通过熔盐质量损失率和试样中NO₂^-含量变化状况,以及熔盐材料的热重(TG)曲线,研究了三元硝酸熔盐(53%KNO₃- 40%NaNO₂-7%NaNO₃)在空气和氮气气氛中高温条件下的热稳定性性能。结果表明,三元硝酸熔盐空气中的上限使用温度为773 K,高温时存在劣化现象;而在氮气气氛中三元熔盐的热分解温度为723 K。同时,从热力学和动力学角度分析得到,三元硝酸熔盐在773 K以下空气中发生的反应为亚硝酸钠的分解和氧化;而在氮气气氛中三元熔盐723 K以下时主要发生的是亚硝酸钠的分解反应。在氧气含量一定的情况下,氧气的扩散和亚硝酸盐的分解反应符合一级反应动力学模型。

通过高温高压磁悬浮天平(MSB)测定表观溶解度、高温高压视窗釜进行溶胀度校正的方法研究了CO₂在PET熔体中的溶解度,考察了温度、压力对改性前后PET在CO₂环境中的溶胀度和CO₂溶解度的影响。结果表明,PET在CO₂环境中的溶胀度和CO₂溶解度均随温度的增加而减小,随压力增加而增加,但高压下溶胀度的增加趋势减缓并趋于某定值;与常规线性PET相比,改性PET具有较小的溶胀度和溶解度。在250~280℃,4~6 MPa下,CO₂在PET熔体中的溶解度具有10^-2 g CO₂·(g PET melt)^-1的量级。1~6 MPa下CO₂在PET熔体中的溶解行为符合亨利定律,利用最小二乘法拟合得到了CO₂在PET熔体中的溶解热。

采用绝热量热法测量了由离子液体1-丁基-3-甲基咪唑磷酸二丁酯([bmim][DBP])分别与CH₃OH、C₂H₅OH和H₂O所组成的3个二元工质溶液体系[bmim][DBP](1)+ CH₃OH(2)/C₂H₅OH(2)/H₂O(2),以及2个三元工质溶液体系[bmim][DBP](1)+ CH₃OH(2)/C₂H₅OH(2)+ H₂O(3)在298.15 K和常压下的摩尔混合焓H_m^E。利用Gibbs-Helmholtz方程和NRTL活度系数模型,对每个二元溶液体系摩尔混合焓的实验数据进行关联,获得模型方程中的组分作用参数。摩尔混合焓的模型拟合值与实验值的平均相对偏差分别为1.81%、1.44%和0.72%。在此基础上预测了2个三元工质溶液体系的摩尔混合焓。结果表明:三元工质溶液体系的摩尔混合焓在实验浓度范围内均为负值,混合为放热过程。表明三元工质溶液具有成为吸收制冷循环新工质溶液的基本特征;采用NRTL模型预测2个三元溶液体系摩尔混合焓的计算值与实验值的平均相对误差分别为2.31%、2.49%。

低温干燥空气直接蒸发冷却用于制备低温冷水甚至冰晶时会跨越常温和低温两个温度区间,其传热传质特性会随温度区间而发生变化。进行了常温工况和非常温工况下氧化铝(Al₂O₃)泡沫陶瓷填料的逆流直接蒸发冷却实验,重点对0~15℃的非常温区间进行研究,对非常温区间的传热驱动力与蒸发冷却效率、传质驱动力与空气含湿量增量、焓差驱动力与焓效率之间的关系进行了定量的计算分析,并对比了常温与非常温工况下的直接蒸发冷却过程。在此基础上,利用分析方法对非常温工况下的能量利用价值进行了计算,并对其性能的提升和应用潜力进行了分析。

应用数值模拟方法分析了以周期性方式布置不同节距比(PR=L/H)、倾角为45°挡板槽道的流动特性与传热特性。挡板在槽道上下壁面对齐布置高度比(BR=b/H)为0.2,以便在槽道内部形成一对沿流向的反向旋涡。数值模拟计算Reynolds数范围为100~1000,流体介质为空气。计算结果表明:布置斜置挡板后,在槽道内诱导产生了沿流向的旋涡流,且在测试段中旋涡流冲击槽道上下壁面和槽道一侧壁面,结果使得传热效率提高;分析了范围内平均Nusselt数比Nu/Nu₀、摩擦系数比f/f₀及传热增强系数η随节距比PR和Reynolds数的变化关系,并建立了相应的准则关系式;当挡板间节距比为0.5时,传热增强系数可达最大值3.0。

