Please wait a minute...
本期目录
2019年 第70卷 第9期 刊出日期:2019-09-05
    目录
    本期封面、广告页、中英文目次表
    化工学报. 2019, 70(9):  0. 
    摘要 ( 421 )   PDF (69378KB) ( 316 )  
    相关文章 | 多维度评价
    悼念文章
    沉痛悼念陈家镛先生
    化工学报. 2019, 70(9):  0.  doi:10.11949/0438-1157.20192000
    摘要 ( 459 )   PDF (11198KB) ( 340 )  
    相关文章 | 多维度评价
    沉痛悼念王补宣先生
    化工学报. 2019, 70(9):  0.  doi:10.11949/0438-1157.20192001
    摘要 ( 254 )   PDF (337KB) ( 183 )  
    相关文章 | 多维度评价
    综述与专论
    胶原酶研究进展与应用
    宋易航, 王楚浩, 方柏山
    化工学报. 2019, 70(9):  3213-3227.  doi:10.11949/0438-1157.20190328
    摘要 ( 769 )   HTML ( 51 )   PDF (1459KB) ( 271 )  
    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    胶原蛋白广泛存在于有机体生命各组织,是构成生命体的基础性蛋白之一。胶原蛋白结构相对复杂、稳定性良好、不易受到普通蛋白酶的降解破坏。而基质金属蛋白酶和微生物胶原酶是为数不多能原位降解胶原蛋白的两类胶原酶,能够在生理环境下保持较高酶活力从而发挥作用,因此受到研究者的广泛关注。首先简要介绍胶原蛋白及其水解酶,其次重点介绍基质金属蛋白酶和微生物胶原酶的发掘历程和水解机理,然后综述这两类酶的最新研究进展及其在医疗诊治、食品加工、环境保护及组织工程等多方面的应用,最后总结胶原酶及胶原蛋白研究现状、研究难点和未来研究方向。

    热力学
    CO2-C2H6共沸物分离的立方型状态方程选取
    王海琴, 范明龙, 张足斌
    化工学报. 2019, 70(9):  3228-3237.  doi:10.11949/0438-1157.20181314
    摘要 ( 462 )   HTML ( 34 )   PDF (750KB) ( 335 )  
    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    汽液平衡热力学模型的准确选取对CO2-C2H6共沸物分离流程的设计和操作分析至关重要。在汽液平衡实验数据的基础上,依据逸度平衡原则,评估vdW、RK、SRK和PR立方型状态方程结合vdW、Margles和CVD混合规则预测CO2纯物质、CO2-C2H6共沸物和n-C5H12-CO2-C2H6三元体系汽液平衡的可靠性,采用平均绝对误差的方法进行状态方程的选取。结果表明:SRK状态方程计算CO2纯物质汽液平衡性质的精度最高;PR状态方程结合Margles混合规则可以准确计算CO2-C2H6共沸体系汽液平衡特性;对于n-C5H12-CO2-C2H6三元体系,SRK状态方程结合Margles混合规则计算精度明显优于vdW、RK和PR状态方程。通过试差迭代法优化CO2-C2H6共沸体系和n-C5H12-CO2-C2H6三元体系的二元交互作用参数,状态方程的计算精度得到明显提高。

    亚临界和超临界压力下液态正癸烷比定压热容实验研究
    王瑞欣, 郭亚军, 冯松, 毕勤成
    化工学报. 2019, 70(9):  3238-3247.  doi:10.11949/0438-1157.20190203
    摘要 ( 423 )   HTML ( 13 )   PDF (682KB) ( 162 )  
    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    为了准确测量液态正癸烷的比定压热容,采用流动型绝热量热法,搭建了一套适用于亚临界和超临界压力下的流体比定压热容测量系统。对温度为311~570 K、压力为0.12~6.02 MPa的正癸烷比定压热容进行测量,结果表明比定压热容随温度的升高而增加,但压力对正癸烷的比定压热容影响较小,并将实验值与文献值进行对比,结果表明两者的最大相对偏差在5.0%以内,平均相对偏差在1.39%以内。将实验值与Guseinov模型和Garg模型两种经验模型进行对比,并在两种经验模型的基础上,提出改进后的比定压热容模型。改进后的模型精度较高,其最大绝对偏差为1.32%,平均相对偏差为0.53%,可为其他碳氢燃料的比定压热容的推算提供基础和参考依据。

    R290/R1234yf与矿物油的互溶性测试及评价方法
    陈裕博, 杨昭, 翟瑞, 冯彪, 吕子建, 赵文仲, 葛滢滢
    化工学报. 2019, 70(9):  3248-3255.  doi:10.11949/0438-1157.20190354
    摘要 ( 656 )   HTML ( 8 )   PDF (786KB) ( 351 )  
    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    制冷剂与冷冻机油的互溶性直接影响制冷系统的使用寿命和循环性能。为了解决新型制冷剂与冷冻机油的匹配问题,搭建了一套制冷剂与冷冻机油互溶性测试系统,在温度范围223.15~303.15 K内,开展了R290/R1234yf和矿物油的互溶性实验研究。结果表明:在含油率为10%±0.5%的情况下,当R290占混合制冷剂的质量分数在25%~35%变动时,R290/R1234yf和矿物油的临界互溶温度随着R290含量的增加而下降。在测试含油率范围内,基于常见的制冷工况,当R290在溶液中的质量分数高于30%时,溶液将呈现均一透明的状态;R290在溶液中的质量分数低于20%时,溶液将出现絮状物或分层现象。通过元素贡献评价方法,提供了理论临界互溶温度预测方程,并将结果以三元图的方式呈现,对新型环保制冷剂的发展具有现实指导意义。

    基于神经网络的有机朗肯循环过程及循环性能计算方法
    王羽鹏, 梁俊伟, 罗向龙, 李逸帆, 陈健勇, 陈颖
    化工学报. 2019, 70(9):  3256-3266.  doi:10.11949/0438-1157.20181521
    摘要 ( 565 )   HTML ( 14 )   PDF (865KB) ( 268 )  
    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    有机朗肯循环(ORC)是中低温热能-电能转换中最具前景的技术之一,近年来受到越来越多的关注。工质是ORC实现的载体,由于热源及可选工质的多样性,工质筛选及系统的优化对于提升ORC综合性能非常重要,而物性及过程特性的准确预测是关键。提出了基于神经网络-基团贡献法的ORC系统性能计算方法,建立了涵盖11个基团的基团表,从REFPROP中调用51种工质7958组数据进行神经网络训练,获得了ORC中各个热力过程能量转换和熵差的计算关联式。计算了21种常用工质在1584组工况下的ORC系统性能,并与基于传统方法计算的ORC系统性能参数进行了对比。结果显示预测得到的ORC系统热效率、净输出功和系统?效率与用REFPROP计算得出的结果相比误差分别为1.01%、1.02%和1.61%,相比传统方法,预测精度有显著提高。

