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2012年 第63卷 第4期 刊出日期:2012-04-05
    流体力学与传递现象
    T型微流控芯片中微液滴破裂的数值模拟
    王澎,陈斌
    化工学报. 2012, 63(4):  999-1003.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.04.001
    摘要 ( 2390 )   PDF (755KB) ( 1184 )  
    相关文章 | 多维度评价
    利用VOF模型对T型结构微流控芯片中微液滴的三维破裂过程进行了数值模拟,获得了液滴发生破裂和不会破裂两种流型。一定轴向长度的微液滴对应着一个临界毛细数,当主流流体的毛细数大于此临界毛细数时,微液滴发生破裂并分别流向T型结构两侧;否则不会发生破裂,微液滴流向任意一侧。通过多个工况的计算,拟合了临界毛细数与微液滴相对轴向长度的关系,探讨了黏度比对微液滴破裂的影响。发现黏度比越小,微液滴越易发生破裂。
    采用SrCl2-NH4Cl-NH3工质对的二级吸附式冷冻循环性能
    罗伟莉,王健,王丽伟,江龙,金哲权,王如竹
    化工学报. 2012, 63(4):  1004-1010.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.04.002
    摘要 ( 2046 )   PDF (538KB) ( 674 )  
    相关文章 | 多维度评价
    吸附式制冷是一种绿色环保节能的制冷技术,在低于100℃的低品位热能如废热能、太阳能等的利用方面具有广阔的发展前景。为了能够利用这部分的能源,提出了由吸附制冷过程与再吸附过程组成的二级吸附式制冷循环。采用SrCl2-NH4Cl-NH3作为工质对,测试不同蒸发温度与冷却温度下吸附剂的吸附与解吸性能。实验测试结果表明:当热源温度为70℃时,二级吸附式制冷也能够实现-25℃下的冷量输出。在测试工况下,氯化锶的最大吸附量达到了理论吸附量的94%。80℃热源、25℃冷源以及-25℃制冷条件下二级吸附式制冷循环的COP和SCP达到了0.250与160 W·kg-1。这个数值与CaCl2-BaCl2-NH3两级冷冻在85℃驱动热源以及同等的冷源与制冷温度条件下的数据相对比,驱动热源需求降低了5℃,COP提高了4%,SCP提高了10%以上。
    硅基正弦波纹微通道内的流动阻力特性
    张弛,吴慧英,黄后学
    化工学报. 2012, 63(4):  1011-1018.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.04.003
    摘要 ( 2341 )   PDF (1851KB) ( 591 )  
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    硅基正弦波纹微通道在微尺度强化换热、微流体器件中均有重要运用,而目前尚未见有关于其内部流动特性的实验报道。利用标准微机电系统(MEMS)工艺在硅基芯片上加工制成一系列具有不同相位差和周期、当量直径为160 μm的正弦波纹微通道,通过实验研究了其内部流动阻力特性。研究表明:正弦波纹微通道较平直微通道阻力均有增加,且增加幅度与波纹微通道两侧壁的相位差和周期有关。对于周期相同的波纹微通道,两侧壁相位差越大,阻力也越大。对于相位差相同的波纹微通道,周期对阻力的影响则较为复杂:当相位差为0时,呈现出周期越大、阻力越小的趋势(除最小周期通道外);当相位差为π时,呈现出周期越大、阻力越大的趋势。研究还发现:随着周期减小,相位差对阻力的影响减小,当周期缩短至0.5 mm时,相位差为0和π的波纹微通道内的阻力特性曲线几乎重合。
    石蜡乳状液高温潜热输送材料的传热特性
    邹得球1,肖睿2,冯自平2,郭江荣1
    化工学报. 2012, 63(4):  1019-1024.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.04.004
    摘要 ( 2307 )   PDF (1864KB) ( 655 )  
    相关文章 | 多维度评价
    石蜡乳状液高温潜热输送材料是一种在80~90℃之间存在相变的流体。由于相变潜热的存在,石蜡乳状液在相变区间内的储热、载热密度远大于水,且集储热与潜热输送于一体,适用于余热利用、太阳能利用和集中供热等领域,具有广阔的应用前景。研究了定热流条件下石蜡乳状液在管内的强制对流换热特性。结果表明,与纯水相比,虽然石蜡乳状液的有效比热大,但其对流传热系数低,且浓度越高,对流传热系数越低。实验发现入口温度对石蜡乳状液对流传热系数的影响不大,但随着入口温度升高,对流传热系数有增大的趋势。最后获得了石蜡乳状液对流换热量纲1关系式。
    叉排微柱群内顶部缝隙对传热效率的影响
    刘志刚,张承武,管宁
    化工学报. 2012, 63(4):  1025-1031.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.04.005
    摘要 ( 1965 )   PDF (1160KB) ( 697 )  
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    以去离子水为工质,实验研究了直径为500 μm、高度为500 μm以叉排排列的微柱群内顶部缝隙对传热效率的影响规律。采用电加热棒进行加热,测量微柱群板Reynolds数在8~400之间在不同顶部缝隙时的进出口温度与流量,获得微柱群内流动阻力系数及Nusselt数,进而掌握微柱群内传热效率与Re关系。研究结果表明,在较低Re时,顶部缝隙对微柱群内流动阻力和Nu影响较小;随着Re增加,其对流动阻力与Nu的影响越来越显著。微柱群传热效率一开始随着Re增加而快速增加,随着Re进一步增加,其传热效率开始缓慢增加甚至出现下降。根据实验结果,尽管微柱群顶部缝隙存在降低了其内Nu,但提高了微柱群的传热效率。
    多熔点相变材料堆积蓄热床蓄热性能分析
    杨磊,张小松
    化工学报. 2012, 63(4):  1032-1037.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.04.006