木家具表面挥发性污染物的散发是一类污染环境的复杂传质行为。为准确把握传质特性,首先建立了一套更完善的新式完全解析模型,综合考虑了两大传质机理(扩散、对流)、气候箱中污染物阻力、背景浓度和进气浓度,同时适用于无换气或换气条件下的模拟研究;例如,预测气候箱或木家具中污染物浓度变化,评价传质速率或散发量,以及估算室内浓度达标时限。然后通过对模型的分析提出了一套简便快捷的新式实验法,利用木家具在换气箱中散发的逐时浓度,一并求取目标污染物的3个重要传质参数:可散发量ρ₀、扩散系数δ和分配系数β。实验部分使用该换气箱法测算了某密度板家具中甲醛和总挥发性有机化合物的ρ₀、δ和β,与文献中基于密封箱的数据处理方法所得结果的变异系数小于5%,并有效避免了出现负压等密封箱采样可能导致的潜在问题。将传质参数代入数值算法预测了密封箱和换气箱中木家具散发挥发性污染物的浓度变化,与实验测量的数据吻合良好。该模型和方法能够准确预测或测定木家具表面挥发性污染物传质特性。

瞬态导热函数是注蒸汽油井热采过程中分析井筒传热的关键函数。目前常用的的瞬态导热函数以及相应的近似解都忽略井筒热容等参数的影响,但在注汽时间较短时井筒热容对传热影响很明显,因此在注蒸汽初期误差较大。新的瞬态导热函数近似解是在考虑了井筒热容的瞬态导热函数的基础上建立的,可以更好地适用于注蒸汽初期。研究结果表明,新的瞬态导热函数近似解形式简单、应用方便,比传统的近似解具有更广的适用性和更高的计算精度,因此有较好的工程实用性。

为了研究表面粗糙度及浓度对纳米悬浮液大容器沸腾特性的耦合影响,对粗糙度为Ra0.5和Ra12.5的镀镍铜球在体积分数为0.1%和0.5%的水基碳纳米管悬浮液中的淬火过程进行了实验研究,得到了不同条件下的淬火曲线并通过集总参数模型得到了淬火过程的沸腾曲线。结果表明,悬浮液浓度与表面粗糙度的增加都能加快淬火速率并提高临界热通量。表面粗糙度的增加缩短了核态沸腾阶段的时间,而悬浮液浓度的增加则主要体现了对膜态沸腾阶段的加速作用。在二者的共同影响下,采用表面较为粗糙的淬火物体在浓度较高的纳米悬浮液中进行淬火可以显著地缩短淬火冷却时间,对工程应用具有指导意义。

理论分析了微细尺度条件下通道尺寸对气泡运动特性的影响,指出当通道尺寸小于气泡脱离直径时一种特殊流型"受限泡状流"的产生及其特性。对受限通道内流动沸腾过程中的流型转变准则进行了推导,绘制了相应的流型图,并进行了实验验证。研究表明,微细通道内沸腾流动气液两相流流型转变比绝热工况下有明显的推迟;而在流动沸腾工况、相同热通量和质量流速条件下,随着微细通道尺寸的减小,流型转化会在一定程度上提前产生。

采用高速摄影的方式,对矩形通道内过冷沸腾时的汽泡在倾斜状态下的行为进行了可视化研究,分析了加热面倾斜角度对汽泡生长-冷凝速率以及平均汽泡最大直径与对应生长时间的影响。结果表明:在同一入口工况参数下,汽泡的最大直径与寿期均随角度的增加而上升,且与倾斜角度近似呈正比;不同倾斜条件下的汽泡最大直径与对应生长时间基本满足0.5次幂的函数关系,其系数与倾斜角度呈正比;采用Zuber量纲1形式表示后,不同倾角时的平均汽泡生长-冷凝曲线在生长阶段随倾角增加而增加,而在冷凝阶段则与角度无明显关联。

应用格子Boltzmann自由能模型,在三维空间里模拟了大密度比气泡群在静止的黏性不可压缩流体中上升过程以及它们之间的相互作用。为了避免气液密度比过大造成数值不稳定问题,采用八点差分和十八点差分格式分别求解一阶1586Φ和二阶1586²Φ。模拟结果表明,气泡的初始大小和初始位置影响上升气泡周围的流场以及形状变化。当直径相同的气泡群上升时,位置靠下的气泡会受到位置靠上气泡尾迹的影响,并有很明显的形状变化。气泡之间的影响程度取决于两气泡之间的距离及相对位置,并且随着距离增加而逐渐减小。然而直径不同的气泡群上升时,不管初始位置如何,大气泡总会对小气泡造成强烈的影响。

