氰化尾渣是我国的大宗危险固体废物。这种固体废物含有可回收的有价元素,如铜、铅、锌、金、银、硫、铁等。对氰化尾渣的综合利用既可以回收这些有价元素,实现矿石资源的最大化利用,又可以减少氰化尾渣中残存的药剂对环境的危害。本文从氰化尾渣的性质出发,总结了氰化尾渣的预处理方法,介绍了回收铜铅锌、硫铁、金银的研究现状,并指出现阶段存在的主要问题。针对研究现状和存在的问题,提出新工艺的开发、新药剂的研制、尾矿的再利用等发展方向。氰化尾渣的顺利解决将为社会带来一定经济效益和环境效益。

在常压下303~353 K和303~348 K温度范围分别测定了低共熔溶剂盐酸甜菜碱-乙二醇(Betaine·HCl-6EG)中加入不同浓度NiCl₂·6H₂O形成的Betaine·HCl-6EG-nNiCl₂·6H₂O低共熔离子液体的黏度和电导率,研究了温度、NiCl₂·6H₂O浓度对其黏度、电导率的影响规律。结果表明,在所研究的温度和NiCl₂·6H₂O浓度范围内低共熔离子液体Betaine·HCl-6EG-nNiCl₂·6H₂O都具有较低的黏度和良好的导电性。随着温度的升高,黏度减小,电导率增大,温度对黏度的影响更显著;黏度、电导率与温度的关系均可以用Arrhenius经验公式描述,由此计算得到其黏滞活化能和电导活化能。随着NiCl₂·6H₂O浓度的增加,黏滞活化能和电导活化能均会增大;NiCl₂·6H₂O的加入使得离子液体形成尺寸较大的络合离子,导电离子的有效浓度降低、离子半径增大,导致其电导率减小、黏度增大。

乙酸乙酯作为萃取剂在酸性盐水环境下萃取间苯二酚。平衡法测定了40℃、101.33 kPa时乙酸乙酯-间苯二酚-酸性盐水准三元体系的液液相平衡数据,实验结果表明间苯二酚的存在增加了乙酸乙酯和水的相互溶解度,降低了萃取效率;盐的存在则降低了乙酸乙酯在水中的溶解度,有利于间苯二酚的萃取。用NRTL模型对实验数据进行了关联,得到了乙酸乙酯-间苯二酚-酸性盐水体系的液液相平衡模型参数,关联结果与实验数据基本吻合。测定的液液相平衡数据可为间苯二酚萃取过程以及间苯二胺水解联产间苯二酚和间氨基苯酚的生产装置的工艺设计提供依据。

采用基团贡献法对环丁烯砜合成反应进行了热力学分析,计算了300~600 K、0.1~10 MPa反应体系的反应焓变、反应熵变、反应Gibbs自由能变和反应平衡常数,并分析了温度、压力和组成对平衡转化率的影响。结果表明,标准压力下,环丁烯砜合成反应是可逆放热反应,温度小于460 K范围内可以自发进行,降低温度和升高压力有利于反应向正向进行。温度、压力和组成对平衡转化率均有影响,温度影响最为显著。降低温度、升高压力或增大过量比有利于提高平衡转化率,最大平衡转化率接近于1。基团贡献法所得的平衡转化率预测值与实验值吻合较好,相对偏差在10%以内。

为了解决LiBr/H₂O工质对易结晶和腐蚀性强的问题,提出了LiBr-[BMIM]Cl/H₂O和LiBr-[BMIM]Br/H₂O新型工质对,研究了离子液体 [BMIM]Cl和[BMIM]Br对LiBr/H₂O结晶温度和饱和蒸气压的影响。对质量比为2.5的LiBr-IL(ionic liquids)/H₂O的饱和蒸气压、结晶温度和腐蚀性进行了测定并与LiBr/H₂O的进行了比较,结果表明[BMIM]Cl/H₂O和[BMIM]Br/H₂O的饱和蒸气压与质量分数低8%~9%的LiBr/H₂O的饱和蒸气压基本相同。在常用工作浓度范围内,LiBr-[BMIM]Cl/H₂O的结晶温度比相同吸收能力的LiBr/H₂O的低约30℃。在相同的腐蚀条件下,LiBr-[BMIM]Cl/H₂O对碳钢的腐蚀性明显小于LiBr/H₂O,对紫铜的腐蚀性与LiBr/H₂O的基本相同。因此,采用LiBr-[BMIM]Cl/H₂O作为替代工质对具有一定的应用潜力。

采用等温溶解平衡法开展了四元体系LiCl-LiBO₂-Li₂SO₄-H₂O在298.15 K时相平衡实验研究,测定体系溶解度和平衡溶液的折光率、密度、pH和电导率。根据实验数据,分别绘制该四元体系的干基图、水图以及相对应的物化性质-组成图。研究结果表明:在该四元体系298.15 K相图中,有2个无变度共饱点分别为相称共饱点(Li₂SO₄·H₂O + LiCl·H₂O + LiBO₂·2H₂O)和不相称共饱点(Li₂SO₄·H₂O + LiBO₂·2H₂O + LiBO₂·8H₂O)、5条溶解度曲线和4个单盐结晶相区(Li₂SO₄·H₂O、LiCl·H₂O、LiBO₂·8H₂O和LiBO₂·2H₂O),无复盐和固溶体产生,属于简单四元体系水合物Ⅱ型相图。实验研究中,发现2种偏硼酸锂水合矿物存在(LiBO₂·8H₂O和LiBO₂·2H₂O),LiCl对Li₂SO₄的盐析效应显著;四元体系平衡溶液物化性质随着溶液中氯化锂浓度的变化呈现规律性的变化。

采用等温溶解平衡法研究了四元体系Na⁺,K⁺//Br^-,SO₄^2--H₂O在373 K条件下的相平衡关系,测定了平衡溶液的溶解度和密度,并根据实验数据绘制相应的相图、水图和密度图。研究发现:交互四元体系Na⁺,K⁺//Br^-,SO₄^2--H₂O在373 K温度下,有复盐钾芒硝Na₂SO₄·3K₂SO₄生成,相图由3个共饱和点、7条单变量曲线和5个结晶区组成。其中,5个结晶区分别对应单盐:K₂SO₄,KBr,NaBr,Na₂SO₄和复盐Na₂SO₄·3K₂SO₄(Gla)。

基于红外热成像技术和高速可视化观测手段,得到了不同热负荷下脉动热管冷凝段表面的温度分布和管内工质的运行状态,分析了两者与热管传热性能间的内在联系。研究表明:随着热负荷的升高,工质准稳定运行状态依次呈现单管小幅脉动、管间大幅脉动和整管单向循环3种模式;冷凝段内主要出现泡状流和塞状流两种流型且离散气泡所占的份额逐渐减小;不同运行模式下工质能质输运强度的差异导致脉动热管冷凝段壁温分布各具特征;冷凝段表面的红外热图像可成为辨识管内工质运行状态和判断热管传热性能优劣的重要依据。

为揭示在固定床反应器中固体热载体法快速热解褐煤工艺过程中的热、质传递机理,建立了固体热载体法褐煤热解过程中的传质传热模型。模型包括球型颗粒的一维非稳态导热方程和基于分布活化能模型的动力学模块,分别采用有限容积法与Matlab软件中遗传算法工具箱对二者进行数值计算。通过呼伦贝尔褐煤热重实验数据与温度测定实验数据分别验证了预测的动力学参数及颗粒传热模型结果。研究发现,热、质变化在固体热载体法褐煤热解工艺中呈现复杂的耦合特性。此外,考察了在不同初始温度、热载体进料比与煤颗粒半径条件下,褐煤在热解过程中颗粒内部温度场在径向上随时间的变化规律,并分析了产物释放速率与温度场的关联性,结果表明热历程改变是工艺条件对热解产物分布造成影响的根本原因。

