为探索溴化1-丁基-3-甲基咪唑([Bmim]Br)离子液体对无机溴化物MBr(M=Na,K)在水中溶解度的影响,采用等温溶解平衡法在常压下测定了298.15~328.15 K范围内MBr在[Bmim]Br(1)+H₂O(2)溶液中的溶解度,考察了离子液体含量对溶解度的影响。实验结果表明,[Bmim]Br的加入会显著降低MBr(M=Na,K)在水中的溶解度,离子液体[Bmim]Br对KBr的盐析作用比对NaBr的盐析作用大。不同温度下的溶解度数据可用Pitzer混合电解质溶液模型进行关联,得到了混合离子相互作用参数以及MBr在混合溶剂中的平均活度因子和溶剂的渗透系数。模型计算的溶解度与实验结果吻合良好,平均活度因子和溶剂的渗透系数均随离子液体含量的增加而增加。

蜂窝状活性炭具有较高的比表面积、多孔道、压降低、吸脱附速率快、不易堵塞等优点,因此被认为是捕集烟道气中CO₂重要吸附材料。选用蜂窝状煤基和椰壳两种活性炭吸附剂,采用磁悬浮热天平分别测定了CO₂和N₂的吸附等温线。采用1 mol·L^-1 K₂CO₃对蜂窝状活性炭材料进行浸渍改性,提高在低二氧化碳分压下的CO₂吸附性能。采用Langmuir、multi-site Langmuir和Virial 3种模型对吸附平衡数据进行拟合,得出热力学参数,为后续吸附工艺优化设计提供基础数据。结果表明在实验范围内3种模型均能对实验测量的等温线进行较好的拟合,Langmuir模型总体拟合效果最好。

通过可视化实验研究了直径为2.58 mm的液滴在不同速度下撞击静态接触角为156°超疏水壁面后的运动特性,其液滴Weber数在8~310之间。实验利用光学原理在同一画面上同时记录了液滴撞击壁面过程的正面及底面图像。实验结果表明:液滴撞击壁面的速度对液滴的前进角、后退角,三相接触线的速度以及液滴反弹后的空中运动特性都有较大的影响;液滴高速撞击超疏水壁面后会产生明显的液指及多组卫星液滴,回缩阶段相邻的液指发生聚并直至液滴完全回缩。

将横向大剪切干涉技术扩展到温度检测以及传热分析等应用场合中,得到了大空间自然对流水平圆管壁温从400℃降至13℃的整个过程的实时干涉条纹,然后根据一维无限长假设反演出相应的温度场,最终得到了多个壁温下沿圆周各个方向的温度梯度值,并拟合了Rayleigh数和Nu_ave之间的准则关系式。实验结果表明虽然壁面0°附近部分真实条纹可能被圆管竖直倾角引发的阴影遮挡而造成条纹级数检测值有轻微误差,但这不会对换热分析造成显著影响。与文献中主流准则关系式对比可知,利用横向大剪切干涉技术仅需简单的后处理即可得到具有很高的时间、空间分辨率的自然对流换热的可信数据。研究结果为今后热管换热器的理论研究和工程应用提供了参考。

建立了双光路纹影仪实验系统,并利用双光路纹影仪,同时从垂直和平行于界面两个方向对氯苯吸收、解吸CO₂的传质对流结构进行了观察,发现在氯苯吸收CO₂时,没有明显的对流结构,只是在垂直界面的纹影图像中观察到逐渐变粗的暗条纹。在氯苯解吸CO₂时,在垂直和平行于界面两个方向都观察到了明显的对流结构,在垂直界面的纹影图像中开始时出现分层现象,随着解吸的进行,对流加剧,分层现象被破坏;平行界面方向的对流结构发展较快,优先在平行界面的纹影图像中观察到明显的对流结构。由于传质的热效应,两个方向的对流结构都有向中心运动的趋势。实验表明,双光路纹影仪实验系统能观察界面传质对流过程的三维变化,可深化对界面传质对流过程的认识。

厌氧生物反应器高效性与稳定性取决于其流态特性的优良,采用示踪剂脉冲刺激响应技术研究了自主研发的分段组合式厌氧生物反应器的流态,以期揭示其高效机理,便于工程化开发与应用。试验结果表明:常负荷下该反应器的流态趋于平推流;以轴向扩散模型表征,不产气与产气工况下的Peclet数分别为7.94和5.66;以多釜串联模型表征,不产气与产气工况下的串联釜数分别为4.55与3.44。高负荷与超高负荷下该反应器的流态趋于全混流,以轴向扩散模型表征,不产气与产气工况下的Peclet数分别为4.02、2.57和3.93、3.77;以多釜串联模型表征,不产气与产气工况下的串联釜数分别为2.66、2.00与2.62、2.51。反应器总死区的平均值为33.58%,其中水力死区的平均值为13.58%。建立了水力死区V_h(%)与容积水力负荷L(m³·m^-3·d^-1)和容积产气速率G(m³·m^-3·d^-1)之间的关联式。值得注意的是,在分段组合式厌氧反应器中,容积产气速率对水力死区的影响小于容积水力负荷。

以变异系数作为评价混合器混合性能的指标,利用实验和数值模拟相结合的方法研究了翼片间距和尾距对HEV型静态混合器混合特性的影响。首先利用实验方法测量了静态混合器出口处示踪流体的体积分数,基于实验结果对数值模拟中的5种湍流模型(standard k-ε、RNG k-ε、realizable k-ε、SST k-ω、standard k-ω)进行对比分析,选出最优计算模型,在此基础上,模拟研究了不同翼片间距在同一基准断面处示踪流体变异系数的变化规律,以及翼片间距在0.8D~2.0D之间时,出口处示踪流体的变异系数随着尾距的变化规律。结果表明:RNG k-ε模型模拟的结果与实验结果最为接近(相对误差为3.37%),即该模型最能真实地反映此混合器的流场特性;HEV型静态混合器混合的均匀程度随着翼片间距的增大呈现先提高再降低的趋势,当翼片间距 ≤1.7D时,随着翼片间距的增大,变异系数迅速降低,当翼片间距 ≥1.7D时,随着翼片间距的增大,变异系数呈上升趋势,翼片间距为1.7D时,CV值最低,混合效果最好;在一定长度范围内,出口处示踪流体的变异系数随着尾距的增加迅速降低,但是尾距增加到一定距离以后,继续增加尾距对混合效果的改善不明显。