    摘要 ( 1992 )   PDF (639KB) ( 539 )  
    相关文章 | 多维度评价
    对采用多种不同熔点相变材料(PCM)构成的堆积蓄热床进行了数值分析。热水作为换热流体(HTF)自上而下流经蓄热床,熔化相变材料、蓄积相变潜热。石蜡作为相变材料被注射入聚碳酸酯球壳内形成相变胶囊,根据熔点高低依次排放在蓄热床的不同位置,熔点越高距离热水进口越近。假定流场稳定,采用一维Schumann模型计算HTF温度,相变模拟采用显热容法。分别对两种排列方式下采用2种、3种以及4种相变材料的蓄热床的蓄热过程进行了基于热力学第一及第二定律的性能分析,并将结果与单相变材料蓄热床进行比较。基于热力学第一定律分析结果表明,采用多种相变材料构成的蓄热堆积床蓄热速度更快,能量效率更高。基于热力学第二定律分析表明,平均熔点更高的蓄热床能够储存更高的火用。结果表明采用多熔点相变材料构成的堆积蓄热床能够显著地缩短蓄热时间,改进蓄热性能。
    自然工质R290管内凝结换热特性的数值模拟
    宁静红1,刘圣春1,李慧宇2
    化工学报. 2012, 63(4):  1038-1043.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.04.007
    摘要 ( 3654 )   PDF (576KB) ( 571 )  
    相关文章 | 多维度评价
    对现有的管内凝结传热系数关联式分析比较,选择出合适的自然工质R290管内凝结换热计算模型,并计算得到R290管内凝结过程两相流动的流型图。通过计算并与实验值比较得到,相同工况下,预测与实验的R290凝结传热系数值相差不大。R290的凝结传热系数较R22的凝结传热系数大,并随着蒸气干度的增加差值加大,R290表现出良好的凝结换热特性。
    流化床氛围下多孔物料干燥传热传质的数值模拟
    王维1,王璐瑶1,2,许英梅1,陈国华3
    化工学报. 2012, 63(4):  1044-1049.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.04.008
    摘要 ( 1954 )   PDF (639KB) ( 538 )  
    相关文章 | 多维度评价
    用有限差分法数值求解一个热、质传递耦合模型,理论研究多孔物料流化床干燥过程。方程离散采用全隐格式的控制容积方法,三对角矩阵法(TDMA)用来求解线性方程组。选用球形的苹果丁作为多孔物料。在典型操作条件下,通过分析温度、饱和度和压力的分布侧形,讨论了物料内部的热、质传递机理。在对比条件下,考察了气体入口温度、气速和床面积因子对干燥过程的影响。结果表明:干燥过程受气、固相间的耦合传热传质的影响十分明显,干燥时间随气体入口温度和气速的提高而减少;随床面积因子的增大而增加。
    激波管中非定常凝结现象的数值分析
    赵家权,刘培启,赵文静,代玉强,刘凤霞,胡大鹏
    化工学报. 2012, 63(4):  1050-1055.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.04.009
    摘要 ( 2062 )   PDF (536KB) ( 925 )  
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    涡流空气分级机转笼转速对其分级精度的影响
    高利苹1,于源2,刘家祥1
    化工学报. 2012, 63(4):  1056-1062.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.04.010
    摘要 ( 2599 )   PDF (3319KB) ( 647 )  
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    颗粒相壁面条件对提升管内气固流动模拟的影响
    周新宇,高金森,徐春明,蓝兴英
    化工学报. 2012, 63(4):  1063-1069.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.04.011
    摘要 ( 2436 )   PDF (2702KB) ( 768 )  
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    催化、动力学与反应器
    流化床CVD法原位合成CNTs-Ni-TiO2及其光催化性能
    陆金东,陈爱平,马磊,何洪波,倪道克,李春忠
    化工学报. 2012, 63(4):  1070-1075.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.04.012
    摘要 ( 2106 )   PDF (1761KB) ( 978 )  
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    采用柠檬酸修饰溶胶-凝胶法制备NiO-TiO2催化剂,然后于流化床反应器中直接在NiO-TiO2表面原位生长多壁碳纳米管,制备出CNTs-Ni-TiO2复合光催化剂。采用XRD、SEM、TG、BET、PL荧光光谱等方法对制备的样品进行了表征,以亚甲基蓝降解为模型反应,考察了复合催化剂在紫外线下的光催化性能。结果表明,在NiO含量为5%的NiO-TiO2催化剂上生长CNTs后得到的CNTs-Ni-TiO2复合材料具有较高的光催化活性。
    催化重整反应38集总动力学模型及其在连续催化重整中的应用
    王连山,张泉灵,梁超
    化工学报. 2012, 63(4):  1076-1082.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.04.013
    摘要 ( 2592 )   PDF (422KB) ( 835 )  
