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2012年 第63卷 第8期 刊出日期:2012-08-05
    热力学
    3-庚3-庚酮+乙酸乙酯、3-庚酮+乙酸丁酯、3-庚酮+TBP、MIBK+TBP二元体系的过量摩尔体积和黏度
    杨得岭1,林晓2,曹宏斌2,李以圭2,张懿2
    化工学报. 2012, 63(8):  2327-2340.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.08.001
    摘要 ( 2116 )   PDF (1863KB) ( 929 )  
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    常压下测定了3-庚酮+乙酸乙酯、3-庚酮+乙酸丁酯、3-庚酮+磷酸三丁酯(TBP)、4-甲基-2-戊酮(MIBK)+磷酸三丁酯4个二元体系在293.15~318.15 K下的密度和黏度值,计算了二元体系的过量摩尔体积VE和过量黏度Δη,并用Redlich-Kister方程对VE和Δη进行了关联。混合溶剂的黏度数据采用Orrick-Erbar(O-E)基团贡献法进行了关联和预测,增加了O-E方法中的(—O)3—P=O 基团贡献值。结果表明,O-E方法可根据现有的纯溶剂的黏度数据预测得到混合溶剂的黏度,平均误差小于15%。
    高温熔盐热物性的动态测定与误差修正方法
    詹水清1,周孑民1,吴烨2,李远1,梁艳南1,杨莺1
    化工学报. 2012, 63(8):  2341-2347.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.08.002
    摘要 ( 2642 )   PDF (911KB) ( 795 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    针对目前高温熔盐相变蓄热材料热物性参数测定方法的不足,在借鉴Stefan模型和Lamvik模型的基础上,利用相变材料相变时相界面移动速率与液固相热物性参数之间的关系,设计了一套高温熔盐熔点附近热物性的动态测定装置,并提出了一种基于数值模拟的测定误差修正方法。利用该装置对已知热物性的熔盐硝酸钠、硝酸钾及溴化锌进行了动态实验测定,并利用数值模拟对测定结果进行了修正。修正后的结果和参考值之间的误差比修正前要显著减小,硝酸钠和硝酸钾的热导率、热扩散率误差均小于5%。表明该修正方法可以有效地降低测定过程中由于非一维导热、边界条件不稳定所造成的测定误差,将动态测定与该修正方法结合起来能提高测试精度,为其他熔盐热物性的深入研究提供了基础数据和理论依据。
    苯胺与甲醛合成4,4-二氨基二苯甲烷反应体系的热力学分析
    王晨晔1,2,李会泉1,曹妍1,柳海涛1,侯新娟1,张懿1
    化工学报. 2012, 63(8):  2348-2355.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.08.003
    摘要 ( 2772 )   PDF (1167KB) ( 988 )  
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    苯胺与甲醛合成4,4-二氨基二苯甲烷(MDA)是一个复杂的反应体系。采用多种基团贡献法,计算了该反应体系涉及多种物质的基础热力学数据,以及主要反应的反应焓变、反应Gibbs自由能变以及各反应的平衡常数。结合热力学模拟计算,分析了体系温度、苯胺与甲醛的原料配比对该反应体系平衡转化过程的影响,并与实验数据进行对比验证。研究结果表明:由苯胺与甲醛合成MDA的反应为放热反应,升高体系温度有利于抑制副产物的生成,同时可获得较高的MDA收率。选取原料配比为3作为较优操作条件,可减少副产物的产生量,并降低后续产物分离能耗。
    流体力学与传递现象
    流量变化对液固流化床瞬态流化特性的影响
    尤东光1,2,雍玉梅2,杨超2,张伟鹏2,梁杰1
    化工学报. 2012, 63(8):  2356-2364.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.08.004
    摘要 ( 1650 )   PDF (5120KB) ( 496 )  
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    流化床开车、停车及反应控制过程中,对流化床的流量进行调节的不当操作可能致使局部热点的出现,使操作状态恶化,故充分认识流化床的非稳态流化特性具有重要意义。选用直径为0.45 mm的玻璃珠,在厚15 mm、宽400 mm、高1200 mm的二维流化床中进行液固流态化实验,研究了流量变化对颗粒浓度的影响。实验发现,当流量下降时,流化床中形成了浓-稀相突跃界面,且界面前方有过渡段存在;而当流量上升时,流化床中形成的是由浓到稀的过渡段,变化过程中其浓度波动要远大于流量下降时,且需要更长的时间来达到稳定。以相同时间完成流量下降时,流量变化量较小,则流化床各段的平均颗粒浓度变化速度较慢,同时不利于浓-稀相界面的形成。流量下降幅度相等、流量变化时间延长,则使流化床中的颗粒浓度变化速度呈现先慢后快的特点,同时流量变化较慢,则浓-稀相突跃界面不易形成。
    急冷废热锅炉进口分配器内分布管椭圆度对气体流动与分布的影响
    郭兆阳1,王元华1,徐宏1,史永红2,郭超1,杨胜1
    化工学报. 2012, 63(8):  2365-2374.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.08.005
    摘要 ( 2577 )   PDF (2741KB) ( 986 )  
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    针对10万吨/年大型乙烯裂解炉用四进口“浴缸式”急冷废热锅炉现存问题,采用稳态与瞬态CFD数值计算方法研究了急冷废热锅炉进口分配器内的流动状况。比较了圆形截面和椭圆形截面分布管对流动的影响,分析了不同分布管截面椭圆度时废热锅炉换热管内的气体分配不均匀性及分配器内的低速区、停留时间、涡量和湍流耗散率。采用综合考虑涡量、湍流耗散率和气体分配不均匀性的量纲1化综合性能指标比较各结构的综合性能,结果表明当分布管椭圆度e在1.12~1.2之间时气体流动状况较佳。
    连续螺旋折流板换热器流动与传热性能及熵产分析
