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化学工业与工程
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玻璃钢/复合材料
2025年 42卷 2期
刊出日期 2025-03-15
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
2025 Vol. 42 (2): 0-0 [
摘要
] (
29
) [
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1KB] [
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918KB] (
79
)
化学反应与工艺
1
季永胜, 李阳, 范晓彬, 张凤宝, 张国亮, 夏清, 彭文朝
高效的Mn-N-C催化剂催化氧化双酚A的性能研究
高级氧化(AOPs)技术作为一种简单、高效的处理污染物手段受到了人们的广泛关注,它的实现依赖于可靠催化剂的活化。基于此我们用一种简易的方式在仅改变温度的条件下得到了2种晶型的Mn-N-C材料,结果表明,2种Mn-N-C材料在活化NaIO
4
降解双酚A (BPA)的过程中都表现出了优异的催化氧化性能,同时还拥有良好的稳定性。进一步通过猝灭实验证明了反应过程产生的活性氧物种为超氧自由基(O
·-
2
)和单线氧(
1
O
2
),为进一步探究了M-N-C催化剂的微观结构和反应机理,解决水体难降解污染物的问题,提供了一种具有可行性的方案。
2025 Vol. 42 (2): 1-10 [
摘要
] (
27
) [
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1KB] [
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4899KB] (
104
)
11
何正, 刘婧, 雷海林, 李韡, 郭翠梨
Nb
2
O
5
掺杂对LiNi
0.9
Mn
0.1
O
2
正极材料结构及电化学性能的影响
采用高温固相反应法,将Nb
2
O
5
与Ni
0.9
Mn
0.1
(OH)
2
前驱体、LiOH·H
2
O一起混合焙烧,制备了Nb
2
O
5
掺杂改性的LiNi
0.9
Mn
0.1
O
2
材料,研究了Nb
2
O
5
掺杂量对材料的晶体结构、形貌和电化学性能的影响和作用机制。实验结果表明,Nb
5+
掺杂可以提高LiNi
0.9
Mn
0.1
O
2
层状结构的有序程度,拓宽过渡金属层间距,降低Li
+
/Ni
2+
混合程度,减少锂离子在电极材料中脱嵌和扩散阻力。在2.7~4.4 V、1.0 C 下,掺杂0.5% Nb
2
O
5
的NM-0.5Nb材料循环200 次后容量保持率为83.73%,明显高于LiNi
0.9
Mn
0.1
O
2
的容量保持率(74.73%)。循环伏安和电化学阻抗谱数据说明Nb
2
O
5
掺杂可以减少电极极化,降低材料的电化学阻抗,提高Li
+
扩散速率,从而改善材料的循环性能和倍率性能。
2025 Vol. 42 (2): 11-19 [
摘要
] (
32
) [
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6368KB] (
72
)
20
李彬, 王文钧, 姜爽, 张天永
固体酸催化酰基化高选择性合成间三氟甲基苯乙酮
间三氟甲基苯乙酮是合成农药肟菌酯的关键中间体,同时也是合成医药、染料等其他化学品的重要原料。目前已报道的合成路线大多存在工艺复杂、环境污染大、危险性高等问题。研究了以乙酰氯为酰化剂,在负载型固体酸催化作用下,由三氟甲苯为原料一步生成间三氟甲基苯乙酮的Friedel-Crafts酰基化反应。重点考察了催化剂活性组分负载量、反应温度以及反应溶剂对催化制备三氟甲基苯乙酮的影响规律。确定了以FeCl
3
为活性组分,
γ
-Al
2
O
3
为负载体,二氯乙烷为溶剂,催化剂加入量为10%,在50 ℃下进行回流反应的优化工艺条件。目标产物三氟甲基苯乙酮的选择性可达99%,三氟甲苯的单程转化率为15.5%。通过XPS、BET以及NH
3
