国内沼气工程中广泛采用的加热方式——罐内盘管加热。从热力学角度出发,基于热力学第一、第二定律,对影响罐内加热的各因素从传热速率与传热效率方面进行分析。研究表明,从传热速率-总传热系数角度分析,选用热导率在 15 W·m^-1·K^-1以上的厚管壁管径,同时采用低转速的搅拌方式能实现最大化的传热速率。另外,从传热效率-有效能角度对传热过程进行能耗分析,在逆流搅拌下,提高冷物料进口温度可以减少换热的不可逆性,可增加传热过程有效能的利用率。研究结果为实现沼气工程罐内加热过程传热速率与效率统一,达到能量的最优化利用提供理论参考。

水蒸气凝结两相流动呈现高度的非平衡特性。目前,凝结参数都是利用半经验公式得出,很少考虑两相间传热温差以及耦合问题。在湿蒸汽两相流输运方程的基础上,建立了一种准确简单的凝结成核和水滴生长模型,采用具有较好激波捕获效果的高精度二阶TVD格式进行离散,计算了湿蒸汽非平衡凝结流动参数及凝结冲波分布。着重研究了湿蒸汽非平衡凝结流动的热力学特性,讨论了进口压力对凝结特性的影响,归纳了进口过冷度对成核率、水滴数、凝结冲波形态的变化规律。研究表明:进口压力增加,凝结位置逐渐向上游移动;进口过冷度降低,凝结位置向下游移动,达到较高的Mach数后,才会出现凝结成核;进口过冷度越高,非平衡凝结相变产生的湿度越高。凝结冲波出现后,湿蒸汽沿喷管继续高速流动,其流动规律与等熵流动相似。

利用高速摄像系统对梯形硅基微通道进行乙醇水混合蒸气冷凝流型可视化实验。梯形微通道结构为梯形,水力学直径165.87 mm,通道长度50 mm。实验中混合蒸气乙醇质量分数范围为2%～60%。实验发现入口蒸气乙醇浓度对通道内流型有重要影响。沿着冷凝方向,发现环状流、环状条纹流、翻滚流、喷射流/喷射滴状流及气泡流。不同蒸气入口乙醇质量分数有不同的流型分布,低乙醇浓度的蒸气冷凝环状条纹流及喷射流区域出现伪滴状凝结形式,高乙醇浓度的蒸气冷凝出现翻滚流流型。实验以蒸气质量通量及蒸气干度为坐标对不同入口浓度蒸气冷凝建立了两相流型图,并对喷射流发生干度建立了流型转变预测式。

基于CO₂相态分别进行了气相、气液两相和超临界状态的3组工业规模CO₂管道(长256 m,内径233 mm)泄放实验,分析了CO₂管道泄放过程中的压力响应和相态转变过程。研究表明:在管道内,气相CO₂泄放开始时压力发生突降,而后压降停滞或减慢;管内相态主要为气态,但管道末端温度大幅下降使该处形成气液均相CO₂。泄放口位于气液界面之上的气液两相CO₂泄放中,减压波多次反射并导致多次压力突降和反弹;管内相态由气液分层向气液均相转变,管道顶部和底部气液均相CO₂先后向气相CO₂转变。超临界CO₂泄放中的压力突降和反弹发生在临界区域附近,且压力穿过临界压力时,压变速率会停滞或减慢;管内相态经历了超临界、气液均相和气相泄放3个过程。

气泡生成过程中气液传质是气液接触设备的设计、优化的重要参考指标。以二氧化碳气泡在羧甲基纤维素钠(carboxymethyl cellulose,CMC)溶液中生成过程中的传质为研究对象,分别考察了气速、CMC溶液浓度、针头直径对气泡生成过程气液传质的影响,采用具有CCD显微相机的动态接触角分析仪测量了气泡形状、表面积和体积的变化,进而获得气泡生成过程气液传质系数k_l。实验结果表明,CMC浓度从0.2%增加到0.8%,黏度逐渐增大,传质系数随CMC浓度的增大而增大;针头直径从2.5 mm增加到4 mm,传质系数也随之增大;气速从1 ml·min^-1增加到9 ml·min^-1,传质系数也逐渐增大。

利用高速摄像仪记录有、无超声波时注入过冷水中蒸汽气泡的凝结过程,以分析超声波对蒸汽气泡凝结过程及传热特性的影响。结果表明:在超声波场中,蒸汽气泡表面会形成晶格状毛细波,有效增加气泡表面积,并加强气泡周围流体热边界层扰动,从而导致凝结换热的强化及气泡凝结速度加快。基于15～60 K过冷度下,有、无超声波时较大蒸汽气泡凝结的实验数据,拟合得出有、无超声波时的气泡凝结换热经验关联式,预测误差在±30%以内。