    曹兴,杜文静,程林
    化工学报. 2012, 63(8):  2375-2382.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.08.006
    摘要 ( 2210 )   PDF (816KB) ( 706 )  
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    采用数值模拟的方法,研究了螺旋角对连续螺旋折流板换热器流动与传热性能的影响,并以熵产数为指标对换热器性能进行了基于热力学第二定律的分析评价。结果表明,相同质量流量时壳程传热系数和压降均随螺旋角的增大而降低,且后者降低的幅度大于前者。连续螺旋折流板换热器壳程横截面上切向速度分布较弓形折流板换热器更加均匀。在靠近中心假管的内层区域,同一径向位置的轴向速度随螺旋角的增大而降低,而在靠近壳体壁面的外层区域则相反。螺旋角越大,不同径向位置的换热管间的换热量分布均匀性越好。壳程质量流量相等时,换热器中传热引起的熵产占总熵产的比重随着螺旋角的增大而增加,熵产数随着螺旋角的增大而降低。
    绕流具有光合生化反应管束的格子Boltzmann模拟
    杨艳霞1,2,廖强1,2,朱恂1,2,王宏1,2,丁玉栋1,2
    化工学报. 2012, 63(8):  2383-2391.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.08.007
    摘要 ( 2042 )   PDF (2732KB) ( 740 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    采用格子Boltzmann方法模拟了有机废水溶液绕流表面附着有光合生物膜管束的流动、传质及光合生化反应过程,并分析了管束排列,管间距及Reynolds数对流场、浓度场、平均阻力系数及底物的Sherwood数的影响。结果表明:溶液绕流小管间距时具有较高的Sherwood数,同时阻力系数也较高;与顺排管束相比,绕流叉排管束的平均Sherwood数增大了一倍左右,其增大幅度随Re的增大而增大,而阻力系数仅增大了约10%。一定条件下,绕流叉排管束时,出口处具有较低的底物浓度和较高的产物浓度。结果表明,很小的流场扰动可对浓度场产生较大影响,从而,叉排管束更有利于传输传质及生物降解。
    固体颗粒对流化床多相蒸发海水淡化操作浓缩比及膜传热系数的影响
    弓凯雷1,2,王德武1,刘燕2,张少峰2
    化工学报. 2012, 63(8):  2392-2397.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.08.008
    摘要 ( 2042 )   PDF (1722KB) ( 603 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    提高海水淡化操作浓缩比,不仅可以提高造水比,还可以有效降低淡化后浓海水再利用的后处理成本,故其是实现低成本零排放的关键之一。在一套循环流化床多相蒸发海水淡化实验装置上,分别采用汽-液两相及汽-液-固三相操作,考察固体颗粒对海水淡化操作浓缩比及膜传热系数的影响,并分析垢层的主要成分。实验表明:高温下CaSO4首先析出,是形成垢层的主要成分;采取汽-液两相操作,膜传热系数保持在1.75 kW·m-2·K-1左右,操作浓缩比可达到3.8左右;采取汽-液-固三相操作,固体颗粒强化传热和防除垢的作用显著,加入颗粒体积分数为4%时,在膜传热系数保持在2.3 kW·m-2·K-1左右不降低的情况下,海水淡化操作浓缩比达到5.8以上。
    叉流热源塔传热传质模型的建立及实验验证
    文先太,梁彩华,刘成兴,张小松
    化工学报. 2012, 63(8):  2398-2404.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.08.009
    摘要 ( 2140 )   PDF (778KB) ( 680 )  
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    热源塔作为新型的热质交换设备,在热源塔热泵机组运行过程中起着重要作用。其在冬季运行时从空气中吸收热量,为热泵机组提供低品位热量。热源塔与冷却塔在传热传质上存在一定异同点,指出了冷却塔与热源塔在传热传质上存在热阻、液体物性、潜热换热量比例、循环水/液体流量、飘液对系统的影响、热量传递方向和换热量大小等方面的差异。根据热源塔与冷却塔差异建立叉流热源塔传热传质数学模型,并采用实验验证模型的准确性。结果表明叉流热源塔潜热百分比低于35%,模型结果与实验结果相比换热性能误差低于10%,该模型能够较为精确地对叉流热源塔换热性能进行模拟。
    竖壁自储水式蒸馏器空腔自然对流换热及产水特性
    谢果,郑宏飞,熊建银
    化工学报. 2012, 63(8):  2405-2410.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.08.010
    摘要 ( 1634 )   PDF (917KB) ( 458 )  
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    V形反射式双声道超声波流量计湿气测量特性
    张强,徐英,张涛
    化工学报. 2012, 63(8):  2411-2417.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.08.011
    摘要 ( 1930 )   PDF (987KB) ( 692 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    催化、动力学与反应器
    整体式催化剂芯片的仿生设计与优化
    方宇,王丽军,吴玮,李希
    化工学报. 2012, 63(8):  2418-2424.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.08.012
    摘要 ( 1858 )   PDF (3853KB) ( 657 )  