采用全息术实验研究水平偏置椭圆管层流自然对流换热,分析了长轴从水平方向到竖直方向不同角度的换热规律,记录了无限大空间水平椭圆管偏置角为0°~90°的干涉图,通过反演椭圆管周围的温度场得到了椭圆管表面的局部和平均Nusselt数。实验结果表明,长轴从水平位置偏置到竖直位置时,换热逐渐增强;长轴位于水平位置和竖直位置时,换热最小值均位于椭圆管上方,最大值则位于椭圆管长轴附近。研究结果与文献中已有的数值和实验结果吻合较好,可为今后热管换热器的设计提供优化方向,也可为工程应用提供检测方法。

采用基于双流体模型(TFM)耦合静电模型的方法,研究颗粒的静电对有无埋管气固鼓泡床内气固流动特性和气泡特性的影响。首先在无静电场存在的条件下,利用双流体模型对自由鼓泡床和埋管鼓泡床内的流动情况进行模拟并与实验结果进行对比;进一步耦合静电模型,考察静电对自由鼓泡床和埋管鼓泡床内床层的整体性质和气泡特性的影响。研究结果表明,在无静电场条件下采用双流体模型能较好地预测自由鼓泡床和埋管鼓泡床内的气固流动状况以及气泡的平均直径和气泡的上升速度。埋管的存在使鼓泡床内气固流动发生强烈扰动,并使气泡的平均直径和气泡的上升速度均呈振荡分布。静电的存在对自由鼓泡床和埋管鼓泡床内床层的平均固含率影响不大,但对气泡分布规律影响较大,使得自由鼓泡床内气泡数目减少,而埋管鼓泡床下部区域的气泡分布比较集中,上部有大气泡出现。

快关阀法(quick closing valve,QCV)是气液两相流流动实验中常用持气率标定手段。特别是由于段塞流中气塞与液塞表现为随机可变流动特性,不合理的快关阀间距及截取次数选择将会导致持气率测量误差增大。提出了一种持气率快关阀法优化设计方案。首先,采用环形电导传感器上下游阵列信号计算流体相关流速,根据相关测速结果提取上游传感器信号对应流动工况的气塞与液塞间隔长度序列,采用Maxwell方程提取液塞中含泡持气率;在此基础上,再依气塞在管道内占比模拟计算不同快关阀间距时捕获的持气率波动序列。通过分析持气率序列波动,从统计学角度指出了95%置信度及5%允许误差情况下所需最低截取次数。最后,在快关阀门间距为1.55 m的条件下对段塞流所需截取次数进行了实验验证。通过对快关阀法持气率测量误差进行统计分析,证明了设置两个快关阀门间距的充分条件。

采用Air和CO₂作为供料和输送载气,以工业级竖直上升管(内径50 mm)粉煤输送系统为实验平台,开展了粉煤密相气力输送实验研究。实验中选用Air→Air、Air→CO₂、CO₂→Air和CO₂→CO₂作为典型工况,进行了输送特性参数的对比分析。研究结果表明,供料载气与输送载气组合方式的变化,会引起发料罐中粉煤流化状态的改变,进而导致粉煤输送流型和稳定性方面的差异。借助电容层析成像系统(ECT)获得了竖直管的ECT信号和流型图像,并采用标准差和功率谱函数对ECT信号进行分析。分析结果表明,Air→Air工况为稳定的环状流;Air→CO₂输送过程稳定性最差,输送由无定态流型转为栓塞流;CO₂→Air和CO₂→CO₂输送过程均为气栓流,但CO₂→CO₂工况形成的气栓较长,其ECT信号的功率谱峰值较大。

选用盐酸加锰酸钾改性和氢氧化钠改性两种典型的改性方法,期望利用盐酸和锰酸钾的强酸性和强氧化性、氢氧化钠的强碱性改变高岭土的物理化学特性,提高其捕获超细颗粒物的效率。选用典型煤种,将改性前、后的高岭土吸附剂混煤并送入高温沉降炉中燃烧,获得颗粒物的质量粒径分布。结果表明,酸改性能明显提高高岭土捕获PM_0.2(空气动力学直径小于0.2 μm)的效率,但碱改性效果相反。根据表征分析,酸改性明显削弱了Al—OH、Al—O—Si、Si—O和Si—O—Si四个官能团,促进了高岭土捕获碱金属的反应,提高了捕获PM_0.2的效率;而碱改性虽然削弱了Si—O和Si—O—Si两个官能团,但增强了Al—OH和Al—O—Si两个官能团,增强的官能团抑制了高岭土捕获碱金属的部分反应,导致高岭土捕获PM_0.2的效率降低。

基于大滑移温度非共沸工质(R32/R236fa)的特性,搭建了可应用于温湿度独立控制系统的新型双温冷水机组及其实验系统,该机组可获得两种不同温度的冷冻水(例如低温7℃,高温16℃)。以机组的COP、制冷量等参数为评价指标,实验研究非共沸工质中R32的质量组分比例分别为30%、40%、50%、60%时机组在不同运行工况下的性能。结果表明:当冷却水进水温度为32℃,高、低温冷冻水的出水温度分别为16和7℃时,机组COP在R32质量组分比例为60%时达到3.92;而当R32的质量组分比例为50%时,机组具有最佳的综合性能,此时机组在不同运行工况下的COP均大于3.55。通过本研究可为非共沸工质在双温冷水机组中的应用以及优化提供数据基础。

泡沫金属应用到换热器空气侧有望提高析湿工况下的换热性能。为了了解湿空气在泡沫金属内的热质传递和压降特性,建立了泡沫金属内液滴形成、生长和运动特性的数值模型。基于液滴成核数目和成核临界半径得出液滴形成过程的传质率模型;通过建立液滴与湿空气相界面附近湿空气中水蒸气的组分守恒方程,得出液滴生长过程的传质率模型;通过对不同孔棱柱表面液滴的受力分析,建立在重力和风力的共同作用下的液滴接触角模型。将液滴形成及生长的传质率模型和接触角模型分别作为质量源项和表面张力源项,加入连续性方程、动量方程和能量方程组中,实现对泡沫金属内液滴生长、形成和运动过程模拟。模型的实验验证结果表明,换热量预测值与实验结果的最大偏差为11.9%,压降预测值与实验结果的最大偏差为17.7%。

为了提高平齿型翅片管的强化传热效果,通过改变其锯齿的扭转方向和偏折角度得到了折齿型螺旋翅片管。利用数值模拟和模化试验相结合的方法对基管外径分别为38 mm和51 mm的折齿型螺旋翅片管束进行研究,得到了翅片螺距对折齿型螺旋翅片管束的换热与阻力性能的影响规律和最优翅片螺距。结果表明:翅片螺距P_f在3.63~8.47 mm范围内,空气侧Nusselt数Nu随P_f增大呈先递增后递减的趋势;当P_f大于6.35 mm时,翅片螺距增大对Nu的影响相对已不明显;空气侧Euler数Eu随P_f增大而减小。对于基管外径分别为38 mm和51 mm的折齿型螺旋翅片管束,P_f为6.35 mm时其性能指标Nu·f ^-1/3均最大,因此P_f=6.35 mm是最优翅片螺距。

温度特性是双电层电容器的重要特性之一,在电容器充放电过程中伴随着可逆热和不可逆热的产生。利用有限元技术对双电层电容器在恒流充放电循环过程中的内部及外部传热进行数值模拟。同时,对一个双电层电容器样品在循环过程中的内部及外部温度变化进行了测量。对数值模拟结果和实验数据进行对比,分析了恒流充放电循环过程中双电层电容器内部和外部的传热特性、温度分布及其发展变化,讨论了循环过程中电容器可逆热的变化规律及其影响因素,以及由可逆热引起的温度波动的变化。另外,实验数据表明,超级电容器在大电流充放电过程中需要进行冷却。

