过程工程学报

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1. 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（1389）

HTML （75）

PDF （3494KB）（1399）

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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2. 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（1561）

HTML （72）

PDF （12772KB）（922）

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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3. MOF基混合基质气体分离膜界面作用调控研究进展

巩莉丽白菊王璨赖卫单玲珑罗双江刘植昌

过程工程学报 2023, 23 (4): 489-500. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223054

摘要（678）

HTML （31）

PDF （7406KB）（619）

混合基质膜结合了无机填充材料和聚合物组分的双重优势，被认为是一种可同时增加渗透性和选择性的新型方法，有望解决传统聚合物膜的Trade-off效应。混合基质膜的气体分离性能主要依赖无机填充材料的分子筛分性质和高分子本身的化学结构，因此适当选择无机填充材料对于制备高性能的混合基质膜十分重要。金属有机骨架(MOF)作为一种新型多孔填料，具有比表面积大、密度小、孔隙率高和孔尺寸可调等优点，因此在气体吸附分离和气体储存等领域应用广泛，为新型混合基质膜带来良好的发展机遇。但混合基质膜的分离性能并不是简单地两相性能相加，在大多数情况下分离性能远低于材料模拟的预测理论值，造成这种非理想性的关键因素之一是MOF晶体和聚合物之间的界面缺陷，这可能导致界面非选择性空隙的形成、聚合物硬化和孔隙堵塞等界面问题，降低膜的分离性能。因此，实现MOF-聚合物基质间的界面作用调控以改善界面相容性是充分发挥MOF基混合基质膜气体分离潜力的关键。本工作综述了MOF基混合基质膜近五年关于不同类型界面作用调控的方法及策略，及其对气体分离性能的影响。最后，总结构建的界面作用对于混合基质膜性能的正面影响并提出当中存在的问题，为混合基质膜未来的发展提供指导，并激励研究人员采取更多的策略来解决目前的挑战。

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4. 生物合成尼龙新材料核心单体二元胺研究进展

蔺琨李壮王坤毕莹纪秀玲张志刚黄玉红

过程工程学报 2023, 23 (7): 958-971. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223147

摘要（761）

HTML （25）

PDF （1140KB）（598）

二元胺是聚酰胺、聚氨酯和聚脲等高分子材料合成的核心单体，生产需求巨大。在碳中和大背景下，合成生物基二元胺是实现低碳生产和可持续发展的有效途径，借助合成生物学、代谢工程、蛋白质工程等策略能够设计和开发高效的二元胺生物合成关键酶和途径。本工作简述了1,4-丁二胺、1,5-戊二胺、1,6-己二胺的天然或人工合成路径，围绕微生物从头合成发酵和全细胞催化两种合成策略综述了二元胺的合成进展，丁二胺的生物合成主要包括鸟氨酸脱羧与赖氨酸脱羧路径，目前主要以发酵法生产丁二胺，但丁二胺的产率较低，不能达到工业生产的需求；戊二胺的生物合成路径为赖氨酸脱羧，主要采用发酵法和全细胞催化法，其中全细胞催化合成戊二胺更为高效，技术趋于成熟，已被广泛应用于规模化生产；己二胺目前主要是通过构建人工途径进行生物合成。另外，针对二元胺生物合成过程遇到的副产物多、菌株活性差、产率低、分离纯化困难等问题与挑战，提出了结合代谢工程和蛋白质工程优化关键酶催化、探索二元胺积累造成细胞损伤的影响机制、增强酶催化专一性和活性以提高生产强度、优化发酵体系、简化后续分离纯化步骤等提高生物合成二元胺的方法，同时指明了未来生物基二元胺工作的重要方向并展望了生物基二元胺的发展前景。

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5. 钠离子电池层状氧化物正极材料改性研究进展

李苗苗邱祥云尹延鑫张涛戴作强

过程工程学报 2023, 23 (6): 799-813. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.222296

摘要（776）

HTML （110）

PDF （47402KB）（553）

由于储量丰富、价格低廉及安全环保等突出优点，钠离子电池(SIBs)被认为是大规模储能应用的主要候选技术之一，而正极材料的开发也决定了钠离子电池的商业化进程和最终性能。钠离子电池层状氧化物正极材料，具有比容量高、构造简单、稳定性好等优势，是最富有前景的钠电正极材料之一。但此类材料目前仍面临电化学过程的不可逆变化、空气中储存不稳定和界面稳定性较差等问题，严重制约着钠离子电池商品化进程的发展。为了解决材料所存在的这些问题，研究人员对其进行改性优化。据此，本工作综述了钠电正极材料层状氧化物离子掺杂、表面包覆、纳米结构设计、P/O混合相等改性措施所取得的成效，为钠电正极材料层状氧化物改性研究提供了基础，并对层状氧化物的后续发展趋势进行了展望。

