过程工程学报

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1. 封面和目录

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2. 主编寄语

张锁江

过程工程学报 2021, 21 (1): 1-2. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.221001

摘要（413）

PDF （372KB）（111）

故岁将于今宵尽，新年将于明旦来。站在岁月新旧交替的边缘，回首往昔，思绪飞扬，我们感慨万千,展望未来，山高水长，我们携手并进！过去的2020年，注定是不平凡的一年，有恐慌、有感动、有付出、有收获，尽管历尽艰难，但每个人都在用自己的方式拥抱希望、播撒温暖、坚持信念，值得我们铭记一生。今天，2020年就要画上句号，《过程工程学报》也即将昂首挺胸，生机勃勃地迈入新的一年！

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3. 海藻酸钠基吸附材料去除水中重金属离子的研究进展

郭成高翔鹏李明阳郝军杰龙红明赵卓

过程工程学报 2021, 21 (1): 3-17. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.220059

摘要（1141）

PDF （947KB）（316）

重金属污染是当今工业发展所面临的一个重要环境问题之一，由于吸附法具有原材料来源广泛、价格低廉、可循环利用等特征，被认为是一种绿色环保的重金属离子去除方法。海藻酸钠是一种天然多糖，其表面存在大量对重金属离子吸附能力优良的羟基和羧基，目前已被广大科研人员用于实验室吸附材料的制备及研究。通过表面嫁接、交联等改性手段制备的海藻酸钠基吸附材料对重金属离子吸附容量大、去除彻底，拥有较好的工业应用前景。但由于海藻酸钠分子稳定性低、耐热性较差，目前在工业中尚无大规模应用。本工作综述了海藻酸钠基吸附材料的发展现状，介绍了海藻酸钠的结构特点和理化性质，分析了物理、化学改性的海藻酸钠去除重金属离子的吸附特性和影响因素，总结了这些材料对于重金属离子的吸附机理并指出当前研究在工业应用方面尚存的不足之处。在后续研究中，若能有效结合材料科学与环境科学的优势，制备出结构稳定、吸附性能优良的海藻酸钠基吸附材料，对于提升海藻酸钠及其他天然生物质材料的工业价值有重要意义。

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4. 真空变压吸附制氧径向流吸附器的流动特性模拟

史怡坤李瑞江朱学栋方海灿朱子彬

过程工程学报 2021, 21 (1): 18-26. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.220029

摘要（546）

PDF （1640KB）（203）

真空变压吸附制氧是一个复杂的动态过程，深入了解真空变压吸附制氧过程中吸附器内的流动特性是吸附器设计与完善的基础。基于Fluent中的多孔介质模型，通过用户自定义函数功能，建立了真空变压吸附制氧用径向流吸附器的二维轴对称模型，研究了真空变压吸附首次和第二次循环中径向流吸附器的流动特性，对比分析了吸附剂颗粒直径、流道截面积比和流道多孔板开孔率对吸附器流动特性的影响。结果表明，中心流道和外流道空间体积均会影响吸附器的流场分布和制氧效率，在设计径向流吸附器时需要兼顾内外流道空间体积的影响；减小吸附剂颗粒直径能改善吸附器气体分布状况，提高氧气分离浓度和回收率；增大中心流道与外流道截面积比有利于提升床层气体均布效果；中心流道和外流道多孔板开孔率减小均有利于降低床层径向速度不均匀性，中心流道多孔板开孔率的影响比外流道更大。

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5. 基于空泡系数法的小型CO ₂跨临界热泵热水器最佳充注量计算及实验

王栋刘雅如陈卓寇遵丽钱付平汪祥支

过程工程学报 2021, 21 (1): 27-35. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.220031

