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两亲嵌段共聚物基高内相乳液模板的制备与应用研究进展
李锦锦, 吴优, 周寅宁, 罗正鸿
化工学报    2021, 72 (11): 5443-5454.   doi: 10.11949/0438-1157.20210761
录用日期: 2021-08-30

摘要524)   HTML61)    PDF (2812KB)(459)    收藏

多孔聚合物材料具有孔隙率高、加工性能好、质量轻的特点,在化学工程、生物医学工程及环境工程等领域具有广阔的应用前景。高内相乳液模板法为多孔聚合物材料提供了一种简单高效的制备途径,且以此方法制备的多孔材料形状及结构可控,因而引起了人们的广泛关注。本文聚焦于两亲嵌段共聚物稳定的高内相乳液及其所制备多孔聚合物的最新研究进展。同时,介绍了该类型多孔聚合物材料在吸附分离、生物医学、能量存储及催化材料等领域的应用。最后,对该领域的未来发展进行了展望。

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碱性膜电解水制氢技术现状与展望
王培灿, 万磊, 徐子昂, 许琴, 王保国
化工学报    2021, 72 (12): 6161-6175.   doi: 10.11949/0438-1157.20211264
录用日期: 2021-12-01

摘要520)   HTML35)    PDF (2290KB)(391)    收藏

开发清洁高效的可再生能源是未来能源转型的必然趋势。氢能作为一种绿色无污染的能源载体,可通过电解水技术实现氢能与电能的高效转化,有望作为风力、光伏发电的重要调节手段。碱性膜电解水制氢能够提高电流密度,增加能量转化效率,优于碱性水溶液电解水制氢;与此同时,可采用铁、镍等非贵金属制备催化剂,克服质子交换膜电解水制氢使用贵金属催化剂带来的设备昂贵、资源受限问题。本文综述了碱性膜电解制氢技术发展现状,重点围绕自支撑催化电极、耐碱腐蚀离子膜、有序结构膜电极开展讨论,包括催化剂制备策略,耐碱离子膜发展现状,以及有序化膜电极的应用优势,阐释电化学工程中的传质与反应耦合原理。本文为进一步研究开发高性能电化学关键材料提供了指导思路,推动电解水制氢技术的发展。

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流动电极电容去离子技术综述:研究进展与未来挑战
王祺, 房阔, 贺聪慧, 王凯军
化工学报    0, (): 975-989.   doi: 10.11949/0438-1157.20211348
录用日期: 2021-12-08

摘要517)   HTML58)    PDF (1809KB)(238)    收藏

随着全球能源危机的加剧和碳中和的提出,污水资源化和能源回收成为近年来的研究热点。电容去离子(CDI)这一新型电化学技术,以节能、无污染等优势受到广泛关注。流动电极电容去离子(FCDI)技术是在CDI技术的基础上,结合离子交换膜及流动电极的新型电化学吸附方法,在保持节能的同时,能够实现连续运行从而不间断地产水。本文重点关注FCDI技术的原理、设计、操作模式、考察指标及在环境领域中的应用(包括污水处理、能源回收及其他新兴应用),全面概述了这项水处理技术的研究进展和未来前景。此外,还介绍了FCDI系统中常用性能评价指标,以便不同系统、不同条件之间进行对比。最后,提出了FCDI技术在未来全面应用中的主要挑战。

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强化平板热管传热性能的研究进展
刘腾庆, 闫文韬, 杨鑫, 汪双凤
化工学报    2021, 72 (11): 5468-5480.   doi: 10.11949/0438-1157.20210580
录用日期: 2021-08-30

摘要471)   HTML33)    PDF (3595KB)(355)    收藏

平板热管作为一种高效紧凑的气-液两相传热器件,已被广泛应用于狭窄空间高热通量的散热场合中。为了提高平板热管的传热性能,研究人员从强化平板热管内蒸发/沸腾、气体输运、冷凝以及液体回流输运四个运行过程进行了研究。此外,工质的热物性和壳材的导热能力也影响着平板热管的传热性能,因此也得到了广泛关注。总结了强化平板热管内四个运行过程以及平板热管工质和壳材的研究现状和发展动态,并根据目前强化平板热管传热性能研究中所存在的问题,提出了进一步的研究方向,为未来强化平板热管传热性能的研究提供重要参考。

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化学工程在低碳发展转型中的关键作用探讨——从物质资源利用与碳排放关联的视角
朱兵,陈定江,蒋萌,任钰成,曹煜恒,周文戟,胡山鹰,金涌
化工学报    2021, 72 (12): 5893-5903.   doi: 10.11949/0438-1157.20211468
录用日期: 2021-12-01

摘要461)   HTML48)    PDF (844KB)(448)    收藏

当前物质资源利用模式迫切需要向低碳发展转型。化学工程的科研人员及流程工业领域的利益相关者,有必要以资源利用模式的系统视角,重新审视物质资源利用与碳排放的复杂关系。基于本研究团队近年来对资源效率模式及低碳转型的研究成果,结合国内外相关研究进展,针对化学工程与低碳转型发展的关系进行深入分析,总结提出三个主要观点:(1)低碳转型中提升资源效率与碳减排存在正向协同,即物质资源利用与碳排放存在强关联,需要提升资源效率促进低碳发展转型;(2)低碳转型中碳减排和物质资源利用存在反向协同,低碳转型将拉动大量物质资源需求,需要通过技术创新和发展循环经济来对冲;(3)气候目标下化石资源利用模式将发生深刻变革,化石资源将更多地发挥“材料属性”而不是“能源属性”;“可持续的能源”和“可持续的碳源”将成为低碳流程工业的未来发展方向。化学工程作为研究物质资源转化的核心学科,将在人类向低碳社会过渡中发挥重要的和不可替代的作用。

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木质素碳纳米材料制备及在催化中的应用研究进展
王欢, 符方宝, 李琼, 席跃宾, 杨东杰
化工学报    2021, 72 (9): 4445-4457.   doi: 10.11949/0438-1157.20210090
摘要460)   HTML50)    PDF (6658KB)(426)    收藏

木质素是自然界储量丰富的可再生资源,含碳量高且具有三维网状结构和大量共轭结构。碳材料是一类具有极大应用价值的催化材料,特别是在电催化、热催化和光催化领域。以木质素为原料制备高活性的木质素碳基催化剂是实现木质素高附加值利用有效的途径之一。木质素碳催化材料研究涉及化学、化工和物理等多个学科领域,制备性能优异和稳定性良好的木质素碳基催化剂仍充满挑战。本文主要总结了木质素碳材料的制备研究进展,以及介绍了木质素碳材料在光催化、热催化和电催化等领域的应用研究现状。此外,还分析了当前木质素碳基催化材料存在的问题,并展望了未来的发展趋势和重点研究方向。

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电催化分解氨制氢研究进展
王中华, 郑淞生, 姚育栋, 陈日懿, 王兆林
化工学报    2022, 73 (3): 1008-1021.   doi: 10.11949/0438-1157.20211411
录用日期: 2022-01-12