在小型流化床试验台上研究了海藻颗粒(条浒苔与马尾藻)的流化床燃烧。海藻在流化床内的挥发分析出燃烧时间都在1 min左右。条浒苔颗粒在流化床中燃烧先进行脱水和挥发分的燃烧,接着发生焦炭燃烧,其燃烧过程符合缩核模型,炭核由外向内逐层燃烧,而灰层半径几乎不变。但马尾藻颗粒由于挥发分的大量快速释放而迅速膨胀破碎成屑。另外通过对条浒苔颗粒及不同燃烧时间后收集的焦炭颗粒剖面的SEM扫描电镜观察,发现随着燃烧的进行,颗粒内孔隙增大,微孔表面粗糙。进一步详细研究了两种海藻颗粒(条浒苔与马尾藻)在流化床内单次投料下的燃烧。随着床温的升高,条浒苔释放NO_x相对浓度增加,CO相对浓度减少。而马尾藻释放气体中SO₂与NO_x含量相对条浒苔有所增加;随着床温的升高,CO相对浓度减少。床温的升高使得床内传热速率加快,两种海藻挥发分的析出提前,燃尽时间缩短。风速、床高的升高使得两种海藻燃烧容易,燃尽时间缩短。

以糖浆溶液和糖浆聚合物溶液为液相介质、空气为气相介质,采用同轴双通道气流式雾化喷嘴研究黏弹性对液体初次雾化特性的影响,根据高速摄像拍摄的图片对雾化模式进行研究,并重点探讨了液柱表面的不稳定特性。研究结果表明,两种液相介质的初次雾化可分为非轴对称振荡模式、膜破裂模式和拉丝破裂模式,糖浆聚合物溶液各个破裂模式的边界Weber数大于同等黏度的糖浆溶液。液体表面的不稳定波长与气速及液体自身的黏弹性密切相关,在考虑边界层影响的不稳定波长理论模型的基础上引入弹性参数Wi,并通过数据拟合得到新的不稳定波长关系式。

在高压密相气力输送中试试验台上,研究了输送压力P₁、总差压ΔP_T和流化风量Q_f等操作条件,以及煤粉平均粒径d_p、含水率W和煤粉种类等物性参数对煤粉输送速率通量ψ的影响规律。鉴于高压密相气固两相流的复杂性,在充分试验的基础上,先后采用原始BP神经网络和两种改进算法,对ψ进行模拟和预测,并比较各算法的优劣。研究结果表明:ψ随着P₁和ΔP_T的增大而增大,随着Q_f的增大而先增大后减小;ψ随着d_p和W的增大而减小,也受煤粉种类的影响;两种改进算法的BP网络可以对研究对象进行较好的模拟和预测,但收敛速度和预测精度不可兼得。试验结果将对高压密相气力输送系统的操作运行以及关键特征参数的模拟预测起到一定的指导作用。

在内径0.102 m、高17 m的密相输运床冷态实验台上,以石英砂(属Geldart B类颗粒)作为循环物料,对光纤探针在表观气速8.2~11.2 m·s^-1,固体循环流率139~530 kg·m^-2·s^-1下获得的瞬态信号,采用小波分析的方法研究了团聚物频率、团聚物持续时间。结果表明:提升管边壁与底部区域更易形成大尺度团聚物,径向上团聚物频率中心高边壁低,而团聚物持续时间中心短边壁长。轴向上提升管底部团聚物频率低、持续时间长。团聚物频率随表现气速增大而增大,而团聚物持续时间随表现气速增大而缩短,提升管底部团聚物频率随固体循环流率增大而降低,团聚物持续时间随固体循环流率增大而变长。

大部分纤维捕集效率和压降的理论模型认为纤维性能仅取决于来流速度、颗粒粒径、纤维体积分数、过滤层厚度、纤维直径等因素。实际上,布袋除尘器的性能还与纤维配置方式直接相关。利用LB(lattice Boltzmann)两相流模型对多层纤维捕集颗粒物过程进行了数值模拟,研究了不同纤维配置方式下系统压降与捕集效率的变化。结果表明,错列纤维的性能参数优于并列纤维;纤维排列间距增大,压降增幅大于捕集效率,导致性能参数下降。通过比较不同位置纤维的捕集能力发现,在布朗扩散和拦截捕集机制主导下,前方纤维捕集能力略强于后方纤维;而在惯性碰撞捕集机制主导时,对捕集贡献最大的主要是前两排纤维,后方纤维对捕集效率的贡献非常小,可以忽略。这些研究结果可以对布袋除尘器的多层纤维配置方式的优化提供理论依据和工程建议。