采用格子Boltzmann力矩模型模拟了纳米流体液滴在水平加热面上的变形过程,结果表明纳米流体液滴的变形经历了销联、解销阶段,并且由于纳米颗粒的强销联作用,在蒸发的后期可以明显看出环形沉积,这是在考虑布朗运动、粒子间相互作用等作用力后由于纳米颗粒的强销栓作用而表现出的纳米流体的独有性质。模拟结果与文献中的实验结果作了对比,表现出良好的一致性,表明格子Boltzmann方法可以成功模拟纳米流体液滴在水平加热表面蒸发过程中的变形特点。

针对前期研究开发的新型三重环流与多重环流流化床,构建气液两相流的二维数值模型,分析微观流场、液体运动速度和气相含率,剖析环流数对流化床流体力学特性的影响和对内循环过程的改善,寻找反应器运行过程节能的结构与优化的操作条件。通过数值模拟发现:基于单重环流,多重环流作用主要改变流体在上升区和下降区之间的相互混合和交汇,增大环流数可缩短流体运动的循环路程和时间,有利于加强相际之间的混合,但床内整体流态仍接近推流,微循环的存在所占比例较小;多重环流流化床的流体力学性能优于三重环流,随着环流次数的增多,液速在径向和轴向上分布更均匀,气泡逆流进入下降区,有利于反应器整体氧传质效率的提高。通过流化床结构改变实现的流体重构支持流体力学性能的改善,是高负荷有机废水好氧生物处理期待选择的开发方向。

在加压密相气力输送煤粉实验装置上,结合静电、压力传感器与电容层析成像系统(ECT)3种方法,利用统计学和分形方法研究了不同操作条件(总输送压差、输送载气和煤粉含水率等)下密相气固两相流动力学行为。结果表明:输送载气为CO₂时,颗粒相微观运动剧烈程度随总输送压差(0.3~1 MPa)的增大而增大,气流和颗粒相之间的相互作用在总输送压差0.75 MPa下最强烈,但煤粉宏观整体的流动保持稳定;煤粉含水率增加对宏观流动稳定性没有影响,但水分增加使颗粒相的微观运动剧烈性减小;载气为N₂时,管道截面煤粉的平均浓度及分布变化明显,宏观流动状态不稳定,但颗粒相的微观运动剧烈程度与载气为CO₂时的变化规律一致。

对含内热源多孔介质通道内过冷沸腾起始点(ONB)的特性进行了实验研究,采用壁温拐点法确定了ONB。在表观流速为0.025~0.050 m·s^-1,热通量为7.5~52 kW·m^-2的范围内研究了各参数对ONB的影响规律。实验结果表明:出现ONB时壁温存在一个明显拐点;越靠近实验段出口,出现ONB所需壁面过热度越小,表面热通量越低;表观流速越高,出现ONB所需壁面过热度越大,表面热通量越高。

研究了置有螺旋线圈的内管加热环形通道中水的过冷流动沸腾传热特性。环形通道由铜制加热棒外套石英玻璃管构成,不同螺旋节距和线丝直径构成的5种螺旋线圈用于实验。对每种置入螺旋线圈管和光滑管分别进行了不同质量流速和热负荷下的16组实验,分析了线丝直径和线圈节距对传热系数的影响规律及机理。结果表明,螺旋线圈存在能使流体发生旋转分离,且使汽化核心密度增大,从而有效强化过冷沸腾换热;传热系数随着线圈节距的减小、线丝直径的增加,即节径比(P/e)减小而增大,当P/e最小为1.5时强化效果最好;最佳强化换热性能较光滑管的高出109%。将实验数据与4个经验关系式的预测值进行了比较,并给出了不同工况下各实验管的强化系数对比。

考虑引射流体的壅塞现象和混合室内的凝结激波现象,对混合室采用恒面积混合模型,应用质量守恒、动量守恒和能量守恒对两相喷射器建立了热力学模型。以R141b为工质,研究了在不同混合压力条件下喷射器内的压力变化趋势,分析了混合压力对系统性能、喷射器喷射系数和出口压力的影响,探讨了喷射器最优引射室压降、系统最优性能系数及相应的性能提高率随冷凝温度和蒸发温度的变化情况。结果表明:在本文计算工况范围内,两相喷射器混合室内无凝结激波的发生;对混合室采用恒面积混合模型相比等压混合模型更合理;恰当选择混合压力对优化系统的性能非常重要,其最佳值略低于引射流体压力,而远高于引射流体的临界压力,且其对应于喷射器取得最高的喷射系数。

为了分析颗粒级配对超细分级机进料管内流动特性的影响,利用计算流体力学(CFD)方法,对进料管内气固两相流动进行研究。在对计算模型进行验证的基础上,揭示了不同颗粒级配下进出口压差、颗粒浓度分布及颗粒分散等特性。研究表明:进料管进出口压差随着级配中大粒径颗粒含量的增加而增加。当级配中小粒径含量较大时,颗粒浓度分布均匀,颗粒分散性较好,入口风速、喂料浓度、颗粒密度的改变对颗粒量纲1浓度分布及分散性影响较小。对于大粒径含量较大的级配,随着入口风速的增加,量纲1浓度减小,浓度分布不均匀度减小,分散性提高;随着喂料浓度的增加,量纲1浓度分布变化较小,但浓度分布不均匀度增大,颗粒分散性下降;随着物料密度的增加,浓度分布不均匀度减小,颗粒分散性提高。竖直段轴向截面上颗粒量纲1平均浓度的高低分界线为一定值(Z=0.5 m),且与颗粒级配及操作参数的变化无关。

