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化学工业与工程
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化学工业与工程
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玻璃钢/复合材料
2024年 41卷 4期
刊出日期 2024-07-15
目录
化学反应与工艺
化工模拟与计算
化工过程与设备
能源与环境化工
目录
0
目录
2024 Vol. 41 (4): 0-0 [
摘要
] (
205
) [
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1KB] [
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938KB] (
1148
)
化学反应与工艺
1
吴才军, 王军政
二氧化硅纳米片的合成与应用研究进展
二氧化硅纳米片作为一种二维材料,兼备介孔特性,在生物医药、催化吸附和分离纯化等领域有着广泛的应用。由于二氧化硅缺乏层状前驱体,同时二维结构本身具有较高的表面能,导致合成出的纳米片有形状不规则、步骤繁琐和介孔孔径较小等系列问题。针对上述问题,从国内外二氧化硅合成的相关研究出发,阐述了不同合成方法的原理、总结出各自的优势及不足。此外,还介绍了二氧化硅纳米片在环境、生物和能源领域的应用,并对未来的应用研究方向进行了展望,可以为二氧化硅纳米片的进一步研究提供参考。
2024 Vol. 41 (4): 1-12 [
摘要
] (
191
) [
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1KB] [
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2958KB] (
484
)
13
张天永, 鞠雯超, 姜爽, 李彬, 刘余峰, 张朋飞
三光气法合成2,6-二氟苯甲酰基异氰酸酯
2,6-二氟苯甲酰基异氰酸酯(DFBI)是合成苯甲酰脲类杀虫剂的重要中间体,使用光气合成DFBI的工艺危险性很大,使用草酰氯的合成工艺成本较高。三光气(BTC)是剧毒的光气和双光气的绿色替代品,不仅毒性低、使用安全方便,而且反应条件温和、计量准确、价格低廉。采用BTC与2,6-二氟苯甲酰胺(FBA)反应合成DFBI,研究了单一因素对合成DFBI的影响。实验结果表明,以氯苯为溶剂,投料
n
(BTC)：
n
(FBA)=1.0：1.5,BTC分2次均等投料,第1阶段冷光气化-5 ℃反应1 h,第2阶段热光气化126~128 ℃反应4 h的较适宜条件下,产品收率达到86.4%。BTC可以较稳定、安全地使用,易于工业化。
2024 Vol. 41 (4): 13-19 [
摘要
] (
186
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2585KB] (
523
)
20
李瑞珍, 赵珍, 娄鸿飞, 李巍, 刘东志, 周雪琴
有机热致变色材料的波长相关光老化机制研究
为了研究电子转移型有机可逆热致变色材料的光老化机制,针对苯甲酸苯酯为溶剂和十八醇为溶剂的2种三体系变色材料,采用中心照射波长分别为254、302、365和395 nm的紫外光源以及氙灯(400~1 000 nm)可见光源照射变色材料,观察分析变色材料的老化进程及现象,研究各组分光降解前后核磁共振氢谱的变化情况,检测光照之后各组分的保持率,探寻变色材料在不同波段光辐射下变化情况的差异性。结果表明:紫外光波段下变色材料的光老化主要为组分的光降解所致,可见光波段下变色材料的光老化主要是由于光热作用导致其溶剂组分流失所致。紫外光波段下,苯甲酸苯酯和热敏绿的光降解速率随波长减小而加快,导致变色材料的光老化速率也随波长减小而加快,而十八醇降解作用很小,其变色材料光老化影响也很小;可见光波段下,苯甲酸苯酯流失速率比十八醇大,所以对应的变色材料光老化速率也更快。揭示的波长相关光老化机制为有机可逆热致变色材料有效对抗光老化策略提供了新的思路。
2024 Vol. 41 (4): 20-27 [
摘要
] (
157
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3618KB] (
418
)
28
林艳欣, 王鑫, 石睿杰, 蒋旭, 王宁, 王苹, 冯亚青, 孟舒献
