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2023年 第74卷 第3期 刊出日期:2023-03-05
    本期中英文目录、封面、题目索引
    化工学报. 2023, 74(3):  1. 
    摘要 ( 220 )   PDF (10620KB) ( 195 )  
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    综述与专论
    纤维增强树脂复合材料化学回收技术研究进展
    陈瑞哲, 程磊磊, 顾菁, 袁浩然, 陈勇
    化工学报. 2023, 74(3):  981-994.  doi:10.11949/0438-1157.20221489
    摘要 ( 715 )   HTML ( 60 )   PDF (1477KB) ( 326 )  
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    纤维增强树脂复合材料(fiber-reinforced polymer composites,FRPC)具有强度高、易加工、成本低等优异性能,成为风机叶片、线路板等典型工业产品的首选结构材料。随着FRPC产量逐年增加以及工业产品退役期的来临,废弃复合材料的累积将导致严重的环境污染和能源资源浪费,亟需研发高效清洁回收技术。化学回收技术不仅能够回收高质纤维材料,而且可实现树脂定向转化为燃料和有机化学品。本文在分析复合废材组成特性以及化学回收技术的基础上,对再生产品应用、技术经济性以及环境效益进行了评价。进一步提出基于有机树脂官能团特性,在温和条件下定向解聚升级循环制备精细化学品的同时,实现纤维材料无损再生利用。

    异相可见光催化耦合过硫酸盐活化技术在水污染控制中的研究进展
    徐银, 蔡洁, 陈露, 彭宇, 刘夫珍, 张晖
    化工学报. 2023, 74(3):  995-1009.  doi:10.11949/0438-1157.20221448
    摘要 ( 599 )   HTML ( 49 )   PDF (1545KB) ( 218 )  
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    近年来,如何有效去除水中难降解污染物成为水污染治理中的难点问题。可见光催化耦合过硫酸盐活化技术是一种新型水处理工艺,有望成为难降解污染物高效去除的新策略。该耦合技术中,可见光、催化剂及过硫酸盐三者之间的协同效应被最大限度开发与利用,极大提升了处理工艺的氧化性能。本文回顾了该工艺中常用的金属基、碳基及复合型光催化材料,分析了光催化剂类型、元素组分、表面性质对体系氧化效能及反应机理的影响;讨论了有关催化剂光学特性(光学吸收、电荷动力学和能带结构)的主要表征方法;总结了不同体系中起主要氧化作用的活性物种及其生成机制;最后综述了该工艺在处理染料、酚类、新型污染物以及细菌灭活等不同场景中的应用,并对未来研究所面临的问题提出了展望。

    粉煤灰分质高效利用预处理技术的研究进展
    王倩, 李神勇, 康帅, 庞薇, 郝龙龙, 秦身钧
    化工学报. 2023, 74(3):  1010-1032.  doi:10.11949/0438-1157.20221350
    摘要 ( 519 )   HTML ( 36 )   PDF (4197KB) ( 340 )  
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    粉煤灰作为典型的大宗固体废弃物,其综合高效利用受到广泛关注。我国粉煤灰排放量巨大,但利用率较低,如何通过减少其对生态环境造成的破坏、对人类健康造成的威胁和提高其经济效益来实现粉煤灰资源化利用是目前研究的热点。粉煤灰的活性大小是提高粉煤灰综合利用率的关键所在,对粉煤灰进行预处理可提高其活性。本文综述了焙烧、研磨、微波、超声波、加压、真空、表面活性剂等预处理技术在粉煤灰分质高效利用工艺中的作用,重点介绍有价元素浸出分离的应用研究。通过比较不同预处理技术的应用范围和效果,指出了各种预处理技术的优缺点,为粉煤灰的有效综合利用提供合适的预处理参考方案。

    热力学
    C6~C10烷醇的SAFT-VR Mie状态方程参数回归及其热物性研究
    毛元敬, 杨智, 莫松平, 郭浩, 陈颖, 罗向龙, 陈健勇, 梁颖宗
    化工学报. 2023, 74(3):  1033-1041.  doi:10.11949/0438-1157.20221438
    摘要 ( 260 )   HTML ( 14 )   PDF (2319KB) ( 131 )  
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    统计缔合流体理论(SAFT)状态方程对长链烷醇的热物性研究具有重要意义,而状态方程参数的获取是流体热物性研究的基础。基于SAFT-VR Mie状态方程,采用Levenberg-Marquardt算法并结合相平衡、过冷液相密度和声速性质的参数回归策略,获取C6~C10烷醇的状态方程模型参数。进一步评估SAFT-VR Mie状态方程对C6~C10烷醇在宽温度和压力范围内的相平衡和热力学偏导特性的预测性能,并与PC-SAFT状态方程进行比较。结果表明,SAFT-VR Mie对五种烷醇整体具有更优的饱和蒸气压、饱和液相密度、蒸发焓、过冷液相密度、比定压热容和声速预测性能,平均预测偏差分别为0.74%、0.82%、3.02%、0.54%、2.88%和2.31%。同时,SAFT-VR Mie具有可靠的外推预测能力,其对高压声速的预测结果与实验数据具有较好的一致性。此外,SAFT-VR Mie对压力-密度导数的不合理描述是造成声速预测偏差的主要原因。改进分子间单体和缔合相互作用能够有效提高比热容的预测精度,为长链烷醇缔合流体的热物性预测提供更好的理论关联模型。

    流体力学与传递现象
    基于微波技术的天然气管道内颗粒物在线检测方法研究
    陈俊先, 姬忠礼, 赵瑜, 张倩, 周岩, 刘猛, 刘震
    化工学报. 2023, 74(3):  1042-1053.  doi:10.11949/0438-1157.20221312
    摘要 ( 206 )   HTML ( 12 )   PDF (4646KB) ( 273 )  
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    针对天然气管道内颗粒物难以检测的问题,提出了一种基于微波技术的管道内颗粒物在线检测方法。首先对我国天然气管网内颗粒物进行特征分析,并基于微波测量原理以密封探针的方式实现了微波在管道中的传输;其次,采用有限元仿真软件对密封探针结构优化以及管道尺寸(两探针间距)进行研究,分析微波测量系统的电流分布规律和最优结构参数;最后,搭建实验平台,定量分析了不同工况下测量系统输出电压与颗粒物浓度的影响规律。结果表明,当管道内液滴浓度在39~210 mg/m3变化时,采用二次函数拟合测量系统输出电压与液滴浓度的关系,可决系数R2在0.966以上;各信号采样点的相对示值误差平均值在5.20%上下波动,测量系统重复性都在0.24%范围内变化。

