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    1. 金属钒的制备方法综述
    卢伟亮 张盈 孙沛 郑诗礼 乔珊 张洋 李平 张懿
    过程工程学报    2021, 21 (10): 1117-1131.   DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.220294
    摘要1361)      PDF (4507KB)(305)    收藏
    金属钒性能特殊,素有“工业味精之称”,在冶金、化工、航空、能源、原子能等领域应用广泛。金属钒属于稀有高熔点活泼金属,其高纯金属制备困难,目前主流的制备方法为铝热还原钒氧化物制备粗钒与粗钒真空熔炼提纯的联合工艺,该法能耗高、钒收率低。基于钒氧化物和钒氯化物的热力学性质,研究者还提出了诸多含钒前驱体还原制备粗钒及粗钒精炼制备高纯钒的方法,具体包括钙热还原、镁热还原、真空碳热还原、硅热还原、碳热还原-氮化热分解、熔盐电解脱氧等粗钒制备方法,及熔盐电解精炼、碘化物热分解、固态电迁移等粗钒精炼方法。本工作对上述粗钒制备及粗钒精炼涉及的十余种方法开展了较全面的综述,论述了这些方法的基本原理、技术特点、效果及问题等,以期为高纯金属钒的新制备技术研发和技术升级提供全面的参考依据。
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    2. 高温煅烧脱除磷酸铁中硫的研究
    娄文博 张盈 张洋 王晓健 李建中 乔 珊 郑诗礼 张 懿
    过程工程学报    2022, 22 (2): 268-275.   DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.221043
    摘要1151)      PDF (1247KB)(199)    收藏
    磷酸铁是合成磷酸铁锂电池正极材料的主要原料,目前多采用硫酸亚铁和磷酸盐共沉淀方法制备。硫酸体系内共沉淀获得的磷酸铁中硫杂质含量较高,目前采用水洗方式脱除,吨磷酸铁洗水用量需60~100吨,硫酸盐废水处理成本高。为从源头削减磷酸铁脱硫过程产生的大量废水,根据硫酸盐高温分解的性质,提出磷酸铁高温煅烧脱硫新方法,开展了热力学可行性计算与高温煅烧脱硫动力学研究。结果表明,磷酸铁中硫元素主要以硫酸根形式存在,高温煅烧可有效促进含硫杂质分解,温度越高,脱硫效果越好。高温煅烧脱硫过程反应动力学级数为2,活化能为88.075 kJ/mol,属于化学反应控制。在温度1173 K、煅烧时间10 min的条件下,磷酸铁中硫杂质含量可降至0.01wt%以下。
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    3. 活性氧物种及其检测方法的研究进展
    何耀宇 江治 上官文峰 陈运法
    过程工程学报    2021, 21 (12): 1403-1418.   DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.220423
    摘要893)      PDF (1040KB)(187)    收藏
    活性氧物种(Reactive Oxygen Species, ROS)是一种具有强反应活性的物质,主要包括超氧阴离子自由基、过氧化氢、单线态氧和羟基自由基等。作为氧化剂的氧气分子较为稳定,需要转化为高反应活性的活性氧物种后才能进一步与其他物质发生反应。在化学反应尤其是催化氧化反应中,活性氧的种类、生成、扩散行为等常常决定着整个反应的进行方向与速率;在生命科学领域,活性氧则参与能量转换、氧平衡等重要生理环节,与衰老、疾病等息息相关。而活性氧因其短寿命、强反应活性等,定性定量测试较为困难。选择合适的检测方式、提高检测的时空准确度,对于多相催化、环境化学、生命科学等领域研究有着重要意义。本工作对活性氧检测方法的基本原理、研究进展,以及在环境、生命领域以及多相催化的应用等方面进行对比与分析,比较各种手段的优缺点及适用范围。并对多相催化中氧物种的模拟及检测手段进行分析,展望了活性氧在催化氧化等领域未来的研究方向。
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    4. 硬碳负极材料的热稳定性及其钠离子电池安全性能评测
    杨馨蓉 车海英 杨轲 潘朝梁 廖小珍 马紫峰
    过程工程学报    2022, 22 (4): 552-560.   DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.220420
    摘要767)      PDF (2636KB)(171)    收藏
    钠离子电池作为一种有应用前景的能量储存系统,技术发展日趋完善。钠离子电池由于钠资源丰富,在大规模储能及低速电动车应用等领域具有成本优势,引起学术及产业界的广泛关注。随着钠离子电池产业的推进,电池安全性是亟待研究及数据积累的重点问题之一。近年来,随着电动汽车数量的增加和动力电池能量密度的提高,汽车安全事故时有发生,究其原因多为电池单体热量耗散造成。本工作从负极硬碳材料热稳定性、电芯过放电、极端破坏(挤压针刺等)和热失控等方面对钠离子电池进行安全性评测。结果表明,电解液的存在会降低嵌钠态硬碳的稳定性,且随负极嵌钠量增加,放热峰的位置也随之前移且更明显;与无过放电芯比较,软包电芯过放电至0 V对电芯的长循环稳定性基本无影响,循环500周后的容量保持率基本一致,且电流密度大小(0.1和1 C)对电芯容量恢复和循环性能亦无明显影响;挤压针刺测试结果表明钠离子电池安全性能良好,绝热加速量热仪(ARC)测试发现电芯安全性能并未随着荷电状态(SOC)增加趋于不稳定,实验结果表明30% SOC状态下电芯安全性最好。
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    5. 脂肪伯胺的合成及工业化研究进展
    潘嘉晟 王耀锋 马爽爽 孙瑞 仝育婷 丁其达 张锐
    过程工程学报    2021, 21 (8): 905-917.   DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.220235
    摘要697)   HTML14)    PDF (1360KB)(319)    收藏
    有机胺在化工、医药、生命科学等领域有着广泛的应用,可作为染料、日用品原料以及抗生素、生物碱、临床医学药物等。在众多胺类化合物中,伯胺是最基础的结构单元,其应用在胺类化合物中也最为广泛。随着经济社会的快速发展与人们生活质量的提高,伯胺,尤其是脂肪伯胺的市场需求量与日俱增,脂肪伯胺的合成及工业化制备已成为一个重要领域。经过了数十年的发展,脂肪伯胺的生产技术已经取得了巨大的成果,但仍然存在一些问题,例如苛刻的反应条件、催化剂性能不足、污染严重、工艺复杂等。本文以脂肪伯胺的工业生产以及热点制备方法为研究对象,针对工业上制备脂肪伯胺的工艺进行了汇总归纳(包括卤代烃胺化法、醇还原胺化法,腈加氢还原法、烯烃直接胺化法、羧酸胺化法等),并举例说明各制备方法在工业生产中的实际应用,分析比较各工艺方案的优劣,并对当前的研究热点——通过羰基还原胺化制备脂肪伯胺的方法进行了研究进展的阐述,指出该制备方法在未来工业应用的潜力与挑战。