系列交联石墨烯海绵的制备及吸附性能研究
为探究小分子与石墨烯交联材料的制备和吸附性能,通过水热法制备了氧化石墨烯水凝胶,将其分别与乙二胺、1,3-丙二胺、二乙烯三胺合成出3种交联石墨烯材料,并用微波膨化法制备交联石墨烯海绵。利用SEM、FTIR、BET等方式对其结构进行表征,考察膨化前后3种交联石墨烯海绵材料在吸附液体量的差异,进一步利用亚甲基蓝作为污水里的有机物进行吸附模拟实验。结果表明,此种材料具有优良的吸附性能,吸附过程符合二级动力学规律;随着交联小分子碳数的增加,吸附量增加了26%,吸附速率在一定程度上有所增加;膨化后的吸附性能明显优于膨化前,最高的提升了1.37倍。
2024 Vol. 41 (4): 28-37 [
摘要
] (
196
) [
HTML
1KB] [
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4637KB] (
342
)
38
吴夏芊, 杨鲜锋, 毕淑梦, 马朋, 王建辉
[RuCl
2
＝CH(
o
-C
6
H
4
X)(PCy
3
)
2
](X=F, Cl, Br)的合成和催化性能研究
合成了一类苄亚基钌邻位含卤素的钌卡宾烯烃复分解催化剂[RuCl
2
＝CH(
o
-C
6
H
4
X)(PCy
3
)
2
][X=F (
10
),Cl (
11
),Br (
12
)],并采用核磁共振波谱确定了结构。在25 ℃下,催化剂表现出良好的稳定性。30 ℃下,以二烯丙基丙二酸二乙酯为关环复分解反应(RCM)模型进行了动力学研究,结果表明催化剂
10
具有较快的引发速率,在40 min后底物转化率可达到70%。测试了其对不同底物的催化效果,发现3种催化剂皆具有较强的官能团适用性,可以催化关环复分解和交叉复分解反应(CM)。
2024 Vol. 41 (4): 38-44 [
摘要
] (
163
) [
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1KB] [
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3457KB] (
347
)
45
汪宝和, 段晨飞, 张照邦, 马静, 朱璟
固体酸催化合成二丙二醇和三丙二醇的研究
在固体酸催化作用下,对环氧丙烷(PO)与丙二醇(PG)合成二丙二醇(DPG)和三丙二醇(TPG)进行了研究。研究表明H-ZSM-5分子筛催化活性明显高于H-13X分子筛,消除了内外扩散的影响后,建立了H-ZSM-5分子筛催化作用下的反应动力学模型,利用数值分析法确定了反应动力学常数。实验结果表明,计算值与实验值吻合较好。通过反应动力学数学模型优化了反应条件,为二丙二醇和三丙二醇的工业化生产提供了基础的物性数据。采用X射线衍射、N
2
吸附和脱附测试、吡啶吸附红外光谱(Py-FTIR)等方法分别对新制备的和使用过的催化剂进行了表征,并对失活原因进行了初步探索。
2024 Vol. 41 (4): 45-54 [
摘要
] (
211
) [
HTML
1KB] [
PDF
3098KB] (
391
)
55
王伟, 路瑞芳, 王晨光, 党乐平, 郝琳, 卫宏远
Zn
2+
促进TiO
2
煅烧过程晶型转变的掺杂机制研究
硫酸法钛白生产工艺中,高温煅烧是生成稳定晶型的重要阶段。锌盐处理剂的加入可以降低锐钛晶型向金红石转变的温度,然而其促进作用的内在机理目前尚不明确。以钛白工艺中间物料二洗偏钛酸为原料,硫酸锌为盐处理剂,在马弗炉里高温煅烧至600~900 ℃。利用XRD、HRTEM和XPS等分析手段研究了Zn
2+
在煅烧过程中对TiO
2
晶型转变的影响和掺杂机制。结果表明,不同的Zn
2+
初始浓度以及煅烧温度对Zn
2+
在TiO
2
晶型转变的作用机制和Zn
2+
的存在状态具有显著影响。当Zn
2+
质量分数小于1%时,Zn
2+
以取代模式掺入TiO
2
晶格中,置换Ti
4+
,使晶胞参数变大并形成氧空位;且随着Zn
2+
浓度的增加,过量的Zn
2+
在TiO
2
表面形成新物种ZnTiO
3
。取代掺杂和ZnTiO
3
通过不同的作用机理都可以降低相变温度,促进锐钛向金红石的相转变。
2024 Vol. 41 (4): 55-64 [
摘要
] (
155
) [
HTML
1KB] [
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8834KB] (
