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1. 工业数据驱动的加氢裂化装置多工况切换过渡状态检测
曹跃, 余冲, 李智, 杨明磊
化工学报    2023, 74 (9): 3841-3854.   DOI: 10.11949/0438-1157.20230729
摘要3454)   HTML17)    PDF(pc) (3390KB)(382)    收藏

加氢裂化装置运行工况众多且切换频繁,而不同稳定的工况间切换必然存在过渡状态,可能会引起装置运行状态波动,甚至引发事故。通常,操作员会基于专家经验判断装置当前处于稳定或过渡状态,分别采取相应的监控和调整策略。然而,人工判断具有个体差异、经验积累周期长等不足,可能导致过渡状态判断不够准确,故提出一种加氢裂化装置多工况切换过渡状态检测方法,首先,结合工业大数据和装置过程机理,针对工业采集数据运用了小波降噪和平滑,再利用相关分析法和主元分析(principal component analysis,PCA)进行数据降维,剥离了相关性强的变量所带来的额外计算成本和信息干扰,将滑动窗拆分并计算移动方差,再与K-means(K均值)聚类相结合,实现了加氢裂化装置的过渡态检测。最后,与经典K-means聚类和层次聚类方法进行对比验证,证明了所提方法具有更好检测能力。

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2. 电化学脱盐机理及相关研究进展
齐元帅, 彭文朝, 李阳, 张凤宝, 范晓彬
化工学报    2024, 75 (1): 171-189.   DOI: 10.11949/0438-1157.20230661
摘要914)   HTML175)    PDF(pc) (8203KB)(1140)    收藏

电化学脱盐技术通过可逆的电化学过程实现离子固定化,是一种很有前途的节能水处理技术。有关脱盐机理的研究有助于深入了解离子传输和去除特性,进而为材料和电池的设计提供理论支持。根据电化学基本原理,可以将电化学脱盐机理分为电吸附机理与电荷转移机理两大类,后者包括氧化还原活性导电聚合物、离子插入(或插层)反应、转化反应以及氧化还原活性电解质。先进表征技术(包括原位X射线技术、原位波谱技术以及其他技术)和计算机建模与仿真(包括分子动力学模拟、密度泛函理论、有限元分析)在机理分析中起到关键作用。

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3. 喷雾冷却换热强化研究进展及影响因素
陈天华, 刘兆轩, 韩群, 张程宾, 李文明
化工学报    2023, 74 (8): 3149-3170.   DOI: 10.11949/0438-1157.20230151
摘要593)   HTML65)    PDF(pc) (10246KB)(325)    收藏

喷雾冷却是一种高效的散热手段,广泛应用于高热通量电子元器件的热管理。近年来,喷雾冷却引起了极大的关注,其换热能力得到了显著的提升。特别地,新型微纳米表面的开发极大地促进了喷雾冷却传热的发展,丰富了喷雾传热强化的机理研究。因此,本文全面系统地总结了喷雾冷却的最新研究成果,讨论了喷雾换热的强化机理,从传热表面特性,工作介质以及喷嘴参数等多个方面讨论了喷雾冷却换热的关键影响因素。最后,进一步探讨了喷雾冷却抑制Leidenfrost现象的机制,并对喷雾冷却未来研究方向进行了展望。

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4. 化学链制化学品工艺及循环材料研究进展
张榕江, 张博, 刘根, 杨伯伦, 吴志强
化工学报    2023, 74 (10): 3979-3994.   DOI: 10.11949/0438-1157.20230739
摘要452)   HTML69)    PDF(pc) (4349KB)(523)    收藏

化学链技术在化学品生产过程强化方面表现出极大潜力,相较于传统工艺可提高㶲效率并降低碳排放。综述了目前常见的化学链制化学品工艺,主要包括化学链重整/部分氧化制合成气和氢气、低碳烷烃化学链氧化脱氢/选择性氢燃烧制烯烃、甲烷化学链氧化偶联制乙烯、甲烷化学链脱氢芳构化制苯、化学链选择性氧化制含氧有机化合物(如甲醇、环氧乙烷和甲酸等)。深入理解载氧体理化性质与化学链反应性能间的构效关系有助于实现载氧体理性设计。目前在载氧体设计方面已具备坚实的理论基础,从利用氧化物的热力学平衡氧分压筛选载氧体活性组分,到基于表面工程策略调控晶格氧释放动力学,再到通过合理构建结构和电子描述符,深入剖析载氧体性能强化策略。实验和密度泛函理论(DFT)计算数据驱动的可解释机器学习可实现载氧体的高通量筛选,极大拓宽了载氧体筛选范围,并降低试错成本。随着化学链技术的发展,载氧体这一概念可被进一步拓展至循环材料,如载氮体和载氯体等。光/电驱动的化学链过程为在低温或室温下实现高附加值产物的合成提供了新思路,拓宽了化学链技术的应用范围。此外,化学链技术还可用于共沸有机物分离过程强化,对低成本、低污染和低排放分离过程的开发具有重要意义。

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5. 碳基催化材料在电化学还原二氧化碳中的研究进展
张琦钰, 高利军, 苏宇航, 马晓博, 王翊丞, 张亚婷, 胡超
化工学报    2023, 74 (7): 2753-2772.   DOI: 10.11949/0438-1157.20230174
摘要451)   HTML32)    PDF(pc) (8041KB)(484)    收藏

利用电化学还原技术将二氧化碳(CO2)转化为高能燃料或高值化学品是提升CO2利用附加值、缓解CO2排放压力的有效途径,也是风电、水电和太阳能等绿色能源的转化与存储方式之一,对间歇性电能“削峰填谷”意义重大。实现高效电化学还原CO2的关键之一在于创制高性能的电催化材料。综述了碳基催化材料在电化学还原CO2方面的研究进展,系统探讨了本征缺陷碳材料、掺杂碳材料、碳基复合材料和整体式碳材料的结构特点以及与电催化还原CO2性能的构效关系,并在此基础之上,展望了碳基催化材料在电化学还原CO2领域中的挑战和未来发展。

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6. 钙基催化剂的设计合成及应用研究进展
涂玉明, 邵高燕, 陈健杰, 刘凤, 田世超, 周智勇, 任钟旗
化工学报    2023, 74 (7): 2717-2734.   DOI: 10.11949/0438-1157.20230193
摘要440)   HTML45)    PDF(pc) (4353KB)(320)    收藏

钙基催化剂是以钙氧化物为金属活性位点的固体碱催化剂,具有绿色高效、廉价易得等优点,有较好的催化性能,可广泛应用于生物柴油制备、废水处理和焦油裂解重整等领域,已受到国内外研究者们越来越广泛的关注。主要介绍了钙基催化剂类型、应用研究现状及作用机理,概述了其在各个领域的研究进展,分析归纳了钙基催化剂设计合成思路的历程和趋势:从CaO、Ca(OH)2等天然钙基催化剂到主动设计合成的负载型含Ca催化剂,指出了稳定高效钙基催化剂的设计合成是其实现进一步发展的关键。最后对钙基催化剂研究进展进行归纳总结,并对其未来发展及应用前景进行了展望。

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7. 基于离子液体的纤维素均相加工研究进展
车睿敏, 郑文秋, 王小宇, 李鑫, 许凤
化工学报    2023, 74 (9): 3615-3627.   DOI: 10.11949/0438-1157.20230529
摘要433)   HTML72)    PDF(pc) (3441KB)(366)    收藏