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    根据集总理论和催化重整的反应机理,基于工业连续重整装置,提出了一个包含38个集总组分、86个反应催化重整反应动力学模型。该模型将重整物料按碳原子数集总为C6~C11+组分,相同碳原子数的物料又划分为正构烷烃、异构烷烃、五元环烷烃、六元环烷烃和芳烃,裂化产物细分为C1~C5组分。通过合理简化,确定了86个待估模型参数,并在工业现场数据的基础上,利用分层策略与BFGS算法对其进行了估计。通过对某炼厂连续重整反应器的模拟计算对该模型进行了验证,计算值与实际值吻合较好,表明该模型具有较好的可靠性与准确性,达到了工业应用的要求。将模型用于芳烃收率的预测,在较大的时间跨度内,精度与趋势均令人满意。最后,利用该模型对芳烃收率进行了优化计算,经优化后芳烃收率提高0.17%,该结果可为连续重整装置的优化操作提供参考。
    离子液体-催化剂对甲基纤维素微波裂解产物分布的影响
    杜军,柯改利,刘作华,刘仁龙,陶长元
    化工学报. 2012, 63(4):  1083-1088.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.04.014
    摘要 ( 2518 )   PDF (434KB) ( 1088 )  
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    以离子液体1-丁基-3-甲基咪唑氯(IL)为添加剂、考察5A-Ca型分子筛、HNO3及FeCl3等催化剂对甲基纤维素(MC)微波裂解过程的影响。实验研究了IL用量、微波功率、作用时间及催化剂对MC裂解的影响,并通过GC-MS联用仪研究了微波裂解液体产物分布的变化。结果表明,不同催化剂导致了不同的液体产物分布,其中5A-Ca型分子筛催化剂可促进小分子物质的形成,同时使生物质油中的含氧量从37.43%降低到了34.82%;HNO3催化剂促进了醋酸甲酯、正丁醇及苯甲酸甲酯的生成;FeCl3作为催化剂时,促进了糠醛及5-甲基糠醛的生成。通过比较常规热解与微波裂解,发现微波裂解能在较短的时间内得到高的生物质油产率。
    离子液体催化合成丁二酸二甲酯
    赵地顺1,刘猛帅1,徐智策1,张娟1,张笛1,付江涛1,任培兵1,2
    化工学报. 2012, 63(4):  1089-1094.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.04.015
    摘要 ( 3311 )   PDF (705KB) ( 967 )  
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    分离工程
    西酞普兰对映体的手性色谱拆分及吸附平衡
    徐倩倩,苏宝根,鲍宗必,邢华斌,杨亦文,任其龙
    化工学报. 2012, 63(4):  1095-1101.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.04.016
    摘要 ( 2608 )   PDF (451KB) ( 705 )  
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    以添加醇类和二乙胺的正己烷为流动相,考察了多糖类、酒石酸类和环糊精类手性固定相对西酞普兰外消旋体的拆分效果,优选合适的手性固定相、流动相和温度等色谱条件,在此基础上利用前沿色谱法测定了西酞普兰对映体的吸附等温线。优化的色谱操作条件为:Chiralpak AD-H柱为固定相,正己烷∶异丙醇∶二乙胺(95∶5∶0.1,体积比)为流动相,柱温35℃。西酞普兰对映体的吸附等温线为优惠型,采用Langmuir方程拟合,效果较好。本研究为模拟移动床(SMB)制备西酞普兰对映体提供重要的基础数据。
    规整填料塔中氨水吸收CO2的体积总传质系数
    唐忠利,赵行健,刘伯潭,刘春江,陈涛,袁希钢
    化工学报. 2012, 63(4):  1102-1107.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.04.017
    摘要 ( 2906 )   PDF (425KB) ( 939 )  
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    目前,CO2排放问题已经成为世界各国可持续发展面临的重要挑战。以化学溶剂吸收法工艺为基础的燃烧后脱碳是当前比较成熟的已进入工业规模实验的技术路线。而氨水作为一种新的吸收剂受到广泛关注。以气相体积传质系数(KGae)作为表征,对规整填料塔中氨水吸收CO2的传质性能进行了研究,探索了气速、CO2分压、液速和氨水浓度对KGae的影响。实验结果表明,在本文的工况条件下,KGae随液速和氨水浓度的增大而增大,随CO2分压的增大有所减小,气速对KGae的影响不大。实验结果对今后填料塔的设计工作的经济性和合理性有一定指导作用。
    料液中盐对气态膜法脱氨过程的影响
    赵建敏1,秦英杰1,2,李旭超1,刘立强2,崔东胜2,张艳萍2
    化工学报. 2012, 63(4):  1108-1115.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.04.018
    摘要 ( 2465 )   PDF (1782KB) ( 794 )  
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    系统研究了气态膜法脱氨操作过程中无机盐种类和浓度对氨传质性能的影响,并初步探讨了温度对盐效应的影响。实验结果表明,盐效应和盐溶液的黏度变化均影响氨的传质。盐对氨的盐析效果越强,氨的膜相传质系数kM越大,而盐溶液的黏度越大,氨的液相传质系数kL越小,总传质系数K的变化是kMkL变化的综合结果。在几种常见的无机盐中,氯化钠、硫酸钠、硫酸铵对氨具有不同程度的盐析效应,可促进氨在体系中的传质;而氯化铵和氯化钙对氨具有盐溶效应,其中氯化钙的盐溶效应最为明显。温度对盐效应和体系的传质性能有显著影响,硫酸铵和氯化钙的盐效应均随着温度的升高而减弱。
    过程系统工程
    基于群体智能算法的换热网络同步最优综合
    霍兆义, 赵亮, 尹洪超, 孙文策
    化工学报. 2012, 63(4):  1116-1123.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.04.019
    摘要 ( 2281 )   PDF (432KB) ( 782 )  