针对倾斜扁平管内的湍流蒸汽,考虑交界面剪切力,建立蒸汽凝结的CFD模型。在一根实验样管上(长宽高尺寸:2600 mm×3 mm×50 mm,倾斜角:60°),对比管内平均凝结传热系数和蒸汽凝结率的CFD解与实验值,验证模型的有效性。计算不同蒸汽入口流速下的交界面剪切力值,发现剪切力的大小由蒸汽入口流速决定,其数值随蒸汽流动持续递减。对剪切力对蒸汽凝结影响进行CFD模拟,发现,剪切力增大管内局部凝结传热系数,减小蒸汽凝结质量;在0~0.8 m管段,剪切力明显破坏了重力对液膜的累积,削薄了液膜厚度,但从1.0 m到蒸汽出口,液膜厚度由重力控制,剪切力的影响可忽略不计;剪切力迫使液膜加速流动,其加速作用0~0.2 m管段表现突出。

大量LNG溢出蒸发后将形成低温云团,对风向下游地面人员可能造成冻伤、燃烧以及缺氧窒息等危险。基于计算流体力学方法,构建了深低温两相多组分流动的Navier-Stokes方程以及湍流封闭方程,考虑了空气中水蒸气由于温度降低到饱和温度以下而相变传质过程。由于气相中氧气等非液化气体的存在,修正了计算水蒸气相变率的Hertz-Knudsen方程。详细给出了计算过程边界条件设置,评估了地球自转引起的科里奥利力影响特性。数值模拟了美国LLNL完成的Burro系列LNG排放羽流实验,发现考虑水蒸气相变的计算结果,相比于未考虑水蒸气相变的计算,更接近实验结果。研究结果对LNG接收终端等安全环境评估及设计有指导意义。

纵向涡能以较小的压力损失获得较大程度的传热强化,在换热器空气侧强化传热中得到了广泛应用。换热器通道内通常存在多个纵向涡,纵向涡之间的干涉会不可避免地影响纵向涡的强度和强化传热性能。建立了换热器通道中旋转方向相反的两个纵向涡之间的干涉模型,通过数值方法分析了不同涡产生器横向间距下纵向涡之间的干涉现象。通过纵向涡强度定量研究了涡间干涉对纵向涡强度、流动阻力以及强化换热的影响。结果表明:旋转方向相反的两个纵向涡之间的干涉随着涡产生器间距的减小而增大;在涡产生器间距为零时纵向涡间干涉程度最大,纵向涡强度Se、Nu以及阻力系数f的变化量均达到最小值;在本文计算参数范围内,纵向涡引起的Se和Nu的变化量最大差别达到45%和50%,f的变化达到38%;纵向涡干涉并非一定不利于换热,纵向涡干涉后的流动结构影响其强化传热性能。在涡产生器横向间距为涡产生器底边横向投影长度的2倍时,可以利用纵向涡干涉获得最佳传热性能。

开展了低质量流速下超临界CO₂在水平直管内冷却过程的换热特性的实验研究。实验压力为p=7.5~9.0 MPa,质量流速为G=79.6~358.1 kg·m^-2·s^-1,流体温度为25.0~50.0℃。分析了质量流速、压力、流体温度对换热的影响,并引入Richardson数阐述浮升力对超临界CO₂在水平直管内冷却换热影响。实验结果表明: 传热系数随着质量流速的增加而增大。传热系数峰值点随压力的升高向高温区偏移。当质量流速较小时,传热系数峰值点出现在准临界温度之前,且浮升力作用加大,流体处于混合对流状态。将传热系数的实验值和已有的换热关联式计算值作对比后发现在低质量流速下误差较大,拟合了低质量流速工况的超临界CO₂在水平直管内冷却换热的关联式,94%的实验值和拟合关联式误差在±20%范围内。

运用功率谱、小波分解、相空间重构、关联维数计算等非线性分析方法对脉动热管壁面温度波动信号分析。表明:功率谱呈现连续谱线,时间序列存在自相似性,展现温度波动信号的混沌行为;小波分解表现出温度波动的分形特性;重构吸引子展现出4种不同的空间分形结构,说明温度信号波动属于分形下的混沌行为。计算分形维数与传热性能的关系,发现系统存在3~6个分形维;随嵌入维数的增加,分形速度关系为R134a大于丙酮大于去离子水,基本表现为分形维数越大,传热性能越好。并发现关联维和热阻成负相关关系。

采用疏水液处理紫铜微肋阵表面,分别在截面为圆形、菱形和椭圆形微肋阵实验段内形成接触角分别为99.5°、119.5°和151.5°(水为工质)的疏水性表面,实验测试各个工况下流道内流动阻力和压力降,分析了不同截面形状对疏水性微肋阵内减阻特性的影响规律。结果表明,当接触角增大时,压力降变化率在微肋阵内的变化规律随截面形状的改变而发生变化;同一接触角下,椭圆形微肋阵内压力降变化率随流量增加而逐渐减小,而菱形和圆形微肋阵则先减小后保持常数。相同Reynolds数(Re)下,3种截面实验段中减阻率均随接触角的增大而增加。接触角相同时,椭圆形微肋阵内阻力系数变化因子随Re的增大而逐渐减小;菱形和圆形则先减小后保持常数,接触角为151.5°时最小阻力系数变化因子分别为50.81%和58.68%。

水力喷射空气旋流器(WSA)是一种新型高效的气液传质反应设备。采用雷诺应力模型和VOF两相流模型较好地模拟了WSA的气相压降特性、液相回流比和射流雾化过程,并讨论分析了雾化过程的机理。模拟和实验研究表明,WSA的气相压降随着进口气速的增加先后出现低压降区、压降突跳区、压降过渡区和高压降区4个特征区域,并给出了不同压降区域之间转折点气速的计算方法。射流在这4个压降区域里,分别表现为稳态射流、变形与袋式破碎、袋式破碎与剪切雾化和剪切雾化与离心分离等流态。射流在压降过渡区与高压降区的转折点左右实现充分雾化并达到最大相间传质面积。研究结果为建立基于WSA压降特性的射流雾化与流场调控方法提供了理论依据。

对于中小型天然气液化装置,板翅式换热器被广泛应用于回热换热。然而,目前对低干度混合工质在板翅式换热器中低温换热性能优化等问题的研究甚少。因此,搭建一套采用单级压缩、一级回热的Linde-Hampson制冷循环系统,并以N₂-CH₄-C₂H₄-C₃H₈-iC₄H₁₀作为混合制冷剂制取-160℃低温,用以重点分析板翅式换热器中的总传热系数以及影响板翅式换热器传热系数的因素。实验结果表明:低干度下板翅式换热器中总传热系数在2.6~22.7 W·m^-2·K^-1之间,受制冷温度和循环浓度变化的影响不明显,而目前对低干度低流速下混合制冷剂的低温换热性能预测仍存在一定的偏差,其中Cavallini和Modified Granryd的计算模型经修正后可推荐使用;同时,也从制冷剂流速、压降等方面对板翅式换热器优化设计提出了相关建议。

催化剂是选择性催化还原(SCR)脱硝技术的核心,研究Fe对钒钛系SCR催化剂脱硝活性及SO₂/SO₃转化率的影响具有重要意义。采用等体积浸渍法制备了不同Fe/V质量比的Fe₂O₃-V₂O₅-WO₃/TiO₂催化剂,并进行表征,研究Fe对钒钛系SCR催化剂脱硝活性及SO₂/SO₃转化率的影响,并讨论Fe对于钒钛系SCR催化剂表面性质的影响。结果表明,随着催化剂表面Fe₂O₃含量增加,催化剂的脱硝效率及二氧化硫氧化率均是先上升后下降,当Fe/V质量比为3.0时,催化剂的脱硝效率和二氧化硫氧化率均达到最大值91.78%、1.01%。XPS及H₂-TPR结果表明,随着Fe₂O₃含量增加,催化剂表面钒活性组分的相对含量及V⁴⁺/V⁵⁺比减小,催化剂表面吸附氧(O_α)浓度增加,催化剂的氧化能力增强。NO-TPD结果表明,随着Fe₂O₃含量增加,催化剂表面吸附NO的能力增强。