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    6. 低温甲醇水重整制氢催化剂研究进展
    申展 江志东 张鹏飞 张子瑜 车海英 马紫峰
    过程工程学报    2022, 22 (5): 573-585.   DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.221147
    摘要579)      PDF (1690KB)(204)    收藏
    甲醇具有结构简单、含氢量高、产能大等优点,利用甲醇与水蒸气进行重整是一种节能高效的现场制氢方式。甲醇水蒸气重整(MSR)与燃料电池联用能够实现多场景应用,但由于反应温度较高(250~300℃),存在启动速度较慢、副产CO含量较高和热效率较低等问题。低温甲醇水重整(LT-Methanol Water Reforming, LT-MWR)包括低温甲醇水蒸气重整(LT-MSR)与液相甲醇水重整(Aqueous-phase Reforming of Methanol, APRM),反应通常在200℃以下进行,同时保持较高的反应活性,进而能够减少预热时间、减弱副反应发生,且能与燃料电池实现更强的热耦合。本工作首先介绍了商用催化剂优异的性能与存在的缺陷,然后对低温甲醇水重整制氢催化剂,诸如Cu基催化剂、贵金属催化剂与光协同催化剂的研究进展进行了回顾。归纳了低温铜基催化剂的改性策略,包括合成方法、结构设计与元素掺杂。对国内外商用CuZnAlOx催化剂结构与性能的测试表明,其转化率高和稳定性好,存在的缺陷是价格较贵且在低温区催化活性急剧下降。Cu基催化剂活性受温度影响较大,在低温区活性很低,但通过适当的改性能够实现其应用价值,其改性策略包括合成方法、结构设计与元素掺杂。贵金属催化剂低温下活性较高,但存在价格昂贵、合成复杂等缺点。光协同催化剂则是在光照条件下进行催化重整,尚处于研究阶段。对于Cu基催化剂,合成方法的改进能够大大改善催化剂的微观混合程度与可重现性。适当的结构设计可提升催化剂的比表面积与热稳定性。元素掺杂则能够提升活性组分的分散度,修饰催化剂表面结构。三种改性策略能够有效提升Cu基催化剂低温下甲醇重整制氢的性能,在保持较高活性的同时,降低CO副产物的含量。展望了低温甲醇水重整制氢催化剂的发展前景和挑战,对催化剂的开发与应用有指导意义。
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    7. 二氧化碳甲烷化催化剂及反应机理研究进展
    田郡博 古芳娜 苏发兵 张战国 许光文
    过程工程学报    2023, 23 (3): 375-395.   DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.222027
    摘要570)   HTML22)    PDF (12772KB)(307)    收藏
    在“双碳”目标的背景下,明确碳处理路径至关重要。利用可再生能源制得的氢,将二氧化碳(CO2)通过甲烷化反应制备合成天然气(SNG)被广泛认为是一种高效、有前景的碳捕集利用技术,有望实现碳循环利用。近年来,二氧化碳甲烷化催化剂及相关反应机理均取得了许多新进展。鉴于此,本工作对该反应进行了系统的综述。首先,介绍了CO2甲烷化反应的热力学研究中不同反应条件的影响;随后从活性金属、载体、制备方法及辅助技术等四方面介绍了CO2甲烷化催化剂的研究进展,其中活性组分包括非贵金属基(Ni, Fe, Co和Mo)和贵金属基(Ru, Rh, Pt和Pd),载体包括传统氧化物(Al2O3, SiO2, TiO2, ZrO2和CeO2)和新型载体材料(金属有机框架和碳基材料),催化剂制备方法包括传统制备方法(浸渍法、共沉淀法、水热法、溶胶-凝胶法和固相合成法)和合成辅助技术(超声波、微波和等离子体等);总结了CO2甲烷化反应遵循的两条机理路径(甲酸盐路径和CO路径),并指出CO2甲烷化的具体反应途径与催化剂表面特性(如羟基丰富度和O2-位点)和反应条件(如反应温度和压力)相关;最后提出了当前研究存在的挑战,并对研究前景作出展望。
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    8. 铝与硅铁混合物还原煅烧白云石中氧化镁
    王耀宁 马红周 王致娴 王丁丁 王碧侠
    过程工程学报    2021, 21 (4): 440-445.   DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.220138
    摘要553)      PDF (475KB)(118)    收藏
    皮江法炼镁是金属镁生产的主流工艺,该工艺的还原温度较高,导致镁还原过程能耗高,改进还原剂是降低原镁生产能耗的途径之一。本研究以铝和硅铁的混合物作为还原剂进行了煅烧白云石中氧化镁还原的理论和实验研究,探讨了铝配入量、还原时间、还原温度对镁还原率的影响,并对铝与硅铁共同还原氧化镁过程及铝与硅铁在不同温度时的物相转变进行了研究。研究结果表明,铝的加入可以使硅热法还原氧化镁的起始反应温度降低至700℃以下,并且在低温阶段对提高氧化镁的还原率效果明显,铝还原氧化镁的过程包括两方面,一方面是直接参与还原氧化镁而转变为MgO?Al2O3,随温度升高,MgO?Al2O3进一步被铝还原;另一方面铝与硅铁形成Al3FeSi2相,降低了硅参与氧化镁还原反应的温度。硅还原氧化镁的过程为:温度在700~950℃之间时,硅以Al3FeSi2的形式参与氧化镁还原,在1200℃时,以Si和FeSi2的形式进行氧化镁还原。在实验条件下,铝参与硅铁还原镁时,随着铝配入量的增加,氧化镁的还原率在逐渐升高,铝粉添加量为12%、1000℃时,氧化镁的还原率可达到90%以上。铝参与氧化镁的还原可提高镁的还原速率。
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    9. 多肽与化疗药物偶联提高药物的有效性和安全性
    刘雪 张竞 梁博 张耀 王伟颖 刘永东
    过程工程学报    2021, 21 (11): 1245-1258.   DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.220303
    摘要530)      PDF (972KB)(176)    收藏
    癌症已成为全球人类健康的最大威胁。小分子化疗药临床应用广泛,但由于缺乏肿瘤靶向性,普遍存在全身系统毒性强和耐药频发等问题。因此,如何将足量的化疗药物定向运送至肿瘤部位成为化学治疗的最大挑战。抗体偶联药物(ADC)利用抗体的肿瘤特异性将高毒性小分子靶向递送至肿瘤部位,能克服小分子化疗药物的上述缺陷,是近年来肿瘤药物研发热点。然而抗体的大分子特点使ADC在肿瘤部位的渗透率低,严重限制了ADC的肿瘤治疗效果。近年来,使用具有肿瘤靶向能力的多肽取代抗体发展的多肽偶联药物(PDC)是另一种新型肿瘤药物的靶向递送途径。其中,具有细胞渗透能力的肿瘤靶向肽在癌症治疗中显示出了巨大的潜力。而且多肽结构简单,可以通过化学合成或原核表达手段获得。因此,相对于ADC,PDC具有更高的载量、更强的组织渗透能力、更灵活的多功能化改造以及更低廉的制备成本。随着对胞内转运途径和药物释放机制的深入研究,PDC有望早日投入临床应用。本工作详细介绍了PDC的最新研究进展,重点阐述了不同靶向肽、细胞毒性分子和连接子对PDC抗肿瘤效果的影响,分析了现有研究的优势与不足,总结发展趋势,并为PDC的优化设计提供思路。