纤维素是自然界中储量最丰富的可再生资源,是制备经济可持续聚合物的理想材料。由于天然纤维素具有高度结晶的聚集态结构及分子链间致密的氢键网络,导致其溶解与加工困难,功能化应用受到了极大限制。近年来,离子液体作为新型绿色纤维素溶剂体系蓬勃发展,为纤维素均相加工与高效利用提供了崭新的平台。从离子液体种类、特性及溶解纤维素能力,基于“溶解再生”与“均相衍生”构建纤维素材料等方面综述了近年来纤维素在离子液体中均相加工的最新研究进展,为未来纤维素资源的绿色高值转化提供参考。

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8. 中高温钙基材料热化学储热的研究进展与展望
郑玉圆, 葛志伟, 韩翔宇, 王亮, 陈海生
化工学报    2023, 74 (8): 3171-3192.   DOI: 10.11949/0438-1157.20230338
摘要392)   HTML64)    PDF(pc) (11443KB)(245)    收藏

热化学储热由于能量密度高,材料适宜于长时储存和远距离运输,成为高效储热新兴的研究热点。钙基材料热化学储热成本低且无毒无污染,具有广阔应用前景。总结了目前热化学储热的主要体系及分类,针对中高温钙基热化学储热技术从材料改性、反应器设计及系统集成应用三个层面的研究进展进行综述。探讨钙基热化学储热技术研究中面临的挑战与机遇,并对今后的研究与发展方向提出了建议。

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9. 基于天然生物模板构建纳米材料及集成催化剂研究进展
余娅洁, 李静茹, 周树锋, 李清彪, 詹国武
化工学报    2023, 74 (7): 2735-2752.   DOI: 10.11949/0438-1157.20230456
摘要381)   HTML42)    PDF(pc) (8636KB)(380)    收藏

新型纳米催化材料的设计、制备与应用是近年来催化领域的研究热点之一。具有复杂精细分级结构的生物模板在自然界中普遍存在,可作为软模板、硬模板或载体制备高连通性多级孔纳米材料,且通过制备条件参数的调控,其既能保留生物模板的宏观形貌和微纳结构,又能将生物模板原先的化学组成置换或负载所需催化组分(金属、金属氧化物、分子筛等),为纳米材料和集成催化剂的设计提供了新思路。而该类集成催化材料的“多层次空间结构”是现有制备技术很难获得的或者所需制备流程相对烦琐。本文从几种不同来源的典型生物模板出发,介绍了基于生物模板构建纳米材料及集成催化剂的方法,总结了该类集成纳米材料在催化领域的研究现状与应用实例,并对未来采用生物模板制备多化学组成的集成催化剂进行了展望。

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10. 固体氧化物电解池制氢关键技术及产业化进展
张俊杰, 孙旺, 高啸天, 乔金硕, 王振华, 孙克宁
化工学报    2023, 74 (12): 4749-4763.   DOI: 10.11949/0438-1157.20231074
摘要361)   HTML43)    PDF(pc) (4131KB)(316)    收藏

随着双碳目标和能源革命的持续推进,氢能作为重要的清洁能源受到广泛关注。在众多的制氢途径中,固体氧化物电解池(solid oxide electrolytic cell, SOEC)电解水制氢被认为是最有前景的制氢途径之一。为更好地服务SOEC电解水制氢的产业化发展,对SOEC技术的研究现状和面临的挑战进行了系统梳理。虽然SOEC电解水制氢具有制氢效率高、环境污染小、余热高效利用等优点,但在长时间稳定运行和大规模集成上还有许多难点问题亟需解决,目前国内SOEC产业化尚在起步阶段,与国外发展水平还有一定的差距。提升材料的稳定性、优化系统控制是SOEC技术的重点发展方向。此外,加快SOEC产业化进程还需要协同发展上下游产业链,进一步降低制备成本。随着技术的成熟,SOEC有望在化工、分布式能源等领域获得广泛的应用。

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11. 电子级磷酸的纯化精制技术发展现状与研究进展
余留洋, 刘书博, 贾晟哲, 马航, 万邦隆, 苏琦雯, 王静康, 汤伟伟, 贺豫娟, 龚俊波
化工学报    2024, 75 (1): 1-19.   DOI: 10.11949/0438-1157.20230655
摘要344)   HTML50)    PDF(pc) (6270KB)(530)    收藏

电子级磷酸作为一种超高纯化学试剂,主要用于微电子行业中芯片的清洗与蚀刻,其纯度会显著影响电子元器件的成品率、电性能以及可靠性。然而,极低杂质(10-9水平)的高端电子级磷酸,对于化工分离纯化技术的要求极高。从电子级磷酸在芯片清洗与蚀刻方面的应用出发,梳理了电子级磷酸产品的主要国内外标准,概述了杂质离子的主要分析监测方法。重点综述了电子磷酸的制备和纯化精制方法,特别是结晶法在磷酸深度净化方面的显著优势,最后,对电子级磷酸的净化技术发展做出了前景展望。

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12. MOCVD生长AlN单晶薄膜的气相和表面化学反应综述
何晓崐, 刘锐, 薛园, 左然
化工学报    2023, 74 (7): 2800-2813.   DOI: 10.11949/0438-1157.20230380
摘要336)   HTML30)    PDF(pc) (3319KB)(172)    收藏

作为第三代半导体材料的代表,AlN单晶具有禁带宽度大、击穿电场强度高、电子饱和迁移率高等特点,被广泛应用于紫外和深紫外发光器件的制造。金属有机化学气相沉积(MOCVD)是生长AlN单晶薄膜最主要的技术。由于Al—N键在三种Ⅲ族氮化物(AlN、GaN和InN)中最强,导致MOCVD生长AlN过程的气相寄生反应最为严重,进而造成AlN的生长速率和效率过低、生长窗口过窄等问题。此外,较高的Al—N键能还导致含Al粒子在表面的迁移率过低,致使薄膜表面形貌变差。这些问题都与薄膜生长过程发生的化学反应密切相关。分别从气相反应路径和表面反应机理两方面,较全面地总结了前人针对MOCVD生长AlN薄膜机理开展的研究工作,并介绍了本课题组近年来在该方向取得的研究成果。最后归纳了现阶段MOCVD生长AlN研究中存在的问题与不足,并在此基础上进行了展望。

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13. COSMO-RS模型在离子液体/低共熔溶剂筛选中的应用研究进展
张旭东, 刘彦花, 申峻, 王玉高, 刘刚, 牛艳霞
化工学报    2023, 74 (11): 4383-4396.   DOI: 10.11949/0438-1157.20231003
摘要335)   HTML45)    PDF(pc) (2992KB)(473)    收藏

离子液体(ILs)和低共熔溶剂(DESs)作为一类新型的绿色溶剂,由于其独特的物理化学性质,在混合物分离方面已经受到了研究者的广泛关注,因此逐渐成为绿色化学领域的研究重点。针对特定的分离过程,选择合适的溶剂是非常重要的,然而,由于ILs和DESs种类较多,结构复杂,通过实验的方法逐一进行筛选费时费力、成本高,且几乎不可能找到最优选择,因此应用理论计算模型对ILs和DESs进行筛选是非常有必要的。真实溶剂类导体屏蔽模型(COSMO-RS模型)是一种由量子化学计算与统计热力学方法相结合的预测模型,它可以在不需要实验数据的情况下预测液体混合物的热力学性质,已经被研究者广泛用作各种分离问题的快速筛选工具。整理了应用COSMO-RS模型筛选ILs/DESs用于各种油中酚类、含氮化合物、含硫化合物、萜类化合物、天然维生素E的萃取分离,以及CO2捕获和共沸混合物等的分离过程,表明COSMO-RS模型用于特定混合物萃取溶剂的筛选是快速有效的,可为难分离混合物分离过程中ILs/DESs的预筛选提供有价值的参考。

