明,研究范围内涡发生器前后180°范围内的换热壁面平均Nusselt数与单一通道的相应值之比的平均值在1.044～1.074之间,流动阻力系数f/f₀在1.105～1.188之间。对传热效果而言,矩形翼优于三角形翼,对翼渐缩布置优于渐扩布置。涡发生器产生的纵向脱落涡旋改变了原有的二次流场结构,改善了速度场和温度场的协同性,强化了传热。安装jxjs和sjjs型涡发生器的复合二次流场分别为4涡和2个大涡结构,Re=8000时两者在通道内强化换热作用范围分别可达10.47和12.56倍翼高的距离。

针对动力型热管内两相流沸腾过程复杂未知,实验复现性差的问题,搭建了动力型热管两相流沸腾传热实验装置,对水平管内R134a工质沸腾传热过程的沿程阻力特性及对流传热系数进行了实验研究,并将获得的实验数据与前人总结的压降、对流传热系数计算关联式进行对比分析。研究表明,Muller-Steinhagen-Heck压降关联式的积分值与实验结果吻合较好,误差在±10%以内;Mohseni关联式在干度大于0.1时所得对流传热系数与实验结果具有较好一致性,误差在±10%以内,但在干度小于0.1时存在较大偏差,部分误差已超30%,为此重新拟合了干度小于0.1时的对流传热系数关联式。该结果可为该类换热器的实验研究、数值模拟及优化设计提供有效的理论参考标准。

自动复叠制冷在小型制冷低温装置中有较强的应用优势,它能制取氮气液化温度77 K到常规单机压缩制冷温度230 K温区。针对三级自动复叠制冷系统非共沸混合制冷工质不同组分配比进行实验研究,对比分析了R600a、R23和R14混合制冷剂4种组分配比35/35/30、35/30/35、30/35/35和35/25/40,根据压缩机的运行工况和蒸发器的降温特性可以得到4种配比的各项运行性能参数比较接近,组分配比35/30/35的蒸发温度较低。蒸发器设计冷负荷为60 W,设计蒸发温度为180 K,低温冷柜内的蒸发温度最低可以达到并稳定在175 K。根据两种组分配比35/35/30和35/30/35在不同冷负荷时的蒸发器制冷特性实验研究,组分配比35/30/35的最高COP为8.47%;组分配比35/35/30的最高COP为14.4%。

构建了150 mm × 150 mm × 500 mm小尺度受限空间三维模型,基于火焰表面密度模型和Charlette湍流燃烧模型,对两侧连续障碍物条件下瓦斯爆燃火焰与湍流耦合过程进行了大涡模拟(LES)。模拟结果均与实验结果进行了比较。结果表明:大涡模拟可以很好预测瓦斯爆燃过程中的火焰结构、火焰锋面位置、火焰传播速度及超压,验证了大涡模拟及湍流燃烧模型对于瓦斯爆燃的适用性。此外,通过Karlovitz数定量描述了瓦斯爆燃火焰与湍流之间的相互作用及其变化规律,并对不同时刻的火焰模态进行了判别,在两侧连续障碍物条件下瓦斯湍流爆燃火焰先后经历波纹小火焰和薄反应区两种模态。

提出利用几何对称性和部分埋管周围温度场呈近似相同周期性变化的特点,对集群竖埋管地热换热器传热分析进行简化的方法。在有限长线热源模型基础上,以无渗流矩阵形式布置的集群竖埋管地热换热器为例,利用该方法进行简化分析,提出采用代表性埋管矩阵代替原集群埋管地热换热器进行传热分析。结合代表性埋管矩阵和相应工况下的单根埋管传热进行分析,认为可以通过单根埋管的传热影响半径,确定地质条件、埋管几何参数、负荷及运行条件等相同情况下大型集群埋管换热器的代表性埋管矩阵。土壤热导率大小影响代表性埋管矩阵的规模,本文条件下土壤热导率越大,确定的代表性埋管矩阵越小。

脉动热管工质气泡的产生、脉动、分裂、合并是脉动热管运行特性的重要影响因素。而表面张力是气泡产生、脉动、分裂、合并运行规律的重要影响参数。以表面活性剂十二烷基苯磺酸钠(sodium dodecyl benzene sulfonate,SDBS)为溶质,以去离子水为基液,配制了质量分数为0.001%、0.005%和0.009%的3种溶液。测试发现表面活性剂的添加对水的表面张力改变较大,浓度为0.005%时表面张力降低了42.2%,而对水的比热容、密度、黏度影响较小。在自行设计搭建的脉动热管传热性能实验台上,对比实验测试了在不同浓度、不同加热功率下表面张力对脉动热管启动及传热性能的影响规律。研究结果发现:表面活性剂可以减小脉动热管启动时间,在低加热功率条件下(≤90 W),0.001% SDBS水溶液的启动时间最快,最快比水快了11.2%;而在大功率加热条件下,SDBS的添加对启动时间影响较小。而且表面活性剂可以改变脉动热管传热性能,使其热阻出现不同程度的减小。

纵向涡强化传热技术在管翅式换热器中得到了广泛的应用。但是一直以来对纵向涡强化传热的研究主要停留在涡产生器结构参数及布置方式对换热的影响方面,文献对纵向涡强度与换热强度之间定量关系的研究鲜有报道。建立了采用纵向涡强化传热的扁管管翅换热器数值模型,采用二次流强度参数Se分析了翅片及涡产生器结构参数变化时,通道内纵向涡强度与换热强度之间的定量关系;并定量分析了通道中涡产生器引起的纵向涡强度增量与传热强化量之间的定量关系。结果表明:翅片及涡产生器结构参数变化时,Nu、Se与Re之间,以及阻力系数f与Re及Se之间均不存在定量对应关系,但Se与Nu以及ΔSe与ΔNu之间存在对应关系。这表明,在布置有纵向涡产生器的扁管管翅换热器翅侧通道内,纵向涡强度决定了通道内的换热强度。