341
)
65
蔺聪福, 白杨, 田磊, 郭强, 杨勇, 冯富祥, 刘源
高分散、大孔径硫化铁/SiO
2
催化剂的沉淀沉积法制备及其对减压渣油的高效转化
针对重质油浆态床铁基催化剂活性低,反应压力较高的问题。设计了沉淀沉积的溶胶-凝胶法制备催化剂前驱体,经预硫化处理得到SiO
2
担载的高分散硫化铁催化剂。考察了催化剂在较低压力下(5 MPa)对模型化合物萘、Merey减压渣油的催化性能,以氮气吸附-脱附、ICP、XRD、Mössbauer(MES)、SEM-EDS和TEM等手段对催化剂及前驱体进行了表征。在催化剂较低的
w
(铁) [
w
(Fe
2
O
3
)/
w
(SiO
2
)中Fe
2
O
3
为20%]下,减压渣油转化反应的轻质油产率可达54.9%,焦炭产率低至1.6%。催化剂的优越性能归因于催化剂前驱体中Fe
2
O
3
及催化剂中硫化铁的高分散与平均孔径约为20 nm的大孔径。催化剂通过简单易行的方法制备:通过调节溶胶的pH值,使得氢氧化铁胶粒带正电,氧化硅微粒带负电;利用静电吸引实现氢氧化铁的高分散和"限域"(以抑制其团聚),由颗粒堆积获得大孔径。
2024 Vol. 41 (4): 65-75 [
摘要
] (
183
) [
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1KB] [
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6590KB] (
391
)
能源与环境化工
76
赵伟, 冯小波, 沈大均, 喻璐, 郭劲松, 杨文昊, 高俊敏
陆上天然气生产过程中的产污分析及防控策略
天然气作为清洁能源,在能源转型中具有重要意义,但由于其在生产过程中会产生废气、废水和废渣等,会对环境产生不利影响。为系统了解陆上天然气生产的潜在环境影响,促进陆上天然气绿色开发,根据陆上天然气的生产流程,从天然气的开采、集输、净化3大环节分析了污染物的产因、特征,以及主要特征污染物对环境的影响,并从废水、废气、废渣和噪声4个角度提出了相应的污染防控建议。研究结果有助于全面、系统了解陆上天然气生产环节的产污特征,为陆上天然气生产过程中污染防治提供借鉴,为实现"双碳"目标提供助力。
2024 Vol. 41 (4): 76-87 [
摘要
] (
204
) [
HTML
1KB] [
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2605KB] (
368
)
88
曹敏, 孟子贺, 宋宝东, 吴松海, 韩煦
碳酸氢盐促进S(IV)-Mn(II)体系氧化As(III)
基于亚硫酸盐[S(IV)]的高级氧化工艺由于其低成本的优点引起了越来越多的关注。研究了在碳酸氢盐(HCO
-
3
)存在下,过渡金属Mn(II)激活S(IV)的体系对高砷地下水中As(III)的氧化效果和机理。结果表明,S(IV)-HCO
-
3
-Mn(II)体系中HCO
-
3
的存在明显促进了As(III)的氧化。动力学实验表明,S(IV)和Mn(II)浓度增加都会促进As(III)氧化,但过高浓度反而会抑制氧化过程;pH值对体系氧化性能的影响主要是S(IV)和Mn(II)在溶液中存在形态改变导致的;HCO
-
3
对As(III)氧化的促进作用体现在两方面:(1)与Mn(II)形成弱配位,有助于S(IV)和Mn(II)结合;(2)促进Mn(II)向Mn(III)转化,生成SO
·-
4
。淬灭剂实验证明As(III)氧化的活性氧化物种是SO
·-
4
,丰富了对S(IV)-HCO
-
3
-Mn(II)体系的认识,为处理高砷地下水提供了新的解决途径。
2024 Vol. 41 (4): 88-96 [
摘要
] (
198
) [
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1KB] [
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3088KB] (
354
)
97
段兴宇, 曲红梅, 董敏, 张家财, 孙一萍, 李晓龙
交联法制备UiO-66-NH
2
功能化棉纤维对活性蓝4的吸附性能研究
以环氧氯丙烷(ECH)交联棉纤维(CF)和UiO-66-NH
2