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    10. 钠离子电池电解液添加剂研究进展
    郭玉玥 翟笑影 张宁博
    过程工程学报    2023, 23 (8): 1089-1101.   DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223104
    摘要527)   HTML31)    PDF (3494KB)(438)    收藏
    随着能源革命的高涨,二次电池作为新型储能方式受到人们的广泛关注。钠离子电池与锂离子电池工作原理相似,且在资源储备、成本低廉、低温、倍率及安全性能方面具有极大优势。钠离子电池体系中,电解液作为衔接正负极材料体系的中间桥梁,发挥着至关重要的作用,而添加少量的功能性分子可以使电池整体性能实现显著提升。本工作围绕电解液添加剂进行介绍,综述了近年来不饱和碳酸酯、含硫化合物、含磷化合物、含硅化合物、无机钠盐及其他类型组分在钠离子电池电解液中的研究进展和相关机理。最后从科学理念和实际应用的角度出发,对电解液添加剂的未来研究进行展望。
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    11. g-C 3N 4制备方法及其光催化性能提升途径的研究进展
    杜含笑 季娟 秦辰伟 张泽 李锋锋 沈毅
    过程工程学报    2022, 22 (2): 162-175.   DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.221054
    摘要524)      PDF (15934KB)(143)    收藏
    聚合物半导体g-C3N4因较窄带隙、稳定性高、成本低等特点而在污染物降解和清洁能源生产方面引起了广泛关注。但纯g-C3N4光催化剂电荷分离率低、电荷重组率高等缺点导致其光催化能力不理想,因此改善g-C3N4的光催化性能是目前光催化领域的研究热点。通过构造异质结、元素掺杂等改性手段制备的g-C3N4基光催化剂增强了对可见光的吸收,光催化能力强,拥有较好的工业应用前景。本工作首先简单介绍了g-C3N4基光催化剂的研究现状,其次概述了其制备方法的研究现状并介绍了几种制备g-C3N4工艺及特点,说明了应用不同制备工艺时应注意的问题。此外对其光催化性能提升途径的机理进行阐述,并且指明了发展方向,最后进行总结和展望。在后续研究中,若能有效结合材料科学与环境科学的优势,开发结构稳定和光催化性能优异的g-C3N4基光催化复合材料对提高其实际价值具有重要意义。
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    12. 5 V尖晶石型无钴LiNi 0.5Mn 1.5O 4正极材料进展综述
    靳佳 魏进平 周震
    过程工程学报    2022, 22 (4): 421-437.   DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.221115
    摘要523)      PDF (11182KB)(420)    收藏
    作为下一代锂离子电池或固态电池的候选正极材料,镍锰酸锂LiNi0.5Mn1.5O4正在吸引研究者的兴趣。本工作介绍了LiNi0.5Mn1.5O4的晶体结构、合成方法、电化学反应机制、材料的电学属性以及材料的优势,同时介绍了目前阻碍其产业化应用所存在的技术障碍:高温循环差、过程库伦效率低、金属溶出及相变、高电压下电解液分解、全电池产气等。针对存在的主要技术问题,深入讨论分析其内在的原因,并总结了若干材料层面的解决思路:微观形貌调控、新黏结剂匀浆策略、掺杂、包覆、高电压电解液匹配、制备过程控制、全电池应用研究等,另外还推测了可能的应用场景。LiNi0.5Mn1.5O4材料的商业化应用还有赖于电池层面的精细结构设计。综述目的是希望研究者更加关注LiNi0.5Mn1.5O4材料的产业化应用研究。
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    13. 乙烷裂解制乙烯过程反应动力学模型的研究进展
    王娟, 徐皓晗, 解凯, 余海艳
    过程工程学报    2021, 21 (7): 752-761.   DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.220208
    摘要504)   HTML10)    PDF (904KB)(226)    收藏
    随着乙烯工业的不断发展及能源结构的不断调整,裂解乙烯原料呈现多样性。近年来,乙烷裂解制乙烯技术逐渐成为工业生产的热点。乙烷作为乙烯生产的优选原料,不仅具有收率高、纯度高、质量高的产品优势,同时具有投资低、成本低、能耗低的生产优势。作为裂解炉模拟的核心,研究乙烷裂解过程中的反应动力学模型可为工业生产提供精准预判。随工业应用范围的逐步扩大,该领域的理论研究也将迎来新的高潮。本工作对乙烷裂解的工艺优势、乙烷裂解反应动力学模型及结焦反应动力学模型的研究现状进行了总结。裂解反应动力学模型被分为经验模型、机理模型、分子反应动力学模型,结焦反应动力学模型被分为催化结焦、自由基结焦。针对未来的研究方向提出了新的展望,认为经验模型在裂解炉自动控制中的应用、自由基反应动力学模型的深入研究、乙烷与其他原料的共裂过程、裂解反应动力学与CFD技术的融合及基于多种生成机理建立结焦反应动力学模型五个方面将是今后需要关注的领域。
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    14. 盐酸在黄铜矿表面吸附机制的第一性原理计算
    李小亮, 田国才
    过程工程学报    2021, 21 (7): 836-846.   DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.220175
    摘要496)   HTML2)    PDF (1478KB)(141)    收藏

    采用第一性原理对盐酸在黄铜矿表面不同位点的吸附及反应机理进行研究。结果表明,黄铜矿(001)-S表面重构后形成了二硫化物S22-。盐酸以解离形式在黄铜矿的(001)硫终止面(001)-S上吸附,浸出过程中H+在黄铜矿(001)-S表面上S位点的吸附都会破坏黄铜矿表面所形成的S22-。Cl-的吸附对黄铜矿(001)-S表面结构也会造成一定的破坏,吸附过程中H+和Cl-与黄铜矿表面发生化学反应生成了FeCl2和H2S,这些都有利于黄铜矿的浸出。

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    15. 水系镁离子电池正极材料MgMn 2O 4的制备
    李万全 张豆豆 邓书晴 袁梦婷 苌云兰 钱兵 孙雅馨
    过程工程学报    2021, 21 (9): 1091-1098.   DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.220218
    摘要482)      PDF (1936KB)(157)    收藏
