目前实验室模拟开采天然气水合物(NGH)的最主要的方法为外激法,通过注热、降压等方式使水合物分解释放出甲烷(CH₄),外激法最大的问题在于水合物的分解容易造成地层结构变化,导致地质斜坡灾害。利用二氧化碳(CO₂)在水合物相中置换开采CH₄,由于置换过程发生在水合物相中,不改变水合物相结构,因此可以降低地质灾害风险。本文全面介绍了利用CO₂在水合物相从NGH中置换CH₄的研究进展,从置换可行性、动力学模型、模拟研究、实验研究等方面对当前的研究进行了综述,并为进一步发展置换法开采CH₄技术指出了方向。

利用分子动力学方法对3种不同摩尔比的丙三醇与1,6-己二醇混合物进行降温计算。分别采用自扩散系数和比体积方法得到的玻璃化转变温度与实验结果都符合较好,混合物中的丙三醇与1,6-己二醇的自扩散系数均小于单质时的自扩散系数,丙三醇与1,6-己二醇的羟基比其单质状态的羟基径向分布函数中第一峰值均变大,且随着温度的降低,回转半径变短,较小的键长出现的概率增多,键角变化较小。

采用组合式相变材料的蓄热系统较单一相变材料具有更为优越的传热和热力学性能,而相变温度对于蓄热系统性能具有重要的影响。为了使结果更具普适性,以热力学有效能分析为基础并忽略具体换热器形式和传热过程,推导了使用不同相变材料数时每种相变材料最佳相变温度的理论公式,并根据最佳相变温度计算了有效能利用率随着相变材料数的变化,结果表明当PCMs数增加到4种时,理论最大有效能利用率已达80%以上,比使用单一相变材料的理论最大有效能利用率高50%左右。以573.15 K热能蓄能为例,计算了使用1~4种相变材料时相应的最佳相变温度与最大有效能利用率,并以此为依据给出了实际最佳相变材料组合。

基于成涡结构强化混合原理设计了一种改进型的平面被动式微混合器。采用商业软件CFD-ACE+对该结构微混合器的混合特性进行了三维数值模拟和结构优化,进一步揭示该微混合器结构对通道内流体流动与混合特性的影响。结合混合通道内流体的浓度和流型分布的数值和实验结果可知,该新型微混合器在布置成涡结构的弯曲通道内形成了扩展涡、分离涡和Dean涡,实现了涡系的叠加和强化,加大了流体间的扰动,从而增加了流体的接触面积强化混合;在综合考虑流体混合强度和压降分布等因素下,成涡结构正向布置且缝宽比W_d/W=1/4,厚宽比B/W=3/10,布置角度θ_a=120°的该微混合器在较广Re范围内的混合效果显著。

在安装有二次脱水装置的湿法脱硫直排烟囱内引入热风,可进一步降低烟囱出口含水率,有效解决烟囱飘雨问题。为考察热风对气流流动特性影响,进而优化脱水装置结构,使脱水效果与运行阻力达到最佳匹配,基于CFD方法,采用离散相模型、RNG k-ε双方程湍流模型和组分输运模型组合建立了描述直排烟囱内部流场的流体动力学模型,对其进行了数值模拟,获得了加热风前后烟囱内温度、速度、压强和含水率的变化规律。结果表明,加热风后,烟囱出口处温度上升3 K,速度增加0.6 m·s^-1,压强降低55 Pa,含水率减小29 mg·m^-3,旋流板最佳叶片角度是45°。模拟结果均处于工程实际监测数据波动范围内,验证了模拟合理性和可行性,为优化直排烟囱内部结构和指导工程实际现场取样点提供了理论依据。

采用计算流体力学(CFD)技术对φ1.5 m×1.2 m侧进式气液搅拌釜内气液两相流场进行数值模拟,检验了3种气液分界面边界条件和两种相间曳力模型。通过UDF程序将上述模型分别与欧拉双流体模型和 dispersed k-ε 两相湍流模型进行耦合计算,得到搅拌功率准数、总体气含率和气相分布,并与冷模实验结果进行对比,得到能准确预测的CFD模型。研究结果表明,3种气液界面边界条件下采用标准S-N模型计算所得的功率准数和气体分布误差均较大,而Brucato-Tsuchiya模型的预测结果更接近实验结果;气液界面边界条件对总体气含率的预测影响较大,采用速度进口或脱气边界和Brucato-Tsuchiya模型耦合计算所得的结果误差比压力出口边界明显要小。

采用大涡模拟对35≤Re≤145000、4≤L/h≤40范围内的平面撞击流偏斜振荡特性进行了研究。通过对平面撞击流模拟与实验结果的比较验证了数值模拟的可靠性,重点考察了不同流体介质、边界受限程度及喷嘴出口高宽比等因素对平面撞击流偏斜振荡特性的影响,并对平面撞击流发生偏斜振荡的量纲1参数范围进行划分。研究结果表明,不同流体介质对平面撞击流量纲1偏斜振荡周期几乎没有影响,量纲1偏斜振荡周期随着边界受限程度的增大而增大,随着喷嘴出口高宽比的增大而减小。