以钛酸四丁酯为钛源、葡萄糖和尿素作为掺杂剂,采用水热-溶胶凝胶法制备了碳氮共掺杂TiO₂光催化剂,研究了该催化剂的结构特性及其对氯苯(CB)废气的转化性能。响应面法分析了C、N与钛酸四丁酯的添加比例对TiO₂催化CB的影响,获得了C和Ti物质的量比0.49、N和Ti物质的量比0.28时,该催化剂对CB的转化效率相对较高。利用XRD、TEM等对催化剂结构以及形貌进行表征表明:C/N共掺杂TiO₂为锐钛矿和金红石混合晶型,比表面积较大,吸收波长红移至500 nm。在反应介质相对湿度10%、CB初始浓度 50 mg·m^-3、反应时间60 s时,催化转化率93.5%;制备的催化剂在相对湿度10%~60%范围内对CB均具有较好的去除效果。稳定性实验表明,连续测试10 h对CB的转化率略微下降。

利用溶胶-凝胶法制备了以Fe₂O₃为活性组分,天然凹凸棒土(ATP)为惰性载体,KNO₃修饰的Fe4ATP6K1铁基复合载氧体。在高温流化床中考察了反应温度、水蒸气流量和O/C摩尔比对咖啡渣化学链气化过程的影响。结果表明,与以石英砂为床料的咖啡渣气化相比,以Fe4ATP6K1载氧体为床料的咖啡渣化学链气化对应的碳转化率由71.38%提高到86.25%。咖啡渣化学链气化的较优操作条件为:反应温度900℃、水蒸气量0.23 g·min^-1、O/C摩尔比1;在此操作条件下,合成气产量达到1.30 m³·kg^-1,氢气产量达到83.79 g·kg^-1,氢气的平均浓度达到52.75%。通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜-能谱(SEM-EDS)对900℃反应前后的Fe4ATP6K1进行表征,发现Fe相、K相、Si相可以发生相互作用,K以KFeSi₃O₈的形式存在于载氧体中,并且K在反应过程中有少量流失。20次氧化/还原过程中,铁基复合载氧体Fe4ATP6K1表现出较好的循环性能,碳转化率和冷煤气效率均保持在75%以上,各气体的平均浓度较稳定。

以γ-Al₂O₃为载体采用分步浸渍法制备了不同金属氧化物进行载体改性的Cu/B/M/Al₂O₃(M=Mg,Ca,Ni)催化剂,并测试了其催化醋酸仲丁酯加氢反应的性能。结果表明,以NiO进行载体改性的催化剂导致酯加氢反应中大量酸催化产物及烃类出现;以MgO进行载体改性不利于金属Cu的分散且催化剂的结构稳定性较差;以CaO对γ-Al₂O₃载体进行改性不仅能够促进金属Cu的分散,提高催化剂的酯加氢活性和产物选择性,而且可以有效减少反应中非活性碳物种在催化剂表面的沉积。

用共沉淀法制备了纳米Ru-Zn催化剂,考察了不同浓度NaOH同时作沉淀剂和还原介质对苯选择加氢制环己烯Ru-Zn催化剂性能的影响,并用X射线衍射(XRD)、N₂物理吸附(BET)、X射线荧光光谱(XRF)和透射电镜(TEM)手段等对催化剂进行了表征。结果表明,NaOH浓度可以调变Ru-Zn催化剂的Zn含量、粒径和孔径,进而影响Ru-Zn催化剂的苯选择加氢制环己烯性能。NaOH含量为15%时制备的Ru-Zn催化剂在优化的反应条件下获得了61.5%的环己烯收率,而且该催化剂具有良好的重复使用性能。

采用密度泛函理论系统地研究了肉桂醛在正二十面体M₁₃(M=Au,Pt)团簇上的选择性加氢反应机理(C=O,C=C以及1,4共轭加成机理)。在稳定吸附构型的基础上,通过Complete LST/QST方法探索肉桂醛选择性加氢反应中各基元反应的过渡态,得到各反应的活化能和反应热。计算结果表明:肉桂醛在Au₁₃团簇最可能发生1,4共轭加成得到烯醇,但烯醇很不稳定,会发生异构生成苯丙醛,反应总体放出热量;肉桂醛在Pt₁₃团簇最可能发生C=O加成得到肉桂醇,肉桂醇进一步加氢得到饱和醇,反应总体吸收热量。

选择钯电还原乙炔制备乙烯并通过气相色谱法对产品进行表征,利用第一性原理计算方法探讨乙炔在催化剂Pd (111)表面的吸附情况,采用循环伏安法研究钯电极在硫酸溶液中还原乙炔的电极过程,测定电极的稳态极化曲线并根据极化曲线推算Tafel斜率,重点结合表观传递系数及反应级数对拟定的乙炔电还原制备乙烯的反应机理进行验证。实验结果表明:乙炔分子在Pd (111)面上呈平行桥键构型时最稳定;钯电极在硫酸溶液中可将乙炔电还原为乙烯;得出了反应最可能的速率控制步骤。

在静态法研究纳米腐殖酸吸附模拟含镉废水基础上搭建考察模拟含镉废水中镉离子在吸附剂上动态吸附及洗脱特性的吸附柱实验装置,考察镉离子溶液浓度、吸附(脱附)温度、共存离子和进料流速对穿透吸附量和饱和吸附量的影响,运用Thomas模型研究了纳米腐殖酸柱吸附过程动力学机理,测定了再生后纳米腐殖酸的穿透吸附量和饱和吸附量,结果表明:初始镉离子浓度150 mg·L^-1和流速10 ml·min^-1下,其饱和吸附量分别为426.3 mg·g^-1和405.5 mg·g^-1;Thomas模型所得饱和吸附量q_em分别为364.1、436.1和441.9 mg·g^-1;洗脱峰镉离子浓度分别为3.3、12.0和22.0 g·L^-1;共存离子SO₄^2-浓度增加,纳米腐殖酸对镉离子的穿透吸附量和饱和吸附量降低;吸附和脱附均可常温工况进行。经30次吸附和再生后,穿透吸附量和饱和吸附量无明显降低。用红外光谱仪(FT-IR)、扫描电镜(SEM)及X射线能谱仪(EDS)对纳米腐殖酸吸附再生前、后性能进行表征,结果表明:纳米腐殖酸物化性能稳定,形貌基本无变化,尺度发生一定程度减小,表面及内部的氨基、羟基等对吸附镉离子均发挥有效作用,该材料可满足重复使用。

以质量扩散-表面反应两步结晶理论为基础,推导出氟化钙沉淀结晶动力学模型,以蒸氨废水为研究对象,氯化钙为沉淀剂,采用间歇结晶和在线粒度监测技术测定了氟化钙结晶动力学数据,采用非线性优化技术获得了氟化钙结晶动力学模型参数,并对该模型进行了实验验证,结果表明模型及模型参数效果良好,模型值与实验值平均相对误差为3.37%。氟化钙沉淀结晶过程属于表面反应控制过程,氟化钙存在明显的聚结现象。模型模拟结果表明:钙离子浓度一定时,氟离子初始浓度越高则初始阶段氟离子浓度下降越快,初始氟离子浓度过高或过低,最终均不利获得较低的氟离子浓度;适当提高操作温度可以促进氟离子的净化,但温度过高则不利。