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6. 铁基硅酸盐凝胶固化含砷化合物及固废的研究

杜勃雨刘超祝星

过程工程学报 2023, 23 (12): 1714-1724. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223085

摘要（227）

HTML （6）

PDF （2442KB）（491）

有色重金属矿冶过程中，大量含砷化合物及固废暴露在环境中，给周围水土带来巨大环境危机。由于具有良好的砷酸盐亲和力，铁离子及其化合物是常用的化学固砷药剂的主要成分。无论在砷污染物固化还是砷污染场地修复，硅酸盐及水化过程是重要的砷物理阻隔手段。基于此，本工作合成了一种铁基硅酸盐凝胶，评价了其用于典型砷化合物[Na3AsO4, Ca3(AsO4)2, AlAsO4和FeAsO4·2H2O]及有色冶金炼砷污泥的固化/稳定性能，探究了固砷机制。结果表明，Si/Fe摩尔比为1:4的铁基硅酸盐凝胶能有效固化Na3AsO4和FeAsO4·2H2O。但固化Ca3(AsO4)2和AlAsO4过程中，由于砷酸盐和硅酸盐之间的竞争反应，砷的毒性浸出比未固化时高。引入CaO可以抑制竞争反应，提高Ca3(AsO4)2和AlAsO4的固砷率，达到98%以上的固砷率。Fe和Ca共沉淀以及物理封装的协同效应是固化/稳定含砷化合物及固废的原因。以含砷化合物为核心，铁基硅酸盐凝胶/C-S-H凝胶为外壳的核-壳结构，在与周围环境接触时，能有效固化含砷化合物及固废，降低浸出毒性。长期稳定性测试表明，在pH值为8时，铁基硅酸盐凝胶固化的含砷化合物及固废在30天内保持较好的稳定性。从酸性到碱性条件下，固化体的砷毒性浸出浓度均低于5 mg/L。本工作所提出的CaO辅助铁基硅酸盐凝胶在含砷固废和砷污染土地的固定化方面表现出巨大的潜力，为含砷污染物固化提供了一种新途径。

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7. 红土镍矿硫酸浸出液中和除铁过程Ni²⁺和Mg²⁺损失机理及强化分离研究

蒋昊滕鑫罗骏莽昌烨李新冉孙文豪

过程工程学报 2023, 23 (11): 1558-1567. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223055

摘要（327）

HTML （9）

PDF （8323KB）（451）

中和沉淀工艺常用于去除红土镍矿酸浸液中的铁、铝、铬等杂质，这一过程中常伴随镍、镁等金属离子的损失。本工作研究了红土镍矿硫酸浸出液中和除铁过程中Ni2+和Mg2+的损失，提出了有价金属离子的损失机制。研究表明，固定模拟浸出液Ni2+和Mg2+浓度条件，随模拟浸出液中Fe3+浓度增大，中和沉淀过程中Ni2+和Mg2+的损失率分别在9.13%~23.23%和9.79%~15.68%左右；固定模拟浸出液Fe3+浓度条件，随着模拟浸出液中Ni2+和Mg2+浓度的提高，二者的损失率逐渐降低。根据溶液化学计算与实验证实，中和沉淀过程中SO42-与Fe(OH)3胶体形成一元和二元配合物，其中一元配合物中SO42-的孤对电子与Ni2+或Mg2+成键而发生吸附，从而导致溶液中Ni2+和Mg2+与SO42-被Fe(OH)3胶体共吸附而损失。在中和沉淀过程中分别加入十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、聚乙二醇(PEG)和十二烷基苯磺酸钠(SDBS)等表面活性剂后均能有效限制SO42-与Ni2+或Mg2+的结合，强化Fe3+的选择性沉淀。当三种表面活性剂的浓度均为2×10-5 mol/L时，Ni2+在中和沉铁过程的保留率可达95%左右，Mg2+可达100%。

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8. 面向微纳技术的液桥断裂研究进展

朱朝飞楚亚龙高羡明

过程工程学报 2023, 23 (6): 814-825. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.222287