    298 K和323 K条件下五元体系NaBr-KBr-MgBr2-CaBr2-H2O相平衡研究
    聂国亮, 桑世华, 崔瑞芝
    化工学报. 2019, 70(9):  3267-3274.  doi:10.11949/0438-1157.20190244
    摘要 ( 419 )   HTML ( 16 )   PDF (686KB) ( 189 )  
    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    针对四川盆地地下卤水富含钾、溴资源的特点,采用等温溶解平衡法研究了五元体系NaBr-KBr-MgBr2-CaBr2-H2O在298 K和323 K时的相平衡关系,测定了该五元体系在相应温度条件下平衡溶液的溶解度,根据相平衡实验数据绘制相应的干盐相图(KBr饱和)。研究结果表明:该五元体系在298 K和323 K条件下(KBr饱和)均有复盐生成,其中298 K温度下有复盐KBr·MgBr2·6H2O生成,相图中含有两个共饱点,五条单变量曲线和四个结晶区(KBr·MgBr2·6H2O、NaBr·2H2O、NaBr、CaBr2·6H2O的结晶区);323 K温度下有两种复盐KBr·MgBr2·6H2O、2MgBr2·CaBr2·12H2O生成,相图中含有三个共饱点,七条单变量曲线和五个结晶区(KBr·MgBr2·6H2O、NaBr·2H2O、NaBr、CaBr2·4H2O、2MgBr2·CaBr2·12H2O的结晶区)。同时,对该五元体系在两个不同温度下的相图、KBr图以及水含量图进行了对比分析。

    GaN-MOVPE寄生反应的密度泛函理论研究
    张红, 唐留
    化工学报. 2019, 70(9):  3275-3282.  doi:10.11949/0438-1157.20190116
    摘要 ( 443 )   HTML ( 5 )   PDF (768KB) ( 122 )  
    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    利用量子化学的密度泛函理论,探讨了TMG(Ga(CH3)3)/NH3/H2体系中的气体反应机理,特别关注了氨基物DMGNH2的形成及其后的纳米粒子形核路径。通过计算不同温度下不同反应路径上Gibbs自由能的变化,从热力学和动力学两方面分析纳米粒子形核可能的产物。研究发现当T<622 K时,氨基物DMGNH2可由加合物TMG:NH3脱去CH4生成,也可由TMG和NH3双分子碰撞直接生成;当T>622 K时,氨基物DMGNH2直接由TMG和NH3双分子碰撞反应生成。当 662.5 K<T<939 K时,二聚物[DMGNH2]2相继脱去CH4,变成[MMGNH]2的反应容易发生。当389 K<T<734.7 K时,三聚物[DMGNH2]3相继脱去CH4,变成[MMGNH]3的反应容易发生。对于[MMGNH]2和[MMGNH]3相继脱去CH4的反应,因为所有反应的ΔG>0,所以很难生成[GaN]2和[GaN]3。因此认为[MMGNH]2和[MMGNH]3是GaN-MOVPE低聚物纳米形核最可能的产物。

    循环水流量对ORC余热发电系统性能影响的试验分析
    侯中兰, 魏新利, 马新灵, 孟祥睿
    化工学报. 2019, 70(9):  3283-3290.  doi:10.11949/0438-1157.20190133
    摘要 ( 523 )   HTML ( 8 )   PDF (1079KB) ( 161 )  
    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    基于实验室3 kW有机朗肯循环(ORC)低温余热发电试验装置,参考石化行业能耗设计标准将循环水作为耗能工质,采用总能系统方法进行能耗分析,对比了不同热源温度下不同分析边界的系统及主要设备的热力学性能。结果显示:发电机输出功、膨胀机输出功、ORC子系统净输出功、ORC子系统热效率和?效率均随着热源温度和循环水流量的增加而增加;不同热源温度下,最大系统净输出功与最大系统?效率出现的工况一致。本试验在热源温度为120℃时取得最大系统净输出功0.731 kW和最大系统?效率11.81%,此时对应循环水流量为1.629 t·h-1。该研究为ORC余热发电系统性能与能耗分析提供了参考。

    流体力学与传递现象
    气流床气化炉的CPFD数值模拟
    梁咏诗, 赵香龙, 秦强, 郭屹, 程易
    化工学报. 2019, 70(9):  3291-3299.  doi:10.11949/0438-1157.20190376
    摘要 ( 497 )   HTML ( 10 )   PDF (3119KB) ( 338 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    利用CPFD(computational particle fluid dynamics)模拟方法对三维、全尺寸的气流床气化炉进行了模拟计算,建立起了适用于CPFD模拟方法的气化模拟模型。模拟结果与实验数据相一致,说明模型基本准确且CPFD模拟方法适用于气流床气化过程的模拟。借由CPFD模拟方法给出了颗粒相在气化炉中的具体反应历程及颗粒停留时间的概率分布;结果表明,在单喷嘴顶喷的气化炉中,同时存在颗粒相的轴向流动短路及返混,短路主要发生在炉中心区域;颗粒在炉中心区域反应剧烈而边壁区域反应则很缓慢,而且从气化炉流出的第一股短路颗粒主要由充分反应了的粉煤颗粒构成。

    近壁面静止圆球的尾迹特性
    李星, 白博峰
    化工学报. 2019, 70(9):  3300-3306.  doi:10.11949/0438-1157.20190158
    摘要 ( 428 )   HTML ( 13 )   PDF (4262KB) ( 149 )  
    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    圆球在大空间均匀来流下的绕流特性已得到了广泛的研究,但是壁面对圆球绕流特性的影响还未清楚。通过实验方法研究了与壁面接触的静止圆球在明渠流中的绕流特性,重点关注了圆球后尾迹的特性。研究发现,圆球尾迹存在三种状态:稳定状态、非稳定对称状态和非稳定非对称状态。当Re<150时,尾迹呈稳定状态,尾迹关于垂直于壁面的平面对称;当150<Re<400时,尾迹呈对称状态,Reynolds数较高时,圆球后存在规则的、周期性的涡脱落,Strouhal 数为0.26~0.33,脱落涡关于垂直于壁面的平面对称,此时尾迹功率谱的频带分布较宽;而当Re>400时,圆球后的涡脱落不再对称,尾迹随着Reynolds数的增大呈现混沌特征。

    吸波材料辅助的液体物料微波冷冻干燥多物理场耦合模型
    杨菁, 王维, 张朔, 宋春芳, 唐宇佳
    化工学报. 2019, 70(9):  3307-3319.  doi:10.11949/0438-1157.20190281
    摘要 ( 326 )   HTML ( 4 )   PDF (1981KB) ( 208 )  
    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    为了研究吸波材料辅助微波加热对传统冷冻干燥过程的强化作用,建立了多孔介质温度、浓度和电磁场耦合的多相传递模型;以烧结的碳化硅(SiC)为吸波材料、以甘露醇水溶液为待干料液进行了微波冷冻干燥实验,并测定了甘露醇固体的介电特性。模拟和实验结果均表明,吸波材料对初始非饱和多孔物料微波冷冻干燥具有显著的强化作用。初始非饱和样品微波冷冻干燥时间比传统冷冻干燥缩短了18%,比常规饱和样品传统冷冻干燥缩短了30%。模拟结果与实验数据吻合良好。这表明提出的新型干燥方法确实能够实现过程传热传质的同时强化。通过考察样品内部温度、饱和度和电场强度的实时分布,分析了微波冷冻干燥过程的传热传质和电磁波传播与耗散机理。在微波冷冻干燥过程中,初始非饱和样品累计吸收的辐射能和微波能的总和与传统冷冻干燥相当。这说明,该干燥方法只是提高了能量效率,从而大幅缩短了冷冻干燥时间。