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氢能作为一种理想的能源载体之一,近些年来受制于储存和运输的难题并未大规模发展。但随着电催化技术的成熟,在温和条件下,通过电催化分解含氢介质的制氢路线或将具备规模化开发清洁能源的潜力。氨(NH3)具有高储氢密度(17.6%,质量分数)、运输便利、无碳等优点,被认为是合适的储氢介质之一。电催化分解氨的过程主要包括析氢反应(hydrogen evolution reaction, HER)和氨氧化反应(ammonia oxidation reaction, AOR)。重点综述了阳极电催化分解氨的反应机理及AOR催化剂的研究现状,对氨氧化技术的发展和应用进行了总结和展望,可为开发具有更高活性、稳定性的AOR催化剂和“以氨制储氢”的发展路线提供思路和指导。

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流化床液固两相传质过程的模拟研究进展
任盼锋, 海润泽, 李奇, 李文彬, 余国琮
化工学报    2022, 73 (1): 1-17.   doi: 10.11949/0438-1157.20210680
录用日期: 2021-09-02

摘要427)   HTML45)    PDF (3620KB)(256)    收藏

液固两相流化床具有液固相接触效率高、传质和传热性能好、颗粒分布均匀等优点,已被广泛应用于众多工业过程中。然而,流化床中与传质过程耦合的颗粒流化的复杂非线性特征及其湍动特性,使得对传质过程特性的研究十分困难。且仅依靠实验观测和理论预测难以揭示多相流相互作用规律,无法获得全面和详细的速度场和浓度场分布情况。近年来,数值模拟的快速发展为深入探索流化床中液固两相流动行为及其与传质过程耦合问题提供了重要的途径。本文对流化床液固两相流动与传质过程模拟方法进行了综述,并对其未来研究趋势进行了展望。借助于计算传质学理论可以更精确地预测局部浓度的分布情况,进而可以深入分析液固两相流化床中的传质过程规律与传质特性,为液固两相流化床的设计和优化提供理论基础。

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低共熔溶剂在储能与传热方面的研究进展
刘昌会,张海悦,李业美,张天键,顾彦龙
化工学报    2021, 72 (10): 4973-4986.   doi: 10.11949/0438-1157.20210404
录用日期: 2021-05-27

摘要387)   HTML23)    PDF (1361KB)(279)    收藏

低共熔溶剂(deep eutectic solvents,DESs)通常是由一定化学计量比的氢键受体和氢键给体以氢键缔合的形式组成。因其具有低成本、无毒、饱和蒸气压低、热稳定性好、导电性好等优点,现已在有机合成、材料化学、电化学、生物质降解、催化等多个领域得到广泛应用。近年来,随着现代社会对高效能量存储和换热方面需求不断增加,低共熔溶剂在储能与传热等领域的应用受到研究人员的广泛关注。从“储与传”的角度详细综述了近年来低共熔溶剂在储能与传热方面的研究进展,从不同能量传递形式的角度出发主要分为以下两个部分:作为低共熔相变储能材料满足对潜热、相变温度及稳定性等方面的要求;作为传热工质满足对高效传热的需求。

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基于机器学习的二氧化碳电化学还原制备甲酸盐研究
刘文萱, 张嘉毅, 陆奇, 张皓晨
化工学报    2021, 72 (12): 6262-6273.   doi: 10.11949/0438-1157.20211258
预出版日期: 2021-11-12

摘要381)   HTML21)    PDF (3255KB)(182)    收藏

系统研究了不同双金属中心催化剂催化二氧化碳电化学还原制备甲酸盐。借助机器学习,确定了反应中心金属原子序数、电负性和电离能等特征对双金属中心催化剂表面二氧化碳还原具有主要的影响。基于这些特征,通过高通量机器学习快速预测了105种双金属中心催化剂二氧化碳电还原制甲酸盐及其主要竞争反应的Gibbs自由能变,筛选出29种双金属中心催化剂更倾向于二氧化碳还原得到甲酸盐,是潜在的转化二氧化碳为甲酸盐的高性能催化材料。运用类似的方法预测了105种双金属中心催化剂表面二氧化碳还原中间体的结构,发现中间体吸附能与其吸附构型具有显著的相关关系。

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电催化氮还原合成氨电化学系统研究进展
刘恒源, 王海辉, 徐建鸿
化工学报    2022, 73 (1): 32-45.   doi: 10.11949/0438-1157.20210885
录用日期: 2021-10-26

摘要377)   HTML36)    PDF (4584KB)(420)    收藏

氨是化肥、涂料等领域中重要的化工原料,是产量第二高的商用化学品。目前,90%以上的氨均来自Haber-Bosch法,该工艺需要高温、高压条件,能耗较高,且依赖化石燃料的使用,产生大量CO2排放,在倡导节能环保的新时代下,该工艺面临严重的能耗及环保问题。电催化氮还原合成氨工艺是一种采用电能驱动的节能工艺,且原料为绿色环保的H2O和N2,其有望替代传统合成氨工艺。但是目前该工艺存在一些技术难点有待突破,使其产氨速率、法拉第效率等性能不高,距离商用化生产差距较大。分析总结了该工艺的技术难点,围绕该领域的优化策略,重点综述了针对合成氨电化学系统的改进措施,以及近几年文献报道的研究进展,最后对该领域的未来发展进行展望。

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我国盐湖锂资源分离提取进展
蒋晨啸, 陈秉伦, 张东钰, 葛亮, 汪耀明, 徐铜文
化工学报    2022, 73 (2): 481-503.   doi: 10.11949/0438-1157.20211207
录用日期: 2021-12-01

摘要360)   HTML31)    PDF (6714KB)(244)    收藏

锂及其化合物是国民经济和国防建设的重要战略资源,在储能电池、精细化工、原子能热核聚变等领域有着重要应用。中国是锂资源消耗与生产大国,但我国锂消费量对外依存度达70%以上,同时我国锂资源主要储存在西部地区的盐湖卤水中,低锂浓度、高镁锂比的问题提升了盐湖提锂的难度。针对我国盐湖提锂现存的问题,本文系统总结了盐湖锂资源分离提取常见的传统方法,并重点阐述了新型膜分离材料及新型膜分离过程在盐湖卤水高效提锂方面的重要进展,特别是我国科研工作者在盐湖提锂应用中所取得的最新成果。

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超细碳化钨制备过程及机理研究进展
潘锋,刘家义,杜占,朱庆山
化工学报    2021, 72 (11): 5455-5467.   doi: 10.11949/0438-1157.20210773
录用日期: 2021-09-24

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超细碳化钨(WC)具有硬度高、耐磨性好、强度高和韧性较高的特点,是制备硬质合金最基础的原料。因此,超细碳化钨的制备成为学术界和工业界关注的焦点,也是硬质合金制备领域研究的重点。从反应体系的角度综述了超细碳化钨粉体制备技术,对相关反应路径机理进行了分析,并展望了超细碳化钨制备技术的发展趋势。

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物理法水处理技术
付鹏波,田金乙,吕文杰,黄渊,刘毅,卢浩,杨强,修光利,汪华林
化工学报    2022, 73 (1): 59-72.   doi: 10.11949/0438-1157.20210880
录用日期: 2021-08-30