    微间隙内R134a空化可视化实验研究
    颜少航, 赖天伟, 王彦武, 侯予, 陈双涛
    化工学报. 2023, 74(3):  1054-1061.  doi:10.11949/0438-1157.20221220
    摘要 ( 181 )   HTML ( 9 )   PDF (3102KB) ( 67 )  
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    为了研究在受限空间和高剪切状态下工质空化特性,设计并搭建了微间隙工质空化演变规律可视化实验台。对不同进出口压差、过冷度及来流速度下R134a在微间隙下空化特征进行实验研究,着重分析了不同空化特征下空化面积演变规律。实验结果表明:工质入口流速和空化数决定了工质在微间隙内空化形态。按此空化形态差异可将空化过程分为单气泡空化模式、多气泡空化模式、气液掺混空化模式及雾态核心区空化模式。单气泡模式与多气泡模式出现有一定随机性,与实验时工质内空化汽核相关,两者多发生于低流速情况下。单气泡模式下气泡面积近似指数增长,气液掺混空化模式及雾态核心区空化模式多发生在较高流速和较低空化数下,此时空化面积演变遵循近线性增长规律。各模式下,过冷度的减小都会促进空化产生。多气泡模式下,工质空化初生时表现为多个相对独立微小气泡。随着空化发展,气泡体积增大,彼此相互干扰,存在气泡间的融合现象。

    冷却条件下渐扩/渐缩管内超临界压力二氧化碳的传热特性
    朱兵国, 何吉祥, 徐进良, 彭斌
    化工学报. 2023, 74(3):  1062-1072.  doi:10.11949/0438-1157.20221426
    摘要 ( 201 )   HTML ( 11 )   PDF (4089KB) ( 158 )  
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    采用SST k-ω湍流模型,数值计算了冷却条件下超临界压力二氧化碳(SCO2)在三种水平管(等截面管、渐扩管和渐缩管)内的传热特性,研究了不同运行参数(压力、质量流量及热通量)对传热性能的影响。结果表明,与等截面管相比,渐扩管有效地强化了传热,采用渐扩管时,SCO2的总传热系数最大提高了47.98%。然而,相比等截面管,渐缩管却削弱了传热。最后,从类冷凝和湍流场分布的角度阐明了传热强化的物理机理。为SCO2冷却器的优化设计提供了新的思路和理论指导。

    析湿工况下平直开缝翅片传热传质特性的数值研究
    何洋, 高森虎, 吴青云, 张明理, 龙涛, 牛佩, 高景辉, 孟颖琪
    化工学报. 2023, 74(3):  1073-1081.  doi:10.11949/0438-1157.20221440
    摘要 ( 184 )   HTML ( 11 )   PDF (4914KB) ( 92 )  
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    针对现有冷凝模型计算中未考虑对流传质对传质通量的影响,利用Fluent软件中的UDF建立了新的对流冷凝传热模型和基于场协同理论的传热传质特性分析方法。使用新的冷凝模型和分析方法对除湿条件下,入口参数、翅片结构、开缝位置对平直开缝翅片换热器湿空气侧的流动、传热和传质特性的影响进行了研究。结果表明:考虑对流传质的冷凝模型准确度得到提升;传热量、冷凝量随翅片表面开缝高度的增加先减小后增加;上游开缝翅片管的传热量、冷凝量均低于下游开缝翅片管,利用建立的分析方法发现,相同边界条件下,下游开缝翅片的传热场协同角αm、传质场协同角βm均小于上游开缝翅片,表明下游开缝翅片的速度场、温度梯度场和浓度梯度场的协同性更优,传热传质能力更强。

    催化、动力学与反应器
    乙醇制高级醇有序介孔氧化铝负载铜基催化剂研究
    何金峰, 李秀珍, 寇建耀, 陶庭杰, 余灿, 刘欢, 陈永元, 赵豪健, 江大好, 李小年
    化工学报. 2023, 74(3):  1082-1091.  doi:10.11949/0438-1157.20221517
    摘要 ( 237 )   HTML ( 15 )   PDF (1756KB) ( 208 )  
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    为了实现乙醇向高级醇的高效转化,以蒸发诱导自组装法合成的有序介孔氧化铝(ordered mesoporous alumina,OMA)为载体制备了系列Cu-La2O3/OMA催化剂,并深入研究了其在乙醇制高级醇反应中的构效关系。在533 K、3 MPa、LHSV=2 ml/(g cat·h)、V(N2)/V(EtOH)=250∶1的反应条件下,最佳的Cu-La2O3/OMA(973)催化剂表现出高达55.5%的乙醇转化率和40.1%的高级醇收率,并且在200 h的连续反应中展现出优异的稳定性。OMA载体表面高度分散的Cu和La2O3活性组分协同OMA载体提供了大量的金属和酸碱中心,同时其较大的介孔孔径有利于降低反应物及产物分子在催化剂孔道中的扩散阻力,从而使得Cu-La2O3/OMA催化剂表现出较高的活性及高级醇选择性。此外,OMA载体表面五配位Al3+通过Cu-O-Al键对Cu活性物种的锚定作用是催化剂具有良好稳定性的重要原因。

    孔道结构修饰的Ziegler-Natta催化剂设计与高抗冲低缠结UHMWPE的制备
    刘倩, 曹禹, 周琦, 穆景山, 历伟
    化工学报. 2023, 74(3):  1092-1101.  doi:10.11949/0438-1157.20221460
    摘要 ( 171 )   HTML ( 11 )   PDF (3821KB) ( 112 )  
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    从SiO2载体孔道修饰的角度出发,向多级孔道中同时引入聚苯乙烯(PS)和聚倍半硅氧烷(POSS),形成功能化复合载体,并用于负载TiCl4,制备SiO2/PS/POSS/TiCl4负载型催化剂。采用热重分析、N2等温吸附脱附、扫描电镜、漫反射红外光谱等手段对修饰前后催化剂的结构进行表征,发现利用苯乙烯的原位聚合能够向SiO2多级孔道,尤其是微孔中引入PS,孔道内 PS链段的溶胀行为导致聚合时乙烯传质阻力增大,聚合活性降低。向SiO2多级孔道中引入POSS,由于POSS分子的空间位阻,其只能进入SiO2大孔中,初生态聚乙烯分子链缠结程度降低有限。而将PS与POSS共同引入催化剂各级孔道中,PS与POSS能够产生良性协同作用,能够以高活性制备低缠结的超高分子量聚乙烯,显著提升了产品的抗冲击强度。最后通过降低孔道内TiCl4的负载量,进一步稀释催化剂活性中心,实现聚乙烯活性链解缠结的过程强化。当钛含量降至2.65%时,聚合活性、抗冲击强度和链缠结程度均达到最佳。