利用自行搭建的模拟氨法烟气脱硫实验平台,针对氨法脱硫中脱硫浆液液滴夹带蒸发和非均相反应两种气溶胶生成途径,采用电称低压冲击器(ELPI)、PM_2.5/10采样器、场发射扫描电子显微镜(FESEM)等手段对两种途径下生成的气溶胶浓度、粒度分布以及形貌特征进行了测试分析,实验考察了氨法脱硫工艺参数对两种途径下生成的气溶胶特性的影响。结果表明,氨法脱硫中形成的气溶胶颗粒从数浓度角度而言,主要为亚微米级颗粒,从质量浓度分析,则以微米级及更大颗粒为主;脱硫浆液中挥发逸出的气态NH₃和烟气中水汽、SO₂间的非均相反应是氨法脱硫气溶胶的主要来源,其形成量主要取决于脱硫浆液pH、脱硫塔进口烟温等;其次来自于脱硫液滴的夹带蒸发作用,其形成量主要取决于脱硫浆液浓度、空塔气速等。

旋流设备内伴有传热、传质或反应过程时,介质停留时间是其关键参数。在冷模实验装置上,采用持液量法,对气液旋流器内液相平均停留时间进行了研究。结果表明,液相停留时间随入口含液率增大明显降低,随入口气速增大降低较小。气液界面剪切力远小于液相重力是入口气速对液相停留时间影响较小的主要原因。基于液膜受力平衡,建立了气液旋流器内液相平均停留时间模型。模型预测停留时间与实测值总体吻合良好,在液膜Reynolds数Re_l< 1200范围内,模型预测停留时间偏大,讨论了模型预测偏差与液膜流型的关系。

利用HAKKE VT550旋转黏度计对罐底油泥的黏度特性进行了研究,筛选出合适的黏度模型,分析比较了加热(20～60℃)、添加表面活性剂(曲拉通X-100)水溶液(质量分数为0.5%)和添加溶剂(正戊醇和120^#溶剂油)对油泥黏度的影响。结果表明,由于罐底油泥包含大量固体颗粒,在0～600 s^-1剪切速率范围内,具有塑性流体和假塑性流体的双重特性,Casson模型为最适合的黏度模型,拟合决定系数为0.986。在3种降黏措施中,将样品加热至50℃与20℃下添加质量分数为10%的表面活性剂水溶液均可使油泥黏度下降50%,样品流型向假塑型转变。掺入溶剂的降黏效果优于前两者,最佳效果为在20℃、300 s^-1剪速下,添加质量分数为10%的120^#溶剂油,黏度下降达90%,样品流型向牛顿型转变。

为研究磁力泵驱动两相冷却环路的工作特性,特别是启动特性和换热性能随温差的变化规律,搭建了磁力泵驱动两相冷却环路的实验装置,并利用空气焓差法对其进行测试。结果表明:磁力泵驱动两相冷却环路启动迅速,在600 s内达到稳定状态,受蒸发器内液体过热的影响,启动过程中系统的压力和温度分布会产生微小波动;制冷量随温差的增大而增大,随制冷剂质量流量的增加呈先增大后减小的趋势。温差10℃时,系统最大制冷量为3.429 kW,能效比(EER)为12.94;温差25℃时,制冷量最大为9.241 kW,EER为29.7。

搭建了纳米冷冻机油/制冷剂水平光管内流动沸腾换热测试实验台,研究了石墨/R600a纳米制冷剂在水平直光管内流动沸腾换热特性,分析了纳米石墨对含油制冷剂流动沸腾换热的影响。实验测试段为总长2.5 m、外径9.52 mm、内径8 mm、壁厚0.76 mm的紫铜管。在质量流速为150、200、250、300 kg·m^-2·s^-1下,分别测量纯R600a、含油R600a、不同质量分数(0.05%、0.1%、0.2%)纳米石墨冷冻机油和R600a混合物在水平光滑圆管内流动沸腾传热系数随干度的变化趋势。实验结果表明:纳米石墨的添加增强了含油制冷剂的流动沸腾换热。实验获得了基于石墨的含油纳米制冷剂流动沸腾换热关联式,关联式的预测值与94.5%的实验数据偏差在±15%以内。