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    借鉴生物体内循环系统的原理和组织结构特征,设计了一种具有进料、出料仿生微通道网络分布的整体式催化剂芯片。对仿生通道网络构型进行了CFD模拟研究和优化计算。模拟发现,在保证相同停留时间条件下,相比传统床层式催化剂芯片,具有仿生微通道网络分布的整体式催化剂芯片流动阻力极大降低。经过构型优化的仿生通道结构芯片返混小,平推效果较好。稳定性分析表明,仿生通道结构芯片还具有较好的抗干扰性,能够有效地降低流道短路或断路等不确定因素带来的不良影响,是一种理想的催化剂芯片构型。
    亚临界水中离子液体催化蔗渣液化残渣分析
    郭斌,龙金星,王芙蓉,王乐夫,李雪辉
    化工学报. 2012, 63(8):  2425-2430.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.08.013
    摘要 ( 2112 )   PDF (1292KB) ( 1049 )  
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    分别采用FT-IR、SEM对亚临界水中酸性功能化离子液体催化蔗渣液化残余物的主要成分及其表面形貌进行系统的分析,并对其与酸性离子液体催化剂的酸强度、反应温度、反应时间等工艺条件之间的关联规律进行了详细探讨。结果表明,蔗渣液化后的残渣主要是由木质素、难降解或部分降解的芳香类化合物组成;酸性越强、反应温度越高,蔗渣的液化程度越高,结构破坏得越彻底,液化残渣表面越粗糙。
    有机过氧化物分解机理及热危害
    孙峰1,薛岩1,谢传欣2,金满平2,黄飞2
    化工学报. 2012, 63(8):  2431-2436.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.08.014
    摘要 ( 2545 )   PDF (1415KB) ( 737 )  
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    为了预防及控制有机过氧化物的分解爆炸事故,需要对其热危害进行必要的评估。利用塞塔姆C80微量热仪对不同种类的9种有机过氧化物进行热扫描测试,并分别利用n级反应模型及自催化反应模型对扫描曲线进行拟合,准确得到了这些物质的分解热及分解机理。根据反应动力学数据,采用Semenov爆炸模型及联合国H.3-等温储存试验原理,得到了9种有机过氧化物的临界温度及自加速分解温度(SADT)。结果表明,大部分有机过氧化物分解遵循n级反应模型,反应级数在1左右,少部分有机过氧化物分解时有一定的自催化效应。所得的SADT数据与文献值符合较好,证明本文动力学模拟及SADT计算方法的科学性。
    不同Pt分布的Pt-K/γ-Al2O3催化剂制备及在邻苯基苯酚制备中的催化性能
    丁洁莲1,曾崇余2
    化工学报. 2012, 63(8):  2437-2442.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.08.015
    摘要 ( 1755 )   PDF (1169KB) ( 485 )  
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    采用分布浸渍法制备了以Pt为活性组分,K2SO4为助剂的Pt-K/γ-Al2O3催化剂,通过调节浸渍液中HCl浓度改变活性组分Pt在载体中的分布并用于环己烯基环己酮(Dimer)脱氢合成邻苯基苯酚(OPP),并利用比表面积(BET)、X射线衍射(XRD)、H2程序升温还原(H2-TPR)和电子探针微量分析(EPMA)等手段对催化剂进行了表征。结果表明,通过调节浸渍液中HCl浓度的方法可有效调节催化剂的结构性质,活性组分与γ-Al2O3载体之间的相互作用以及Pt在载体上的分布。当浸渍液中HCl浓度为0.50%时,催化剂存在较高的比表面积,Pt在载体上存在最适宜的浸渍深度以及较弱的与载体之间的相互作用,从而调整了中间产物、OPP在催化剂表面的停留时间,抑制了副反应,可显著提高生成OPP的选择性。在液相空速LHSV 0.12 g·g-1·h-1、H2空速33 ml·g-1·h-1、温度380℃的反应条件下,环己烯基环己酮转化率为100%,OPP选择性达90%以上。
    福建无烟煤Na2CO3催化气化过程的比表面变化特性
    陈彦1,2,张济宇1
    化工学报. 2012, 63(8):  2443-2452.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.08.016
    摘要 ( 2111 )   PDF (572KB) ( 716 )  
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    基于福建建欣无烟煤添加不同量Na2CO3时热天平850℃的水蒸气气化实验,考察了热解气化进程中Na2CO3的自身分解及与碳反应的失重变化。比表面分析仪测定了不同转化率煤样的吸脱等温线的演变规律,在低Na2CO3含量及低转化率时呈现为一端封闭的窄狭缝型微孔结构为主的微孔吸附Ⅰ型特征,高Na2CO3含量及高转化率时转变为有两端开口的开放性中孔和大孔吸附的Ⅱ型特征,超过12%Na2CO3饱和度时显示出裂隙孔和墨水瓶孔表面的H4型回线特征。BET及T-plot模型计算表征了不同量Na2CO3及不同转化率时的比表面积及孔径分布特性,所有比表面积均呈现随转化深度先增后减的变化,Na2CO3催化剂的加入及分散增加了碳活性点位数及气化速率,引起更多微孔的开辟、交联和微孔表面积的减小,Na2CO3添加量越大,比表面积先增后减越趋平缓。12% Na2CO3饱和度时催化剂的充分填充与均匀分散,导致更多难转化碳表面上微晶结构活性位的增加,在气化进程中会引起大量微孔开辟与交联扩孔,在深度转化终止气化反应时,所有比表面积均接近零值,表明了催化剂添加饱和度时转化程度最大及气化过程的均一性。
    分离工程
    新型混合模式层析介质制备及用于牛初乳免疫球蛋白分离
    陈振明,林东强,姚善泾
    化工学报. 2012, 63(8):  2453-2459.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.08.017
