采用Gibbs系综Monte Carlo方法,对TraPPE-UA力场中缺失的烯醛类力场参数进行了补充和验证,为模拟含烯醛体系汽液相平衡奠定基础。分别使用B3LYP 6-311G (d, p)和MP2 6-31G (d, p)方法计算了丁烯醛分子中缺失的键参数、二面角扭转项参数。采用构建的丁烯醛分子的TraPPE-UA力场参数,分别计算了丁烯醛纯组分、丁烯醛与乙醛二元体系的汽液相平衡数据,并将模拟结果与实验值进行比较。丁烯醛纯物质模拟结果与实验数据相比液相密度偏差为0.28%～1.23%,模拟结果表明构建的TraPPE-UA力场对丁烯醛分子具有较高的模拟精度。丁烯醛与乙醛二元体系的模拟结果与实验数据相比最小误差为0.13%,但随着温度上升有增大趋势,最大误差为7.44%。

采用VOF模型对十字交叉微通道内微液滴的生成进行三维数值模拟,获得了拉伸挤压、滴状剪切、单分散射流等单分散微液滴的生成机制以及紊乱射流、节状形变流、管状流和滑移流等两相流型,模拟与实验结果相吻合验证了模拟的有效性。液液两相流型主要受两相流速、两相界面张力以及连续相黏度的影响,发现随着连续相的流量增大,微液滴的生成尺寸减小,生成频率增大;而离散相流量的影响则相反。两相表面张力与连续相黏度分别在低连续相Ca数和高连续相Ca数条件下分别起主导作用。在低连续相Ca数(U_d<0.03 m·s^-1)的拉伸挤压和滴状剪切流流型下,微液滴生成尺寸随着表面张力系数的减小而减小,在射流条件下反而增大,微液滴的生成频率变化则相反。在高连续相Ca数(U_d>0.03 m·s^-1)下,微液滴的生成尺寸随着连续相黏度的增大而减小,微液滴的生成频率变化则相反。另外,壁面接触角在拉伸挤压流型下对微液滴生成无太大影响,但在滴状剪切和单分散射流流型下,接触角减小会导致微液滴无法稳定生成。

对水力喷射空气旋流器(WSA)的中心排气管直径D_e和排气管插入深度S进行了设计优化研究,实验考察了不同D_e和S对WSA脱氨传质系数K_La和气相压降的影响,提出了综合评价传质过程效率的概念——单位压降传质效率η_p,讨论了D_e和S的设计取值。研究表明,当D_e增大时,K_La和气相压降均随之降低,较小D_e的WSA具有较高的气液传质性能,但气相压降比较大,而K_La和气相压降均随S增大而增大。综合能效关系表明,随着D_e的增大η_p增大,随着S的增大η_p出现先增大后降低的趋势,WSA设计中D_e与WSA直径D之比D_e/D宜为0.42～0.53,S与WSA筒体长度H之比S/H适宜取值约为0.70。

实验研究了湿空气在泡沫金属内流动析湿过程的换热和压降特性,分析了不同因素的影响规律。研究结果表明:随着入口空气相对湿度的增大,凝结水增多,使泡沫金属的换热量和压降均增大;当入口相对湿度从50%增大到90%时,换热量和压降最大增加了67%和62%;随着入口空气温度的升高,泡沫金属换热量和压降增大;随着冷却水温度的升高,泡沫金属的换热量和压降均下降;随着孔密度的增大,压降增大,但由于受到凝结水影响,总换热量会先减小后略有增大;泡沫金属的迎风高度越大,总换热量和压降越大。

研究粉煤密相气力输送系统高压、高浓度煤粉通过不同节流比(0.44、0.55、0.7)、收缩角(2.5°、5°、9°)、扩张角(2.5°、8°、13°)、喉段长度(23d、43d、80d)的文丘里管的流动特征和压差特性。结果表明,不同结构参数的文丘里管的量纲1化压力分布趋势一致,但程度不一。其中节流比影响最为显著,并最直接地影响煤粉流经文丘里管的压差。节流比越小,总压差越大,扩张段压差显著增大。其他结构参数在各自的结构序列下主要改变文丘里管内压力分布,而对总压差改变不大。2.5°收缩角的收缩段压差最大,高浓度体系下5°和9°收缩角的收缩段压差差别不大。80d喉段长度的喉段压差最大。8°扩张角的扩张段压差最小。引入固相动量通量,获得本系统内煤粉流经文丘里管的压降经验方程,大部分实验点的计算偏差在30%以内,方程计算效果较好。

采用复合水平集法和流体体积法建立液滴冲击球形凹曲面的数值模型,通过分析计算结果揭示了液滴撞壁流动及破碎机制。研究表明:液滴的撞壁特性与液滴碰撞速度密切相关;液滴凹曲面撞壁与平面撞壁相比,铺展系数较小,回弹射流出现时间超前,回弹射流速度较大。量纲1分析得出:液滴的最大铺展系数和相对最大铺展速度与Reynolds数近似幂递增,液滴的相对最大射流长度与Reynolds数近似对数递增,液滴的相对最大射流速度与Reynolds数近似幂递减。对比分析现有液滴撞壁最大铺展系数理论解析模型,提出了液滴凹曲面撞壁最大铺展系数解析模型的发展方向。