摘要（400）

PDF （607KB）（209）

自然工质CO2具有良好的环境和热力学性能，在小型系统中得到了越来越广泛的应用。小型系统的充注量决定系统性能优劣，存在着一个最佳值。基于一套小型CO2水源热泵热水器实验台，选用6种典型的空泡系数模型，运用空泡系数法对其最佳充注量进行计算，通过实验研究不同充注量对系统性能的影响，并利用实验结果对各种模型的计算结果进行验证，判断其计算准确度。结果表明，6种模型计算结果均具有较高的准确度，最大误差为9.80%；本系统中，Hughmark模型对于最佳充注量的计算结果误差为2.59%，且这个误差对于系统制热性能系数EERheat几乎没有影响。

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6. 滑移效应下纤维绕流场及过滤阻力的数值计算与分析

杨会朱辉陈永平付海明

过程工程学报 2021, 21 (1): 36-45. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.220080

摘要（462）

PDF （3501KB）（193）

考虑实际纳米/微米纤维表面的流体滑移效应，采用数值方法求解滑移流动机理下纳米/微米纤维绕流场及过滤阻力，分析讨论了Knudsen数Knf和填充率C对纤维近壁面速度分布及纤维过滤阻力的影响规律。结果表明，对纳米/亚微米纤维过滤情形，纤维表面流体的滑移效应导致纤维绕流场与非滑移条件下情形有显著差异，尤其在高填充率下，纤维表面最大滑移速度与来流风速相当；而对于大尺度微米级纤维，滑移效应对纤维绕流场及过滤阻力影响甚微。此外，已有纤维过滤阻力计算模型不能准确估计出具有强滑移效应的纳米纤维过滤阻力系数，且各纤维过滤阻力系数模型的估计结果存在跨数量级的偏差。根据数值分析结果，给出了一个适用于纳米/微米纤维过滤阻力系数的可靠估计式，适用参数范围为0.01≤C≤0.1，0.013≤Knf≤2。

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7. 离子交换分离L-缬氨酸的传质动力学及动态穿透特征

陈建军张军伟宋乾宁

过程工程学报 2021, 21 (1): 46-56. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.220013

摘要（427）

PDF （876KB）（154）

为了探讨离子交换分离L-缬氨酸的传质动力学及动态穿透特征，讨论了不同类型树脂的分离效能，研究了传质动力学及控制步骤，分析了固定床动态传质行为。结果表明，苯乙烯型强酸阳离子交换树脂有较佳的分离效能，吸附容量是其他树脂的5~8倍、选择性α为1.3~1.8；中性(或弱酸性)时，L-缬氨酸呈两性离子形态，有利于离子交换吸附。苯乙烯型强酸阳离子交换树脂001×7吸附分离L-缬氨酸，符合准二级动力学模型，初期受颗粒内与液膜两扩散共同控制，中后期受多个因素影响。Thomas和Yoon-Nelson模型适合描述L-缬氨酸和L-亮氨酸的动态穿透行为；流速增加，平衡吸附容量qe、体积吸附量N0和操作时间τ递减；料液浓度增加，平衡吸附容量qe和体积吸附量N0增加，但操作时间τ减少；床层高度的影响与料液浓度的影响呈相反趋势，高径比宜在5以下。

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8. 动态扩散渗析法回收盐酸的实验与模型分析

孙帅孙宏骞宋静曲景奎王勇齐涛

过程工程学报 2021, 21 (1): 57-63. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.220052

摘要（506）

PDF （757KB）（182）

近些年来，工业废酸的处理和回收逐渐成为困扰研究者的难题，膜分离技术以诸多优势成为研究重点。扩散渗析作为一种低能环保的膜分离技术，在废酸回收领域运用广泛，酸回收率一直是扩散渗析过程的重要指标。本工作以0.55 mol/L盐酸为原料进行动态扩散渗析实验，考察进料酸浓度、进料流量(620 mL/min)、水酸流量比(0.61.4)等操作参数对酸回收率的影响。通过无因次方法，针对特定的DF-120膜建立盐酸浓度和膜内渗透系数的经验公式，简化传质模拟，最终得到可以预测扩散渗析过程盐酸回收率的参数模型。对实验数据点进行分析，验证了数学模型的准确性。该模型也被用于更详细的实验操作条件下的预测，为实际工业生产提供了参考方法和理论依据。