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14. 离子液体基低共熔溶剂在转化CO2中的应用
程业品, 胡达清, 徐奕莎, 刘华彦, 卢晗锋, 崔国凯
化工学报    2023, 74 (9): 3640-3653.   DOI: 10.11949/0438-1157.20230534
摘要329)   HTML18)    PDF(pc) (1395KB)(477)    收藏

CO2作为一种温室气体,是一种宝贵的C1资源,为实现“碳达峰、碳中和”战略目标,大力发展二氧化碳利用与封存技术是当务之急。离子液体是由有机阳离子和有机或无机阴离子组成的绿色溶剂,而低共熔溶剂是由氢键受体和氢键供体通过氢键形成的一种新型的溶剂。离子液体基低共熔溶剂不仅拥有离子液体相似的性质,如低饱和蒸气压、宽液温范围、高热化学稳定性、结构性能可调控等,还具备了低共熔溶剂的氢键特性。本文综述了离子液体基低共熔溶剂在CO2热催化、电催化、生物催化领域的应用,并分析了各种催化方式中的CO2转化机理和影响因素,展望了低共熔溶剂应用于转化CO2的前景,对目前该领域的发展所面临的主要问题和进一步的研究工作提出了建议。

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15. 煤矸石中有价关键金属活化提取研究进展
康超, 乔金鹏, 杨胜超, 彭超, 付元鹏, 刘斌, 刘建荣, Aleksandrova Tatiana, 段晨龙
化工学报    2023, 74 (7): 2783-2799.   DOI: 10.11949/0438-1157.20230260
摘要326)   HTML25)    PDF(pc) (5069KB)(300)    收藏

煤矸石是煤炭开采洗选过程中的固体废弃物,是我国产储量最大的工业固废之一,回收利用其中潜在的矿产资源对实现我国绿色矿山建设及“双碳”目标达成意义重大。通过综合分析国内外现阶段煤矸石提取有价金属相关技术,系统阐述了“单一/复合活化-碱熔/酸浸”联合强化铝、铁等有价组分高效富集研究进展,重点分析了锂、稀土等微量关键金属的赋存状态及提取方法。针对煤矸石组分复杂且波动范围大、有价金属含量低等问题,可基于矿物特性采用相应选矿技术初步富集载体矿物,提升有价金属品位,进而开展铝、铁、锂、稀土等多种元素协同提取,实现煤矸石高附加值利用。

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16. 耦合蒸气冷却屏的真空多层绝热结构对液氢储罐自增压过程的影响机制研究
李科, 文键, 忻碧平
化工学报    2023, 74 (9): 3786-3796.   DOI: 10.11949/0438-1157.20230544
摘要297)   HTML10)    PDF(pc) (3470KB)(331)    收藏

基于MATLAB,构建了一种考虑氢储罐真空多层绝热结构、蒸气冷却屏和内部流体域的瞬态仿真模型。引入了无量纲的蒸气消耗因子ηc、休眠期延长因子ηs和单位因子ηηc代表冷却屏在储存全周期蒸气的消耗量,ηs代表采用冷却屏时休眠期相对于未采用时休眠期的延长量,ηηsηc的比值,代表冷却屏屏蔽漏热的能力。研究了冷却屏的无量纲位置、ηc、流量和开启时刻对ηsη的影响。结果表明,在冷却屏开启时段不变时,使得ηs最大化的冷却屏最佳位置是0.622;当冷却屏位置是0.622,ηc从0.0640降至0.0128,η增大34.7%,但是当冷却屏的设置偏离最佳位置越远,降低ηc使得η增大的幅度越小;固定ηc和蒸气冷却屏的开启时长,ηs随着开启时刻的推迟先增大后减小,当冷却屏的位置是0.622,使ηs最大的开启时刻是第23.26天。

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17. 渗透汽化技术用于锂电池生产中N-甲基吡咯烷酮回收的研究进展
张佳怡, 何佳莉, 谢江鹏, 王健, 赵鹬, 张栋强
化工学报    2023, 74 (8): 3203-3215.   DOI: 10.11949/0438-1157.20230541
摘要291)   HTML17)    PDF(pc) (1784KB)(165)    收藏

N-甲基吡咯烷酮(NMP)作为生产锂电池的必备溶剂,需求量逐年攀升。然而在锂电池生产后期NMP以废气形式排出,将会造成环境污染和资源浪费。用水吸收NMP废气形成相应溶液是一种有效的回收方法,进而将NMP溶液回收利用可以降低锂电池生产成本,促进锂电行业绿色可持续发展。相较于蒸馏等传统工艺,采用渗透汽化技术回收NMP废液具有能耗低、高效、环保等优势。从渗透汽化膜分离技术的优势和机理展开,系统总结了用于回收NMP废液的渗透汽化膜材料和分离工艺,通过比较不同膜材料和工艺的应用范围及分离效果,指出了其相应的优缺点和适用场合,为NMP的有效利用提供合理的参考。对渗透汽化技术用于NMP回收面临的挑战进行讨论并对发展前景做出展望。

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18. 搅拌时间和混合顺序对锂离子电池正极浆料分散特性的影响
王志龙, 杨烨, 赵真真, 田涛, 赵桐, 崔亚辉
化工学报    2023, 74 (7): 3127-3138.   DOI: 10.11949/0438-1157.20230528
摘要280)   HTML17)    PDF(pc) (7637KB)(145)    收藏

综合采用电阻抗谱(electrical impedance spectroscopy,EIS)方法、扫描电子显微镜(scanning electron microscopy,SEM)方法和流变法,分析了锂离子电池正极浆料(cathode slurry)的电化学特性、形貌特性和流变特性,并总结出了正极浆料的分散特性。基于COMSOL Multiphysics软件建立了正极浆料的静态仿真模型,从电化学特性角度出发,验证了EIS实验结果的正确性。综合考虑实验分析与仿真验证,结果表明:搅拌时间对正极浆料的分散特性影响较大,较长(9 min以上)或者较短(3 min以下)的搅拌时间会增加阻抗值从而恶化正极浆料内粒子的分散;而6 min的搅拌时间则会减小阻抗值从而使正极浆料内粒子分散。先将炭黑(CB)与PVDF-NMP溶液混合制成CB浆料,后将钴酸锂(LiCoO2)粒子与CB浆料混合的顺序,能使锂电池正极浆料具有较好的分散特性。最后,提出了一套提高正极浆料分散特性的制浆方案,为高性能锂电池的制备提供了理论依据与实验参考。

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19. 低模量、高弹性、高剥离强度丙烯酸酯压敏胶
张澳, 罗英武
化工学报    2023, 74 (7): 3079-3092.   DOI: 10.11949/0438-1157.20230381
摘要279)   HTML7)    PDF(pc) (3632KB)(216)    收藏