    Cu/Co掺杂多孔炭活化过硫酸盐降解水中硝基酚研究
    闫新龙, 黄志刚, 胡清勋, 张新, 胡晓燕
    化工学报. 2023, 74(3):  1102-1112.  doi:10.11949/0438-1157.20221442
    摘要 ( 224 )   HTML ( 13 )   PDF (4537KB) ( 92 )  
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    以MOF-74为模板制备了Cu/Co双金属掺杂多孔炭催化剂。用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、N2物理吸附/脱附等对催化剂结构进行了表征。研究并阐释了Cu/Co双金属掺杂多孔炭催化剂活化过一硫酸盐(PMS)氧化降解4-硝基酚性能及机理。结果表明,在投加100 mg·L-1催化剂、2 g·L-1 PMS、初始pH为6时,15 min内硝基酚(60 mg·L-1)去除率达98%以上。降解反应符合伪一级反应动力学模型。催化剂循环反应4次,降解率均高于90%。猝灭实验及电子顺磁共振分析表明自由基(·SO4-、·OH、·O2-)和非自由基(1O2)均参与了降解反应。在反应过程中,Co2+/Co3+和Cu+/Cu2+的氧化还原循环有效活化了PMS并促进活性氧化物种的生成,从而提升了催化剂降解硝基酚的性能。

    分离工程
    陶瓷膜用于杜仲叶提取液澄清的分离特性与膜污染机制研究
    王思琪, 顾天宇, 陈献富, 王通, 李佳, 柯威, 李小锋, 范益群
    化工学报. 2023, 74(3):  1113-1125.  doi:10.11949/0438-1157.20221347
    摘要 ( 222 )   HTML ( 15 )   PDF (3423KB) ( 96 )  
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    杜仲是我国特有的珍稀中药材树种且资源丰富,其树叶富含绿原酸和黄酮类化合物等活性物质。然而,杜仲叶提取液中杜仲胶、蛋白、多糖等杂质含量较高,缺乏活性物质的高效分离技术。陶瓷膜具有分离效率高、抗污染性能好等优势,已在植物提取液的澄清过程中广泛应用。开发杜仲叶提取液的陶瓷膜法高效澄清技术具有重要应用价值。本文从膜材料和膜过程两个层面展开研究,对陶瓷膜孔径进行了优选,系统考察了操作压力、膜面流速与温度对陶瓷膜澄清过程的影响,并结合Hermia模型对膜污染机制进行了分析。结果表明,平均孔径为100 nm的陶瓷微滤膜具有较高的浊度去除率、活性成分透过率和渗透通量,适合杜仲叶提取液的澄清过程。在优化的操作条件下,陶瓷微滤膜的稳定通量约为58 L·m-2·h-1,绿原酸与黄酮的总透过率为75.3%,浊度截留率接近100%,清洗后膜通量恢复率达85%以上。陶瓷膜分离技术在杜仲叶提取液澄清过程中展现了良好的应用前景。

    三维网络萃取膜的制备及传质效率研究
    陈向上, 马振杰, 任希华, 贾悦, 吕晓龙, 陈华艳
    化工学报. 2023, 74(3):  1126-1133.  doi:10.11949/0438-1157.20221622
    摘要 ( 209 )   HTML ( 9 )   PDF (2306KB) ( 66 )  
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    以亲水聚四氟乙烯(PTFE)膜为支撑体、以乙烯基三乙氧基硅烷(VTES)为偶联剂,利用乙烯基封端聚二甲基硅氧烷(PDMS)和聚甲基氢硅氧烷(PMHS)锁闭萃取剂磷酸二异辛酯(D2EHPA),制备三维网络萃取膜(3D-NEM),并将其用于重金属离子废水中镍元素的萃取分离。研究结果显示60℃、15 min的处理条件可以不破坏原支撑体结构并在其表面成功引入羟基,使构建的三维网络复合层锚定在改性后的支撑体表面。在料液相Ni2+浓度150 mg/L、萃取剂含量37%(质量)的条件下3D-NEM的6 h平均传质通量达最高值1560.28 mg∙m-2∙h-1。相互交联的三维网格结构有效地阻止了萃取剂流失,6 h运行平均通量衰减率仅有31.91%。与传统支撑液膜相比,本研究制备的3D-NEM在亲水膜表面成功锚定超薄萃取功能层,体现出降低传质阻力与提升运行稳定性的双重优势。

    倒锥注气强化井下油水分离水力旋流器性能研究
    李新亚, 邢雷, 蒋明虎, 赵立新
    化工学报. 2023, 74(3):  1134-1144.  doi:10.11949/0438-1157.20221516
    摘要 ( 205 )   HTML ( 9 )   PDF (4396KB) ( 119 )  
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    为了进一步提高井下油水分离水力旋流器的分离性能,提出一种倒锥注气式井下油水分离水力旋流器结构,开展倒锥注气对油水分离性能影响研究。利用数值模拟和实验研究相结合的方法,对不同注气量、含油浓度、分流比、入口流量等操作参数下的流场分布特性和油水分离效率进行分析。结果表明,随着注气量的增加,分离效率呈现先升高后降低的趋势,当注气量为2.034 m3/d时,分离效率达到最大值98.52%;当水力旋流器的入口含油浓度为0.75%、分流比为40%、入口流量为5.4 m³/h时,可获得水力旋流器的最佳分离效率为99.51%,较注气前提高了1.11%。针对注气后的井下油水分离水力旋流器开展室内分离性能实验研究,数值模拟和实验结果呈现相同的变化趋势,验证了倒锥注气强化分离性能的可行性及数值模拟结果的准确性。

    数据与物理信息混合驱动的固定床吸附穿透深度学习模型
    吴选军, 王超, 曹子健, 蔡卫权
    化工学报. 2023, 74(3):  1145-1160.  doi:10.11949/0438-1157.20221609
    摘要 ( 368 )   HTML ( 25 )   PDF (4615KB) ( 287 )  
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    提出一种基于数据与物理信息混合驱动的固定床吸附穿透深度学习模型(PINN_MOD),采用基于残差自适应网格加密策略联合惩罚因子增强外部数据约束方法,通过最小化损失函数逐步调整神经网络参数逼近固定床双组分气体动态吸附过程偏微分方程(PDE)的解。嵌入物理信息神经网络(PINN)模型可以高保真地求解一维单组分对流-扩散模型和一维单组分固定床吸附模型PDE的正向解和逆向解,但在求解长时间尺度一维双组分固定床吸附模型PDE时存在收敛困难。利用传统有限差分方法(FDM)首先计算一维双组分固定床吸附穿透PDE问题,然后将FDM模拟获得的时空区域内组分浓度数据作为外部约束,联合PINN模型一起求解一维双组分固定床吸附穿透PDE。以填充CALF-20和UTSA-16两种MOF材料的固定床吸附CO2/N2(摩尔比30∶70)混合物为例,采用PINN_MOD模型计算出组分CO2固定床出口穿透曲线,能够较好地复制FDM计算结果,证实了该模型仅依赖于少量外部数据就能有效地获得PDE高保真解。PINN_MOD模型有望在开发面向气体分离应用的新型金属有机骨架(MOF)材料吸附剂方面发挥重要作用。