我国建筑采暖和生活热水能耗较大,基于空气源吸收式热泵的供热系统是北方寒冷地区具有较大节能潜力的解决方案。由于单效空气源吸收式热泵无法运行在气温较低的环境下,提出采用增压循环来提高空气源吸收式热泵的低温性能,并根据增压方式的不同分为低压增压和高压增压两种形式。以NH₃-LiNO₃作为工质对,对不同形式空气源吸收式热泵进行了对比分析。结果表明:两种增压方式均能有效提高吸收式热泵的低温性能,在不同的室外气温、热源温度和热水温度下,能够实现20%~45%的节能率;此外,低压增压的一次能源效率比高压增压更高。综合节能性和实现难易程度,低压增压是提高空气源吸收式热泵低温性能的较好手段。

对采用折叠扁管与传统挤压扁管的微通道换热器长效特性进行了对比研究。分别进行了标准盐雾腐蚀实验,对比腐蚀前后两个换热器样品的换热量、空气侧压降和总热阻变化情况,结果表明,折叠扁管的样品在腐蚀后的各项性能均优于挤压管的样品。传统挤压扁管样件的翅片与扁管连接处率先被腐蚀破坏,14 d腐蚀后就可观察明显的翅片脱落现象,且在28 d腐蚀后挤压扁管上出现泄漏;折叠扁管样件则是翅片率先被腐蚀,而翅片与扁管的连接处没有明显损坏,在49 d腐蚀后折叠扁管没有出现泄漏现象。这是由于折叠扁管能方便地配备保护层,实现牺牲翅片保护扁管的方法,在腐蚀过程中能有效地保护更为重要的扁管。折叠扁管的长效特性优于传统挤压扁管。

在新型换热器——矩形自支撑缩放管换热器的基础上,通过FLUENT软件利用三维数值模拟的方法分别研究在缩放段长度比例保持不变的情况下,缩放节距及缩放肋高对换热器管程、壳程及整体综合传热性能的影响,并得出缩放管的优化尺寸。研究表明:对于换热器管程和壳程,缩放节距l越小,换热效果越好,阻力也越大,壳程在l=16.5 mm 时综合传热性能达到最佳,而管程则在l=9 mm时综合传热性能最好;缩放肋高h越大,二者的换热效果越好,阻力也由于管子的粗糙程度增加而变大,此时综合传热性能管程在h=1.25 mm时最好,壳程则在h=0.5 mm时最好。引起这些变化的原因主要是由于随缩放节距与缩放肋高的增加,管程和壳程通道内的回流区不断增加,在回流区的增加造成阻力增加的同时,也改善了速度场与温度场的协同性,从而使二者的传热性能增强。最后将管程和壳程作为一个串联的整体进行综合考虑,得到整个换热器的综合传热性能在l=15 mm,h=0.75 mm时达到最佳,综合因子η=1.136~1.155(壳侧Re=27900~41900)。

在压力11.5~28 MPa,质量流速450~1550 kg·m^-2·s^-1,内壁热负荷50~585 kW·m^-2的范围内,对水在垂直下降管内的传热特性进行了实验研究,得到了垂直下降管内水的传热特性,分析了热负荷对内壁温度和传热系数的影响,给出了能用于工程实际的传热实验关联式,并且对垂直下降流动和垂直上升流动的传热特性进行了比较。实验结果表明:在亚临界和近临界压力区,垂直下降管会发生第一类传热恶化——膜态沸腾和第二类传热恶化——干涸。热负荷的增大,会导致传热恶化的提前发生和传热恶化发生后的壁温飞升值增大。在超临界压力区,壁温在低焓值区随焓值平缓增加,而在高焓值区随焓值明显升高,表明在拟临界点附近发生了传热强化现象。

为探究重力对非共沸混合工质组分迁移的影响,在竖直管式色谱分析实验台上,以R290/R600(Z1、Z2、Z3,质量比分别为25%/75%、50%/50%、75%/25%)为工质,通过改变配比、温度和静置时间等变量进行了不同工况下的实验研究,对组分变化的规律做出了理论分析并提出了进一步的研究建议。实验发现:对于工质Z1、Z2、Z3,组分迁移度受混合物配比的影响很小;温度28.0℃的条件下,将静置的时间由3 h延长至24 h后,液相中丙烷递减率由"大—小—大"的趋势向"逐渐减小"变化,同时丙烷组分迁移度增大了70.13%;静置3 h的条件下,将温度由28.0℃升高至40.0℃后,丙烷的组分迁移度减小了61.25%。

目前还很少有关于CO₂跨临界喷射式制冷循环的研究。本文对CO₂跨临界喷射制冷循环建立了热力学模型,计算了在不同的冷却压力、冷却器出口温度、加热器压力、加热器出口温度及蒸发温度下,喷射器的喷射系数、跨临界喷射制冷循环性能系数(COP)和有效性能系数(COP_m)的变化趋势。结果表明:随着冷却器压力的升高,喷射器的喷射系数减小,循环的COP 和COP_m值先增大后减小,在某个冷却压力下存在最优值;提高冷却器的出口温度,循环的COP 和COP_m值均降低;提高加热器压力、加热器出口温度及蒸发温度均能增大喷射器的喷射系数和循环的COP_m值。