设计建造了磁稳定床加氢实验装置,以磁性氧化铝为载体,通过浸渍法制备了蛋壳型钌基磁性Ru/γ-Fe₂O₃-γ-Al₂O₃微球催化剂,详细考察了磁性催化剂的制备参数、磁稳定床的操作参数对苯选择性加氢的影响。结果表明磁稳定床的链式操作状态提高了环己烯的选择性,证实了所研制的蛋壳型钌基磁性微球催化剂适用于磁稳定床中苯的选择性加氢工艺,具有较好的应用前景。

采用湿式催化氧化/膜过滤组合工艺,以Mo-Zn-Al-O粉末作为催化剂降解阳离子红GTL模拟染料废水,探讨在膜过滤过程中平均孔径为0.1 μm的微滤和0.022 μm的超滤聚偏氟乙烯(PVDF)中空纤维膜的过滤机理。实验结果表明,两种膜过滤组合工艺对染料的降解效果均优于单独湿式催化氧化,0.01 MPa恒压条件下运行120 min后微滤和超滤的膜通量分别衰减了26.63%和16.48%,其原因是粉末催化剂可在微滤膜孔内部沉积形成中间阻塞过滤,后在表面形成滤饼层;而在超滤膜表面仅形成滤饼层。通过实验结果对膜阻力进行计算,可知在相同反应过程后微滤膜产生的不可逆阻力大于超滤膜。在不同反应条件下,催化剂的沉积量与膜阻力呈现线性相关。

以聚丙烯微孔膜(MPPM)为支撑,通过物理包埋和紫外线诱导共价键合组合法固定二苯甲酮,再通过紫外线引发丙烯酸和乙二醇二甲基丙烯酸酯接枝共聚制备了Pb(Ⅱ)离子印迹复合膜。采用平衡吸附和竞争渗透实验考察了印迹复合膜对Pb(Ⅱ)离子的吸附与选择能力。结果发现,印迹复合膜对Pb(Ⅱ)具有良好的吸附及渗透选择性,其对Pb(Ⅱ)的饱和吸附量分别为Cu(Ⅱ)和Zn(Ⅱ)的2.86倍和2.75倍,48 h的渗透量分别为Cu(Ⅱ)和Zn(Ⅱ)的3.8倍和3.1倍;Langmuir等温吸附模型与平衡吸附数据相当吻合(R²≥0.991),吸附属于单分子层吸附;动力学研究结果表明,印迹复合膜对重金属离子的吸附过程符合Lagergren准二级动力学模型(R²≥0.998,ΔQ<10%),吸附过程主要受化学作用控制;印迹复合膜对重金属离子的吸附自由能变(ΔG)、吸附焓变(ΔH)及吸附熵变(ΔS)均为负值,说明吸附是一个自发、放热的过程;|ΔH|>|TΔS|,表明吸附过程是一个焓驱动过程。

大部分化工过程具有非线性特性,一般的线性建模方法难以有效应用。针对非线性化工过程动态建模,提出了一种基于过程先验知识的递归神经网络模型,充分发掘化工过程隐含的先验知识,并将这些先验知识以非线性约束的形式嵌入NARMAX结构的前馈神经网络中,同时基于增广拉格朗日乘子法约束处理机制,用PSO-IPOPT混合优化算法对过程先验知识递归神经网络权值进行优化。该过程先验知识递归神经网络模型对非线性化工过程动态建模,不仅有良好的建模精度和预测外推能力,而且能避免零增益的出现和增益反转,确保网络模型在实际应用中的安全性。文中以环管式丙烯聚合反应过程实际工业数据验证了所提网络模型的有效性。

为了满足实际的生产需要,复杂化工过程往往包含多个运行模态。同时过程的复杂性使得同一模态下的数据分布是一种高斯分布和非高斯分布混合存在的不确定情况。数据的多模态分布特性以及同一模态下数据分布的不确定性使得传统多元统计监控(MSPM)方法很难给出令人满意的结果。针对这一问题,本文提出一种新的马氏距离局部离群因子(MDLOF)方法进行故障检测。通过利用马氏距离挖掘变量局部结构中包含的有用信息,并对样本的邻域密度加以考虑,形成对数据分布具有鲁棒性的基于密度的监控指标。最后通过数值仿真例子及Tennessee Eastman过程验证其有效性。