针对二氧化碳作为制冷剂在微细通道内两相流沸腾换热进行了实验与理论研究,采用红外成像观测与传热系数实验研究,定量与定性地分析了热通量2～35 kW·m^-2,饱和温度-10～10℃工况时,内径为1、2、3 mm圆管内的传热系数。实验结果表明:当质量流率增加时干涸起始干度逐渐降低,当质量流率小于临界值时,干涸现象结束之后,传热系数随着质量流率增加基本维持不变,而当质量流率大于临界值时,干涸现象结束之后,随着质量流率增加传热系数相应增加;随着管径增加,干涸发生的质量流率越小,临界热通量越大,同时管径越小传热系数越高。

采用分子动力学模拟方法系统研究了宽广的温度和压力范围内N-甲基甲酰胺的密度、自扩散系数和结构性质。结果表明,自扩散系数的模拟值与文献实验值吻合得很好,平均相对误差为7.3%。N-甲基甲酰胺中的氧原子与氨基上的氢原子形成强烈的氢键,而氧原子与羰基上的氢原子的相互作用很弱。自扩散系数和径向分布函数都是受温度的影响比受压力的影响更明显。

结合逾渗理论和网格模型,建立了过滤系数与过滤介质孔径分布的联系方程。利用此方程结合过滤实验数据获得过滤介质孔径分布的统计参数,同时与其他方法获得孔径分布参数以及其他文献中的数据进行比较,并利用计算机模拟过滤过程验证了获得的孔径分布参数,结果表明基于逾渗理论的过滤模型用于孔径分布参数的估计是比较准确和有效的。

针对循环流化床提升管出口T形弯头,以FCC催化剂颗粒为物料,采用动态压力传感器,对T形弯头内的气固两相流的动态压力进行了实验测量,以此分析T形弯头内动态压力的特性。实验结果表明,由于在T形弯头盲管处颗粒折返造成的冲击,形成了一个压力脉动源。小波分析表明T形弯头处的压力脉动主频来自盲管内,而次频能量所占比例随着颗粒质量流率增加而加大。T形弯头内的动态压力的标准偏差与颗粒质量流率呈线性关系,可以用于表征循环流化床内的颗粒质量流率。

采用向改性有机硅稀溶液中加入2%全氟辛基氟硅烷以及微纳米粒子的方法制备疏水液,通过改变微纳米粒子添加量调控疏水液固化成涂层后的表观接触角,紫铜叉排排列微柱群表面经不同疏水液处理后接触角分别为99.5°、119.5°和151.5°(水为工质),并测试流道内流动阻力和压力降。实验结果表明,相同Reynolds数(Re)下流道内摩擦因子(f)比疏水处理前有明显下降,主要是由于疏水性界面的张力作用所致;相同Re下,接触角越大,疏水涂层双重结构中微纳米凸起间距越小,去离子水与空气接触面增大,使得摩擦因子减小;随Re增加,3种涂层实验段内的减阻率均不断降低。

研究了非催化条件下异丙苯(IPB)液相氧化主副反应动力学,包括主要副产物α-甲基苄醇(MBA)和苯乙酮(ACP)生成规律以及重要链终止产物ROOR (DCP)的分解反应路径。基于烃类链式自由基反应机理,建立了包含反应物IPB、主产物过氧化氢异丙苯(IPBHP)、副产物MBA、ACP以及链终止产物DCP的反应动力学模型。动力学模型预测结果与实验数据吻合良好。通过对373～404 K下实验数据的拟合,得到了不同温度下各基元反应速率常数和活化能。模拟计算表明,两个副反应活化能均大于主反应;链终止产物DCP的分解反应通过氧气的参与进行。研究结果可为异丙苯液相氧化工业反应过程的设计和优化提供基础参数,并且有利于深化对烷基芳烃液相氧化反应机理的认识。

利用微型流化床反应分析仪(MFBRA)和热重分析仪(TGA)比较煤焦与CO₂的非等温气化反应特性,并利用单一升温速率法和组合升温速率法计算反应动力学数据。结果表明:升温速率对半焦非等温气化过程有重要影响,随着升温速率的增大,起始反应温度和最大反应速率对应的气化温度增加,同一气化温度下的碳转化率降低,而且利用单一升温速率法求取气化反应的活化能逐渐减小。与TGA相比,同一升温速率下,MFBRA中半焦气化反应的起始反应温度和最大反应速率对应的反应温度明显较小,而且升温速率越大差异越显著。无论是单一升温速率法(升温速率≥5℃·min^-1)还是组合升温速率法,TGA测得的动力学数据均明显小于MFBRA测得的动力学数据。高升温速率下(升温速率≥5℃·min^-1)半焦在TGA和MFBRA中非等温气化行为和动力学数据的差异很可能与MFBRA内较好的热量传递和受扩散的抑制作用较小有关。

使用5-氟尿嘧啶(5-FU)和三氯氧磷(POCl₃)作为原料、N,N-二甲基苯胺(DMA)作为缚酸剂合成2,4-二氯-5-氟嘧啶,系统研究了5-FU与POCl₃的摩尔比、5-FU与DMA的摩尔比、反应温度和反应时间对反应收率的影响,简要阐述该反应机理。反应结束后,向废液中加入NaOH固体对废液进行处理,探讨DMA的回收率和副产物磷酸氢二钠的收率与pH的关系。结果表明,在工艺参数为5-FU与POCl₃的摩尔比为1:10、5-FU与DMA的摩尔比为1:1.5、回流温度114℃、回流时间2 h时,2,4-二氯-5-氟嘧啶的收率为92.2%;通过加入NaOH固体将废液pH调至7,DMA的回收率和副产物磷酸氢二钠的收率都为最大值。