在理论分析基础上进行显微实验,得到了高压高频脉冲电场参数对水滴极化变形的影响规律。结果表明,随电场强度的增加,水滴的变形度近似呈抛物线形增大,水滴的极化弛豫时间降低,极化电荷的迁移速度增加,水滴最大变形度所对应的电场频率增大。电场频率过低时,油水乳状液的电容较大,极化电压过小,极化程度较低;电场频率偏离水滴固有频率越多,水滴的振荡幅度及共振效应越差,水滴的变形受到抑制。随占空比的增加,作用于水滴的电场能随之增加,水滴变形度增加;占空比过大,部分电场能经油相发生泄漏,水滴变形度小幅降低。研究发现,高压高频脉冲电场作用下,各电场参数间的交互作用对水滴极化变形的影响不可忽略。上述研究成果为高压高频脉冲静电破乳机理的深入探讨奠定了基础。

实验研究了去离子水流过不锈钢微圆管时的阻力特性,微圆管直径为543.3、654.4、737.2 μm,对应的壁面相对粗糙度分别为0.31%、0.16%、0.1%。实验中,采用长短管比较法消除实验段进、出口的局部阻力影响,通过测量得到了不同管径的压力梯度随Re的变化关系,及摩擦阻力系数f和Poiseuille数随Re的变化关系。结果表明,压力梯度随管径减小快速增加;管径较小时(d=543.3 μm)壁面相对粗糙度ε=0.31%时影响管内流动,使得摩擦阻力系数及Poiseuille数增加,转捩点提前(Re_c≈1500),当管径大于650 μm时,较小的壁面相对粗糙度不影响管内层流流动。

在炼油、石油化工、精细化厂、食品及医药等部门,塔器均属量大面广的重要单元设备,其投资—般占投资总额的20%左右,有些甚至高达50%,塔器广泛应用于蒸馏、吸收、萃取、洗涤、传热等单元操作中。因此塔器的研究一直受到国内外学者普遍关注。由于规整填料塔具有效率高、压降低、放大效应不明显等优点,使其应用越来越广泛^[1-2]。同时填料塔也是过程工业中能量消耗最大的单元操作之一。在设计填料塔时,一般按液泛气速的60%~70%确定载点气速,按液泛气速的50%~60%确定操作气速。尤其在工业实际应用中,大部分操作都是依据长期积累的操作经验使填料塔工作在所谓的"最优化"操作状态,因此填料塔的操作状态都比较保守,目的都是为了避免塔器在长周期运行过程中发生液泛而停产,给企业带来经济损失。液泛现象一直以来都是制约填料塔设计和提高填料塔能量利用率的瓶颈问题,所以关于预测控制填料塔液泛性能的研究是填料塔优化节能研究的关键^[3-4]。只要能对填料塔的操作状态进行实时监控,根据填料塔工作监控的特征参数,可以实时和及时地调整填料塔的操作性能,从而避免填料塔发生液泛,同时根据工艺和生产的需要实时改变填料塔的操作性能,使得填料塔工作在最优化的状态,也符合节能减排的目的。有关填料塔液泛水力学方面的研究已经有很长一段时间。早期的很多研究者都是从散堆填料的研究推广到规整填料的研究,Sherwood等^[5-6]在测定填料塔水力学压降实验的基础上,讨论了填料塔的载液和液泛现象,并提出了压降通用关联图(GDPC)。Eckert等^[7-9]得到了不同填料类型填料塔水力学压降液泛曲线图。Kuzniewska-Lach^[10]以量纲1方法对填料塔流体物性和填料几何参数进行了分析,提出了基于填料类型的泛点预测。Ondracek等^[11]通过填料塔气体或液体入口速度周期性波动操作,进行了液泛滞后效应的实验研究,对工业塔操作更接近液泛点有一定的指导作用。根据上面的这些研究,分析预测填料塔液泛特征的规律,需要从不同方面进行深入的研究。本文以空气和水为实验介质,研究了规整填料塔在各个操作阶段的水力学特征及区别,得到了填料塔液泛水力学压降离散特征分布规律和压降频率分布规律,为预测控制填料塔液泛现象提供了指导。

将某一时刻催化剂表面上活性中心数目与初始时刻活性中心数目之比定义为催化剂表观活性因子,并认为此活性因子包含在主催化反应速率系数的指前因子中。考虑活性中心在催化剂表面分布的不均匀性,在现有级数型失活动力学模型基础上,经推导得到表观活性因子的具体表达式及其极限式,该式在一般情况下为不可分。最后,结合之前报道的具有较高普适性的反应转化率方程式,得到催化反应转化率与运转时间的关系方程,并以Ni-B/SiO₂催化剂在噻吩存在下芳烃加氢反应为例加以验证。结果表明,所提出的失活动力学表达式可以较好地描述镍基催化剂硫中毒的行为,方程参量具有物理意义,方程可以较精确地拟合实验数据。

用分子模拟方法对异丁烷的热裂解反应机理进行了研究,建立了可能的反应路径,为了确定每个反应发生的可能性和难易程度,对各个基元反应做了热力学和动力学的计算。结果表明,其热裂解反应的速率控制步骤为异丁烷分子中C—C键断裂生成CH₃自由基和em-C₃H₇自由基的反应,动力学上最支持生成丙烯的反应路径,目的产物中丙烯与异丁烯的比例为1.40:1,与实验值较接近。