    铬铁矿在HCl-HF体系中的分解行为
    陈号, 田仪娟, 全学军, 蒋子文, 李纲
    化工学报. 2023, 74(3):  1161-1174.  doi:10.11949/0438-1157.20221479
    摘要 ( 185 )   HTML ( 4 )   PDF (4132KB) ( 62 )  
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    铬铁矿酸浸分解制铬盐因其过程可以避免危险性物质六价铬[Cr(Ⅵ)]的产生而显示出较大应用前景,以盐酸为酸浸剂可以利用金属离子在盐酸中溶解度的差异,使工艺具有易于回收剩余酸和铬盐的特点。但是,也因为溶解平衡,使盐酸浸出铬铁矿的浸出效率较低,为了提高铬铁矿盐酸浸出过程的效率,提出了氢氟酸(HF)强化铬铁矿盐酸浸出的新工艺。在前期工作基础上,研究了HF强化铬铁矿盐酸浸出的规律、动力学及过程机理。结果表明,HF可以大大强化铬铁矿中Cr、Fe的浸出速率,且随HF用量增加而增大;而其中Al、Mg的浸出速率随HF用量的增加呈现先增加后减小的趋势,其主要原因是HF用量大时可以促进体系中含Al、Mg、Si物质形成Mg2SiO4、(Mg, ‍Al)SiO3、Al2SiO5等结晶性硅酸盐,进入渣相中。这一发现为选择适当的浸出条件,实现浸出液中Cr与Al、Mg等杂质的更好分离提供了依据。在较高HF用量下,Cr、Fe、Al、Mg的浸出率可分别达到约92%、94%、17%、14%。HF的用量不仅影响铬铁矿盐酸浸出过程动力学的控制步骤,在促进浸出液中含Al、Mg、Si物质转化生成结晶性硅酸盐方面也起着重要的作用。

    过程系统工程
    数字孪生智能乙烯工厂研究与构建
    王子宗, 索寒生, 赵学良
    化工学报. 2023, 74(3):  1175-1186.  doi:10.11949/0438-1157.20221473
    摘要 ( 326 )   HTML ( 24 )   PDF (2214KB) ( 203 )  
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    数字孪生被认为是实践智能制造与工业互联网等战略、实现信息世界与物理世界交互集成的有效技术手段,备受学术界和企业界的关注,尤其数字孪生的落地应用更是关注热点。基于中国石化数字孪生智能乙烯工厂的开发及工业应用工作,首先阐述了石化数字孪生智能工厂的定义及总体架构。其次,基于复杂原料百万吨级乙烯成套技术,研究提出了“成套技术成果软件化、工程建设交付数字化、石化工厂运营智能化”融合创新的数字孪生智能乙烯工厂构建思路以及相应的关键技术。数字孪生智能乙烯工厂为中国石化智能工厂3.0建设提供了宝贵经验,为进一步推广到芳烃产业链、煤化工产业链、炼油产业链的核心装置,推动石化工业的高质量发展奠定了基础。

    Group2vec:基于无监督机器学习的基团向量表示及其物性预测应用
    吴心远, 刘奇磊, 曹博渊, 张磊, 都健
    化工学报. 2023, 74(3):  1187-1194.  doi:10.11949/0438-1157.20221216
    摘要 ( 249 )   HTML ( 18 )   PDF (1049KB) ( 178 )  
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    定量构效关系模型在化工产品设计中发挥着重要作用。基于自然语言处理技术的深度学习建模方法是构建定量构效关系模型的有效方法之一。提出一种基于基团词嵌入模型(Group2vec)的深度学习物性预测框架。首先,建立数据库用于预训练与物性预测。其次,利用基团分割方法,将数据库中分子SMILES文本转化为基团序列。再次,通过CBOW算法将基团序列进行词嵌入预训练,获得包含相似性结构信息的基团向量。最后,基于基团向量构建包含注意力机制的深度学习模型,并在不同物性数据库上进行模型测试,同时将其与现有模型进行比较,对比结果表明基于Group2vec的深度学习物性预测模型不仅具有较高的预测准确性与通用性,也具备一定的可解释性。

    基于人工预测调控策略的复杂化工过程多任务学习方法
    张中秋, 李宏光, 石逸林
    化工学报. 2023, 74(3):  1195-1204.  doi:10.11949/0438-1157.20221340
    摘要 ( 206 )   HTML ( 9 )   PDF (2916KB) ( 139 )  
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    当前,PID反馈控制依然是化工生产过程的主要控制策略。然而,由于复杂化工过程通常具有大时滞和非线性等特性,使得PID控制对于一些关键过程参数控制的性能不佳。为此,在实际工程中通常是现场操作人员依据自身经验对其实施人工预测调控。为了能够从历史调控数据中学习人工预测调控策略,提出了一种多任务学习级联网络(LSTM multi-task network cascades,LSTM-MNC)。根据过程变量长短期不同趋势建立预测短期变化和长期趋势的过程预测模型,并学习过程预测模型估计信息与操纵变量序列的因果关系,由被控变量偏差预测支持操纵变量序列生成,实现生产过程的智能化调控。在工业换热器过程仿真平台上进行实验,获得了满意的结果,验证了所提方法的有效性。

    基于并行EGO和代理模型辅助的多参数优化方法研究
    顾学荣, 刘硕士, 杨思宇
    化工学报. 2023, 74(3):  1205-1215.  doi:10.11949/0438-1157.20221345
    摘要 ( 229 )   HTML ( 11 )   PDF (2154KB) ( 78 )  
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    化工流程模拟优化问题常常具有高维、非线性的特点,使得仿真计算难以收敛。过长的求解时间是调度优化和运行优化的主要瓶颈之一。采用代理模型对机理模型进行替代是降低计算复杂度、保证结果准确性的有效途径。Kriging代理模型具有较强的非线性近似性,但处理高维问题依然较为困难。因此,本文研究并行EGO(efficient global optimization)算法与代理模型集成,并将模型应用于化工过程。并行EGO算法以Kriging代理模型的预测函数和误差函数为基础,先推导出样本分布概率密度函数与累积分布函数相结合的解析表达式;然后通过PEI(pseudo expected improvement)准则得到新的样本点以更新代理模型;最后结合改进的差分进化算法对优化参数进行全局搜索。在保证结果准确性的前提下,将本文算法与其他优化算法进行比较。8个多峰测试函数的测试结果表明,该算法的收敛速度提高了85%。然后将其应用于双级氨吸收制冷过程的模拟,结果表明该方法的模拟误差小于0.01%,优化时间从9846 s缩短至3705 s。