实验测定了在Reynolds数4000～16000范围内,质量分数0～0.5%的石墨、多壁碳纳米管、Al₂O₃、Cu、Al、Fe₂O₃、Zn纳米粒子加入到100～400 mg·kg^-1浓度的十六烷基三甲基氯化铵(CTAC)减阻剂中所制备的减阻型纳米流体的摩擦阻力系数和对流传热系数。结果表明:在CTAC中加入水杨酸钠(NaSal)与去离子水所配制的减阻剂具有一定的稳定性和很强的减阻特性,当减阻剂浓度为200 mg·kg^-1时其减阻特性最优。石墨纳米粒子在增强对流换热和减少流动阻力方面具有较佳的综合性能,当石墨纳米颗粒质量分数为0.4%时,其综合性能因子K是去离子水的5倍。最后给出了减阻型石墨纳米流体在圆管内的流动阻力和换热关联式,其计算值和实验值吻合良好。

为研究气凝胶纳米颗粒的导热特性,提出了一种基于随机统计原理的构造气凝胶多孔介质介观尺度三维物理模型的方法。模型中颗粒空间分布、粒径分布及孔隙率可以根据实际气凝胶微尺度结构数据调整。基于所构造的物理模型,采用D3Q15LBM进行了数值模拟。分析了颗粒尺寸、孔隙率等因素对气凝胶导热性能的影响规律,即在既定孔隙率下,热导率随粒径增大而减小;既定粒径下,随孔隙率的递增热导率先下降后上升;颗粒尺寸不均匀性对热导率的影响甚大。模拟与实验结果相吻合。研究工作对优化气凝胶导热性能,提高其有效热导率的预测精度具有参考价值。

以自制气固传热实验装置为操作平台,实验研究了烧结矿颗粒填充床内的气固传热特性。结果表明:气体表观流速和烧结矿颗粒直径是影响颗粒床层内气固传热过程的主要因素。气体表观流速越大,颗粒直径越小,床层内气固传热系数就越大。当烧结矿颗粒直径和气体表观流速一定时,床层内烧结矿颗粒温度的升高导致床层气固传热系数的增加和传热Nusselt数的减小。由于计算误差较大,现有的经验关联式不适用于求解烧结矿颗粒床层内的气固传热过程。基于量纲分析法,并结合实验测量数据拟合得出了能够描述烧结矿颗粒床层内气固传热特性的实验关联式,平均计算误差为4.22%,显示了良好的预测性能。

射流鼓泡反应器以液体射流代替搅拌实现液相混合,具有结构简单、制造及维护费用低等诸多优点,研究其混合特性对于反应器的设计、优化及放大具有重要意义。以空气-水作为模拟介质,采用KCl电解质溶液为示踪剂考察了表观气速和射流Reynolds数的大小对液相宏观混合时间的影响,并从能量输入的角度对射流鼓泡反应器的混合机制进行分析。研究发现,在实验条件下(表观气速变化范围为0.0006～0.0343 m·s^-1,射流Reynolds数的变化范围为1.75×10⁴～7.00×10⁴),鼓泡的加入使得均相射流反应器内的液相混合得到改善;随着表观气速增大,液相宏观混合时间先缩短后延长;当气体输入功率或液体输入功率不变时,混合时间随总输入功率的增大而缩短。通过对多组实验数据的回归分析,提出了液相宏观混合时间与液体输入功率和气体输入功率的经验关联式,计算值与实际值吻合较好。最后基于提出的关联式,发现当总输入功率一定时,混合时间随气体输入功率的增加先缩短后延长,临界转变点在气体输入功率为总功率的61%处,此时气液两相协同作用最强。

通过熔融缩聚反应对马来酸酐/乙二醇(MA/EG)和四溴邻苯二甲酸酐/乙二醇(TBPA/EG)两个聚酯化反应的动力学进行研究。考察了自催化条件下反应温度、原料配比对聚酯化反应速率的影响。在陈寿安模型的基础上,对反应级数的不同组合进行了比较研究。结果表明:1-1模型和实验结果吻合良好,且k_h[H₂O]为正值;温度越高,醇酸配比越大,则聚合反应程度越大。

采用自制的钯/聚吡咯(十二烷基苯磺酸钠)/钛(Pd/PPy(SDBS)/Ti)电极对二氯酚(DCP)的6种同分异构体进行了电化学还原脱氯研究。探讨了脱氯电流、溶液初始pH和污染物初始浓度对2,5-DCP脱氯过程的影响。在脱氯电流5 mA、溶液初始pH 2.5、温度25℃、污染物初始浓度100 mg·L^-1的条件下对2,3-DCP、2,4-DCP、2,5-DCP、2,6-DCP、3,4-DCP和3,5-DCP的脱氯过程进行了比较。6种DCP的脱氯产物均以苯酚为主,有少量的单氯酚产生,脱氯反应速率常数依次为4.735×10^-2、4.609×10^-2、4.845×10^-2、4.317×10^-2、3.973×10^-2、3.770×10^-2 min^-1。推测DCP的降解速率受pK_a、质子化效应和溶液pH等因素的影响,降解难度由小到大依次为2,4-DCP< 2,3-DCP< 2,5-DCP< 2,6-DCP< 3,4-DCP< 3,5-DCP。