AlCl₃催化(CH₃)₃SiCl和SiCl₄的歧化反应体系中可能存在(CH₃)₃SiCl与SiCl₄生成(CH₃)₂SiCl₂与CH₃SiCl₃(反应1),(CH₃)₂SiCl₂与SiCl₄生成CH₃SiCl₃(反应2)和(CH₃)₃SiCl与CH₃SiCl₃生成(CH₃)₂SiCl₂(反应3)等反应。本文采用密度泛函理论对这3种反应进行了研究。结果发现在AlCl₃ 催化剂上,可能发生CH₃AlCl₂中间体生成的分步反应和反应物共吸附反应,对两种情况下3种反应的反应路径均进行了计算,发现3种反应均偏向于以双分子共吸附机理进行。3种反应的能垒排序是反应2 >反应1 >反应3。同时,热力学数据分析发现,在543.15～593.15 K之间,温度变化对反应2的摩尔Gibbs反应能变基本无影响,但在593.15 K时,反应1和反应3的Gibbs自由能变显著减小。这些计算结果显示,如果适当调控反应温度,就能够在保证反应1和3进行的同时,抑制反应2的进行,从而实现歧化产物组成的调控,有利于(CH₃)₂SiCl₂的生成。

采用浸渍法制备了Au/MOF-5催化剂,用X射线衍射(XRD)、N₂物理吸附、红外光谱(IR)、热重分析(TG-DTA)、电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)和透射电镜(TEM)对催化剂进行表征,并探索其在醛、炔和胺三组分(A³)偶联反应中的催化性能。实验结果表明:Au/MOF-5对醛、炔和胺三组分偶联反应具有较好的催化活性,而且对产物炔丙基胺的选择性为100%。Au/MOF-5对反应底物具有较宽的适用范围,对于芳香醛和脂肪醛、二级胺和N-烷基取代苯胺、芳香炔和脂肪炔均具有较好的催化活性,而且对于吸电子芳香醛的催化活性大于供电子芳香醛。Au/MOF-5可以循环使用至少3次,催化活性变化不大。

水合物技术应用于低沸点气体混合物分离的优势在于其可在0℃左右操作,因此可极大地降低制冷所消耗的能量。由于此分离方法尚处在理论研究阶段,还不能实现工业化,因此对操作流程模拟计算的研究很有必要。采用非平衡级法(速率法)对水合塔-吸收塔串联操作流程进行了模拟计算,其中涉及水合物生成动力学模型、水合物分解动力学模型以及混合气体在乳液相的吸收传质动力学模型。探讨了两个串联分离塔操作参数,如温度、压力等,对分离效率的影响,所得结果对水合物技术分离低沸点气体混合物流程的设计有重要意义,同时也可为以后的工业化奠定一定的理论基础。

以氨基酸离子液体和乙醇胺混合水溶液为吸收剂研究逆流气体对竖直平板降膜流型转换的影响,考察了3种流型下液体流量和入口温度、气体流量和进口CO₂浓度对CO₂吸收性能的影响。结果表明:随着液体流量的增加,液膜呈现溪流、片状流和完整流3种流型,降膜流型转换临界流量随逆流气体流量增大而增加;溪流和片状流时CO₂吸收速率随液体流量的增加而增加,但在完整流条件下基本不变;完整流下具有较高的CO₂吸收速率,然而溪流下的液相传质系数最高。

用直接接触膜蒸馏处理高浓度的KCl和MgCl₂溶液,考察了盐水浓度(1.0～4.0 mol·L^-1)、循环流速(0.1～0.5 m·s^-1)对膜蒸馏性能的影响;结果表明:随着盐水浓度的升高,膜通量下降,这是由于盐溶液的蒸汽压(即溶液中水的活度)下降的缘故;当浓度超过3.0 mol·L^-1时,MgCl₂溶液的膜通量出现负值,这主要归结为MgCl₂溶液低的水的活度和高黏度的协同影响;提高循环流速,膜通量增大,尤其对高黏度的盐水(即MgCl₂溶液),增大流速对减少温度和浓度极化的影响更加有效。利用膜蒸馏-结晶耦合技术和间歇式操作,从高浓度KCl-MgCl₂-H₂O溶液中回收纯水和KCl结晶产品,考察了不同冷却方式对溶液过饱和度、KCl晶体形貌、粒度和粒度分布的影响。结果表明,自然冷却有利于形成形貌规整、粒度分布相对集中的结晶产品;在KCl降温过程中,自然冷却过程中的最大过冷度比快速降温过程小,从而有效地控制晶核形成的数量和晶体的生长速率。

乙醇胺(MEA)溶液对CO₂等酸性气体具有良好的吸收效果,在气体分离与净化等领域有较好的应用前景。通过酸度计对MEA水溶液吸收CO₂过程中pH的变化进行实时监测,综合考虑了溶液浓度、原料气流量、温度对反应速率的影响,引入描述吸收性能的比催化活性概念。实验结果表明:随着溶液浓度增加,pH下降速率不断降低,饱和时间逐渐延长,饱和状态的pH不断提高;随着CO₂进气流量的增加,溶液pH下降速率逐渐提高并最终保持不变,溶液饱和时间逐渐缩短,饱和状态的pH随着流量的增加先降低后升高,在70 ml·min^-1进气流量下pH达到最低;随着溶液温度升高,pH下降速率先增加最终趋于稳定,饱和时间逐渐缩短最终趋于一致。该法操作简单,监测准确,并可以为CO₂吸收液的研发提供参考。