丙烯酸酯压敏胶广泛应用在电子器件的装配中。随着可折叠屏手机等柔性电子器件发展,传统压敏胶因无法平衡低模量、高弹性以及高剥离强度而难以满足柔性电子器件对反复动态变形的需求。以苯乙烯、丙烯酸异辛酯为单体,采用RAFT乳液聚合设计制备了聚苯乙烯-b-聚丙烯酸异辛酯-b-聚苯乙烯(SEHAS)和聚苯乙烯-b-聚丙烯酸异辛酯(SEHA)嵌段聚合物,研究两种嵌段共聚物共混体系的力学性能、黏弹性和黏结性能。发现当共混物中SEHA的含量从0(质量)提高到75%(质量)时,玻璃化温度仍为-68℃,保持不变,剪切储能模量从27 kPa下降至15 kPa,剥离强度从8.1 N/25 mm提升到10.3 N/25 mm,应变回复率仍然保持在95%以上。研究表明SEHAS/SEHA共组装是一种简便降低模量同时维持较好的交联网络完整性并提高黏弹性的新方法,能够更好地平衡压敏胶高柔性、大变形后的回弹性和良好界面黏合性之间的关系。

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20. 基于自热再生的隔壁塔深冷空分工艺设计及优化
文兆伦, 李沛睿, 张忠林, 杜晓, 侯起旺, 刘叶刚, 郝晓刚, 官国清
化工学报    2023, 74 (7): 2988-2998.   DOI: 10.11949/0438-1157.20230240
摘要271)   HTML12)    PDF(pc) (1612KB)(243)    收藏

工业气体应用广泛,当前常用深冷精馏法获取,工艺能耗巨大,其中压缩和精馏部分的耗能占比最大。基于自热再生和隔壁塔技术,提出了一种隔壁塔深冷空分方案,用单塔精馏空分过程代替双塔精馏空分过程,利用自热再生优化过程换热。利用夹点原理对优化前后的工艺进行能量分析,并从总能量消耗(TEC)、二氧化碳排放量([CO2]em)、年度总费用(TAC)三个角度分别进行评价。结果表明,基于自热再生的隔壁塔深冷空分工艺较常规空分工艺,制氧消耗降低了26.19%,二氧化碳排放减少了25.18%,年度总费用降低了31.93%。利用自热再生技术和隔壁塔技术优化后的空分工艺,在节能、经济以及环保方面表现出更强的优越性。

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21. 一种耦合CFD与深度学习的气固快速模拟方法
温凯杰, 郭力, 夏诏杰, 陈建华
化工学报    2023, 74 (9): 3775-3785.   DOI: 10.11949/0438-1157.20230711
摘要250)   HTML18)    PDF(pc) (1799KB)(360)    收藏

在计算流体力学领域,深度学习被用于重建流场、预测曳力、求解泊松方程、加速流体模拟等方面的研究。为了加速气固两相流的模拟计算,使用卷积长短时记忆网络对物理量进行预测,并基于LibTorch实现深度学习模型预测与OpenFOAM的耦合。通过与单纯OpenFOAM模拟结果对比,发现深度学习模型预测存在颗粒体积分数不守恒、极小数值预测不准确的问题,先后通过体积分数校正和网格数据过滤消除了前述影响。选取不同的三个物理量组合进行深度学习模型预测以加速CFD计算,在同样选取颗粒体积分数和气体速度的条件下,对比了增加预测颗粒速度和压力对耦合流程计算结果的影响,其中,增加预测颗粒速度的计算结果较为准确,经分析发现这可能与求解器对不同变量的调用顺序有关。此外,研究了不同深度学习模型预测跨度比(1∶1、3∶1、5∶1、10∶1)下的耦合计算结果以及加速效果,发现在一定误差范围内,当前耦合计算流程最高可实现9倍左右的加速,且加速比与跨度比呈近似线性关系。

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22. 微通道蒸发器优化两相制冷剂分配及沸腾传热研究进展
汤志轩, 郭文华, 吴思远, 赵日晶, 黄东
化工学报    2023, 74 (10): 4020-4036.   DOI: 10.11949/0438-1157.20230650
摘要250)   HTML21)    PDF(pc) (5682KB)(340)    收藏

微通道蒸发器由于低充灌量、高换热性能、低成本等优点在制冷系统得以广泛应用。微通道蒸发器性能的进一步提升有助于降低制冷剂充灌量、增加微通道换热器的紧凑性。微通道蒸发器主要由集管和微通道扁管组成,优化集管内两相制冷剂分配和强化微通道扁管内流动沸腾,可有效实现微通道蒸发器整体性能提升。本文首先阐明了影响集管内两相分配的因素和微通道扁管内流动沸腾特性,然后概括了提升两相制冷剂的分配方案和强化流动沸腾的措施,最后对提升微通道蒸发器性能的方法做出进一步展望。

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23. 木质素催化氧化过程中典型化学键断键研究
陈浩楠, 胡晓虹, 马隆龙, 张琦
化工学报    2023, 74 (11): 4367-4382.   DOI: 10.11949/0438-1157.20230941
摘要247)   HTML70)    PDF(pc) (1488KB)(298)    收藏

木质素是自然界中含量最丰富的可再生芳香资源,各芳香基本单元通过C—O和C—C键连接。氧化解聚能显著降低化学键键能,对木质素结构中C—C键的裂解尤为有效,并生成芳香醛、酸、酮等高度功能化的高值产物。针对不同键的断裂能定向制备所需产物,如C β —O键断裂易生产苯酚类以及酮类产物,C α —C β 键断裂易制备芳香醛类和羧酸类产物,C α —Cary键断裂能有效去除侧链烷基等。文章重点从断键路径的角度综述了以上三种化学键的研究现状,同时介绍了各种化学键断裂的催化剂研究以及真实木质素氧化解聚进展。在此基础上,展望了未来木质素氧化解聚的研究方向,以实现木质素的高价值转化。

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24. 硅基离子液体微颗粒强化气体捕集与转化的研究进展
陈美思, 陈威达, 李鑫垚, 李尚予, 吴有庭, 张锋, 张志炳
化工学报    2023, 74 (9): 3628-3639.   DOI: 10.11949/0438-1157.20230531
摘要246)   HTML29)    PDF(pc) (4425KB)(287)    收藏

解决工业过程污染气体的过量排放问题,具有重要的科学和环境意义。离子液体(ILs)作为室温呈液态的绿色溶剂,在气体捕集转化方面具有独特的优势,但天然的高黏度特性严重阻碍了其工业应用。本团队基于多年研究发现,不执拗于大幅降低离子液体的黏度,而顺其自然,通过“微颗粒化”技术,实现离子液体于准静止状态的高效利用,是离子液体适应工业化的有效路径之一。鉴于此,综述了以二氧化硅(SiO2)为介质的离子液体微颗粒,及其衍生的离子液体纳-微界面反应单元在气体捕集(VOCs和CO2)和CO2转化方面的应用研究进展,探讨了微颗粒化离子液体体系较传统体系的特性优势,并分析了离子液体“微颗粒化”的应用前景及工业可行性。

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25. 微化工精馏分离技术研究进展
郑雨婷, 方冠东, 张梦波, 张浩淼, 王靖岱, 阳永荣
化工学报    2024, 75 (1): 47-59.   DOI: 10.11949/0438-1157.20230649
摘要243)   HTML25)    PDF(pc) (6108KB)(302)    收藏

综述了以微尺度结构为核心的微化工精馏分离技术的研究进展。基于传统精馏存在的节能技术落后、设备效能低以及难分离近沸点物系等问题,介绍了易于实现过程强化的微精馏分离技术,包括常规微蒸馏/微精馏、毛细管力微精馏、离心力微精馏、真空微精馏、重力微精馏等多种方法,在流动化学应用中将起到重要作用。在微尺度条件下,相间传质传热效率随传质距离的缩短显著增强,同时精馏分离流程具有安全可控、连续高效的特点。微尺度精馏分离技术具有独特优势,为化工精馏实现环保、降耗的目标提供了解决方案,也为流动化学合成系统的开发与完善提供了可能。