-TPD对所制备FeCl
3
/
γ
-Al
2
O
3
负载型固体酸进行了表征分析,初步探讨了催化反应机理。该合成方法操作简便、催化剂成本低、后处理过程环境友好,具有工业化应用潜力。
2025 Vol. 42 (2): 20-27 [
摘要
] (
37
) [
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1KB] [
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2883KB] (
95
)
28
邓修远, 王立娟, 姜涛, 李健
氟化改性固体甲基铝氧烷负载茂金属催化剂的研究
在茂金属催化剂聚合烯烃领域中,甲基铝氧烷(MAO)是常见的助催化剂,将甲基铝氧烷固化形成固体甲基铝氧烷(sMAO)可以起到助催化剂和载体的双重作用。以加入不同的氟代烷烃和氟代芳烃类化合物对sMAO进行改性。同时用双(1-丁基-3-甲基环戊二烯基)二氯化锆为茂金属活性组分负载到改性载体上,得到负载型茂金属催化剂,并用于乙烯淤浆聚合。使用十氟联苯、全氟己烷、1-氢全氟己烷作为改性剂,制备的改性催化剂的活性为1.58×10
6
、1.42×10
6
和1.46×10
6
g·mol
-1
,与改性前相比活性提升了17%~30%。
2025 Vol. 42 (2): 28-34 [
摘要
] (
36
) [
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9094KB] (
56
)
35
何维刚, 孙承骏, 吕世钧, 陶昱恒, 严生虎, 王利群, 卿青
大孔树脂-C18柱联用分离纯化
β
-石竹烯及其抗氧化性研究
利用减压浓缩结合乙醇提取工艺从转基因微藻培养液中获得
β
-石竹烯粗提液,通过建立大孔树脂联合C18球形柱分离方法对产物进一步浓缩纯化并考察其抗氧化能力。从6种不同类型的大孔树脂中筛选出HPD-100型大孔树脂作为
β
-石竹烯的最适吸附剂,通过对静态吸附与解吸附过程中温度、pH值、时间和解吸剂的优化,使静态吸附与解吸率分别达到87.8%和80.8%。在动态吸附解吸实验中,初始上样流速采用2 BV·h
-1
,上样体积28 BV时,吸附率达98.0%。采用无水乙醇以1.5 mL·min
-1
流速洗脱,洗脱体积7 BV,解吸率达64.8%。随后,洗脱液采用C18柱,以甲醇作为流动相,上样体积5 mL,洗脱流速1.0 mL·min
-1
,收集到的样品中
β
-石竹烯质量分数达99.0%,较粗提液提高了63.2%,表明该分离方法效果显著。采用得到的
β
-石竹烯进行体外体内抗氧化能力测试,发现在1 000 μmol·L
-1
时对DPPH、ABTS和·O
-
2
清除能力分别为82.2%、76.7%和82.4%,添加10 μmol·L
-1
时PC12细胞内ROS含量降低了40.8%。此外,分子对接模拟表明
β
-石竹烯与SOD、CAT、POD和GPX均具有良好的结合效果。
2025 Vol. 42 (2): 35-44 [
摘要
] (
36
) [
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1KB] [
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3794KB] (
80
)
45
郑晰文, 金石山, 曾欣, 韩蛟, 胡绍争, 张磊, 高志贤
负载型Ru基催化剂催化CO氧化的载体效应
以CeO
2
、拟薄水铝石[AlO(OH)]、
γ
-Al
2
O
3
和ZrO
2
为载体,Ru为活性组分,采用沉积沉淀法制备了不同载体的Ru基催化剂。通过XRD、H
2
-TPR、BET和XPS等方法对所制备的催化材料进行了表征,考察了载体差异对催化CO氧化性能的影响。结果表明,不同载体主要影响Ru物种和载体之间的相互作用,显示出明显的载体效应。其中,Ru/CeO
2
-BM催化剂中Ru物种的分散性好,且能够产生氧空位,表现出优良的低温催化氧化性能。在反应温度为147 ℃、氧过量系数为5、空速为60 000 h
-1
的条件下,CO转化率达到99.9%,产物中CO浓度降低到1×10
-5
以下。
2025 Vol. 42 (2): 45-54 [
摘要
] (