为了提高壳聚糖(CS)吸附重金属的能力,对表面含有氨基乙酸基团的新型多胺羧甲基壳聚糖(CTGCS)进行了合成研究。其合成过程为:以CS为原料,通过戊二醛交联得到壳聚糖树脂(GCS),再经四乙烯五胺改性,得到多胺壳聚糖树脂(TGCS),最后采用一氯乙酸进行修饰,得到了目标产物(CTGCS)。通过对CS、GCS、TGCS和CTGCS进行红外光谱和XPS分析,对合成过程进行了分析。吸附结果表明,CTGCS对Ni²⁺的吸附规律符合Freundlich 等温式模型,吸附过程符合拟二级动力学模型,最大平衡吸附量为533.8 mg·g^-1,比TGCS的吸附量增加了1.5倍。

对一种新开发的导向格栅规整填料萃取塔的水力学特性和传质性能进行了系统的实验研究。结果表明,新型导向格栅填料萃取塔的通量比传统萃取塔有了大幅度的提高,当流速比L_R(分散相:连续相)为1:5时,液泛通量达到150 m³·m^-2·h^-1。该填料萃取塔同时具有较好的传质性能,在石油炼制溶剂脱沥青、煤化工废水萃取脱酚等工业过程有良好的应用前景。

提出了基于稀疏性非负矩阵分解(SNMF)的故障监测方法。非负矩阵分解(NMF)是一种新的降维方法,可以得到原始数据的低秩近似矩阵。与传统的多元统计过程监控方法如主成分分析(PCA)相比,NMF对潜变量的性质没有假设,除了非负性的要求。将稀疏编码和非负矩阵分解方法结合在一起,因为施加了稀疏性的约束,稀疏性非负矩阵分解方法可以得到对数据更稀疏的表示。在分解时对低秩近似矩阵进行正交化处理,从而在降维时除去变量中的冗余信息,将信息集中到更少的投影方向上。然后,用SNMF方法来提取过程的潜变量,并定义新的监测指标来进行故障监测。使用核密度估计(KDE)方法来计算新定义的监测指标的控制上限。最后,将提出的基于SNMF的监测方法应用于TE过程来评估其监测性能,并与基于传统NMF和PCA的方法进行比较。仿真实验结果表明了所提出新方法的可行性。

铜电解过程中,为了实现阴极棒“烧板”故障的自动诊断和电流分布的实时监测。提出依据红外成像原理,采用红外相机拍摄铜电解槽槽面图像,提取处理后图像阴极棒部位灰度值,结合现场试验建立灰度值与物体表面温度的数学模型,进而求出阴极棒表面温度。其次,应用偏最小二乘法(PLS)分区建立阴极棒表面温度与电流之间的数学模型,整合后得出阴极棒中电流的平方值与阴极棒表面温度、阴极棒坐标点和环境温度为拟线性关系。依据模型导出的阴极棒电流与现场实测电流对比表明:该方法能较准确地测量阴极棒中电流,实现了铜电解过程阴极棒中电流分布的实时监测。此外,能准确自动诊断出发生“烧板”故障的阴极棒,通过阴极棒中电流的监控也能对“烧板”故障进行预测,实现了“烧板”故障的自动诊断。从而降低了阴极棒“烧板”故障的发生,为企业带来了良好的经济效益。

传感器是制冷空调系统的重要组成部分,起着测量数据和监控状态的作用。传感器故障,尤其是输出偏差会引起测量值不准,影响控制策略,导致系统能耗增加。依据模式识别理论,故障检测可处理为一种单分类问题。据此采用一种单分类模式识别工具——支持向量数据描述(SVDD),针对冷水机组进行了偏差故障条件下的传感器故障检测工作。收集冷水机组实测正常运行数据,基于训练集建立SVDD模型,进行冷水机组传感器故障检测;在测试集中引入不同幅值水平的偏差故障,分析检测效率。结果表明:基于SVDD的冷水机组传感器故障检测效果明显,但对于不同传感器的不同幅值偏差故障,故障识别程度并不一致。

板翅式换热器入口位置纵向方向上的流体分布不均匀问题影响不同层之间流体传热。目前已有的导流结构采用试验方式确定部分参数,缺乏对导流结构参数优化。本文提出板翅换热器导流结构多目标优化分析方法,分别考虑导流结构中孔径、孔数、流体流速、板翅式换热器入口直径、导流结构在换热器入口处的位置、孔的间距等影响换热器入口处流体均匀分布的因素,构建导流结构压强与单位时间换热量的多目标优化数学模型。采用正交试验方法选择不同参数组合建立仿真试验模型,根据试验结果推导导流结构非线性映射方程,以BP神经网络与遗传算法相结合的方式对导流结构尺寸进行优化分析,得到导流结构多目标优化结果。采用Fluent数值模拟板翅式换热器导流结构参数优化前后流体均匀分布情况,通过对比无导流结构板翅换热器可以看出,对导流结构进行优化可以明显改善流体在换热器各层流道中的流动均匀性,提高换热量,强化换热器的传热性能。