    应用于低温流体两相流测量的修正电容层析成像线性反演算法
    谢黄骏, 陈虹, 高旭, 郑旭东, 张小斌
    化工学报. 2019, 70(9):  3320-3328.  doi:10.11949/0438-1157.20190313
    摘要 ( 376 )   HTML ( 9 )   PDF (1751KB) ( 133 )  
    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    针对低温流体液、气两相的介电特性,通过向传统的电容-介电分布函数关系的线性近似方程中引入修正偏量,得到了修正的电容层析成像线性反演算法。以8电极电容层析成像传感器作为几何模型,对液氧-氧气管内两相流进行了模拟,对比了4种不同流型下原始线性算法、修正的线性算法及以全变分1范数正则化为代表的非线性算法的反演结果。采用相关性系数及图像误差定量衡量了反演结果的质量,结果表明,修正线性反演算法显著提升了反演结果的质量,全变分1范数正则化的求解耗时是修正线性算法的10倍以上。当赋以3%测量噪声时,非线性算法表现出对噪声极强的敏感性,修正线性算法具备更好的抗噪能力和反演结果准确性。

    泡沫填充方式对管内超临界CO2流动换热的影响研究
    刘占斌, 何雅玲, 王坤, 马朝, 姜涛
    化工学报. 2019, 70(9):  3329-3336.  doi:10.11949/0438-1157.20190408
    摘要 ( 428 )   HTML ( 6 )   PDF (1017KB) ( 145 )  
    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    超临界CO2工质在太阳能热发电系统中的应用能够有效提升整个系统的效率、紧凑性和环境友好性,因此有必要优化超临界CO2用太阳能集热器的综合性能。提出了泡沫材料有效热导率新的预测模型,并研究了不同泡沫材料填充方式对集热管内超临界CO2流动与换热性能、管壁温度分布的影响规律。结果表明,环形填充方式(沿管内壁填充)的流动换热综合性能指标(j/j c)/(f/f c)1/3最优,净吸热量最大,管壁最高温度最低且温度分布最均匀。

    温度与压力对单孔气泡形成过程的影响
    田震, 成有为, 王丽军, 李希
    化工学报. 2019, 70(9):  3337-3345.  doi:10.11949/0438-1157.20190145
    摘要 ( 605 )   HTML ( 12 )   PDF (1491KB) ( 510 )  
    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    温度压力对进气管孔口气泡的生成具有重要影响。以氮气-水、氦气-水、氮气-十四烷为研究体系,采用高速摄像法,观察了恒速流下孔口气泡的形成过程,考察了孔口气速(0~1500 cm/s)、温度(293~393 K)、压力(0~6 MPa)、孔径(1.12, 2.5 mm)、气体类型(N2、He)对气泡生长过程的影响。实验表明:随着压力增加,气泡直径减小,纵横比增加;温度升高一方面导致黏度、密度和表面张力降低,使气泡直径减小,另一方面加剧了液体汽化,使得气泡直径增大。根据实验结果修正了Gaddis提出的气泡直径模型,引入饱和蒸气压贡献项,得出新的适用于高温高压条件下气泡直径的估算式。

    局部低温诱发过冷三水醋酸钠释能特性实验研究
    王慧丽, 周国兵
    化工学报. 2019, 70(9):  3346-3352.  doi:10.11949/0438-1157.20190401
    摘要 ( 327 )   HTML ( 1 )   PDF (748KB) ( 75 )  
    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    利用半导体制冷局部低温诱发稳定过冷的三水醋酸钠溶液凝固,实验研究不同含水量、样品质量、输入功率等条件下过冷溶液结晶诱导期及释热特性。结果表明:随样品含水量增加,整体呈现结晶诱导期增加,释热温度下降的趋势,含水量44%作为较理想的体系配比,结晶诱导期为2 min,稳定放热温度达52.8℃;诱发过程中制冷装置输入功率越大,容器壁面降温越快,较容易触发,功率为280 W的结晶诱导期是功率为70 W的 1/3;样品质量越大,结晶诱导期越短,稳定放热温度相对较高,放热时间趋长。实验结果为稳定过冷水合盐局部低温诱发凝固释能系统设计提供依据。

    螺旋扁管折流杆换热器壳侧性能多目标优化研究
    王斯民, 孙利娟, 宋晨, 张早校, 文键
    化工学报. 2019, 70(9):  3353-3362.  doi:10.11949/0438-1157.20190350
    摘要 ( 568 )   HTML ( 10 )   PDF (753KB) ( 146 )  
    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    基于遗传聚集响应面模型和多目标遗传算法,研究了以螺旋扁管为换热管的折流杆换热器结构参数、入口速度对壳侧流动和换热性能的影响,并对螺旋扁管折流杆换热器的性能进行了优化分析。结果表明:传热系数随螺距的增大先减小9.38%,后维持不变;在低入口速度条件下,随长短轴之比的增大而增大,在高入口速度条件下,存在先减小后增大的趋势。压降随螺距的增大基本不变;随长短轴之比的增大减小了36.67%。由敏感性分析可知传热系数和压降对入口速度的变化最敏感,截面椭圆长短轴之比次之,对螺距最不敏感。优化后的螺旋扁管折流杆换热器结构比原结构单位压降下的传热系数平均提高了26.42%。

    微柱表面液滴定壁温沸腾实验研究
    陈宏霞, 肖红洋, 孙源, 刘霖
    化工学报. 2019, 70(9):  3363-3369.  doi:10.11949/0438-1157.20190362
    摘要 ( 395 )   HTML ( 8 )   PDF (2381KB) ( 147 )  
    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    利用高速摄像技术对去离子水液滴撞击微柱结构表面后的蒸发及核化过程进行观测。实验测得不同壁面温度下液滴蒸干时间,获得液滴沸腾曲线;发现相对光滑表面,微柱表面在50、60、70、80、120℃强化相变换热,120℃时强化比例最大,达到35.71%;壁温为90、100、110℃时,微柱表面无强化作用。从液滴直径和厚度的变化可知微柱表面液滴蒸发分为两个阶段:第一阶段,液滴直径不变,厚度变化;第二阶段,液滴厚度接近微柱高度,直径减小。随壁温升高,第一阶段时长显著缩短。液滴内部核化点密度和气泡平均直径随壁面温度的升高均有明显增大的趋势。需指出的是,液滴冲击对微柱表面液滴内部核化点分布有重要影响,受微柱结构及滴落冲击作用液滴内部成核气泡沿液滴半径呈辐射状分布。

    一种测量石蜡相变乳液过冷度的新方法:平衡态比容法
    陈琳, 武亚飞, 车黎明
    化工学报. 2019, 70(9):  3370-3376.  doi:10.11949/0438-1157.20190293
    摘要 ( 503 )   HTML ( 12 )   PDF (914KB) ( 97 )  
    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    石蜡相变乳液是集储热与传热于一体的新型功能流体,具有广阔的应用前景。但石蜡相变乳液在降温时会出现过冷现象,极大降低了其储热与传热的性能。采用差示扫描量热法(DSC)测量石蜡相变乳液的过冷度受到升/降温速率的影响,且升/降温速率越大,测得过冷度越大。提出一种测量石蜡相变乳液过冷度的方法——平衡态比容法。该方法通过测量石蜡相变乳液在不同温度下的比容,以确定乳液中石蜡粒子在升/降温过程中的相变温度,并进一步求解石蜡相变乳液的过冷度。实验结果表明,本研究提出的平衡态比容法能准确测量石蜡相变乳液的过冷度,并从比容变化的角度揭示石蜡相变乳液过冷现象的机理。