    相关文章 | 多维度评价
    换热网络同步综合方法一般需要建立复杂的混合整数非线性数学规划模型,该模型具有非凸、非线、不连续的特点,属于最难求解的一类NP-hard问题,应用传统的优化算法很难确定其全局最优解,尤其是对大规模换热网络综合问题,甚至无法在合理时间内接近全局最优的局部最优解。针对换热网络同步综合问题,提出基于群体智能算法的分层优化策略,外层采用离散粒子群算法与遗传算法相结合的混合群体智能算法优化换热网络结构,内层在结构变量给定条件下利用改进粒子群算法优化冷热物流分流比与换热负荷。两个典型算例研究证明了该方法能以较高的效率和稳定性得到较好的优化结果。
    基于样条插值模型的间歇精馏模拟与预测控制
    吴微,师佳,周华,曹志凯,江青茵
    化工学报. 2012, 63(4):  1124-1131.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.04.020
    摘要 ( 2097 )   PDF (1296KB) ( 702 )  
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    以Aspen Batch Distillation(ABD)中的间歇精馏仿真系统为过程原型,提出了利用过程的模拟测试数据来建立间歇精馏过程的样条插值简化模型(spline interpolation model, SIM)。结合变回流比下的动态修正函数,构造出了一种简单实用的动态模型。该模型可有效模拟不同组分浓度下回流比发生变化时馏出液浓度和流量的动态变化情况。以该模型作为预测模型,进一步提出了一种变回流比的预测控制(model predictive control, MPC)算法来使馏出液浓度按照期望的设定值变化。控制仿真结果表明该控制方案计算简单,同时具有较好的控制效果。
    多层次结构模型预测控制系统的层次间模型切换方法
    刘琳琳,周立芳
    化工学报. 2012, 63(4):  1132-1139.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.04.021
    摘要 ( 2134 )   PDF (1498KB) ( 628 )  
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    表面与界面工程
    界面物性对液滴聚结的影响
    唐洪涛1,2,崔世海1
    化工学报. 2012, 63(4):  1140-1148.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.04.022
    摘要 ( 1889 )   PDF (2171KB) ( 655 )  
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    推导了分散相液滴运动轨迹模型和分层二相流基本流模型,并优化了计算方法。直接数值模拟结果表明:当层膜厚度和板宽变化时,流场的密度、黏度以及界面张力对界面处的液滴的作用方式不相同;黏度始终对液滴聚结产生明显的影响,而密度和界面张力对聚结的影响却因流场结构的变化而有所不同;密度、黏度及界面张力的变化使得液滴的顺时针或逆时针旋转运动更加具有倾向性。因此,密度和黏度在一定程度上可用于改善流场的聚结条件。数值模拟的结果与已知的实验结果吻合较好,而且,基本流的介入使得该模型能较好地反映液滴在分层二相流流场中的运动特性。
    PS-b-P4VP的合成及其薄膜的微相分离形貌
    李志芳,徐之光,蒋姗,俞强
    化工学报. 2012, 63(4):  1149-1155.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.04.023
    摘要 ( 3428 )   PDF (4191KB) ( 1152 )  
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    通过原子转移自由基聚合(ATRP)方法制备了聚苯乙烯-b-聚(4-乙烯基吡啶)二嵌段共聚物(PS-b-P4VP),使用核磁共振(1H NMR)和凝胶渗透色谱(GPC)对嵌段共聚物进行了表征。将PS-b-P4VP/三氯甲烷溶液旋涂成膜,使用原子力显微镜(AFM)观察热处理条件对薄膜微相分离形貌的影响。结果表明,PS-b-P4VP薄膜会发生微相分离,形成以PS链段为分散相、P4VP链段为连续相基体的纳米尺度微相分离形貌。热处理条件的改变使薄膜呈现不同程度的微相分离形貌结构,提高热处理温度以及延长热处理时间均有利于促进嵌段共聚物的微相分离,使微相分离程度加大。在150℃、24 h的热处理条件下,PS-b-P4VP薄膜形成了PS微相区以规则的柱状形态在薄膜表面突起的微相分离形貌,且分布均匀,界面清晰。
    生物化学工程与技术
    溶氧对Candida glycerinogenes产甘油发酵代谢流分布的影响
    焦策1,2,诸葛斌1,2,方慧英1,2,诸葛健1,3
    化工学报. 2012, 63(4):  1156-1167.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.04.024
    摘要 ( 1979 )   PDF (1373KB) ( 1039 )  
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    分析了耐高渗高产甘油工业菌株产甘油假丝酵母(Candida glycerinogenes)的摇瓶发酵过程,发现溶氧水平是影响C.glycerinogenes 生长、代谢产物生成的重要因素。在此基础上,以5 L发酵罐研究了不同恒溶氧水平甘油的合成过程,通过代谢流分析表明,低溶氧环境下乙醇碳流量增加,导致糖耗快而甘油合成相对较少;碳流分布表明HMP途径在甘油过量合成中起着重要的作用。分析C.glycerinogenes发酵过程中能量代谢和物质代谢(氧化磷酸化和底物水平磷酸化)的变化发现高溶氧环境下ATP合成水平高,一定程度抑制底物水平磷酸化从而使碳流更多地流向了甘油合成;C.glycerinogenes胞内氧化还原平衡(NADH/NAD+比率)的研究进一步解释了产甘油假丝酵母中甘油合成和乙醇生成的竞争关系。
