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1. 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（406）

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PDF （1628KB）（161）

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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2. 短链多硫化物在离子液体中聚集行为的分子动力学模拟

胡天媛, 王艳磊, 霍锋, 何宏艳

过程工程学报 2021, 21 (7): 847-856. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.220221

摘要（391）

HTML （9）

PDF （1273KB）（181）

离子液体因其优异的物化性质、能抑制多硫化物溶解等特点，近年来被广泛应用于锂硫电池电解液中。在电池充放电产物中，难溶性Li₂S和Li₂S₂易聚集沉积在电极表面，影响电池性能，而目前关于其团聚行为与电解液性质的微观机理研究较少。本工作利用量化计算和分子动力学模拟分析了短链Li₂S和Li₂S₂在离子液体中的微观结构以及形成团簇的情况。通过分析体系的微观结构发现，阳离子中主要与S作用的是侧链甲基，短链多硫化物之间Li-S作用远强于与阴离子的Li-O作用。团簇尺寸分布的结果表明，短链多硫化物在[TFSI]型离子液体中易形成多分子的大团簇，Li₂S₂体系比Li₂S体系中的大团簇比例更高；离子液体阴离子配位能力越强，形成大的Li₂S团簇比例越少，但阴离子的构型特点和作用形式也会对团簇的尺寸结构造成影响。

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3. 近冰点多孔介质中甲烷水合物生成的温度敏感性

赵建忠高强杨栋张驰

过程工程学报 2021, 21 (11): 1355-1363. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.220367

摘要（339）

PDF （1137KB）（106）

水合物技术是实现天然气储存、气体分离、海水淡化和二氧化碳捕集等的潜在可行途径之一，水合物技术为了降低生产成本同时又保持系统流动性，通常选择冰粉或冰浆等形式使生成反应在冰点附近进行；自然界的天然气水合物多数赋存于天然的多孔介质内，随着全球气温升高，甲烷水合物在临界条件附近的敏感性会导致储层的稳定性下降及潜在的甲烷大量释放，尤其是受气候变化影响较大的冻土带天然气水合物，其储层温度一般也处于冰点附近。本工作研究了硅砂(0.1~0.5 mm)中甲烷水合物在近冰点的形成过程与动力学特征，分别在273.75, 273.85和273.95 K小温差下研究了压力、温度、反应速率和甲烷吸收量变化，分析并计算了硅砂孔隙中水合物、水相和气相的最终体积饱和度。温度与反应速率的变化表明，水合物生成过程呈现出明显的三个阶段，在不同的阶段，温度和反应速率表现出独特的变化特征如峰值、持续时间等，同时对环境温度的敏感性非常强，温度升高后甲烷水合物生长速率及其在孔隙中的饱和度均有所降低，低温下水合物生长点晚及对应诱导期持续更长。

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4. 活性炭表面改性对其比电容及储能机理的影响

王大鹏范宝安郭芬胡雅

过程工程学报 2021, 21 (6): 724-733. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.220124

摘要（337）

PDF （599KB）（116）

采用熔融Na2S对活性炭表面进行改性，通过循环伏安测试了活性炭的比电容，并通过FT-IR, BET, EIS和电泳实验分析了比电容变化的原因及其储能机理。研究发现，以10%的硫酸钠溶液为电解质，活性炭经Na2S 1000℃热处理1 h后的比电容由44.6 F/g提升至80.8 F/g，所增加的比电容主要来自于双电层电容，部分来自于氧化还原赝电容(占总电容的5.6%)。通过向电解质溶液中添加37 mmol/L的FeCl3，比电容提高至103 F/g (赝电容占12.6%)，但并不稳定，后期有下降的趋势。如果向电解质溶液添加30 mmol/L的K3[Fe(CN)6]，则比电容提升到了126 F/g，并且非常稳定、甚至有继续缓慢增加的趋势。活性炭经Na2S热处理后，储能机理由单纯的双电层物理储能变为双电层物理&化学储能+氧化还原赝电容储能。

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5. 变温吸附碳捕集系统能效性能对标分析

陈丽锦邓帅王珺瑶赵睿恺赵力李双俊郭志昊

过程工程学报 2021, 21 (10): 1225-1235. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.220264