采用工业用V₂O₅-WO₃/TiO₂催化剂,基于傅里叶原位红外光谱(in situ FT-IR)技术考察了SCR脱硝过程中催化剂表面NH₄HSO₄的生成与分解特性。结果表明:在V₂O₅-WO₃/TiO₂催化剂表面ABS的生成可由催化剂V═O基团上Lewis酸上配位吸附活化态的NH₃在O₂环境中与SO₂反应生成,也可由SO₂与催化剂表面反应生成的吸附态金属硫酸盐中间物VOSO₄与气态NH₃直接反应生成;NO能通过与NH₄HSO₄中的NH₄⁺直接反应来降低NH₄HSO₄降解的温度窗口,促进其在催化剂表面的分解行为,NO的脱除与NH₄HSO₄的生成是相互抑制关系;NH₄HSO₄本身的负载量影响其分解与挥发行为。

鉴于间歇精馏热力学效率低的缺点,提出带有内部热集成的多储罐间歇精馏全回流操作(IHIMVBD)分离二元混合物的新型操作方式。在该操作中,多储罐间歇精馏塔被同轴的夹套式再沸器环绕,利用安装在再沸蒸汽管线上的压缩机使精馏塔的操作压力高于夹套式再沸器,使热量通过精馏塔壁面从高压的精馏塔传向低压的再沸器,实现热量的内部集成。为了进一步提高热力学效率和经济效益,将塔顶蒸汽再压缩技术应用于IHIMVBD,构成强化的内部热集成多储罐间歇精馏全回流操作(Int-IHIMVBD)。该操作能额外利用被压缩的塔顶蒸汽的潜热供给塔釜料液再沸,实现塔顶蒸汽与塔釜料液的热集成。通过模拟分离乙醇-正丙醇的实例表明,相比MVBD和IHIMVBD,Int-IHIMVBD能显著提高分离过程的热力学效率和经济效益。

为降低径向流吸附器高度对均布的影响,提出了径向流吸附器的分层并联设计方法,并建立了径向流分层并联吸附器的数值计算模型。应用计算流体力学方法对分层并联式径向流吸附器中流体在床层内的流场进行了数值模拟计算,并在相同条件下与增高改进后的径向流吸附器的流场分布进行对比。结果表明,分层并联设计方法的均匀度相比于增高方法的均匀度提高了80%,有效清除了径向流吸附器过高对床层内流体均布的负面影响,且对分层并联径向流吸附器上部单元床层厚度进一步优化,达到了上下单元同时穿透的目的。

以结晶紫溶液模拟染料废水,研究了胶原多肽基表面活性剂(CBS)对染料废水的泡沫分离性能。通过单因素实验考察了pH、气速、表面活性剂质量浓度、泡沫相与液相高度比(H_F/H_L)、染料初始浓度、乙醇添加量等因素对废水中染料分离的影响。结果表明,CBS适用于碱性条件下染料废水的泡沫分离;随着气速的升高,染料的去除率增加,但富集比降低;随着CBS用量的增加,染料的去除率先增加而后降低,富集比随CBS用量的增加而降低;当泡沫相高度与液相高度比为3左右时,染料去除率较高;添加适量的乙醇对泡沫分离是有利的;在较佳的分离条件下,染料的去除率可达80%,富集比达到16。上述研究结果表明,胶原多肽基表面活性剂可用于染料废水的泡沫分离。

为了考察羧甲基纤维素钠(CMC)对重金属离子 的螯合能力,利用紫外分光光度法测定了不同c(Cu²⁺)/c(—COO^-)浓度比下CMC与 形成螯合物的吸收光谱,探讨了螯合物的组成,并计算其稳定常数。结果表明:CMC对 有螯合作用,当c(Cu²⁺)/c(—COO^-)小于0.6,螯合物在237 nm处出现最大吸收峰,—COO^-为主要配体,与 按物质的量比为2:1进行螯合,此时,螯合物稳定常数为1.88×10¹⁰;c(Cu²⁺)/c(—COO^-)为0.6～1.0时,214、237 nm处出现最大吸收峰,—COO^-、—OH都参与螯合反应并形成新的螯合物;c(Cu²⁺)/ c(—COO^-)大于1.0时,214 nm存在最大吸收峰,—OH为主要配体。考察了利用CMC螯合去除溶液中 的效果,实验表明,CMC-Cu螯合物可在溶液中直接析出,析出物为絮状沉淀。当c(Cu²⁺)/c(—COO^-)等于0.5时为最佳CMC用量,此时上清液中 去除率可以达到96%以上。