利用高速摄像机拍摄顶部浸没竖直向下管口气泡膨胀及脱离演变过程,对比分析管径、平均气速对气泡尺寸、形成时间的影响规律。引入泡龄k表征管口气泡位置特性,用椭球形气泡长短轴比L表征气泡形状特征。研究发现,气泡生成机理有间歇生成气泡、含抽吸间歇生成气泡和连续生成气泡3种;气泡脱离直径随平均气速变化过程明显存在气泡脱离形态转变点;气泡膨胀脱离模式随平均气速变化分为单个气泡形成、气泡聚并形成两种。平均气速为3.1 m·s^-1时管口处存在抽吸现象,此时最大泡龄k_max最小;脱离阶段气泡长短轴比L随脱离时间变化过程明显存在时间分界点。在分界点前,L值在2.0附近波动,气泡主要以椭球形存在。分界点后,L值明显增加,气泡形状向扁椭球体发展。

搭建了研究撞击流中颗粒旋转特性的气固两相撞击流实验台,使用高速摄像机拍摄一个截面为0.15 m×0.08 m的撞击区域内固体颗粒的运动。利用所搭建的实验台设置了单喷口和双喷口两种实验方式来研究颗粒旋转影响因素,得出撞击流内颗粒的旋转特性。结果表明:固体颗粒在气相中运动过程一直伴随着其自身的旋转;气相场对颗粒转速的影响较小,可忽略不计;相同实验条件下,颗粒直径越小其转速越大;颗粒以及气相速度越大,则固体颗粒在碰撞后的转速越大,当加速气相速度为25 m·s^-1,氧化铝陶瓷直径为0.003 m时,颗粒碰撞前后转速差平均值可达280 r·s^-1;颗粒间碰撞过程中,颗粒相对运动偏置角度对转速变化影响很小。

辛醇(2-乙基己醇)是一种重要的增塑剂醇。正丁醛自缩合合成辛烯醛是工业生产辛醇的重要步骤之一。为克服工业正丁醛自缩合反应因使用强碱水溶液催化剂所带来的设备腐蚀、污染环境、生产成本高等缺点,采用La改性γ-Al₂O₃催化剂(La-Al₂O₃)催化正丁醛自缩合反应。首先研究了制备方法和制备条件对La-Al₂O₃催化性能的影响,发现采用胶溶法、于700℃下焙烧4 h得到的La-Al₂O₃催化性能较好,具有相互匹配的酸碱中心是催化性能较好的关键。以适宜条件下制备的La-Al₂O₃为催化剂,研究了反应条件对正丁醛自缩合反应的影响,得到适宜的反应条件为:催化剂与正丁醛质量比为0.15、反应温度180℃、反应时间8 h。在此条件下,正丁醛的转化率最高达到90.6%,辛烯醛的选择性为91.7%。该催化剂重复使用4次,催化活性无明显下降。通过对反应液进行GC-MS分析,确定了正丁醛自缩合反应体系中的副产物,进而推测了可能的副反应,建立了La-Al₂O₃催化正丁醛自缩合合成辛烯醛的反应网络。

采用共沉淀法分别引入Si、Al、La、Ca、Mg、Zr、Cu、Ni和Co 9种助剂元素对FeOOH催化剂改性,借助BET、XRD、SEM手段表征各助剂对催化剂微观结构、晶相和形貌的影响,在0.5 L高压釜内测试各催化剂对神东煤的直接液化催化活性。结果表明,引入Si、Al、Ca、Zr、Ni、Co能改善催化剂比表面积和分散度,分别提高煤液化油收率0.7～2.7个百分点;Ni和Co为最优助剂,Mg没有促进作用,Cu、La降低了油收率。研究表明,Al、Ca、Zr是通过结构支撑改善催化剂的织构性质,促进生成易于转化为活性相的小晶粒g-FeOOH,Ni、Co主要起到电子型助剂作用,通过强化对氢气的活化,促进煤的转化,提高油收率。

以P₁₂₃为模板剂,正硅酸乙酯为硅源,以硝酸氧锆为锆源,采用水热一步法合成了分子筛催化剂Zr-SBA-15,用XRD、BET、ICP、吡啶FT-IR、NH₃-TPD进行了分析表征,考察了不同Si/Zr摩尔比Zr-SBA-15催化苯酚、甲醛合成双酚F的催化活性,发现当Si/Zr摩尔比为20时催化活性较好。以Si/Zr摩尔比20的Zr-SBA-15为催化剂,在反应温度90℃、酚醛摩尔比30:1、催化剂与甲醛质量比1:1条件下反应240 min,双酚F收率达到83.5%,邻位异构体双酚F选择性高达92.5%,同时还提出了Zr-SBA-15高选择性催化苯酚、甲醛合成邻位异构体双酚F的反应机理。