与常规的输出校正软仪表不同,催化裂化装置软仪表的主导变量完全不可测,只能通过辅助变量进行在线校正,因此利用状态观测器构造催化裂化装置软仪表。催化裂化装置为指数1型广义非线性系统,理论分析证明,如果指数1型广义非线性系统在工作点线性化得到的广义线性变参数系统能检测,则可以通过线性化系统的在线极点配置来选取合适的状态观测器反馈增益阵,以确保广义状态观测器存在并在较大范围内是稳定的,从而保证软仪表对主导变量的在线估计值可以收敛于理论值。仿真结果表明,即使催化剂循环量为不可测输入变量,将其扩展为状态变量后,利用提升管反应器出口温度作为辅助变量进行在线校正,即可构成催化裂化装置软仪表完成对油品产率、催化剂循环量等不可测变量的在线估计,估计值能够稳定收敛到理论值并具有较好的动态性能。

针对大规模复杂过程的能量利用提出了基于T-H图的逐步优化的综合策略。该策略以系统冷、热物流的T-H图为基础,分析系统能量集成的瓶颈和不合理的换热过程,指导系统引入热机、热泵,或进行工艺改进,从而增加或改变冷热物流,使T-H图发生改变。如此重复,通过多次改进,逐步调整冷、热物流在T-H图上的相对位置,构造出两条近似平行的冷、热物流曲线,使系统能量得到梯次合理的利用,从而达到最大限度降低系统公用工程消耗量的目的。该策略综合考虑了能量利用、转换环节的改进以及公用工程和工艺过程的有机结合,能够实现全过程能量利用的综合优化。应用这种策略,对甲醇制烯烃的能量利用系统进行了优化设计,结果表明所提策略是有效且简便易行的。

针对氧化铝蒸发过程铝酸钠溶液浓度难以在线检测问题,提出了改进差分进化和最小二乘支持向量机的铝酸钠溶液浓度软测量建模方法。首先基于灰色关联分析和核主成分分析确定模型的输入变量,再用改进差分进化算法的最小二乘支持向量机构建软测量模型。并与DE-LSSVM软测量模型进行比较;最后应用蒸发过程生产数据进行验证,结果表明,新模型具有更好的学习能力和泛化性能且预测精度更高,可为蒸发过程操作优化提供必要的指导。

建立以热回收率及单位输出功率所需换热面积为目标的多目标优化模型,利用模拟退火算法对循环采用R123、R236ea、R245fa、R227ea、R600等五种工质时的参数进行优化计算。结果表明:采用多目标优化模型可以协调各评价指标间的关系,更好地满足工程实际的需求;热源温度为140℃、循环采用R123时,最佳蒸发压力为0.69 MPa、冷凝压力为0.11 MPa,最佳蒸发压力随着冷凝压力的升高而增大;当管内流速超过0.5 m·s^-1时,流速对系统性能的影响较小。蒸发器内的最小传热温差为15℃。随着热源温度升高,循环的最佳蒸发压力增大。在分析的几种工质中,热源温度在100~220℃时,循环采用R123时性能最佳。

分析了原机械密封摩擦副端面接触分形模型存在的问题,并进行了修正,得到了摩擦副端面微凸体承载面积比与端面比压的关系式。修正模型考虑了摩擦副端面间流体膜压的作用、微凸体实际微接触面积与微接触截面积之间的区别,并通过采用一个三次多项式来表达弹塑性变形微凸体的接触压力与接触面积的关系,从而满足了接触微凸体在变形状态转变临界点处的接触面积与接触压力转化皆是连续和光滑的条件。依据修正后的接触分形模型对密封面配对材料为硬质合金YG8-碳石墨M106K的部分平衡型机械密封摩擦副端面微凸体承载面积比的影响因素进行了分析。结果表明,微凸体承载面积比随着弹簧比压的增大近似呈线性增大,随着密封流体压力的增大而非线性单调增大,随着端面分形维数的增大先增大后减小,随着端面特征尺度系数的增大而减小;在正常工作参数范围内,真实接触面积仅占名义接触面积的很小一部分。