    摘要 ( 1629 )   PDF (1335KB) ( 937 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    针对免疫球蛋白的分离纯化,设计和制备了以2-巯基咪唑为功能配基的新型混合模式层析介质B-DVS-MI,兼有疏水、静电和亲硫作用。采用二乙烯基砜活化法,优化了琼脂糖微球基质的活化反应和配基偶联条件,活化密度达100 μmol·ml-1以上,2-巯基咪唑配基密度达65 μmol·ml-1。将该介质用于从牛初乳蛋白粉中分离免疫球蛋白,考察了B-DVS-MI对牛初乳免疫球蛋白的静态和动态吸附性能,结果表明介质吸附容量达到127.6 mg·(g介质)-1,具有非盐依赖的吸附特性,且pH显著影响吸附性能,通过调节pH可实现高效吸附和洗脱。确定了合适的层析分离条件,从牛初乳蛋白粉中直接分离牛初乳免疫球蛋白,纯度达95%以上。结果充分说明,制备的新型混合模式层析介质B-DVS-MI是一种高效分离免疫球蛋白的分离介质。
    聚羧酸减水剂在水泥颗粒表面的吸附行为
    易聪华,汤潜潜,黄欣,邱学青
    化工学报. 2012, 63(8):  2460-2468.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.08.018
    摘要 ( 2165 )   PDF (1769KB) ( 931 )  
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    合成一系列聚羧酸减水剂,探讨不同单体摩尔比对其吸附性能的影响。结果表明,当n(烯丙醇聚氧乙烯醚)∶n(2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸钠)∶n(丙烯酸)∶n(马来酸酐)=1∶0.14∶3.6∶2.6时,产物吸附性能最优。并利用总有机碳分析技术,研究了不同温度、不同浓度下最优产物在水泥颗粒表面的吸附动力学和热力学。动力学研究结果表明:聚羧酸在水泥颗粒表面的吸附过程符合Lagergren吸附速率方程,吸附速率常数k=0.01594 min-1(30℃),表观活化能Ea=17.9647 kJ·mol-1。热力学研究结果表明:随温度升高,聚羧酸在水泥颗粒表面的吸附量增大;求得吸附热力学参数分别为ΔHad=-24.788 kJ·mol-1,ΔSad=0.050 kJ·mol-1·K-1,ΔGad=-39.886 kJ·mol-1(30℃),可知该吸附过程是自发的放热反应。理论上温度升高对吸附不利,但因放出的热量促进水泥水化,导致聚羧酸分子容易掺杂到水化产物中,从而使更多聚羧酸吸附到水泥颗粒表面,令其吸附量反而增大。
    逆向法测定酮洛芬对映体在Chiralpak AD柱上的吸附等温线
    朱磊,徐进,孙玉高,刘玉明,余卫芳
    化工学报. 2012, 63(8):  2469-2476.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.08.019
    摘要 ( 1768 )   PDF (1254KB) ( 484 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    模拟移动床(SMB)色谱分离与纯化的操作过程复杂,对其进行设计与优化需要使用数值模拟方法,准确测定竞争型吸附等温线具有重要意义。采用逆向法确定了25℃下酮洛芬对映体在直链淀粉手性固定相(Chiralpak AD)上的竞争吸附等温线,先用高效液相色谱测得酮洛芬对映体在Chiralpak AD 柱上的过载流出曲线,再通过拟合实验测得的流出曲线确定吸附等温线模型及其参数。研究中采用平衡扩散模型描述酮洛芬对映体在色谱柱上流出的瞬态过程。参数拟合过程中,首先用非支配基因算法(NSGA-Ⅱ)在较广的参数空间内搜索吸附等温线模型参数,再以所得结果作为初值,使用Levenberg-Marquardt 算法(LMA)对参数进一步优化。比较了4种不同竞争吸附等温线模型对实验测得的流出曲线的拟合结果,其中五参数的Bi-Langmuir 模型拟合程度最好。测量了不同进料浓度和进料量条件下的流出曲线,并通过与模型预测结果的对照验证了所确定吸附等温线模型和参数。
    立体旋液式并流塔板的海水脱硫特性
    荆瑞静1,2,王晋刚2,张少峰2
    化工学报. 2012, 63(8):  2477-2481.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.08.020
    摘要 ( 1586 )   PDF (1268KB) ( 405 )  
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    过程系统工程
    基于CCV的轴流压缩系统失稳主动控制
    罗雄麟,赵决正,朱琳
    化工学报. 2012, 63(8):  2482-2491.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.08.021
    摘要 ( 1401 )   PDF (3329KB) ( 663 )  
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    压缩机工作时,当负荷降低到一定程度时,会产生剧烈的失稳现象。旋转失速和喘振为轴流压缩系统的两类失稳现象,为其固有特性,传统的防喘振控制虽然能确保压缩机的安全运行,但却缩小了压缩机工作范围,使压缩机不能工作在高性能区域。为了改善防失稳现象的控制效果,首先选取结构简单、控制效果明显的紧连控制阀(CCV)作为主动控制执行机构,并基于轴流压缩系统经典MG模型和非定常理论,建立了包含CCV的动态响应数学模型;然后运用反步递推法(backstepping)设计推导了恒转速和变转速情况下抑制压缩系统失稳现象相应的主动控制律;最后针对压缩机恒转速和变转速下的旋转失速和喘振失稳现象在不同时间施加主动控制以及B参数变化的影响等多种情况进行了仿真实验,验证了CCV主动控制律的有效性以及CCV的执行高效性。
    基于主曲线的软测量方法及其在精馏塔上的应用
    李浩,杨敏,石向荣,梁军
    化工学报. 2012, 63(8):  2492-2499.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.08.022
    摘要 ( 1622 )   PDF (756KB) ( 518 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    为解决工业过程软测量中的变量维数高、数据相互耦合、非线性强等问题,提出了基于主曲线的软测量方法。其中的基于主曲线的非线性回归模型借鉴了PLS的基本思想,采用主曲线提取隐变量信息的同时考虑了自变量与因变量的相关性;在隐变量空间中,采用多项式函数拟合隐变量之间的非线性关系。在实例研究中,分别采用纯函数数据和氯乙烯精馏塔实时运行数据对该模型进行了验证。仿真结果表明,该模型所需要的隐变量数目比传统的PLS模型更少,并且能够实现更为精确的预测,可较好地处理工业过程中存在的数据高耦合度以及强非线性问题。