将锆(Ⅳ)负载在通过氢氧化钠(NaOH)水解的粒状废弃皮革上制备出新型氟离子(F^-)吸附剂。采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线能量色散光谱分析(EDX)、X射线光电子能谱分析(XPS)、傅里叶变换红外吸收光谱分析(FTIR)等方法研究了该吸附剂对水溶液中F^-的吸附特性及其吸附机理。结果表明:研究条件下,粒状废弃皮革与Zr(NO₃)₄·5H₂O最优的质量比为1:3;该吸附剂对F^-的最优吸附pH为4;该吸附剂对F^-的吸附等温线符合Langmuir方程,拟合得出对F^-的饱和吸附量为30.56 mg·g^-1;吸附动力学可用准二级动力学模型描述,属化学吸附,F^-以离子交换的形式代替羟基(-OH)与吸附剂中的Zr(Ⅳ)结合形成稳定的化学键,从而达到吸附水溶液中氟离子的目的。

杂多酸盐无机离子吸附剂对于碱金属离子具有良好吸附性能,可望用于铷的分离提取。以海藻酸钙(CaALG)为载体,对铷有良好选择性的磷钨酸铵(AWP)为活性成分,采用溶胶凝胶法制备球形复合吸附剂AWP-CaALG并优化了物料配比、CaCl₂浓度、陈化时间及干燥温度等制备条件,通过SEM、XRD、IR分析对制备产物进行了表征。通过静态吸附实验,测得吸附剂对Rb⁺吸附容量达43 mg·g^-1。实验考察了溶液中铷初始浓度、吸附温度对吸附过程的影响,分别采用Langmuir等温吸附模型、Freundlich等温吸附模型对实验数据进行线性回归分析,结果表明吸附过程更符合Freundlich等温吸附模型(R²>0.9962)。计算铷吸附过程焓变(ΔH)、熵变(ΔS)分别为-14.18 kJ·mol^-1和-0.0367 kJ·mol^-1·K^-1,不同温度下ΔG均为负值,说明该吸附过程可自发进行,低温利于吸附,升温利于解吸。吸附动力学结果表明该吸附过程符合拟二级动力学模型,且受化学反应控制。

为提高对工况复杂的工业过程进行软测量建模的模型精度和泛化能力,提出了一种基于改进Bagging算法的高斯过程集成软测量建模方法。该算法采用高斯过程回归算法建立集成学习模型的基学习器,并在Bagging算法对训练样本重采样生成基学习器训练子集的基础上,采用基于正则化互信息的特征排序指标进行基学习器的输入特征抽取,实现有监督的特征扰动,从而改善学习器的差异度。待测样本进行软测量估计时,根据各高斯过程基学习器输出的方差自适应地选择基学习器进行集成输出。采用工业双酚A生产装置反应器的现场数据建模仿真,结果表明该方法是有效的。

针对天然橡胶作为套扎器胶圈材料使用时出现的抗湿滑性较差,套扎不牢固、易脱落的问题,选用天然橡胶作为基础材料,气相法白炭黑为补强剂,添加明胶甘油等加工助剂制备套扎器胶圈,在满足胶圈的力学强度的同时,借鉴胎面胶抗湿滑理论,对胶圈抗湿滑性能进行研究。分别用电子拉伸测试仪、AFM、DMA、摩擦系数仪等仪器对材料的力学性能、表面粗糙度、微观硬度、tand和最大静摩擦力进行表征。结果表明采用所提供的配方,使天然橡胶500%定伸应力达6.12 MPa,微观表面粗糙度(Ra)为9.754,同时具有较高的微观硬度和tand,在湿润表面的最大静摩擦系数达到2.6,获得了良好的抗湿滑性能。

主要考察了十八烷基三甲基氯化铵(OTAC)和十二烷基硫酸钠(SDS)对油相的增溶规律。通过不同烃类混合,包括两种烃类的混合和4种烃类混合,调整混合油相的等效烷基碳数(EACN),探索最佳中相醇用量(A*)、最佳增溶量(SP*)与EACN的关系。A*、SP*与EACN在两类表面活性剂条件下都呈现二次函数的关系,且在同一表面活性剂体系中,控制其他组分含量恒定的情况下,函数关系与所用的烃无关。

为分析考虑实际气体效应和滑移流效应的螺旋槽干气密封性能,通过维里实际气体状态方程代替理想气体状态方程、有效黏性系数代替动力黏度修正窄槽理论螺旋槽干气密封气膜压力控制方程。以氮气(N₂)、氢气(H₂)、二氧化碳(CO₂)为例,分别计算、对比无滑移理想气体、滑移理想气体、无滑移实际气体、滑移实际气体时螺旋槽干气密封的泄漏率、槽根处压力、端面开启力。结果表明:滑移流效应使气体泄漏率增大、槽根处压力和端面开启力降低;实际气体效应使易受压缩气体(压缩因子Z<1)的泄漏率、槽根压力、端面开启力增大,使不易受压缩气体(压缩因子Z>1)泄漏率、槽根压力、端面开启力减小。随着气体压力增大,滑移流效应逐渐减弱,而实际气体效应增强;低压下滑移流效应起主导作用,高压下实际气体效应起主导作用。

采用分子动力学模拟(MD)的方法在分子层面上考察辛基酚聚氧乙烯醚磺酸盐(OPES)在油-水界面的界面行为。模拟结果表明:辛基酚聚氧乙烯醚磺酸盐可以大幅降低油-水界面的界面张力,在OPES浓度达到饱和浓度时,系统界面张力仅为3.85 mN·m^-1;OPES中磺酸基是主要亲水基团,具有良好的亲水性;温度在318~373 K时,界面张力由24.63 mN·m^-1下降到17.43 mN·m^-1,这说明OPES具有良好的抗高温性能;当Na⁺浓度在1%~5%的环境下OPES性质稳定,界面张力仅有4.47 mN·m^-1的小幅增加,因此OPES具有良好的耐盐性,并且其对Na⁺的耐盐性能好于对Ca²⁺的耐盐性。

设计合成了3种基于五苯基苯骨架结构的苝二酰亚胺衍生物n-PDI(n 2,3,4)双子表面活性剂,利用红外光谱仪、核磁共振氢谱仪、热重分析仪,对所合成的3种目标产物结构进行表征与确认,它们的分解温度均在200℃以上。研究了3种双子表面活性剂表面活性参数和热力学参数,结果表明双子表面活性剂分子在水溶液中形成胶束和在气-液界面处的吸附过程是自发的;且双子表面活性剂分子形成胶束的过程易于进行;随温度的升高ΔG_mic^?、ΔH_mic^?、ΔS_mic^?均减小,表明ΔH_mic^?对ΔG_mic^?的贡献有增大趋势,ΔS_mic^?对ΔG_mic^?的贡献有下降趋势,即胶束化过程为熵驱动力在减小而焓驱动力在增大的过程。由SEM测试表明双子表面活性剂能有效吸附在锌电极表面,对其具有缓蚀作用。

通过建立沿管壁恒热流加热的渗流实验系统,实验研究了悬浮颗粒在饱和多孔介质内以及入口界面处的沉积和运移特性。着重研究了有无加热条件,以及不同加热温差,相同多孔介质和进口悬浮液浓度情况下,实验段入口界面处与内部的颗粒沉积量变化,以及沿程不同位置处的压力变化。并对实验过程中的渗流稳定性及各测点温度和多孔介质段渗透系数进行了分析。结果表明:相对渗透率k_t/k₀在不同温差下有明显不同;多孔介质与进口流体界面处的沉积量随温差的增大而增加,沉积结构的稳定性降低;多孔介质段颗粒沉积强度随温差的增大而增大,实验结果可为今后的理论分析提供验证依据。