    氧化还原电位控制下自絮凝酵母高浓度乙醇发酵
    王娜,刘晨光,袁文杰,葛旭萌,白凤武
    化工学报. 2012, 63(4):  1168-1174.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.04.025
    摘要 ( 2658 )   PDF (463KB) ( 1210 )  
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    控制自絮凝酵母高浓度乙醇发酵过程的氧化还原电位(oxidoreduction potential, ORP)能降低环境胁迫对细胞的影响,提高乙醇生产强度和乙醇收率。实验考察了初始糖浓度为200、250、300 g·L-1及ORP控制为-100、-150 mV和不控制的乙醇发酵情况。结果表明控制ORP的发酵过程,生物量和细胞存活率均高于不控制的系统,相应的发酵速度得到了提高,但是乙醇对糖的收率存在最优值。在实验设定初始糖浓度最高的300 g·L-1的发酵过程中,控制ORP为-150 mV时,取得了最大的净乙醇生成量和乙醇对糖的收率。ORP控制改变了絮凝颗粒的粒径分布,运用多元线性拟合,发现ORP对絮凝的影响是正向的。ORP改变了发酵液中生物量及代谢物的浓度而间接影响了细胞的絮凝状况。
    羧基修饰的超顺磁纳米粒子直接固定化罗伊氏乳杆菌
    陈佳璐,陈国,赵珺, 陈宏文
    化工学报. 2012, 63(4):  1175-1181.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.04.026
    摘要 ( 2156 )   PDF (1118KB) ( 981 )  
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    利用共沉淀法结合高锰酸钾氧化制备所得表面羧基修饰的超顺磁性纳米粒子吸附于罗伊氏乳酸杆菌表面,在磁场协助下实现细胞的固定化。吸附机理分析表明小尺寸相互作用和静电相互作用是磁性纳米粒子与细胞之间的主要作用。分别考察了菌体/磁性粒子质量比、pH、温度、时间等对固定化罗伊氏乳酸杆菌的影响,确定最佳固定条件为菌体与磁性纳米粒子相对质量比为2.25,在pH=3、温度25℃的条件下固定化0.5 h,可实现91%的细胞固定化。最后,对固定化后的细胞进行再培养,与游离细胞相比,两者表现出类似的代谢特征,证实细胞经固定化后仍具有活性。因此,羧基修饰的超顺磁性纳米粒子可成功用于细胞固定化,在不影响细胞活性的情况下,通过磁分离实现细胞的重复利用。
    截短侧耳素生产菌Pleurotus mutilus工业发酵过程代谢组分析
    杨扬1,李霞1,韩风华2,胡江林2,元英进1
    化工学报. 2012, 63(4):  1182-1188.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.04.027
    摘要 ( 2516 )   PDF (1185KB) ( 920 )  
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    罗红霉素相关物的制备
    李玲莉1,聂乙娇2,刘聪2,姚国伟2,孙立权2
    化工学报. 2012, 63(4):  1189-1194.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.04.028
    摘要 ( 2278 )   PDF (395KB) ( 873 )  
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    能源和环境工程
    MUCT工艺处理实际生活污水实现亚硝酸型硝化
    曾薇1,王向东1,张立东2,李博晓1,彭永臻1
    化工学报. 2012, 63(4):  1195-1203.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.04.029
    摘要 ( 1974 )   PDF (5846KB) ( 685 )  
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    采用MUCT工艺处理低C/N比实际城市生活污水,研究在连续流工艺中实现亚硝酸型硝化的调控措施。试验在常温下共进行了121 d,结果表明:经过87 d的启动期,最终在水力停留时间(HRT)8h,溶解氧浓度(DO)0.3~0.5 mg·L-1,污泥回流比80%,缺氧回流比120%,硝化液回流比300%的条件下,成功启动了短程硝化,并稳定维持了35 d。 短程硝化期间,好氧区亚硝酸盐积累率平均62%,最高达到80%;氨氮去除率65%,最高达87%。短程硝化影响因素的分析表明:pH值,游离氨(FA),游离亚硝酸(FNA)对本试验短程硝化无影响;温度和污泥停留时间(SRT)影响较小;HRT和DO是短程硝化实现的控制因素。荧光原位杂交(fluorescence in situ hybridization, FISH)试验结果表明:当系统由全程硝化状态转为短程硝化状态后,氨氧化细菌(ammonia oxidizing bacteria, AOB)的比例明显提高,最高达到9.3%;亚硝酸盐氧化细菌(nitrite oxidizing bacteria,NOB)以Nitrospira为主,其所占比例明显下降。
    固态发酵基质的三相结构变化对其传递性质的影响
    段颖异1,2,陈洪章1
    化工学报. 2012, 63(4):  1204-1210.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.04.030
    摘要 ( 2138 )   PDF (796KB) ( 723 )  