    两种波纹深度板片传热及阻力特性的对比实验研究
    李安军, 陈晓庆, 李健, 黄超, 周振, 卢奇
    化工学报. 2019, 70(9):  3377-3384.  doi:10.11949/0438-1157.20190209
    摘要 ( 412 )   HTML ( 4 )   PDF (700KB) ( 208 )  
    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    通过实验的方式和对比的方法对两种不同波纹深度板片组成的可拆板式换热器的传热及阻力特性进行研究,每种深度板片组成的板式换热器采用硬板63°/63°、软板29°/29°和混合板63°/29°三种波纹角度组合,此实验采用水/水换热,设置了两种工况,一种是冷热两侧等流速,另一种是固定热侧流速,计算两种工况下传热系数和压降的数值,描绘出对应的曲线。实验证明相同波纹夹角板片组合,该浅密波纹板片的传热系数均高于普通波纹板片,平均高于140 W/(m2·K),即传热系数平均提高1.9%,在混合板中两者传热系数的差别在300 W/(m2·K)以上,提高达4.8%,阻力的变化趋势与传热系数相同。推导出每组设备适用于一定Reynolds数范围的Nusselt数方程和摩擦系数方程,与已有研究成果对比分析,证明了该实验的正确性,同时也揭示这两种波纹板片的传热和阻力性能有优化的余地,为进一步的研究指明了方向。该实验也表明,除深度外的几何尺寸和结构均相同的两种波纹板片,虽然外形接近,但对应的Nusselt数和摩擦系数关系式却不相同,而且差别很大。

    π型向心径向流吸附器变质量流动特性研究
    王浩宇, 刘应书, 张传钊, 杨雄, 陈江伟
    化工学报. 2019, 70(9):  3385-3395.  doi:10.11949/0438-1157.20190231
    摘要 ( 528 )   HTML ( 7 )   PDF (1727KB) ( 323 )  
    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    对径向流吸附器内变压吸附(PSA)制氧的变质量流动规律进行研究,有助于准确掌握吸附过程及床层内的变量因素对制氧性能的影响。对π型向心径向流吸附器建立气固耦合的两相吸附模型,并对其PSA制氧过程进行了数值模拟研究,得到了床层内氧气浓度分布、温度分布以及产品气浓度的变化规律。结果表明:首次循环结束时床层内氧气最高摩尔分数可达66.02%,回收率29.2%。非稳定循环期间,氧气摩尔分数从66.02%升高至 97.5%,回收率从29.2%提高至38.5%。循环达到稳定后,床层内氧气摩尔分数最高可达98.6%,回收率38.9%左右,且达到稳定状态后床层内气固两相温差减小,逐渐达到热平衡。获得了吸附器内部气体与吸附剂两相间的传质、传热过程,为π型向心径向流吸附器用于PSA制氧提供技术支持。

    催化、动力学与反应器
    温控相分离纳米Ir催化αβ-不饱和醛、酮选择加氢
    张茜, 王艳华
    化工学报. 2019, 70(9):  3396-3403.  doi:10.11949/0438-1157.20190486
    摘要 ( 400 )   HTML ( 7 )   PDF (753KB) ( 133 )  
    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    将温控相分离Ir纳米催化剂用于α,β-不饱和醛、酮的选择性加氢反应中,系统考察了其催化加氢性能。在优化的反应条件下,Ir纳米催化剂对α,β-不饱和醛的C═O键加氢选择性大于99%,对α,β-不饱和酮的C═C键加氢选择性大于99%。 Ir纳米催化剂经简单分离可直接循环使用5次,选择性均大于99%。TEM表征结果显示反应四次后的Ir纳米催化剂的平均粒径变为(1.9 ± 0.2) nm,比新制备的Ir纳米催化剂的平均粒径(1.3 ± 0.1)nm有所增大。ICP-AES测试结果表明Ir流失低于仪器检测下限(检测下限为5 μg/L)。

    费托合成蛋壳型催化剂活性组分厚度的模拟计算
    应景涛, 李涛
    化工学报. 2019, 70(9):  3404-3411.  doi:10.11949/0438-1157.20190241
    摘要 ( 524 )   HTML ( 9 )   PDF (1043KB) ( 215 )  
    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    采用Comsol-Multiphysics软件对蛋壳型Co基催化剂费托合成反应体系进行了CFD模拟计算。通过建立合理的费托合成催化剂颗粒三维模型进行计算,重点研究了催化剂活性组分厚度对费托合成反应产物分布、温度分布以及转化率的影响。结果表明:费托合成反应内扩散阻力较大,CO在催化剂表面和内部存在明显的浓度差。且由于H2的扩散速率远大于CO的扩散速率,导致催化剂颗粒内部氢碳比很高,不利于油类和蜡类物质的生成;随着催化剂活性组分厚度的增加,CO转化率逐渐提高,甲烷和低碳烃的选择性逐渐增大,而C10H22和C22H46的选择性逐渐减小;催化剂颗粒内部的温度峰值逐渐向催化剂内部移动,不利于反应热的转移。对于尺寸为?2.5 mm的蛋壳型球形催化剂,较佳的催化剂活性组分厚度为0.125 mm。

    分离工程
    膜结晶处理高浓度Na+、Mg2+//Cl--H2O溶液的结晶调控
    李冠男, 贺高红, 姜晓滨
    化工学报. 2019, 70(9):  3412-3420.  doi:10.11949/0438-1157.20190232
    摘要 ( 495 )   HTML ( 9 )   PDF (1866KB) ( 198 )  
    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    利用真空膜蒸馏-结晶耦合技术处理多元高盐废水(Na+、Mg2+//Cl--H2O),回收纯水和高品质NaCl晶体产品,考察不同操作温度和不同无机盐离子浓度对膜蒸馏性能和NaCl晶体产品性质调控作用。结果表明随着温度升高导致饱和蒸气压增大,增大了跨膜压差,膜的渗透通量逐渐升高;随着溶液中Mg2+浓度的逐渐升高,膜的渗透通量呈下降的趋势,主要是由于水的质量分数下降和溶液黏度增加;膜蒸馏过程中,通过对比实验,分析了疏水微孔膜表面在膜蒸馏操作条件下表面晶体颗粒沉积的程度,证实了使用的中空纤维膜性能稳定,重复使用20次后仍能保持稳定通量;操作温度为65℃时,不同离子浓度的饱和原料液(MgCl2质量占NaCl和MgCl2总质量的0%、5.0%和10.0%)得到NaCl晶体产品平均粒径分别为91.04、91.38和122.56 μm,粒度分布的变异系数C.V.值分别为28.78、30.63和36.77,粒径分布集中,表面相貌平整,呈完美的立方体形态,没有团聚现象;同时,膜蒸馏得到的水纯度较高,电导率均小于5 μS?m-1,采用选择性溶剂乙醇洗涤后的NaCl晶体产品纯度均大于98.15%。综上,通过膜蒸馏过程中渗透通量和膜界面的有效调控,在适宜的操作温度和较低的Mg2+含量下,膜蒸馏结晶过程从多元高盐废水(Na+、Mg2+//Cl--H2O)控制分离获得纯度较高、表面形貌完好、粒度均一的NaCl晶体产品。这一研究将为综合治理多元无机高盐废水,实现废水的近零排放和无机盐资源回用开拓新的思路。