摘要（409）

HTML （16）

PDF （4290KB）（442）

受尺度效应的影响，液桥的形态特征决定了液桥力的变化，液桥力的变化对液桥的形成与断裂具有重要影响。基于液桥形态学的液桥断裂机理是生物、化学、材料、微纳技术等研究领域的理论基础。目前，液桥断裂研究属于跨学科研究，涉及数学、流体力学、界面化学、材料学等学科，但较少有专注于液桥形态学的液桥断裂研究的综述。本综述总结了轴对称液桥、非轴对称液桥和非牛顿流体液桥的断裂理论模型和实验方法。首先，介绍了平衡或稳定状态下，液桥受迫拉伸、断裂过程中产生的流体弱非线性行为。其次，描述了液体体积、黏度、表面张力、表面润湿性和粗糙度、断裂速度、液桥形态等关键因素对液桥断裂位置或分配率的影响，归纳了研究影响液桥断裂参数时所采用的实验方法，讨论了不同实验装置的结构特征及其优缺点，总结并提出了该研究的创新特性和高价值的研究方向。最后，展望了微纳技术领域的液桥断裂的前沿研究方向，指出建立更全面的液桥断裂模型、研究多参数约束下的液桥断裂机理和控制方法是未来的研究重点。

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9. 锂离子电池热管理技术研究进展

李嘉鑫李鹏钊王苗陈纯闫良玉高月杨生宸陈满满赵财毛景

过程工程学报 2023, 23 (8): 1102-1117. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223094

摘要（1017）

HTML （44）

PDF （13593KB）（428）

高效的电池热管理技术对于锂离子电池的安全运行、长循环使用寿命以及整体成本的降低至关重要，且对推动锂离子电池的大规模应用具有重要意义。本综述详细讨论了几种主流的电池热管理技术，即空气冷却、液体冷却、新型的相变材料冷却和热电冷却技术，并对电池产热模型进行了简要阐述，最后对电池冷却技术的发展方向进行了展望。空气冷却技术结构简单，但难以保证电池组内电芯温度的一致性，不适用于大型锂离子电池组的冷却，更多应用于小型飞行电动设备和低端车型中。冷却板液冷技术的冷却效果较好，但存在冷却液泄漏风险且需要进一步提高均温性。浸没式液冷技术的冷却和均温效果显著，但价格昂贵，未来可能会更多地应用到冷却要求较高的储能电站中，而对于大多数锂离子电动汽车而言，成本更低的冷却板液冷技术是更好的选择。相变材料冷却和热电冷却技术无移动部件，在电子设备和小型动力设备领域实现了初步商业化应用，但冷却效率较低，还需要进一步优化。值得注意的是，根据用户的需求来选择合适的冷却技术是十分关键的，虽然目前没有完美的冷却方案，但可以通过复合使用多种冷却技术的方式来满足更多应用场景的热管理需求。

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10. 基于OpenFOAM模拟精馏塔板的气液流动

周晓庆焦云鹏范天博何险峰陈建华

过程工程学报 2023, 23 (6): 858-869. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.222258

摘要（398）

HTML （13）

PDF （8891KB）（424）

本研究对筛孔型精馏塔板上的空气-水两相流进行了模拟，模拟方法采用基于开源软件平台OpenFOAM的双流体模型框架。模拟体系选用Solari-Bell经典实验体系，研究了不同操作条件下的气液两相流动参数，包括清液层高度、气相速度、液相速度和塔板压降等，模拟结果与实验结果的变化趋势基本一致。基于CFD模拟结果，分析了不同工况下塔内气液两相速度场与气含率分布等流动参数，结果表明本工作可以较好地捕捉塔板上的气液流动特征。进一步地，讨论了应用OpenFOAM模拟精馏塔内气液两相流动的若干影响因素，在此基础上分析了气液错流体系相间曳力对模拟结果的影响，实现了与使用商业软件模拟结果相接近的预测效果，验证了使用OpenFOAM模拟精馏塔体系的可行性。

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11. 多孔生物质碳材料的制备及其在超级电容器中的应用研究进展

张学民贺冠宇尹绍奇黄婷婷李金平郑健

过程工程学报 2024, 24 (2): 127-138. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223036

摘要（504）

HTML （42）

PDF （1013KB）（404）

生物质碳材料是一种绿色环保可再生的能源材料，对其高效利用对实现能源环境的可持续发展和能源绿色低碳转型具有重要意义。生物质碳材料具有多孔性、官能团丰富、比表面积大、电化学性能优异、成本低廉和可再生的特点，广泛应用于能源存储与转化、催化、吸附等诸多领域。然而，生物质碳材料的性质不仅与微观结构密切相关，而且杂原子掺杂对生物质碳材料的结构及电化学性能具有重要影响。实现生物质碳材料结构的精准调控是提高其电化学性能的有效途径。本工作全面综述了生物质碳材料的制备方法及其在超级电容器中的应用研究进展，讨论了多孔生物质碳材料结构与性能之间的关系。在此基础上，深入分析了不同条件、不同制备工艺(如材料的选择、材料的处理和活化方式)等因素对多孔生物质碳材料结构特性的影响机理及其规律；详述了多孔生物质碳材料结构特性对电化学性能的影响机制及其规律，分析了多孔生物质碳材料制备过程及其性能调控尚待完善和改进的地方。最后，指出了未来多孔生物质碳材料制备工艺及其电化学性能研究的主要发展方向。