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9. 磷酸二氢铵-磷酸氢二铵-聚磷酸铵-水四元体系相平衡的实验与计算

吕孝福许德华张志业王辛龙杨林

过程工程学报 2021, 21 (1): 64-70. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.220042

摘要（617）

PDF （497KB）（193）

利用Schreinemaker湿渣法，通过离子色谱和质量守恒方程联立得到各组分在饱和液相和湿渣相中的分布，从而得到25℃下磷酸二氢铵磷酸氢二铵聚磷酸铵水四元空间相图，解释了聚磷酸铵水溶液结晶、沉淀的问题，对聚磷酸铵作为高效水溶肥料使用、储存具有指导意义。同时为快速获得聚磷酸铵其他体系相图，引入电解质溶液局部组成模型回归了实验体系的溶剂(盐)盐相互作用能量参数，通过回归参数计算所得的相图与实验相图吻合较好，可用于其他聚磷酸铵体系相图的预测。

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10. 煤基甲醇芳构化分离过程多目标优化

郭艳东苏航陈嵩嵩霍锋张军平

过程工程学报 2021, 21 (1): 71-82. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.220078

摘要（429）

PDF （786KB）（146）

国内煤化工产品普遍存在产能过剩和同质化严重的问题，开发以煤基甲醇合成二甲苯的新技术具有重大意义。针对煤基甲醇合成二甲苯技术中面临分离过程能耗高的难题，本工作基于甲醇芳构化技术，利用Aspen Plus与Matlab的交互链接，对非芳烃、苯、甲苯、二甲苯、三甲苯的分离过程开展了多目标优化研究。采用NSGA-II遗传算法，以苯甲苯收率、二甲苯收率、年度总成本和能耗指标作为四个目标函数，分别针对传统双塔精馏序列工艺和分隔壁塔精馏工艺进行了多目标优化，发现回流比对年度总成本的影响最明显。在满足约束条件的前提下，基于最低的年度总成本对两个分离工艺进行了比较。结果表明，分隔壁塔工艺较双塔精馏序列工艺的最低年度总成本低7.7%，换热器花费低16.1%，能耗指标低26.3%。分隔壁塔工艺成本低、能耗低，具有环保、绿色、可持续性的优势。

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11. 基于响应面法对制备高包埋率ROP-PLGA微球的影响因素分析

文康韦祎马光辉

过程工程学报 2021, 21 (1): 83-91. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.220050

摘要（453）

PDF （2092KB）（141）

作为一种新型酰胺类局部麻醉药，罗哌卡因(ROP)被广泛用于术后的疼痛管理中。ROP半衰期短(t1/2=1.8 h)，临床上为满足患者的镇痛需求，常需多次给药，导致患者顺应性差。采用复乳溶剂挥发法结合快速膜乳化技术制备ROP-PLGA微球，最终在外水相PVA浓度1.5%(w/v)、油相与外水相(O/W2)体积比1:7.5、复乳液搅拌速率300 r/min、过膜压力10 kPa条件下得到粒径为7.831 μm，Span值为0.874的均一PLGA微球。基于响应面法设计实验考察了外水相pH、油相PLGA浓度、内水相与油相(W1/O)体积比等因素对微球包埋率及载药量的影响，模型优化的条件：外水相pH为11、油相PLGA浓度为15% (w/v)、内水相与油相(W1/O)体积比1:10。模型预测载药量为17.6 μg/mg，包埋率53.89%，重复性验证实验测得载药量(18.0±0.5) μg/mg，包埋率(55.7±2.69)%，相对误差小于7%，证明模型可靠。体外释放结果显示，3天累计释放率约为50%，5天累计释放率约为70%，表明制备的ROP-PLGA微球具有平稳的缓释作用，微球制剂在局麻药缓释领域具有巨大的潜力。