    基于子系统关联变量轮换的大系统在线协调优化
    张其方1,罗雄麟1,杨斌1,2,许锋1
    化工学报. 2012, 63(8):  2500-2506.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.08.023
    摘要 ( 1765 )   PDF (933KB) ( 624 )  
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    化工过程复杂大系统的在线优化过程中,存在流程前后的关联导致优化时间过长或得不到优化解的问题,需要按子系统优化并协调的优化方法来解决,而协调优化方法存在关联变量寻优方向不一致的问题。提出了一种基于子系统间关联变量轮换思想的分解协调优化方法,对大系统分解得到的子系统以轮换的方式进行优化,子系统中包含的多个优化问题分别在固定关联变量优化独立变量和固定独立变量优化关联变量的条件下求解,此轮换过程迭代进行,直至满足优化终止条件。将提出的方法应用在催化裂化装置仿真实例中与整体优化方法的结果作比较,证明了方法的有效性。最后,将基于关联变量轮换的协调优化方法应用在化工过程的在线优化中,结果表明本方法在在线优化应用中是可行的。
    表面与界面工程
    滑移边界对含表面活性剂超薄液膜去湿特性的影响
    叶学民,沈雷,李春曦
    化工学报. 2012, 63(8):  2507-2517.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.08.024
    摘要 ( 1586 )   PDF (3874KB) ( 576 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    针对预置在固体基底上含非溶性表面活性剂的超薄液膜去湿过程,基于滑移边界条件下的液膜厚度和表面活性剂浓度的非线性演化方程组,采用PDECOL程序对液膜去湿过程进行了数值模拟,分析了不同滑移尺度对含有内源和外源表面活性剂去湿特性的影响。研究表明,滑移边界对去湿过程的影响与表面活性剂初始分布密切相关,且不同平衡液膜厚度下滑移尺度的影响存在较大差异;总体上滑移边界促使超薄液膜趋于稳定,特别是当平衡液膜厚度较小时,滑移边界可有效控制去湿过程的发生;对于Spinodally稳定液膜,滑移边界对外源性情况的影响远大于内源性情况。
    分子膜抑制气/液界面甲醛生成与传输
    丛培超,吴燕,冉文君,房希婷
    化工学报. 2012, 63(8):  2518-2523.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.08.025
    摘要 ( 1885 )   PDF (1042KB) ( 502 )  
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    利用分子膜阻蒸发技术制备了一种甲醛抑制剂,能在甲醛液体界面自行铺展成膜。形成的分子膜可抑制甲醛气体的生成与传输。探讨了环境温度、分子膜的铺膜浓度对甲醛气液界面传质系数的影响;通过分子膜表面压研究了抑制剂在气液界面的铺展性能;通过麦克斯韦位移电流法(MDC)及原子力显微镜(AFM)表征了分子膜在气液界面的微观结构;得出了分子膜抑制甲醛有毒气体生成与传输的机理:分子膜的致密性抑制了甲醛气体的传输;甲醛水合分子的形成,分子间氢键的作用,提高了分子的稳定性,抑制了甲醛气体的生成。
    动静涡旋端面摩擦副摩擦力分形预测模型
    李超,焦瑜,张静,方琪
    化工学报. 2012, 63(8):  2524-2530.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.08.026
    摘要 ( 1473 )   PDF (949KB) ( 611 )  
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    生物化学工程与技术
    氨基环醇类化合物有效霉素对阿卡波糖发酵过程的影响
    秦俊伟1,2,薛亚平1,2,郑裕国1,2
    化工学报. 2012, 63(8):  2531-2537.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.08.027
    摘要 ( 1467 )   PDF (2816KB) ( 518 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    阿卡波糖是目前最有效的治疗Ⅱ型糖尿病的糖苷酶抑制剂类药物之一。提高阿卡波糖发酵水平,并减少其发酵副产物的合成是研究的难点。利用Actinoplanes utahensis ZJB-08196产阿卡波糖突变株,通过摇瓶发酵,研究了氨基环醇类化合物有效霉素对阿卡波糖发酵过程的影响。研究结果表明,有效霉素A能有效促进阿卡波糖发酵过程中的糖类消耗,有利于菌体生长,提高阿卡波糖的发酵水平,同时有效地抑制组分C的生成,减轻下游分离的难度。当发酵培养基中有效霉素A浓度为0.08 g·L-1,并且在中期添加氮源和碳源的补料发酵过程中,阿卡波糖的发酵水平达到5602 mg·L-1,相比对照提高了57%,产生的组分C与对照相比降低了54%。
    能源和环境工程
    活性炭负载金属氧化物常温脱除低浓度NO
    杨娟,汪印,余剑,许光文
    化工学报. 2012, 63(8):  2538-2543.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.08.028
    摘要 ( 1819 )   PDF (1330KB) ( 615 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    在活性炭上负载了金属氧化物用于低浓度NO在常温下的脱除。活性炭在使用之前经过了氧化预处理,经过硝酸氧化处理后,活性炭表面的羰基和硝基数量均增加,对NO的脱除能力显著提高。在硝酸处理后的活性炭上负载了金属氧化物,其中Ce和Co负载的样品对NO的脱除效果最佳,与未负载的样品相比脱除量提高了约8倍。进一步研究发现被脱除的NO最终以金属硝酸盐的形式存在,说明NO在通过催化氧化吸附剂层时首先被氧化生成NO2,之后NO2与负载的金属氧化物反应生成了金属硝酸盐。