以甲基丙烯酸为单体、高锰酸钾/浓硫酸为引发体系对玉米芯进行接枝改性,成功引入羧基官能团,结合扫描电镜、红外光谱和zeta电位等分析手段研究了吸附条件对玉米芯吸附Cd²⁺过程的影响及其吸附机理。结果表明,吸附过程符合Langmuir模型和准二级动力学方程,改性玉米芯对Cd²⁺的吸附主要是化学吸附过程,吸附速率是颗粒内扩散速率和膜扩散速率共同影响的结果;在pH 7、投加量为5 g·L^-1、温度为30℃、吸附时间为6 h的条件下,接枝改性玉米芯和原玉米芯对Cd²⁺的最大吸附容量分别为28.00 mg·g^-1和5.96 mg·g^-1,提高了近4倍;玉米芯对Cd²⁺的吸附是一个自发的吸热反应,温度越高,自发程度越大;接枝改性玉米芯对Cd²⁺的吸附过程中,参与反应的主要官能团有羧基、羟基、酰胺基和甲基等,吸附Cd²⁺后的接枝改性玉米芯表面出现褶皱和白色小颗粒,孔隙消失,电负性增大。

黑曲霉发酵是工业生产柠檬酸的主要途径,研究该过程的动力学模型对更好地理解这一工业微生物的代谢机理有重要意义。基于黑曲霉(Aspergillus niger)柠檬酸发酵过程主要代谢途径的分析,构建了简化的碳代谢网络,建立了胞内物质和酶浓度的平衡模型。引入一阶闭环调节器模型描述发酵初期微生物酶系的建立过程。结合生物反应器模型,给出了重要宏观状态变量(如细胞物质浓度、基质浓度、产物浓度)和胞内酶浓度的动态仿真结果与实验值的对比。

提出基于分布式ICA-PCA( independent component analysis-principal component analysis)模型的工业过程故障监测方法,适合于复杂工业过程难以自动划分子块及过程数据存在非高斯信息的情况。首先,对过程数据进行PCA分解,并在PCA主成分不同的方向上构建不同的子块,把原始特征空间自动划分为不同子空间。然后,对各个子块采用ICA-PCA两步信息提取的策略,提取出高斯信息和非高斯信息,并构建新的统计量和统计限。最后,通过Tennessee Eastman(TE)过程的仿真实验,验证所提出故障监测模型的有效性和可行性。

针对钻井液滤液侵入页岩储层极易导致严重的水敏损害及液相圈闭损害问题,采用两步稀释法研备出粒径极小、分散性好且长期稳定的页岩储层保护用水包油(O/W)纳米乳液。选取Gemini季铵盐型表面活性剂GTN、Tween80与正丁醇三者复配作为表面活性剂组分(记为S+A),通过室内实验研究了水相中NaCl质量分数对NaCl溶液/(S+A)/正辛烷体系微乳液特性的影响,考察了微乳液相转变温度(PIT)、制备方法及其微观构型等因素对采用两步稀释法制备的纳米乳液粒径的影响,同时对纳米乳液体系的失稳机理进行研究。结果表明,NaCl溶液/(S+A)/正辛烷体系微乳液中NaCl的加入可以显著提高表面活性剂组分的乳化效率,改变微乳液微观构型,使PIT显著降低;当剂油体积比(R_os)为7:3时,通过调节双连续微乳液的PIT接近实验乳化温度,采用两步稀释法制备的O/W纳米乳液粒径最小且分布范围最窄;NaCl溶液/(S+A)/正辛烷体系纳米乳液主要失稳机理为奥氏熟化;纳米乳液具有良好的储层保护作用。

采用划叉浸泡实验,电化学交流阻抗(electrochemical impedance spectroscopy,EIS),开路电位(open circuit potential,OCP)及动电位扫描研究了不同类型的环氧树脂对于AZ91D镁合金的表面的富镁涂层的保护性能的影响。结果表明环氧618-593构成的富镁涂层防护性能较差;环氧6101-TY650制备的富镁涂层可明显改善涂层对破损处镁合金基体的保护作用,但涂层本身长期防护性能较差;环氧618-T31构成的富镁涂层对AZ91D镁合金的防护作用较强,适宜制备镁合金表面的富镁涂层。3种环氧涂料中加入镁粉颗粒制备的富镁涂层均可对缺陷处裸露的AZ91D镁合金基体提供保护,从而延长漆膜的破坏时间。涂层中的镁粉颗粒被激活后,为镁合金的基体提供了一定程度的阴极保护作用,减缓了镁合金基体的腐蚀。