摘要330)   HTML13)    PDF (7055KB)(339)    收藏

近年来我国的水环境和水生态得到了明显的改善,但仍然存在很多的问题,水污染治理形势依然相当严峻。物理分离由于可不加或少加化学、生物药剂,造成二次污染的风险小,被认为是清洁的水处理技术。突破常规以生化法为核心的矿化模式,构建以物理分离法为核心的资源化模式,可减少化学和生物药剂消耗、减排二次污染物,为我国水环境安全提供一条新路线。以市政污水、饮用水、工业水和海上油气开采生产水为例,介绍了物理法水处理技术的最新成果,从而为物理法变革性水处理技术提供新思路。

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蛋氨酸在KCl溶液中的解离常数与活度系数
陈志荣, 童云, 袁慎峰, 尹红
化工学报    2021, 72 (9): 4469-4478.   doi: 10.11949/0438-1157.20210291
录用日期: 2021-05-27

摘要328)   HTML19)    PDF (830KB)(160)    收藏

采用改变pH法在25、30和35℃下测定了质量浓度为0.25~4.0 mol/kg的KCl水溶液中蛋氨酸的解离常数,计算得到了蛋氨酸的质子化焓;采用电动势法在25℃测量了0.025~0.200 mol/kg蛋氨酸溶液中浓度为0.1~1 mol/kg的KCl的活度系数,计算得到了KCl溶液中蛋氨酸的活度系数。结果表明,蛋氨酸在KCl水溶液中的解离常数随温度上升而减小、随KCl浓度增加而增大;25℃下,蛋氨酸在KCl水溶液中的活度系数随蛋氨酸浓度增大先减小后增大。运用德拜-休克尔模型和Pitzer模型对解离常数和活度系数的实验数据进行拟合,得到了相关参数,结果表明Pitzer模型的可靠性较好。

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生物油电催化加氢提质技术研究进展
邓伟,林镇浩,熊哲,汪雪棚,徐俊,江龙,苏胜,汪一,胡松,向军
化工学报    2021, 72 (10): 4987-5001.   doi: 10.11949/0438-1157.20210732
录用日期: 2021-08-04

摘要321)   HTML15)    PDF (1048KB)(198)    收藏

生物油是一种可再生的碳中和有机资源,在液体燃料和高值化学品生产中显示出较大的潜力,对其大规模利用有助于实现碳中和目标。生物油因其固有的腐蚀性和化学不稳定性而需要提质以提高其应用价值。电催化加氢能够在常温常压下实现生物油加氢提质,该方法反应条件温和、操作简单、能源效率高,具有碳中和属性,为生物油提质提供了新的选择。综述了近年来生物油电催化加氢的研究进展,分析了不同生物油模型化合物在电催化加氢过程中的作用机理。讨论了真实生物油样品的电催化加氢实例,以证明电催化应用于生物油提质的可行性。最后,针对生物油电催化加氢提质技术面临的困难和挑战,提出了该领域未来的研究方向和重点,并展望了生物油电催化加氢提质工业化应用的前景。

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钛硅分子筛TS-1催化环氧丙烷异构反应的机理探究
王刚,段学志,袁渭康,周兴贵
化工学报    2021, 72 (10): 5150-5158.   doi: 10.11949/0438-1157.20210519
录用日期: 2021-07-12

摘要313)   HTML33)    PDF (2295KB)(387)    收藏

丙烯氢氧环氧化一步法制备环氧丙烷(PO)相比于传统的PO工业生产方法在经济和环保方面具有不可比拟的优势。Au/TS-1双功能催化剂在该反应中展现出较优的PO性能,针对其中TS-1催化PO开环异构生成副产物进行了研究,结合PO在堵孔TS-1分子筛(TS-1-B)和Au/TS-1-B催化剂上的反应性能和红外表征结果,采用理论计算探究了Ti-Defect位点上丙醛和丙酮的生成路径以及涉及的能量变化。结果显示PO在TS-1上的异构化主要经历碳氧键断裂和氢原子转移重排两个过渡态,以及具有五元环结构的双配位丙氧基物种中间体。相比于丙醛,丙酮由于生成过程中氢原子重排的过渡态能垒较高而具有更低的异构化选择性。所揭示的TS-1上PO吸附及异构化反应机制将为钛基丙烯环氧化催化剂的结构改性以增强PO脱附从而提高PO选择性提供理论依据。

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锂离子电池电解液SEI成膜添加剂的研究进展
胡华坤, 薛文东, 霍思达, 李勇, 蒋朋
化工学报    2022, 73 (4): 1436-1454.   doi: 10.11949/0438-1157.20211571
录用日期: 2022-02-09

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稳定的固体电解质界面(SEI)是提高锂离子电池电化学性能的关键,用电解液添加剂是改善锂离子电池性能最经济有效的方法之一。本文综述了近五年间包括不饱和酯化合物、含硫化合物、锂盐、无机化合物等作为电解液成膜添加剂在锂离子电池中的研究进展和作用机理,对它们的优缺点进行了评价,最后进行了总结和展望。未来成膜类添加剂的研究思路应该为:(1)应以有机物种为主,能够形成弹性模量小的SEI膜,便于适应阳极材料产生的膨胀行为。(2)添加剂要尽量保证形成的SEI膜与石墨等阳极材料产生良好的黏结,因此添加剂形成的聚合物的聚合度不能太小。(3)在没有性能极其优秀的成膜添加剂出现之前,添加剂的分子结构可以在现有的添加剂的基础上进行结构的优化或者官能团的设计。(4)重点攻关当前添加剂的应用的问题,提高添加剂的合成技术,降低合成成本。

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天然气脱碳技术研究进展
洪宗平, 叶楚梅, 吴洪, 张鹏, 段翠佳, 袁标, 严硕, 陈赞, 姜忠义
化工学报    2021, 72 (12): 6030-6048.   doi: 10.11949/0438-1157.20210855
录用日期: 2021-08-30

摘要303)   HTML18)    PDF (1869KB)(220)    收藏

天然气是一种高燃烧热值的清洁能源,但开采出来的天然气中含有一定量的酸性气体CO2,会造成热值降低、管道腐蚀等问题,因此在管道运输和使用前需对其进行脱碳处理。分别对低温精馏、溶剂吸收、吸附和膜分离四种脱碳技术进行了介绍,详析了每一种技术的工艺特点和典型工业应用情况,并从原料气进料条件、脱碳效率、能耗及成本等方面进行了分析比较,为不同实际工况脱碳工艺的选择提供指导,具有重要的工程意义。膜分离技术在装置占地面积、能耗及成本等方面具有一定优势,可灵活调变的级数工艺也使其能够实现高CO2脱除率和低烃损失,具有良好的发展和应用前景,特别是适用于空间受限的场合,如在海上平台进行天然气脱碳处理。

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非水相金属基离子液体湿法氧化脱硫工艺:发展与展望
白文轩, 陈锦湘, 刘芬, 张静淙, 谷志平, 熊成铭, 施王军, 余江
化工学报    2022, 73 (5): 1847-1862.   doi: 10.11949/0438-1157.20211824
录用日期: 2022-04-07