    碳三加氢装置鲁棒最小协方差约束控制及应用
    张江淮, 赵众
    化工学报. 2023, 74(3):  1216-1227.  doi:10.11949/0438-1157.20221474
    摘要 ( 201 )   HTML ( 17 )   PDF (4499KB) ( 215 )  
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    碳三加氢反应器操作条件多变,并且存在级联反应,传统的手动操作配氢容易过加氢或漏炔,导致出口甲基乙炔(MA)和丙二烯(PD)浓度波动较大,还会影响催化剂的选择性和转化率。由于碳三加氢过程具有非线性、操作区域多变的特点,传统的基于线性模型的模型预测控制器在工业过程控制中存在较大的局限性。Hammerstein模型是一种将非线性稳态环节和线性动态环节串联的非线性模型,非常适合描述非线性工业对象且方便控制器设计。提出了一种基于Hammerstein模型的鲁棒最小协方差约束控制方法,Hammerstein模型的非线性稳态部分采用WaveARX神经网络逼近,并根据多操作点稳态输入输出数据进行辨识,通过机理分析辨识得到的操作点附近线性化模型作为线性动态部分,将非线性鲁棒控制问题转化为线性模型鲁棒约束控制和非线性环节求逆问题,基于Hammerstein模型的建模偏差,对模型输出偏差协方差上限进行约束并最小化,采用线性矩阵不等式求解出次优状态反馈控制律,再根据非线性部分的逆模型得到系统的控制输入,仿真及工业应用结果证实了所提方法的可行性和有效性。

    表面与界面工程
    湍流效应对高速机械密封端面型槽冷却性能影响分析
    张伟政, 赵吉军, 马学忠, 张琦璇, 庞益祥, 张俊涛
    化工学报. 2023, 74(3):  1228-1238.  doi:10.11949/0438-1157.20221377
    摘要 ( 211 )   HTML ( 13 )   PDF (1990KB) ( 219 )  
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    高速工况下密封间隙内流体黏性生热严重且流动行为复杂,流体流动状态是影响跨尺度间隙流固传热过程和温度分布的关键因素之一,应用ANSYS Fluent软件在湍流与层流计算模型下建立了环形槽与螺旋槽复合式端面构型(ASG)的三维热流体动力润滑(THD)模型,对比了两模型下螺旋槽的冷却性能差异与环形槽的降温作用,以此揭示了流动状态对端面型槽冷却作用的影响机理,分析了型槽几何参数对两模型下温度场及密封性能的影响规律。结果表明:湍流模型下深螺旋槽内存在的大片死流体区阻碍了槽口冷流体进入到槽根部,致使螺旋槽对间隙内高温流体的冷却作用衰减;层流模型下深螺旋槽内充满更多的冷流体,冷却作用较强。内径侧环形槽在两模型下均具有显著的降温作用,且随槽深、槽宽的适当增加其降温作用得到强化;持续增加螺旋槽槽深并不能达到持续降温的目的。液膜温度峰值在湍流模型下的预测值高于层流模型29~40 K。

    生物化学工程与技术
    微流控双水相贴壁液滴流动强化酶促反应研究
    贾露凡, 王艺颖, 董钰漫, 李沁园, 谢鑫, 苑昊, 孟涛
    化工学报. 2023, 74(3):  1239-1246.  doi:10.11949/0438-1157.20221603
    摘要 ( 167 )   HTML ( 16 )   PDF (2968KB) ( 68 )  
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    以微流控双水相液滴流技术为基础,开发了一种酶促反应平台,将微流控贴壁液滴流快速传递、高效混合的特点与双水相反应分离耦合过程优化结合。本体系克服了传统宏观双水相体系传质传热慢以及耗时耗能的问题,并建立了贴壁液滴微反应器,产生更大的内环流,进一步增强传质效果。探究了双水相液滴界面的分子限域能力、对酶和产物的选择性分配能力。通过比较贴微通道壁和未贴微通道壁两类液滴微反应器的酶促反应效果,发现贴微通道壁液滴微反应器仅6 min转化率即可达到40%,其反应速率可达未贴微通道壁液滴微反应器9.4倍。本文通过微流控双水相贴壁液滴流实现了酶促反应的强化,为微尺度下的酶催化反应过程强化提供了一种新的思路。

    基于金纳米颗粒修饰二氧化硅纳米花的生物传感器构建及应用
    刘瑞琪, 周栖桐, 张悦, 贺莹, 高静, 马丽
    化工学报. 2023, 74(3):  1247-1259.  doi:10.11949/0438-1157.20221413
    摘要 ( 178 )   HTML ( 12 )   PDF (3220KB) ( 100 )  
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    利用褶皱状二氧化硅纳米花(SiO2 NFs),通过原位还原法制备分散的金纳米颗粒修饰的氨基二氧化硅复合材料(Au@NH2-SiO2 NFs)。利用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)、X射线衍射(XRD)、傅里叶红外光谱仪(FT-IR)和元素分析(elemental mapping)对Au@NH2-SiO2 NFs纳米材料进行表征。基于Au@NH2-SiO2 NFs构建AChE/Au@NH2-SiO2 NFs/GCE生物传感器。选择马拉硫磷和毒死蜱两种有机磷农药为代表,考察生物传感器的检测性能,其中马拉硫磷的检测范围是(1.00×10-11)~(1.00×10-5) mol/L,检测限为2.92×10-12 mol/L;毒死蜱的检测范围是(1.00×10-13)~(1.00×10-7) mol/L,检测限为5.60×10-14 mol/L。AChE/Au@NH2-SiO2 NFs/GCE电极在实际样品检测中的回收率在90.7%~107.0%之间,并展现出良好的抗干扰性、储藏稳定性和重现性。

    能源和环境工程
    高效太阳能电解水制氢系统及其性能的多目标优化
    张生安, 刘桂莲
    化工学报. 2023, 74(3):  1260-1274.  doi:10.11949/0438-1157.20221595
    摘要 ( 760 )   HTML ( 72 )   PDF (2347KB) ( 1154 )  
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    针对日益重要的清洁可持续绿氢生产技术需求,开发了一种基于太阳能,集发电和制氢于一体的高效系统。该系统由塔式太阳能发电和热能存储系统、质子交换膜(PEM)电解水系统和含有回热器的再热式蒸汽朗肯循环及含有回热器的有机朗肯循环余热回收子系统组成,可实现能量梯级利用。在Aspen Plus中建立了各子系统的模拟模型,并用Fortran语言编写太阳能定日镜场和PEM电解槽数学模型,基于非支配排序遗传算法-Ⅱ (NSGA-Ⅱ)和Aspen Plus与MATLAB软件的交互和多目标优化权衡最大㶲效率、最大日净输电量、最小氢气的平准化成本(LCOH),实现该系统的优化。所建立的模型可以高效准确地模拟、分析和优化该集成系统。帕累托前沿表明,该系统最优的㶲效率、日净输电量和LCOH分别为52.19%、247.352 MWh/d和6.05 USD/kg;优化后,最佳氢气产能为4.796 t/d,㶲效率提高3.00%,日净输电量增加31.14%,LCOH降低4.87%。该研究对于大规模太阳能耦合发电和制氢工艺的开发具有重要的指导意义。