以谷氨酸、甘氨酸和苯丙氨酸作为生物质的含氮模型化合物,进行化学链燃烧实验,主要考察了反应温度、氨基酸种类、碱金属钾元素等对化学链燃烧还原反应过程中氮氧化物释放特性的影响。结果显示,挥发分氮的释放迅速,温度的升高有利于NO和NO₂的生成,N₂O的生成会出现波动。模型化合物的氮含量越高,可能越不利于氮向氮氧化物的转化。钾元素对苯丙氨酸的化学链燃烧过程中NO的释放抑制作用较强,而对其他氨基酸化学链燃烧过程中氮氧化物释放的影响则不太显著。

采用荷电喷雾燃烧技术是促进微尺度下液体燃料稳定燃烧的重要方法。使用乙醇为燃料,在新型结构的喷嘴内径为0.8 mm微尺度单电极燃烧器内,进行了荷电雾化与燃烧特性的实验研究。结果表明:荷电雾化会随喷嘴电压升高而出现4种模式,对应的荷质比在脉动模式下最低,到达锥-射流模式后出现跃升,在锥-射流模式下最为稳定。荷电雾化后的乙醇在燃烧器网格处稳定燃烧,火焰温度随着当量比增大先上升后下降。火焰温度在当量比=1.0时达到最高值,且随电压增大而上升。锥-射流模式下,当量比=1.0时,燃烧效率可达89%,燃料转换效率可达90%。稳定的雾化模式以及合适的当量比,对燃烧效果具有较大的改善作用。

为了解纤维素在低温下焦炭的生成及演变过程,在固定床上开展了慢速热解实验,采用元素分析以及二维相关红外光谱技术对焦炭特性进行了分析。研究发现,纤维素慢速热解的分解主要集中于250～360℃。250～300℃时纤维素的炭化以脱水为主,且在炭化初期,分子间氢键断裂生成自由羟基,并使纤维素的大分子结构松散。而随着温度的升高,分子内氢键断裂以及羟基脱水,使得焦炭中生成大量的羰基、烯烃双键以及环醚结构。300℃时吡喃环开环及糖苷键断裂后,含双键及羰基的脂肪烃进一步发生分子重排、缩聚及芳环化而生成苯环、芳基烷基醚等结构。300～460℃的炭化以脱氧反应为主,此时焦炭中脂肪烃的含量逐渐降低,而芳香环含量增加。>460℃ 时的炭化以脱氢反应为主,此时焦炭中存在缩合程度较高的芳烃结构。

利用纳米蒙脱土(MMT)特殊的带电性,使用含长烷基侧链的季铵盐对其插层改性得到有机改性蒙脱土(O-MMT)。采用熔融共混法制备O-MMT与EVA(聚乙烯醋酸乙烯酯)降凝剂的复合产物EVA/O-MMT,以国内典型含蜡长庆原油为研究对象,通过流变实验从宏观上评价EVA/O-MMT对长庆油的作用效果,并与EVA降凝剂进行对比,利用DSC和偏光显微镜考察加剂前后原油的结晶特性和蜡晶形貌的变化。结果表明:与纯EVA降凝剂相比较,EVA/O-MMT在最优加剂浓度50 mg·kg^-1下使长庆原油胶凝点、黏度、屈服值进一步降低(胶凝点降低2.5℃,5℃下的平均降黏率为25%,3℃下的屈服值下降55.5 %),从而大幅改善长庆原油的低温流变性。DSC放热特性表明O-MMT的引入可以提升EVA的初始结晶温度,拓宽EVA结晶放热区间,降低原油析蜡点。显微结果表明添加EVA/O-MMT的原油在低温下蜡晶结构更致密。

利用石灰石-石膏湿法烟气脱硫模拟试验装置分析探讨脱硫净烟气中细颗粒物物性与脱硫浆液中晶体粒度分布、浓度、形貌及元素组成间的关系,并试验考察了烟气组分及脱硫工艺条件对脱硫净烟气中细颗粒物排放的影响。结果发现:石灰石-石膏湿法烟气脱硫过程中可生成大量亚微米级细颗粒,生成的细颗粒物性与脱硫浆液中晶体物性存在密切关系,脱硫操作参数如空塔气速、液气比等对脱硫浆液液滴夹带量存在显著影响;脱硫浆液蒸发夹带是石灰石-石膏法脱硫过程中生成细颗粒物的主要来源,通过抑制细小石膏晶粒的形成及优化脱硫工艺参数可减少石灰石-石膏湿法脱硫过程中细颗粒的形成。