摘要（324）

PDF （1581KB）（163）

准确且合理的能耗分析对碳捕集技术规模化发展至关重要，其既是碳捕集技术节能降耗的必要前期准备，也是碳捕集过程开展绿色化、清洁化性能评价的重要数据基础。因此，在对碳捕集过程的能源转换共性展开探索的同时，迫切需要面向工程实践的需求，形成易于操作的能效性能对标分析方法，从而保证对类型技术的性能认知可以在合理且统一的评价平台上进行归纳与比较。本工作基于对标分析(Benchmarking Analysis)方法，对变温吸附碳捕集(TSA)过程的能耗分析方法进行了阐述，包括流程、参数、模型等。研究了吸附温度和解吸温度对TSA能效性能结果的影响，演示并量化了该方法的可行性，重点对边界变化对评价结果的影响进行了讨论。提出的对标分析方法对碳捕集技术的能效性能对标评估给出了较具体的指导。

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6. 圆柱系统中石蜡/纳米银复合相变材料热特性分析

张润洁罗博李中杰杨国均林一歆

过程工程学报 2021, 21 (11): 1364-1372. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.220349

摘要（323）

PDF （1612KB）（160）

相变材料由于具有相变潜热，被应用于各领域的热管理。锂离子动力电池作为一种新能源，近年来广泛应用于电动汽车，相变冷却作为一种有效的被动冷却方式，能够有效减缓锂电池的热聚集。为将相变材料应用于减缓锂电池热失控，本工作建立了石蜡/纳米银复合相变材料(CPCM)的圆柱系统，使用相变模型及流体体积(VOF)模型研究了相变材料的融化过程，得到了初始时期空气/石蜡气液交界面的变化以及石蜡的液相分布，与实验结果具有很好的一致性。在此基础上分析了相变过程的吸热及储热情况。同时，针对不同质量分数的石蜡/纳米银复合相变材料进行模拟，结果表明，添加0.5wt%~2wt%的纳米银颗粒能够改善石蜡的导热性能，但潜热会有所降低。相变结束后，材料吸收的热量将转化为显热，底面传热减小，主要是通过壁面传热。另外分析了融化过程中液相的流动情况，相变材料液态层增厚，Nu数下降并趋于稳定，增加纳米银浓度也会降低Nu数。

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7. 基于响应曲面法的高炉煤气CO ₂吸收工艺参数优化

张金星张样黄志甲祝立萍

过程工程学报 2021, 21 (8): 985-992. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.220245

摘要（301）

HTML （2）

PDF （1069KB）（153）

工艺参数优化是降低碳捕集系统再生能耗的有效途径之一。以高炉煤气醇胺溶液吸收CO2捕集系统为研究对象，将Aspen Plus与响应曲面法(RSM)相结合，研究贫液温度、贫液负荷、再生塔压力对碳捕集系统再生能耗的影响。在此基础上以Aspen Plus模拟数据为样本，并以样本中的再生能耗为响应值，利用响应曲面法建立数学模型，获得再生能耗最低的优化参数组合。结果表明，贫液温度、贫液负荷、再生塔压力对再生能耗均具有显著性影响，且贫液负荷和再生塔压力存在明显交互效应；贫液温度和贫液负荷及贫液负荷和再生塔压力各自间的交互作用表明，贫液负荷和再生塔压力的变化会影响再生能耗的大小；响应曲面优化得到最佳工艺参数：贫液温度30℃、贫液负荷0.24 mol/mol、再生塔压力1.80×105 Pa、再生能耗3.12 GJ/t，相比基准实验方案再生能耗下降28.4%。

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8. NO ₂和SO ₃氧化聚苯硫醚的密度泛函理论计算

李子航刁永发张俪安周发山陆遥

过程工程学报 2021, 21 (9): 1099-1107. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.220285

摘要（293）

PDF （1625KB）（158）

通过密度泛函理论(Density Functional Theory, DFT)中的B3LYP-D3/6-31G(d,p)方法研究二氧化氮(NO2)、三氧化硫(SO3)氧化聚苯硫醚(Polyphenylene Sulfide, PPS)生成亚砜与砜结构的过渡态，并使用内禀反应坐标(Intrinsic Reaction Coordinate, IRC)确认其连接的反应物和产物，考察了PPS被氧化的反应路径，指出反应中分子几何结构与原子电荷的改变，揭示了NO2, SO3 氧化PPS滤料的微观机理。在此基础上，进一步计算不同温度下PPS氧化过程中的自由能垒，通过反应速率常数与半衰期定量比较NO2, SO3氧化PPS的能力。结果表明，在180~220℃范围内，SO3氧化PPS生成亚砜的反应速率常数是NO2的107倍；SO3氧化亚砜结构生成砜结构的反应速率常数是NO2的104倍，即SO3对于PPS分子链上S原子的氧化能力远强于NO2；在实际环境中NO2除了直接氧化PPS外，还可能存在能垒更低的反应路径。