针对工业控制系统中变量之间既存在线性相关性,且在时间结构上呈现自相关的特点,提出了一种基于最小/最大自相关因子(min/max autocorrelation factors, MAF)分析的传感器故障检测与诊断方法。首先,利用正常工况下的历史数据进行自相关因子分析,获得强自相关因子和弱自相关因子;在此基础上构造故障检测统计量,由核密度估计方法获得故障检测控制限,根据贡献图进行传感器故障定位。将所提出的方法应用于连续反应釜仿真过程的传感器故障检测与诊断,与经典的多变量统计方法——主元分析方法相比,所提出的方法能避免虚警,更快地检测缓变故障,并能更好地诊断和解释复杂故障。

针对多杂质间歇用水网络优化设计问题,建立了以新鲜水用量最小为目标的混合整数非线性规划(MINLP)模型,并提出基于矩阵编码的遗传算法和信赖域序列二次规划(trust region sequential quadratic programming,TRSQP)法相结合的求解策略。本文采用矩阵编码方法为时间条件约束提供了方便,从而使用水单元之间水回用关系更加清晰明确;采用基于矩阵编码的遗传算法对整数变量进行优化,采用TRSQP法对连续变量进行优化,集成应用两种方法进行优化求解,从而获得MINLP模型的最优解;并借助MATLAB软件进行编程并实现。利用本文所提出的求解方法和策略对文献中2个典型案例进行求解,求解结果均优于文献数据。实例计算表明,本文所提求解方法是可行的。

在硫酸法钛白研磨-浸出耦合工艺条件下,研究了4种常用陶瓷材料磨球,即氧化锆(ZrO₂)、氧化铝(Al₂O₃)、玛瑙球(SiO₂)和氮化硅(Si₃N₄)的腐蚀和磨损行为及其共同作用规律。结果表明,在磨浸耦合体系中,氮化硅球受腐蚀作用最明显,其次是氧化铝球,而氧化锆球和玛瑙球受腐蚀作用较小。氧化锆球和玛瑙球磨损主要表现为球球碰撞和表面切削;氧化铝球为磨料磨损,矿物的引入会增加磨球的失重速率;氮化硅球由于受到腐蚀和磨料磨损共同作用,导致其表面剥落脱离而产生明显磨损。4种陶瓷磨球因物理磨损造成的磨球失重率均在80%以上,其中氧化铝球和氮化硅球受腐蚀和磨损协同作用明显。氧化铝球和氮化硅球的磨浸失重速率分别为1.76 和14.52 mg·cm^-2·d^-1,远高于氧化锆球和玛瑙磨球。研究结果为研磨-浸出耦合工艺中磨球材料的选择提供了依据。

以水稻秸秆为原料进行蒸汽爆破-酯化改性制备溢油吸附材料。未改性水稻秸秆有一定的吸油能力,其饱和吸油倍率、吸水倍率分别为5.66 g·g^-1,7.59 g·g^-1。通过对水稻秸秆进行蒸汽爆破-酯化改性后,发现其亲油疏水性能得到显著改善。对酯化反应的影响因素进行系统考察,得到优化的改性条件为反应温度为80℃,催化剂对甲基苯磺酸酐浓度为0.75%,反应时间为6 h。改性后水稻秸秆吸油倍率为8.54 g·g^-1,吸水倍率为0.10 g·g^-1。对蒸汽爆破-酯化改性前后水稻秸秆材料进行BET、XRD以及FT-IR表征,发现爆破处理后材料的孔径增大;非结晶态以及乙酰基特征峰的出现说明水稻秸秆发生酯化改性反应。

利用先进的测试技术对5种不同地区的油页岩干酪根分别进行XRD、¹³C NMR与FT-IR分析,获得重要结构信息。通过XRD检测分析,确定5种干酪根以长程无序的聚合状态存在。采用¹³C NMR技术表征出干酪根的碳原子化学结构,并获得碳骨架结构的18个重要参数。最后利用FT-IR技术对干酪根官能团进行定性分析,与 ¹³C NMR实验结果互相验证,得到干酪根化学结构的详细信息。结果表明:油页岩干酪根脂碳结构最多,高达60%～90%。其中又以亚甲基碳为主,有77%～90%,且多数为直链结构,脂环或支链结构较少。芳碳结构除桦甸以单环为主外,其余均为单环和多环结构并存,其中多环结构以迫位缩合为主。氧结构总体以碳氧单键(醇、酚或醚基)和C=O两种形式存在,其中羧基类C=O多于羰基类C=O。变质程度低的干酪根中存在较多C=O,而高变质程度的干酪根则以碳氧单键C-O为主。

为了分析钙基吸收剂硫氮协同脱除过程中产物层的生长机制,采用氢氧化钙单晶体表面(0001)模拟吸收剂孔隙的孔壁及外表面,针对脱硫、脱硝及硫氮协同脱除过程中产物层的生长规律进行了分析,结合晶体生长理论及脱硫和脱硝过程中产物层生长的差异,提出了硫氮协同脱除过程中产物层生长的机制。研究结果表明,脱硫反应首先发生在单晶表面局部区域,并使该区域膨胀形成颗粒状凸起结构;之后,随着反应区域不断扩大,表面膨胀趋于一致,从而形成连续致密产物层。由于脱硝产物易溶于水,且在液膜中扩散,因此脱硝反应对单晶表面表现出刻蚀作用。硫氮协同脱除过程中,脱硝反应的刻蚀作用抑制了脱硫连续致密产物层的形成,同时,液膜中脱硝产物的出现也改变了脱硫产物的生长习性,因此反应后产物层为疏松结构。