正向渗透(FO)是一种以溶液自身渗透压作为推动力的膜分离技术。温度对溶液、膜的性质以及溶液与膜之间的相互作用有很大影响,进而影响FO的水通量。利用数值模拟与试验研究了温度对FO性能的影响。结果表明,当膜两侧等温时,FO水通量随着温度的升高而增大;当膜两侧不等温时,原液(FS)一侧温度的影响比提取液(DS)一侧更大,主要是因为温度升高降低了溶液黏度,强化了过膜扩散过程,而温度对DS渗透压的影响不明显。在不同温度条件下,FO水通量和热通量随流量的增大而增大,主要是由于流速的增大压缩膜表面的流体边界层,强化了传质和传热过程。

1-氨丙基-3-甲基咪唑溴盐([APMIm])对CO₂等酸性气体具有较强的选择性吸收性能,在能源及环保领域有较好应用前景。运用等容饱和吸收法在高压不锈钢反应釜中测得CO₂在3种不同含水量的1-氨丙基-3-甲基咪唑溴盐水溶液中的溶解度数据,实验的温度范围为278.15~348.15 K,实验压力由低于大气压到最高6.5 MPa。实验结果表明,当水的质量分数达到60.84%以上,离子液体水溶液吸收CO₂的能力和速率才会得到显著提升。尤其值得注意的是,在278.15 K、120 kPa达到吸收平衡时,CO₂在含水质量分数为60.84%的1-氨丙基-3-甲基咪唑溴盐水溶液中的溶解度达到0.459 mol CO₂ ·(mol IL)^-1,接近理论最大吸收值0.5 mol CO₂·(mol IL)^-1。在较高压力下(3.9 MPa)最大CO₂吸收量为1.894 mol CO₂·(mol IL)^-1。

非均相共沸精馏挟带剂的计算机辅助分子设计(CAMD)由分子合成、分子筛选及分子确认3个环节递进构成。在分子合成环节,预选基团,限定合成分子的基团总数及类型,基于图论原理实现由基团到分子的自动合成。在分子筛选环节,依据基础物性筛选指标形成基础分子库,输入待分离物系,采用非均相共沸物形成判据筛选出若干候选分子。在分子确认环节,由非均相共沸温度及组成、挟带剂的汽化热等参数组成模糊综合评判函数,实现分子排序,从而输出一组较优挟带剂。以乙酸-水物系、乙腈-乙酸乙酯物系为例,得到了相应设计结果,与文献结果进行了对比。研究表明该方法及所编程序具备可靠实用性,可为近沸程及共沸混合物分离过程的开发与设计提供先导性支持。

在现代化工过程中,故障在局部出现后往往会通过物流连接、控制系统的作用下传递到整个流程。识别故障的传播机理,诊断出故障的根本原因对于生产的经济性或安全性都具有重大的意义。时滞分析是一种基于数据的算法,具有不依赖机理模型,获得的结果易于解读等特性,被认为是一种很实用的故障识别算法。将小波降噪技术、全流程节点划分等方法与时滞分析算法相结合,可以较好地克服化工过程在线数据的强噪声特点以及模型中冗余时滞的干扰,改进的算法具有更好的鲁棒性,具有化工全流程诊断的能力。通过对TE模型的故障定位研究,结果显示该方法可对异常工况进行故障隔离,并能给出扰动传播路径,有助于故障机理的研究。

污水处理过程复杂多变的运行工况以及系统脆弱的抗负荷冲击能力,常常导致污水处理厂运行目标难以实现,有效识别污水操作工况的变化对污水处理过程安全运行和操作优化十分重要。为增强未知样本分类可靠性,在概率极限学习机二分类基础上,将其扩展到多分类概率极限学习机方法(extreme learning machine)。该方法首先采用极限学习机建立污水处理过程实时变量和污水处理过程工况编码之间的预报模型,然后根据类别的输出预报值分别建立每个类训练样本潜在函数的均值,确定所有类的条件概率密度函数,非线性最小二乘辨识条件概率密度函数参数,最后根据贝叶斯原理计算所有类的后验概率,由后验概率最大值判别样本所属类别。以辽宁某城市污水处理厂实时数据为背景进行验证,实验结果表明多分类概率极限学习机分类的可靠性和准确性优于极限学习机分类方法。

生产过程某些非线性系统常常表现出不对称动态特性,相对于其在工业工程中经常出现的理论研究特别是控制方法研究则十分有限。本文针对基于正反方向上的两个线性模型分别设计PID控制器的缺陷,提出根据正反方向上的线性模型分别设计相应的状态反馈预测控制器。在每一步的控制率计算中,正反方向的控制器分别计算控制作用,并通过比较正反控制器的控制性能指标来确定最终采用的控制作用。通过pH值控制的仿真实验证明其对非线性不对称系统的控制效果明显优于传统的在正反方向分别采用PID控制的控制效果。

为了说明多针-板电极脉冲放电等离子体(PDP)氧化酸性橙Ⅱ(AO7)过程中多种因素对AO7脱色效果的影响,本研究建立了PDP氧化AO7的BP神经网络模型,用BP神经网络模拟多因素作用下PDP氧化AO7的反应过程,重点考察溶液条件,包括溶液初始浓度、初始电导率和初始pH等条件对AO7脱色效果的影响趋势。研究所建立的BP神经网络模型对AO7脱色效率的预测值与实际测定值的偏差在±5%范围内,说明BP神经网络模型可以很好地分析PDP这一复杂体系中各溶液条件对AO7脱色效率影响的规律。模型分析结果表明:所建立的PDP水处理系统中,在一定的AO7溶液初始浓度条件下有较高的脱色效果;溶液电导率对AO7的脱色效果基本没有影响;酸性条件更有利于AO7的脱色。