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9. 含水率及温度对中药渣热解特性影响

陈冠益邱旭辉郭倩倩李健刘彬旦增颜蓓蓓董磊张兆玲

过程工程学报 2021, 21 (9): 1108-1116. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.220193

摘要（271）

PDF （3173KB）（139）

中药渣类高含水工业生物质废弃物能源化清洁处理技术开发尤为重要。本工作以中药渣为研究对象，结合热重表征手段，利用固定床对其进行热解特性研究。研究不同原料含水率、热解温度及热解速率下的热解产物产率分布及其成分和特性，及氮元素在气、液、固三相产物中分布规律。结果表明，该中药渣完全热解的温度范围为650~850℃。在此温度范围中升高温度有利于热解过程，提升了热解效率及可燃气品质，可燃气、半焦中的氮元素含量下降，热解油中的含量上升。降低含水率能够提高热解效率，热解油中含氮化合物含量增加，促使氮元素向液相迁移。中药渣烘干的过程中减少了碱金属含量，影响热解油组分。提高热解速率也能一定程度上影响热解产物组分及氮元素分布。本研究可为中药渣热解过程优化及含氮化合物排放控制提供理论基础。

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10. 基于滤板调控风量的电池组风冷性能分析与优化

储广昕尉孟涛

过程工程学报 2021, 21 (10): 1236-1244. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.220283

摘要（242）

PDF （1767KB）（121）

首先通过搭建测试平台，对18650锂离子电池单体容量、内阻和温升进行实验测试；再对比单体温升仿真与实验结果的一致性；最后建立了动力锂离子电池组模型，通过单因素分析和正交实验，研究过滤板自由面积比、电池间距、风速和电池距离底部间距对电池组最高温度和温差的影响。电池以1 C放电时得出结论：添加过滤板提升了电池组温度场一致性，过滤板自由面积比为0.1, 0.9, 0.9时电池组温差最小。最终通过正交实验得到最佳组合为风速6 m/s、电池间距4 mm、电池距离底部间距4 mm，比优化前最高温度下降了22.5%，温差下降了74.8%。

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11. Zn/N共掺杂碳全包覆切割废硅料用于锂离子电池负极材料

周琪琪公旭中王志刘俊昊

过程工程学报 2021, 21 (6): 713-723. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.220143

摘要（218）

PDF （2855KB）（93）

为使光伏切割废硅料再生用于锂离子电池负极材料，设计了一种一步法实现Zn/N共掺杂碳全包覆切割废硅料的复合结构电极材料。利用PDDA络合剂“桥连”作用，解决了酚醛树脂无法在尺寸较大、形貌不规则的切割废硅料表面成核生长的问题。设计的复合结构缓解了硅在充放电循环过程中巨大的体积膨胀，同时提高了材料的导电性。获得的wSi@NC/Zn-2电极在0.2 A/g的电流密度下循环300圈后具有1392 mAh/g的容量保持，在0.5 A/g大电流密度下循环300圈仍有1082 mAh/g的可逆容量，还具有优异的倍率性能。

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12. 电芬顿体系中铁铈双金属催化剂降解邻苯二甲酸二丁酯研究

郑应俊, 孟海玲, 刘再亮, 周晗, 朱俊杰

过程工程学报 2021, 21 (7): 857-864. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.220135

摘要（142）

HTML （75）

PDF （1211KB）（99）

以MCM-41为载体，采用水热-焙烧法制备了Al修饰双金属催化剂Fe-Ce/Al-MCM-41并进行了XRD、BET和FT-IR表征；以水体中的邻苯二甲酸二丁酯(DBP)为处理对象，在铂丝-碳毡电芬顿体系中研究了催化氧化降解DBP的效果和影响因素，探讨了降解机理。结果表明，铁、铈双金属催化剂在电芬顿体系降解邻苯二甲酸二丁酯中具有良好的催化活性，铝离子的加入能够提高催化剂的催化性能；最佳实验条件为pH=3、催化剂投加量0.5 g/L、电流强度I=0.15 A、通氧流量0.2 L/min、反应120 min、初始浓度10 mg/L，此时DBP去除率为97.1%，在酸性或中性条件下去除率稳定在92.1%以上，碱性条件下DBP去除率降低，电流强度和通氧量达到饱和后对DBP降解率影响很小，并且催化剂投加过量会导致催化效果降低。此电芬顿体系中·OH的氧化反应是降解DBP的主要途径。

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