    藻类叶绿素a提取的优化研究
    李鹏飞, 孙昕, 杨娌, 何飞飞, 王垿
    化工学报. 2019, 70(9):  3421-3429.  doi:10.11949/0438-1157.20190149
    摘要 ( 694 )   HTML ( 15 )   PDF (605KB) ( 534 )  
    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    叶绿素a是参与光合作用的基础物质,是衡量水体藻类生物量以及评价湖泊富营养化的重要指标之一。利用90%丙酮、无水乙醇、无水乙醇∶90%丙酮(1∶1)、无水乙醇∶90%丙酮(1∶2)、无水乙醇∶90%丙酮(2∶1)五种有机溶剂萃取已知浓度标准叶绿素a和叶绿素b,对传统萃取叶绿素a的计算公式加以修正,并且在超声辅助破碎藻细胞的前提下分析了该五种有机溶剂对普通小球藻和铜绿微囊藻中叶绿素a的萃取效果。确定了无水乙醇∶90%丙酮(2∶1)的萃取效果最好,而无水乙醇从效果、安全、环保等角度考虑为最优溶剂。通过多参数水质监测仪对不同时间段的浅水型湖库水体中的叶绿素a进行监测,验证了在超声条件下无水乙醇测定结果的准确性并利用正交实验确定出了无水乙醇萃取叶绿素a的最佳条件。对于叶绿素a测定的优化研究使得以后野外水体大量测量叶绿素a的过程变得更为简便、快捷、准确。

    过程系统工程
    一种新的无模型自适应控制模型参数整定方法
    宋泽雨, 李国庆, 刘凌轩
    化工学报. 2019, 70(9):  3430-3440.  doi:10.11949/0438-1157.20190356
    摘要 ( 645 )   HTML ( 10 )   PDF (888KB) ( 435 )  
    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    无模型自适应控制(MFAC)有四个模型参数,现有研究认为其无关联,且全程守恒。通过虚拟系统在初始时刻的状态,基于第一时刻输出值应与期望值接近的原则,采用遗传算法找到了参数关联,从而将四参数问题转化成单参数问题;并在控制过程中,依系统输出与期望差异自动改变步长因子取值,将其动态化,不但加速了初期计算,还避免了收敛时可能出现的超调或振荡;由此以参数关联和动态化为切入,改进了现有紧格式动态线性化MFAC方法,使其更为简捷和准确。某炼油单元3参数调优案例表明新方法可行,较老方法实现系统最大增益的参数调整次数由33次减少到14次,最大增益由413.4万元/年提高到542.9万元/年。

    基于变量分组DTW-MCVA的不等长间歇过程故障检测方法
    于蕾, 邓晓刚, 曹玉苹, 路凯琪
    化工学报. 2019, 70(9):  3441-3448.  doi:10.11949/0438-1157.20190349
    摘要 ( 389 )   HTML ( 5 )   PDF (627KB) ( 170 )  
    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    针对不等长间歇过程监控中批次数据同步化未能充分挖掘局部信息的问题,提出一种基于变量分组DTW-MCVA(VGDTW-CVA)的不等长间歇过程故障检测方法。首先,利用互信息矩阵描述不等长间歇过程测量变量之间的相关性,并基于互信息矩阵进行变量分组。然后利用DTW算法对各个变量组分别进行同步化,并将同步化后的变量组整合为完整的三维数据集。最后,利用MCVA方法建立动态监控模型实现对间歇生产过程的在线监控。盘尼西林发酵过程的仿真结果表明,VGDTW-MCVA能够比基本的DTW-MCVA方法更好地监控间歇过程故障。

    污水处理厂出水水质变量区间预测建模
    柴伟, 郭龙航, 池彬彬
    化工学报. 2019, 70(9):  3449-3457.  doi:10.11949/0438-1157.20190215
    摘要 ( 466 )   HTML ( 13 )   PDF (1192KB) ( 297 )  
    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    为了实现污水处理厂的有效运行,需要建立能够精确描述水厂行为的模型。根据水厂入水和出水数据,采用径向基函数神经网络建立污水处理过程模型。考虑到建模误差有界,使用参数线性集员辨识算法分别得到隐含层到输出层各神经元连接权值向量的不确定集合描述。与现有的单输出区间预测模型相比,该模型能够根据水厂入水数据同时给出多个出水水质变量的置信区间。这些区间能表征出水变量的存在范围,从而实现水质变量的可靠估计,进而评估出水水质或水厂性能。此外,还将此出水区间预测模型用于污水处理厂的故障检测与隔离,以提高水厂运行的可靠性。实验结果表明文中所提方法的有效性。

    基于STA-K均值聚类的电化学废水处理过程离子浓度软测量
    秦美华, 朱红求, 李勇刚, 陈俊名, 张凤雪, 李文婷
    化工学报. 2019, 70(9):  3458-3464.  doi:10.11949/0438-1157.20190279
    摘要 ( 343 )   HTML ( 10 )   PDF (664KB) ( 116 )  
    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    针对电化学废水处理过程出口离子浓度无法在线检测的问题,提出了一种基于状态转移的K均值聚类算法的软测量建模方法。在分析内部反应机理的基础上,结合物料平衡和吸附动力学定理建立电化学过程的机理模型;由于单一的软测量模型难以满足实际的精度要求,提出一种基于状态转移的K均值聚类算法将原始数据集进行聚类,应用状态转移算法对K均值算法的初始聚类中心进行优化,同时,引入离群值矩阵动态迭代同时实现数据聚类和异常值检测;最后,对聚类后的不同训练子集分别建立子模型,综合各子模型得到基于多模型切换方法的软测量模型。通过某废水处理厂的现场数据进行实例验证,结果证明了所建立的电化学废水处理过程离子浓度软测量模型合理有效。

    基于SOM-RBF神经网络的COD软测量方法
    廉小亲, 王俐伟, 安飒, 魏伟, 刘载文
    化工学报. 2019, 70(9):  3465-3472.  doi:10.11949/0438-1157.20190122
    摘要 ( 408 )   HTML ( 5 )   PDF (689KB) ( 166 )  
    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    污水处理是一个复杂的非线性过程,化学需氧量(chemical oxygen demand,COD)是评价污水处理效果的关键指标之一。COD的传统测量方法耗时长、成本高,基于传统神经网络的软测量方法提高了COD参数的测量速度但精度较差。针对这些问题,设计一种结合自组织特征映射 (self-organizing map, SOM)和径向基函数(radial basis function, RBF)神经网络的COD参数软测量方法。该方法利用SOM网络聚类数据样本,根据所得聚类结果确定RBF网络的隐层节点数及节点的数据中心,综合提高RBF网络的收敛速度和拟合精度。利用污水处理厂部分水样数据建立COD软测量模型,模型仿真和硬件在线测试结果表明,相对于传统的BP、RBF等网络,基于SOM-RBF神经网络的COD软测量方法测量时间短、预测精度较高,具有较为广阔的应用前景。