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12. 电极上气泡分离行为及其强化技术研究进展

林纬王章伟汪威李吉敏郭紫芯向晋邱心缘詹宏阳喻九阳

过程工程学报 2022, 22 (9): 1147-1158. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.221283

摘要（839）

HTML （34）

PDF （3257KB）（400）

电解水作为大规模生产氢气的途径，增强电解水效率对于氢能源的生产具有十分重要的意义。而如何提高电解水工艺的电解效率是一个被广泛关注的问题。在电解过程中，电极两端产生的气体有三种去向：逸出电解槽、溶解于电解质中、附着在电极上。但在电解过程中，附着在电极上的气泡会严重影响电极与电解质之间的接触面积，直接降低了电解效率。降低气泡在电极上的停留时间能够有效增加电解质与电极的接触时间，提高产氢效率。本工作主要综述了近年来促进电解过程中极板上氢氧气泡从电极分离行为的研究，分别从极板属性、电流、溶液浓度和外加物理场这几个方面对气泡成核、生长、聚结和分离行为进行了具体的归纳总结，讨论了各种强化气泡分离方法的特点，并展望了未来的发展方向和路线，为未来的电解气泡脱离技术的研究提供参考。

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13. 微针技术应用研究现状

赵思博鲍怡如谢敏

过程工程学报 2023, 23 (2): 163-172. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.222114

摘要（953）

HTML （179）

PDF （2905KB）（396）

微针是通过微制造加工获得的一种针状体，单个针体尺寸为微米级，多个针体组成微针阵列，能够穿透皮肤角质层直达真皮层，在研发初期主要用于药物递送。与口服给药相比，微针能避开消化系统对药物的代谢作用；与注射针头相比，微针能够有效减小患者疼痛感，提高患者依从性。此外，微针技术因为其便捷的透皮作用方式，在疫苗接种、组织液提取、生物标志物检测、医疗美容等领域的应用也被广泛开发。微针的制作材料有硅、不锈钢及生物降解材料，如透明质酸、聚乳酸等；从给药方式上可分为固体、包被、溶解、空心以及水凝胶等多种微针类型。本综述结合近年来微针技术相关进展，简要概述微针的制造材料及作用形式，重点介绍微针在药物递送、疫苗接种及组织液提取和生物标志物检测等领域的应用，探讨微针的机械强度、生物安全性、无菌化处理及稳定性等对其在市场上推广应用的影响，并对其未来发展进行了展望。

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14. 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（1119）

PDF （1690KB）（390）

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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15. 锂硫电池中多硫化锂捕获研究进展

胡婷婷刘海建陈云逸刘伶俐戴春爱韩永生

过程工程学报 2023, 23 (9): 1231-1243. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.222413

摘要（415）

HTML （26）

PDF （6063KB）（386）

锂硫电池具有超高的理论比容量(1675 mAh/g)和理论比能量(2600 Wh/kg)，并且单质硫在地球中的储量丰富、价格低廉、提取过程对环境友好，因此，锂硫电池被认为是未来储能系统的理想储能单元。然而，锂硫电池在充放电过程产生的多硫化锂中间体易溶于电解液，导致电解液的黏度增加，离子导电性降低。此外，溶解的多硫化锂通过在正负极之间迁移，与锂负极发生反应，产生严重的穿梭效应，造成活性物质硫的不可逆损失，极大地降低了电池的寿命和安全性，也阻碍了锂硫电池的商业化进程。近年来人们通过物理吸附、化学作用及外场约束等策略来攻关这一难题，并取得较好的结果。本文总结了物理、化学、外场三种捕获多硫化锂方法的研究进展，讨论了每种方法捕获多硫化锂的特点及其对锂硫电池电化学性能的影响，并对其未来发展进行了展望。

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16. 过程工程所流化床直接还原技术研究进展

范川林杜占潘锋邹正李军李洪钟朱庆山

过程工程学报 2022, 22 (10): 1325-1332. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.222325