在铝电解槽非稳态情况下,槽参数易发生局部突变,呈现非高斯概率分布,且各种槽参数相关性较强,无法满足概率神经网络中训练样本必须服从独立同分布的假设条件,影响槽况诊断的精确度。提出一种基于对称Alpha稳定分布概率神经网络的铝电解槽况诊断方法,利用其对非高斯分布数据的良好近似拟合能力,改进模式层的径向基函数,提高概率神经网络对槽参数局部突变的适应性。通过取自某厂170 kA大型预焙槽的样本进行检验表明,该方法能够对5种槽况做出正确的诊断,具有较强的分类精度和收敛速度。

为研究和掌握机械密封磨合过程端面接触特性的变化规律,考虑机械密封端面微凸体实际微接触面积与微接触截面积之间的区别,对微凸体临界弹性变形微接触面积和临界塑性变形微接触面积的表达式进行修正;推导得出机械密封端面弹性接触面积比、弹塑性接触面积比和塑性接触面积比的表达式。对B104a-70型机械密封进行磨合试验,试验介质为20℃清水,压力为0.5 MPa,弹簧比压为0.15 MPa,转速为2900 r·min^-1。研究结果表明,随着磨合过程的进行,软质环端面迅速趋于光滑,磨损率迅速减小;磨合使密封端面间的接触特性发生了较大的变化,量纲1真实接触面积由0.00348增大到0.00567,弹性接触面积比由0.716增大到0.822,弹塑性接触面积比由0.231降低到0.128,塑性接触面积比由0.053降低到0.050。

采用循环伏安法,以硫酸和对甲苯磺酸作为掺杂剂,在A304不锈钢基体表面制备了苯胺/吡咯共聚物膜(PANPY)。采用傅里叶变换红外光谱(FT-IR)和扫描电镜(SEM)分析由不同苯胺/吡咯摩尔比合成的PANPY的成分和形貌,在0.5 mol·L^-1硫酸溶液中通过循环伏安(CV)、恒电流充放电和电化学阻抗(EIS)考察了共聚膜的电化学容量性能。结果表明,随着吡咯浓度的增加,更多的吡咯单体进入PANPY中;当苯胺/吡咯摩尔比为1:1时,制得共聚膜PANPY(1/1),其表面主要由蘑菇云状颗粒和少量网状结构构成,其离子交换容量、循环稳定性及超级电容性能明显优于PANPY(1/2)和PANPY(2/1),其电荷转移电阻低至1.97 Ω,比电容高达227.88 F·g^-1。

采用静电纺丝法,通过调节电纺母液浓度,制备出7种具有典型微米颗粒结构、微米颗粒/纳米纤维混合结构和纳米纤维结构的疏水表面,实现了纳微结构的表面可控;对表面微观结构进行了表征,测试了其疏水性能;通过表面结霜过程和抑霜性能实验比较,结合表面分形维数分析,研究了纳微结构疏水表面的抑霜特性。结果表明,虽然7种纳微结构疏水表面接触角均在139°~152°之间,具有明显的疏水特性,但其抑霜性能与疏水性能并不呈一致关系;抑霜性能与表面结构密切相关,随着表面结构分形维数的增大而减小。

利用Ansoft Maxwell软件建立了有限元模型,对两种常见的处理腔,即同轴电极式处理腔和缠绕电极式处理腔内的电磁场能量分布进行仿真计算,仿真分析表明,当施加相同的激励源并处理相同体积的水时,同轴电极式处理腔内的电磁能量远大于缠绕电极式处理腔。同时,设计了一套高频电磁阻垢除垢系统和微型循环水系统,并进行实验研究,电导率、粒度分布分析和晶体形貌的微观分析以及阻垢率等实验数据表明,两种电极结构的处理腔都有一定的阻垢效果,但同轴式电极式处理腔的阻垢效果优于缠绕电极式处理腔。

利用邻氧乙酸苯甲醛缩4-氨基苯甲酸钾盐席夫碱(K₂L1)缓蚀剂在20#碳钢表面制备了自组装单分子膜(SAMs),通过电化学方法研究了缓蚀剂的合成条件、自组装时间等因素对成膜的影响,结果表明,合成中KOH与邻氧乙酸苯甲醛按2:1摩尔比进行反应得到的K₂L1缓蚀剂在碳钢表面自组装3 h后,可以形成稳定、致密的缓蚀膜。缓蚀性能的研究表明,碳钢表面K₂L1-SAMS抑制了碳钢的阴极还原过程,改变了电极表面双电层结构,具有良好的缓蚀效果(最高缓蚀效率可达95%以上),交流阻抗和极化曲线得到的结论是一致的。同时研究表明K₂L1的吸附行为符合Langmuir吸附等温式,吸附机理是典型的化学吸附。量子化学计算结果表明,K₂L1分子具有多个吸附活性中心,这些活性原子的前线轨道能与碳钢表面铁原子的前线轨道相互作用,因而使得K₂L1分子在碳钢表面形成吸附膜,阻止了碳钢在饱和CO₂油田水介质中的溶解。X射线光电子能谱(XPS)分析表明,K₂L1通过配位键在碳钢表面形成了稳定的缓蚀膜。

在实际生产生活中,城市垃圾焚烧或热解处置前一般需经过7~10 d的堆放预处理,预处理可去除垃圾中部分水分、提高垃圾热值,对于垃圾处理质量、热能回收、污染物排放等有着重要的影响。因此,本实验详细跟踪了城市垃圾预处理条件如堆放温度、堆放时间等对城市垃圾含水率、渗滤液产生量和渗滤液组分的影响,并进一步考察了其对渗滤液微生物燃料电池处理效果的影响。垃圾堆放温度实验结果显示,当垃圾堆放于40℃时效果最佳,此时垃圾减重率适中,所得的渗滤液中B/C比约为0.31、氨氮浓度约为1560 mg·L^-1,适宜生化处理。此条件下所得的渗滤液经MFC处理时电池可获得0.29 V的输出电压,且经7 d处理后渗滤液中COD、氨氮去除率可分别达66.2%和87.2%。随后,在最佳堆放温度下进一步考察堆放时间的影响。结果显示,在最佳堆放温度40℃下,垃圾堆放6 d后所得的渗滤液组分最易于生化处理,其B/C比约为0.32、氨氮浓度约为1520 mg·L^-1,经MFC处理时电池可获得0.29 V的输出电压,且经7 d处理后渗滤液中COD、氨氮的去除率分别为62.7%、87.6%。综上所述,40℃下堆放6 d是城市垃圾焚烧或热解处置预处理的最佳条件,此条件下,垃圾减重率和渗滤液产生量适中,且所得渗滤液可生化性较强,适合用于MFC产电处理。