采用电化学方法在玻碳(GC)表面电沉积CoNi合金纳米粒子,成功制得碳载CoNi合金纳米电极(CoNi/GC)。SEM结果显示,CoNi粒子呈十八面体结构,粒径约100 nm,分布较均匀。选区电子衍射(SAED)结果显示,CoNi合金纳米粒子为单晶结构。XPS结果显示,金属态的Co(0)和Ni(0)占主导地位。性能测试结果表明:CoNi/GC不但对亚硝酸钠具有较好的催化性能,相对于本体Co和本体Ni,CoNi/GC的起始还原电位(E_i)正移约90 mV,还原峰电流(j_p)增大6~14倍。而且对氧还原亦有较好的电催化活性,CoNi/GC的峰电流密度(j_p)和动力电流密度(j_k)分别是GC电极的1.7和 5.2倍。

使用非蒸发浓缩法研究了静电场对碳酸钙结晶过程及晶型的影响。研究发现经静电处理后,碳酸钙结晶过程初期晶体生长速度缓慢,存在一个稳定期,这个稳定期的长短受温度影响很大。60℃时稳定期可达3 h,当温度升高到80℃后,稳定期缩短到0.5 h内。SEM和IR分析结果表明,经静电处理后,水垢中文石型碳酸钙的含量增加。晶体稳定期和文石型碳酸钙的出现主要是因为,高压静电场导致水分子和HCO₃^-极化变形,使得二者的极性增加,反应活性增强。静态阻垢实验和动态阻垢实验结果表明,静电水处理和聚环氧琥珀酸(PESA)之间存在明显的协同阻垢效应。PESA在静电水中的静态阻垢率可达95.8%,比在配制水中的提高了18.9%;动态阻垢率为92.1%,阻垢率提高了14.5%。

为了制备抗体Fab和Fc片段,采用木瓜蛋白酶酶解人免疫球蛋白G(IgG),通过优化酶解条件和色谱法分离过程,得到了纯度较高的Fab片段和Fc片段。考察了酶解pH、酶加入量、添加半胱氨酸和酶解时间等对IgG酶解过程的影响,优化了酶解条件,提高酶解效率,IgG转化率大于98%。酶解产物通过Protein A亲和色谱法和DEAE阴离子交换色谱法进行了纯化,分离得到Fc片段和Fab片段,收率分别为72.6%和40.1%。经SEC-HPLC分析,Fc片段纯度达95.7%,Fab片段纯度达96.6%。

利用热重考察了不同升温速率下木质素的热解特性,结合红外光谱对木质素热解的不同阶段生成的半焦的表征结果,分析了木质素在慢速升温条件下的热裂解机理,表明:木质素的热解是一个旧键断裂挥发、新键重组的过程。热解过程随着反应时间的推移依次分为水分挥发、支链断裂重组或挥发和芳环缩聚成碳3个阶段。采用Flynn-Wall-Ozawa方法,根据不同升温速率下测得的失重速率变化求算后两个阶段的活化能,结果分别为64 kJ·mol^-1和132 kJ·mol^-1,进一步证明了木质素热解的分段特征,并表明芳环缩聚成碳所需活化能远大于与苯环相连的支链断裂所需的能量。

在一定条件范围内对绿竹进行蒸汽处理,基于理论动力学模型获得的参数,建立其在该过程中戊聚糖溶出的新模型。结果表明,基于传统剧烈因子衍生的戊聚糖溶出预测模型并不适用。通过等温阶段戊聚糖移除动力学的研究,求得其溶出活化能和指前因子分别为48.1 kJ·mol^-1和4330 min^-1;将此活化能和"潜在移除度" 引入戊聚糖移除率预测模型,同时采用数值算法累积计算升温阶段修正的剧烈因子,最终发现该修正模型可准确预测蒸汽升温和保温处理过程中绿竹戊聚糖的移除率(预测值和实验值之间相关系数的平方达97%)。该模型的建立对绿竹蒸汽处理过程中戊聚糖溶出率的预测和控制以及间接阐明该预处理方法对后续酶水解效率产生影响等方面具有一定的指导意义。