摘要（624）

HTML （36）

PDF （4964KB）（368）

“双碳”背景下，钢铁工业亟待低碳重塑，氢气直接还原(常称为“氢冶金”)是国内外竞相研发的重要方向。流态化直接还原是过程工程所六十多年来一直坚持的研究方向。值此叶渚沛先生诞辰120周年之际，本综述回顾并概述了过程工程所在流态化直接还原基础理论和工业应用两方面所取得的一系列重要成果。基础理论方面包括颗粒间黏着力与分离力相互竞争黏结机制、聚团流化和慢速失流的发现、不同铁形貌析出机理和黏结特性，以及降低颗粒间黏结力(颗粒包覆改性、调控铁析出形貌)和增大颗粒间分离力(增强颗粒运动、增大颗粒尺寸、施加外场力)等一系列抑制黏结失流方法；工业应用方面包括100公斤/天流化床氢气直接还原、1吨/天钒钛磁铁矿流化床直接还原和千吨级钒钛磁铁矿直接还原-电炉熔分等中间试验，目前正在与鞍钢集团等单位合作开展全球首套1万吨直接还原铁/年流化床绿氢直接还原工程示范。谨以此文缅怀叶渚沛先生、郭慕孙先生等老一辈科学家，以期推动流化床直接还原基础理论和技术研发的进步，为钢铁工业低碳重塑贡献智慧和力量。

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17. 固定床催化剂成型工艺研究进展

刘闪闪丁其达郭涛王耀锋徐宝华

过程工程学报 2023, 23 (4): 501-511. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.222088

摘要（629）

HTML （24）

PDF （1464KB）（366）

催化技术的进步源自社会需求(如环境、能源、化学品、燃料等)，其最终目标是在放大规模上提高工艺效率。成型催化剂通常是由活性相、载体和多种适于商业应用的成型添加剂构成的多组分毫米级物体。与粉末催化剂不同，成型催化剂除了具备粉末催化剂的催化活性外，还必须考虑黏合剂、润滑剂、酸以及致孔剂的使用应满足工况条件下的机械强度和化学稳定性的需要，以确保其在工业反应器中可以平稳运行同时具有长寿命。此外，成型催化剂的形状与尺寸通过影响反应器内部物料的流动状态，进而影响催化反应效果。因此，成型过程是复杂且充满挑战的。本工作介绍了固定床用催化剂成型工艺方面的研究进展，主要阐述了添加剂的种类、添加量、添加顺序、煅烧条件、浆料配比及成型催化剂的形状等因素对其力学性能以及催化性能的影响规律。此外，还介绍了Weibull分布在催化剂强度值可靠性判断及预测方面的应用，以及计算流体力学模拟在辅助催化剂形貌设计方面的进展，指出Weibull分布和计算流体力学在未来催化剂成型应用的潜力。

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18. 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（599）

PDF （6683KB）（346）

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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19. “双碳”背景下新能源固态电池材料理论设计与电池技术开发进展

徐红杰汪光辉苏钰杰张志高李海通杨中正王雨晨胡林悦曹国钦

过程工程学报 2023, 23 (7): 943-957. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223113

摘要（477）

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PDF （4779KB）（342）

由于可充电锂金属电池(LMBs)具有较高理论能量密度，在便携式电子设备、电动汽车和智能电网等方面有重要应用。以固态电解质和锂金属负极组装的固态电池(ASSBs)具有高安全性，被认为是可提高电池能量密度和有效解决安全问题的一种有前景的电池技术。然而，LMBs在实际实施过程中仍面临许多挑战，如库仑效率低、循环性能差和界面反应复杂等。深入分析ASSBs的物理基础和化学科学问题对电池开发具有重要意义。为了证实和补充实验研究机理，理论计算为探索电池材料及其界面的热力学和动力学行为提供了一种强有力的支撑，为设计综合性能更好的电池奠定了理论基础。本工作论述了理论计算方法在电池关键材料计算中的应用和研究意义；综述了硫化物固态电解质中Li10GeP2S12 (LGPS)及银硫锗矿体系的理论和结构设计思路，包括锂离子的输运机理和扩散路径。分析了新型反钙钛矿Li3OCl和双反钙钛矿Li6OSI2电解质体系的理论设计思路。综述了氧化物固态电解质体系在缺陷调控下锂离子的输运机理。此外，本工作针对新型卤化物电解质体系的理论设计也进行了介绍。介绍了计算材料学在电池材料性能研究中的作用：借助理论手段分析离子传输机制、相稳定性、电压平台、化学和电化学稳定性、界面缓冲层和电极/电解质界面等关键问题；理解原子尺度下的充放电机制，并为电极材料和电解质提供合理的设计策略。总结了固态电解质和ASSBs电极与电解质间界面的理论计算的最新进展。最后，对ASSBs理论计算的不足、挑战和机遇进行了展望。