以21个中国典型煤样为研究对象,根据煤灰中CaO和Fe₂O₃含量,将之分为低钙低铁类、中钙中铁类、中钙高铁类、高钙低铁类、高钙高铁类等类别。利用高温黏度计测量煤灰熔渣黏温特性,并利用计算软件FactSage对煤灰熔融状态进行热力学平衡计算,研究了液相熔渣及固体矿物质结晶与熔渣黏度的关系,分析整理了煤灰最初硅铝比(SiO₂/Al₂O₃)、固体结晶物以及液相熔渣组成3个因素对煤灰熔融特性和熔渣黏温特性的影响,为根据煤灰组分分析来预测不同煤的熔渣黏温特性及对气流床气化的适应性提供了一个简单而实用的判断方法。对气流床气化液态排渣的适应性从高到低依次为:中钙高铁类、高钙低铁类、中钙中铁类、低钙低铁类和高钙高铁类。

以海北化工厂的铬污染建筑废物为研究对象,采用改良的BCR顺序提取法研究了不同洗涤药剂对水洗一次后的建筑废物样品总Cr和Cr⁶⁺的清洗效果,分析了6种洗涤药剂对各形态铬的去除效果,并最终筛选出最佳的清洗剂。结果表明:柠檬酸和高浓度盐酸对总Cr和Cr⁶⁺去除率最高,总铬达到90%以上,Cr⁶⁺达到99%以上;高浓度柠檬酸、高浓度盐酸和高浓度醋酸降低了建筑废物的pH值,在酸性条件下Cr⁶⁺被有机酸自发地还原成Cr³⁺,导致Cr⁶⁺具有很好的去除效果;6种洗涤剂均对酸可提取态铬有很好的去除;由于络合作用,柠檬酸对可氧化态存在的Cr³⁺的去除效果很好。综上,柠檬酸是较合适的建筑废物二次洗涤药剂。

为了考察单级好氧工艺处理垃圾渗滤液的可行性和脱氮性能,采用脉冲进水式SBR工艺处理高氨氮实际垃圾渗滤液。脉冲SBR运行周期共分为4个缺氧段和3个好氧段,采用3次等量进水模式。缺氧₄(An₄)不投加外碳源,利用微生物内碳源将NO₂^--N 还原为N₂。结果表明,经过4个不同进水TN阶段(118 d)的连续运行,获得了稳定和高效的脱氮性能。在进水COD为733~3971 mg·L^-1的条件下,出水COD稳定在298 ~888.15 mg·L^-1;在进水TN为299.78~1100.34 mg·L^-1的条件下,出水TN稳定在13.89~36.27 mg·L^-1。An₄的平均理论内源反硝化速率(TDNR_m)达到1.53 mg N·h^-1·(g MLVSS)^-1。运行阶段的单个周期内,An₄内源反硝化速率(DNR)分为快(DNR₁)和慢(DNR₂)两部分。其中阶段2(Ph₂)中的一个周期内DNR₁可达2.80 mg N·h^-1·(g MLVSS)^-1。在没有物化预处理和不投加外加碳源的情况下,实现单级好氧系统对垃圾渗滤液的深度脱氮。

采用两级UASB-A/O工艺处理垃圾渗滤液,以A/O反应器内具有良好短程生物脱氮特性的污泥进行批次试验,围绕活性污泥短程脱氮,考察了NaCl盐度冲击对不同菌群比好氧呼吸速率(SOUR)、氨氧化速率、亚硝积累率以及pH变化规律的影响,并重点研究了盐度冲击对亚硝酸型反硝化过程中N₂O产量的影响。结果表明:当盐度升高时,盐度对各菌群的抑制强度依次为亚硝酸盐氧化菌(NOB)>氨氧化菌(AOB)>碳氧化菌,而在应对盐度突降方面,碳氧化菌和NOB对盐度的适应性稍强于AOB;各盐度下的氨氧化速率整体表现为随着盐度的增高而逐渐降低,但氨氧化速率的降低幅度有较大的差异;在初始游离氨相同的前提下,亚硝积累率随着盐度的不断增加呈现小幅上升,从5 g·L^-1盐度下的93.1%上升到35 g·L^-1盐度下的98.6%;pH曲线可以作为实时控制的关键参数用以指示盐度冲击下短程硝化反硝化的结束;盐度的突变会使得亚硝酸型反硝化过程中N₂O峰值出现时间延后并且浓度增加。

在小型紫外光-鼓泡床反应器中,对UV/H₂O₂氧化联合Ca(OH)₂吸收同时脱除燃煤烟气中NO与SO₂的主要影响因素[H₂O₂浓度、紫外光辐射强度、Ca(OH)₂浓度、NO浓度、溶液温度、烟气流量以及SO₂浓度]进行了考察。采用烟气分析仪和离子色谱仪分别对尾气中的NO₂和液相阴离子作了检测分析。结果显示:在本文所有实验条件下,SO₂均能实现完全脱除。随着H₂O₂浓度、紫外光辐射强度和Ca(OH)₂浓度的增加,NO的脱除效率均呈现先大幅度增加后轻微变化的趋势。NO脱除效率随烟气流量和NO浓度的增加均有大幅度下降。随着溶液温度和SO₂浓度的增加,NO脱除效率仅有微小的下降。离子色谱分析表明,反应产物主要是SO₄^2-和NO₃^-,同时有少量的NO₂^-产生。尾气中未能检测到有害气体NO₂。