摘要294)   HTML50)    PDF (3382KB)(163)    收藏

水相湿法氧化脱硫工艺在含硫化氢的工业过程气净化中得到广泛应用,但普遍存在脱硫剂易降解、硫磺品质差和副盐产量高等二次污染严重的难题。将无机铁盐溶于有机溶剂构建的非水相湿法氧化工艺不仅能实现氧化脱硫,而且具有消除CO2酸性气干扰和避免活性氧过度氧化作用而产生大量副盐的优势。但由于铁盐在有机溶剂中的溶解度小而制约了铁盐非水相湿法氧化脱硫工艺的发展。近年来,基于金属基离子液体良好的氧化性、氧化还原可逆性和稳定性,及在有机溶剂中的超溶解性而构建的非水相离子液体湿法氧化脱硫工艺(Nasil)取得了快速发展。通过剖析水相湿法氧化脱硫工艺的问题成因,结合当前能源环境的发展趋势,阐述了湿法氧化脱硫的必要性和发展机遇。从金属基离子液体脱硫剂结构设计和组成优化出发,介绍非水相离子液体湿法氧化脱硫反应和过程强化原理,归纳总结新工艺十多年来的理论发展和应用探索历程。最后,针对现阶段湿法氧化脱硫技术所面临的挑战,强调开拓新型脱硫思路的重要性,为脱硫净化过程中碳氢资源的整合发展提出展望。

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功能硅烷在有机-无机复合固态电解质中的应用研究进展
唐子龙,肖凡凡,尹玉华,李森雨,汪靖伦
化工学报    2021, 72 (10): 5002-5015.   doi: 10.11949/0438-1157.20210327
录用日期: 2021-05-14

摘要293)   HTML13)    PDF (4151KB)(251)    收藏

有机-无机复合固态电解质不仅具有聚合物电解质的柔韧性和界面相容性,还能显著提高离子传导性和力学性能。然而,构建良好的填料/聚合物分散体系是制备此类复合电解质的难点,设计新型有强相互作用的功能化填料以调控界面渗流结构也面临巨大挑战。通过功能硅烷对无机填料进行化学键联改性或原位合成是解决无机填料与聚合物间分散性和界面相容性问题的有效策略。本文综述了在复合固态电解质中利用功能硅烷对无机填料进行表面改性和原位合成、功能硅烷作为复合固态电解质的交联中心和制备离子胶类复合固态电解质四方面的研究进展,重点阐述了硅烷功能化填料与固态电解质结构和性能之间的关系。最后对功能硅烷在有机-无机复合固态电解质中的应用研究进行了总结和展望。

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液滴间相互作用机制定量探究的研究进展
陈安, 骆广生, 徐建鸿
化工学报    2021, 72 (12): 5955-5964.   doi: 10.11949/0438-1157.20210925
录用日期: 2021-09-24
预出版日期: 2021-09-24

摘要289)   HTML14)    PDF (3047KB)(169)    收藏

乳液广泛地应用于日常生活、医疗健康以及工业生产等众多领域。定量测量和研究乳液液滴间的相互作用力对于理解和揭示乳液的稳定机制以及开发制备功能型乳液具有重要的应用前景和学术价值。随着定量测量工具的发展,表面力仪、原子力显微镜、纳米光镊等使得定量研究乳液的稳定机制成为可能。表面力仪主要用来测量两个平坦表面间的相互作用力,待测的高分子或者功能材料需要涂敷在两个平面之间;原子力显微镜主要侧重研究液滴的形变和表面力之间的关系;纳米光镊技术“无接触”地捕获和夹持两个微米级液滴进行液滴间相互作用力的原位测量,主要研究的是液滴间相互作用和液滴表面前端距离的定量关系。本文重点阐述三种定量测量工具的研究现状及其研究体系,并对未来在液滴间相互作用机制研究方面进行展望。

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金属纳米颗粒辅助木质纤维素暗发酵生物制氢的研究进展
童海航, 石德智, 刘嘉宇, 蔡桦伊, 罗丹, 陈飞
化工学报    2022, 73 (4): 1417-1435.   doi: 10.11949/0438-1157.20211412
摘要288)   HTML49)    PDF (4225KB)(216)    收藏

通过文献计量学分析表明暗发酵制氢是目前研究最热门的生物制氢方法,Fe、Ni、Co、Ag等金属纳米颗粒作为该领域研究热点可改善暗发酵制氢存在底物转化率与产氢效率均有待提高的难题。介绍了金属纳米颗粒的特点、生物相容性及其与酶、微生物细胞的作用机理,进一步从促进木质纤维素水解影响产氢、对水解酶的固定化影响产氢、提高氢化酶活性影响产氢、调控发酵微生物细胞代谢和促进细胞电子传递影响产氢、改善微生物群落结构影响多菌群协同产氢等几个方面对典型金属纳米颗粒辅助木质纤维素暗发酵产氢的研究现状进行综述,并对金属纳米颗粒应用于暗发酵产氢存在的难点及前景方向进行了展望。

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锂枝晶的成核、生长与抑制
丰闪闪, 刘晓斌, 郭石麟, 何兵兵, 高振国, 陈明洋, 龚俊波
化工学报    2022, 73 (1): 97-109.   doi: 10.11949/0438-1157.20211241
录用日期: 2021-10-26

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锂金属电池具有较高的理论比容量和最低的氧化还原电位,被认为是最有前途的电化学储能器件之一。然而,金属锂阳极上的锂枝晶所引起的一些关键问题严重阻碍了其实际应用。首先从离子浓度、电场、应力、温度四方面因素介绍了多形貌锂枝晶成核和生长机理;同时,总结了一些用于表征锂枝晶的先进技术;并归纳了抑制锂枝晶形成的策略,包括控制锂枝晶成核的亲锂表面电极、非均相晶核,控制锂枝晶生长的三维导电基体、物理涂层,以及具有固定阴离子的纳米结构电解质和形成球形锂沉积的盐包水电解质。最后提出了挑战和展望,探讨了锂枝晶的未来研究方向。

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核壳纳米材料制备及其在CO/CO2热催化加氢中的应用
金科, 王晨光, 马隆龙, 张琦
化工学报    2022, 73 (3): 990-1007.   doi: 10.11949/0438-1157.20211390
录用日期: 2021-12-01

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采用多种包覆方法制备的核壳纳米材料具有许多优于单一材料的性能,其独特的核壳结构可产生出色的协同作用和新特性,现在已经广泛用于催化、吸附、储能与转化、药物传递和光学等领域。在CO/CO2热催化加氢反应过程中,壳层包覆可对核体粒子表面进行修饰,如改变核体的表面电荷、官能团和反应特性等,从而提高核体的稳定性与分散性。核壳催化剂可形成封闭的内部微环境以富集反应物,提高反应速率和催化活性。部分核壳催化剂甚至还能实现接力催化,并提高体系内的能量利用率。主要介绍了核壳纳米材料的常用制备方法,不同类型壳层包覆的核壳催化剂在CO/CO2热催化加氢中的应用进展,并对该领域的未来发展进行了展望。

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MIL-101Cr-F/Cl用于N2O的捕集研究
李媛, 张飞飞, 王丽, 杨江峰, 李立博, 李晋平
化工学报    2021, 72 (9): 4759-4767.   doi: 10.11949/0438-1157.20210026
录用日期: 2021-03-08