采用聚合物一致性力场(PCFF),分别在7种剪切速度V和3种油膜厚度h下对纳米间隙中润滑剂角鲨烷进行分子动力学模拟,分析固液界面的密度、分子和流速的分布,探究纳米薄膜润滑的润滑机理和剪切速度对界面滑移的影响。结果表明,纳米间隙中润滑剂存在分层现象,各层间距相近,并非越远离固体壁面层间距越大,层间距约为角鲨烷分子单个C-C键距离的3~4倍;随着油膜厚度的减小,纳米间隙中润滑剂层状分布越明显,固化层密度越大;当油膜厚度为3.44 nm时,固液界面滑移现象明显,滑移长度b值随着V先增大后减小,当V为22.8 m·s^-1时,b达到最大值4.35 nm;根据模拟和计算结果,给出滑移长度与剪切速度的关系公式。

用高效液相色谱检测不同温度下楸灵素降解的动态变化。建立楸灵素热降解动力学模型,定量分析温度对楸灵素稳定性的影响。实验发现楸灵素在发酵液中的热降解符合一级反应动力学,热降解速率常数随温度提高而快速上升,符合Arrhenius方程。4℃条件下楸灵素在发酵液中的半衰期长达25 d,25℃条件下则缩短为6 d,而55℃条件则进一步下降到14 h。模型预测楸灵素在70℃半衰期只有3.7 h,楸灵素发酵液旋转蒸发会造成大量降解,收率低下,与验证实验结果完全吻合。

吸附储热因其储热密度高、储热周期长、工作模式灵活而备受关注。基于热化学变温再吸附原理,构建了低品位热能温度提升实验系统,并采用吸附工质对MnCl₂-CaCl₂-NH₃对其升温储能特性进行了理论分析和实验研究。结果表明在储热、释热温度分别为135℃和140℃的条件下,最大储热密度和最大潜热显热比分别为614 kJ·kg^-1、0.418。在储热、释热温度分别为125℃和130℃的条件下,最大储热效率为28.57%。实验验证了热化学温度提升系统的可行性。

前期研究发现高弥勒指数晶面载氧体Fe₂O₃[104]具有高的化学链燃烧反应特性,且Co对煤及其热解中间产物具有催化气化和催化转化作用。通过正交实验优化制备Co-Fe₂O₃[104]/Al₂O₃载氧体体系结构,开展Co-Fe₂O₃[104]/Al₂O₃与褐煤的化学链燃烧,揭示载氧体与褐煤发生化学链燃烧的特性。结果表明:形貌控制制备的高弥勒指数晶面铁基载氧体Co-Fe₂O₃[104]/Al₂O₃(质量分数10%)促进了褐煤化学链燃烧过程中氧的迁移速率以及载氧体的还原程度,进而显著提高了载氧体与褐煤化学链燃烧的反应速率及反应效率。进一步通过CO多循环化学链燃烧反应、XRD和TEM表征了Co-Fe₂O₃[104]/Al₂O₃(10%)的可再生性及反应稳定性。

采用10 g·L^-1 NH₄Br溶液对原始稻壳焦进行浸渍改性制备了脱汞吸附剂。利用比表面积及孔隙度分析仪、扫描电子显微镜/X射线能谱分析仪对改性前后稻壳焦吸附剂物理化学性质进行表征。在固定床汞吸附实验台上对吸附剂床层出口元素汞(Hg⁰)和二价汞(Hg²⁺)进行同步检测,研究了不同温度下N₂气氛和N₂+6.4 %(体积)O₂气氛中改性稻壳焦的汞氧化吸附特性。50℃下N₂气氛、N₂+6.4%(体积)O₂气氛以及150℃下N₂气氛中固定床出口均未明显检测到Hg²⁺,50℃和150℃时脱汞率均可达90%。温度为150℃时,在N₂+6.4%(体积)O₂气氛中吸附剂的总汞(Hg^T)脱除效率为98.2%,其中82.2%的Hg⁰被吸附脱除,其余则被O₂非均相氧化为Hg²⁺而氧化脱除。通过对程序升温管式炉出口Hg^T进行检测研究了吸附剂表面吸附态汞的脱附特性。汞脱附峰值温度300℃表明吸附态汞可能以Hg-Br化合物的形式赋存于改性稻壳焦表面,220~350℃的脱附温度说明吸附态汞有较高的热稳定性。100.14%~118.62%的汞平衡率验证了实验结果的准确性。

以厨余垃圾为原料进行水热液化,考察了反应温度和料液比对产物分布的影响。温度320℃、料液比1:15时,生物油产率最高为16.7%,继续升高温度或降低料液比将促进气体产物生成。与重质原油、常减压渣油相比,生物油氧、氮元素含量较高,热值为32.33~34.82 MJ·kg^-1,其中汽油和煤柴油馏分超过50%。利用GC-MS、FT-IR和FT-ICR MS对生物油化学组成、官能团和杂原子组成进行了表征。生物油是一种复杂混合物体系,已检测出烃类、酸类、醛类、酮类、酯类、胺类、酚类、醇类和含氮杂环类等多种物质,对其酸性组分进一步分析显示,含氧组分主要是O₂、O₃类化合物,含氮组分主要是N₁O₂、N₁O₃和N₁O₄类化合物。

选择聚偏氟乙烯(PVDF)和聚丙烯(PP)中空纤维曝气膜作为膜曝气生物膜反应器(MABR)的膜组件材料,比较两种膜材料由于亲疏水性能、表面形态、生物相容性等性质的差别,对MABR挂膜启动速度、生物附着量、脱氮除碳及膜污染等性能的影响。研究显示,运行末期PVDF和PP膜纤维生物附着量分别为35.62 g·m^-2和30.63 g·m^-2。通过场发射扫描电子显微镜观察两种膜表面生物污染情况,PVDF膜纤维表面呈鱼鳞状结构,有效保护了膜孔不被微生物完全堵塞。在90 d的运行周期内以PVDF为曝气膜材料的MABR获得了90%以上的COD去除率和78%的TN去除率;而以PP为曝气膜的MABR由于运行后期曝气膜纤维污染严重仅得到了76.5%的COD去除率和49.1%的TN去除率。因此,PVDF曝气纤维更适于作膜曝气生物膜反应器的曝气膜。

针对燃料乙醇生物炼制过程中抑制物对酵母乙醇发酵的抑制作用,以水洗稀酸蒸汽爆破预处理玉米秸秆得到的预水解液为研究对象,采用新型绿色脱毒技术——离子液体进行萃取脱毒,研究比较了两种咪唑类离子液体[烷基咪唑六氟磷酸盐离子液体[C_nmim][PF₆](n 4,6,8)和烷基咪唑四氟硼酸盐离子液体[C_nmim][BF₄](n 6,8)]对预水解液的萃取性能。结果表明,随着咪唑类离子液体阳离子烷基链长度的增加,离子液体对抑制物的萃取性能下降,具有更强电负性的阴离子为BF₄^-的离子液体比阴离子为PF₆^-的离子液体萃取效率更高。通过比较糖与抑制物的萃取率,最终选择[C₈mim][BF₄]作为预水解液的萃取剂,结果显示其对主要抑制物甲酸、乙酸、5-羟甲基糠醛的萃取率分别为53.22%、47.53%和85.13%,总酚的萃取率为65.05%,而糖的损失率在6%以内。

在常温(20~23℃)条件下,采用SBR反应器处理生活污水,通过两段式曝气的方法,控制氨氧化细菌(AOB)的比增长速率高于亚硝酸盐氧化细菌(NOB),经过80个周期的运行实现了短程硝化的快速启动并稳定运行。当COD降解过程结束后,比耗氧速率(SOUR)可以直观反映AOB比增长速率的变化规律。短程硝化实现前后的扫描电镜(SEM)图片表明,在短程硝化实现过程中,污泥中的杆状菌逐渐减少,球状和椭球状细菌逐渐增加。对克隆文库的结果进行分析,发现污泥中的细菌分属8个不同的细菌类群,种类比较丰富,其中优势菌群为β-变形菌和拟杆菌门。