使用1-丁基-3-甲基咪唑氯化盐([Bmim]Cl)、1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐([Bmim]BF₄)和1-丁基-1-甲基吡咯烷氯化物([Bmpy]Cl)与水并添加固体酸催化剂Nafion^®NR50组成的混合溶剂对孟宗竹进行预处理比较研究,分析了处理后孟宗竹的成分含有量、结晶结构和表面形貌等变化。把处理后的孟宗竹应用于热解研究中,通过TG-DTA和GC-TCD的分析,发现[Bmim]Cl离子液体的混合溶剂处理后的孟宗竹更易于热解反应;此外热解产物更多地从焦炭转化成气体产物;其中添加固体酸的混合溶剂预处理后的1.0 g孟宗竹样品中,在热解反应后焦炭含量为0.19 g,低于未处理样品的0.24 g;生成约0.12 g气体产物大于未处理样品的0.04 g。并探讨了离子液体混合溶剂作为一种新型前处理溶剂应用于生物质热解研究中的潜力和问题。

设计并搭建了制冷量为3 kW、以R124-DMAC为工质、采用电热高温空气模拟发动机排气废热的空冷鼓泡吸收制冷实验系统,通过改变热空气进口温度、冷冻水温度和浓溶泵流率测试系统工作参数的变化趋势。实验结果表明,当发生器稀溶液出口温度约为100℃时,蒸发温度为-4℃,系统COP值最大可达到约0.54,而且实验系统稳定性较好;影响系统制冷量和COP值的主要参数是热空气进口温度和冷冻水温度;当蒸发温度低于5℃时,为了提高制冷效果需考虑设置精馏装置。

选择性催化还原(SCR)系统和烟气冷却器是实现燃煤电厂节能减排的重要设备,但SCR中的氨逃逸现象对烟气冷却器的影响研究鲜有报道。本文对某电厂SCR设备后的烟气冷却器表面出现的沉积物,进行了XRD、XRF、SEM和EDS等分析研究。结果表明:沉积物的白色结晶物主要为氟硼酸铵,及其反应中间产物(氟化铵、硼酸以及氟硅酸铵),形成该结晶层的主要原因为煤中富集的氟、硼元素和SCR逃逸氨的耦合反应,该沉积物的厚度不会无限增加,但仍会影响烟气冷却器的正常运行。

研究了不同水力停留时间(HRT,24 h、18 h、15 h、12 h)对双循环(DC)厌氧反应器处理中药废水效能的影响,并对颗粒污泥的粒径分布(PSD)、胞外聚合物(EPS)、微生物群落等变化情况进行了分析。结果表明,HRT由24 h缩短为12 h后,DC厌氧反应器对COD的去除率仍在90%以上。虽然出水中乙酸含量升高到339.69 mg·L^-1,但未造成VFA的过度累积;出水中辅酶的荧光吸收峰有所降低,而类腐殖酸与类富里酸的吸收峰增强,不适宜再继续降低HRT。随着HRT的缩短,颗粒污泥的EPS总量、蛋白含量、多糖含量均降低,其中酪氨酸对于保持污泥的稳定性发挥着重要作用。而磷脂脂肪酸分析(PLFA)表明,HRT缩短对于DC厌氧反应器第2反应区内微生物群落分布影响显著,革兰阳性菌由原来占总脂肪酸生物量的44.24%下降到32.69%,而革兰阴性菌由32.69%增大到38.66%。

为解决具有高黏度、易结垢、强腐蚀性等特点的热敏性物料的蒸发浓缩,设计了夹套式MVR(机械蒸汽再压缩)热泵蒸发浓缩系统,并以水为实验介质进行了相关的实验研究。实验结果表明,温差、压缩比、蒸发量、传热系数、COP(制热性能系数)、SMER(单位能耗蒸发量)、绝热效率、容积效率等各项指标均受蒸发压力、压缩机频率、换热面积的影响;压缩机在频率50 Hz下运转时的系统性能大大优于低频率运转;单台蒸发釜在蒸发压力为 65～85 kPa之间运行较为合适,且不需要补热;两台蒸发釜完全可以同时应用于工业蒸发浓缩过程,但需要少量的补热;两者节能效果均十分显著。

ZEC(zero emission coal)系统中,粗煤气进入碳酸化/重整炉前需先脱除H₂S,提出利用经过多次碳酸化/煅烧捕集CO₂循环的煅烧石灰石(CaO)脱除H₂S,并研究循环碳酸化/煅烧次数、硫化温度、H₂S浓度和微观结构对循环CaO硫化特性的影响。结果表明,多次循环碳酸化/煅烧捕集CO₂后CaO仍具有较高H₂S吸收性能。前20次循环,CaO硫化转化率随循环次数增加迅速降低;20次循环后,CaO硫化转化率缓慢下降。硫化120 min后,未循环CaO的硫化转化率接近100%,而经历1、20和100次循环后CaO的硫化转化率分别为94%、81%和74%。H₂S浓度对循环CaO硫化性能影响较大。硫化温度(800～1000℃)对循环CaO的硫化性能影响较小,最佳硫化温度为900℃。随循环次数增加,CaO颗粒发生高温烧结,导致比表面积降低和20～150 nm内孔隙减少,而这是与H₂S吸收密切相关的孔隙,导致CaO硫化转化率降低。