    130t煤粉炉内煤制气还原NOx的反应机理与CFD耦合计算
    党帅,钟北京,袁振
    化工学报. 2012, 63(8):  2544-2550.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.08.029
    摘要 ( 1938 )   PDF (2732KB) ( 690 )  
    相关文章 | 多维度评价
    在没有气源的电厂,可以采用煤制气再燃低NOx燃烧技术,即采用空气和水蒸气作为气化介质,在1000℃以下进行气化得到煤制气,实现部分煤气化再燃低NOx燃烧技术。本文选用GRI3.0反应机理,简化后得到了适用于NOx还原计算的简化机理,包括26个组分和63个反应,对130 t煤粉炉进行了多步反应机理和CFD耦合计算的尝试,并对还原气喷口和还原气比例进行了设计计算,提出了改造设计方案,可实现NOx还原率超过80%。计算结果表明,采用部分煤制成再燃气燃烧没有明显影响煤的燃尽率;130 t煤粉炉设计的三次风喷口应该上移3 m,以增加再燃反应时间;再燃气比例可设计为30%,以增加NOx还原效果。
    多壁碳纳米管的氨表面改性及其臭氧催化降解草酸
    何志桥1,姜哲1,姜理英1,杨樟保2,陈建孟1,宋爽1
    化工学报. 2012, 63(8):  2551-2556.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.08.030
    摘要 ( 2238 )   PDF (993KB) ( 976 )  
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    采用水热方法制备了一系列用浓氨水改性的多壁碳纳米管催化剂,该催化剂的活性通过非均相催化臭氧化降解水溶液中的草酸来进行评价。降解过程符合零级反应动力学模型,且催化剂的表观动力学常数与其表面碱性基团数量以及零电位pH值(pHPZC)呈正相关。为此,可断定用浓氨在水热条件下处理多壁碳纳米管能明显提高催化臭氧降解草酸能力是因为提高了催化剂的表面碱性基团数量和pHPZC。
    超声波强化钙基废渣碳酸化固定CO2的性能
    狄华娟,杨林军,潘丹萍
    化工学报. 2012, 63(8):  2557-2565.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.08.031
    摘要 ( 1718 )   PDF (1423KB) ( 701 )  
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    钙基废渣碳酸化固定CO2可实现CO2的永久封存,并可实现CO2原位固定,但苛刻的反应条件、过慢的反应速率是困扰该技术发展的瓶颈。对超声波作用下的钙离子浸出及其碳酸化反应特性进行了实验研究,并与搅拌浸出过程进行了对比,考察了浸出条件的影响及其碳酸化反应过程中溶液pH值与电导率变化特性,对碳酸化反应产物进行了XRD、SEM和TGA分析。结果表明,超声波可有效促进Ca2+从钙基废渣中浸出,其促进效果与废渣种类、浸出时间、超声波功率、浸取剂pH值、浆液存放量和废渣粒度等有关,钢渣和电石渣的含钙量、浸出率和超声波强化效果都较其他废渣高;钙离子浸出浓度随超声波功率的增强而增多;浸取剂pH值越低,浸出浓度越高;废渣粒度越高,超声波作用越明显。超声波对碳酸化反应也有强化效果,与机械搅拌相比,在超声波作用下固碳率更高,碳酸化反应程度更高。
    蒸汽活化钙基吸收剂联合脱碳脱硫特性
    陈鸿伟1,赵争辉1,黄新章2,黄雪丽1
    化工学报. 2012, 63(8):  2566-2575.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.08.032
    摘要 ( 1725 )   PDF (2744KB) ( 628 )  
    相关文章 | 多维度评价
    利用管式炉(TF)、蒸汽发生器和热重分析仪(TGA)研究了钙基吸收剂联合脱碳脱硫以及水合特性,并通过N2吸附实验对不同烧结程度以及水合前后样品的孔隙结构进行了测量。结果表明,无水合时,40次碳化循环后的样品碳化活性降至18%,但仍具有44%的硫化活性,比新鲜剂仅低4%,说明脱碳失效剂仍是良好的脱硫剂。碳循环失效剂经蒸汽活化后其碳化活性可提高至68%左右,且具有与新鲜剂类似的活性下降规律。每两次碳化循环后进行一次蒸汽活化,可使样品保持65%的平均转化率。蒸汽活化后吸收剂硫化率可提高至80%,远高于新鲜剂,由电镜扫描实验发现这是由于水合时颗粒产生了大的裂缝和破碎,提供了大量产物可自由生长的外表面积。不考虑颗粒磨损,利用钙基吸收剂先循环脱碳再蒸汽活化最后脱硫是一项联合脱除烟气中CO2和SO2的新方法。
    苯酚对氨氧化菌硝化和污泥性能冲击影响
    路聪聪,葛士建,王淑莹,曹旭,彭永臻
    化工学报. 2012, 63(8):  2576-2583.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.08.033
    摘要 ( 1949 )   PDF (1658KB) ( 486 )  
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    以苯酚为毒性抑制剂,短程硝化污泥为对象,分析研究了不同苯酚浓度对氨氧化菌硝化过程的抑制特性和抑制动力学,以及对污泥胞外聚合物组分及呼吸速率的短期冲击影响。结果表明,55 mg·L-1苯酚的存在使硝化速率降低37%;低浓度苯酚条件下(< 80 mg·L-1)符合Monod单分子一级动力学方程,且为可逆性抑制,恢复后呼吸速率可达20~25 mg O2·L-1·h-1;且因接种污泥含大量异养菌使得抑制常数(52.871 mg·L-1)远大于纯硝化菌群系统。另外,苯酚的存在促使菌群启动自我保护机制产生更多的胞外聚合物(EPS)抵抗环境变化。苯酚浓度升至135 mg·L-1时,蛋白质和多糖分别增加87.4%和311.7%;而且EPS组分发生相应变化,蛋白质/多糖(P/C)与初始COD/氨氮(C/N)比呈负相关性,P/C从22.1降至3.80。
    嗜盐污泥反硝化亚硝酸盐的性能及其影响因素
    崔有为,丁洁然,卢鹏飞,彭永臻
    化工学报. 2012, 63(8):  2584-2591.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.08.034