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26. 沥青质分子缔合作用机制、表征、理论计算与应用研究进展
周惠敏, 田莹, 刘思亿, 邹佳航, 张润泽, 贺常晴, 何林, 隋红
化工学报    2023, 74 (10): 3995-4019.   DOI: 10.11949/0438-1157.20230583
摘要240)   HTML16)    PDF(pc) (6129KB)(524)    收藏

石油中沥青质分子的缔合聚集现象对于石油(尤其是重质油或致密油藏等非常规石油)的开采、储运、加工等具有重要影响,直接决定了原油的体相和界面性质,是矿物或管道器壁表面石油组分吸附沉积、油水(固)乳化、原油高黏等现象的主要成因。系统地综述了沥青质分子间缔合现象及理论发展,从分子间非共价相互作用角度探究了沥青质分子缔合聚集的作用机制,阐述了静电与色散作用主导的非共价相互作用对于沥青质缔合聚集的决定性影响规律。在此基础上,总结了近年来分子模拟等理论计算与界面表征技术在沥青质界面现象研究中的应用现状与发展方向。最后,基于沥青质分子缔合现象与理论,探讨了其在固体表面吸脱附、沉积、分散、破乳技术开发、降黏技术开发等领域的应用与思考。

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27. 蛋白质纳米笼介导的酶自固定化研究进展
陈雅鑫, 袁航, 刘冠章, 毛磊, 杨纯, 张瑞芳, 张光亚
化工学报    2023, 74 (7): 2773-2782.   DOI: 10.11949/0438-1157.20230209
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近年来,以金属有机框架以及自组装蛋白为代表的新型酶载体材料不断涌现,其中以蛋白质纳米笼为代表的自组装蛋白在酶自固定化领域的独特优势正不断被研究者发掘。蛋白质纳米笼独有的笼状空腔、可基因/化学修饰结构、可控自组装特性等特点为成功获得产量、稳定性和催化活性均提高的自固定化酶奠定了基础。本文首先简要介绍了金属有机框架材料、自组装蛋白,同时结合自身研究经历,重点对蛋白质纳米笼高级结构、人工设计尤其是铁蛋白的结构设计,以及纳米笼的自组装机制进行阐述。最后,综述了蛋白质纳米笼在酶自固定化方面的研究进展,并指出今后可能的研究方向,为建立自固定化新策略提供参考,进而推动自固定化酶从实验室研究迈向工业化应用。

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28. 超薄热管启动特性和传热性能数值模拟
史方哲, 甘云华
化工学报    2023, 74 (7): 2814-2823.   DOI: 10.11949/0438-1157.20230429
摘要224)   HTML25)    PDF(pc) (2778KB)(233)    收藏

提出了一种简化的超薄热管三维瞬态模型,模拟热管由启动至稳定运行的过程,基于团队前期工作验证了模型的准确性,通过数值模拟研究了不同流道厚度、吸液芯类型及折弯段几何结构的热管,分析了各参数对蒸汽流动特性、温度分布特性及启动性能的影响,基于控制理论对不同结构热管的热响应特性进行了定量分析,最大均方根误差(RMSE)仅为0.385。研究表明:流道厚度过小将增大蒸汽流动阻力和能量损失,不同结构吸液芯主要通过蒸汽通道宽度差异影响蒸汽流动特性,流道厚度越小越易受折弯段折弯半径和折弯角度的影响。此外,流道厚度小于0.2 mm还将影响热管均温性,使气液循环受限,热管总热阻和启动时间主要受热负荷的影响。

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29. 离子液体萃取剂萃取精馏分离丙酸甲酯+甲醇共沸物
王俐智, 杭钱程, 郑叶玲, 丁延, 陈家继, 叶青, 李进龙
化工学报    2023, 74 (9): 3731-3741.   DOI: 10.11949/0438-1157.20230517
摘要214)   HTML13)    PDF(pc) (3857KB)(411)    收藏

以离子液体(ILs)[BMIM][NTF2]和[HMIM][NTF2]为萃取剂,萃取精馏分离丙酸甲酯+甲醇共沸物,通过分子模拟分析了ILs促进目标共沸物的分离机理;基于汽液平衡实验数据,获得新的NRTL热力学模型参数;选用常规的二组分双塔分离流程,实现了目标共沸体系的分离。作为对比,同时构建了以苯酚为萃取剂的萃取精馏和变压精馏流程。基于Aspen Plus软件平台,分析了上述各流程分离单元主要操作参数对分离过程性能的影响,考察并对比了各流程能耗、年总成本(TAC)和碳排放。结果表明:离子液体工艺可实现丙酸甲酯+甲醇共沸物的有效分离,产品纯度达到99.9%(质量分数),[HMIM][NTF2]工艺与[BMIM][NTF2]、苯酚及变压精馏工艺相比,TAC降低11.68%~43.68%、CO2 排放减少32.11%~68.46%。结果可为共沸物丙酸甲酯+甲醇分离新工艺设计及优化提供理论支撑和实际指导。

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30. 软/硬炭的特性、结构、制备及应用
李烁, 赵哲鹏, 崔正威, 袁观明, 许斌
化工学报    2023, 74 (12): 4792-4809.   DOI: 10.11949/0438-1157.20230874
摘要214)   HTML25)    PDF(pc) (4596KB)(302)    收藏

近年来,节能环保、智能制造和绿色低碳等行业持续发展壮大,伴随国家“十四五”政策逐步落实,炭材料起到了举足轻重和不可替代的作用。软/硬炭作为和石墨、石墨烯、纳米炭同等重要的一种炭材料,引起了科学界和产业界的广泛关注,目前在新能源、新技术和生态环境等领域的开发和应用方兴未艾。首先介绍了软/硬炭的重要性、研究热度及其专业术语的历史发展,并对其结构特性和经典结构模型进行了系统梳理;然后围绕软/硬炭的制备方法(气相、液相和固相炭化)及控制手段(包括碳质原料的合理选取)、微晶结构调控措施、高温衍变规律及相互转化进行了全面概括;简要概述软/硬炭在传统领域应用的同时,重点介绍了其在能源存储与转化、先进催化材料和高效吸附环保等新兴领域的应用;最后对软/硬炭的研发前景和发展趋势进行了总结和展望,为设计和开发低成本生产、精细结构及优异性能调控、高附加值和高端领域应用的软/硬炭提供了一个全面视角。

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31. 化工过程的自优化控制:原理、发展与应用展望
叶凌箭
化工学报    2023, 74 (11): 4445-4465.   DOI: 10.11949/0438-1157.20231049
摘要213)   HTML29)    PDF(pc) (4492KB)(420)    收藏

自优化控制(SOC)是一种通过选择被控变量实现化工过程实时优化的控制系统设计方法,具有控制结构简单、优化效果好等优点,近年来得到了快速发展。详细阐述了SOC的基本工作原理及其在过程控制系统中的定位与作用,对其发展历程和研究现状进行了系统性的总结,主要包括:被控变量求解方法、变量筛选快速算法、可变约束集问题、间歇过程SOC方法和混合实时优化策略等内容。最后,全面回顾了现阶段SOC在化工过程中的应用案例,并从理论和实践角度对其未来发展方向进行展望。

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32. 基于分子动力学模拟的Fe2O3纳米颗粒烧结机制研究
曾如宾, 沈中杰, 梁钦锋, 许建良, 代正华, 刘海峰
化工学报    2023, 74 (8): 3353-3365.   DOI: 10.11949/0438-1157.20230499
摘要212)   HTML22)    PDF(pc) (7855KB)(114)    收藏