对封闭空间内的竖直纵向外翅片管在翅片长度、翅片夹角及基管壁温改变时的自然对流条件下的换热特性进行了三维数值研究。结果表明翅片管的单位质量散热量随翅片长度的增加而增大。在翅片长度一定时,其最大值大多出现在翅片夹角60°左右;在基管壁温升高时,对流占据比重出现极大值;在考虑翅片夹角对换热影响的基础上引入量纲1因子,依据65种算例结果拟合出竖直纵向外翅片管自然对流换热准则关系式,准则式与计算结果偏差平均为3.53%。

采用双头光纤探针法研究了倾斜对圆管内(I.D.50 mm)上升泡状流界面参数径向分布的影响。探针测量的局部界面参数包括局部空泡份额、界面面积浓度(IAC)和局部气泡通过频率。实验以空气和水为工质,表观速度分别为0.002~0.037 m·s^-1和0.072~0.569 m·s^-1;倾斜角度为5°、15°和30°。结果表明,竖直条件下界面参数呈核峰型、壁峰型、中间型及过渡型4种典型的分布。倾斜条件下大量气泡向上部聚集,界面参数分布不对称。中间宽峰向通道上部倾斜,且峰值随倾斜角度增加而增大。同时,下壁面附近峰值被削弱,甚至消失,上壁面附近峰值迅速增大。界面参数沿直径从r_i/R=-0.84到上半部分峰值处逐渐增加,且增加速率随倾斜角度增加而增大。倾斜条件下Sauter直径明显比竖直条件下大。

为了深入了解后混式高速水射流超细粉碎技术,以4种加速管管径条件下的液、气、固三相混合射流为对象,利用数值计算和粉碎实验相结合的方法,研究了多相混合射流相间的混合机理和加速特性,探讨了颗粒在加速空间中的分布规律。结果表明:水射流紊动掺气和卷吸作用是混合附加相的内在机理;混合射流对颗粒的加速存在分区,越靠近势流区冲击能量越大,优化喷嘴直径与加速管管径配置,迫使颗粒靠近或进入该区域可有效提高粉碎产率。颗粒在加速管内的空间分布为外层、内层高效加速区内含量最高,越靠近势流区颗粒含量越少,气流区内颗粒含量随加速管管径增大而增大。颗粒很难进入理想加速区,大部分仍依靠内、外层高效加速区加速。在保持自由射流流动形态的情况下,粉碎产率随加速管管径增大而下降,小管径对水射流能量和颗粒运动空间均具有更好的约束集中作用。

应用数值模拟方法研究了不同工作因数下方波冲击射流的换热及流动特性,并分析了冲击靶面换热特性的变化规律。研究了冲击靶面换热特性随Reynolds数、脉冲频率、喷嘴距冲击靶面距离与喷嘴直径之比等参数的变化规律,重点分析了不同工作因数对冲击射流滞止区域换热与流动特性的影响,并将数值计算结果与连续冲击射流、脉动冲击射流实验结果进行对比验证。计算结果表明:当工作因数为0.5与0.7时,冲击靶面滞止区域Nusselt数非常接近;当工作因数为0.5时,壁面射流区域Nusselt数比工作因数为0.7时提高了10%;工作因数为0.9时,冲击靶面Nusselt数比连续冲击射流提高3%;工作因数为0.7时,相对于工作因数为0.5、0.9及连续冲击射流时,冲击靶面滞止区域存在强烈的涡结构变化。

采用离散单元法模型对二维提升管内气固流动特性进行了数值模拟。利用标准k-ε模型模拟气相的湍流流动,考虑了颗粒间的van der Waals力和滚动摩擦的作用。通过对颗粒和气体流动行为的分析,得到了颗粒浓度、速度、温度及气体速度等的分布,研究了表观气速和颗粒循环速率对颗粒流动的影响。结果显示:颗粒在提升管内呈现边壁浓、中心稀的环核流动及上稀下浓的流动结构;气固两相都存在一定程度的返混现象;增加表观气速,使颗粒浓度降低、速度增大,颗粒分布更均匀;增加颗粒循环速率,使颗粒浓度增大,而颗粒速度对颗粒循环速率的变化不敏感,颗粒分布的不均匀性更强。模拟结果与文献中实验定性吻合。

为实现对制备聚-α-甲基苯乙烯(PAMS)空心微球的乳液微封装过程中双重乳液固化速率的调控,实验测量了不同固化工艺条件下双重乳液中油相有机溶剂氟苯向外水相的扩散速率,研究了双重乳液固化速率对最终PAMS微球球形度的影响。结果表明,改变外水相中的氟苯浓度可以控制油相溶剂氟苯向外水相扩散的速率,从而改变双重乳液的固化速率。在双重乳液固化过程的关键阶段,通过降低氟苯扩散速率来延缓双重乳液的固化速率是提高最终PAMS微球球形度的有效途径。通过优化双重乳液的固化速率,单批次PAMS微球中球形偏离度值低于1 μm的微球比例从1.9%提高到30.4%。