36
) [
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1KB] [
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5121KB] (
39
)
能源与环境化工
55
张雅婷, 马朔, 张亚楠, 李轩, 陈明鸣
锂离子传导固态聚合物电解质的研究进展
良好的安全性、优异的界面相容性、低成本和易加工性等综合优势使固态聚合物电解质成为下一代电池中最理想的候选者。然而,这类电解质的离子电导率偏低限制其在固态电池中的应用。因此对固态聚合物电解质中锂离子传导机制的深入了解有助于设计更高效传导锂离子的电解质。综述了典型的固态聚合物电解质及其锂离子传导机制,包括"salt-in-polymer"电解质、"polymer-in-salt"电解质和单离子传导型聚合物电解质,并基于以上理解,阐述了提高离子传输性能的3大策略和最新的研究进展,同时对增强固态聚合物电解质的锂离子传导提出了展望。
2025 Vol. 42 (2): 55-67 [
摘要
] (
37
) [
HTML
1KB] [
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4889KB] (
92
)
68
李嘉明, 孟晓荣, 吴振鹏
高稳定性LiAl
0.1
Mn
1.9
O
4
用于电化学卤水提锂
基于LiMn
2
O
4
的电化学提锂系统因其提锂效率高、选择性好及绿色无污染的优点成为一种极具发展前景的提锂技术,然而稳定性不足限制其进一步的发展。基于此,制备了一种铝掺杂的LiAl
0.1
Mn
1.9
O
4
提锂电极材料。Al
3+
的掺入有效提升了Li
+
的扩散速率,同时有效抑制Jahn-Teller效应。在连续恒流充放电测试中,LiAl
0.1
Mn
1.9
O
4
电极的容量保持率达到67%,而LiMn
2
O
4
电极仅为42%,表明LiA1
0.1
Mn
1.9
O
4
具有更好的电化学稳定性。模拟电化学提锂LiAl
0.1
Mn
1.9
O
4
电极表现出了较高的提锂容量(25.17 mg·g
-1
)、稳定的循环提锂性能(90.58%)和较低的能耗(15.52 Wh·mol
-1
)。最后在镁锂比为46.31的东台吉乃尔盐湖卤水中连续10次提锂实验中,LiAl
0.1
Mn
1.9
O
4
电极依旧保持了较高的提锂容量(19.75 mg·g
-1
)和锂镁分离性能(
α
Li-Mg
=118.74),10次提锂容量保持率达到90.2%。这些优异的性能使得LiAl
0.1
Mn
1.9
O
4
电极在电化学提锂中具有实际应用价值。
2025 Vol. 42 (2): 68-79 [
摘要
] (
29
) [
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1KB] [
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7627KB] (
63
)
80
纪清源, 解利昕, 吴怡萱, 徐世昌
MABR用中空纤维膜制备及性能研究
探究了制膜条件对热致相分离法制备的聚丙烯中空纤维膜性能的影响,制备出孔径分布窄、泡点压力高的中空纤维膜。用邻苯二酚(CCh)-聚乙烯亚胺(PEI)共沉积法对膜进行了改性,对膜的形貌、性能进行了表征和测试。改性后接触角降低,表面电位提高。膜曝气式生物膜反应器(MABR)实验结果表明,改性膜挂膜时间短,氧总传递系数增大约3倍,COD去除率达89.0%,NH
+
4
-N去除率达89.3%。改性膜也表现出良好的抗污染能力,在连续运行20 d后氧总传递系数降幅4.6%,远低于原膜降幅27.9%。
2025 Vol. 42 (2): 80-88 [
摘要
] (
35
) [
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1KB] [
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5358KB] (
65
)
化工过程与设备
89
王超凡, 宋永辉, 尹宁, 沈小瑞, 李亮, 兰新哲
强化剂对低变质粉煤制备型焦过程的影响研究