研究了MIEX和PAC两种水处理吸附剂对微污染水源水的水质净化性能。实验分别考察了MIEX和PAC对DOC和UV₂₅₄的去除效率,并通过凝胶渗透色谱和三维荧光光谱分析,研究了MIEX和PAC对不同相对分子质量区间以及不同种类有机物的去除规律。在正常的吸附剂投加量下(MIEX 5~8 ml·L^-1,PAC 30~50 mg·L^-1),MIEX对DOC和UV₂₅₄的平均去除率比PAC高23%和20%。但随着吸附剂投加量的增加,两者去除效率差别逐渐减小,MIEX对DOC和UV₂₅₄的最大去除率仅比PAC高6%~8%。与PAC相比,MIEX去除的有机物相对分子质量分布范围更广,特别是对中等分子量(5000~50000)有机物,其去效率明显高于PAC。MIEX对腐殖酸和富里酸类有机物的去除率略高于PAC,而对蛋白质类有机物的去除率则远高于PAC。动力学分析表明,MIEX和PAC对DOC的吸附去除过程符合准二级动力学,MIEX对有机物的吸附速率是PAC的40倍左右。

以蒽醌类染料活性艳蓝为目标污染物,探讨了其对产甲烷菌的抑制机理;分析了其经多相类芬顿预处理前后对厌氧污泥EPS、粒径分布、金属离子含量的影响;同时对活性艳蓝的降解途径进行了探究。结果表明,活性艳蓝对产甲烷菌具有代谢毒性甚至生理性毒性;其进入厌氧反应器后,会造成COD去除率降低;颗粒污泥粒径减少,污泥中钙、镁离子浓度分别由40.5和16.2 mg·L^-1降低到22.5和6.8 mg·L^-1,污泥的稳定性与絮凝性变差。而经多相类芬顿预处理后,COD去除率可达90%以上,厌氧颗粒污泥EPS总量、蛋白质含量、多糖含量分别增大到98.7、69.9和28.8 mg·(g VSS)^-1,为保持颗粒污泥的活性与稳定性提供了保障。多相类芬顿体系所产生的羟基自由基首先攻击活性艳蓝的三嗪基团及不饱和共轭键的蒽醌结构,继而生成邻苯二甲酸、苯甲酸,再被降解为丁酸、草酸、乙酸等小分子羧酸,从而降低了其毒性,有利于后续厌氧生物处理的进行。

在跨临界CO₂热泵热水器系统中引入优化设计的喷射器,对系统进行实验研究,分析了制热系数、引射比、升压比、喷射器效率等参数随热水体积流量和出口温度及高压侧压力的变化趋势以及优化设计的喷射器对系统的影响。实验结果表明:随着热水体积流量减小或其出口温度增加,引射比将逐渐减小,而喷射器效率逐渐升高;在测试工况范围内升压比基本保持不变,系统COP_h最高将近3.5;系统高压侧的压力因优化喷射器的引入而明显降低,有利于系统的安全运行;跨临界二氧化碳热泵喷射循环系统存在一个最优运行压力,值得注意的是在最优运行压力下,热水出水温度虽未达到最高,但依旧超过55℃。系统稳定运行在最优高压侧压力下,不仅系统性能大幅度提高,而且保证了热水的出水温度。

利用Fenton法处理辽河油田采油废水时,通过紫外可见光谱法、红外光谱法(FTIR)及X射线衍射法证明了体系中有聚铁生成,并用逐时络合比色法确定了新生态铁中Fe(Ⅲ)的形态分布,同时对Fenton的氧化和絮凝作用做了分步研究,结果表明,Fenton法具有氧化和絮凝双重作用,二者具有协同效应,其功效大于单纯的聚铁絮凝,也远大于自身的单纯氧化。

褐煤干燥对于提高其品质具有重要意义。为了模拟高温烟气干燥这一高温差、变温差非稳态传热传质过程中褐煤内水分蒸发过程,采用有限体积法建立了一维球坐标系下蒸发界面向内迁移的单颗粒褐煤干燥数学模型,并利用该模型分析了初始烟气温度和颗粒粒径对单个褐煤颗粒干燥特性的影响。模型模拟结果与实验结果对比表明二者变化趋势一致,所建模型能较好地反映出高温烟气干燥过程中褐煤内水分蒸发过程。结果表明,初始烟气温度越高,颗粒粒径越小,蒸发界面向内迁移速度越快,水分脱除越快,干燥时间越短;蒸发界面平均迁移速度均与初始烟气温度和颗粒粒径呈线性关系;在初始烟气温度700℃下,较短的停留时间使得颗粒表面温度未达到挥发分析出温度,本研究中不同粒径褐煤颗粒在干燥过程中基本没有挥发分的析出。

以污泥发酵前后的残渣热解制备生物炭,考察发酵前后污泥生物炭的物理性能及其对氨氮、总磷的吸附能力。实验结果表明污泥发酵有利于生物炭孔隙结构的发展,污泥发酵后制备的生物炭(FSBC)比表面积、孔体积均高于未发酵污泥制备的生物炭(SBC)。吸附实验结果表明,对于磷酸盐的吸附,3种材料吸附能力大小为 FSBC > SBC > CAC,对于氨氮的吸附,吸附能力顺序为CAC > FSBC > SBC,污泥发酵后制备的生物炭对氨氮和总磷的吸附能力较未发酵污泥生物炭明显增强。对于实际废水中氮、磷的吸附,其去除率顺序均为CAC > FSBC > SBC,其中CAC和FSBC对总磷的去除率分别为31%和27%,对氨氮的去除率则分别为7%和4%。FSBC与CAC对总磷和氨氮的去除率相差不大。FSBC作为污泥资源化得到的低成本吸附剂,有广阔的研究前景。

在高温液态水处理的甘蔗渣酶解过程中添加Tween80可使聚糖转化率提高11.4%。根据蔗渣酶解液中糖的种类及含量,用葡萄糖、木糖和纤维二糖标准品模拟蔗渣酶解液组成配制成相应的混合糖培养基,同时配制仅含葡萄糖的培养基,在有、无Tween80和BG11(Blue-Green 11)的条件下,考察小球藻在不同培养基中的异养生长及脂肪酸生成。结果显示Tween80对小球藻的生长具有抑制作用,纤维二糖也会影响小球藻的生长;小球藻在添加BG11的葡萄糖培养基中的生物量最高,为1.97 g·L^-1,在添加BG11的蔗渣酶解液中的生物量高出未添加BG11的2倍,在含有Tween80和BG11的蔗渣酶解液中的总脂肪酸含量最高,达到6.90%,在所有培养基中产生的脂肪酸以C_16:0、C_18:1、C_18:3、C_20:1和C_20:4为主;培养基组成优化可进一步提高微藻生物量和油脂产量。

建立一个天然气自热重整的固体氧化物燃料电池(SOFC)系统模型,利用Aspen Plus化工流程模拟软件链接基于Fortran语言编写的电堆模型,在质量守恒和能量守恒的基础上,分析不同参数对系统性能的影响。模拟结果表明:随着水碳比的增加,甲烷和一氧化碳的转化率增大,导致氢气和二氧化碳含量增加;氧碳比和系统效率在水碳比为1.5时达到最大。随着燃料利用率的增加,电流密度增大,导致空气过量系数增大,空气利用率降低;系统的总效率和净效率均随之增大。尾气温度随着水碳比和燃料利用率的增加均呈现下降趋势。系统的最大总效率和净效率分别为44.5%和39.2%。研究结果为进一步优化自热重整系统指明了方向。