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    以汽爆稻草和培养液分别作为基质的固、液相,讨论了工业发酵颗粒尺寸(6.5~0.4 cm)和含水量(60%~85%)范围内,基质的保水性、透气性及热导性随三相结构变化的规律。液相在三相结构变化中起主导作用,进而提出基于变异系数权重法的三相结构指数;基质水分蒸发速率随三相结构指数呈指数增加趋势,并伴有明显波动,表明基质保水性受三相组成外其他因素的影响;基质透气性与三相结构指数的关系符合Bidoseresp函数;基质的热性质(比热容、热阻、热导率)随三相结构指数的增加呈幂指函数变化趋势。统计分析同时佐证了三相结构指数能够反映基质含水量和颗粒度两因素对传递性质的综合影响。所建立的三相结构指数能够用于明确表征基质结构对其传递性质的影响,具有宏观指导意义。
    配风方式对部分预混燃烧系统燃烧振荡的影响
    邱步,张小松
    化工学报. 2012, 63(4):  1211-1216.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.04.031
    摘要 ( 1854 )   PDF (1107KB) ( 613 )  
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    部分预混燃烧系统是燃气热水器的常用燃烧系统,研究这种燃烧系统中配风方式和燃烧工况的关系十分重要。通过搭建实验台,研究了一个具有三次风的部分预混燃烧系统在不同过量空气系数下的燃烧振荡区域。发现该系统存在一个介于两正常工作区域之间的燃烧振荡区域,该区域的界限随着配风方式的变化发生偏移,减小一次风量时其正常工作范围扩大。通过分析,认为其燃烧振荡范围与一次过量空气系数值有直接关系,该范围具有一个上限,对应一次过量空气系数为0.80~0.95;具有一个下限,一次过量空气系数为0.40~0.50,此范围内发生燃烧振荡的概率较大。
    生物质与煤混合灰的熔融及黏温特性
    刘涛,陈雪莉,李德侠,刘霞,梁钦锋
    化工学报. 2012, 63(4):  1217-1225.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.04.032
    摘要 ( 2310 )   PDF (796KB) ( 760 )  
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    使用灰熔点测试仪研究了稻草、玉米秸秆、棉秆3种生物质分别掺入不同比例对鲍店煤灰熔融特性的影响,并利用高温黏度计考察了3种生物质掺入比例均为10%时对鲍店煤灰黏温特性的影响。结合X射线衍射仪分析测试结果,采用热力学计算软件FactSage得到了不同温度下灰渣熔融过程中物相及渣液内固含量的变化。结果表明:3种生物质掺混比例为10%~30%时,混合灰灰熔点均随生物质掺混比例的增加而降低,在较高的掺混比例下混合灰灰熔点呈现波动性,但均未高于煤的灰熔点。掺混比例为10%时,生物质的加入一定程度上改善了鲍店煤灰的黏温特性,可使气化炉操作温度下限降低约20℃左右。钙长石的生成是造成熔渣黏度迅速增加的主要原因。
    封存CO2的泄漏过程预测与泄漏速率的影响因素特性
    刘永忠1,2,王乐1,张甲六1
    化工学报. 2012, 63(4):  1226-1233.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.04.033
    摘要 ( 2604 )   PDF (1289KB) ( 623 )  
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    地下封存CO2泄漏的评估方法和风险控制是碳捕集和封存(CCS)技术亟待解决的核心问题。为了揭示封存CO2泄漏过程的影响因素及其特性,本文建立两相流驱替过程数学模型描述封存CO2的泄漏过程,采用COMSOL Multiphysics 3.5a软件进行数值模拟。通过对基准问题及其解的拓展,分别对注入井与泄漏通道之间距离、泄漏通道半径、泄漏通道渗透率、CO2注入速率和CO2注入深度等因素对封存CO2泄漏过程的影响特性进行研究,通过过程模拟和数据分析得到了影响因素的定量函数关系。研究表明:封存CO2的渐近泄漏速率与注入井与泄漏通道之间距离倒数呈对数线性关系,与泄漏通道半径呈抛物线型关系,与注入速率呈线性关系;泄漏通道的绝对渗透率是CO2泄漏速率控制的关键因素,而CO2注入深度的增加并不能有效地降低CO2泄漏速率。本文的计算模型和数值模拟结果不仅揭示了地下封存CO2泄漏过程的影响因素与泄漏速率之间的定量关联规律,还可为地下封存CO2的封存地点选择、泄漏速率估计和泄漏风险评估提供工程分析方法和计算工具。
    双阳极氧化与日光/派生过硫酸盐氧化复合降解刚果红
    栾万利,张乃东,朱正江
    化工学报. 2012, 63(4):  1234-1242.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.04.034
    摘要 ( 2290 )   PDF (1130KB) ( 620 )  
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    阳极氧化体系中引入了过硫酸盐的自动生成机制。文中主要研究了Ti/Ru-Ir氧化物涂层电极和Pt双阳极体系中过硫酸盐的生成与刚果红的降解规律。实验证明,在阳极区过硫酸盐的生成与刚果红的降解之间存在竞争关系,Ti/Ru-Ir氧化物涂层阳极有利于刚果红的降解,Pt阳极有利于过硫酸盐的生成;刚果红的降解速率与Ti/Ru-Ir氧化物涂层阳极电流密度、SO2-4浓度呈正比,与pH呈反比;过硫酸盐的产量与电流密度、SO2-4浓度、pH密切相关,其中电流密度的影响最大,只有当Pt阳极电流密度高于Ti/Ru-Ir氧化物涂层阳极电流密度200倍以上时,SO2-4才可有效转化成S2O2-8。电解体系中生成的过硫酸盐在模拟日光照射下可对有机物进一步降解。文中还研究了日光/过硫酸盐法的降解机理。
    活性炭工艺去除水中典型药品的效能与机理
    乔铁军1,2,张锡辉1,Doris W.T.AU2
    化工学报. 2012, 63(4):  1243-1248.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.04.035
    摘要 ( 2115 )   PDF (1081KB) ( 889 )  