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20. 凹壁面切向射流近壁面单颗粒尾流特性的大涡模拟

张静侯文浩周承昊田志国龚斌

过程工程学报 2023, 23 (11): 1497-1505. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223019

摘要（259）

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PDF （6139KB）（331）

采用大涡模拟研究了凹壁面切向射流作用下近壁面圆球型颗粒对流体流动特性的影响，模拟获得的尾涡结果与实验示踪剂图像吻合较好。研究了颗粒尾流的涡旋结构及其演变过程，考察了雷诺数Re=700~10 000时颗粒周围速度、涡量及流线变化。结果表明，随着雷诺数增加，颗粒的影响区域涡量增强，涡量的峰值始终出现在颗粒迎流面，颗粒后侧的回流区显著收缩。Re≥2000时在射流展向颗粒后侧存在两个尾涡，流体的切向速率和涡量均发生周期性波动。对颗粒的升力和阻力进行了监控，Re=2000时旋涡脱落频率对应的斯特劳哈尔数St=0.000 854，升力功率谱中峰值对应的St=0.001 52；Re=10 000时阻力功率谱没有发现峰值，升力功率谱中峰值对应的St=0.008 74。

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21. CO₂微气泡强化纳米碳酸钙的制备及传递-反应分析

王立恒管小平杨宁牟祖泽

过程工程学报 2023, 23 (9): 1313-1324. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.222450

摘要（500）

HTML （7）

PDF （2491KB）（330）

控制碳酸钙的粒径大小和粒径分布是碳化法制备高质量纳米碳酸钙的关键。采用间歇鼓泡碳化法制备纳米碳酸钙，考察了操作参数(气体流量、初始浆料浓度)、气泡类型(普通气泡、微气泡)对碳酸化反应速率和沉淀碳酸钙的粒径大小及分布的影响规律，同时深入分析了反应过程中稳定区和突变区随气泡类型的变化规律。结果表明，在使用普通气泡时，增加二氧化碳气体流量有利于二氧化碳的吸收和碳酸钙粒径的减小；在小塔中使用普通气泡，随着初始浆料浓度增加，在低浓度下，减小碳酸钙粒径，当浓度升高到一定程度后，对反应时长和物质混合的影响会促进晶体增长，使碳酸钙粒径增加。采用微气泡后会显著减小沉淀碳酸钙的粒径，同时，二氧化碳气体流量不再影响碳酸钙的粒径分布，表明气液传质过程不再是控制步骤。

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22. 弗氏盐法废水除氯产物资源化及二次利用进展

顾云储鹏葛冬冬黄寿强蒋敏吕红映张文欣吕杨杨吕扬张雅珩

过程工程学报 2024, 24 (2): 151-161. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223122

摘要（513）

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PDF （1474KB）（321）

废水中高浓度氯离子不仅会腐蚀工业设备，还易污染水环境。目前，已报道了一系列去除废水中氯离子的技术，如膜分离或浓缩、蒸发结晶、化学沉淀、吸附、离子交换、电解、氧化和溶剂萃取等。化学沉淀法在设备投资和可操作性等方面具有较大的优势，其中，相对于基于银、铜或铋等除氯方法，弗氏盐沉淀除氯法因所用原料来源广、价格低而得到广泛研究。但弗氏盐沉淀除氯后会产生大量的化学污泥，这些污泥主要含有弗雷德盐(3CaO?Al2O3?CaCl2?10H2O)、加藤石[Ca3Al2(OH)12]和氢氧化钙等，成分复杂，循环再生难。为使弗氏盐沉淀除氯法能够推广应用，对其除氯产物，特别是其中的弗雷德盐进行资源化再利用至关重要。本工作在介绍弗雷德盐成分结构特性的基础上，通过比较弗雷德盐不同制备方法，突出弗氏盐沉淀法(如超高石灰铝法和钙铝石法)既能去除氯离子又能得到弗雷德盐的优势。根据弗雷德盐含铝和钙成分和层状双金属氢氧化物结构特性，可进行有效的资源化利用，包括去除各类重金属阳离子(如Cu2+, Cd2+, Co2+, Zn2+, Pb2+)和含氧阴离子[如Sb(OH)6-, AsO43-, SeO42-, CrO42-)，并制备聚合氯化铝混凝剂、作为污泥脱水调理剂等，这些用途都具有广阔的应用前景，为弗氏盐沉淀除氯法的进一步发展提供借鉴和探索方向。