    采用溶胶-凝胶法制备得到了主相为四方结构的MgMn2O4。研究了煅烧温度对产物的相演化和表面形貌的影响,比较了电化学循环稳定性。结果表明,550℃烧结得到了表面呈现多孔通道和孔洞的MgMn2O4 (MMO550),在40 mA/g电流密度下,最大放电比容量为54.0 mAh/g; 与碳纳米管于400℃复合2 h后,CNT形成的导电网格有效地将MgMn2O4颗粒连接起来,得到MMO/CNT样品的首次放电比容量可达118.0 mAh/g,是未复合MMO550最大放电比容量的2.2倍,循环30周后容量保持在88.1 mAh/g。
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    16. 紫精类变色材料的合成与应用研究
    赵高峰 赵炜珍 刘晓敏
    过程工程学报    2022, 22 (3): 304-317.   DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.221132
    摘要467)      PDF (1614KB)(103)    收藏
    紫精是一种具有显著光学对比度、较高着色效率、独特氧化还原稳定性的化合物。它易于进行分子设计以及被用于大面积器件的制作。由于其独特的性能,紫精类变色材料在军事伪装、屏幕显示、信息存储、智能变色窗等领域都有着广泛的应用前景,成为当前研究的热点之一。随着智能材料的迅速发展,科研工作者对紫精基变色材料(包括小分子紫精衍生物、紫精功能共轭聚合物,基于紫精的有机/无机复合材料)的研究也逐渐深入。本工作对近年来紫精变色材料的研究进展进行了综述,重点介绍了紫精的合成与应用、离子液体和聚离子液体在紫精变色领域中的应用以及目前国内外企业和研究单位的研究现状,并从工业应用方向讨论了紫精变色材料目前存在的问题和未来的潜在应用。
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    17. 典型过程强化技术在纳米材料制备中的应用进展
    宋春雨 聂普选 马守涛 任国瑜
    过程工程学报    2021, 21 (4): 373-382.   DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.220108
    摘要463)      PDF (644KB)(175)    收藏
    纳米材料被誉为21世纪的新材料,广泛应用于化工、电子、国防、陶瓷等领域。传统的纳米材料制备方法面临粒径控制较困难、批次间重复性差,存在放大效应等不足。过程强化技术是化学工程学科的研究前沿和热点方向之一,旨在通过在生产过程中采用新工艺、新设备等手段,实现缩减操作单元、减小设备体积、提高生产能力及能量利用效率的目的,是实现化工过程安全、高效、绿色的重要途径。过程强化技术不仅在制备时间和能源利用效率等方面明显优于常规方法,还可以得到特殊形态和性能的纳米材料。过去二十年中,过程强化技术广泛应用于纳米材料的小试和规模化制备,并取得了良好的经济及社会效益,引起越来越多科学研究者的重视。本工作以超重力、微化工、微波、超声、等离子体技术、离子液体为代表,综述了过程强化技术在纳米材料制备领域中的应用及相关研究的最新进展,结合实例对不同领域进行了概述,分析总结了各领域的优势和特点,讨论了在快速发展的纳米材料制备领域中存在的机遇和挑战,并展望了其未来的应用前景。
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    18. 生物燃气净化提纯制备生物天然气技术研究进展
    杨嘎玛 穆廷桢 杨茂华 苗得露 赵胥浩 唐斌 邢建民
    过程工程学报    2021, 21 (6): 617-628.   DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.220154
    摘要461)      PDF (556KB)(218)    收藏
    生物天然气是由生物燃气经过脱硫、脱碳、脱水等工艺手段净化提纯后得到的一种可再生燃气,其成分和热值与常规天然气无异,是我国重点发展的生物能源。传统生物燃气中高含量的H2S和CO2限制了其应用,因此生物燃气净化提纯技术是生物天然气实现商业化生产的关键。本工作综述了国内外生物天然气制备过程中的脱硫和脱碳技术,对各项技术的工艺流程、原理及工业化应用情况进行了详细介绍,阐述了各技术的关键环节和优缺点,指出了生物燃气净化提纯技术当前面临的挑战,讨论了脱硫和脱碳技术未来的发展趋势,旨在为生物天然气的研究和工业发展提供工艺参考。
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    19. 二氧化钼纳米棒的制备及电化学性能研究
    高增礼 唐海燕 衣守志 徐红彬
    过程工程学报    2021, 21 (11): 1338-1345.   DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.220355
    摘要448)      PDF (986KB)(307)    收藏
    MoO2纳米棒具有高电导率、高熔点及比容量较大,在超级电容器电极材料领域应用前景广泛。现有MoO2纳米棒制备方法大多存在操作复杂、收率低、成本高、易引入杂质等问题,且这些方法制备的MoO2产品存在形貌不均一、分散性差、电化学性能低的问题。基于此,本工作以双氧水和钼粉制备的过氧钼酸前驱体为钼源,PEG (8000)为模板剂制备出带状结构含钼杂化物,然后以浆态带状杂化物为原料采用两段式全湿法工艺制备纳米棒状MoO2。利用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、X射线能谱(EDS)和扫描电子显微镜(SEM)等对二氧化钼纳米棒的物相、表面组成与形貌进行了分析,同时分别采用三电极和两电极体系研究了MoO2纳米棒的电化学电容行为,考察了MoO2纳米棒直接作为电极组装电容的性能。结果表明,所制的MoO2为长约500~800 nm、宽约100~200 nm的棒状结构,形貌与尺寸均匀,具有良好的分散性和较高的纯度。以MoO2纳米棒制备的电极在1 A/g的电流密度下,三电极和两电极体系所测得比电容分别为366.7和290.4 F/g;在5 A/g电流密度下循环充放电2000次后电容保持率均高于72%,展现出了良好的电化学性能。该研究结果可为纳米金属氧化物的制备提供新方法。
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    20. 烯烃和CO 2直接合成环状碳酸酯的催化剂研究进展
    胡启鲁, 赵国英, 于彩虹
    过程工程学报    2021, 21 (7): 762-773.   DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.220195
    摘要441)   HTML7)    PDF (1153KB)(174)    收藏