采用悬浆外照式光催化反应器,研究了在紫外光照下低活性颜料二氧化钛光催化降解罗丹明B的反应动力学特性。考察了二氧化钛浓度、罗丹明B浓度、紫外线波长及光强对光催化反应速率的影响,确定了适合颜料二氧化钛光催化特性评价的优化检测条件。研究表明,颜料二氧化钛光催化降解罗丹明B具有一级反应动力学特性。确定颜料二氧化钛光催化特性检测方法的优化操作条件为二氧化钛浓度约为4 g·L^-1、罗丹明B浓度为2~10 mg·L^-1、紫外光源主发射波长为254 nm。实验检测了表面包硅二氧化钛样品的光催化特性,表明该检测方法能够对颜料二氧化钛及包膜二氧化钛的光催化特性进行快速定量的评价。

以自制的大比表面介孔二氧化钛晶须作为加氢脱硫催化剂的载体,采用一步浸渍法制备了MoO₃-NiO/TiO₂催化剂,并用 X 射线衍射、N₂ 吸附-脱附、SEM、拉曼衍射等技术对载体和催化剂进行了表征,考察了TiO₂晶须材料作为二苯并噻吩(DBT)上加氢脱硫(HDS)催化剂载体的性能及优越性,并详细考察了不同TiO₂载体的晶型与比表面积对催化剂加氢脱硫反应活性的影响。结果表明,TiO₂介孔晶须具有较为活泼的锐钛矿相和晶须形貌,同时提供了大的比表面积和特殊的孔道结构,在温度280℃、氢分压2.0 MPa、氢/油体积比400、体积空速4 h^-1的温和条件下,DBT转化率即可接近100%。比表面积相近时,催化剂的脱硫效果依次为锐钛矿相>混晶>金红石相;同为锐钛矿相TiO₂载体,催化剂的脱硫效果随着比表面的增大而增加。

为研究翼型涡流发生器结构以及布置对换热面污垢的影响,对矩形通道内布置翼型涡流发生器后壁面CaCO₃析晶污垢的沉积进行了模拟。计算并分析了在温度为50℃,流速为0.2 m·s^-1,浓度为1000 mg·L^-1的CaCO₃过饱和溶液下,翼形涡流发生器的翼型、攻角和纵向间距等几何因素对表面污垢沉积的影响。结果表明:表面单位面积结垢量随着翼型涡流发生器攻角的增大而减小,随着涡流发生器列间距的增大而增大,当间距为60 mm时达到最大,超过60 mm后表面单位面积结垢量呈现下降趋势。

以短孔道介孔二氧化硅SBA-15为铀吸附剂,考察吸附时间、初始液pH、初始浓度对吸附性能的影响,并分析了吸附动力学和吸附等温线以及吸附前后红外光谱变化。结果表明,初始液pH对吸附具有重要的影响,最佳吸附的pH值为6; 吸附在30 min即可达到平衡; 当初始浓度为100 mg·L^-1时,饱和吸附量为311 mg·g^-1;吸附量随铀溶液初始浓度的增大而增大,而吸附百分数则相反;吸附等温线符合Langmuir和Freundlich吸附模型,吸附动力学符合准二级动力学方程;吸附过程中起主要作用的基团是Si—OH和Si—O—Si。

采用戊二醛交联海藻酸钠固定化的腐殖酸,制备得到多孔性薄膜(GA-HA/SA),用于去除含铀废水中的铀(Ⅵ)。通过静态吸附实验,研究了pH值、初始浓度、接触时间、温度对GA-HA/SA吸附U(Ⅵ)效果的影响,进行了吸附过程的热力学与动力学分析;通过红外光谱(FTIR)、扫描电镜(SEM)、X射线能谱(EDS)探讨了相关吸附机理。实验结果表明,pH值为6时吸附效果最好,吸附在60 min基本达到平衡。吸附过程符合Langmuir和Dubinin-Radushkevich(D-R)等温模型;25℃时,最大吸附容量为312.5 mg·g^-1。吸附动力学过程符合准二级速率方程(R² >0.99),吸附速率的控速步骤为颗粒内扩散。GA-HA/SA对U(Ⅵ)的吸附是自发的吸热反应。SEM-EDS、FTIR和D-R模型分析结果表明,与U(Ⅵ)相互作用的基团主要是羧基,且GA-HA/SA吸附U(Ⅵ)的机理表现为离子交换。

为了获得高纯产品,在制备胸腺肽α1(Tα1)工艺中分别对合成、纯化两步骤进行控制。在固相多肽合成过程中,以TBTU/HOBt/DIEA体系作为缩合试剂,在易形成α螺旋和β转角的肽序位置,通过采用HOBt/DIC补投的方法促使偶联反应完全。在分离纯化阶段,结合反相色谱和离子色谱的优势,以反相离子对液相色谱法为主要分离手段,通过多步分离实现纯化。获得的粗肽纯度为67.2%,胸腺肽α1产品纯度达99.5%以上,总收率为17.2%。此法可作为制备高纯多肽药物的有效手段。

提出一种带有中间热集成的精馏塔序列(IHISDC)的流程,针对三组元混合物分离的简单塔直接序列,对该流程进行了分析。与传统热集成精馏序列(HISDC)相比,提出的IHISDC通过中间换热器将高压塔的精馏段与低压塔的提馏段进行局部热集成,使能量集成精馏塔之间的压力差更小,进而使能耗费用下降。同时发现,IHISDC中的高压塔再沸器热负荷和低压塔冷凝器热负荷增加,由于换热器数量的增加,IHISDC的投资费用较大。为了进一步降低IHISDC的年度总费用,需要对其设计参数进行优化。