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    药品和个人护理品(PPCPs)因其潜在的环境和健康风险受到了广泛关注。实验选取8种典型药品为对象,采用中试规模的活性炭工艺研究了其去除效果和影响因素。结果表明,活性炭工艺对安替比林、达舒平、舒必利、磺胺甲口恶唑、泰妙菌素和氧苄胺嘧啶等的去除率为50%~90%,对林肯霉素和氨糖美辛的去除率均小于35%。典型药品的去除率受到滤速、有机物和pH等因素的影响,其中,氨糖美辛、林肯霉素和泰妙菌素等的去除率受滤速影响较大;磺胺甲口恶唑的去除率受pH影响较大。有机物对典型药品去除率的影响既有促进作用,又有抑制作用。典型药品的物化性质对其去除行为有重要影响,这有利于从分子水平上认识活性炭工艺对典型药品的去除机理。
    流量分配比对改良A/O分段进水脱氮除磷特性的影响
    曹贵华,王淑莹,彭永臻,苗志加
    化工学报. 2012, 63(4):  1249-1257.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.04.036
    摘要 ( 2168 )   PDF (2123KB) ( 1482 )  
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    采用改良A/O分段进水工艺处理我国南方低浓度、低碳氮比城市生活污水。在进水COD/TN为5.16,HRT为8.7 h,SRT为15 d,MLSS为5.66 g·L-1,污泥回流比为75%,厌氧/缺氧/好氧体积比为4∶8∶10条件下,通过设置6种不同进水流量分配比,控制各好氧段DO为1~1.5 mg·L-1,经过150 d的连续运行,得到系统最佳流量分配比为20%∶35%∶35%∶10%;在此工况下COD、氨氮、总氮、总磷出水水质分别为33.05 mg·L-1、0.58 mg·L-1、9.26 mg·L-1、0.46 mg·L-1,出水优于国家GB 18918—2002一级A排放标准。原水COD绝大部分作为厌氧释磷和反硝化脱氮所需碳源,系统对碳源有效利用率达74%;DO和ORP 的协同控制可以作为系统厌氧放磷段的控制参数;同时亦可作为缺氧段反硝化完成和好氧段硝化完成的指示性参数。
    剩余污泥发酵同步反硝化系统污泥减量及反硝化性能
    唐玮1,彭永臻1,霍明昕2,张良长1,王淑莹1
    化工学报. 2012, 63(4):  1258-1263.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.04.037
    摘要 ( 2249 )   PDF (1182KB) ( 482 )  
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    材料化学工程与纳米技术
    新型紫外线固化环氧树脂/丙烯酸酯改性水性聚氨酯的合成与性能
    魏丹,夏正斌,谢德龙,钟理,陈焕钦
    化工学报. 2012, 63(4):  1264-1273.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.04.038
    摘要 ( 2549 )   PDF (530KB) ( 679 )  
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    合成了一种新型的具有高交联密度和优异涂膜性能的环氧树脂和丙烯酸酯同时改性的紫外线(UV)固化水性聚氨酯(UV-EP-AC-WPUD)。通过环氧基团与以异氰酸酯基团(-N=C=O)封端的聚氨酯预聚体之间的反应引入质量分数为4%的环氧树脂E-20。同时,通过聚氨酯链的-N=C=O与二元丙烯酸酯(PEDA)以及季戊四醇三丙烯酸酯(PETA)的羟基之间的反应引入碳碳双键(C=C),C=C的含量达到4.65 meq·g-1。 质量分数为3%的光引发剂Irgacure 2959被用于引发涂膜中C=C的聚合,涂膜的凝胶含量在12 s UV辐射之后达到91%,意味着C=C的聚合和交联速度快,同时所得到的涂膜的交联度非常高,不溶于溶剂丙酮,测试表明环氧树脂和两种丙烯酸酯单体已经成功嵌入聚氨酯链中,涂膜具有优异的力学性能和化学性能。
    α/β复合成核剂对等规聚丙烯结晶形态的影响及非等温结晶动力学
    石尧麒,辛忠
    化工学报. 2012, 63(4):  1274-1286.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.04.039
    摘要 ( 2797 )   PDF (2334KB) ( 1139 )  
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    采用偏光显微镜(POM)及示差扫描量热(DSC)法考察了3种α/β复合成核剂NA40/NABW、NA40/HHPA-Ba、NA40/PA-03对成核等规聚丙烯(iPP)的结晶形态及非等温结晶动力学的影响。对成核iPP结晶形态的研究结果表明:α/β复合成核剂的加入能够减小iPP的球晶尺寸。影响α/β复合成核剂成核iPP结晶形态的主要因素是ΔTCp(ΔTCp为成核iPP结晶峰值温度与iPP结晶峰值温度的差值),即复合体系中ΔTCp较大的成核剂在iPP结晶过程中起主导作用,最终的结晶形态与单独添加这一成核剂时iPP的结晶形态相类似;当两种成核剂的ΔTCp接近相同时,两者竞争成核,成核iPP的结晶形态表现为两种成核剂共同作用的结果。因此,通过改变α/β复合成核剂的复合比例即改变两种成核剂的添加浓度,进而改变其ΔTCp,可以得到结晶形态完全不同的iPP。采用Caze法对非等温动力学进行了研究,结果表明:添加α/β复合成核剂能够提高iPP的结晶温度,缩短半结晶时间。复合成核剂成核iPP的结晶行为也同样受成核剂ΔTCp的影响,复合成核iPP的Avrami指数接近于复合体系中ΔTCp较大的成核剂单独添加时iPP的Avrami指数。
    后处理对改性聚氨酯系中空纤维膜压力响应行为的影响
    刘海亮,肖长发,胡晓宇,刘美甜
    化工学报. 2012, 63(4):  1287-1294.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.04.040
    摘要 ( 2503 )   PDF (3336KB) ( 481 )  