为解决低变质粉煤制备的型焦产品存在强度较低的问题,以低变质粉煤(HL)为原料,煤沥青(LQ)黏结剂,并配入以苯类同系物为主的强化剂(AC)进行强化,采用冷压成型热解技术制备型焦,确定了最适宜工艺条件。通过FT-IR、四组分萃取等对型焦进行分析表征,深入探讨了AC对型焦抗压强度的强化作用机制。研究表明,在LQ添加比例为35%、炭化温度900 ℃、保留时间120 min的条件下,当AC添加比例为3%时,型焦的抗压强度可提升至26.22 MPa。AC能降低原料之间的排斥力使其能结合得更加紧密,并且与—CH
3
、—OH等官能团发生取代反应,使脂肪族—CH、芳烃C＝C和C—O相对含量分别提高了429.52%、186.56%和119.00%,同时增强了脂肪烃和芳烃的活性,炭化时会生成更多的芳香族化合物,使得沥青烯和前沥青烯的质量分数分别增大了3.5%和2.0%,进而导致胶质体含量增加,增强了结焦性能,提高了型焦的抗压强度。
2025 Vol. 42 (2): 89-96 [
摘要
] (
34
) [
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1KB] [
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3543KB] (
79
)
97
华伟明, 陈湘萍, 汲绍文, 李福涛
水热法高效除杂及煅烧修复废旧石墨
石墨材料在锂离子电池中占据重要地位,如果废旧石墨能够回收和再利用,石墨资源短缺将得到缓解,这有利于新能源产业的可持续发展。针对废旧石墨的修复再生过程,侧重于不同金属杂质的不同去除方法的应用。在水热条件下对Cu和Li分别高效去除,在水浴条件下对Co、Mn和Ni同时高效去除,最后探究了不同的温度和时间对废旧石墨表面有机杂质去除的影响。针对上述得到的再生石墨,通过XRD和SEM对其进行表征分析。最后将石墨制备成纽扣电池,测试其电化学性能。结果表明:在适宜条件下,Cu、Li、Co、Mn和Ni的浸出率均超过96%。再生石墨在0.1 C的电流密度下的容量保持率为97.99%,此方法实现了废旧石墨的修复再生。
2025 Vol. 42 (2): 97-106 [
摘要
] (
29
) [
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6658KB] (
70
)
107
刘超, 罗为, 王梓霄, 张利波, 张彬
汞触媒的微波加热行为及干燥特性
汞触媒的常规干燥工艺存在效率低和品质差等缺点,为此提出微波干燥汞触媒的方法。对比分析了汞触媒中主要成分载体活性炭、氯化汞、氯化亚汞的介电特性,结果表明,汞触媒的微波加热是选择性加热过程,水分和活性炭可选择性吸收微波,而氯化汞、氯化亚汞吸波能力差,可有效避免其热挥发。对比研究了微波多段式恒温干燥工艺,结果表明,采用两段式(80和120 ℃)及三段式干燥法(80、100和120 ℃)的干燥时间为74 min,而两段式(100和120 ℃)干燥法的干燥时间仅为50 min,可节省77.3%的干燥时间。与常规干燥相比,微波最大干燥速率是其7倍,平均干燥速率是其4倍,在水分含量越高时,微波干燥优势越明显。汞触媒的微波干燥具有效率高和品质好的优点。
2025 Vol. 42 (2): 107-115 [
摘要
] (
35
) [
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4093KB] (
73
)
116
尹宁, 宋永辉, 吴雷, 董萍, 王超凡, 张辛未
苹果树枝的热解行为及其产物特性研究
热解技术是高效利用生物质资源的重要手段之一,对热解行为及其产物析出规律的研究具有重大意义。基于热重-红外光谱联用(TG-FTIR)、热裂解-气相色谱-质谱联用(Py-GC-MS)、傅里叶红外光谱(FTIR)和拉曼光谱(Raman)技术研究了苹果树枝(AB)的热解行为及其产物特性。结果表明,AB热解的挥发分主要在178.6~459.9 ℃内释放,其失质量率可达53.12%。AB热解产生的气相产物阶段与TG-DTG曲线相对应,以CO、CO
2
和含C＝O物质为主,脂肪烃和芳香烃类物质的析出强度极低;挥发性产物中C
≤
10