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23. 钠离子电池负极材料的储钠机制及性能研究进展

韩诚武少杰吴朝阳李明阳龙红明高翔鹏

过程工程学报 2023, 23 (2): 173-187. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.222083

摘要（809）

HTML （20）

PDF （1833KB）（314）

绿色能源的应用，促使着电化学储能与转换技术的飞速发展。锂离子电池作为储能领域最成功的二次离子电池之一，已被应用于各种电子产品中，但是由于锂资源短缺造成锂离子电池的成本增加，限制了其在大规模储能设备领域的应用。因此，寻找价格低廉、性能优异的二次离子电池是当下的研究热门之一。钠离子电池不仅拥有和锂离子电池相似的工作原理，而且还具有成本低、资源丰度大和可逆容量高的特点，有望成功地代替锂离子电池而应用于商业化生产。本工作主要综述了钠离子电池负极材料的性能研究进展，首先根据钠离子在负极材料存储方式不同，分析归纳了负极材料的插层反应、合金化反应和转换反应三种储钠机制，然后介绍了负极材料的结构修改、元素掺杂和材料复合三种改性方式，随后重点介绍了碳基材料、钛基材料、合金类材料、转换类材料和有机材料等几种关键的钠离子电池负极材料的电化学性能和所面临的问题，最后，以实际生产和工业应用为基础，展望了钠离子电池负极材料的研究方向。

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24. 电石渣湿法脱硫过程亚硫酸钙强制氧化及杂质影响规律

郑跃武孟子衡练领先韩吉亮赵立文王兴国邢岗朱干宇李会泉

过程工程学报 2023, 23 (12): 1725-1738. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223048

摘要（346）

HTML （5）

PDF （9117KB）（296）

电石渣主要成分为氢氧化钙，可以代替石灰石进行湿法烟气脱硫，但是电石渣的碱性较强，脱硫产物亚硫酸钙颗粒细小，可能会影响其氧化结晶过程。系统考察了不同工艺条件对亚硫酸钙氧化及硫酸钙结晶过程中粒径、氧化速度、含水率及微观形貌的影响规律，并得到优化的工艺条件：亚硫酸钙浓度为5 g/L，曝气量为400 mL/min，初始pH为5.5，反应温度为40℃，反应时间为4 h；在最优条件下得到了粒度大、含水率低、纯度高和形貌均匀的脱硫石膏(主要为二水硫酸钙)产品，有利于其后续的资源化利用。电石渣在酸性条件下各元素浸出的先后顺序为Na>Ca>Mg>Si>Fe>Al；在上述最佳反应条件下考察了Na, Mg, Si, Fe, Al等杂质对亚硫酸钙的氧化过程及硫酸钙结晶的影响，结果表明，Mg, Si, Fe对亚硫酸钙氧化速率有明显促进作用，而Al, Na抑制亚硫酸钙氧化；同时添加杂质Si对硫酸钙结晶几乎无影响，添加杂质Mg, Fe, Na对硫酸钙结晶影响较小，而添加杂质Al对硫酸钙结晶有明显不利影响。本研究以电石渣基亚硫酸钙为原料，开展了亚硫酸钙氧化与二水硫酸钙结晶研究，为工业实际电石渣脱硫的强制氧化过程提供理论指导。

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25. 磁性活性炭制备及其在水处理中的研究进展

汪前雨张玉明崔彦斌

过程工程学报 2024, 24 (3): 259-272. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223228

摘要（376）

HTML （21）

PDF （2257KB）（268）

活性炭具有比表面积高、孔隙结构发达、表面官能团丰富、化学性质稳定等优点，是水处理中常用的吸附剂。吸附饱和的活性炭需从水中分离并进行再生处理以供重复利用。但传统分离方法耗时长、收率低、成本高，难以高效地将吸附饱和的活性炭从水中分离，在一定程度上限制了活性炭在水处理中的应用。通过对活性炭进行赋磁处理可制备得到吸附容量高、易于分离回收的磁性活性炭。同时，磁性活性炭具有良好的催化活性，可用于在高级氧化反应中高效降解水中有机污染物。因此，磁性活性炭在水处理领域具有广阔的应用前景。本工作主要介绍了磁性活性炭制备方法、微观结构和物化性质，综述了磁性活性炭在污水治理方面的研究进展，总结了磁性活性炭的吸附特性和再生方法，并对磁性活性炭在水处理中的发展趋势进行了展望。

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26. 封面和目录

过程工程学报 2023, 23 (9): 0-.