HAZOP分析的信息包括内容信息与结构信息两方面。采用基于知识本体的剧情对象模型,能够全面地表达安全评价信息的内容和结构,解决了传统HAZOP方法存在的信息隐含、信息缺失等问题。在此基础上开发的图形化剧情对象模型,有效地实现了计算机辅助自动安全评价和安全信息的传递、复查和共享。通过对实际案例的分析表明,图形化的剧情对象模型为安全评价信息的标准化奠定了基础,同时也为提高安全评价的质量和效率提供了强有力的手段。

研究了维生素C前体2-酮基-L-古龙酸(2-KGA)混菌发酵巨大芽孢杆菌(俗称大菌)与普通生酮古龙酸菌(俗称小菌)的耦合关系。经研究发现:(1)大菌通过群体感应调整自身生长行为;(2)大菌活菌代谢物及其自溶物质弥补小菌代谢缺陷促进小菌生长;(3)小菌可能通过释放溶菌酶促使大菌自溶;(4)大菌自溶释放一些蛋白酶类物质提高小菌山梨糖脱氢酶(SDH)活性从而加速产物形成。基于以上研究建立了2-KGA混菌发酵的动力学模型,并用实验数据证明了模型的有效性。

针对多工况注塑过程的在线质量预测问题,考虑了过程数据高维、耦合、非线性等特点,采用拉普拉斯特征映射(LE)方法实现过程数据的非线性降维;在低维特征空间中采用Mean Shift聚类算法完成样本的工况聚类,以便注塑过程的工况分析和知识挖掘;同时运用Mean Shift原理,提出一种新样本的在线工况识别方法;最后应用基于混合粒子群(PSO)参数寻优的偏最小二乘支持向量机(PLS-LSSVM)方法,建立了多工况注塑过程的产品质量软测量模型。实验结果表明,相较于PLS-LSSVM方法,本文方法的预测精度和泛化性能均有明显提高,可为实际注塑企业提供一种效果良好的多工况产品质量在线预测方法。

综合了夹点规则、排序思路等经验,提出了基于经验规则的数学规划法来快速设计多杂质用水网络。由于获取准确的用水过程顺序是剔除一些不必要流股、简化用水网络数学模型的关键,因此,基于对用水过程极限数据的分析和对用水过程的理解,提出了用水过程供水和受水的排序方法,并设定必要的水夹点规则、序列和逼近规则、混合规则以剔除不必要的水网络结构,达到简化模型、降低网络结构维数的目的,最后在LINGO软件上编写程序进行求解。通过三实例分析得知,设定经验规则后能够有效地降低模型规模、减少模型的非线性变量数、缩短模型的求解时间,并能够得到最优的设计方案。

采用循环伏安法和计时电量法等测试方法,以玻碳(GC)电极为工作电极,研究了O,O-二丁基二硫代磷酸锌(ZBPD)在含0.5 mol·L^-1 LiClO₄的N,N-二甲基甲酰胺(DMF)水溶液(体积比9:1)中的电化学行为,并探讨了温度、扫描速率和底物浓度等因素对其电化学特性的影响。实验结果表明,ZBPD在GC电极表面的电氧化反应是受扩散控制的不可逆过程。估算了不同温度下ZBPD在DMF水溶液中的扩散系数D,进而求得其扩散活化能E_a约为29.52 kJ·mol^-1。

采用浸没沉淀相转化法,以聚酯(PET)无纺布为底膜,在其上涂覆聚偏氟乙烯(PVDF)制备复合隔膜,应用于动力锂离子二次电池隔膜。将制备的复合隔膜与Celgard隔膜进行了孔结构分析、电化学性质、热性能等理化性质及电池性能检测对比。结果显示,复合隔膜孔径尺寸较大且分布均一,孔隙率达到48.5%,可以承受250.8℃的高温,离子电导率达0.346 mS·cm^-1,使用该隔膜的锂离子电池具有很好的倍率特性,初次放电容量达48.7 mA·h,循环100次后仍保持77.9%的容量,其性能与市售Celgard隔膜基本相当,能满足实际应用的要求。

利用密度泛函理论方法研究了3种吡啶类缓蚀剂分子(吡啶、3-甲基吡啶和4-甲基吡啶)的反应活性及溶剂条件下在Al(111)表面的吸附行为。分子反应活性的量化计算结果表明,3种缓蚀剂分子的前线轨道均分布在吡啶环上,亲核和亲电活性中心均位于吡啶环的N原子上。分子与Al表面吸附的量化计算结果表明,3种分子均能与Al(111)面发生化学吸附,吸附强度顺序与实验测得的缓蚀效率顺序相一致,且缓蚀剂分子与Al(111)面的相互作用是由成键原子的轨道杂化所致。此外,3-甲基吡啶和4-甲基吡啶两个分子还能平行于Al(111)面发生物理吸附。