    摘要 ( 1750 )   PDF (1586KB) ( 717 )  
    相关文章 | 多维度评价
    淡水污泥反硝化高盐废水受到盐度抑制而导致处理的失败。为了突破高盐废水脱氮的技术瓶颈,本研究通过采集入海口河底泥发展嗜盐脱氮生物系统实现了高盐废水的脱氮。本文系统地探讨了盐度、温度、pH和碳源类型等关键影响因素对嗜盐污泥反硝化亚硝酸的影响。试验结果表明:采集入海口底泥发展的嗜盐系统可以以亚硝酸盐作为电子受体进行反硝化。在38 g·L-1盐度下,嗜盐反硝化菌以甲醇作为碳源的最大反硝化速率为3.29 mg N·(g VSS)-1·h-1。系统最适宜盐度为15~51 g·L-1,最佳pH范围为8.0~9.0。反硝化碳源类型影响着反硝化速率。在测试的4种碳源类型中,嗜盐反硝化污泥利用甲醇进行反硝化较快。作为新认知的生物系统,确定高盐废水嗜盐生物处理系统的反硝化特性和影响因素对于实现高盐废水的高效处理具有重要的意义。
    TEPA/Q-10固态胺的脱碳性能
    赵文瑛,王丽香,李振山,蔡宁生
    化工学报. 2012, 63(8):  2592-2598.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.08.035
    摘要 ( 1967 )   PDF (1295KB) ( 512 )  
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    玉米秆热解的最概然机理
    李小民,林其钊
    化工学报. 2012, 63(8):  2599-2605.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.08.036
    摘要 ( 2046 )   PDF (1530KB) ( 867 )  
    相关文章 | 多维度评价
    自养厌氧硫酸盐还原/氨氧化反应器启动特性
    李祥1,黄勇1,袁怡1,2,张春蕾1,李大鹏1
    化工学报. 2012, 63(8):  2606-2611.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.08.037
    摘要 ( 1691 )   PDF (1586KB) ( 953 )  
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    木质素结构以及表面活性剂对木质素吸附纤维素酶的影响
    姚兰1,赵建2,谢益民1,杨海涛1,曲音波2
    化工学报. 2012, 63(8):  2612-2616.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.08.038
    摘要 ( 2494 )   PDF (436KB) ( 696 )  
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    材料化学工程与纳米技术
    基于统一网格的塑件成型与模具结构一体化分析
    黄明,石宪章,刘春太,赵振峰,申长雨
    化工学报. 2012, 63(8):  2617-2622.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.08.039
    摘要 ( 1615 )   PDF (2333KB) ( 615 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    针对精密注射成型对模具变形准确预测的需求,基于CAD模型生成了统一的塑件成型分析与模具结构分析网格,实现了成型分析结果数据到结构分析的无缝输入。利用自主开发的注射成型过程仿真系统和ANSYS软件,进行了一体化分析研究。针对某型号航天产品的研发,分别开展了模具在最大注射压力、热应力及二者共同作用下的模具变形CAE分析,有效校核了模具的刚度,保证了产品的顺利成型与尺寸精度。
    P123辅助SB粉溶胶制备大孔径介孔γ-Al2O3及其对甲基蓝的强化吸附性能
    汪泽华,蔡卫权,郭蕾,童亚超,胡玉珍
    化工学报. 2012, 63(8):  2623-2628.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.08.040
    摘要 ( 2342 )   PDF (2363KB) ( 723 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    以硝酸解胶的工业拟薄水铝石SB粉溶胶为铝源、三嵌段共聚物P123为结构调节剂,采用溶剂蒸发诱导自组装法成功地制备了甲基蓝吸附性能显著增强的大孔径介孔γ-Al2O3。运用XRD、N2吸附-脱附、TEM和UV-Vis对比研究了水热预处理SB粉溶胶与否对产物结构、织构性质、形貌和甲基蓝吸附性能的影响。结果表明,所制备的大孔径介孔γ-Al2O3具有优异的甲基蓝吸附性能并满足Langmuir吸附等温式,吸附300 mg·L-1的甲基蓝溶液60 min和3000 mg·L-1的甲基蓝溶液150 min时,其平衡吸附量分别高达267、1500 mg·g-1,远高于同一条件下SB粉焙烧产物γ-Al2O3的平衡吸附量150、1080 mg·g-1;水热预处理能增加产物的比表面积并提高其对甲基蓝的吸附速率,但对其均匀的介孔结构和平衡吸附量无显著影响。本研究为介孔氧化铝用于废水中甲基蓝等染料的吸附提供了新的契机。
    异氰酸酯/环氧树脂的固化机理
    左浚茹1,程珏1,林欣2,张军营1,2
    化工学报. 2012, 63(8):  2629-2634.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.08.041
    摘要 ( 7536 )   PDF (517KB) ( 3468 )  
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    详细研究了异氰酸酯/环氧树脂体系的固化反应和固化机理。采用差示扫描量热法(DSC)和红外光谱法(FTIR)跟踪了异氰酸酯/环氧树脂固化反应过程,定量分析了异氰酸酯、环氧基团和新生成的异氰脲酸酯和口恶唑烷酮的变化。DSC分析结果表明,DSC曲线上出现3个放热峰,说明固化过程中存在至少3种反应;FTIR分析结果表明,在140℃以下固化体系主要发生异氰酸酯的三聚反应生成三嗪环(异氰脲酸酯);在200℃下,异氰酸酯—NCO基团与环氧基团开环反应生成口恶唑烷酮;在230℃ 下,三嗪环(异氰脲酸酯)进一步与环氧基团开环反应生成口恶唑烷酮。研究了不同温度下环氧基团、异氰酸酯基团、异氰脲酸酯基团、口恶唑烷酮基团随反应时间的变化规律。