摘要272)   HTML9)    PDF (1900KB)(153)    收藏

氧化亚氮(N2O)是仅次于CO2和CH4的第三大温室气体,对其捕集具有资源回收和减排温室气体的双重价值。本文通过添加氢氟酸和盐酸合成了末端具有不同阴离子的MIL-101Cr材料:MIL-101(Cr)-F和MIL-101(Cr)-Cl,通过XRD、BET、SEM等对样品进行了表征,测试并分析了两种样品对N2O和N2的吸附性能,进行了选择性和吸附热的计算以及混合气体的穿透模拟。研究结果表明,MIL-101(Cr)-Cl拥有目前最高的N2O吸附容量(6.43 mmol/g,298 K)和N2O/N2选择性(267),混合气体(N2O/N2=0.1%/99.9%)穿透模拟结果显示MIL-101(Cr)-Cl具有更加优异的微量N2O捕获能力。

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铁基催化剂光催化还原CO2研究进展
党永强,李博妮,李可可,张建兰,冯香钰,张亚婷
化工学报    2021, 72 (10): 5016-5027.   doi: 10.11949/0438-1157.20210617
录用日期: 2021-08-30

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利用可再生清洁能源——太阳能,将CO2转化为一氧化碳、甲烷、甲醇等,因同时具有提供可持续燃料和解决全球变暖问题的潜力而受到越来越多的关注。铁基材料因具有金属/半导体的特性和独特的电子结构,在光催化还原CO2领域具有广阔的应用潜力。基于此,各种具有高催化活性的铁基催化剂已经被设计来提高光催化还原CO2的效率。概述了近年来铁基催化剂在光催化还原二氧化碳中的研究进展,对它们的结构特征和催化活性进行了阐述和比较,最后总结了铁基催化剂在光催化还原CO2领域中待解决的问题,并展望了未来发展的方向。

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注气孔位置对文丘里管式微气泡发生器成泡特性的影响分析
丁国栋, 陈家庆, 李振林, 蔡小垒
化工学报    2021, 72 (11): 5552-5562.   doi: 10.11949/0438-1157.20210845
录用日期: 2021-08-30

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尽管文丘里管式微气泡发生器的注气口位置会对气泡在文丘里流道内的碎化特征产生直接影响,但迄今缺乏针对性的深入研究。通过可视化实验方法,对比分析了注气口分别位于喉管处(结构1型)和进水管处(结构2型)时的气液流型、气泡破碎特征以及成泡特性。实验表明,气、液相流量对结构1型微气泡发生器内的气液流型影响显著,初始成泡区域随液相流量增加,环状流或泡状流向弹状流转变,而随气相流量增加则由泡状流或弹状流向环状流转变;结构2型微气泡发生器则在此过程中始终为泡状流,其对操作工况的适应范围大于结构1型。在相同工况下,结构1型微气泡发生器的成泡Sauter平均粒径小于结构2型,但随着液相Reynolds数的增大,二者间的成泡平均粒径差值随之减小。分析原因是由于弹状流流型下,延伸至扩张段区域的弹型泡的表面积更大,能量转化率更高,气泡界面失稳碎化的程度更显著。随着液相Reynolds数的增大,初始成泡体积减小,湍流破碎机理作用占据主导,掩盖了由于界面失稳引起的气泡破碎。结构1型微气泡发生器的成泡能耗高于结构2型,并且随液相Reynolds数的增大,两者之间的差值随之增大。综合来看,结构2型微气泡发生器能够在低能耗下实现高效成泡,面向工程应用将更具优势。

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胞内生物传感器提高微生物细胞工厂的精细调控
孙怡, 张腾, 吕波, 李春
化工学报    2022, 73 (2): 521-534.   doi: 10.11949/0438-1157.20211164
录用日期: 2021-12-01

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在当今倡导化合物绿色制造的背景下,利用微生物细胞工厂合成新化合物或提高化合物的产量是绿色化工技术发展的重要方向之一。但目标化合物的低产是微生物细胞工厂合成的常见问题。解决这个瓶颈的有效方法之一是在微生物细胞中设计生物传感器来监测和调控化合物的生物合成。详细介绍了胞内生物传感器的种类和作用机制,重点阐释了生物传感器如何与微生物细胞工厂中产物合成途径设计相结合,从而提高细胞工厂的精细调控和目标产物的合成能力。最后还讨论了目前胞内生物传感器设计所面临的挑战和可行的解决方案。

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原油作业过程优化的研究进展
郑万鹏, 高小永, 朱桂瑶, 左信
化工学报    2021, 72 (11): 5481-5501.   doi: 10.11949/0438-1157.20210850
录用日期: 2021-08-04

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原油作业过程是石油供应链的重要组成环节,包括炼油企业生产过程中的原油采购、原油分配、原油输送、原油储存和原油调和等多个工业流程。原油作业过程优化具有很高的学术理论价值与工业应用价值,与其相关的研究工作是目前学术界与工业界共同关注的热点。首先简要描述了原油作业过程,并对其优化问题的难点进行分析;其次,分别从优化模型、优化算法以及不确定性优化方法三个研究角度,重点阐述了原油采购优化、原油储运优化、原油调和优化以及不确定性条件下原油作业优化四个主要研究方向的学术进展,并对当前已有的研究成果进行了归纳总结;最后,对原油作业过程优化当前存在的一些问题提出了建议,并对该领域未来的发展方向与趋势进行了展望。

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微生物细胞工厂的智能设计进展
张震, 曾雪城, 秦磊, 李春
化工学报    2021, 72 (12): 6093-6108.   doi: 10.11949/0438-1157.20211163
录用日期: 2021-12-01

摘要246)   HTML13)    PDF (3157KB)(343)    收藏

在细胞工厂构建中设计-构建-测试-学习(design-build-test-learn,DBTL)循环是开发微生物细胞工厂的基本研究思路,其中设计环节尤为重要,然而传统的微生物细胞工厂设计方法主要依靠经验、费时费力、准确率低,影响了微生物细胞工厂的开发效率。当前,规模越发庞大的生物数据库和人工智能技术推动了微生物细胞工厂智能设计的快速发展,提升了在生物合成途径设计、调控元件设计和全局优化设计等方面的设计效率与应用。本文综述了微生物细胞工厂中途径预测、元件设计和途径与元件的组合三个环节中的智能设计工具,微生物细胞工厂智能设计的飞速发展将对生物制造领域产生变革性的影响。

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R513A的饱和液相黏度特性研究
陈裕博, 杨昭, 武晓昆, 吕子建, 张勇
化工学报    2021, 72 (11): 5502-5509.   doi: 10.11949/0438-1157.20210819
录用日期: 2021-08-30