在高压釜中研究了电石与甲醇、乙醇和异丙醇的反应行为及反应温度、反应时间和催化剂对产物的影响,通过设计对比实验,探索了电石与醇的反应途径。结果表明,电石与醇的反应产物包括乙炔、乙烯基醚、醇钙和醇钙分解产生的醇。乙烯基醚的生成途径除了文献报道的电石与醇的直接反应外,还包括电石与醇反应生成醇钙和乙炔、乙炔再与醇反应形成乙烯基醚的两步机理。

煤气的高温脱硫净化是 IGCC 和 DRI 生产的瓶颈,直接影响整个过程的热效率。在50℃、pH值约为9的条件下采用硝酸锰、硝酸铝混合溶液与氨水进行共沉淀,制备了锰含量不同的脱硫剂,在固定床反应器中考察了脱硫剂的硫化及再生性能,并利用XRD、SEM、BET等手段表征了脱硫剂在硫化/再生过程中的物相和结构变化。共沉淀法制备的脱硫剂Mn/Al分散性好,在850℃高温下进行脱硫反应可以定量快速进行。脱硫硫容与脱硫剂锰含量呈正比,Mn-S/Mn-O交换原子比在0.90~0.95之间,改变空速和进口H₂S含量并不改变脱硫硫容。采用O₂浓度为3%的稀释空气在850℃下再生,再生后的硫容稳定,说明所制备的脱硫剂可用于高温可再生脱硫。

以水蒸气作为气化/流化介质,在流化床中研究了两种铁基复合载氧体的化学链气化反应特性及循环特性,并对气化过程中的反应机理、动力学方程进行了推断。结果表明:温度为920℃时,添加不同修饰物的铁基复合载氧体与煤焦气化的反应活性依次为Fe4Al6K1>Fe4Al6>Fe4Al6Ni1。在多次循环实验过程中,合成气成分保持稳定,表明Fe4Al6K1复合载氧体循环特性良好。XRD谱图分析表明,六次氧化还原实验后的铁基载氧体氧化态仍为Fe₂O₃。K⁺主要以铁酸钾形态存在,该结构有利于促进化学链气化反应。利用高斯函数对气化反应速率进行了峰拟合,拟合结果表明化学链气化主要分为3个阶段:化学链作用阶段、煤气化阶段以及Fe₃O₄向FeO转变的气化阶段。

利用一维火焰炉对不同富氧条件下的煤粉气流着火燃烧特性进行了研究,得到了富氧条件下煤粉气流的着火性能变化规律。研究结果表明:随着助燃气体氧浓度的提高,各煤样的着火温度均大幅下降,其中低挥发分煤种在着火方面对富氧条件的改善更为敏感,即富氧条件的改善可减弱煤种间着火性能方面的差异性;随着氧浓度的提高,煤粉气流的着火方式明显从均相着火向非均相着火转变,其中燃用褐煤时发生着火方式转变所对应的氧浓度为50%~60%,燃用烟煤时约为40%,燃用贫煤和无烟煤时都约为30%;对于烟煤和褐煤,随着氧浓度的提高,对应的最佳煤粉浓度值先增大后减小,而对于贫煤和无烟煤,由于其在整个实验氧浓度范围内基本上都以"非均相着火"为主,因此随着氧浓度的提高,对应的最佳煤粉浓度的值基本上呈缓慢下降的趋势。

用直接沉淀法制备了负载型CuO/ATP常温脱硫剂,用TEM、XRD对CuO/ATP进行了表征,并从扩散及热力学角度分析了焙烧温度、负载量、流速、硫化温度对H₂S吸附性能的影响。结果表明,CuO分散在ATP表面,而其分散状态取决于焙烧温度和负载量。焙烧温度过高或负载量过高都将导致CuO的分散性变差,降低气体在脱硫剂中的扩散速率,使得脱硫剂的活性降低。降低流速可使脱硫剂的利用率达到97%,而降低硫化温度至0℃时,脱硫剂性能仍然表现良好,硫容达到了33.17%。

制备了具有工业应用价值的V₂O₅/TiO₂负载WO₃与MoO₃的蜂窝状SCR催化剂,并在某燃煤电厂烟气环境下,对其催化性能进行了测试,结果表明:增大催化剂体积能够提高脱硝效率,但活性增量逐步下降,当脱硝效率达到80%以上时,继续增大催化剂体积其活性提高不显著。催化剂的脱硝活性随着积灰时间的延长而降低,脱硝系统运行4 h后,催化剂脱硝活性减少9.4%。在燃煤电厂尾气飞灰浓度约为0.031 kg·m^-3环境下,为满足尾气中NO_x浓度排放要求(<200 mg·m^-3),每连续运行6 h需进行一次吹灰。催化剂的脱硝性能随着运行时间的延长,先急剧下降,后缓慢降低。在连续运行48~168 h范围内,脱硝活性下降值小于1%,SO₂氧化率下降值小于0.1%。在12个月内,平均每连续运行700 h,脱硝活性降低1%。