,方便地制备了一种新型的富氨基金属有机骨架材料功能化棉纤维基复合材料(UCF),并应用于水溶液中活性蓝4(RB4)的高容量吸附。与通过水热合成在基质材料上生长MOFs的方法相比,交联法更加快速和简便。扫描电子显微镜(SEM)、X-射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)和热重分析(TGA)证实了UCF的合成。此外,进一步研究了吸附剂用量、pH值、温度、染料浓度和接触时间等因素对吸附性能的影响,探究了吸附等温线、动力学和热力学性质,并对吸附机理进行了分析和总结。结果表明:最适宜条件下,UCF的最大吸附量为539.2 mg·g
-1
,相比于原棉纤维增加了785.39%;吸附过程遵循Freundlich等温线模型和准二级动力学模型;吸附过程是自发放热的;静电相互作用是吸附过程中的主要推动力。为生物质-MOFs复合材料的制备提供了新思路,同时也显示了该复合材料在染料废水治理领域的应用潜力。
2024 Vol. 41 (4): 97-108 [
摘要
] (
158
) [
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1KB] [
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5122KB] (
445
)
109
王帅, 况欣怡, 赵紫琴, 廖宏国, 崔政伟
高浓度羟基自由基水对室内生物气溶胶消杀的实验研究
新冠疫情的施虐让空气的绿色高效消毒杀菌成为急需解决的问题。以空气中生物气溶胶为研究对象,创建螺旋切割器辅助制备高浓度臭氧水循环装置,结合逆流式填料过滤器进行空气杀菌。探究不同pH值和温度对臭氧水浓度和羟基自由基浓度的影响。结果表明:在pH=7,25 ℃的条件下,平衡臭氧水浓度可达11.65 m·L
-1
,羟基自由基浓度达到95.84 μmol·L
-1
。并进一步探究不同pH值、温度、喷淋流量和风速对杀菌率的影响。结果表明:在pH=7、25 ℃、喷淋流量500 L·h
-1
和风速2.5 m·s
-1
的条件下,杀菌时间20、40和60 min的杀菌率分别为77.3%、87.6%和96.7%。因此,高浓度臭氧水循环装置结合填料过滤器对空气中气溶胶微生物具有良好的杀菌效果。
2024 Vol. 41 (4): 109-116 [
摘要
] (
182
) [
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1KB] [
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2890KB] (
358
)
化工过程与设备
117
付敏, 曹众, 陈效庆, 高泽飞, 战明宇
空气分级技术及设备研究进展
空气分级机是通过空气流场对不同粒径大小的颗粒进行分离的设备,广泛应用于选矿、食品加工、精细化工、生物制药和固体废弃物回收等领域,对控制粉体原料的品质有重要作用。总结了静态空气分级机和动态空气分级机的研究进展,主要包括垂直流型和水平流型重力式分级机、离心式分级机、动态分级机的分类以及转笼、导风叶片和物料分散机构等关键部件、工艺参数和内部流场的研究现状,指出存在的问题并展望未来发展方向,以期为空气分级技术及设备的研究提供参考。未来空气分级机的研究可重点关注分级室内颗粒运动学、动力学分析、分级机内部流场定量表征以及整体结构与工艺参数优化。
2024 Vol. 41 (4): 117-130 [
摘要
] (
164
) [
HTML
1KB] [
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2698KB] (
338
)
131
马永丽, 沈世龙, 陈纪雷, 徐云龙, 王童欣, 魏心宇, 王倩倩, 刘明言
超声辅助脱除水中的微气泡
利用气泡发生仪产生微气泡水,模拟含气泡的回灌地热水。通过浊度、电导率、溶氧量等参数测量和表征自来水、微气泡水和超声处理水的微气泡含量。通过对模拟微气泡水等样品中微气泡在超声消泡前后的含量等表征和分析,研究了超声处理对样本水体中微气泡含量的影响。结果表明,超声处理时由于超声空化作用,有助于加快微气泡成长、聚并;超声作用过程也是能量传递过程,通过提供能量降低水中气体含量,促进了微气泡的脱除。研究对于超声微气泡脱除技术用于地热水高效回灌奠定了基础。
2024 Vol. 41 (4): 131-137 [
摘要
] (
154
) [
HTML
1KB] [
PDF
2789KB] (
434
)
138
俞璐琦, 马红钦, 罗心悦, 高君宇, 谷星朋, 刘嘉豪
用于流化床传热的低密度ZrO