摘要245)   HTML7)    PDF (736KB)(151)    收藏

工质黏度对于制冷系统的设计优化至关重要。R513A因其良好的环保特性和热力循环性能,在冷水/热泵机组中有望成为R134a的主要替代制冷剂。为了进一步探究R513A的液相黏度特性,基于毛细管法设计搭建了制冷剂液相黏度测试系统,采用R134a作为标准液体对毛细管黏度计进行标定。在温度范围253.15~333.15 K内,开展了R513A的液相黏度实验研究,结果表明R513A的液相黏度略低于R134a。采用R-K多项式方程、硬球模型结合混合规则与实验数据进行关联,R-K方程计算值与实验值的平均绝对偏差(AAD)和最大绝对偏差(MAD)分别为0.71%、1.65%,硬球模型计算值与实验值的平均绝对偏差和最大绝对偏差分别为2.02%和3.39%。上述两种模型能够较好地预测R513A的饱和液相黏度,研究结果可为R513A的替代应用研究提供参考依据。

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ZrO2/SiO2催化剂的制备及其氧化脱硫性能研究
刘晓艺, 李秀萍, 赵荣祥, 张豪
化工学报    2021, 72 (11): 5653-5663.   doi: 10.11949/0438-1157.20210457
录用日期: 2021-09-27

摘要243)   HTML9)    PDF (2743KB)(99)    收藏

以己内酰胺-八水氧氯化锆低共熔溶剂为添加组分,采用溶胶-凝胶法合成含锆的硅胶,再经过高温煅烧得到n-ZrO2/SiO2 n=2%,4%,6%) 负载型催化剂。并用红外光谱(FT-IR)、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、N2吸附-脱附、X射线光电子能谱(XPS)对其进行结构表征,确定ZrO2成功负载到SiO2上。以ZrO2/SiO2为催化剂和吸附剂,H2O2为氧化剂组成催化氧化脱硫体系,并应用于模拟油脱硫。分别考察了氧化锆负载量、反应温度、氧硫比、催化剂加入量及不同类型的硫化物对脱硫效果的影响。实验结果表明,在反应温度为70℃、n(H2O2)/n(S)=4(摩尔比)、4%-ZrO2/SiO2的加入量为0.2 g的最佳反应条件下,氧化脱硫体系对二苯并噻吩(DBT)、4,6-二甲基二苯并噻吩(4,6-DMDBT)和苯并噻吩(BT)的脱除率分别为98.7%、93%和65.9%。且4%-ZrO2/SiO2回收利用5次后,DBT脱除率仍可达到91.8%。

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光热超疏水材料的制备与防、除冰性能研究
谢震廷, 王宏, 朱恂, 陈蓉, 丁玉栋, 廖强
化工学报    2021, 72 (11): 5840-5848.   doi: 10.11949/0438-1157.20210698
录用日期: 2021-08-30

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户外设备表面结冰给人类生活和生产带来了众多不便,研究具有防结冰性能和除冰性能的新一代防、除冰材料对于户外设备的持久稳定运行具有重要意义。本文利用模板法将三氧化二钛(Ti2O3)粉末和聚二甲基硅氧烷(PDMS)混合制备具有规则阵列结构的光热超疏水材料,并研究其防结冰性能与光热除冰性能。得益于Ti2O3优异的光热性能,制备的材料在100 mW/cm2光照条件下的光热温升可达55℃,冻结在表面的液滴可在200 s内融化,具有优异的光热转换与光热除冰性能。而PDMS材料固化后本征疏水,加规则阵列微结构后赋予材料优异的超疏水性能,其接触角高达153°,滚动角小于5°。无光照时的结冰延迟时间长达1300 s,是无光热材料表面结冰延迟时间的3倍。而在光照时由于其优异的光热性能,液滴在长达6 h的结冰测试中尚未结冰,表明材料具有优异的光热防结冰性能。研究结果论证了利用自然界丰富太阳能进行除冰的可能性,为户外设备表面除冰技术提供新的方式。

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TBCFB合成气制甲醇工艺过程的概念设计和计算机模拟
刘叶刚, 张忠林, 侯起旺, 杨景轩, 陈东良, 郝晓刚
化工学报    2021, 72 (9): 4838-4846.   doi: 10.11949/0438-1157.20210272
录用日期: 2021-07-12

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以三塔式循环流化床(TBCFB)为基础的低阶煤清洁转化多联产系统有望提升低价煤的能源和资源利用效率。利用流程模拟软件Aspen Plus 对该多联产系统甲醇合成路线进行模拟和模型验证。应用自热再生理论完成了对TBCFB甲醇生产中低温甲醇洗单元和甲醇精馏单元模拟设计,并对基于自热再生的新工艺进行换热网络(HEN)设计。从能量利用效率的角度,对新工艺进行评价。结果表明,自热再生工艺与常规工艺相比:低温甲醇洗单元冷公用工程节约了29.4%,总能耗节约了25.8%;甲醇精馏单元冷公用工程节约了69.5%,总能耗节约了32.3%。

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车用热泵内部冷凝器结构对性能的影响
赵兰萍, 郭本涛, 杨志刚
化工学报    2021, 72 (9): 4616-4628.   doi: 10.11949/0438-1157.20201949
录用日期: 2021-07-12

摘要233)   HTML4)    PDF (2189KB)(65)    收藏

以三换热器汽车热泵系统中的内部冷凝器为研究对象,实验研究了迎风面积与厚度相等时单层二流程与双层四流程的性能差别,发现双层冷凝器比单层的换热能力最大可增加7.9%,但压降增加了177.6%。建立了双层四流程冷凝器一维仿真模型,研究了当制冷剂为R134a与R1234yf时其在不同结构下的换热量与制冷剂侧压降。结果表明:不同流程排布的换热量差别较小,排布为11-12-12-11时,各个工况的R134a侧压降都显著减小;固定第二层厚度,第一层厚度从10 mm到20 mm,高风速工况下R134a的换热量最大增加10.4%,压降最大可减小63.6%;固定总厚度,采用不同的两层厚度组合,换热量变化较小,存在性能较优的两层厚度组合16 mm-8 mm与14 mm-10 mm;制冷剂为R1234yf时换热量和压降分别比R134a降低了8.02%和47.0%。

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异形仿生换热器壳侧对流换热的高效低阻特性研究
刘辰玥, 郑通, 刘渊博, 温荣福, 陈凯, 马学虎
化工学报    2021, 72 (9): 4511-4522.   doi: 10.11949/0438-1157.20210512
录用日期: 2021-06-02

摘要232)   HTML12)    PDF (9434KB)(133)    收藏

开发高效低阻换热器是提升系统能量转化效率的重要途径,对于船舶航运工业和海上石油平台等海洋工程以及石油钻井平台等领域具有重要的意义。受鲨鱼鳃裂结构启发,设计了一种适用于受限空间内的异形仿生换热器,大幅释放空间,并提高了换热器的集成性。通过在换热器壳程添加四种不同形式的折流板,并在进口端引入“间隙流”,模拟分析了换热器壳侧流场、压力场和温度场的分布规律,并对比了不同Reynolds数下换热器的性能差异。结果表明,阶梯式隔板换热器可达到低阻特性,流速为0.5 m/s时,壳程压降相比于弓形折流板换热器和交错类折流板换热器分别下降了约82%和65%;当Reynolds数在15000~35000之间(流速约为0.63~1.46 m/s)时,进口间隙交错折流板换热器的高效低阻特性优势明显,比弓形折流板换热器提升了约12%;当Reynolds数大于35000即流速高于1.46 m/s时,阶梯式隔板换热器的综合性能比弓形折流板换热器高出约5%,可适用于对壳程压降要求更高的应用环境。给出了不同工况下的换热器综合性能评价图,为实际应用和设计分析提供指导。