氧化铁是化工、冶金和能源等领域重要的原料,其在高温下的烧结性对产品性能至关重要。通过分子动力学模拟(MDS)研究了不同温度、粒径与空位缺陷浓度条件下Fe2O3纳米颗粒的烧结机制。结果表明,Fe2O3纳米颗粒粒径由3 nm增加至5 nm,烧结后收缩率由25.0%降低至10.8%,相对颈部宽度由96.6%降低至49.5%。当温度由900 K升高至1300 K,烧结过程原子扩散系数由1.758×10-3 nm2/ps增至4.303×10-3 nm2/ps,增大1.45倍。高温下(1300 K)原子迁移使颗粒部分结构由HCP和BCC结构转变为非晶结构,非晶原子比例为66.7%。含10.0%初始空位缺陷浓度纳米颗粒烧结过程的扩散活化能相比完美晶体(0空位浓度)降低约63.5%,原子迁移性及烧结致密化程度增强。研究结果对氧化铁颗粒高温热处理工艺优化具有指导意义。

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33. 铁基导电材料强化厌氧去除卤代有机污染物:研究进展及未来展望
吕龙义, 及文博, 韩沐达, 李伟光, 高文芳, 刘晓阳, 孙丽, 王鹏飞, 任芝军, 张光明
化工学报    2023, 74 (8): 3193-3202.   DOI: 10.11949/0438-1157.20230441
摘要209)   HTML13)    PDF(pc) (1115KB)(269)    收藏

随着工农业发展,越来越多的卤代污染物被排放到环境中。鉴于卤代污染物高毒性及强稳定性的特点,如何高效地去除环境中卤代污染物成为国内外学者关注的焦点。厌氧生物处理因为其绿色高效的特点,近年来常被用于去除环境中的卤代污染物,其中微生物胞外电子传递是影响脱氯效率的重要因素。铁基导电材料比表面积大,导电性强,而且能够提高脱卤相关菌的微生物活性,可强化胞外电子传递过程,加速厌氧脱卤效率的同时提高甲烷产量。本文综述了铁基导电材料强化厌氧脱卤的研究现状,重点对铁基导电材料促进电子转移机制进行了论述。探讨了目前铁基导电材料相关研究存在的问题,并对铁基材料促进厌氧脱卤的研究方向进行了展望。

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34. PSA-低温甲醇洗-膜分离耦合的氢气分离系统建立与模拟
麻蓉, 张桥
化工学报    2023, 74 (10): 4201-4207.   DOI: 10.11949/0438-1157.20230895
摘要209)   HTML9)    PDF(pc) (1045KB)(346)    收藏

氢能作为实现可持续发展的重要载体,对构建清洁低碳高效的能源体系、实现“双碳”目标具有重要意义。通过提出变压吸附(PSA)-低温甲醇洗-膜分离的耦合氢气分离系统,并借助Aspen Plus等软件进行模拟和分析,实现了多种分离技术的优势结合。多项分离工艺集成有效利用了PSA尾气中的氢气,提高了氢气回收率;打破了单一膜分离提纯氢气的纯度瓶颈,获得产品氢气浓度高达99.67%;实现了CO2的富集和CH4的循环回收,减少了制氢原料的损失。整个系统相比于现存的装置运行分离效果和经济性更好,为其他氢气提纯问题提供了新思路和一定的实用价值。

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35. 离子液体界面极化及其调控氢键性质的分子机理
陆俊凤, 孙怀宇, 王艳磊, 何宏艳
化工学报    2023, 74 (9): 3665-3680.   DOI: 10.11949/0438-1157.20230489
摘要206)   HTML12)    PDF(pc) (5968KB)(360)    收藏

离子液体在电极界面处的结构及行为对其在超级电容器、固载催化剂等实际化工应用中有重要的影响。采用第一性原理计算结合理论分析研究了7种咪唑类离子液体在常见二维固体石墨烯、氮化硼、二硫化钼表面极化的分子机理及其对离子液体氢键的微观作用机制。结果表明,当离子液体在这三种二维表面吸附时会发生电荷转移和轨道相互作用,导致了显著的表面极化作用,且吸附能和电荷转移数值越大,表面极化作用越强。进一步分析了二维表面离子液体氢键的键长、键角、键序和键能,发现表面极化作用会显著削弱离子液体氢键。对于不同离子液体红外光谱的计算结果也验证了氢键被削弱的趋势。最后,通过SPSS软件对表面极化作用和离子液体氢键强度间的关系进行了定量解析,发现表面极化作用与氢键强度呈负相关关系。本文关于离子液体氢键的定量分析不仅有助于理解离子液体-固体表面作用的分子机理,而且可为离子液体在实际化工过程的应用提供理论支撑。

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36. 固废基硫掺杂多孔炭材料制备及其对CO2吸附性能研究进展
王宝凤, 王术高, 程芳琴
化工学报    2024, 75 (2): 395-411.   DOI: 10.11949/0438-1157.20230900
摘要206)   HTML30)    PDF(pc) (3196KB)(376)    收藏

含碳固废来源广、产量大,其大量堆存严重制约了环境可持续发展,因此含碳固废资源化利用意义重大。利用含碳固废制备多孔炭材料是其清洁高效利用的重要方式之一。对多孔炭进行硫原子掺杂不仅可使材料表面的亲水性得到改善,还可以改变材料表面的化学异质性,生成有利于CO2捕集的活性位点,强化材料对CO2分子的吸附作用,从而提高其CO2吸附容量。简述了固废基硫掺杂多孔炭材料的制备方法,总结了硫掺杂多孔炭材料用于CO2吸附的最新研究进展,并对硫掺杂多孔炭材料未来发展趋势及其在CO2吸附领域的工业化应用进行了展望。

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37. 超临界二氧化碳介质中晶圆清洗与选择性刻蚀研究进展
张泽欣, 郑伟中, 徐益升, 胡冬冬, 卓欣宇, 宗原, 孙伟振, 赵玲
化工学报    2024, 75 (1): 110-119.   DOI: 10.11949/0438-1157.20230669
摘要205)   HTML14)    PDF(pc) (2352KB)(296)    收藏

随着集成电路特征尺寸的逐渐减小,器件结构会要求更高的纵横比,常规湿法清洗由于表面张力很难进入晶圆深沟槽结构内部,不能满足更细线条工艺要求和高深宽比结构,直接影响沟槽内的污染物去除效果;常规湿法刻蚀各向异性差、结构坍塌严重、深沟槽刻蚀效果不明显;而等离子体干法刻蚀则存在刻蚀速率慢、光刻胶脱落和黏附、结构损伤、废气处理等一系列问题。超临界清洗和刻蚀技术是最具有前景的环境友好、无损伤技术,能够耦合刻蚀、清洗与干燥工艺为一体,且可以循环使用,安全环保,是晶圆制造过程中常规清洗和刻蚀的首选替代技术。综述了超临界二氧化碳中晶圆清洗与选择性刻蚀的研究进展,重点介绍了超临界二氧化碳共溶剂、微乳液体系在光刻胶剥离以及含硅基底选择性蚀刻中的应用,展望了超临界二氧化碳晶圆清洗和刻蚀存在的问题和发展趋势。

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38. 高选择性PEI@MOF-808吸附剂在潮湿烟气中的碳捕集性能研究
张鑫琦, 张宸, 张舵咏, 宣涛, 干桌臻, 朱炫灿, 王丽伟
化工学报    2023, 74 (10): 4330-4342.   DOI: 10.11949/0438-1157.20230584
摘要205)   HTML37)    PDF(pc) (4385KB)(361)    收藏