目前,我国利用剩余污泥产挥发性脂肪酸(VFAs)的碳源化研究主要集中在对华东和北方地区污水厂污泥的利用,而采用华南地区污水厂剩余污泥进行产酸的研究较少,且对其开展实际现场产酸特性的研究更是少见报道。采用半连续式厌氧产酸反应器,对广东省肇庆市鼎湖区污水处理厂剩余污泥产挥发性脂肪酸的系统特性进行了试验研究。研究结果表明,系统在碱性条件下(pH 10.0)具有良好的水解产酸性能。VFAs对应的COD(VFAs-COD)占SCOD的比重较大,平均占比73.89%,高于现有同类研究结果2%~15%。同时仅伴随着少量的多糖和蛋白质积累(对应的COD占SCOD的比重为5%~15%)。乙酸为主要的VFAs组成成分,平均占比51.43%,系统优势菌几乎全部为产酸菌,包括Acetoanaerobium sp.、Clostridiales bacterium Z-810、Proteinivorax tanatarense strain Z-910、Tissierella sp.,其中Acetoanaerobium sp.、Clostridiales bacterium Z-810在同类研究中暂无报道。系统产酸过程中可实现33.5%的污泥减量率。

为探究以海水作为脱硫剂在喷射鼓泡塔上的脱硫特性,通过改变废气流量、海水温度、浸液深度、SO₂进口浓度和O₂浓度等操作参数,在自主设计和搭建的喷射鼓泡塔实验平台上进行了船舶模拟废气的脱硫实验。实验结果表明:在喷射鼓泡塔上,海水对SO₂的吸收容量为3.682 mmol·L^-1,约是去离子水的3.92倍;脱硫效率随废气流量、海水温度和SO₂进口浓度的升高而降低,随浸液深度和O₂浓度的升高而升高,与脱硫时间呈线性下降关系。液相总传质系数随废气流量和海水温度的增加而增加,其中废气流量的影响幅度较小,仅为3.16%。增加O₂浓度可显著提高海水对SO₂的吸收容量,O₂浓度从0%增至12%时,海水的吸收容量从3.682 mmol·L^-1增至7.463 mmol·L^-1。

以单萜烯烃(R)-(+)-苧烯为共聚单体,采用"反硫化"的方法将萜烯与单质硫磺直接混合进行本体熔融自由基共聚反应,得到具有良好溶解性的富硫低聚物。利用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、核磁共振波谱(¹H NMR和¹³C NMR)、拉曼光谱(Raman)、元素分析(EA)和凝胶渗透色谱(GPC)对低聚物的化学结构和组成进行了表征,并且探索了投料比、反应时间以及反应温度对硫磺-萜烯低聚物(PSL)的结构和性能的影响。又采用热重分析(TGA)和差示扫描量热法(DSC)考察了该低聚物的热稳定性。结果表明:该聚合方法所制备产物具有良好的热稳定性、溶解性和粘接性。反应产物中硫磺的含量随硫磺投料的增多而增加。对于苧烯-硫磺的共聚物(PSL),当反应时间为2 h、反应温度为210℃时,所得产物综合性能最佳。

为了进一步提高水性UV光固化树脂的固含量,以甲苯二异氰酸酯为硬段,聚醚二元醇及聚乙二醇为软段,二羟甲基丙酸(DMPA)为亲水性物质,丙烯酸羟丙酯和季戊四醇三丙烯酸酯为封端剂,三乙胺为中和剂等,合成了固含量约为80%的水稀释型聚氨酯丙烯酸酯预聚物,探讨了软段类型及软段的相对分子质量、-NCO/-OH物质的量比、DMPA的加料顺序及加入量、内交联剂含量、COOH含量等因素对聚氨酯丙烯酸酯的黏度、涂膜性能的影响,同时对制备的产品进行光固化、拉伸强度、红外光谱(FTIR)和凝胶渗透色谱(GPC)分析。结果表明,COOH含量并不是决定预聚物黏度的唯一因素,小分子量的二醇、n(-NCO):n(-OH)在1.7~1.8、DMPA集中在硬段或软段、15%三羟甲基丙烷更有利于降低黏度,而制备的漆膜性能良好,硬度可达H,柔韧性2 mm,最快固化时间2 s,最大拉伸强度11.88 MPa,最大断裂伸长率达21.4%。制得的水性UV光固化涂料的水分减少了目前市面上同类产品的60%以上,降低了涂装时对湿度和干燥时间的要求。

以溴代8-氧杂-螺[4,5]季铵盐(ASB)、二水草酸(OD)、硼酸(BA)为原料,通过离子交换法制备电解质双草酸硼酸螺环季铵盐(BSQA),通过核磁共振(¹³C NMR)和液相色谱-质谱联用(LC-MS)分析对其进行表征,验证了其结构。采用正交实验对合成工艺进行优化,优化工艺条件为n_ASB:n_BA 2.8:1,反应时间4 h,反应温度90℃,溴代螺环季铵盐的转化率为90.2%。将BSQA、市售四氟硼酸四乙基铵(ET₄NBF₄)分别与乙腈配制成电解液并模拟组装成超级电容器并测试电化学性能。结果表明,BSQA电解液工作电压达3.0 V,充放电效率达94.89%,能量密度达11.63 W·h·kg^-1,产品电化学性能优于常用的有机电解质ET₄NBF₄,适用于更高的工作电压。

以β-环糊精(β-CD)为结构导向剂,通过水热处理合成出具有分级结构的卷心菜叶形磷酸铈纳米纤维。通过X射线衍射、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、傅里叶红外光谱和氮气吸附对材料进行表征。结果表明:合成的磷酸铈是六方和单斜晶型共存的混晶相;具有分级结构的"卷心菜叶"形貌,每个叶片是由宽约5 nm,长达几百到近千纳米不等的纳米纤维组成;推测生长机理为协同自组装控制的定向连接生长;磷酸铈纳米纤维材料作为催化剂在丙烷氧化脱氢制丙烯的催化反应中表现出优秀的催化活性和稳定性。

以TiO₂和ZrO₂为载体的固体超强酸作为考察对象,重点对比研究了载体与酸化方式不同的固体超强酸在两种不同温度水预处理条件下的催化稳定性。XRD和BET表征结果显示在经过水预处理之后,各组固体超强酸的晶型和孔结构没有发生变化。结合FTIR、NH₃-TPD对比研究发现,各组固体超强酸的催化活性在经过水预处理后均出现下降,水预处理温度越高,固体超强酸的酸量下降越多,酸强度减弱幅度越大,最终表现出催化活性明显下降;相比之下,硫酸促进型TiO₂固体超强酸的初始活性优于以ZrO₂为载体的固体超强酸,但稳定性较差;另外,对制备方式的研究发现,先焙烧再酸化所制得的固体超强酸其SO₄^2-在水预处理过程中损失相对较少,表现出了较好的稳定性。

实际生产中大多数储罐、反应器的进料口和卸料口都是与管道相连而形成连通结构,为考查丝网结构对连通容器内气体爆炸的二次抑制作用,以甲烷-空气混合物为研究对象,利用球形容器与管道构成的连通容器进行了抑爆实验,对比分析了单次抑爆与二次抑爆效果,并分析了不同目数和层数的丝网结构对连通容器的二次抑爆效果的影响。结果表明:丝网结构二次抑爆效果优于单次抑爆。当单次抑爆失效时加入40目5层丝网结构进行二次抑爆效果最好;加入60目1层、3层丝网结构无抑爆效果,加入5层、7层、9层丝网结构抑爆效果明显,而且抑爆作用随丝网层数增加而增强。因此,在工程设计中应根据实际情况综合考虑,选用合适的抑爆次数及抑爆结构。

通过可视化和数据分析方法,针对电火花、突遇高温热壁、直接加热热源和持续加热热壁4种常见的点火方式,对油气在受限空间的整个爆燃过程进行了对比分析。不同点火方式下油气爆燃的起燃条件、起燃速度、火焰结构、火焰颜色存在很大的区别,并进行了细节分析。尽管油气在受限空间的爆燃过程都呈现出4个阶段,但火焰颜色、持续时间对不同的点火方式是不同的。通过对最大爆炸超压和超压典型曲线的分析,最大爆炸超压由大到小的点火方式依次是突遇高温热壁、电火花、直接加热热源和持续加热热壁,并分析了受限空间中超压曲线的典型特征。