采用循环伏安法制备聚3,4-乙烯二氧噻吩/多壁碳纳米管(PEDOT/MWCNTs)导电复合物修饰石墨棒阳极,并应用于厌氧流化床微生物燃料电池(AFBMFC)中以考察其产电性能。采用场发射扫描电镜(FESEM)观察复合阳极的表面形貌及断面结构,并用循环伏安法(CV)和交流阻抗法(EIS)测试了碳纳米管加入前后修饰电极的电化学性能变化。结果表明,复合阳极在MFC中运行时,其最大输出功率密度达到217 mW·m^-2,比未加碳纳米管的PEDOT修饰电极提高30%;相应的开路电压为837.8 mV,运行3 d后污水COD去除率达到96.4%,说明在液固流化床对传质的强化作用下,复合阳极在AFBMFC中具有良好的产电性能和污水处理效果,其中碳纳米管的加入在一定程度上提高了复合阳极的导电性及改善了微生物的附着情况。

采用蛇形、平行和交指流场分别作为阳极和阴极流场,考察了其对直接甲醇燃料电池(DMFC)性能的影响。结果表明,对于阳极流场,蛇形流场因其更易于排除CO₂气泡而性能最好,而平行和交指流场中则出现了CO₂气泡堵塞流道的现象,影响了甲醇的传输,性能较差。对于阴极流场,平行流场下半部分流道出现了"水淹"现象,影响了氧气的传输,性能较差。蛇形和交指流场均能顺利排除水滴,性能比平行流场的好;交指流场能保证氧气的充足供应,高电流密度时比蛇形流场的电池性能好。蛇形流场作为阳极流场以及交指流场作为阴极流场将是电池性能较好的流场组合形式之一。

对某台使用尿素为还原剂的100 t·h^-1循环流化床锅炉的SNCR性能进行了CFD数值模拟,分析了温度、氨氮摩尔比等影响因素对SNCR脱硝效率、氨泄漏以及N₂O浓度的影响规律。结果表明,SNCR最佳温度窗口的范围为850~1050℃,且随着氨氮比的增大,温度窗口范围变宽;随着温度的升高,氨逃逸量明显下降,当温度超过940℃后,氨逃逸量基本可以忽略不计,而N₂O的生成量则呈现出先增大后减少的趋势。随着氨氮摩尔比的增加,脱硝效率逐渐增大,980℃左右达到峰值;氨泄漏随氨氮摩尔比的增加而增大;N₂O浓度与脱硝效率呈正比关系,最大生成量约为30 μl·L^-1。

用特种表面活性剂使热力学稳定的微乳液变成热力学不稳定的乳状液,并发现该种特种表面活性剂与聚合物复配后能使微乳液油水分离。通过透射电镜(TEM)分析发现含有不溶性有机物的透明脱墨造纸废水的分散颗粒远远小于可见光的波长,呈现微乳液状态,以该种透明废水作为实验对象,用特种表面活性剂与聚合物LYPW-301复配后分离该种微乳液状废水, 通过化学需氧量(COD)测定表明:这种分离方法能够有效降低该种微乳液状废水的COD值。通过TEM分析微乳液和乳状液显微状态的变化探讨了微乳液的油水分离机理。这种分离方法能够有效地应用于其他各种造纸透明废水和油田透明废水的分离中。

采用废弃贴式取暖物(商业名为热力贴)为原料制得一种吸附剂,通过静态批式实验考查了pH与吸附效果、zeta电位、离子强度等因素间的相互作用规律,探讨了不同pH下该吸附剂去除水中磷酸盐的机理。结果表明,该吸附剂的物相以磁铁矿-针铁矿混合相(magnetite-goethite mix phase,MGM)为主,其对水中磷酸盐的吸附等温线符合Langmuir方程。当温度为25℃,pH=2时,其饱和吸附量达12.57 mg·g^-1。研究还表明,磷在MGM上的吸附受溶液pH主导。pH较低时,内层络合,静电吸引,表面直接沉淀驱动磷的吸附;pH较高时,静电吸引渐变为静电排斥,内层络合减弱,不利于磷的吸附,而内层络合共吸附、表面间接沉淀促进了磷的吸附,但两者作用的综合结果表现为除磷效果下降。

利用脱硫灰调理生活污水剩余污泥并探讨了其作用机理,结果显示,脱硫灰可明显改善污泥脱水性能,单独用脱硫灰调理污泥,投加量为3 g·L^-1时,污泥沉降体积最大为519.5 ml,比阻有效降幅达47.56%;脱硫灰使污泥中胞外聚合物(EPS)脱离并释放出结合水,脱硫灰与聚丙烯酰胺(PAM)联用处理污泥可得到比单独投加PAM更好的脱水效果;通过对比脱硫灰处理前后污泥的粒径分布和扫描电镜照片(SEM)发现,经过脱硫灰处理后,污泥絮体粒径较原泥明显减小,污泥絮体细孔的骨架结构被改变,形成更结实致密而具有较大孔径的絮体,使污泥中的水分更容易脱除,PAM有较好的吸附桥连作用,使已脱稳的污泥絮体迅速形成更大的絮体,更易固液分离,从而提高污泥脱水性能。