循环曝气生物反应器是一种具有曝气筒的用于废水处理的生物反应器,曝气筒外为下降区,常常填充填料作为微生物生长的载体。从循环液量(V_l)、环流液速(U_ld)以及停留时间分布函数的量纲1方差(σ_θ²)等方面研究了循环曝气生物反应器的流体力学性能和传质特性。研究表明,在下降区内有或无填料以及不同曝气筒截面积与反应器截面积比值(A_r/A_re)的情况下,循环曝气生物反应器内的循环液量与气体流量之间均符合幂函数关系,A_r/A_re对循环液量或循环液速的影响是先增后减,极值点为0.11。下降区放置填料降低了循环液量、循环液速,但提高了σ_θ²,改善了液相传质性能。当A_r/A_re为0.11时,在液体进料为0.1 m³·h^-1、气体流为量0.5~3.1 m³·h^-1的情况下,循环曝气生物反应器内的液相循环量是液相进料的9~28倍、σ_θ²为0.9以上,循环曝气生物反应器具有较好的液相混合和稀释能力,可直接处理高浓度废水。

通过静态吸附实验,考察了铀溶液初始pH、初始浓度以及吸附时间、吸附剂粒度、温度对茶渣吸附U(Ⅵ)的影响,分析了吸附过程的动力学行为及等温吸附特性,并通过红外光谱和扫描电镜探讨了吸附机理。结果表明:pH对茶渣吸附U(Ⅵ)的影响较大,pH为2和6时吸附量分别为13.90、43.19 mg·g^-1。茶渣吸附U(Ⅵ)的过程较慢,吸附过程需要12 h才能达到平衡。吸附过程的准二级动力学方程的拟合效果优于准一级动力学方程。吸附量随铀溶液浓度的增加而增大,而吸附率则相反。铀溶液初始浓度为10~100 mg·L^-1,相应的吸附量为9.40~70.05 mg·g^-1,吸附率为94.04%~70.05%。茶渣吸附U(Ⅵ)的动力学行为更符合准二级动力学方程,等温吸附数据对Freundlich方程的拟合度较高。茶渣粒度及温度对茶渣吸附U(Ⅵ)的影响不大。茶渣吸附U(Ⅵ)的过程中,起主要作用的基团有羟基、羰基、硝基、P—O、Si—O。

以直流脉冲负高压电晕放电形式,通过加入电子亲和能较高的碘气,在完全电负性离子体条件下资源化处理CO₂。考察了进气流量、高压放电频率和原料摩尔比对CO₂转化率的影响。结果表明:70℃时,利用碘负离子成功将CO₂还原生成了CI₄,其产率随着CO₂流量的增加而减少。当进气流量0.06 L·min^-1、放电频率9.608 kHz,n(I₂)/n(CO₂)为2.5时,CO₂转化率在碘负离子作用下达到88.71%。另外,对碘负离子和CO₂还原反应机理进行了初步探讨。

为应对温室效应对全球气候的影响,CO₂的捕集和封存(carbon capture and storage,CCS)技术成为近年来的研究热点.我国能源消费结构以煤为主,煤燃烧排放的CO₂约占我国CO₂排放总量的82%^[1],主要用于发电.因此研究燃煤电站烟气中脱除CO₂的技术具有重要意义.

生物炭是有机物质在缺氧或贫氧气氛下经热裂解过程产生的固体产物^[1]目前对生物炭的研究兴趣源于对亚马逊盆地黑土(Terra Preta)的认识,亚马逊盆地黑土含有丰富的生物炭,多年耕种后,仍保持持久肥力^[2].研究表明,生物炭是稳定的碳载体,在土壤中可保持长达百年至千年之久,土壤中施用生物炭可提高土壤中有机碳以及腐殖质含量,从而提高土壤的养分吸持容量及持水容量^[3-4].

研究了铬酸酐热分解制备高性能红外反射氧化铬绿颜料,在优化现有铬酸酐热分解工艺的基础上,详细探讨了掺杂制备红外反射氧化铬绿颜料的工艺条件和相关机理。借助UV-vis-NIR、FT-IR、SEM、XRD和CIE-L^*a^*b^*等手段发现:在铬酸酐热分解过程中,不同的热分解温度导致粒径变化,从而影响红外反射率;优化的制备工艺条件(热分解温度1250℃、热分解时间0.5 h)下,氧化铬绿的红外反射率达到90%。在掺杂过程中,V₂O₅的添加可使氧化铬绿的最高红外反射率达到98%。随着V₂O₅添加量的增加,红外反射率先增加后减少;当V/Cr摩尔比为0.004时,红外反射率、电导率、介电常数都达到极值,三者呈现一致的规律性变化。初步机理探索表明,氧化铬本征导电类型为空穴导电,掺杂V₂O₅以后导电类型发生改变,伴随着电阻率的变化,氧化铬吸收和反射光子能力改变,从而影响红外反射性能。

木质素分子中含有阻碍酚结构,可抑制基于自由基连锁机理的反应。而聚氯乙烯(PVC)的热降解属于自由基反应,因此用木质素与PVC共混,共混物的热稳定性应高于PVC,但PVC与木质素直接共混物的热稳定性一般都劣于PVC。制备了丙烯酸乙酯(EA)-丙烯酸(AA)共聚物乳液并用其对木质素粉末进行包覆处理。用处理后的木质素与PVC进行共混制备成PVC-木质素共混物。用热重分析法研究了共混物的热稳定性,并据扫描电子显微镜观测结果,结合木质素分子结构推测了共混物热稳定性的改善机理。结果表明,木质素用EA-AA共聚物处理后,共混物的热稳定性得到了明显改善,且优于PVC参照样(其初始分解温度和最大分解速率温度分别比PVC参照样高13℃和27℃左右)。扫描电子显微分析表明,木质素经丙烯酸酯共聚物处理后,与PVC的相容性改善显著,在PVC基体中分散良好。木质素羟基与EA-AA共聚物羧基的结合和分散颗粒的减小有效减弱了木质素的脱水作用,抑制了它对PVC的自催化脱氯化氢的促进作用,从而有效发挥了它的阻碍酚结构对PVC自催化脱氯化氢过程的抑制作用。