    生物化学工程与技术
    聚合物接枝脂肪酶的合成及其对酶活的影响
    姜紫耀, 刘宗浩, 白姝, 史清洪
    化工学报. 2019, 70(9):  3473-3482.  doi:10.11949/0438-1157.20190254
    摘要 ( 403 )   HTML ( 10 )   PDF (717KB) ( 187 )  
    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    利用原子转移自由基聚合方法将含C2~C4烷基链的单体化合物分别接枝到皱褶假丝酵母脂肪酶(CRL)表面合成了HEMA-g-CRL、GMA-g-CRL、nPMA-g-CRL和BMA-g-CRL四种聚合物接枝CRL。CD和荧光光谱学分析显示,聚合物接枝导致HEMA-g-CRL、nPMA-g-CRL和BMA-g-CRL分子的α-螺旋和β-折叠含量增加。与此同时,聚合物接枝CRL分子荧光发射光谱也发生了蓝移,意味着其具有更加紧密的分子构象。酶活测定结果进一步显示,聚合物接枝增强CRL酶活227%~278%。随着单体化合物烷基链长增加,聚合物接枝CRL的K m值由0.17 mmol·L-1降至0.09 mmol·L-1。与此同时,聚合物接枝CRL的k cat值则提高至106~182 s-1。BMA-g-CRL的催化效率达到了野生型CRL的3.28倍。这反映出聚合物接枝助力了CRL“盖子”结构开启和CRL活性中心暴露,促进底物的转化。稳定性测试表明,聚合物接枝提升了CRL的热稳定性并拓宽了其pH操作范围。

    能源和环境工程
    基于吸收式制冷循环的CaCl2-LiCl/H2O工质对研究
    李艺群, 罗春欢, 李娜, 苏庆泉
    化工学报. 2019, 70(9):  3483-3494.  doi:10.11949/0438-1157.20190169
    摘要 ( 479 )   HTML ( 7 )   PDF (834KB) ( 219 )  
    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    利用低品位的太阳能热、地热或者工业领域低温余热废热进行吸收式制冷是实现节能减排的一个有效途径。对具有良好制冷吸收特性的工质对CaCl2-LiCl/H2O进行了实验研究,通过测定不同质量比的CaCl2-LiCl/H2O溶液的饱和蒸气压,得出了CaCl2与LiCl的质量比为2∶1的工质对即CaCl2-LiCl(2∶1)/H2O的制冷吸收特性最佳。CaCl2-LiCl(2∶1)/H2O与常规的工质对LiBr/H2O相比,在大幅降低工质对成本的同时,在同一制冷工况下所需驱动热源温度即发生温度降低了5.8℃,而制冷COP提高0.041,?效率提高0.052。还系统测定了CaCl2-LiCl(2∶1)/H2O的结晶温度、密度、黏度、比热容、比焓以及腐蚀性。结果表明,相较于其他几种以CaCl2为主要成分的工质对,CaCl2-LiCl(2∶1)/H2O具有较低的黏性,且对碳钢和紫铜的腐蚀性也较小,可满足实际工程应用的要求。

    含K成分形成初始沉积层的数学模型及烟气条件影响分析
    孙恒清, 盛昌栋
    化工学报. 2019, 70(9):  3495-3502.  doi:10.11949/0438-1157.20190337
    摘要 ( 315 )   HTML ( 6 )   PDF (743KB) ( 74 )  
    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    针对积灰初始沉积层形成的两种主要机理即凝结和热泳机理,建立了含K成分形成初始沉积层的数学模型,采用文献中的实验结果检验了模型,表明考虑沉积层厚度、表面温度随位置和时间的变化对模型预测有合理的改善。应用该模型研究含K气体成分和气溶胶颗粒在受热面上的沉积过程,并考察烟气中含K成分组成、烟温和烟速等因素的影响。研究表明,由于烟气中含K气体成分和气溶胶颗粒相对浓度的差异,凝结和热泳在沉积过程开始时都可能对初始沉积层的形成起主要作用,而在沉积过程后期热泳沉积则占据主导地位;烟温和烟速对含K成分沉积过程的影响相似,即较高的烟气温度和速度,其初期沉积速率高,而后期沉积速率相对低,形成的沉积层厚度较低。

    Fe2+/Fe3+和Mn2+对低氧曝气过程总氮去除与转化途径的影响
    李健敏, 杨庆, 刘智斌, 刘润雨, 崔斌
    化工学报. 2019, 70(9):  3503-3510.  doi:10.11949/0438-1157.20190211
    摘要 ( 288 )   HTML ( 10 )   PDF (859KB) ( 213 )  
    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    为短期快速实现实际生活污水自养脱氮,采用含有厌氧氨氧化菌的实际污水处理厂活性污泥,针对Fe2+/Fe3+和Mn2+对低氧曝气过程中氮的去除效果进行了研究,分析确定了氮素转化的途径。研究结果表明,Fe2+/Fe3+和Mn2+均可提高活性污泥中厌氧氨氧化菌(AnAOB)丰度,但由于Fe2+/Fe3+对氨氧化菌(AOB)也存在一定抑制作用,因此,短期投加Fe2+/Fe3+条件下,低氧曝气过程中总无机氮去除率为25%,但投加Mn2+条件下总无机氮去除率可达44%。通过氮素平衡分析,发现投加Fe2+/Fe3+条件下,氮素主要通过反硝化作用去除;而投加Mn2+条件下,氮素主要通过厌氧氨氧化(anammox)作用去除。因此,传统活性污泥可通过短期投加Mn2+增强厌氧氨氧化活性,促进低氧曝气过程中氮的去除,利于快速实现一体化自养脱氮。

    pH调整剂对含砷酸性废水中氧化Fe(Ⅱ)共沉淀固砷行为的影响
    王永良, 杨晓玲, 董永霞, 杜英超, 刘翔, 韩培伟, 叶树峰
    化工学报. 2019, 70(9):  3511-3516.  doi:10.11949/0438-1157.20190454
    摘要 ( 350 )   HTML ( 7 )   PDF (809KB) ( 133 )  
    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    双氧水催化氧化Fe(Ⅱ)共沉淀砷的过程中,采用不同的pH调整剂调节溶液的pH,研究了不同的pH调整剂对废水中砷沉淀效果及沉淀渣性质的影响。结果表明:采用Na2CO3和CaO作为pH调整剂时有利于废水中砷的脱除,生成的共沉淀渣中砷主要是以无定形的非晶态块状颗粒形式存在的;使用Na2CO3作为pH调整剂时最有利于沉淀渣颗粒的长大,所得沉淀渣粒径最大,但是砷渣的稳定性最差,更容易从渣中释放出砷;采用CaO获得的沉淀渣中由于CaSO4棒状颗粒的存在,渣的粒径相对较小,但砷的存在形式最为稳定,固砷效果最好。