盐差能是存在于海水和淡水之间或者两种含盐浓度不同的海水之间的化学位差能,是以化学能形态存在的海洋能。反电渗析法是一种利用盐差能发电的方法,相比于其他方法,具有更高的能量密度。但是,目前对反电渗析法盐差电池的研究均限于小尺寸膜堆,放大实验发现功率密度显著降低,对过程的能量效率更少有分析。因此,对反电渗析法海洋盐差能利用过程进行数学模拟,对膜堆进行结构优化,研究在不同的结构参数下反电渗析盐差电池的功率密度和能量效率。结果表明,减小隔板厚度可以很大程度地提高反电渗析过程的功率密度和能量效率,增加RED装置的长度会获得较高的能量效率,但是平均功率密度有所降低。

AAO-BAF工艺由厌氧-缺氧-好氧反应器和曝气生物滤池组成,属于外硝化反硝化除磷工艺。以实际生活污水为处理对象,通过调节进水COD浓度(从211 mg·L^-1增加到675 mg·L^-1),研究了进水COD和TN的比(C/N)对AAO-BAF工艺运行性能的影响。结果表明,进水有机物浓度低或高,可以通过限制厌氧释磷量或竞争AAO反应器缺氧区的NO₃^-,从而影响工艺的反硝化除磷效果。当进水C/N大于4,小于7时,AAO-BAF工艺对COD、TN和PO₄^3-的去除率分别可达86%、78%和90%以上。很高的C/N(如9.5)会使缺氧区内存在大量挥发性脂肪酸(VFA),导致普通反硝化菌迅速消耗反硝化聚磷菌(DPAOs)的电子受体NO₃^-。

以厚度1、0.5和0.2 mm的微制品为研究对象,采用等规聚丙烯(iPP)材料进行微注塑实验,通过改变注射速度研究剪切历史对制品内部形态结构和力学性能的影响,并对微制品内部形态结构和力学性能的影响关系进行分析,不同注射速度下的剪切历史采用Moldflow分析获得。结果表明:1 mm和0.5 mm微制品厚度方向均呈现皮芯结构,且皮芯交界处的过渡层出现不完善的串晶层,0.2 mm微制品呈现含有柱晶结构的皮芯分层结构。对于3种厚度的微制品,熔体整体剪切水平随着注射速度的提高而提高,1 mm和0.5 mm制品的皮层厚度随注射速度增大而减小,模量、断裂强度和断裂伸长率均随皮层厚度增大而增大,屈服应力变化不明显,0.2 mm制品的皮层厚度随着注射速度的增大而增大,且随着皮层厚度的增大,断裂强度、模量和屈服应力增大,断裂伸长率逐渐减小。

采用共沉淀法合成的新型光催化剂(Fe-Sr₂Bi₂O₅)与低密度聚乙烯(LDPE)通过熔融共混制备了一种新型光催化降解复合膜(Fe-Sr₂Bi₂O₅/PE)。通过力学性能、接触角、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)和场发射扫描电镜(FESEM)等表征手段研究了该催化剂在室温条件下固相光催化降解LDPE复合膜的性能变化。结果表明:Fe-Sr₂Bi₂O₅在紫外光和可见光条件下对LDPE均具有较好的光催化降解能力,其中,紫外灯照射10 d后,Fe-Sr₂Bi₂O₅/PE复合膜断裂伸长保留率低于5%,拉伸强度保留率低于40%,接触角降低22.52°,已完全脆化;同时,LDPE复合膜中出现明显的羰基等降解特征吸收峰和降解孔洞;与Sr₂Bi₂O₅和TiO₂相比,Fe-Sr₂Bi₂O₅对LDPE具有更好的降解效果。综上所述,在紫外光和可见光条件下,Fe-Sr₂Bi₂O₅对LDPE具有明显的光催化降解作用,为未来光催化降解聚乙烯(PE)提供了一定的新依据。

采用激光粒度仪、XRD、XRF、ICP-AES、SEM-EDS、比重法、筛分法等对硫酸法钛白生产过程中酸解尾渣进行系统的工艺矿物学特性分析,旨在为回收钛资源提供理论指导。研究表明,酸解尾渣表面潮湿,液相约占45%,其中易水解的可溶钛为4.06%(以TiO₂质量分数计);固相中不溶TiO₂干基含量为17.14%,固相颗粒粒径主要分布于1～100 mm,密度为3.21 g·cm^-3,颗粒大小、形状不一,有块状、锥状及团聚絮状。通过筛分实验得知钛矿与其他杂质颗粒的粒径、密度有明显差异,少量120 mm以上颗粒含有石膏,密度约3.41 g·cm^-3;18～75 mm主要为钛铁矿,密度大于3.54 g·cm^-3,钛品位可达26%;18 mm以下颗粒主要为硅泥,密度约2.90 g·cm^-3,易团聚,与水形成黏稠物,难分离。

提出单羟基改性PBO及其AB型单体的分子结构,研究了以4-氨基-6-硝基间苯二酚盐酸盐(ANR·HCl)和羟基对苯二甲酸(HTA)为原料直接缩环合制备2-羟基-4-(5-硝基-6-羟基苯并 唑-2-基)苯甲酸(HNBA)、再还原合成AB型单体:2-羟基-4-(5-氨基-6-羟基苯并 唑-2-基)苯甲酸(HABA)的新方法。结果表明:缩环合制备的HNBA,其纯度96.81%、收率69.25%;进一步还原合成出纯度>98%的单体HABA,以ANR·HCl计的总收率为58.38%;具有原料易得、步骤短、条件缓和、产物稳定性优异以及缩聚基团完全等当比等性质。合成的新单体HABA及其前体HNBA,经FT-IR和MS以及NMR等分析和表征,证实了其分子结构。