为了减少离子液体用量及解决催化剂分离问题,采用键合法制备了以SBA-15为载体的固载化离子液体催化剂[C₃SO₃HCP]HSO₄/SBA-15,通过FT-IR、TG、XRD、BET和TEM分析了催化剂的结构和稳定性。并将其应用于催化丁二酸酐和乙醇的酯化反应。结果表明:[C₃SO₃HCP]HSO₄被成功固定在SBA-15上,且具有较高的热稳定性和催化活性,克服了非均相催化剂活性不高与均相催化剂难以分离的不足。在催化剂用量为反应物总质量的5%、n(C₄H₄O₃):n(C₂H₅OH)=1:3,反应温度80℃;反应时间4 h、带水剂用量为反应物总质量的30%的条件下,酯收率达93.7%,且该催化剂循环使用8次后,仍具有较高的催化活性。此外,还考察了以[C₃SO₃HCP]HSO₄/SBA-15为催化剂催化合成系列酯也获得了较高的酯收率,且易于与产物酯分离。

以可溶性氨基酞菁3,3',3",3"'-四(二甲氨基)铜酞菁(α-TDMACuPc)为敏化剂,采用溶胶-凝胶法制备了氨基酞菁-二氧化钛(α-TDMACuPc-TiO₂)光催化剂,通过紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)、X射线衍射(XRD)对其进行了表征,并通过对甲基紫的光催化降解考察了α-TDMACuPc-TiO₂光催化剂的催化性能。结果表明,α-TDMACuPc在近红外光区有较强的吸收,敏化后的二氧化钛吸收可被拓展至可见-近红外光区,而且二氧化钛呈金红石晶型。α-TDMACuPc敏化后的二氧化钛在可见-近红外光区的催化活性明显提高,在α-TDMACuPc质量分数为1%时催化活性达到最高,而且光催化剂具有较好的稳定性。

在大型提升管冷模实验装置上,系统地考查了带有环流预汽提的旋流快分(CVQS)系统的气相流场和粒级效率。结果表明,随着旋流快分系统喷出口气速的增加,粒径小于7 μm颗粒的粒级效率的变化较小,7～20 μm颗粒的粒级效率逐渐变小,而超过20 μm颗粒的粒级效率则逐渐增大。根据CVQS快分系统的气固分离原理和结构特点,建立了计算CVQS系统粒级效率的三区模型。计算结果表明,在颗粒粒径大于20 μm时,模型预测的粒级效率与实验值吻合较好,其最大相对偏差不超过6.1%;在颗粒粒径小于20 μm时,模型计算的粒级效率与实验值相差较大,其相对偏差在45.7%～80.3%之间变化,并且随着颗粒粒径的减小,其相对偏差逐渐增加。模型对于主要用于分离20 μm以上颗粒的CVQS系统的工程设计,具有重要参考价值。

利用高硅疏水性沸石ZSM-5吸附回收低浓度煤层气中的甲烷,对其吸附平衡、吸附动力学以及真空变压吸附分离过程进行了理论和实验研究。通过重量法和穿透曲线法测定了CH₄/N₂单组分及双组分的竞争吸附平衡数据,并采用Multisite Langmuir吸附等温线模型对其进行拟合。结合CH₄和N₂稀释穿透曲线实验数据和等温无动量损失的双分散二级孔结构扩散模型,获得CH₄和N₂在沸石ZSM-5上的微孔扩散系数。建立并求解包含质量、动量及能量传递的固定床吸附分离模型方程,预测了CH₄和N₂在沸石ZSM-5上的竞争吸附穿透曲线。进一步采用ZSM-5吸附剂填充床单柱四步真空变压吸附实验考察了进料浓度、进料流速、进料时间以及吹扫比对分离效果的影响。结果发现沸石ZSM-5对CH₄具有较好的选择性,沸石晶粒内的微孔扩散为吸附速率控制步骤,真空变压吸附工艺可将模拟煤层气中20%的CH₄提纯至31%～41%,回收率为93%～98%。

采用水热法成功制备了MOF-74(Ni),使用PXRD、孔径分析对材料进行了表征,测定了材料在不同温度下的C₃H₆和C₃H₈吸附等温线,应用程序升温脱附技术估算了脱附活化能,并使用IAST理论预测了材料对C₃H₆/C₃H₈二元体系的吸附选择性。讨论了温度对吸附机理和吸附选择性的影响。结果显示,MOF-74(Ni)的BET比表面积高达1306 m²·g^-1。在298 K下,C₃H₆的吸附量高达7.4 mmol·g^-1。随着温度升高,C₃H₈的吸附量大幅降低,而C₃H₆的吸附量下降程度较小,导致材料对C₃H₆/C₃H₈吸附选择性升高。当温度为328K时,MOF-74(Ni)对C₃H₆/C₃H₈二元气体混合物的吸附选择接近12。程序升温脱附的实验结果显示,C₃H₆在MOF-74(Ni)上的脱附活化能大于C₃H₈,分别为68.92 kJ·mol^-1和50.80 kJ·mol^-1。C₃H₆是通过与MOF-74(Ni)的不饱和金属位点Ni²⁺以p络合作用方式吸附,作用力较强,而C₃H₈与Ni²⁺之间的作用力较弱。根据吸附机理不同的特点,适当提高温度,将有助于提高MOF-74(Ni)吸附分离C₃H₆/C₃H₈混合物体系的吸附选择性。

为了提高氧化石墨烯(GO)的吸附能力和分离效果,采用恒温搅拌法和水热法制备磁性三乙烯四胺氧化石墨烯(M-T-GO)复合吸附剂。通过X射线衍射(XRD)、傅里叶红外光谱(FT-IR)和透射电镜(TEM)测试方法对其进行表征,并对M-T-GO对Cu²⁺的pH、吸附动力学、吸附等温线和吸附热力学进行研究。结果表明,M-T-GO对Cu²⁺的吸附符合二级反应动力学和Langmuir吸附等温式描述,吸附反应为自发吸热过程,饱和吸附量为245.09 mg·g^-1,同时具有快速分离和易再生的优点。采用X射线光电子能谱(XPS)推测M-T-GO对Cu²⁺的吸附机理,结果表明M-T-GO主要通过螯合作用和静电引力对Cu²⁺进行吸附。