    太阳能光热-光电中空纤维真空膜蒸馏系统理论与实验研究
    白炳林, 杨晓宏, 田瑞, 史盼敬, 李达
    化工学报. 2019, 70(9):  3517-3526.  doi:10.11949/0438-1157.20190315
    摘要 ( 405 )   HTML ( 7 )   PDF (806KB) ( 121 )  
    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    自主设计并搭建了太阳能光热-光电中空纤维膜蒸馏系统,太阳能光热采用面积1.82 m2真空管集热系统,光伏发电采用面积1.63 m2多晶硅电池板。实验方面,研究了不同工况下,热料液在不同流动方式时膜通量的差异;研究了在不同跟踪方式下太阳辐照度对系统性能的影响。结果表明:料液在管程流动的膜通量大于壳程的膜通量,且进口料液温度取50~70℃之间为宜;自动跟踪下膜组件入口温度比非跟踪高2~3℃,可以延长膜蒸馏系统运行时间1~2 h,且在相同的自然环境下,自动跟踪方式最大膜通量8.89 kg/(m2·h)远高于非跟踪方式时4.26 kg/(m2·h)。理论方面,分析了以水为工质的中空纤维膜蒸馏的传热和传质过程,建立了传热传质理论计算数学模型;分析了辐照强度、膜表面温差、膜丝内表面传热系数、传热与传质通量的定量关系,计算了膜面温度与理论膜通量,对比了实验值与理论值。系统运行稳定,能量综合利用效率高,性能可靠,为工程应用奠定了理论和实验基础。

    材料化学工程与纳米技术
    新型聚三唑酯和聚三唑醚树脂的合成及性能
    王海军, 王露雨, 马明明, 万里强, 黄发荣
    化工学报. 2019, 70(9):  3527-3536.  doi:10.11949/0438-1157.20190126
    摘要 ( 413 )   HTML ( 9 )   PDF (847KB) ( 147 )  
    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    合成了三种含酯基和三种含醚键的炔单体,通过核磁共振氢谱(1H NMR)、红外光谱(FT-IR)、质谱(MS)、液相色谱(LC)对其结构进行了表征。用这六种炔单体与叠氮单体反应制备了一系列新型聚三唑酯树脂(PTAE)和聚三唑醚树脂(PTAO)。利用差示扫描量热分析(DSC)、FT-IR、动态力学热分析(DMA)、力学试验机和热失重分析(TGA)表征了树脂的固化行为、固化树脂的力学性能、耐热性和热稳定性。结果表明PTAE和PTAO树脂易溶于有机溶剂,可低温(60℃)固化,固化树脂的弯曲强度超过了100 MPa,可达158 MPa,玻璃化转变温度(T g)超过180℃,高者达251℃,热分解温度可达360℃。

    感温变色建筑涂料的制备及光谱反射性能实验研究
    张宇轩, 翟晓强
    化工学报. 2019, 70(9):  3537-3544.  doi:10.11949/0438-1157.20190311
    摘要 ( 323 )   HTML ( 4 )   PDF (2130KB) ( 130 )  
    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    感温变色建筑涂料在降低建筑冷热负荷、改善城市热环境方面具有很大的应用潜力。为了探究感温变色材料光学性能的影响因素,优化材料配方,首先制备了12种不同配方,变色温度为31℃的感温变色涂料,并分析了金红石型TiO2质量百分含量对涂料光谱反射率和太阳光反射比的影响,研究表明涂料光谱反射率均随着TiO2含量的增加而提高,感温变色粉最佳质量分数5%,TiO2的最佳质量分数应在5%~10%之间,此时浅色态的反射比比深色态高0.2以上。同时探究了TiO2粒径对涂料在不同波段反射率的影响,结果表明,在紫外和除红光外的可见光波段,感温变色涂料的反射率基本上随TiO2粒径的增大而减小;在红光和近红外波段,感温变色涂料反射率基本上随TiO2粒径的增大而增大。

    荷叶表面的复刻及微纳结构对疏水性能的影响
    向静, 王宏, 朱恂, 丁玉栋, 廖强, 陈蓉
    化工学报. 2019, 70(9):  3545-3552.  doi:10.11949/0438-1157.20190168
    摘要 ( 708 )   HTML ( 18 )   PDF (4033KB) ( 535 )  
    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    结合改进的模板法和ZnO水热生长法在环氧树脂基底上得到了荷叶仿生超疏水结构,该方法工艺流程简单、制作成本低廉,可以实现微观结构的快速复刻。研究了模板法对天然表面复刻的适用范围,其对荷叶和水稻等具有突起类微观结构表面的复刻效果良好,并研究了水热法中ZnO生长液浓度对纳米结构的影响。同时为了研究不同微观结构对表面疏水性能的影响,制作了光滑表面、纳米结构表面和仿荷叶微米结构表面,并测试了表面的疏水性能。结果表明,粗糙结构能够提高低能表面的疏水性能,微纳复合结构更有利于表面形成超疏水;增加表面的粗糙结构能够增加液滴与固体接触面上的气-液占比,进而使得液滴在表面的接触角增加。

    高导热膨胀石墨/棕榈酸定形复合相变材料的制备及储热性能研究
    吴韶飞, 闫霆, 蒯子函, 潘卫国
    化工学报. 2019, 70(9):  3553-3564.  doi:10.11949/0438-1157.20190179
    摘要 ( 614 )   HTML ( 27 )   PDF (2488KB) ( 215 )  
    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    采用棕榈酸(palmitic acid, PA)作为相变材料,膨胀石墨(expanded graphite, EG)作为添加基质,通过“熔融共混-凝固定形”工艺制备了PA/EG定形复合相变材料以提高相变材料的综合性能。预测并制备了21种不同配比的定形复合相变材料,对其形貌结构和孔隙率进行了微观表征与理论分析,并在此基础上对样品进行了传热性能分析、热物性测试、热稳定性研究和储热性能分析。SEM形貌分析显示所使用工艺可使棕榈酸能较好地被吸附于膨胀石墨的孔隙结构并使之均匀分布;DSC测试结果表明定形复合相变材料[70%(质量) PA]的焓值为193.01 J/g,纯PA的焓值为275.35 J/g,对应于熔点分别为61.08℃和59.53℃。EG的添加,可有效提高相变材料的热导率。当样品密度为900 kg/m3,EG含量为30%(质量)时,定形复合相变材料的热导率为14.09 W/(m·K),相比于纯PA[0.162 W/(m·K)]提高约87倍;对制备的样品进行50次循环稳定性实验,EG含量为24%(质量)和30%(质量)的样品形态均未出现明显变化,表现出良好的充放热循环稳定性。

    新型还原氧化石墨烯/氮化碳复合纳滤膜制备及其性能
    徐颜军, 徐泽海, 孟琴, 沈冲, 侯蕊, 张国亮
    化工学报. 2019, 70(9):  3565-3572.  doi:10.11949/0438-1157.20190255
    摘要 ( 614 )   HTML ( 13 )   PDF (1376KB) ( 276 )  
    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    高性能石墨烯基复合膜的制备是目前国际研究热点,但是石墨烯基纳滤膜在脱盐中水通量较低,限制其在脱盐中的应用。采用聚多巴胺(PDA)改性聚砜(PSF)膜为基膜,将还原氧化石墨烯(rGO)和超薄氮化碳(uCN)纳米片通过真空抽滤法在基膜表面自组装制备新型还原氧化石墨烯/氮化碳复合纳滤膜。通过场发射扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X 射线衍射仪、傅里叶变换红外光谱仪和X射线光电子能谱仪等研究uCN添加对膜结构和形貌的影响,并考察不同uCN添加比例、rGO用量及压力复合纳滤膜性能变化规律。结果显示当在100 mg·L-1的rGO中添加uCN为20 mg·L-1时所制备的rGO/uCN复合纳滤膜不仅保持良好盐离子截留率(对Na2SO4截留率85.86%,对NaCl截留率30.17%),且水渗透系数是rGO膜的2.15倍(88.50 L·m-2·h-1·MPa-1)。