以Zr基金属有机框架MOF-808为载体,采用聚乙烯亚胺(polyethylenimine, PEI)进行官能化,得到PEI@M-808复合材料,用于选择性捕集潮湿烟气(10% CO2+90% N2+10 kPa H2O)中的低浓度CO2。采用XRD、FT-IR、SEM以及BET等表征了吸附剂的物理化学性质,并评估改性方案的可行性。由于MOF-808表面PEI的负载引入了丰富胺基官能团,使复合吸附剂在低浓度CO2下的吸附性能大幅提升。PEI300-30@M-808在典型烟气温度(343 K)的低压CO2吸附量相比原材料由0.052 mmol/g上升到0.89 mmol/g,增加了约16倍。此外,CO2/N2吸附选择性在0.1 bar(1 bar=105 Pa)时能达到5524.65,相比原材料提升了约56倍。更重要的是,当吸附剂放置到5% RH工况中时吸附量由0.89 mmol/g提高到1.47 mmol/g,证明了水分对其CO2吸附起着良好的促进作用。经过5次循环后,PEI300-30@M-808的CO2饱和吸附量仍可维持在90.7%。

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39. 剧毒气体PH3的干法净化技术研究进展
杨学金, 杨金涛, 宁平, 王访, 宋晓双, 贾丽娟, 冯嘉予
化工学报    2023, 74 (9): 3742-3755.   DOI: 10.11949/0438-1157.20230604
摘要204)   HTML16)    PDF(pc) (5026KB)(234)    收藏

磷化氢(PH3)是一种来源广泛的剧毒气体,未经处理排放到大气中会对人体和环境造成严重危害。近年来,国家对PH3的排放进行了严格的规定,因此,尾气中PH3的深度净化受到了广泛的关注。干法是主流的PH3净化技术,主要包括吸附法和催化法。相较于湿法,干法具有性能好、稳定性强、耗水量小以及不产生二次污染等优点。本文首先从吸附法入手,分别探讨了复合金属氧化物吸附剂、活性炭基吸附剂及其他材料(分子筛、二氧化硅等)的研究现状,深入分析了各类脱磷吸附剂的结构性质及优缺点。其次对催化分解PH3的机理进行了总结归纳,重点讨论了各类催化剂的构-效关系。最后,介绍了其他干法(燃烧法、等离子体降解法、生物法)在PH3净化领域的应用。在此基础上,讨论了干法脱磷技术的主要优势以及面临的挑战,并对干法脱除PH3技术的发展方向进行了展望。本工作可以为脱磷吸附剂/催化剂的构建和设计提供参考和指导。

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40. 机器学习势及其在分子模拟中的应用综述
刘东飞, 张帆, 刘铮, 卢滇楠
化工学报    DOI: 10.11949/0438-1157.20231030
录用日期: 2024-02-26

41. 机械化学法回收废旧锂离子电池正极材料中有价金属的研究进展
肖忠良, 向优涛, 宋刘斌, 匡尹杰, 赵亭亭, 夏宇博, 肖敏之, 蒋琳, 陈涛涛, 肖茜
化工学报    2023, 74 (11): 4419-4432.   DOI: 10.11949/0438-1157.20231001
摘要202)   HTML31)    PDF(pc) (4350KB)(487)    收藏

随着锂离子电池(LIBs)大规模退役,废旧电池对环境的二次危害已成为一个亟待解决的问题,且其中的有价金属回收受到了广泛关注和研究。针对LIBs回收工艺的最新进展进行了综述,分析总结了火法冶金、湿法冶金等回收工艺存在的问题。重点对机械化学法(MC)回收正极材料中有价金属的现状进行全面分析和梳理,包括机械化学技术回收磷酸铁锂(LFP)、钴酸锂(LCO)、镍钴锰三元锂(NCM)、锂锰氧化物(LMO)等正极材料方面的研究,为LIBs回收工艺进展提供了参考。

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42. 磁液液滴颈部自相似破裂行为
何宣志, 何永清, 闻桂叶, 焦凤
化工学报    2023, 74 (7): 2889-2897.   DOI: 10.11949/0438-1157.20230564
摘要201)   HTML8)    PDF(pc) (2200KB)(308)    收藏

对液滴生成过程的控制可用于提高混合、萃取以及乳化等化学过程的效率。研究了液-液系统中毛细管处磁液液滴的磁操控生成,以不同黏度的二甲基硅油作为连续相,体积分数为3.6%的铁磁流体作为分散相,针对磁液液滴颈部的形成和破裂行为进行了深入探讨。划分了液滴生成的不同阶段并分析了受力过程:θ > 90°,初始阶段,界面张力占主导;θ < 90°,缩颈阶段,磁力和黏性阻力占主导。以界面张力对磁力、黏性阻力以及惯性力进行无量纲化,系统研究了磁液液滴极限长度、最小颈部直径减薄速率及其相对颈部位置在不同磁Bond数、Weber数和Ohnesorge数下的变化。结果表明,液滴极限长度与磁力成反比,与黏性阻力成正比,不受惯性力(0.19 ≤ We ≤ 1.34)的影响。最小颈部直径减薄的速率随黏性阻力增大而降低,但不会受磁力和惯性力的影响,在不同磁Bond数和Weber数下呈现出自相似破裂行为。

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43. 流穿模式离子交换层析去除单抗聚集体
赵亚欣, 张雪芹, 王荣柱, 孙国, 姚善泾, 林东强
化工学报    2023, 74 (9): 3879-3887.   DOI: 10.11949/0438-1157.20230666
摘要198)   HTML4)    PDF(pc) (2582KB)(385)    收藏

针对基质和配基相同、配基密度和接枝方式不同的两款阳离子交换介质Eshmuno CP-FT和Eshmuno CPX,比较它们在流穿模式下对单抗聚集体的去除能力。首先考察了不同pH和电导率下单抗单体和聚集体的静态吸附性能,发现在低pH和高电导、高pH和低电导条件下均能实现较高的单抗单体纯度和收率,综合性能Eshmuno CP-FT较优。进一步考察了最佳吸附条件下不同保留时间的穿透曲线,若控制单抗单体纯度99%,Eshmuno CP-FT介质载量高达556 g/L,单抗单体收率为83.2%;而Eshmuno CPX载量只有269 g/L,收率仅60.4%。此外,Eshmuno CP-FT的产率是Eshmuno CPX的2倍,缓冲液消耗仅为Eshmuno CPX的一半左右。吸附动力学结果表明,Eshmuno CP-FT吸附聚集体速度更快,对单体的顶替作用也更强。对于流穿模式去除单抗聚集体,合理的介质设计很重要,优化配基密度及其空间分布可以调整和平衡单抗单体和聚集体的结合,促进聚集体吸附分离,该结果可为研发新型流穿模式介质提供指导。

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44. 垂直多孔碳包覆的FeF3正极的构筑及储锂性能研究
葛加丽, 管图祥, 邱新民, 吴健, 沈丽明, 暴宁钟
化工学报    2023, 74 (7): 3058-3067.   DOI: 10.11949/0438-1157.20230437
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开发低成本、高性能的正极是下一代可充电锂电池和锂离子电池的主要研究目标之一。针对此,设计并制备了一种具有垂直多孔碳包覆结构的自组装氟化铁/碳/多孔还原氧化石墨烯(FeF3/C/HRGO)正极材料。通过结合水热合成与静电自组装,该复合正极材料拥有包含初级、次级碳包覆层的双层碳包覆框架。其中球形结构的初级碳包覆层有效抑制了氟化过程中FeF3的体积膨胀,而次级碳包覆层中的多孔导电网络,显著促进了电极内部的电子传输与离子迁移。在0.1 A·g-1的电流密度下,所得FeF3/C/HRGO复合正极经过200次充放电循环后,仍保持有406 mAh·g-1的优异可逆容量。