采用硅溶胶和多巴胺作为修饰剂,通过一步反应在微孔聚丙烯膜(MPPM)表面构建了SiO₂修饰层。利用FTIR、ESEM和EDX对膜进行了表征,发现膜表面SiO₂颗粒分布非常均匀。水/油接触角及纯水通量实验结果表明,修饰膜具有超亲水性及水下超疏油性,透水能力强,水通量大[在0.1 MPa时,水通量高达(5100±500)L·m^-2·h^-1]。油水乳液分离结果表明,修饰膜能有效分离油水乳液,在0.05 MPa时,油水乳液水通量达2830 L·m^-2·h^-1,油截留率达99.8%以上,即使过膜压力增大到0.15 MPa,油截留率也能保持在99%以上,且膜表面的油污可用水清洗除去,展现出很好的应用前景。

将热管高效传热和高压喷雾技术应用于单级真空蒸发器,对含盐量3%的人造海水进行试验,结果表明:热管吸收40～80℃的低品位热源热量并以高热通量传递给闪蒸后的液滴,能保持甚至提高液滴蒸发过程的过热度,显著增大水分离率;冷热源温度取代初始过热度成为影响分离效果的主要因素,但要避免干壁现象;改变冷热源温度、初始过热度及流量能实现对分离率的调节。该方法对低品位热源在海水淡化工程中的有效利用、提升单位体积装置淡水产量和制取浓盐水均有重要参考价值。

针对传统的多元统计故障监测方法往往需要假设测量数据服从单一高斯分布的不足,提出了一种基于非负矩阵分解(NMF)的多模态故障监测方法。首先使用标准的NMF算法对训练集数据进行聚类,将多模态数据划分到各个模态中;然后使用稀疏性正交非负矩阵分解(SONMF)算法对各模态分别建模,同时构造监控统计量进行故障监测。将提出的基于非负矩阵分解的多模态故障监测方法应用于数值例子和TE过程的仿真结果表明,该方法能够及时有效地检测出多模态过程中的故障。

乙烯裂解炉收率的实时预测对于生产的先进控制及节能降耗具有重要意义。实际生产过程中,不同工况的收率具有较大差别,采用单一工况、单一模型无法满足生产需要。考虑到裂解炉不同运行过程中的相似性,同时为了减小建模过程中典型样本的采集成本,有效利用历史数据,辅以迁移学习算法实现工况的高精度划分。不同工况采用泛化能力强、训练速度高的最小二乘支持向量机建模,并利用粒子群算法对LS-SVM的参数寻优,进一步提高模型精度,从而实现了多工况、多模型的高精度收率预测。基于某乙烯厂现场数据的实验结果表明,多工况、多模型的预测效果更准确合理,PSO优化LS-SVM建立的裂解炉收率模型预测精度更高,趋势跟踪性能良好。

针对间歇过程固有的多阶段特性,也为了克服传统阶段划分方法严格按照物理时刻顺序将采样点硬性分割而不能使其寻找数据特征最为相近的聚类中心的严重缺陷,提出基于仿射传播聚类(AP)的子集多向主元分析(subset-MPCA)监测新方法:采用全新的乱序聚类思想,将时间片矩阵打乱用AP进行无约束乱序聚类,使样本突破时间顺序的约束自由找寻与其特征最为相近的聚类中心,获得聚类子集,建立精确的子集MPCA监控模型。在线监控时,引入信息度传递实现实时采样点的阶段归属判断,解决阶段不等长批次的最佳模型选择问题。对青霉素仿真数据的实验表明,该方法较传统方法可有效降低故障的漏报和误报,有着更加可靠的监控性能。

将离子液体OMImBF₄与HMImPF₆二元复合,研究了离子液体复合前后电导率、红外谱峰等的变化,在不同体积比的OMImBF₄/HMImPF₆体系中采用循环伏安法(CV)、计时电流法(CA)和电化学原位红外光谱法(In-situ FTIRS)等方法探究了硝基苯在铂电极上的电化学还原行为。研究结果表明,OMImBF₄/HMImPF₆的电导率随HMImPF₆体积比的增大而减小,红外谱峰较单一离子液体变化明显;硝基苯在体积比为3:1的二元离子液体OMImBF₄/HMImPF₆体系中的还原峰电位及还原峰电流均优于单一离子液体,且主要产物偶氮苯的选择性及硝基苯的转化率都要优于单一离子液体。硝基苯在此二元离子液体体系中的还原过程受扩散控制,扩散系数D为 2.024×10^-7 cm²·s^-1。

为进一步探究机械密封液膜中空穴初生、演变等影响因素,基于质量守恒空化模型,建立考虑微观波度和锥度的液体润滑机械密封数学模型,采用有限控制体积法对控制方程进行离散,综合分析不同波幅、波数及锥度对空化特性的影响。结果表明:波度产生流体动压润滑效应,锥度产生流体静压润滑效应,两者共同影响空穴的初生和演变,而又影响空穴沿周向和径向的变化;空穴初生时,液膜破裂位置位于膜厚沿周向发散的低压区,且在空穴演变时其沿某一半径方向保持不变;量纲1波幅不超过0.5且波数不低于8或量纲1负锥度大于0.5的工况均可加快空化率,促进空化发生;而相同波幅且波数小于8或锥度趋向于正锥度的工况均可减缓空化率,有效抑制空化发生。