    利用丰富且价廉易得的烯烃和CO2直接反应可提供一种经济安全环保的高附加值环状碳酸酯生产工艺,具有减少CO2排放、缓解温室效应等优点。本工作以一步氧化羧化、顺序氧化羧化以及羟溴化羧化三种方法为主线,综述了近年来烯烃和CO2直接制备环状碳酸酯相关催化剂的研究进展,包括用于氧化羧化反应的催化剂,主要是同时具有烯烃环氧化催化功能和CO2羧化功能的多组分组合催化剂和多活性位点的单一催化剂,如金属氧化物、金属配合物、离子液体、改性分子筛、金属有机骨架化合物等;以及作用于羟溴化羧化反应的含Br-, I-阴离子的卤代试剂-无机/有机碱脱质子试剂组合催化剂。同时对未来烯烃和CO2制备环状碳酸酯反应的催化剂的设计及工艺开发进行了展望。

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    21. 高导热苯乙烯丙烯酸树脂复合材料制备及导热性能
    贾富华 龚斌 汪前雨 朱多银 崔彦斌
    过程工程学报    2021, 21 (9): 1082-1090.   DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.220263
    摘要440)      PDF (11921KB)(109)    收藏
    苯乙烯丙烯酸树脂为墨粉主要组分,其导热性能提升可显著提高墨粉导热性能,进而延长打印、复印机使用寿命。通过在苯乙烯丙烯酸树脂中添加碳纳米管、石墨烯高导热单一或复合填料,在苯乙烯丙烯酸树脂构建连通导热网络以提高其导热性能。当苯乙烯丙烯酸树脂中添加0.75wt%多壁碳纳米管时,其导热系数可提高至0.1644 W/(m?K),增幅为31.31%;添加1.0wt%羧基改性多壁碳纳米管时,苯乙烯丙烯酸树脂导热系数可提高至0.1751 W/(m?K),增幅为39.86%;在苯乙烯丙烯酸树脂添加多壁羧基改性碳纳米管和石墨烯混合填料时,苯乙烯丙烯酸树脂导热系数可提升至0.2093 W/(m?K),增幅达到67.17%。表明碳纳米管和石墨烯混合填料可在苯乙烯丙烯酸树脂中形成有效的导热网络,从而显著提高苯乙烯丙烯酸树脂导热性能。
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    22. 大孔拟薄水铝石和γ-Al 2O 3载体制备研究进展
    杨永佳 张新昇 李金 张春光 赵元生 郑诗礼 李平
    过程工程学报    2021, 21 (10): 1156-1166.   DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.220368
    摘要438)      PDF (4364KB)(195)    收藏
    γ-Al2O3作为催化剂载体在炼油领域具有广泛应用。随着原油资源的重、劣质化,重油加工过程,如固定床渣油加氢、重油催化裂化,对其催化剂载体均提出了大孔要求以满足重油大分子在催化剂孔道内的传质扩散所需,因此,制备适用于重油加工的大孔γ?Al2O3载体受到越来越多的关注。γ?Al2O3性质主要决定于其前驱物拟薄水铝石,本工作综述了大孔拟薄水铝石的主要工业制备工艺,包括沉淀法、醇铝水解法等,并介绍了基于上述工艺所进行的γ?Al2O3载体扩孔研究,如pH摆动扩孔、添加扩孔剂扩孔及水热处理扩孔等。最后,展望了今后大孔拟薄水铝石和γ?Al2O3载体制备研究的重点和发展方向。
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    23. 萃取法在盐湖卤水提硼中的研究进展
    徐振亚 苏慧 张健 刘文森 朱兆武 王京刚
    过程工程学报    2021, 21 (11): 1259-1268.   DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.220366
    摘要433)      PDF (790KB)(217)    收藏
    硼资源的开发利用对现代工业的发展具有重要作用。硼镁矿作为传统的硼资源,其储量和品位逐渐降低;而盐湖卤水中含有丰富的硼,占我国总储量的30%以上,盐湖硼资源的高效开发是解决我国高度依赖进口的有效途径。采用溶剂萃取法从盐湖卤水中提硼具有选择性好、效率高、成本低等特点,应用前景广阔。溶剂萃取的关键是萃取体系的选择,因此针对不同类型的盐湖,优选萃取性能好、水溶性小的萃取体系成为当前研究的热点。针对目前萃取工艺的应用以及近期研究开发的新型萃取体系,本工作综述了不同体系萃取硼的特点,包括脂肪醇(一元脂肪醇、二元脂肪醇和混合醇)、含羟基的芳香族化合物、含羟基的胺类化合物和离子液体四类萃取体系,重点总结了各类萃取体系萃取硼的机理,并概述了萃取剂结构对萃取性能的影响规律,分析了共存离子对萃取过程的影响,探讨了新型硼萃取剂的研发方向。其中脂肪醇中的一元醇需要在高酸度、强盐析下实现对硼酸的高效萃取。二元醇较一元醇的萃取效率更高,但二元醇黏度大、溶损高、反萃困难,萃取剂循环性能相对较差。混合醇体系能够降低有机相的黏度和水溶性,并且具有一定的协同萃取效应,成本低,适用于工业化应用。其他体系,如含羟基的芳香类和胺类化合物在碱性条件下对硼有较好的萃取效果,但一般价格较高,工业应用较为困难。离子液体由于其不易挥发、化学稳定性好、结构可设计性等优点应用于盐湖卤水萃取提硼,同时可作稀释剂,具有一定的应用前景。分析表明,混合醇作为经济高效的萃取体系在酸性盐湖卤水提硼中更具优势,有望大规模工业化应用。
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    24. UiO-66基催化剂的制备及其在CO甲烷化中的应用
    杨永 徐永 张光晋
    过程工程学报    2021, 21 (9): 1074-1081.   DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.220314
    摘要427)      PDF (2432KB)(132)    收藏
    煤制天然气技术具有良好的经济和环境效益,其中CO甲烷化是煤制天然气过程的重要环节之一。本研究以UiO-66材料为载体制备了一系列具有不同Ni负载量的Ni/UiO-66催化剂,采用XRD, BET, TG, SEM, TEM, XPS等表征方法对载体和催化剂的物相结构、织构性质、热稳定性和元素分布情况进行考察,并对各催化剂上CO加氢性能进行了考察。研究结果表明,Ni金属高度分散于UiO-66载体上,且对金属有机骨架材料的物相结构和晶体形貌无显著影响。在CO甲烷化反应过程中,随Ni负载量逐渐增加,各Ni/UiO-66催化剂的起活温度逐渐降低;在相同反应温度(320℃)下,不同催化剂上Ni负载量由10%增加到30%,其CO转化率由10.7%提升到89.7%;当Ni含量为20%时,催化剂在反应过程中具有良好的稳定性。同时,Ni基催化剂上CO转化率远高于具有相同金属负载量的Fe基和Co基催化剂,表明Ni作为活性金属在合成气制甲烷反应过程中具有优异的催化性能。
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    25. 以葡萄糖为原料结合生物发酵与化学合成制备酮泛解酸
    姚尧 卢希阳 舒琳 王卿惠 孙少琦 郝健
    过程工程学报    2022, 22 (1): 97-107.   DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.221036
    摘要425)      PDF (1822KB)(63)    收藏