的物质占比86.57%,主要为醛酮类、烷烃类、酸类以及芳香类,分别为27.66%、22.79%、14.75%和12.50%。其中,醛酮类以4,4-二甲基-2-氧杂环丁烷酮和丙酮为主;烷烃类主要是环丙烷以及长链烷烃;酸类组分主要为乙酸;芳香类组分由苯、甲苯和2-甲基茚等组成。AB热解过程主要是含氧官能团的分解过程,其振动强度会随着热解终温的升高逐渐减弱。通过Raman分析表明,ABC中芳香结构侧链比例降低,苯环数大于6的芳香环浓度有所增加,石墨化程度增加。
2025 Vol. 42 (2): 116-124 [
摘要
] (
34
) [
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4702KB] (
64
)
化工模拟与计算
125
陈志荣, 相艳停, 袁慎峰, 尹红
DTB结晶器的结构对流动特性的影响
DTB(Draft tube baffled)结晶器是一种连续生产蛋氨酸的结晶设备,目前少有研究关注工业级DTB结晶器的流动特性。利用计算流体力学(CFD)技术和欧拉-欧拉模型描述工业级DTB结晶器的宏观流动特性,探究增加导叶结构提高结晶器内循环的合理性,并研究导流筒长度和挡板长度对流体流动和颗粒悬浮状态的影响。模拟结果表明,增加导叶结构提高了结晶器的轴流效果;导流筒长度为2.8 m时结晶器既能保持良好的内循环效果,又不会因到达沸腾液面的流速过高导致流场不稳定;挡板长度决定沉降区的大小,太长的挡板不利于细晶消除和结晶器的稳定运行。
2025 Vol. 42 (2): 125-134 [
摘要
] (
23
) [
HTML
1KB] [
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5455KB] (
44
)
135
李圣楠, 武斌, 陈葵, 纪利俊, 吴艳阳
筒锥比对旋风分离器切割直径及流场的影响
旋风分离器的结构对于其压力降、颗粒分离截留性能有重要影响。对含尘尾气进行分离时,准确掌握旋风分离器的结构参数和操作条件对气固分离效率的影响,是采用优化结构和操作的前提。采用RSM-DPM模型,模拟考察了一定总高度下,不同筒体高度与锥体高度比例下旋风分离器中颗粒切割直径、压强分布和切向速度等的变化规律。研究分析发现,进出口压降随筒锥比增加总体呈减小趋势;随着筒锥比变化,切向速度分布与设备的几何中心线有小幅的偏移;筒锥段高度比对颗粒切割直径的影响规律,在不同的进口气速下有显著的差别。入口气速小于12 m·s
-1
时,较小的筒锥比更有利于分离;当入口气速大于12 m·s
-1
时,对于较小筒锥比的构型(小于2.50),适当增加筒锥比对分离更有利,而当筒锥比大于3时,切割直径基本不随筒锥比的改变而改变。针对不同的进气流量,选择合适的筒锥比,有助于得到较高的分离效率;对于高进气流量和低进气流量,2.50和0.85的筒锥比分别是较适宜的结构方案。
2025 Vol. 42 (2): 135-144 [
摘要
] (
22
) [
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1KB] [
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5865KB] (
71
)
145
高暾, 杨宸, 于峰, 张玮, 张侃
基于虚拟样本生成技术的甲醇制芳烃产物预测
针对两段法甲醇制芳烃(MTA)工艺过程数据获取时间成本高、样本趋同、多样性差和数据信息间隔大等问题,提出一种基于虚拟样本生成技术结合遗传算法(GA)优化的极限学习机建模方法对该工艺重要产物苯、甲苯和二甲苯(BTX)的总收率进行预测。首先,以两段法甲醇制芳烃小试装置采集的数据样本为基础,利用多分布整体趋势扩散技术对模型输入数据进行扩充,再利用GA优化的极限学习机模型获取虚拟样本集合。对数据合理性进行检验后,利用原数据集合与虚拟数据集合融合建立BTX收率预测模型,采用MTA实验数据进行验证并与另外2种建模方法进行对比分析,结果表明,基于虚拟样本的建模方法拥有最优的精度表现,且该方法具有良好的稳定性,适用于甲醇制芳烃过程BTX收率预测。
2025 Vol. 42 (2): 145-153 [
摘要
] (
36
) [
HTML
1KB] [
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1845KB] (