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亚临界有机朗肯循环系统工质筛选及热经济性分析
李子航, 王占博, 苗政, 纪献兵
化工学报    2021, 72 (9): 4487-4495.   doi: 10.11949/0438-1157.20210245
录用日期: 2021-07-12

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针对开口热源与闭口热源两种热源类型,选取423.15和463.15 K两种热源温度,模拟分析采用非共沸混合工质亚临界有机朗肯循环(ORC)热力学及热经济性特性。四种热经济性指标[平均化发电成本(LEC)、单位净输出功换热器面积(APR)、单位时间成本(Z)以及净输出功指标(NPI)]结果具有一致性,具有相同的抛物线形变化趋势。随着选取工质临界温度的升高,各热经济性指标发生规律性变化,其中由热力学筛选准则筛选的工质具有较高热经济性能,表明热力学筛选准则在热经济性方面同样具有较高的适用性。

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添加剂作用下阿司匹林结晶模拟和实验研究
李闯, 张扬, 刘小娟, 王学重
化工学报    2021, 72 (9): 4796-4807.   doi: 10.11949/0438-1157.20201770
录用日期: 2021-08-04

摘要228)   HTML5)    PDF (2203KB)(61)    收藏

晶体形貌作为晶体产品的重要质量指标,不仅会影响产品流动性、稳定性、溶出速率和生物可利用度等产品的质量指标,还会对过滤、干燥、压片等下游操作造成影响。通过分子模拟的方法指导阿司匹林冷却-反溶剂结晶过程的添加剂筛选,以添加剂作为晶体形貌的改性剂,降低阿司匹林晶体的长径比优化晶体形貌。通过单因素实验考查了添加剂浓度、晶种加入量、降温速率、搅拌速率和加水速率对阿司匹林晶体产品形貌、流动性和粒度分布等的影响,确定了较优的工艺条件。实验结果表明加入聚乙烯吡咯烷酮(PVP)作为添加剂可以降低阿司匹林晶体长径比,获得形貌为短棱柱状的晶体产品,能够显著改变晶体形貌优化产品的流动性。

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高压氢气储运设施泄漏喷射火过程预测模型及其验证
王振华,蒋军成,尤飞,李刚,庄陈浩,赵耀鹏,倪磊,潘勇,李丹
化工学报    2021, 72 (10): 5412-5423.   doi: 10.11949/0438-1157.20210672
录用日期: 2021-07-12

摘要227)   HTML11)    PDF (1733KB)(143)    收藏

近年氢能已迅速成为能源领域“新宠”,正在迎来快速发展的战略机遇期,但氢安全问题仍然是制约其发展的关键,尤以高压氢气储运设施泄漏后引发喷射火灾害较为突出。为了探究高压氢气泄漏过程并对其引发喷射火灾特性参数变化进行评估,本文采用理论分析和实例验证相结合的方法对两起高压氢气泄漏实验案例(90 MPa氢气瓶和6 MPa氢气管道)进行了研究。结果表明:通过模型精度检验,Abel-Nobel气体状态方程适用于当前常用的多种高压氢气储运设施泄漏过程的描述。基于Abel-Nobel气体状态方程、火焰尺寸模型、辐射分数模型和热辐射模型构建的高压氢气泄漏喷射火过程预测模型对实验案例中的泄漏出口气体质量流量、氢喷射火焰长度和辐射热场等的模拟计算结果与实验测量数据基本一致,验证了模型有效性及所含假设合理性。另外在计算中还需要结合实际情况充分考虑高压氢气储运设施发生泄漏时产生的能量损失以及等温流动过程,从而对模型预测精度进行修正。上述结论对于工程实际、氢能安全利用以及灾害预防等具有重要现实意义。

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流态化的往昔寻觅及未来启示
王荘, 吕潇, 邵媛媛, 祝京旭
化工学报    2021, 72 (12): 5904-5927.   doi: 10.11949/0438-1157.20211278
录用日期: 2021-12-01

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自1921年至今,流态化科学与技术的发展迎来了其辉煌的百年。前半个世纪的发展中,在大力推广其工业应用的同时,科学家们做了许多基础理论研究,为流态化的发展奠定了牢固的基石。流态化的早期理论研究,先是以“美国派”的Lewis、Elgin等学者为代表的,以单颗粒流动为主线的“概括式”研究方式,然后是以“英国派”的Toomey、Rowe、Davidson等学者为代表的,以气固分相为特征开发出气固流化系统理论的“区域式”研究方式。另外,Wilhelm和Kwauk提出了散式与聚式流态化分类,Ergun和Richardson-Zaki提出了最小流态化速度及床层压降和床层膨胀的流态化基本方程。这些早期流态化理论的发展不仅促发了流态化后半个世纪的多样性应用,而且对启迪后续的研究方向,强化多相流反应过程,使之更好地服务于经济社会的发展,并对实现节能减排和碳中和的战略目标具有重要意义。

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加温加压下CFD-PBM耦合模型空气-水两相流数值模拟研究
张文龙, 侯燕, 靳海波, 马磊, 何广湘, 杨索和, 郭晓燕, 张荣月
化工学报    2021, 72 (9): 4594-4606.   doi: 10.11949/0438-1157.20210186
录用日期: 2021-07-12

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计算流体力学与群体平衡模型(CFD-PBM)结合可有效地模拟鼓泡塔内流体行为,较准确地预测流场、相含率以及局部气泡尺寸分布。以直径100 mm、高1.3 m的加温加压鼓泡塔为模拟对象,在系统压力为1 MPa、表观气速为0.08~0.24 m/s、温度为30~160℃条件下系统地考察了空气-水体系的表观气速、温度以及固含率对平均气含率、大小气泡气含率、气泡直径和气泡尺寸分布等参数的影响。结果表明,平均气含率的模拟结果和实验值在10%的误差范围内吻合较好;温度的变化主要影响了塔内气泡的聚并和破碎,并用聚并破碎的机理解释了温度对其流体行为的影响。

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纳米二氧化钛强化的相变储能研究进展
刘庆祎, 肖桐, 孙文杰, 张家豪, 刘昌会
化工学报    2022, 73 (5): 1863-1882.   doi: 10.11949/0438-1157.20220069
录用日期: 2022-03-10

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近年来,随着一次能源紧缺,能源利用效率的重要性日益提升,相变储热可有效提升能源利用效率,人们开始将相变材料同其他物质相结合以进一步拓展其应用范围。纳米二氧化钛具有低成本、无毒、高导电性、高化学稳定性、高热稳定性等优点,现已被广泛研究用于相变储热领域。本文综述了纳米二氧化钛在相变储能领域中的研究进展,从纳米二氧化钛在复合相变材料中的功能出发,主要分为两个部分:(1)纳米二氧化钛在定型相变材料中的应用研究现状;(2)纳米二氧化钛在其他功能相变材料中的应用研究进展。旨在为纳米二氧化钛在相变储能领域的进一步应用提供理论依据与参考。