摘要（121）

PDF （4613KB）（268）

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27. 基于相似原理的超细粉体搅拌功率的实验和DEM数值模拟

陈荟刘雪东刘文明郑蔚文张红红吕开新

过程工程学报 2023, 23 (11): 1506-1517. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.222421

摘要（280）

HTML （5）

PDF （2454KB）（264）

采用实验研究和数值模拟相结合的方法，研究机械式粉体搅拌机内超细粉体搅拌过程的搅拌功率、扭矩的变化规律。对平均粒径为10.56 μm的轻质碳酸钙粉体进行搅拌实验，研究了机械式粉体搅拌机内的操作参数，包括搅拌转速、桨叶位置、料面高度的变化对超细粉体搅拌功率和扭矩的影响，拟合得出了功率计算的表达式。利用相似原理放大粉体细颗粒，对放大的粗颗粒进行虚拟实验，获得接触参数；对粗颗粒搅拌过程进行DEM数值模拟，将模拟搅拌功率和扭矩的结果与实验结果进行比较。结果表明，机械式粉体搅拌机内超细粉体搅拌功率消耗与搅拌桨转速、桨叶位置、料面高度等参数密切相关。同时，扭矩值与功率值与搅拌桨转速、料面高度呈正相关，与桨叶位置呈负相关。模拟的扭矩值和功率值与实验的扭矩值和功率值比值与颗粒放大因子基本吻合，验证了相似原理应用于研究桨叶位置和料面高度对搅拌功率特性的影响的准确性。

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28. 退役动力电池回收利用的现状及碳核算研究进展

赖志颖赖文斌林楚园何灵均林慧肖富玉钱庆荣张继享陈庆华曾令兴

过程工程学报 2024, 24 (2): 139-150. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223195

摘要（449）

HTML （13）

PDF （3821KB）（264）

新能源汽车行业的蓬勃发展促使动力电池报废量大幅上涨，产生数量庞大的固体废物。通过梯次利用和回收再生对退役动力电池进行再利用不仅能够实现有价金属的资源化再利用，还可降低碳排放和生产成本，是推进循环经济发展和资源集约利用的关键环节，对于落实“双碳”战略和推进生态文明建设具有重要意义。目前，研究领域内已发布大量与退役电池相关的文献和资讯，汇总行业关键信息，为业内人员提供参考十分有必要。为此，本综述立足行业现状，讨论了退役动力电池不同回收利用方式对环境和经济的影响，同时，分析回收利用现状并归纳研究进展，提出退役动力电池碳排放核算方法，指出回收的必要性和可行性，为建设无废城市和实现“双碳”目标提供借鉴。希望电池回收行业未来能够在国家的宏观调控下，结合高效绿色的回收技术和相关标准规范实现健康有序发展。

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29. 多囊脂质体研究进展

樊星岳华王晓军

过程工程学报 2023, 23 (10): 1371-1380. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.222431

摘要（467）

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PDF （2032KB）（259）

自1983年以来，作为脂质体家族的一员，多囊脂质体(MVLs)在生物材料和医学领域逐渐引起人们的关注。多囊脂质体由于其蜂窝状的内部结构，克服了传统脂质体在亲水性药物包埋率和稳定性方面的缺点。由于MVLs内水相体积大，药物包埋率高，具有很好的缓释效果。目前文献报道的多囊脂质体的尺寸大多在10 μm以上，主要在镇痛药包埋方面取得了良好的进展。本工作综述了近年来MVLs的制备方法、表征设备、释药机制，归纳了临床研究现状、商品化产品和应用研究进展，同时还提出了MVLs在小尺寸、多样化生物医学应用和放大策略方面的挑战及未来前景。

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30. 气泡羽流气液两相流动特性的研究进展

董鑫刘易诺叶陈张建伟冯颖

过程工程学报 2023, 23 (1): 15-24. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.222021

摘要（470）

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PDF （1035KB）（259）

气泡羽流是一种复杂的气液两相流，广泛应用于废水处理、石油加工、环保等工业领域。气泡羽流的流动特性对气液两相间质量、动量传递及工业应用至关重要。本工作总结了理论与实验研究等方面气泡羽流流动特性的研究进展。详细讨论了气泡羽流气液两相流体水力学特性、羽流运动行为的影响因素。根据气含率、气泡直径等水力学参数的预测模型和经验公式，归纳了不同液相物性和结构参数下羽流模型的适用范围，揭示了流动对传质的作用。总结了分层流体中气泡羽流流型变化规律、羽流去分层效果以及引起流型变化的影响因素。阐释了横向流动环境下羽流的偏移行为呈线性变化，该变化与横向流速及表观气速等因素有关。最后讨论了气泡羽流气液两相流动特性研究手段和理论方法的局限性，展望了气泡羽流运动规律多尺度研究的方向。

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