以携带多拷贝猪胰岛素前体(PIP)基因的毕赤酵母(Pichia pastoris)为供试菌株,对分批补料发酵PIP合成动力学模型进行研究。建立了不同拷贝数毕赤酵母发酵合成PIP的菌体生长、产物合成和底物消耗的动力学模型,并通过Origin8.0软件对模型参数进行了非线性拟合。根据动力学模型结果发现,随着拷贝数的增加与菌体生长相关的产物系数 和细胞生长代谢系数k₁绝对值不断增加,12拷贝时PIP表达量达到最高,说明只有进一步促进高拷贝菌株细胞生长并减少其代谢负担才能更有效地提高产物的生成速率。同时表明:预测值与实验值有良好的拟合性,所建模型能较好地反映分批补料发酵过程PIP的合成。

随着工业化进程高速发展,尤其受近期“雾霾”的影响,大气环境质量越来越受重视。空气中氧气补给是提高空气质量的关键方法之一。相对于传统制氧技术(如空气物理分离法、化学法以及水电解法等),空气源电化学连续分离制纯氧技术具有空气源分离制纯氧、能量效率高、连续运行、环境友好、安静、易规模放大等特点,可实现室内外场合应用。该技术的关键部件是质子交换膜燃料电池和固体聚合物电解质电解池(简称燃料电池和电解池)。分别考察了其单池操作条件对性能的影响,如燃料电池的操作温度、相对湿度、气体利用率和压强,以及电解池的供水方式、循环水流速、操作温度等。测试了燃料电池单池极化曲线、电化学交流阻抗谱,并计算了膜电导率和活化能。对极化曲线进行拟合得出塔菲尔(Tafel)斜率、氧还原反应交换电流密度i₀以及传质影响参数m、n等基本动力学参数。结果表明,氢空燃料电池单池最优化条件为:常压条件下,操作温度为60℃,峰值功率密度可达0.42 W·cm^-2,膜面电阻为77 mΩ·cm²,膜电导率为41.4 mS·cm^-1。Tafel斜率受温度影响较小,在120 mV·dec^-1左右,但受相对湿度影响较大。相对湿度对单池性能影响显著。电解池单池最优化操作条件为:操作温度对性能影响较大且最佳为65℃,膜面电阻为1.08 Ω·cm²,膜电导率为11.7 mS·cm^-1。循环水流速对性能影响较小。供水方式的优劣次序为两极供水≈阳极供水>阴极供水。在上述实验条件下,燃料电池中Nafion^®211膜和电解池中Nafion^®115膜的活化能计算值分别为3.75和4.61 kJ·mol^-1。基于燃料电池和电解池的单池电化学性能优化,研究结果可为后续的制氧机系统中电池堆的实施提供实验依据。

研究了利用2-溴乙烷磺酸钠(BES)选择性抑制产甲烷菌,从而提高微生物电化学系统合成乙酸产率的可行性,并对比了BES添加前后阴极室微生物菌群结构的变化。结果表明,厌氧混合菌接种物未经BES处理时甲烷是电化学系统CO₂还原的主导产物,最大生成速率达0.95 mmol·L^-1·d^-1,8 d反应时间甲烷中电子回收率达55.0%,16S rRNA测序结果显示固态阴极的主要菌群为Methanobacteriaceae。BES的添加基本抑制了产甲烷菌的活动,使得乙酸成为主导产物,其合成速率最高达2.22 mmol·L^-1·d^-1,系统总电子回收率达67.3%。Rhodocyclaceae (15.1%),Clostridiaceae(11.9%)、Comamonadaceae(11.1%)和Sphingobacteriales(11.0%)为主要菌群。研究结果表明了微生物电化学合成系统中抑制甲烷生成对调控微生态结构,从而调控电化学终产物的重要性。

采用臭氧氧化结合湿法喷淋硫代硫酸钠溶液的方法开展模拟烟气同时脱硫脱硝实验研究。结果表明,采用臭氧氧化结合Na₂S₂O₃-NaOH溶液湿法喷淋可以实现NO_x和SO₂协同脱除:在O₃/NO摩尔比为1.1～1.2时,溶液中Na₂S₂O₃浓度的增加会提高系统的NO_x脱除效率,烟气中SO₂的存在会促进NO_x的脱除,当SO₂浓度为1030 mg·m^-3、2.0%Na₂S₂O₃溶液作为喷淋液时可实现较高的SO₂脱除效率,同时NO_x脱除效率可达70%以上;喷淋液pH在2.5～9范围内变化时提高浆液pH有利于NO_x的脱除,当pH 9时脱硝效率可达75%。180 min连续同时脱硫脱硝实验结果表明,硫代硫酸钠可有效促进NO_x的脱除,并实现SO₂较高的脱除效率,同时可实现系统同时脱硫脱硝连续稳定运行,喷淋吸收后烟气中NO_x的主要转化产物为NO₂^-, 该方法作为一种有效的同时脱硫脱硝技术,具有一定的工业应用推广前景。