    易腐垃圾厌氧消化沼液理化性质及VOCs分子特征
    黄玉龙, 吕凡, 仇俊杰, 章骅, 何品晶
    化工学报. 2023, 74(3):  1275-1285.  doi:10.11949/0438-1157.20221599
    摘要 ( 160 )   HTML ( 4 )   PDF (2768KB) ( 116 )  
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    解析了易腐垃圾厌氧消化沼液(ADLD)理化性质及其挥发性有机化合物VOCs的分子特征与关联性,以期为沼液资源化利用提供基础性质依据。研究发现,沼液理化指标的季节性差异较小,各沼液的差异较大。不同离子在沼液中的存在形式不同。沼液中的重金属含量远低于国内外相关标准限值。共检测304个VOCs分子,主要是芳香族(30%~83%)、烯烃(5%~44%)类化合物。不同厌氧消化工艺产生沼液的VOCs存在差异,干式厌氧消化沼液中芳香族类VOCs较多(32%~83%),而湿式含有更多的醇(1%~20%)和醚(1%~30%)。从沼液中发现了14种植物敏感性VOCs分子(0.05%~15.42%),如水杨酸甲酯、2-丁酮等,这类化合物可以促进植物生理活性。鉴定出共有化合物(1.09%~41.54%),如香料添加剂、食用香精类化合物等。

    吹扫条件对PEMFC阻抗弛豫现象和低温启动的影响
    钱志广, 樊越, 王世学, 岳利可, 王金山, 朱禹
    化工学报. 2023, 74(3):  1286-1293.  doi:10.11949/0438-1157.20221344
    摘要 ( 238 )   HTML ( 14 )   PDF (2085KB) ( 238 )  
    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    停机吹扫作为质子交换膜燃料电池(PEMFC)零下温度启动前的关键流程,能够有效降低冷启动前膜电极(MEA)的含水量,以提高电池启动的成功率。为了研究PEMFC在停机吹扫后出现的阻抗弛豫现象,以及吹扫条件如何直接作用于PEMFC低温启动性能,以25 cm2的单片电池作为对象,进行实验研究。实验条件下的结果表明,随着吹扫气体流量的增加以及吹扫温度的提高,阻抗弛豫表现更加明显;吹扫流量和吹扫时间对PEMFC冷启动性能存在显著影响。在实验条件下,以1500 ml/min的干燥N2吹扫15 min,测试电池在低温中的表现最佳。吹扫流量过大、过小以及吹扫时间过长、过短均不利于PEMFC的低温启动,存在最佳吹扫条件。

    铝灰半干法水解脱氮研究
    刘定平, 陈爱桦, 张向阳, 何文浩, 王海
    化工学报. 2023, 74(3):  1294-1302.  doi:10.11949/0438-1157.20221396
    摘要 ( 229 )   HTML ( 8 )   PDF (5776KB) ( 78 )  
    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    铝灰属于危险废弃物,若不经过脱氮处理会严重污染环境。为此提出了新型铝灰半干法水解脱氮技术,使铝灰在反应时处于半干的高温碱性状态,并系统考察了各种因素对脱氮率和反应时间的影响。结果表明,固液比为1∶0.45时脱氮效果最好;增加样品反应质量可以提高脱氮率;碱性反应溶液体系可以有效缩短诱导期;研磨预处理对促进水解反应的效果一般。因此铝灰半干法水解脱氮技术的最佳反应条件是反应溶液体系为5%(质量)NaOH,固液比1∶0.45,样品质量大于250 g。此时水解反应时间可缩短至50 min内,脱氮效果最佳,明显优于传统湿法脱氮技术,可以有效解决铝灰废物污染难题。

    一种基于虚拟组分的燃烧调控化学作用量化及分析方法研究
    禹进, 余彬彬, 蒋新生
    化工学报. 2023, 74(3):  1303-1312.  doi:10.11949/0438-1157.20221428
    摘要 ( 157 )   HTML ( 5 )   PDF (2603KB) ( 54 )  
    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    针对会发生自身反应的添加剂的燃烧调控化学作用的量化方法仍不够完善的难题,提出了一种基于虚拟组分的燃烧调控化学作用量化及分析的新方法。通过设置虚拟组分,将添加剂反应过程中活性基池的自由基作用和放热作用解耦。提出将添加剂的化学作用分为反应热-温度作用和反应-活性基作用,并给出了相应的数学表达式。基于提出的新方法,分别选取全氟己酮和氢气作为添加剂加入甲烷火焰的两个典型工况进行量化研究。结果表明该方法能有效地量化卤代烃灭火剂的燃烧加强作用及抑制作用和氢气的促进作用,配合敏感性分析方法可有效分析影响调控作用的反应路径。提出的方法为分析添加剂促燃/抑制机理提供了新的分析手段,也为下一代新型燃烧添加剂的筛选和开发奠定了理论基础。

    天然烟浸滤液水合物法储甲烷动力学研究
    胡晗, 杨亮, 李春晓, 刘道平
    化工学报. 2023, 74(3):  1313-1321.  doi:10.11949/0438-1157.20221242
    摘要 ( 137 )   HTML ( 9 )   PDF (3517KB) ( 143 )  
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    水合物法储存天然气被公认为是一种极具潜力的高效储气技术。如何加速水合物生成,又能保证水合促进材料绿色环保,是水合固气技术实用化的关键。本文利用天然烟丝和烟末浸泡滤液在8.0 MPa和274.2 K的实验条件下进行静态水合储甲烷实验,研究甲烷水合物在烟滤液中的生成动力学特性。实验结果表明,水-烟质量比(液固比)为5~100的滤液与表面活性剂溶液性质相似,其表面张力比纯水下降36.7%~47.5%,甲烷水合物在该天然活性溶液中能快速生成。烟丝滤液中活性物含量明显低于烟末滤液,低液固比时,烟丝溶液有更高的水合储气量和储气速率;高液固比时,烟末滤液则表现出更优的水合储气性能,尤其在液固比为50时,烟末滤液中水合物储气量高达118.5 mmol·mol-1,储气速率达2.98 mmol·mol-1·min-1