    D-泛酸(维生素B5)是一种重要的维生素,在饲料、化妆品和制药行业均有广阔的市场。酮泛解酸是泛酸生物合成途径的中间体,易内酯化为酮基泛解酸内酯,后者可立体选择性地转化为D-泛解酸,并进一步用于D-泛酸的生产。本工作提供了一种采用α-酮基异戊酸与甲醛经羟醛反应合成酮泛解酸的新方法。其中,反应物α-酮基异戊酸可由葡萄糖原料经发酵法生产。结果表明,以葡萄糖为碳源,经克雷伯氏肺炎杆菌发酵能高水平生产D-泛酸生物合成途径的关键前体—α-酮基异戊酸。采用商品α-酮基异戊酸开发一种新型的酮泛解酸合成方法;分析合成反应机理,确定总反应级数为1.87;经条件优化确定酮泛解酸合成反应的最佳pH=13,最佳温度为45℃,此条件下酮泛解酸转化率达83.5%。调节酮泛解酸溶液pH至强酸性,有助于其内酯化合成酮基泛解酸内酯。之后采用前述优化的方法,由流加发酵制备的25.2 g/L α-酮基异戊酸合成酮泛解酸19.9 g/L。最后通过异丁醇萃取、活性炭脱色、浓缩结晶方法进行产物提纯,调节酮基泛解酸内酯溶液pH在7~10范围内可使其开环转化回酮泛解酸。最终得到酮泛解酸及其内酯的纯品。本研究建立了以葡萄糖为原料通过α-酮基异戊酸中间体生产酮泛解酸的方法。该方法结合生物发酵和化学合成过程,采用廉价原料,具有绿色高效的特点,有望用于工业化生产泛酸。
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    26. 典型有机磷类萃取剂在溶剂萃取中协同萃取的研究进展
    张豪, 叶国华, 陈子杨, 谢禹, 左琪
    过程工程学报    2021, 21 (7): 741-751.   DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.220179
    摘要411)   HTML201)    PDF (1048KB)(157)    收藏
    协同萃取作为溶剂萃取法的分支被广泛研究。对于协同萃取的机理探索,必须阐明协同效应产生的微观原因,并给出微观与宏观性质的联系,因此从分子的微观结构和内部运动认识协同萃取以及影响因素尤为重要。本工作重点综述了萃取剂之间、萃取剂与金属离子之间的协同作用机理以及影响其作用因素的研究进展,指出协同萃取的本质是氢键的形成导致萃取剂的结构与能量发生变化,进而提高了萃取效果。协同萃取主要包括两个方面,一是更容易生成稳定的萃合物从而提高萃取效率,二是利用萃取剂之间的差异提高分离性能。萃取系统的pH、不同萃取剂的组合及比例、萃取剂的浓度、中性磷类萃取剂的添加等诸多因素显著影响协同萃取过程,且各种因素之间存在交互。运用模拟计算进行理论性预测,通过实验进行验证,并且辅以现代分析化学方法进行表征,是今后化工研究领域行之有效的方法之一,理论推广实际,从而更好地指导生产。
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    27. 孔分布对多孔孔板流场和噪声的影响
    李倩 吉华 冯东林 张子扬 段宗幸
    过程工程学报    2022, 22 (5): 601-611.   DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.221131
    摘要410)      PDF (1788KB)(94)    收藏
    目前多孔孔板普遍采用均匀布孔结构,广泛用于管路限流降压以及减振降噪,为了进一步提高流动稳定性以及降低流噪声,在保持等效开孔直径不变的前提下,设计了具有不同孔间距、孔数和孔径的非均匀孔分布多孔孔板模型。基于数值计算结果,详细比较了含不同孔板模型管路流场中的速度、压力、回流特性、射流会聚和流动发展等流动特征。采用声学模型计算了孔板的噪声,在中心线以及垂直于流动方向的截面上设置监测点,对比了其频谱特性和总声压级。结果表明,与均匀多孔分布的常规孔板相比,孔间距等差递减、孔板边缘的孔数增多、以及孔径在满足不减少孔数的条件下增大,均能在不影响降压能力的情况下提高流动稳定性和降低板后噪声,且其噪声值分别最大改善了5.62, 6.10和7.00 dB。
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    28. 表面能对冰晶形貌的影响
    吴琴琴 陈拥军 董祥雷 邢辉 韩永生
    过程工程学报    2021, 21 (4): 446-453.   DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.220110
    摘要407)      PDF (3844KB)(228)    收藏
    本工作从介科学概念出发,提出了表面能对冰晶生长形貌调控的科学假设。通过在水中添加不同添加剂(蔗糖、氯化钠、表面活性剂SDS),改变水溶液的表面张力,利用激光共聚焦显微镜原位实验装置开展了冰晶生长动力学研究。结果表明,在相同过冷度条件下,随溶液表面张力降低,冰晶形貌由具有对称性的枝状变为无序的海藻晶,这种变化在不同溶液中得到验证。研究发现,溶液表面张力较低,导致冰在溶液中生长阻力增大,冰晶生长速度降低。在较高的生长速率条件下,冰晶生长表面失稳,晶面各向异性生长,生成有序枝晶结构;在较低的生长速率条件下,生长表面被添加物分子覆盖,晶面各向异性消失,生成无序枝晶结构。以上结果验证了过冷度和表面能对材料结构生长过程的调控作用,为材料介科学的发展提供了实验依据。
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    29. 水对离子液体微观结构和传输性能的影响
    郭艳东 张晓春 游琳琳
    过程工程学报    2021, 21 (4): 431-439.   DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.220117
    摘要403)      PDF (979KB)(126)    收藏
    离子液体以独特的结构性质和优异的物化性能而显示出日益广阔的应用前景,但实际应用中,不可避免的混入一些水,水的存在会对离子液体结构和性质产生显著影响。本工作采用分子动力学模拟方法系统研究了不同含量的水对三种离子液体([Bmim][B(CN)4], [Bmim][PF6]和[Bmim][Tf2N])微观结构、传输性能和相互作用的影响规律。通过氢键数目的分析可发现,随水含量增加,阴离子与水之间的氢键数目显著增加,而阴离子与阳离子之间氢键数目显著下降;阴离子与水之间的氢键数目大于阳离子与水之间的氢键数目。进一步计算了自扩散系数,发现随水浓度的升高,离子液体的自扩散系数逐渐增大,且水溶性较高的离子液体扩散系数显著增加。径向分布函数和配位数的计算结果表明,阴离子与水的相互作用强于阳离子与水的作用,但水的存在对阴离子与阳离子之间结构几乎没有影响。空间分布函数的结果表明,阴离子和水分子在阳离子咪唑环上H5和H4位置的分布区域存在竞争,减弱了阴离子与阳离子之间的相互作用。本研究有助于进一步理解离子液体与水体系的微观作用机理和推进离子液体的应用。
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    30. 废锂离子电池的热处理:过程污染物迁移和转化
    黄翰林 刘春伟 姚少杰 孙峙
    过程工程学报    2022, 22 (3): 285-303.   DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.221070