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45. Sn掺杂的In2O3催化CO2选择性加氢制甲醇
杨菲菲, 赵世熙, 周维, 倪中海
化工学报    2023, 74 (8): 3366-3374.   DOI: 10.11949/0438-1157.20230442
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选择性加氢制甲醇是CO2资源化利用最主要的方式之一,因此十分需要开发高效的合成甲醇催化剂。本研究采用共沉淀法在In2O3中掺杂Sn来调控In2O3的还原能力和表面氧空位浓度,以提升In2O3催化剂在CO2加氢制甲醇中的催化性能。通过XRD、TEM、H2-TPR、H2-D2-TPSR、Raman、XPS、CO2-TPD等表征手段,研究了Sn助剂对催化剂结构和表面化学性质的影响;并通过高压固定床装置测试了催化剂的催化性能。结果表明,Sn在In2O3中高度分散并倾向于在表面富集,与In2O3形成Sn—O—In结构,促进了表面氧空位的生成,且能抑制In2O3的过度还原,从而使得Sn-In2O3催化剂表现出更高的甲醇选择性和产率。在300℃、3 MPa、空速为15000 ml·g-1·h-1的反应条件下,Sn/In摩尔比为0.5%的Sn-In2O3催化剂具有最优的催化性能,此时CO2转化率为6.2%,甲醇选择性为70.4%,当Sn含量进一步增加时,CO2转化率会略有下降,而甲醇选择性提升至80.8%。

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46. 非金属催化剂在环氧化物和环状酸酐共聚中的研究进展
张强, 王宪飞, 王凯, 骆广生, 路忠凯
化工学报    2024, 75 (1): 60-73.   DOI: 10.11949/0438-1157.20230662
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环氧化物与环状酸酐的开环共聚是一种新型的脂肪族聚酯合成技术,其技术核心之一是催化剂的选择与应用。与金属催化剂相比,非金属催化剂在简易性、低毒性、单体适应性、经济性等方面表现出潜在优势,得到迅速发展。针对非金属催化剂在环氧化物和环状酸酐共聚领域的研究进展进行了综述,总结并评述了近年来有机碱、Lewis酸碱对以及其他非金属催化剂在开环共聚反应中的工作机制认识和催化实施效果,对其发展方向和工业化应用潜力进行了展望。

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47. 离子液体脱除模拟油中挥发酚的多尺度模拟与研究
宋明昊, 赵霏, 刘淑晴, 李国选, 杨声, 雷志刚
化工学报    2023, 74 (9): 3654-3664.   DOI: 10.11949/0438-1157.20230634
摘要188)   HTML14)    PDF(pc) (3536KB)(192)    收藏

对离子液体萃取模拟油中的苯酚和苯甲酚进行了多尺度模拟,基于COSMO-RS模型筛选了萃取效果良好的离子液体,并计算了离子液体和挥发酚的σ-profile以及混合物的超额焓用以探究体系极性与非理想性。通过量子化学计算与分子动力学模拟计算了挥发酚和离子液体的静电势、弱相互作用,以及径向分布函数和空间分布函数等参数,旨在了解离子液体与挥发酚之间的相互作用机理。设计了离子液体萃取脱除模拟油中挥发酚工艺流程,结合灵敏度分析进一步优化了工艺条件,计算结果证实了使用离子液体脱除挥发酚的可行性与先进性。

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48. 金属锂固体电解质界面膜的研究进展
郑立涵, 沈之川, 施志聪
化工学报    2023, 74 (12): 4764-4776.   DOI: 10.11949/0438-1157.20231155
摘要187)   HTML29)    PDF(pc) (3465KB)(311)    收藏

固体电解质界面(solid electrolyte interphase, SEI)是锂金属电池在首次充放电时,锂金属负极表面形成的一层钝化膜,对电池的循环性能和安全性能等具有至关重要的影响。充分地认识SEI膜将有助于开发具有更长循环寿命和更高安全性能的锂金属电池。综述了锂金属电池SEI膜的研究进展,介绍了SEI膜的组成和结构,梳理了各种常见组分的形成条件和作用,论证了两种用于描述SEI膜结构的模型,即马赛克模型和层状模型,总结了影响SEI膜组成和结构的关键因素,如电解质添加剂、电极电位、温度和电流密度等。并介绍了通过引入电解质添加剂和构建人工SEI膜实现界面稳定调控的最新研究进展,最后展望了SEI膜未来的研究方向。

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49. 液-液非均相反应器研究进展
马韶阳, 徐涵卓, 张亮亮, 孙宝昌, 邹海魁, 罗勇, 初广文
化工学报    2024, 75 (3): 727-742.   DOI: 10.11949/0438-1157.20240025
摘要185)   HTML33)    PDF(pc) (4477KB)(147)    收藏

化学工业生产过程中涉及众多液-液非均相反应体系,因其反应过程发生于两相界面,反应效果通常取决于相间传质效率及混合程度。由于大多数液-液非均相反应过程复杂,所用反应器的传质和混合性能对反应过程有很大影响。近年来,可通过强化液-液非均相反应进而提升产品质量,液-液非均相反应器的研发备受关注。综述了用于液-液非均相反应体系的传统反应器及过程强化反应器的研究进展,通过对比传统反应器及过程强化反应器的特性,总结了各类反应器的适用范围和优化策略,提出了采用过程强化技术助力液-液非均相反应安全性提升的可行途径。

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50. 耦合固体氧化物电解槽的CO2制甲醇过程设计与评价研究
李贵贤, 曹阿波, 孟文亮, 王东亮, 杨勇, 周怀荣
化工学报    2023, 74 (7): 2999-3009.   DOI: 10.11949/0438-1157.20230519
摘要184)   HTML16)    PDF(pc) (2338KB)(267)    收藏

利用CO2耦合可再生能源电解水制氢合成高能量密度甲醇产品,不仅可以降低CO2的排放,而且可以提高间歇性和波动性的可再生能源的就地消纳能力。提出了一种耦合固体氧化物电解槽(SOEC)的CO2制甲醇新工艺(SOEC-CO2tM),该工艺包括SOEC制氢、烟气CO2捕集和甲醇合成及精制单元。基于工艺全流程模拟数据,进行热集成设计与优化,采用能效、投资、生产成本等对新工艺进行技术经济评价,并与传统煤制甲醇工艺和绿氢耦合煤制甲醇工艺对比分析。结果表明:能量集成前,工艺能耗为420.05 MW,能量集成后,工艺能耗为254.88 MW,能耗降低了39.32%。SOEC-CO2tM新工艺的能量利用效率为62.94%,与绿氢耦合煤制甲醇工艺能效相当,是传统煤制甲醇工艺的1.46倍。新工艺的单位甲醇总资本投资为2964.68 CNY/t,生产成本为3742 CNY/t,电价占生产成本的64.7%。未来随着可再生能源的大力发展,新工艺的经济性能将凸显优势。每年可以消纳200万吨CO2,可再生电力1245 MW。传统煤制甲醇工艺单位产品二氧化碳排放量为2.66 t/t。相比传统煤制甲醇工艺,新工艺在碳减排和可再生能源就地消纳方面具有明显的优势。

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