    UV/PMS、UV/PDS、UV/SPC工艺降解尼泊金甲酯
    杨庆云, 李青松, 陈泽铭, 邓靖, 李玉瑛, 杨帆, 陈国元, 李国新
    化工学报. 2023, 74(3):  1322-1331.  doi:10.11949/0438-1157.20221522
    摘要 ( 246 )   HTML ( 7 )   PDF (2780KB) ( 66 )  
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    采用UV/过一硫酸盐(PMS)、UV/过二硫酸盐(PDS)和UV/过碳酸盐(SPC)三种工艺降解尼泊金甲酯(MeP),通过电子顺磁共振技术鉴定了三种工艺中存在的自由基,考察了氧化剂投加量、pH、阴离子、NH4+和HA对MeP去除的影响,通过竞争动力学的方法测定了MeP与SO4-·的二级反应速率常数及不同自由基对MeP去除的贡献,评估了不同氧化剂投加量下工艺的经济性,研究了不同工艺中有机物的矿化率和消毒副产物(DBPs)的生成。结果表明,三种氧化剂与UV联用都具有较好的协同效果,UV/PMS、UV/PDS和UV/SPC工艺降解MeP的拟一级动力学常数(kobs)分别为0.1615、0.3868和0.0798 min-1SO4-·与MeP的二级反应速率常数为1.37×109 L·mol-1·s-1。三种工艺中kobs都随氧化剂投加量的增加而增大,且UV/PDS工艺具有较好的经济效益。UV/PMS和UV/PDS工艺中kobs值随着pH的升高略微增加,而UV/SPC工艺中kobs则呈先上升后下降的趋势。三种工艺中NO3-HCO3-对MeP的去除均有不同程度的促进作用,而NH4+和HA则不同程度上抑制MeP的降解。Cl-在UV/PDS工艺中对MeP的去除有抑制作用,而在UV/PMS和UV/SPC工艺中呈现双重作用。UV/PDS工艺对MeP的矿化率最高,但也生成了更多的消毒副产物。

    木质生物质化学组分的碳释放产物特征和反硝化利用程度
    祖凌鑫, 胡荣庭, 李鑫, 陈余道, 陈广林
    化工学报. 2023, 74(3):  1332-1342.  doi:10.11949/0438-1157.20221375
    摘要 ( 158 )   HTML ( 10 )   PDF (3611KB) ( 119 )  
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    木质生物质具有复杂的化学组分和结构,用作硝酸盐污染治理的碳源时,常出现反硝化速率缓慢和有机物残留。选择碎木作为原料,采用化学法逐级去除主要组分木质素(RL)和半纤维素(AF),获取的组分进行碳释放,释放溶液用于反硝化,拟合了碳释放动力学特征,测定了碳释放和反硝化产物的碳、氮类指标和光谱特征值。结果表明,碎木去除木质素后在1732和1251 cm-1处的红外吸收峰消失。RL和AF的释碳速率分别为天然碎木(NW)的1.8倍和1.2倍,NW的速率为0.11 mg·g-1·d-1。碳释放过程符合二级反应动力学(相关系数R2>0.90)和Ritger-Peppas动力学(R2>0.98)特征。碳释放产物可被反硝化利用的效率为26.5%~49.7%,其中NW组最低,去除硝酸盐的碳氮比为1.0~1.5,残留有机物的腐殖化程度较低,主要为类酪氨酸。

    材料化学工程与纳米技术
    高分子量聚丙二醇在微通道反应器中的制备
    张雪婷, 胡激江, 赵晶, 李伯耿
    化工学报. 2023, 74(3):  1343-1351.  doi:10.11949/0438-1157.20221630
    摘要 ( 280 )   HTML ( 20 )   PDF (2485KB) ( 134 )  
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    高分子量聚醚多元醇应用广泛,但用传统的半连续釜式法制备不仅反应热风险大,而且反应时间漫长。采用微通道反应器(MCR)具有传热效率高、过程安全的特点,但反应物料黏稠、放热量大也使聚醚多元醇的分子量难以提高。本研究以双金属氰化络合物(DMC)为催化剂、正己烷为溶剂,在MCR中进行了环氧丙烷的开环聚合,制备出了分子量在2000~8000之间的聚丙二醇(PPG)。通过对流速、通道长度、温度和进料方式影响的考察,发现在停留时间足够长时,产品分子量基本等于理论分子量;当起始剂流速固定,单体流速增加时,分子量分布(MWD)先变宽再变窄;当管长较长时,分子量较高且MWD较宽;温度升高会使聚合反应的诱导期缩短;分段进料比一段进料更易制备高分子量PPG,但MWD变宽。这些均可用DMC催化的环氧丙烷的开环聚合机理和物料在MCR中微观混合强度的变化来解释。微观混合强度越低,聚合反应中链转移与链增长的速率比越小,聚合物的分子量分布也越宽。

    基于可得然-氯化锂复合吸附剂的除湿换热器热湿性能研究
    潘煜, 王子航, 王佳韵, 王如竹, 张华
    化工学报. 2023, 74(3):  1352-1359.  doi:10.11949/0438-1157.20221354
    摘要 ( 213 )   HTML ( 11 )   PDF (3984KB) ( 117 )  
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    除湿换热器将换热器与固体干燥剂结合,可显著提高空调系统的除湿效率。干燥剂的吸附特性对除湿换热器的除湿性能有重要影响。研制了可得然-氯化锂复合吸附剂,用ASAP麦克吸附仪及STA同步热分析仪,从等温吸附及动态吸附特性等角度分析了其吸附特性,实现了材料的组分优化,并将优化后的复合吸附剂应用于除湿换热器,验证了该新型除湿换热器高效的深度除湿性能。实验结果表明,可得然复合吸附剂具有深度除湿的能力,即使在30℃、30%RH干燥工况下,其除湿量高达2.65 g/g,吸附速率系数k为 2.1×10-4 s-1;所制备复合除湿换热器的MRC可以达到3.78 g/kg。本研究实现了除湿性好、循环性能稳定的低成本高性能新型除湿换热器的开发,为深度除湿系统的技术研发提供参考。

    αω-端羟基亚苯基氟硅聚合物的合成及性能
    刘润竹, 储甜甜, 张孝阿, 王成忠, 张军营
    化工学报. 2023, 74(3):  1360-1369.  doi:10.11949/0438-1157.20221455
    摘要 ( 164 )   HTML ( 10 )   PDF (3297KB) ( 95 )  
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    在非平衡催化剂作用下,通过α,ω-端羟基聚甲基三氟丙基硅氧烷和亚苯基二硅醇单体的脱水缩聚反应,制得一系列α,ω-端羟基亚苯基氟硅聚合物,并研究了反应时间、催化剂用量、反应物浓度、单体比例等因素对所得聚合物的状态、特性黏度、分子量及分布、共聚组成的影响。采用红外、核磁、流变仪、热分析等手段对聚合物的结构、室温交联反应性、力学性能、耐高温性能和玻璃化转变进行了研究。结果表明,向主链中引入亚苯基在显著提高聚合物耐高温性能的同时,还有助于交联反应速率和力学性能的改善,并且当亚苯基含量低于30%(mol)时不会对聚合物的玻璃化温度(Tg)产生不利影响。分析原因,亚苯基的插入抑制了有机硅链的成环降解且提高了链的刚性(有利于耐高温性),客观上隔开并降低了大体积三氟丙基侧基对端羟基的屏蔽效应(有利于交联反应性),因而将聚合物制备成氟硅密封胶,具有较好的交联性能、力学性能和耐高低温性能。