    摘要401)      PDF (2565KB)(134)    收藏
    废锂离子电池中不仅富含我国高对外依存度的关键金属,还含有重金属、有机污染物等有毒有害物质,具有资源与环境的双重属性。推进其高效循环利用是保障新能源汽车等战略新兴产业可持续发展的关键。锂离子电池组成结构复杂,有机物成分变化大、种类多,常规的火法和湿法冶金过程容易产生二次环境危害,不利于资源的清洁循环利用。热处理作为保障废锂离子电池中有价金属资源有效回收的重要技术,近年来受到了行业的广泛关注。热处理技术具有二次污染小、设备简单、过程易放大、经济性高等诸多优势。结合热处理技术对废锂离子电池回收中的污染物进行源头治理,既能实现清洁生产,也能强化后续深度处理。本工作立足于行业现状和战略需求,重点讨论了废锂离子电池预处理中的污染物产生、迁移和转化规律,对比总结了热处理在杂质去除和污染防控等方面的技术优势。同时,对废锂离子电池的热处理工艺进行了系统分类,总结了不同热处理条件下的物质转化规律。
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    31. 管式固定床反应器柱状颗粒床层流体流动模拟与实验研究
    朱梓瑞 刘雪东 蒋良雄 顾宇彤 彭涛 殷俊杰 刘梅华 蒋威
    过程工程学报    2021, 21 (9): 1022-1032.   DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.220288
    摘要400)      PDF (4564KB)(228)    收藏
    针对管式固定床反应器内管束数量多、规模大等特点,选取单个管束作为特征结构。对装填不同直径柱状颗粒的管束,采用程序坐标定位的方法,建立柱状颗粒床层的物理模型。采用DEM与CFD联合数值仿真方法,探究反应管内径与柱状颗粒的等比表面积球当量直径之比(管径比Di/dp)对柱状颗粒床层流体流动的影响,并建立单管固定床反应器试验台,采用差压测试方法进行实验研究。结果表明,当Di/dp由5.37增至12.75时,床层空隙率和流体分布均匀性均得到改善,壁面效应的影响由床层中心减弱到管壁。基于数值模拟及实验结果对Di/dp=12.75的柱状颗粒床层进行床层压降Ergun公式常系数修正,CFD模拟计算的结果与拟合公式吻合较好。研究结果能为固定床反应器压降预测提供参考。
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    32. 扭曲椭圆管强化传热研究进展及应用
    李修真 谈莹莹 袁俊飞 王占伟 王林
    过程工程学报    2022, 22 (5): 561-572.   DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.221153
    摘要397)      PDF (6683KB)(212)    收藏
    扭曲椭圆管因结构简单、强化传热及阻垢性能优异,近年来成为被动强化传热领域研究热点之一。虽已有文献对扭曲椭圆管换热器技术进行了综述,但对扭曲椭圆管强化传热特性的归纳和工程应用研究脉络的梳理存在不足,本工作着眼于扭曲椭圆管内外传热及流阻性能研究、扭曲椭圆管换热器研发和工程应用两方面内容,概括了扭曲椭圆管(束)结构、工质、流动状态对传热性能及流阻特性的影响规律;回顾了扭曲椭圆管换热器工程应用案例,总结了有关扭曲椭圆管研究尚待完善之处,并对扭曲椭圆管强化传热研究的发展趋势进行展望,为深化扭曲椭圆管理论研究和工程实践提供指导和参考。
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    33. 电吸附-电沉积联合作用下的低浓度铜离子分离
    胡美清 金伟
    过程工程学报    2021, 21 (8): 976-984.   DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.220188
    摘要392)   HTML7)    PDF (1628KB)(131)    收藏
    对于酸性低浓度含铜废水中铜离子回收,直接采用电沉积方法不仅效率低、耗时长、而且产品质量差。为了实现低浓度含铜废水高效分离回收,本研究提出了一种电吸附-电沉积联合新方法,首先使用电吸附方法,使铜离子浓度由30 mg/L浓缩至500 mg/L,然后接入旋流电解装置,在电压0.25 V、电流密度150 A/m2下,99%的铜离子以铜产品形式得到回收,且能量消耗仅为1.35×10?2 kW/h。这种通过两种电化学方法联用的思路,对于处理低浓度金属废水以及回收金属离子具有良好发展前景。
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    34. 气固两相流内中空多孔催化剂性能的数值模拟
    吴秋莹, 孔令凯, 徐骥, 葛蔚, 袁绍军
    过程工程学报    2021, 21 (7): 774-785.   DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.220229
    摘要391)   HTML14)    PDF (1654KB)(279)    收藏

    气固流态化过程中流体和颗粒分别聚集,形成稀密两相,严重限制其传质效率和反应速率的提高。针对此问题,本工作设计了一种中空多孔结构的催化剂颗粒,通过模拟方法研究该颗粒对稀密两相气相传质与反应的影响,及其在稀密相间转换的时间尺度。结果表明,一定的流动强度时,在颗粒稀密相转换的时间尺度内,中空多孔结构的颗粒能够有效地在稀相存储反应气体,并在密相释放,为密相提供额外的反应气体,增强体系的整体反应效率。当催化反应速率高于传质速率时,在所研究的流动条件下中空多孔颗粒体系的反应效率比实心球形颗粒体系高出26.92%~29.55%。可以预见在稀密相分布更广的大型气固流化床反应器中,中空多孔结构的催化剂颗粒能够更为有效地提高反应器的整体效率。

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    35. 吸附法脱除废水中四环素的研究进展
    兰雄 刘钦 周新涛 罗中秋 赵晓腾 陆艳
    过程工程学报    2022, 22 (8): 989-1000.   DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.221261
    摘要391)   HTML16)    PDF (6695KB)(135)    收藏
    四环素(TC)是目前生产和使用量比较大的一种广谱抗生素,其化学性质较稳定且难以代谢而容易富集于土壤和水体中。抗生素的滥用不仅使细菌耐药性增加,而且会产生抗性基因并诱导产生超级细菌,因此对含TC废水的无害化处理刻不容缓。吸附法具有易操作、去除率高、经济、环保等优点,被广泛认为是一种高效去除抗生素方法。吸附法去除废水中四环素所用的吸附材料类型不同、种类繁多,本工作总结了炭质材料、金属有机框架材料和矿物材料这三类常用吸附剂,列举了上述材料对TC的吸附容量,分析了pH值、温度、离子强度和其他因素对TC吸附过程的影响。在此基础上,分析这三类材料吸附TC时不同吸附动力学和热力学模型的拟合情况,发现大多数材料的吸附动力学采用准二级动力学模型而吸附热力学采用Freundlich热力学模型能更好地描述其吸附过程。阐述了去除TC过程中所涉及的机理。对这三类材料吸附TC研究中存在的优势与不足进行比较,展望了今后的研究重点,为加快制备更经济、高效、可再生的TC吸附材料提供参考。