利用景观型和蔬菜型水平潜流湿地净化经生化处理后的生活污水尾水,进行湿地除磷动力学模型研究。对比分析不同湿地单元的除磷效率。为优化湿地除磷设计,采用一级动力学模型和Monod模型模拟除磷效果,对比模拟准确性,讨论水温、水力负荷与模型反应速率常数间关系,并建立湿地除磷模型构建式。结果表明,景观型湿地除磷能力顺序:美人蕉单元>再力花单元>鸢尾单元,蔬菜型湿地:空心菜单元>茭白单元>番茄单元,除磷效果差异归因于不同类植物的生物量区别。Monod模型(模型效率值ME:0.76～0.86)对湿地除磷的预测较一级动力学模型(ME:0.53～0.72)具有更高准确性。总磷面积去除率随水温的降低而减小,Arrhenius拟合结果表明,美人蕉(θ=1.006)、再力花(θ=1.008)和空心菜(θ=1.006)单元K_max对水温变化不敏感,水温对鸢尾(θ=1.015)和茭白(θ=1.014)单元除磷效率有较大影响。K_max20与水力负荷间存在显著正相关性,两者符合乘幂方程(R²:0.657;0.805)关系。考虑了水温和水力负荷因素的Monod模型构建式,对试验湿地除磷预测具备准确性。

微生物燃料电池(MFC)作为一种同步产电和除污的新型电化学装置,为有效处理难降解有机污染物提供了一种途径。基于阴极Fenton反应,提出了一种耦合典型双室MFC中阳极沼液产电及阴极降解有机锡的新方法。结果表明,阳极产电生物膜经驯化后MFC的最高电压提高了50.32%,而且电压稳定时间延长了1倍。MFC运行结束后,阳极沼液COD、总氮、总磷的去除率分别为85.35%±1.53%、59.20%±5.24%、44.98%±3.57%。阴极三苯基氯化锡(TPTC)的降解率随其初始浓度增加而降低。在添加100 μmol·L^-1 TPTC时,MFC的最高输出电压为280.2 mV,最大功率密度为145.62 mW·m^-2。TPTC在14 d后完全降解,降解效率为91.88%,降解速率约为0.273 μmol·L^-1·h^-1。研究结果可为利用MFC同步处理阳极有机废水和阴极有机污染物的实际应用提供基础支持。

近年来随着环境保护的不断深入,控制温室气体排放逐渐成为研究重点,而火力发电作为CO₂最大的集中排放源,对其实施碳捕集是必要的。氨法脱碳优点众多,但氨逃逸问题始终没有得到很好解决。通过实验研究明晰了CO₂浓度、氨水吸收剂浓度、吸收反应温度对氨逃逸的影响规律,基于金属离子的络合效果探讨了几种金属离子对氨逃逸的抑制效果,发现Ni²⁺对氨逃逸有较好的抑制效果,并通过紫外分光光谱推测了其抑氨机理。本研究成果可对氨逃逸问题的解决提供一定的参考。

以半纤维素和TiO₂纳米粒子为原料制得半纤维素/TiO₂复合凝胶。分别用红外光谱分析和扫描电镜对复合水凝胶进行了表征,分析表明半纤维素上成功接枝聚丙烯酸,凝胶呈现多孔结构,且随着TiO₂含量的增加凝胶孔径减小。考察了半纤维素/TiO₂复合凝胶的溶胀性能以及对亚甲基蓝的光催化降解性能,研究表明半纤维素/TiO₂复合凝胶的溶胀率随着TiO₂粒子含量的增加而减小,随着pH的增大先增大后减小;对亚甲基蓝染料的降解率随着TiO₂含量的增加先增大后减小,随着pH的增大先增大后减小,随着亚甲基蓝初始浓度的增大而增大。

酶解糖化是木质纤维素材料制备生物质乙醇的关键环节,因此提高稻秆等木质纤维素材料的酶解糖化效率具有重要意义。以稻秆为原料,采用表面活性剂耦合离子液体为预处理方法,考察预处理温度、时间、表面活性剂的添加比例对稻秆酶解的影响。结果表明,预处理温度为110℃、时间为60 min、表面活性剂添加比例为1%,稻秆的酶解效果最佳,与单独离子液体处理的稻秆相比,纤维转化率可提高8%～15%。同时分别通过稻秆成分分析、FTIR、XRD、SEM等对预处理前后的稻秆结构进行表征,证实预处理后酶解效率提高的合理性。

利用不同预处理方法获得的玉米秸秆底物研究木质素脱除对纤维素酶吸附量及酶解效率的影响。相比于其他处理方法,2%(质量分数)NaOH处理的底物具有最高的木质素脱除率(85%),最高的底物可及性[4.7 mg·(g 葡聚糖) ^-1]及酶解效率(18.9%)。通过对不同处理获得的底物进行Langmuir吸附等温曲线模拟,获得了最大吸附量(W_max)与吸附平衡常数(K),且木质纤维素酶水解效率与纤维素酶吸附量具有很好的线性关系(R²>0.8),表明脱除木质素能很好地提高底物可及性与酶解效率。然而,提高NaOH浓度(3%,4%)进一步脱除木质素时,底物可及性与碳水化合物转化为单糖的效率反而明显下降。因此,适当脱除木质素而提高底物对纤维素酶的可及性将有助于获得更有效的酶水解效果。

邻苯二甲酸二丁酯(DBP)是水源水中常见的内分泌干扰物。以新型的饮用水处理材料离子交换树脂(MIEX)为吸附剂,以DBP为目标污染物,从动力学、吸附等温线、电荷密度测定、红外光谱表征、X射线光电子能谱以及共存组分影响等方面分析了MIEX去除DBP的效果和机理。MIEX去除DBP的过程仅需20 min即达到平衡,可用准二级动力学描述,中性溶液中DBP的饱和吸附量为0.944 mg·g^-1。中性条件下DBP带电量仅为2.7×10^-3 mmol·mmol^-1,MIEX与DBP间的作用并非离子交换,而是以DBP分子与MIEX基材间的疏水作用以及氢键作用为主。高浓度 和 不会对DBP的去除效果产生影响;高浓度的腐殖酸(HA)轻微抑制DBP的去除,但微量DBP并不会影响MIEX对HA的去除效果。因此,MIEX作为能高效去除水中天然有机物的新型材料,也可用于去除其中微量的DBP,适用于饮用水复合污染的处理。