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    采用熔融纺丝制得改性聚氨酯系中空纤维膜,通过测试水通量随压力的变化研究了拉伸、热处理温度和热处理时间对改性聚氨酯系中空纤维膜压力响应行为的影响。结果表明,所得膜可发生明显的压力响应行为,且拉伸倍数越大,膜的强度越大,压力响应行为越精确;随热处理温度升高,膜的支撑性变差,压力响应行为变弱;随热处理时间延长,膜形变回复率变低,压力响应行为减弱。
    电子束固化水性聚氨酯丙烯酸酯的制备及性能
    徐海涛,朱令干,廖建华,梁红波,熊磊
    化工学报. 2012, 63(4):  1295-1300.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.04.041
    摘要 ( 2418 )   PDF (1024KB) ( 798 )  
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    研究了一种制备水性聚氨酯丙烯酸酯的新方法,通过在扩链剂分子结构中组装离子基团来改善亲水性,解决了聚氨酯丙烯酸酯与水难相溶的问题。采用这种方法制备了一种聚氨酯丙烯酸酯产物,使用FTIR和1H NMR对产物结构进行了表征。对产物与水的储存稳定性、黏度、电子束固化行为及固化后性能进行了研究。结果表明,分散乳液储存稳定性好,经电子束固化后性能(如硬度、附着力、光泽度、柔韧性、热稳定性)优良。
    纳米SiO2/聚氨酯-含氟丙烯酸酯杂化乳液的合成与表征
    黄森,肖新颜,潘季荣
    化工学报. 2012, 63(4):  1301-1307.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.04.042
    摘要 ( 2516 )   PDF (734KB) ( 706 )  
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    采用种子乳液聚合法,以聚氨酯(PU)乳液为种子(在聚合过程中为壳相),甲基丙烯酸甲酯(MMA)、丙烯酸丁酯(BA)、甲基丙烯酸十二氟庚酯(DFMA)和γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷(KH-570)改性的纳米SiO2组成的混合物为核相,合成了具有核壳结构的纳米SiO2/聚氨酯-含氟丙烯酸酯(SiO2/FPUA)复合乳液。考察了纳米SiO2和DFMA用量对乳液聚合过程及乳胶膜性能的影响。通过傅里叶红外光谱(FT-IR)、接触角(CA)、透射电子显微镜(TEM)、热重(TG)、差示扫描量热仪(DSC)和力学性能测试(MPT)等表征乳液的结构形态、乳胶膜的表面性能和综合性能。结果表明:乳胶粒子呈现“反相核壳”结构,以聚丙烯酸酯(PA)相为核,PU相为壳;由于纳米SiO2和DFMA的协同作用,涂膜的疏水性和综合性能得到了较大的提高。
    模板沉积法制备大孔高比表面积Fe3O4/P(GMA-co-EGDMA)磁性复合微球
    张宝亮,张秋禹,张和鹏,范新龙,厉向杰,雷星锋
    化工学报. 2012, 63(4):  1308-1314.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.04.043
    摘要 ( 2610 )   PDF (1882KB) ( 969 )  
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    介绍了一种以大孔高比表面积甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)与二甲基丙烯酸乙二醇酯(EGDMA)共聚交联微球[P(GMA-co-EGDMA)]为模板制备磁性复合微球的简单方法。制备过程包括Fe3+和Fe2+的浸入、OH-作用下孔内铁离子的共沉淀两步。在此过程中考察了浸泡温度、浸泡时间、共沉淀温度以及沉积次数对微球磁含量的影响,确定最佳制备工艺为50℃浸泡4 h,70℃反应1 h,如此反复4次磁含量可以达到45.24%。并通过SEM、VSM、XRD、TGA及压汞仪、激光粒度仪等手段对Fe3O4/P(GMA-co-EGDMA)的形貌、比饱和磁化强度、磁含量及孔性能进行了表征,微球的粒径范围处于100~200 μm之间,平均粒径为162 μm,比饱和磁化强度为10.92 emu·g-1,平均孔径及比表面积分别为60 nm和116 m2·g-1
    聚酯树脂粉末涂料的固化行为
    刘宏1,2,单国荣2,潘鹏举2
    化工学报. 2012, 63(4):  1315-1320.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.04.044
    摘要 ( 2526 )   PDF (1008KB) ( 1045 )  
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    用差示扫描量热法(DSC)对固态条件下聚酯/TGIC(triglycidyl isocyanurate)体系的非等温固化反应动力学进行了研究。根据DSC和热重(TG)的分析结果,对聚酯粉末的固化过程及热稳定性进行了探讨,通过温度-升温速率图外推法确定了该体系的凝胶温度、固化温度和后固化温度分别为113、146和195℃。采用Kissinger方程、Doyle-Ozawa方程和Crane方程对DSC数据进行分析,得到了固化反应的平均表观活化能65.71 kJ·mol-1,频率因子8.50×106 min-1、反应级数0.95,建立了该树脂体系的固化动力学模型。讨论了固化反应速率、固化度、固化温度与时间等关系的变化规律及影响因素,为优化铝型材用粉末涂料聚酯体系的固化工艺提供了理论基础。
    导电聚合物PEDOT/PSS-MPEG的制备及性能
    刘书英,李坚,李玉玲
    化工学报. 2012, 63(4):  1321-1327.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.04.045
    摘要 ( 3674 )   PDF (930KB) ( 1162 )  
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