应用硫酸-盐酸混酸浸出回收硫铁矿烧渣中的铁,探讨了主要因素对铁浸取率的影响,确定了最佳浸取条件。结果表明,各因素对铁浸取率影响的显著性为:硫酸浓度>盐酸用量>浸取时间>硫酸过量系数;提高反应体系温度,增加盐酸用量均能提高铁的浸取率,而硫酸浓度、反应时间以及硫酸过量系数对铁浸取率存在最佳值。在反应体系沸腾温度为118~125℃,浸取时间为3 h,硫酸浓度为50%~60%,盐酸用量为0.25ml·(g烧渣)^-1,硫酸过量系数为1.2的条件下,硫酸烧渣中铁的浸取率达到93.1%,明显高于单一酸的浸取率,提高了铁的资源综合利用率。

采用水热炭化法将市政污泥与印染污泥在不同的水热温度下制备成生物炭,并着重分析了污泥生物炭的碳固定指标与水热温度的关系。结果表明,污泥泥质和水热温度对生物炭碳固定特性影响明显。市政污泥的水热炭化以脱羧为主,而印染污泥则以脱水为主。随着水热温度升高,两种生物炭中碳元素含量、炭产率和碳回收率均下降,但市政污泥生物炭中稳定碳的含量及其产率增加,稳定性提高,而印染污泥则呈现相反的变化趋势。这一结果指出,市政污泥生物炭的碳固定性能明显优于印染污泥,并且应进一步研究不同污泥泥质特征与炭化碳固定效果的关系。

研究了电导率变化与离子强度及其厌氧氨氧化(ANAMMOX)过程性能的关系,结果表明:电导率与模拟废水离子强度近似呈正比,与主要成分浓度之间存在着显著的线性关系;电导率变化与ANAMMOX过程性能变化具有很好一致性;电导率能反映ANAMMOX工艺容积负荷与容积氮去除速率、进水浓度与出水浓度的大小。电导率可用于指示ANAMMOX过程性能的变化,也可用于辅助ANAMMOX的过程控制。

采用SBR缺氧/好氧反应工艺,研究了不同苯酚浓度对脱氮过程中亚硝积累与污泥性能的影响。结果表明,苯酚浓度在0~90 mg·L^-1变化时系统出现2次明显亚硝酸盐积累,最终稳定维持在70%±5%,低浓度(0~30 mg·L^-1)系统亚硝酸盐积累恢复是微生物改变自身结构及分泌胞外聚合物导致;高浓度(60~90 mg·L^-1)苯酚条件下亚硝积累是由于苯酚对AOB(ammonia-oxidizing bacteria,氨氮氧化细菌)和NOB(nitrite-oxidizing bacteria,亚硝酸氧化细菌)抑制作用引起的微生物种群改变形成。氨氮氧化速率和氮氧化物生成速率由10.85 mg N·(g MLSS)^-1·h^-1和10.12 mg N·(g MLSS)^-1·h^-1降低至2.79 mg N·(g MLSS)^-1·h^-1和2.32 mg N·(g MLSS)^-1·h^-1,亚硝酸盐积累率和氮氧化物生成速率呈现负相关性,与苯酚浓度呈正相关;荧光原位杂交表明苯酚的抑制使得硝化菌群结构发生了变化,AOB 相对数量由2.80%增加为9.30%。苯酚的可降解性使得系统污泥浓度由2500 mg·L^-1左右上升至5870 mg·L^-1。当EPS(extracellular polymeric substances,胞外聚合物)总量由67.20 mg·(g VSS)^-1减少至32.10 mg·(g VSS)^-1时,SVI从165 ml·g^-1降到50 ml·g^-1。亚硝酸盐积累、丝状菌和胞外聚合物是引起活性污泥系统SVI变化的原因,其中NAR影响最大,丝状菌次之。

采用厌氧复合床(UBF)处理模拟焦化废水,进水中投加NaNO₃模拟硝化液回流,实现了同时反硝化/产甲烷,COD去除率达到94%,NO₃^--N去除率达到99%。取复合床下部污泥做反硝化动力学研究,在存在亚硝酸盐积累的情况下,以NO₃^--N+0.6NO₂^--N作为反硝化电子受体,采用双基质的Monod方程对实验数据进行拟合,拟合曲线与实验测定值相关性良好。其次,采用双基质的Monod微分方程组对NO₃^--N和NO₂^--N的浓度变化进行拟合,得到相关参数:硝态氮的最大比降解速率和半饱和常数分别为1.13 d^-1和2.0 mg·L^-1;亚硝态氮的最大比降解速率和半饱和常数分别为0.66 d^-1和2.5 mg·L^-1,基于硝态氮和亚硝态氮的有机物半饱和常数分别为90.8 mg·L^-1和96.8 mg·L^-1。

采用间歇式水热预处理装置,研究了水热预处理用于竹子的酶解规律,探讨了不同温度、处理时间、纤维素酶添加量及原料种类对促进竹子酶解的效果及其影响。结果表明水热预处理能显著提升竹子的酶解率,在优化条件190℃、10 min水热预处理,添加15 FPU·(g葡聚糖)^-1纤维素酶,72 h葡聚糖与木聚糖酶解率分别为74.3%、54.0%,提高到原来的3.5倍和4.7倍。过高的预处理温度与过长的预处理时间都将导致木糖大量降解和部分葡萄糖降解,使单糖总量下降。纤维素酶的添加量从15 FPU·(g 葡聚糖)^-1提高到60 FPU·(g 葡聚糖)^-1,可使未作预处理和水热预处理竹子的总糖回收率分别提高21.5%和9.9%,其促进酶解的作用远低于预处理的效果,通过预处理增大酶的可及性是提高酶解率的关键。水热预处理对于生物质原料具有选择性,不同的竹子原料具有显著不同的效果。