选择3种不同黏度的聚丙烯(PP)与聚乙烯醇(EVOH)共混制备质量比为90/10的共混物,并采用水辅助注塑(WAIM)将这3种共混物成型为中空制品。从WAIM制品靠近浇口(1^#)和末端(2^#)两个位置取出样品,通过扫描电镜观察样品壁厚上3个位置的相形态,并测试所取样品的甲苯渗透率。借助WAIM中高压水作用下模腔内熔体的流场对样品中3个位置的相形态进行了分析。对WAIM的高黏度比共混物制品2^#样品,在外表层和内表层分散相呈粗纤维状,芯层主要呈液滴状,其阻渗性能与相应的WAIM PP样品比有适度提高(约2.4倍);对WAIM的2种低黏度比共混物制品2^#样品,外表层和内表层分散相呈细纤维状,芯层呈粗长纤维状,其阻渗性能与相应的WAIM PP样品比提高幅度较大(其中对黏度比最小的共混物达9.8倍)。1^#位置所取3种WAIM PP/EVOH样品中分散相纤维的平均直径比2^#位置的大,导致1^#位置所取样品的阻渗性能比2^#位置的低。

为了提高生产效率,简化操作步骤,并制得质量稳定的高黏均分子量(M_η)聚丙烯腈(PAN)纺丝原液,研究了利用双螺杆挤出机溶解PAN的新方法。二阶螺杆采用T形搭配方式,并在出料口加装过滤装置。溶剂的选择在PAN溶解理论的基础上综合考虑了不同溶剂的溶解能力,找到了适合螺杆溶解要求的混合溶剂。同时将制得的溶液利用干喷湿纺工艺进行纺丝,得到线密度小、高强度的原丝,以验证此体系的可靠性。结果表明此溶解方式可以满足高性能PAN原丝的纺丝要求,同时产出溶液质量稳定且效率更高。

以六氯环三磷腈(HCCP)、对羟基苯甲醛及亚磷酸二乙酯等为原料,成功合成了一种反应型磷-氮膨胀阻燃剂六(4-磷酸二乙酯羟甲基苯氧基)环三磷腈(HPHPCP),HPHPCP结构经傅里叶红外光谱(FTIR)、核磁共振(NMR)证实。热失重(TG/DTG)表明HPHPCP具有较高的热稳定性及良好的成炭性,氮气氛下的起始分解温度为162.7℃,800℃时残炭量大于40%(质量分数);利用HPHPCP的羟基结构,应用于硬质聚氨酯泡沫塑料中,可以显著提高聚氨酯硬泡的阻燃性能,添加30%的HPHPCP就可以使聚氨酯氧指数达到27%。

研究了水热CaCl₂溶液中可溶磷对CaSO₄·2H₂O脱水形成α-半水石膏相以及晶形调控的影响,并从高强α-半水石膏相的晶体生长角度探讨了可溶磷的作用机理。结果表明:在98℃ 24%的水热CaCl₂溶液中,pH 的大小是决定二水石膏能否发生脱水相变反应形成α-半水石膏的主要因素;当pH不超过2.0时,可以得到针状的α-半水石膏,加入多元羧酸类媒晶剂NS后,可以得到长径比0.5～3.0的短柱状高强α-半水石膏,抗压强度超过20 MPa;可溶磷的存在可以降低体系的pH,增大α-半水石膏的过饱和度,降低晶体与液相界面的表面自由能,有利于α-HH相的形成;另一方面,酸根离子会影响到α-HH的结晶习性,减弱羧酸类媒晶剂的吸附效果。

针对Li₄Ti₅O₁₂导电性和倍率性能差的缺陷,以PEG为碳源采用溶胶-凝胶法制备出电池负极材料Li₄Ti₅O₁₂/C,考察不同分子量聚乙二醇PEG(400、600、1000)做碳源制备的Li₄Ti₅O₁₂/C复合材料电化学性能的优劣,采用热重分析仪(TG)、X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、恒流充放电、倍率放电、交流阻抗(EIS)等方法对材料进行了结构表征和电化学性能测试。结果表明:以PEG1000为碳源时得到的Li₄Ti₅O₁₂/C,0.1C下首次放电比容量为143.5 mA·h·g^-1,2C的倍率下仍然保持了105 mA·h·g^-1的比容量,容量保持率达到73.17%,并且此材料有最小的电阻,在大电流条件下有良好的电化学性能。

为了研究磷酸一铵(MAP)对硝酸铵爆炸性的抑制作用及其影响机理,利用联合国隔板试验和克南试验研究了改性硝酸铵传播爆轰的能力和在封闭条件下对强加热作用的敏感性,同时采用DSC试验研究了改性硝酸铵热分解特性。联合国隔板试验的结果表明:不同混合工艺的改性硝酸铵试验结果一致,当MAP含量达到25%时,试验结果为“-”,即改性硝酸铵将不再具备传播爆轰的能力。克南试验结果表明:当MAP含量达到30%时,改性硝酸铵-1的试验结果为“-”;当MAP含量达到25%时,改性硝酸铵-2的结果为“-”,即样品在封闭条件下对强加热作用不敏感。DSC的结果表明:改性硝酸铵-1的初始热分解温度比工业硝酸铵低,改性硝酸铵-2的初始热分解温度较高,采用机械混合法更有利于提高MAP对硝酸铵的钝化作用。