69
)
154
吴科融, 梁晓怿, 张啸宇, 包诗源
模拟预测空间站冷凝水通过活性炭填充柱的吸附效果
在空间站冷凝水净化过程中,通过测定冷凝水模型的实际穿透曲线以及单组分有机物的吸附等温线,可以建立相应的吸附模型,活性炭吸附冷凝水中的单组分有机物满足Langmuir模型和Freundlich模型。通过进一步探究得知,活性炭对冷凝水中的苯甲醇和已内酰胺具有出色的吸附性能,对其他有机物吸附性能较弱,冷凝水模型的不同有机物之间存在较强的竞争吸附,多组分吸附等温线符合IAS-Freundlich模型和IAS-Langmuir 模型,改变苯甲醇和己内酰胺在冷凝水中的初始浓度,发现己内酰胺对于2种模型的适应能力较强。
2025 Vol. 42 (2): 154-165 [
摘要
] (
23
) [
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1KB] [
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5707KB] (
76
)
166
王先锋, 尚小标, 王文博, 范会丽, 张群, 周家晟
基于电磁热流全耦合的感受器辅助高温微波反应器加热仿真研究
微波加热因其高效、快速和均匀的特性而被广泛应用于工业领域。然而,其选择加热的特性使得微波与弱吸波材料耦合效果不明显,限制了微波在工业领域的应用拓展。因此在微波反应器中引入外部感受器(碳化硅),基于电磁-热-流耦合理论建立有限元仿真模型,探讨不同感受器配置对微波加热弱吸波材料效果的影响。结果表明:外部感受器的设计不仅要考虑其对物料电场分布的影响,还要考虑物料与感受器间的能量传递,使感受器辅助加热和微波体积加热物料的能量转化平衡达到最优;当感受器布置在物料两侧,并与波导侧面平行时辅助加热效果最好,在500 s时平均温度为918.86 ℃,COV
T
为0.133 6;在高温微波反应器内,热辐射是主要的热传递方式,并且温度越高传热越剧烈。
2025 Vol. 42 (2): 166-176 [
摘要
] (
26
) [
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1KB] [
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5504KB] (
81
)
177
李全亮, 何峰, 梅书霞, 谢峻林, 张超, 邓玉华
旋流式分解炉燃烧与分解耦合及NO
x
生成的数值模拟
针对一新型的旋流式分解炉建立模型,对煤粉燃烧与生料分解耦合及NO
x
生成过程进行了数值模拟。其中对连续相采用Euler坐标系下的Realizable
k-ε
双方程湍流模型,对于颗粒相采用离散相(Discrete phase model)模型以及随机轨道模型,对煤粉燃烧和碳酸钙分解过程采用组分输运模型(Species transport model)并结合有限速率/涡耗散模型(Finite-rate/eddy-dissipation)模拟,采用P-1辐射模型计算颗粒与气体间的辐射换热,对NO
x
的生成使用污染物模型,考虑热力型NO
x
,燃料型NO
x
的生成。研究结果表明:在分解炉内,三次风主要沿壁面螺旋向上运动,而烟气主要沿中轴线螺旋向上运动;当煤粉进入分解炉后挥发分快速释放并燃烧,而后残余焦炭持续燃烧,其主要的燃烧区域在蜗壳附近,燃烬时间约为5.9 s;生料入炉后便快速分解,当运动至分解炉50 m高度处,碳酸钙分解率达到了90%,此时下端生料与上端生料的分解时间约为6.5 s与4.7 s,出口碳酸钙分解率为92.32%。由于在蜗壳处煤粉燃烧与生料分解的耦合关系较差,在壁面处形成了局部高温,使NO
x
生成速率较大,出口处NO
x
达到了1.251×10
-3
,需对此进行改进。
2025 Vol. 42 (2): 177-186 [
摘要
] (
30
) [
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5640KB] (
71
)
版权所有 © 化学工业与工程编辑部
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