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    36. 微分散法连续制备微气泡的研究进展
    谢冰琪 周才金 黄小婷 马向东 张吉松
    过程工程学报    2021, 21 (8): 865-876.   DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.220341
    摘要387)   HTML179)    PDF (9216KB)(190)    收藏
    微气泡的尺寸介于1~1000 μm之间。相比于传统大气泡,微气泡具有体积小、比表面积大、上浮速度慢和传质效率高等优点,被广泛应用于石油、化工、食品、化妆品、医学和废水处理等领域。相比于传统的微气泡制备方法,气液微分散法制备微气泡生产效率高、可控性好、灵活性高和易于放大,受到了学者们的广泛关注。鉴于微气泡的广泛应用,快速准确的对气泡的大小和尺寸分布的表征也至关重要。本工作对常用的微气泡尺寸表征方法进行了归纳总结,比较了不同的微气泡制备方法的优缺点,并重点阐述了微通道法和膜分散法制备微气泡的研究现状。在此基础上对微分散法制备微气泡的未来研究方向进行展望。
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    37. 钒铅锌矿硫酸浸出提取钒锌
    张克仑 李博 魏永刚 徐洪傲
    过程工程学报    2021, 21 (11): 1297-1303.   DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.220376
    摘要381)      PDF (1180KB)(147)    收藏

    钒铅锌矿含有多种有价金属,V品位高,具有较高的经济价值。本工作采用硫酸浸出法从该矿中提取钒锌,对浸出过程热力学进行分析,通过条件实验研究硫酸浓度、液固比、浸出时间、搅拌速率、浸出温度等条件对钒、铅、锌等主要有价金属浸出率的影响。结果表明,在较高pH值及较高温度下,浸出液中V会出现水解,含V的水解产物留在浸出渣中影响V浸出率。得到最优浸出条件为:硫酸浓度200 g/L,液固比3:1,浸出时间30 min,搅拌速率200 r/min,浸出温度为30℃。最优条件下V浸出率可达97.90%Zn浸出率为97.11%Fe浸出率<1%Pb浸出率<0.01%。动力学分析结果表明,浸出过程的反应速率受扩散过程控制。酸浸过程使VZn进入浸出液,PbFe留在浸出渣中,所得浸出液可使用离子交换或萃取法分离VZn。浸出渣中含钒0.41wt%、锌0.61wt%、铁15.50wt%、铅47.70wt%,主要成分为PbSO4FeO(OH),可返回火法炼铅系统。

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    38. 气-固微型流化床压降特性及最小流化速度的实验研究
    史亚琪 李彦君 杜玉朋 任万忠
    过程工程学报    2021, 21 (4): 420-430.   DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.220332
    摘要380)      PDF (634KB)(210)    收藏
    在内径3~20 mm的4个气?固微型流化床中,分别考察了A类和B类两种类型颗粒的流化特性,同时研究了床几何结构、操作条件、物相性质等各因素对其最小流化速度的影响。结果表明,气?固微型流化床中的床层压降特性与颗粒类型密切相关,不同的流动状态下两种类型颗粒的流动特性存在显著地差异。在固定床阶段,与B类颗粒相比,A类颗粒与壁面间的相互作用更强,导致实验压降值偏离计算值更大;在流化床阶段,较大颗粒粒径和密度的B类颗粒在床层内表现出了更高的气泡聚并和破裂程度,加剧了颗粒间的碰撞,增加了能量损失,从而形成了较高的实验压降。气?固微型流化床的最小流化速度除了与操作条件和物相性质有关外,床内径与静态床层高度对其也会产生显著影响。随着床径减小及静态床高增加,最小流化速度逐渐增加。综合考察各影响的因素,提出了适用于实验考察范围内预测微型流化床最小流化速度的经验关联式。
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    39. 折流板设备中流体停留时间分布与流动形态的对比研究
    高章帆 范沐易 黄卫星 邹雄 刘少北
    过程工程学报    2021, 21 (11): 1269-1276.   DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.220363
    摘要379)      PDF (1447KB)(299)    收藏
    折流板结构在大空间设备中形成折流通道,以防止短路,从而使流体与换热管和颗粒床等内构件充分接触。停留时间分布(RTD)实验具有简单便捷的优势,针对设备中的短路与如何确定设备合理结构的问题分别设计了几组结构来进行RTD实验与流场数值模拟研究。对比分析结果表明,设备中的短路和死区是相对存在的,通过RTD密度函数曲线的出峰时间及拖尾情况能判断设备中短路与死区的情况,该结论可以为设备设计提供理论依据。利用多釜串联模型的釜数及RTD曲线的出峰时间和方差分析了流量、折流板缺口面积及板距对设备中流体流动形态的影响;研究了设备中的压降,综合考虑设备的能耗和性能,提出了以RTD实验来确定折流板设备合理结构时最合适的釜数、出峰时间及方差。
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    40. 单组元推力器固定床催化分解反应工程基础
    侯宝林 李雪 王文涛 卢婷 丛伟民 王浩龙 高德扬 黄传德 单继宏 夏连根 王晓东 张涛
    过程工程学报    2021, 21 (10): 1142-1155.   DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.220304
    摘要373)      PDF (2128KB)(171)    收藏
    自20世纪60年代肼类化学单组元推力器诞生以来,液体单组元推进技术在卫星轨控、火箭姿态调整和应急动力系统中得到了广泛应用。化学单组元推进技术关键是高能液体化学推进剂在颗粒固定床内催化分解反应过程。由于其化学反应过程的复杂性,目前该类推进技术开发不考虑化学反应工程本质,以热能和空气动力学工程理论为基础,通过大量耗时耗力推力器热实验完成。本工作从化学反应工程角度出发,论述了化工热力学、催化反应动力学、单颗粒催化剂内扩散?反应、催化剂纳微孔道内流体?反应以及在固定床宏观多孔介质中和颗粒堆积形成的介观复杂几何结构内流动?传递?反应的耦合理论,且在化学单组元推进系统中推进剂能量设计,催化剂结构和催化分解固定床设计中的应用。本工作给出了单组元推进技术中相关催化反应工程理论基础,有望为新型绿色化学单组元推进技术的开发提供推进剂配方,为催化剂合成以及分解固定床的设计提供理论基础。
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