以NH₃以及3% H₂O增湿的H₂、CH₄、C₃H₈和煤炭地下气化(underground coal gasification,UCG)气为燃料,用最小Gibbs自由能法计算平衡气体组分和理论电池电动势,并测试在NiO-GDC‖GDC‖Ba_0.9Co_0.7Fe_0.2Nb_0.1O_3-δ(B_0.9CFN)阳极支撑固体氧化物燃料电池(SOFC)中的电池开路电压、电池性能和长期稳定性。结果表明,以上述气体作燃料的SOFC热力学计算理论电动势均高于1.05 V,而由于GDC电解质在还原气氛下存在电子电导,导致碳氢燃料在NiO-GDC‖GDC‖B_0.9CFN阳极支撑电池中的开路电压略小。中低温下,碳氢燃料相对缓慢的动力学过程和GDC电解质快速的氧离子传输速率,使得以UCG气、CH₄和C₃H₈为燃料的电池实际积炭比理论预测少。以UCG气为燃料的SOFC在500、550、600和650℃的最高功率密度分别高达0.151、0.299、0.537和0.729 W·cm^-2,在0.6 V恒压放电120 h后性能没有明显衰减,且阳极表面无积炭产生,表明直接UCG气SOFC具有广阔的应用前景。

以聚己二酸1,4-丁二醇酯(PBA)、六亚甲基二异氰酸酯(HDI)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)为主要原料,以混合的乙二胺基乙磺酸钠(AAS)和二羟甲基丙酸(DMPA)为亲水性扩链剂,通过丙酮法合成了固含量为50%的磺酸/羧酸盐型水性聚氨酯(WPU)乳液。采用DSC、XRD、透光率等测试技术表征了AAS/DMPA摩尔比对WPU胶膜结晶性的影响,并从吸水率和热失重两个方面分析了结晶性对胶膜耐水性和耐热性的影响。研究结果表明,随着AAS/DMPA摩尔比的增大,WPU胶膜的结晶性提高,胶膜的耐水性和耐热性在一定程度上得到了改善。

以凹凸棒石(ATP)为载体,Ce(NO₃)₃·6H₂O和Ti(OBu)₄为原料,冰醋酸为抑制剂,采用溶胶-凝胶法制备CeO₂-TiO₂/ATP纳米复合材料。利用TG-DSC、TEM、XRD和N₂吸附/脱附仪对复合材料进行表征,考察铈钛摩尔比对所制备样品催化降解罗丹明B溶液性能的影响。结果表明,当Ce/Ti≥5/5时,具有立方萤石结构的氧化物颗粒以固溶体形式均匀分布在ATP表面,颗粒尺寸约5~10 nm;随Ti⁴⁺的进一步增加,样品中的CeO₂结晶不完全;当Ce/Ti<3/7时,样品中出现锐钛矿型TiO₂的分离相。适量的Ti⁴⁺掺杂能促进CeO₂产生较多的结构缺陷,有利于增加晶格氧空位的浓度,提高样品的催化活性。对罗丹明B的催化降解实验表明,当Ce/Ti=5/5时,样品的催化性能较好,对罗丹明B溶液的化学需氧量(COD)去除率可达96%以上。

采用烯丙基聚乙二醇单醚APEO10为原料制备了大分子单体磺酸盐封端聚醚APES10和羧酸盐封端聚醚APEC10并分别与小分子单体丙烯酸AA聚合生成两种聚羧酸类阻垢剂AA/APES10和AA/APEC10,用红外光谱、核磁共振对其结构进行了表征。实验确定了聚合反应单体最佳质量比为m(APES10):m(AA)=1:1,m(APEC10):m(AA)=2:3。通过静态阻垢实验对比了两种聚合物的阻磷酸钙垢性能。结果表明,合成的两种阻垢剂AA/APES10和AA/APEC10在临界值6 mg·L^-1时阻磷酸钙垢率分别为92%、100%,但羧酸盐封端聚醚大单体合成的阻垢剂AA/APEC10阻磷酸钙垢能力优于磺酸盐封端聚醚大单体合成的阻垢剂,且聚合物AA/APEC10只含碳、氢、氧、钠4种元素,无氮、磷污染,可以充当循环水用环保型阻磷酸钙垢阻垢剂。

采用颗粒堆积法,以石英砂为骨料,甲基纤维素为黏结剂干压成型后,在1300℃保温1 h烧结制备得到SiO₂多孔陶瓷样品。通过对样品吸波性能的测试,发现样品的吸波带较宽达到9 GHz,反射率约-3 dB。经过浸渍氧化石墨烯后,样品的吸波性能发生较大改变。在氧化石墨烯质量分数为0.004%时,由于氧化石墨烯的涡流损耗,样品的吸波性能较纯SiO₂多孔陶瓷样品的吸波性能提高75%,反射率达到-5 dB。过量的氧化石墨烯使多孔陶瓷样品呈现出对电磁波的全反射。