在热重分析仪中考察了不同升温速率下油砂的热解特性,结果表明:油砂样品失重过程分为少量气体脱附、低温热解、主要热解、半焦缩聚4个阶段。通过微型固定床与在线质谱耦合测得的气体释放顺序为CO₂、CO、C₂H₆、CH₄和H₂,所对应的初释温度分别为155、178、146、174、354℃。结合核磁和红外对不同温度段液固产物的化学结构进行分析,发现350℃前主要是油砂中轻质油脱附,还包括羧基和烷基侧链的断裂,轻质油品中芳碳率达7.92%;350～520℃之间为油砂的主要热解阶段,油砂油结构中芳碳率为23.51%。据Coats-Redfern法计算得到油砂低温热解和主要热解段的活化能分别为27.63和90.30 kJ·mol^-1,说明开环与裂解反应所需活化能大于油砂油脱附、羧基分解和弱键断裂反应的活化能,揭示了分段热解机理。

化学分析分馏过程广泛应用于碱金属及碱土金属对生物质焦炭活性影响的研究。针对化学分析分馏过程对生物质热解焦炭物理化学结构产生的影响展开深入研究。通过压汞仪、扫描电子显微镜(SEM)对化学分析分馏过程中焦炭的孔径分布、孔隙率、比表面积及颗粒表面形貌等物理结构的变化进行了分析,结果表明该过程对焦炭的孔隙率影响显著,对比表面积影响不大,对热解焦炭多孔状表面形貌影响较为突出。利用X射线光电子光谱法(XPS)和拉曼光谱法(Raman)对焦炭表面碳氧活性官能团结构及焦炭芳香环结构等化学结构特征展开了研究,结果表明化学分析分馏过程对生物质焦炭表面碳氧活性官能团结构的破坏作用较小,化学分析分馏对焦炭的芳香环结构影响不大,水洗过程对焦炭内部的交联结构影响不明显,醋酸铵溶液、盐酸对焦炭内部的交联结构破坏明显。

选取3个煤阶共6个国内典型煤种,利用水平管式炉在不同温度下进行煤的燃烧实验,研究燃煤过程中砷的迁移和释放特性。利用热分析的相关理论和方法,将煤的热重分析手段运用于煤燃烧过程中砷的质量变化,通过对实验结果进行拟合得到砷的失重曲线和失重速率曲线,并采用逐级化学提取的方法对原煤及不同温度下煤灰中砷的赋存形态进行分析。25～1100℃的实验结果表明:随着温度升高,煤中砷的释放比例逐渐增大,1100℃下砷的释放比例变化范围为30%～67%。不同温度区间下砷的失重速率存在差异,800～900℃区间出现显著的砷失重峰,主要原因是以硫化物形式存在的砷在800～900℃区间发生剧烈的分解/氧化分解。此外,相同温度下褐煤的失重比例和失重速率较大,无烟煤的失重比例和失重速率较小,烟煤则介于无烟煤和褐煤之间。温度升高后,煤中的有机物结合态砷向气相迁移,酸溶态砷和残渣态砷共同作用,减少的砷主要进入气相中,还有一部分向可交换态砷迁移。

N₂O是3种主要的温室气体之一,污水的生物脱氮过程是N₂O产生的一个主要人为来源。通过对不同条件下生活污水短程硝化过程中N₂O的产生情况进行研究,考察了短程硝化过程中硝化速率(AOR)与N₂O产生速率(N₂OR)之间的关系。结果表明:随着DO水平的提高,AOR逐渐上升,N₂OR则呈现先增加后减少的趋势;最大N₂OR出现在DO为0.6 mg·L^-1时,为1.29 mg N₂O-N·(g MLVSS)^-1·h^-1。低DO水平下AOR的提高会引起N₂OR的增加;但高DO水平下较高的AOR不一定产生较多的N₂O。不同条件下,N₂O的产生途径不同,引起N₂OR的变化。在DO较低时,N₂O的产生以NH₂OH/NOH途径为主,AOR的提高会促进N₂O产生;随着DO的增加,N₂O的产生途径主要为AOB的有氧反硝化作用,此时较高的DO水平会对这一反应造成抑制,虽然反应过程中AOR较高,但N₂OR处于较低水平。

裂化催化剂生产过程中产生的高盐度、高浊度、高氨氮、低C/N比废水难以处理。构建了电絮凝-半短程硝化-厌氧氨氧化组合工艺,考察了该组合工艺对实际裂化催化剂废水的处理效果以及处理稳定性。结果表明组合工艺处理裂化催化剂废水具有较好的稳定性,出水水质稳定在以下水平:浊度< 30 NTU,NH₄⁺-N< 10 mg·L^-1,NO₂^--N< 3 mg·L^-1, NO₃^-< 40 mg·L^-1,COD< 100 mg·L^-1;通过进水氨氮浓度确定曝气时间的方式可以保证长期稳定的半短程硝化过程,出水NO₂^-/NH₄⁺-N比值维持在0.9～1.4之间,满足厌氧氨氧化反应器的进水要求;同时在裂化催化剂废水的高盐度胁迫下厌氧氨氧化工艺能够表现出显著的厌氧氨氧化效果。