    界面聚合法PI/PP耐溶剂复合纳滤膜的制备与表征
    杨振生,张磊,张广厚,李春利
    化工学报. 2012, 63(8):  2635-2641.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.08.042
    摘要 ( 2235 )   PDF (1172KB) ( 594 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    以丙烯酰胺接枝的聚丙烯(PP)超滤膜为支撑层,间苯二胺(MPD)、均苯四甲酰氯(BTAC)分别为水相及有机相功能单体,通过界面聚合及其后续的酰亚胺化制备了聚酰亚胺(PI)/PP耐溶剂复合纳滤膜。讨论了水相浓度、有机相浓度及酰亚胺化溶液配方等条件对复合膜结构及其分离性能的影响。分别采用傅里叶红外光谱仪(FTIR)、扫描电子显微镜(SEM)表征分离层的化学组成及复合膜的形态结构,得到膜的分离、透过及其耐溶剂性能。结果表明,有机相浓度的影响最为显著,支撑膜表面形成了均匀致密的PI分离层,复合膜呈负电性,并具备优秀的耐溶剂性能。实验范围内,MPD、BTAC的浓度分别为8、2 g·L-1,酰亚胺化溶液乙酸酐∶三乙胺∶苯体积比为1∶1∶10时,所制备膜的分离性能较佳,对Na2SO4、酸性艳蓝6B的截留率分别达93.8%和96.9%。
    聚环氧乙烷对PAMPS/PAM双网络水凝胶结构和性能的影响
    王露一,单国荣
    化工学报. 2012, 63(8):  2642-2647.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.08.043
    摘要 ( 2214 )   PDF (1351KB) ( 583 )  
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    采用紫外光引发聚合制备了含聚环氧乙烷(PEO)的聚(2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸)(PAMPS)/聚丙烯酰胺(PAM)双网络(DN)水凝胶。使用扫描电子显微镜(SEM)观察了PAMPS单网络水凝胶的结构;测定了PEO改性前后双网络水凝胶的压缩及拉伸性能。PEO改性DN凝胶的第一网络网孔上由于PEO片晶结构引起不同程度的褶皱,这种褶皱起支撑作用;PEO的分子量达到5万时,褶皱的支撑作用最佳,DN凝胶的力学性能最佳;DN凝胶的力学性能随PEO加入量先提高后下降,在PEO加入量为0.1%时,PEO片晶结构加固了DN凝胶的物理交联点,力学性能达到最大,压缩应力达到31.6 MPa;加入更多的PEO阻碍了第一网络的凝胶化,造成网络结构的不连续,从而使DN凝胶的力学性能下降。
    高剪切条件下纳米腐殖酸的制备与表征
    程亮,张保林,侯翠红,陈可可,王杰,史亚龙
    化工学报. 2012, 63(8):  2648-2654.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.08.044
    摘要 ( 1798 )   PDF (1027KB) ( 712 )  
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    以风化煤为原料,采用碱溶酸析沉淀法配加高剪切技术制备了平均粒径为60 nm的腐殖酸。通过正交实验得出制备纳米腐殖酸最优化工艺条件为:反应温度60℃,反应时间150 min,氨水质量分数25%,固液比1∶10,晶粒调整剂加入量为反应溶液质量的0.15%,并用激光粒度分析仪、红外光谱仪(FTIR)、凝胶色谱分析仪(GPC)、X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)及比表面积分析仪(BET)对产物纳米腐殖酸的粒径分布、化学结构、结晶性能、分子量大小、形貌、比表面积等进行表征。结果表明:粒度分布均匀,分散性良好,平均粒径为60 nm,比表面积为110.31 m2·g-1,数均相对分子量为119,且双键结构和官能团含量明显增加,形状呈球形,比表面积增大,分子质量减小。
    羧甲基纤维素/蒙脱土纳米复合材料对刚果红染料的吸附及解吸性能
    赵亚红,薛振华,王喜明,王丽
    化工学报. 2012, 63(8):  2655-2660. 
    摘要 ( 2419 )   PDF (876KB) ( 733 )  
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    用X 射线衍射、透射电镜和扫描电镜对羧甲基纤维素/蒙脱土纳米复合材料的结构进行表征。采用溶液插层复合法制备纳米复合材料,探讨不同羧甲基纤维素与蒙脱土质量比、反应时间和反应温度对纳米复合材料吸附刚果红染料吸附量的影响,并初步研究了纳米复合材料的解吸性能。亚微观观察表明:羧甲基纤维素通过破坏蒙脱土的晶体结构插层进入蒙脱土层间,形成插层-剥离型纳米复合材料;当羧甲基纤维素与蒙脱土质量比为1∶1,反应时间为6 h,反应温度为60℃时,纳米复合材料对刚果红染料的吸附量最大,可达50.42 mg·g-1;当解吸试剂氢氧化钠浓度为0.01 mol·L-1时,超声波解吸50 min的纳米复合材料脱附率可达80.17%。
    超声-微波共辐射法合成纤维素-MMA接枝共聚物
    张广志,孙晨雅,蒋学,黄丹
    化工学报. 2012, 63(8):  2661-2666.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.08.046
    摘要 ( 2141 )   PDF (878KB) ( 583 )  
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    四官能度过氧化物JWEB50引发的PS-b-PMMA合成与表征
    陈小祥,单国荣
    化工学报. 2012, 63(8):  2667-2671.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.08.047
    摘要 ( 2579 )   PDF (608KB) ( 786 )  
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