采用钛酸酯偶联剂DN101对石英砂滤料进行表面干法改性,增强滤料的亲油疏水性。通过单因素实验研究改性时间、DN101浓度以及改性温度对改性效果的影响,并以亲油亲水比LHR作为评判改性效果的标准。结果表明,反应时间为70 min、DN101用量为1.2%、反应温度为60℃时,DN101干法改性石英砂效果最好,LHR值由未改性时的1.25提高到最大值11.1;改性石英砂对15.61 mg·L^-1含油废水的吸附容量由未改性时的0.17 mg·g^-1增大到0.25 mg·g^-1;对17.3 mg·L^-1含油废水的过滤去除率由未改性时的72.6%提高到97.8%。扫描电镜、电子能谱和红外光谱分析结果表明,DN101以化学键的方式与石英砂表面官能团结合,对石英砂形成了均匀稳定的包覆层。

近年来,质子交换膜燃料电池(PEMFC)作为车载燃料电池的主要动力源受到广泛关注。空气压缩机为电堆提供系统所需的氧气和阴极压力,是质子交换膜燃料电池系统中必不可少的一部分,其工作性能对燃料电池稳态和动态工作性能有很大的影响。基于实验室已有150 kW质子交换膜燃料电池系统,对离心式空压机的工作特性进行了研究,建立了包含离心式空气压缩机的空气供给系统应用模型。通过实验验证,仿真模型能够准确地反映离心式空压机与空气系统的特性,同时能真实反映包含离心式空压机的大功率质子交换膜燃料电池空气系统的稳态控制效果,以及不同控制策略下的动态响应效果。该模型对研究大功率质子交换膜燃料电池空气供给系统以及相应的控制策略提供理论支持,仿真模型与实验结果为下一步控制策略优化提供基础与参考。

在沉降炉中进行了准东煤的燃烧实验,利用计算机控制扫描电镜技术(computer controlled scanning electron microscopy,CCSEM)研究了煤中矿物质的转化行为。研究表明煤中主要矿物为方解石、高岭石、含铁类物质以及未分类矿物,燃烧后灰中石英、铁的氧化物、白云石的含量急剧增加,未分类矿物和方解石的含量下降。同时对3种重要致渣元素Na、Fe、Ca在燃烧前后的矿物转化行为及颗粒粒径分布进行了详细研究。

合成了新型扩链剂三羟甲基丙烷月桂酸单酯(TMPLA)并制备聚氨酯水分散体(n-PUD),取代小分子成膜助剂辅助高玻璃化温度(T_g)聚丙烯酸酯乳液(PA)成膜,以制备高性能超低挥发性有机化合物(VOC)含量水性木器涂料。研究了软/硬段质量比、NCO/OH及TMPLA/BDO摩尔比对n-PUD助成膜性能的影响。结果表明:随软/硬段质量比和NCO/OH摩尔比降低,PUD的助成膜能力增强;TMPLA引入能显著提高n-PUD的助成膜能力,优选TMPLA/BDO摩尔比4/2,NCO/OH摩尔比1.3,软/硬段质量比55/45时,n-PUD/PA按质量比25/75复配乳液在不加成膜助剂条件下能够在5℃形成连续透明成膜,制备的水性木器涂料VOC含量低至30 g·L^-1。

首先用马来酸酐、对氨基苯酚为原料合成N-对羟基苯基马来酰亚胺(HPM),然后用合成的HPM、4,4-二氨基二苯醚(ODA)和多聚甲醛为原料进行曼尼希反应合成出含双马来酰亚胺的苯并噁嗪(HPM-BOZ),经高温固化后形成热固性树脂。用FTIR、¹H NMR、¹³C NMR分析了HPM和HPM-BOZ的化学结构,证实了所得的为目标产物;用DSC对HPM-BOZ的固化特性进行研究,用TGA分析了HPM-BOZ的固化物的热稳定性;用SEM分析了树脂的断裂面。结果表明:HPM-BOZ在235℃和266℃出现了两个固化峰;在氮气条件下,热分解温度为410℃,失重5%的温度为438℃,在800℃的残碳率为60.2%。

以碳酸氢铵为沉淀剂,共沉淀合成了Nd:YAG陶瓷粉体。分析了合成过程中盐溶液离子浓度和分散剂含量对粉体后期晶相转变的影响。研究结果表明盐溶液浓度在0.16 mol·L^-1和0.32 mol·L^-1时,煅烧过程中粉体出现Y₂O₃、YAM等过渡晶相,这些过渡相需要在更高的温度才能完全转化为纯YAG晶相。当盐溶液浓度降低到0.08 mol·L^-1, pH调节到8.0时,各组分离子和掺杂离子达到分子水平的均匀混合,合成粉体煅烧过程中直接转化为YAG晶相。添加的分散剂 对Al₂O₃和Y₂O₃扩散反应生成YAG晶相有一定的阻碍作用。采用纯相的Nd:YAG粉体制备的多晶透明陶瓷获得了1.6W的激光输出。