通过静电纺丝法制备了聚醚砜(PES)/聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物(P123,PEO₂₀PPO₇₀PEO₂₀,M_a=5800)纳米纤维膜,考察了P123含量对纺丝液的黏度和表面张力的影响,以及对所制备的纳米纤维膜的结构和性能的影响。实验结果表明:P123含量从3%(质量)增至9%时,其纺丝液的黏度由300 mPa·s增至1000 mPa·s,表面张力在36.5～37.8 mN·m^-1范围内;P123改性的PES纳米纤维直径约为360 nm,分布均匀,其表面也比较光滑,取向趋于一致;此外,该纳米纤维膜具有良好的机械性能和耐溶胀性能,较大的比表面积(>39 m²·g^-1),孔隙率,可用作催化剂载体。

通过戊烷发泡剂存在下的偏氯乙烯-丙烯腈-甲基丙烯酸甲酯(VDC-AN-MMA)悬浮共聚制备包覆型热可膨胀聚合物微球,考察氯化钠、柠檬酸和重铬酸钾等水相添加剂对聚合物微球颗粒结构和热膨胀特性的影响。结果表明氯化钠、柠檬酸和重铬酸钾的添加均可起到降低聚合过程中形成难膨胀聚合物细微粒子的作用,当氯化钠添加量为4%(质量分数,基于单体,下同)、柠檬酸添加量为2.5%～5.0%、重铬酸钾添加量为0.05%～0.1%时,制备的可膨胀聚合物微球具有粒径分布窄、形态规整、聚合物对发泡剂包覆效果好等特点;加热后未膨胀聚合物微粒数目少,膨胀均匀,膨胀温度区间宽。

通过控制溶液的pH,在酸性条件下制备了单层多巴胺改性的多壁碳纳米管,然后以戊二醛作为反应中间桥梁,共价接枝制备得到碳纳米管/壳聚糖复合材料。通过透射电子显微镜(TEM)、红外光谱(FTIR)和热重分析法(TGA)对复合材料的结构和性能进行表征,结果表明碳纳米管的管壁外面和管端都被均匀包覆起来,包覆层厚度在6 nm左右;采用多巴胺单层膜包覆碳纳米管,达到了减小对碳纳米管结构造成破坏同时增加表面活性基团数量的目的,使得复合材料中壳聚糖的接枝量增加到71.78%。复合材料兼具了壳聚糖和碳纳米管在抑菌性、缓释、硅藻生长抑制方面优异的性能,在对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、鳗弧菌及小舟形藻、成排舟形藻的防污性能实验中,复合材料在抑菌及抑制硅藻生长方面均表现出广谱、长效的抑制性能。

以H₃PO₄预处理后的活性炭纤维(ACF)毡为原料,采用浸渍煅烧法制备Al₂O₃/ACF复合电极材料;通过扫描电镜(SEM)、比表面积及孔径分析仪(BET)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、傅里叶红外光谱分析仪(FTIR)对负载Al₂O₃前后活性炭纤维的微观结构与电化学性能进行表征,利用自制的电吸附装置对NaCl模拟废水进行电吸附性能测试。结果表明,采用浸渍煅烧法成功制备了Al₂O₃/ACF复合电极材料,Al₂O₃/ACF复合体表面及孔道中有絮状或颗粒状的Al₂O₃存在,比表面积从1244.37 m²·g^-1降为974.59 m²·g^-1;同时,Al元素含量为1.06%,Al₂O₃以无晶相无定形态存在于纤维表面;Al₂O₃/ACF表面形成一些Al O键的官能团,其比电容比ACF提高76.5%。负载Al₂O₃后的ACF电极材料电吸附性能增强,除盐效率较ACF原样电极提升了2.3倍,且电极具有可再生性。Al₂O₃/ACF复合材料可以作为电极材料用于去除废水中的无机盐离子。

以二芳基乙烯(二芳烯)为共聚单体之一,通过便捷的合成步骤,合成了两个骨架型二芳烯类聚合物,研究了其溶解性、光致变色能力及抗疲劳性等性质。所得到的两个二芳烯聚合物均具有可逆的光致变色能力和优秀的抗疲劳性。在两个聚合物合成过程中,二芳烯与共聚单元的连接分别采用刚性和柔性两种连接方式,从而得到了具有不同分子量及光谱性质的二芳烯聚合物。