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地下水人工补给过程中流速对多孔介质胶体堵塞的影响机理
冶雪艳, 李铮, 罗冉, 宋亚霖, 崔瑞娟
化工学报    2021, 72 (11): 5520-5532.   doi: 10.11949/0438-1157.20210034
录用日期: 2021-09-24

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通过一系列室内砂柱模拟实验,研究了流速对胶体在饱和多孔介质中滞留-迁移行为的影响;运用COMSOL软件模拟,拟合实验数据后得到表征胶体沉积的关键参数。结果表明:流速增大缩短了胶体在多孔介质中的滞留时间,并增强水动力拖拽力,导致介质对胶体的吸附量减少,有利于胶体的迁移;回灌时间的延续造成的多孔介质渗透系数降低,可通过瞬间增大流速使渗透系数在较短时间内恢复,然而随后形成新的吸附渗透性仍会降低。水源离子强度、介质粗糙度等因素会影响胶体迁移的流速效应。在相同条件下,吸附系数随着离子强度的增大而增加,随着流速的增大而增加。综合来看,离子强度的增加可抵消一部分水动力拖拽力的影响,提高胶体在多孔介质中滞留的概率;介质表面粗糙度的增加,可削弱水动力拖拽力作用,同时增加胶体与介质的吸附、沉积点位和接触面积,导致胶体易于在多孔介质中发生滞留并可能进一步导致介质堵塞。

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氮掺杂Stone-Wales缺陷石墨烯吸附H2S的密度泛函理论研究
马生贵, 田博文, 周雨薇, 陈琳, 江霞, 高涛
化工学报    2021, 72 (9): 4496-4503.   doi: 10.11949/0438-1157.20210215
录用日期: 2021-05-24

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利用密度泛函理论研究H2S分子在氮掺杂Stone-Wales(SW)缺陷石墨烯上的吸附行为,通过吸附能、差分电荷密度、Bader电荷和电子态密度等分析了H2S分子在SW缺陷石墨烯及氮掺杂SW缺陷石墨烯上的吸附差异。计算结果表明氮原子掺杂可以有效提升H2S分子与石墨烯表面的相互作用,并加强二者之间的电荷转移。其中,氮原子主要作为电子传递的桥梁参与H2S与石墨烯表面之间的电荷转移。H2S分子被选择性吸附在SW缺陷及氮掺杂SW缺陷石墨烯的五元碳环中心处,这说明五元碳环的电荷分布促进H2S分子的吸附行为。

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原子转移自由基聚合法接枝改性纳米纤维素及其功能化应用
许超群, 俞娟, 范一民, 王基夫, 储富祥
化工学报    2022, 73 (3): 1022-1043.   doi: 10.11949/0438-1157.20211451
录用日期: 2021-12-13

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纳米纤维素不仅具有天然纤维素的基本结构和特性,还具有纳米粒子的独特性能,使其成为众多领域的研究热点。然而,由于纳米纤维素表面存在丰富的羟基,导致表面化学性质单一,需要对其进行化学改性拓宽应用领域。原子转移自由基聚合法(ATRP)能够对纳米纤维素表面进行接枝改性,从而赋予纳米纤维素多样化的功能特性,是纳米纤维素高值化应用的重要方法。本文首先总结了传统ATRP法以及四种新型ATRP法在纳米纤维素表面接枝改性中的应用进展;随后介绍了ATRP法在纳米纤维素端基接枝改性中的应用进展;然后分别介绍了ATRP改性的纳米纤维素接枝共聚物在纳米复合增强、智能响应、环保和生物医疗等领域的应用研究;最后总结了ATRP法改性纳米纤维素存在的难点,并展望了未来ATRP法在纳米纤维素接枝改性领域的发展趋势。

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具有优异锂存储性能的蛋黄蛋壳结构FeS2@CFs薄膜电极
李海昌, 何燕, 孙洪冉, 徐常蒙, 李劢, 宋文明, 李慧芳, 王晓君, 刘治明
化工学报    2021, 72 (11): 5858-5866.   doi: 10.11949/0438-1157.20210747
录用日期: 2021-09-24

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利用简单的静电纺丝结合刻蚀和硫化策略获得了FeS2@碳纤维(FeS2@CFs)薄膜电极,每个独特的蛋黄蛋壳结构单元与全方位三维碳纤维导电网络之间的协同效应赋予了电极材料优异的锂存储性能。作为锂离子电池负极材料时,在5 A·g-1的大电流密度下容量仍能保持在415.4 mAh·g-1,在0.5 A·g-1的电流密度下经过循环400圈的循环之后可逆容量约为977.9 mAh·g-1。更重要的是,前驱体材料具有很广泛的扩展性,这可为柔性薄膜电极材料的制备提供一种设计思路。

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离子液体的电导性质研究进展
付雪, 陈婷婷, 陈婷婷, 许映杰
化工学报    2022, 73 (5): 1883-1893.   doi: 10.11949/0438-1157.20211810
录用日期: 2022-03-17

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离子液体(ILs)具有优异的导电能力,其电导性质不仅是电化学应用的基础,而且广泛用于研究ILs溶液热力学性质与微观结构。本文首先总结了近年来实验测定法在研究纯ILs、ILs+溶剂和ILs+ILs体系电导率(κ)或摩尔电导率(Λ)等方面取得的进展,详细讨论了ILs结构、ILs浓度、温度等因素对体系κΛ的影响,并结合溶液热力学模型分析了ILs κΛ的变化规律。在此基础上,重点介绍了电导性质在研究纯ILs的离子率以及ILs+溶剂体系微观结构和相互作用方面的应用及进展。最后,对ILs电导性质研究与应用提出了几点建议。

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Cu2+掺杂MnO2作为水系锌离子电池正极材料的合成与电化学性能
张璐璐,谭伯川,李文坡
化工学报    2021, 72 (10): 5402-5411.   doi: 10.11949/0438-1157.20210376
录用日期: 2021-07-12

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采用简单的一步电沉积方法制备了Cu2+掺杂的MnO2材料。通过XRD、SEM、TEM等方法对材料进行了表征,结果表明其具有蓬松多孔的纳米结构,作为电池正极材料时有利于Zn2+的存储,具有较高的电池容量。与未掺杂样品相比Cu2+掺杂的MnO2材料有更好的电化学性能,在电流密度为200 mA/g时,比容量达到235 mAh/g,增加了47.8%,阻抗也由997.3 Ω降到了564.3 Ω。

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微通道内CO2吸收与传质及资源化利用的研究进展
庞子凡, 蒋斌, 朱春英, 马友光, 付涛涛
化工学报    2022, 73 (1): 122-133.   doi: 10.11949/0438-1157.20210881
录用日期: 2021-09-14

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由于在流体流动、传质、传热及反应等方面良好的调控能力,微化工技术成为化工学科重要的发展领域。综述了近年来以CO2应用为背景的微化工系统中的多相流与传质的研究进展。从流体流动和传质机理出发,分别介绍了物理吸收和化学吸收过程的传质规律。总结了二氧化碳资源化利用的应用进展。展望了微化工技术在二氧化碳吸收与传质方面的发展前景。

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