    羟基-炔点击化学改性半乳甘露聚糖薄膜的制备及性能研究
    刘海芹, 李博文, 凌喆, 刘亮, 俞娟, 范一民, 勇强
    化工学报. 2023, 74(3):  1370-1378.  doi:10.11949/0438-1157.20221588
    摘要 ( 164 )   HTML ( 7 )   PDF (2416KB) ( 55 )  
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    以植物源半乳甘露聚糖(GM)为原料,1-苯基-2-丙炔-1-酮(PPK)为醚化试剂,通过绿色高效的羟基-炔点击化学改性技术,成功地在室温条件下制备得到兼具优异力学性能、疏水性能和紫外屏蔽性能的半乳甘露聚糖苯丙基烯酮醚(GMPPK)薄膜。结果表明:羟基-炔点击化学可以实现GM表面羟基的高效醚化。与未改性的GM薄膜相比,由于PPK分子的引入,GMPPK薄膜表现新的紫外屏蔽性(GMPPK2在275 nm处的屏蔽率高达98.86%)、疏水性(水接触角从74.9°增加至96.5°)和耐水溶胀性。此外,随—OH∶PPK的反应摩尔比增加,GMPPK2薄膜的力学性能进一步增加,其拉伸应力为44.7 MPa,韧性为1.7 MJ/m3,杨氏模量为25.3 MPa,分别是未改性GM薄膜的2.2倍、1.9倍和2.4倍。研究结果可为开发高性能半乳甘露聚糖包装薄膜材料的应用研究奠定理论基础。

    聚苯胺/二氧化锰/聚吡咯复合纳米球的制备及其电化学储能性
    徐东, 田杜, 陈龙, 张禹, 尤庆亮, 胡成龙, 陈韶云, 陈建
    化工学报. 2023, 74(3):  1379-1389.  doi:10.11949/0438-1157.20221497
    摘要 ( 261 )   HTML ( 17 )   PDF (6330KB) ( 210 )  
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    利用化学合成法成功制备了尺寸分布均一的聚吡咯(polypyrrole,PPy)纳米球,通过酸解法将KMnO4分解成MnO2纳米片原位生长在PPy纳米球表面,然后采用稀溶液合成法将聚苯胺(polyaniline,PANI)生长在MnO2表面,得到PANI@MnO2@PPy三元复合材料。扫描电子显微镜、透射电镜、拉曼光谱、X射线粉末衍射和X射线光电子能谱证实PANI@MnO2@PPy成功合成。通过溶液涂覆法,将PANI@MnO2@PPy三元复合材料制备成电极并测定其电化学储能性,在1 mol·L-1 Na2SO4电解质溶液中,当电流密度为0.5 A·g-1时,PANI@MnO2@PPy电极的比电容量约为357 F·g-1,是MnO2@PPy电极的1.96倍;当电流密度从0.5 A·g-1增加到5.0 A·g-1时,PANI@MnO2@PPy电极的电容损失率为26.9%,说明复合体系具有良好的倍率性能;当电流密度为10.0 A·g-1时,PPy、MnO2@PPy和PANI@MnO2@PPy电极经过1000次的循环恒电流充放电后电容保持率分别为45%、70%和76%,其中PANI@MnO2@PPy电极电容保持率最高,说明PPy、PANI 和MnO2三者的协同作用,能有效提高三元复合体系的长寿命循环稳定性。

    1,2,4-𫫇二唑类衍生物的设计、合成及抗菌活性
    王锋, 陈钰, 裴鸿艳, 刘东东, 张静, 张立新
    化工学报. 2023, 74(3):  1390-1398.  doi:10.11949/0438-1157.20221365
    摘要 ( 198 )   HTML ( 17 )   PDF (2058KB) ( 66 )  
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    大豆锈病是危害大豆生产的主要真菌病害。为了研发新型高效的杀菌剂,以N-(4-(5-(三氟甲基)-1,2,4-𫫇二唑-3-基)苯基)环丙甲酰胺为先导化合物,采用结构修饰的方法,引入新的取代基,以此设计了12个新型1,2,4-𫫇二唑类衍生物,通过肟化、合环、还原及缩合反应,合成得到,经1H NMR和ESI-MS确证化学结构。测试了它们对大豆锈病的抗菌活性:当质量浓度为3.125 mg/L时,化合物5b、5d、6a、6e和6g对大豆锈病的抑制率分别为60%、65%、100%、98%和95%,优于对照药剂苯醚甲环唑(50%);化合物6a抗菌活性优异,当质量浓度为0.39125 mg/L时,对大豆锈病仍有90%抑制率。分子对接的结果说明,化合物6a与组蛋白去乙酰化酶4(HDAC 4)和组蛋白去乙酰化酶7(HDAC 7)有着多种相互作用。

    阻燃型全生物基多元醇聚氨酯泡沫的制备及性能研究
    王帅, 杨富凯, 徐新宇
    化工学报. 2023, 74(3):  1399-1408.  doi:10.11949/0438-1157.20221316
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    利用环氧大豆油分别与乙醇和苯基磷酸发生开环反应,制备了两种不同的大豆油基多元醇(Polyol-E与Polyol-PPOA),将二者按照不同的配比与异氰酸酯(PM200)反应制备了硬质聚氨酯泡沫材料。对混合多元醇制备的硬质聚氨酯泡沫材料的泡孔结构、密度、力学性能及阻燃性能进行了测试和分析。测试结果表明,随着Polyol-PPOA质量分数的增加,样品的泡孔数量先减少后增加,泡孔尺寸先增大后减小。密度随着Polyol-PPOA的用量增加先增加后减小。压缩强度呈现先降低后升高的趋势,Polyol-PPOA为70%(质量)时的压缩强度达到0.133 MPa,在800℃时的残炭率达到17.57%,极限氧指数也在这时达到最高,为23.10%。

    过程安全
    点火方式对欠膨胀氢气射流爆炸超压影响规律研究
    武子超, 汪志雷, 李荣业, 李可昕, 华敏, 潘旭海, 王三明, 蒋军成
    化工学报. 2023, 74(3):  1409-1418.  doi:10.11949/0438-1157.20221597
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    针对自燃点火与电火花点火对欠膨胀氢气射流燃爆超压的变化规律开展实验研究,测量了自燃和电火花两种点火方式在不同释放压力下的爆炸超压与火焰传播速率,分析了初始压力和点火条件对爆炸超压的影响机制。实验结果表明:相同释放条件下,自燃点火比电火花点火引发的管外爆炸超压峰值更高,压力上升速率更快,且自燃点火的发展过程更稳定;随着缓冲罐内释放压力从6 MPa升高到9 MPa,自燃管外爆炸超压峰值先升高后降低,在释放压力为8 MPa时自燃引发的爆炸超压达到最大值15.97 kPa,而电火花点火源处的燃爆超压随释放压力的上升从7.23 kPa先降低至3.17 kPa后升高到4.19 kPa;电火花点火火焰在点火源处形成了不规则形状点火核,同时火焰传播速度大于自燃火焰发展速度。本研究对于加氢站设计和燃爆风险评估具有参考意义。