采用电化学循环伏安法,在柔性石墨纸基底材料上合成了聚苯胺/活性炭(PANI/AC)复合薄膜。 通过SEM观察了不同扫描圈数下复合薄膜的表面形貌,通过循环伏安(CV)、交流阻抗(EIS)、恒流充放电等电化学测试方法,研究了聚苯胺/活性炭复合电极的电性能。由SEM图谱可知,不同扫描圈数下,聚苯胺/活性炭的形态也有所不同,电化学测试结果表明,以柔性石墨纸为基底材料,扫描圈数在3圈时,不仅比容量较高,达504 F·g^-1,而且循环稳定性较好,经2000次循环后,容量衰减仅为初始容量的14%。

为满足羟基有序改性高聚物的需要,研究了制备AB型新单体所需关键中间体——羟基对苯二甲酸单甲酯的合成方法。探讨了不同位置酯化和双酯单水解的理论和反应规律,建立了一种通用于非对称取代对苯二甲酸单酯的合成和分离纯化技术。结果表明:以羟基对苯二甲酸(HTA)为起始原料,先经氯化亚砜作用下的甲醇双酯化,再经碱性水溶液中的单水解反应,高选择性地合成了2-羟基-4-羧基苯甲酸甲酯(α-MHT),总收率76%以上;而HTA硫酸催化甲醇直接单酯化则制得3-羟基-4-羧基苯甲酸甲酯(β-MHT),收率近70%。 同时在2,6-二羟基对苯二甲酸(DHTA)单酯化合物α-单甲酯(α-MDHT)和β-单甲酯(β-MDHT)的合成中得到应用。

以含钛高炉渣为原料,经硫酸铵熔融法得到含钛滤液,然后以氨水为沉淀剂,控制pH值使钛水解,水解产物经600℃煅烧2 h得到二氧化钛。考察了螯合剂的加入量、溶液pH值和反应时间对钛沉淀率的影响,实验结果表明:反应过程中铁与钛发生共沉淀,造成二氧化钛产物中的铁含量过高。EDTA几乎完全抑制了铁的沉淀,明显降低了二氧化钛产物的全铁含量;2-羟基丙烷-1,2,3-三羧酸的加入降低了产物中二氧化硅的含量,提高了产物中二氧化钛的含量。当2-羟基丙烷-1,2,3-三羧酸与硅的摩尔比为1,EDTA与铁的摩尔比为3,pH值为2.0,反应时间为90 min时产物中二氧化钛的含量为96.35%。

首先采用体积比为1:3的浓硝酸和浓硫酸对碳微球(CMSs)进行氧化修饰,改善其表面活性;然后在缩合剂N,N'-二环己基碳二亚胺(DCC)的作用下,用1,6-己二胺与氧化CMSs反应,制备胺化CMSs。在胺化过程中考虑缩合剂DCC用量、反应时间和反应温度的影响。采用场发射扫描电子显微镜、热重分析仪和红外光谱仪对各阶段产物进行了形貌和结构的表征与分析。结果表明:对于0.3 g氧化CMSs,DCC用量0.3 g、反应时间36 h和反应温度110℃是胺化反应的适宜条件,所得胺化产物在弱极性溶剂乙酸乙酯和氯仿中有良好的分散性,且能与常用聚合物给体材料(聚3-己基噻吩)能级匹配,有望进一步与聚合物复合,为制备聚合物太阳能电池奠定基础。

以4,4'-二氨基二苯乙烯-2,2'-二磺酸(DSD酸)为原料,三聚氯氰为交联单体,将自由基捕获剂2,2',6,6'-四甲基哌啶胺(4-氨基哌啶)与二苯乙烯荧光增白剂引入同一分子中,经过亲核取代等设计出既含有荧光增白基团又具备自由基捕获功能的双三嗪氨基二苯乙烯荧光增白型的新型返黄抑制剂。采用红外和核磁光谱、紫外光谱、荧光光谱分析方法对其结构及其光学性质进行了初步研究,并通过紫外线加速老化实验考察了目标产物对化机浆纸张的返黄抑制效果。实验结果表明:合成的目标产物在涂布中的最佳浓度用量为0.8%,经过48 h光老化处理后,合成的产物光抑制效果更好,更适合作光诱导返黄抑制剂,与单独使用荧光增白剂和受阻胺类返黄抑制剂相比,老化后纸张的白度分别少下降了3.38%ISO和6.49%ISO。

采用二步合成法制备了聚硼硅氧烷阻燃剂(PB),通过改变硼酸/硅烷比、缩合温度、水解时间优化了PB的合成工艺。同时研究了PB对聚碳酸酯(PC)阻燃性能和物理性能的影响。结果表明:严格控制硼酸/硅烷比和缩合温度是制备高效阻燃PB的关键,当硼酸/硅烷比(摩尔比)为1:1、缩合温度为100℃时所制备的PB的阻燃性能最好,在PC中添加5%(质量分数)该PB阻燃剂,PC的极限氧指数(LOI)从26%提高到39.4%。在热降解过程中,PB使PC的起始降解温度降低,但可使PC的热降解速率降低,高温残炭量增加,从而提高了PC的阻燃性能。添加PB可以基本保持PC优良的力学性能。另外,PB可保持PC原有的透明性,PC/PB阻燃材料仍旧呈透明状态。