    N2优先渗透ZIF-8复合膜的制备及其CO2捕集
    廉玉姣, 王永洪, 张新儒, 李晋平
    化工学报. 2019, 70(9):  3573-3581.  doi:10.11949/j.issn.0438-1157.20190538
    摘要 ( 555 )   HTML ( 20 )   PDF (1076KB) ( 274 )  
    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    为了获得经济节能的烟道气CO2回收方法,制备了一种新型的N2优先渗透ZIF-8复合膜。以柔性聚砜(PSf)多孔膜为支撑层,采用Zn2+与壳聚糖的交联溶液对聚砜支撑层表面改性,使Zn2+固定在PSf膜表面;然后与2-甲基咪唑(Hmim)配位得到ZIF-8晶种层;最后通过界面聚合法二次生长制得ZIF-8复合膜。采用FTIR、XRD及SEM对ZIF-8复合膜的形貌结构进行表征,结果显示成功制备了致密的ZIF-8复合膜。在进料气为纯气条件下,探究了二次生长时间、Zn2+溶液的浓度、测试时间及测试压力对ZIF-8复合膜N2/CO2分离性能的影响,阐明其N2优先渗透机理;并进一步考察了混合气分离性能。结果表明:在25℃和0.1 MPa下,最优ZIF-8复合膜的N2渗透性为523 GPU,N2/CO2选择性为19;同条件下混合气的N2渗透性和N2/CO2选择性分别为517 GPU和18。所制备的ZIF-8复合膜可以使N2优先渗透,实现烟道气中高浓度N2渗透,低浓度CO2截留在膜的上游侧。原因主要是ZIF-8复合膜含有较多的CO2强吸附位点,使CO2被吸附在膜内不易从膜的下游侧脱附,渗透性小,而N2优先渗透,这为N2优先渗透膜的制备提供了一种新思路。

    用过期切片面包制备环保超级电容器活性炭电极材料
    徐杰, 陈新, 王玲玲
    化工学报. 2019, 70(9):  3582-3589.  doi:10.11949/0438-1157.20190216
    摘要 ( 425 )   HTML ( 9 )   PDF (835KB) ( 223 )  
    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    考虑到世界上每天产生大量的过期面包等过期食品,以过期切片面包为原材料,经碳化、1 mol·L-1 KOH活化并用稀盐酸中和及去离子水和乙醇洗涤后,制备了过期切片面包活性炭(EBAC)。对过期切片面包活性炭的表面形貌、物相结构、表面官能团、比表面积和孔径分布分别通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、氮气吸脱附(BET)进行了表征。在以3 mol·L-1 KOH为电解液的三电极体系中,进行了活性炭电极材料的电化学性能测试。充放电曲线显示,在0.5 A·g-1电流密度下,电极材料比电容达到352 F·g-1;在5 A·g-1的电流密度下循环1000次后,比电容保持在99.87%,展示出良好的循环稳定性。交流阻抗测试得到的Nyquist图和Bode图则近一步说明了过期切片面包活性炭具有良好的超级电容器性能。

    一种生物炭基柔性固态超级电容器的制备及性能研究
    禹兴海, 罗齐良, 潘剑, 韩玉琦, 张奇峰
    化工学报. 2019, 70(9):  3590-3600.  doi:10.11949/0438-1157.20190162
    摘要 ( 670 )   HTML ( 14 )   PDF (2418KB) ( 477 )  
    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    利用固体农业废弃物玉米秸秆作为原料,经高温煅烧,KOH刻蚀获得具有较大比表面积的多孔生物炭材料,并采用粉末X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电镜(FE-SEM)、红外光谱(FT-IR)、拉曼光谱(Raman)以及比表面积和孔径分析仪(BET)等表征手段,研究其物理、化学结构和微观形貌。结果表明,所制备的生物炭材料具有发达的“微孔-中孔-大孔”三维贯通多级孔道结构,比表面积高达1228 m2·g-1。将其作为电极材料,与H2SO4/PVA凝胶电解质可组装成为具有柔性的全固态超级电容器。利用循环伏安测试(CV)、恒电流充放电(GCD)以及交流阻抗测试(EIS)对柔性超级电容器电化学性能进行了测试。在电流密度为1.0 A·g-1的条件下,其比容量可达125 F·g-1。该器件具有良好的机械柔性和电化学稳定性,将其从0°弯曲至180°的过程中,比电容保持率约为93.5%;以不同弯曲角度将其连续弯折100次后,仍能保持较高的比电容。此外,在弯折角度180°、充放电电流密度为5.0 A·g-1 的条件下经过500次循环充放电后,比电容值保持率约为95.6%,库仑效率约为94.9%。说明所制备的柔性超级电容器具有优异的充放电性能和长效循环稳定性。作为一种柔性、质轻、便携的储能装置,在可穿戴电子器件领域内具有潜在应用价值。同时该方法也为固体农业废弃物玉米秸秆的高附加值转化利用和新型绿色能源器件创新研制提供了新的技术途径。

    过程安全
    C2H6/C3H8影响CH4爆炸极限参数及动力学特性研究
    罗振敏, 苏彬, 王涛, 程方明
    化工学报. 2019, 70(9):  3601-3615.  doi:10.11949/0438-1157.20190223
    摘要 ( 436 )   HTML ( 11 )   PDF (1745KB) ( 287 )  
    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    为研究C2H6/C3H8对甲烷爆炸极限参数及动力学特性的影响,采用标准的可燃气体爆炸极限测定装置测定了不同配比的C2H6/C3H8混合气体对甲烷爆炸极限的影响规律,同时得出了氮气惰化条件下甲烷爆炸临界参数的变化规律。此外,利用Chemkin软件模拟了C2H6/C3H8混合气体对甲烷爆炸过程中中间产物浓度的影响情况,并进行了敏感性分析。结果表明,C2H6/C3H8的存在降低了甲烷的爆炸上下限,增大了甲烷的爆炸危险度;在氮气惰化过程中甲烷的爆炸上限下降,爆炸下限上升,最终爆炸上下限重合,重合点处甲烷浓度和氮气临界浓度均随C2H6/C3H8的添加而逐渐减小;此外,C2H6/C3H8混合气体使甲烷爆炸过程中CO和·H的生成量逐渐增大,而CO2、·O和·OH的生成量则有下降趋势,通过对爆炸过程中甲烷体积的敏感性分析,发现C2H6/C3H8的存在在某种程度上促进了甲烷爆炸。对比不同配比的C2H6/C3H8混合气体,发现C3H8含量越高,其对甲烷爆炸过程中相关参数的影响越大,这可为工矿企业的安全生产提供一定的理论依据。