以低浊微污染配水为研究对象,通过调整PACl投药量来控制絮体Zeta电位,考察不同混凝特性下滤池反冲洗水(FBWW)回流对混凝效能的影响。结果表明:Zeta电位接近-11 mV时,FBWW回流对浊度具有良好的去除效果,沉后水浊度最大去除率为63.81%,高于其他电位下FBWW回流处理效果,沉后水中残余Al_P含量最低(0.271 mg·L^-1)。但此阶段下过高的回流(12%)会导致水中PACl的额外消耗,使原水颗粒物难以获得足够的混凝剂而脱稳,致使浊度、COD_Mn、Al_P、Al_D等上升。Zeta电位接近0 mV时,FBWW对浊度、COD_Mn、UV₂₅₄、Al_P均有良好的处理效果,Al_D同时也能保持相对较低的值。当回流比在9%时,沉后水COD_Mn去除率达试验最高值34.21%。Zeta电位接近+4 mV时,FBWW回流导致浊度、COD_Mn、Al_P、Al_D大幅上升,而 UV₂₅₄去除率得到提高。回流比为12%时,这种趋势最为明显,UV₂₅₄去除率达试验最高值60.67%。通过对砂后水与沉后水有机物残余进行研究对比,沉后水与砂后水有机物的去除效果存在明显差异性,+4 mV下UV₂₅₄、COD_Mn去除率均高于其他电位。

以十二烷基苯磺酸钠为表面活性剂,采用尿素共沉淀法合成超细尖晶石型铜铬黑颜料。以铬和铜硝酸盐为原料,系统研究了沉淀剂、煅烧温度和表面活性剂等条件对铜铬黑颜料晶型、形貌和粒度的影响;并探讨了合成条件对铜铬黑颜料着色力的影响。研究表明,尿素和十二烷基苯磺酸钠可有效地控制形貌、颗粒大小及均匀性;在尿素用量为理论量4倍、表面活性剂添加量为5%、煅烧温度800℃的条件下制备出了形貌为六面体、平均粒径为300 nm、粒径分布均匀、着色力优异的超细铜铬黑颜料。

建立了以固定化南极假丝酵母脂肪酶B(Novozym-435)作为催化剂,以丁二酸二乙酯和1,4-丁二醇作为原料,酶催化合成聚丁二酸丁二醇酯(PBS)的工艺。在95℃,真空条件下经过25 h反应,得到重均分子量44000的PBS,分子量分布为1.64。通过红外光谱、核磁共振、元素分析等分析了合成PBS的组成及分子结构。对酶催化聚合反应过程的动力学,以及反应过程中固定化酶的热稳定性进行了研究。通过对PBS材料性能的表征,证明其具有良好的耐热性能、力学性能和生物降解性能。

石墨烯具有独特的二维结构和优异的力学、电学性能,将其与聚苯胺复合得到的石墨烯/聚苯胺(Gr/PANI)纳米复合材料在微波吸收、超级电容、电子器件等领域具有广泛的应用前景。为研究Gr/PANI纳米复合材料界面相互作用的微观机理,利用分子动力学方法考察了Gr/PANI体系的相互作用能、相互作用构型以及石墨烯与PANI之间的对关联函数。温度、能量演化曲线和相互作用能分析表明,Gr/PANI体系在较短的时间内达到平衡,Gr/PANI体系为热力学稳定体系。相互作用构型显示PANI分子与石墨烯之间存在较强的相互吸引作用。对关联函数分析表明,Gr/PANI纳米复合材料界面存在近程强非键相互作用,较强的界面相互作用主要源于石墨烯与PANI都具有sp²杂化的π共轭结构。

以乙酸乙酯为溶剂,对聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)进行静电纺丝以制得PMMA纤维,利用扫描电镜观测其纤维形貌。考察并分析了溶液浓度、流速、接收距离和实验电压对纤维平均直径的影响。利用响应曲面分析中的Box-Behnken design,选取PMMA溶液浓度、流速和实验电压3个因素,以纤维平均直径作为响应值,建立了二元回归模型,且该模型与实验值高度拟合。此外,响应面分析得出的结果与单因素分析一致。