2
/SiO
2
/Al
2
O
3
复合陶瓷球的制备及其物化性能
针对现有用于流化床换热器固体颗粒的密度高、强度低、不耐磨等缺点,采用溶胶滴球-热油柱成型法,制备低密度球形ZrO
2
/SiO
2
/Al
2
O
3
复合陶瓷颗粒,研究ZrOCl
2
溶液和硅溶胶加入顺序、
n
(Zr)/
n
(Si)/
n
(Al)对所制备复合陶瓷颗粒的微观结构及物化性能的影响,评估所制备颗粒在流化床传热中应用的可行性。结果表明:
n
(Zr)/
n
(Si)/
n
(Al)为1：1：60,先滴加锆源再滴加硅源合成混合溶胶,由此制得的氧化铝基ZrO
2
/SiO
2
/Al
2
O
3
陶瓷颗粒的形状近似为球形,其平均直径为1.5 mm,干湿颗粒密度分别为1 740和 2 170 kg·m
-3
,远低于普通陶瓷颗粒的密度(2 400~2 900 kg·m
-3
),较低的密度有利于流化床的均匀流化,从而有利于流化床强化传热和防垢除垢;干湿单颗粒抗压强度分别为116.0和115.7 N,完全能满足流化床操作对固体颗粒强度的要求;此外,所制得的颗粒还具有出色的耐磨性能和耐酸碱侵蚀性能。综合考虑颗粒的形状、大小、密度、机械强度、耐磨及耐腐蚀性能等,可以预期,所制得的氧化铝基复合陶瓷颗粒能很好地应用于管式换热器的流化床强化传热和防垢除垢。
2024 Vol. 41 (4): 138-146 [
摘要
] (
197
) [
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1KB] [
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3105KB] (
387
)
147
彭向龙, 刘松林, 隋岩峰, 李白玉, 李天祥, 朱静
溶剂萃取技术在磷矿加工工艺中的应用
溶剂萃取技术作为工业物质分离提纯中最常用的方法之一,被广泛应用于磷矿加工的多个环节。简述了溶剂萃取技术在磷矿制备磷酸的工艺过程的应用,重点介绍了磷矿加工过程中湿法磷酸和萃余酸的萃取、净化以及磷矿伴生氟、碘及稀土资源的萃取回收工艺,并将萃取法和其它净化方法进行了对比,最后对溶剂萃取技术在磷矿加工过程中的应用做出了总结并给出了未来的研究建议。
2024 Vol. 41 (4): 147-159 [
摘要
] (
210
) [
HTML
1KB] [
PDF
1262KB] (
420
)
化工模拟与计算
160
焦博亚, 郭凯, 刘辉, 刘春江, 郑龙云, 张雅楠
液液两相同轴流液桥断裂过程研究
液液两相流中分散相在形成主液滴时会产生液桥,液桥断裂后在表面张力的作用下收缩为卫星液滴。卫星液滴的体积通常为主液滴体积的几千分之一,因此卫星液滴的出现会导致液滴的单一分散性变差。通过高速相机记录液桥形成及断裂过程,采用CFD方法计算液滴形成过程中速度场的变化。结果发现当两相黏度比越大时,液桥受到的剪切力越大,液桥的最大长度越小;分散相流量增大也会导致液桥受到的剪切力增大,液桥的最大长度减小。
2024 Vol. 41 (4): 160-168 [
摘要
] (
190
) [
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3442KB] (
377
)
169
张威, 陈琛, 刘盼盼
MRF方法下旋转内域对流场特性及转矩的影响
多重参考系法(MRF)常用于搅拌过程的数值模拟研究,但此方法中旋转内域尺寸的讨论尚不充分,已有的研究结论也仅适用于特定尺寸搅拌结构。对装配Rushton叶轮的搅拌筒中搅拌过程进行数值模拟,与实验数据比较,确定搅拌模拟中最适宜旋转内域尺寸,提出了适用于不同搅拌筒结构的旋转内域划分依据,并研究了内域尺寸对计算转矩的影响。结果表明,在MRF方法下,内外域交界面位置的影响主要在叶轮排出流方向,旋转内域尺寸对转矩的影响小于5%。提出内域直径
Z
=(
d
in
-D)/(
T
-2
b
-
D
)的定义方式,在
Z
=0.29时划分出旋转域的数值模拟准确性最高,且不受搅拌筒叶轮和挡板间相对大小的限制,可为MRF方法下旋转域尺寸选择提供理论参考。
2024 Vol. 41 (4): 169-178 [
摘要
] (
192
) [
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5708KB] (
449
)
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