基于Eder模型推导了剪切流场中球晶、串晶形态演化的数学模型,将第一法向应力差作为串晶成核的驱动,并引入两相悬浮模型描述体系,认为其由无定形相和半结晶相组成,分别用FENE-P模型和刚性哑铃模型描述。基于上述数学模型,分别构造了捕捉球晶、串晶生长的Monte Carlo法与体系控制方程求解的有限差分法,成功模拟了二维剪切流场中聚乙烯的结晶过程,给出了球晶、串晶的形态演化,分析了剪切时间、剪切速率对串晶成核密度、结晶速率、流体黏度等的影响。数值结果表明:所构造的Monte Carlo法合理有效,不仅成功捕捉了晶体的生长与碰撞,而且较为准确地预测了结晶速率。此外,提高剪切时间或剪切速率,将增加串晶成核密度、提高结晶速率、使流体黏度突增的时间点提前。

以聚乙二醇(PEG)和异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)为基本原料,2,2-二羟甲基丙酸(DMPA)作为亲水扩链剂,经1,2-丙二醇(PDO)扩链后,甲基丙烯酸羟乙酯(HEA)封端,三乙胺(TEA)中和乳化,合成了水性聚氨酯(WPU)乳液;通过热重分析仪、粒径分析仪对树脂性能进行了表征。结果表明,DMPA用量在3%～6%时,可得到分子量低、水溶性好、耐热性能好、粒径合适、乳液均匀稳定的产品。以自制的水性聚氨酯树脂为油墨连结料,磷酸或磷酸与硫酸复合作为蚀刻剂,白陶土作为填充料,添加消泡剂和流平剂,制备了水性ITO蚀刻油墨,得出了油墨的最佳配方,并对油墨进行了一系列的表征。结果表明,最佳的油墨配方是蚀刻剂含量25%～30%、水性连结料含量30%～45%、填充料含量30%～45%、助剂1%。最佳蚀刻工艺为ITO薄膜蚀刻温度为120℃,蚀刻时间20 min,油墨清洗时间50 s;ITO玻璃蚀刻温度为150℃,蚀刻时间20 min,油墨清洗时间40 s。油墨粒径主要分布在10～50 μm之间,其在使用3 h后失水率仅在1.12%～3.68%,且存放60 d后黏度和pH基本无变化,蚀刻能力不随时间推移而降低,且丝网印刷的线路图像解析度明显好于市售的水性油墨。

利用无定形介孔磷酸锆(ZrP)为载体,通过吸附法固定葡萄糖氧化酶(GOD),修饰玻碳(GC)电极得到GOD/ZrP/GC电极。在0.1 mol·L^-1磷酸盐缓冲溶液中,利用循环伏安法研究了GOD/ZrP/GC电极的直接电化学行为和对葡萄糖的催化性能。结果表明,无定形磷酸锆ZrP为载体修饰的电极GOD/ZrP/GC其电化学反应电子转移速率快、表观覆盖量大;对葡萄糖的检测表现出较快的电流响应和较高的灵敏度,说明无定形磷酸锆更有利于GOD的固定和酶电极的直接电化学。

将反应型阻燃剂六(4-磷酸二乙酯羟甲基苯氧基)环三磷腈(HPHPCP)和可膨胀石墨(EG)复配,制备了阻燃聚氨酯泡沫,详细研究了复配阻燃剂对聚氨酯泡沫的物理力学性能、热稳定性以及阻燃性能的影响。结果表明,阻燃聚氨酯泡沫的密度和热导率随着复配阻燃剂中EG含量的增加而升高;压缩强度随着EG含量的增加呈现先增加后降低的趋势。热失重表明复配阻燃剂大大提高了聚氨酯泡沫的热稳定性。聚氨酯泡沫的初始分解温度(T_10%)从212.9℃,分别提高到222.0、231.2和243.2℃;700℃残炭量从7.6%分别提高到26.3%、31.6%和37.9%。聚氨酯泡沫的阻燃性能随着复配阻燃剂中EG含量的增加而提高。阻燃聚氨酯泡沫的极限氧指数从19%提高到29%,均能通过UL-94水平燃烧HF-1等级和垂直燃烧V-0等级。

在水平封闭的直管中,采用自主研制的阻爆实验系统(包括传感器系统、配气系统、数据采集系统、点火系统等)对不同活性预混气体爆轰火焰在波纹管道阻火器内的传播与淬熄过程进行了实验研究。结果显示当可燃气体接近当量浓度时(丙烷4.2%、乙烯6.6%、氢气28.5%,均为体积分数),预混气体从点燃到火焰淬熄过程历时非常短,总体可分为4个阶段,缓慢燃烧阶段、快速燃烧阶段、加速燃烧阶段和超压振荡阶段。丙烷-空气、乙烯-空气预混气体在D=80 mm的管道阻火器中,爆炸压力峰值较高。当管道直径增加至400 mm时,爆炸压力峰值逐渐降低,其中乙烯-空气预混气体的爆炸压力峰值仅为3 MPa左右;氢气-空气预混气体的爆炸压力峰值随管径的增加呈递增趋势。对爆轰速度的研究结果表明,丙烷-空气、乙烯-空气预混气体爆轰速度数值相差不大,丙烷-空气预混气体甚至稍高些;而氢气-空气的爆轰速度数值较高。而且随着管径的增加,管壁热损失增大及其阻力因素等原因影响使预混气体爆轰速度趋向平稳。最后,从经典传热学理论出发,推导出了阻火单元厚度与爆轰火焰速度之间的关系。并结合实验数据,提出了爆轰安全阻火速度的计算方法,为工业装置阻火器的设计和选型提供更为准确的参考依据。