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12. 一步离子交换层析从Cohn组分V上清液中分离人血清白蛋白

向杰张松平张贵锋罗坚余蓉

过程工程学报 2021, 21 (1): 92-99. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.220073

摘要（597）

PDF （489KB）（184）

传统的血浆低温乙醇沉淀工艺中Cohn组分V上清液由于其乙醇浓度高(体积浓度40%)，进一步回收残余蛋白困难而被作为废弃组分。本研究探索了采用一步层析从Cohn组分V上清中回收人血清白蛋白的方法。首先以牛血清白蛋白(BSA)为模型蛋白，比较了三种不同类型介质在不同乙醇水溶液中的吸附容量。疏水介质在乙醇水溶液中对BSA吸附能力很弱，增加乙醇浓度导致吸附量趋近于零；阳离子交换介质在低乙醇浓度下有较高的吸附量，但随乙醇体积浓度增高下降较大。相比之下阴离子交换介质展示了最好的吸附性能，在乙醇体积浓度40%的乙醇水溶液中吸附容量仍达34.66 mg/mL。进一步实验表明，在乙醇存在下BSA在阴离子交换介质上的吸附可用Langmuir等温吸附方程描述。将阴离子交换介质DEAE Sepharose Fast Flow装填层析柱，用于从Cohn组分V上清液中分离人血清白蛋白，将40%乙醇的Cohn组分V上清液直接进料阴离子交换层析柱，采用两步洗脱策略，第一步改变pH值由7.0到4.5以洗脱目标产物人血清白蛋白，第二步将氯化钠浓度从0增加到1 mol/L以洗脱紧密结合的部分酸性糖蛋白。SDS-PAGE电泳检测人血清白蛋白纯度为96.35%，得率为43 mg/L Cohn组分V上清液。圆二色谱和荧光光谱检测表明经过离子交换回收的白蛋白二级结构和三级结构与对照的医疗制品无明显差异。活性分析表明回收的白蛋白与配体华法令钠的结合常数与对照的医疗制品的结合常数相似。本研究表明，离子交换层析可用于从含乙醇的溶液中分离蛋白质，一步离子交换层析就可从血浆工业废弃液中回收高纯度的人血清白蛋白。

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13. 高离子电导率及CO ₂渗透性聚三唑盐薄膜的制备及性能

付超王秀云万里强韩心悦王琳晓方建维黄发荣

过程工程学报 2021, 21 (1): 100-107. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.220054

摘要（395）

PDF （577KB）（147）

通过叠氮化合物和炔基化合物之间的Huisgen反应，结合烷基化和离子置换反应，制备了具有高离子电导率及高CO2渗透性能的新型交联型聚三唑盐薄膜。首先合成了端炔基聚四氢呋喃(DPPTMEG)，利用其与双酚A二炔丙基醚(BADPE)及联苯二苄叠氮(DAMDB)间的Huisgen反应及后续的烷基化和阴离子置换反应制得新型交联型聚三唑盐薄膜。通过核磁共振磁波谱(NMR)、宽频介电阻抗仪(BDS)、动态热机械分析(DMA)、气体渗透装置、热失重分析(TGA)、拉力机对制得的交联型聚三唑盐薄膜的结构、热性能、力学性能、离子导电性和CO2/N2的渗透性进行研究。结果表明，此交联型聚三唑盐薄膜有着优异的离子导电性能，在30℃的直流电导率最高可达2.94×105 S/cm；同时，CO2渗透系数最高可达到550.4 barrer；不同配比的聚三唑盐薄膜的Td10变化不明显，而玻璃化转变温度Tg随双酚A二炔丙基醚含量的增加逐步上升。

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14. 安徽临涣矿区烟煤与生活污泥共燃的燃烧特性与动力学特征

夏紫薇郑刘根周春财魏祥平董祥林

过程工程学报 2021, 21 (1): 108-115. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.219375

摘要（427）

PDF （623KB）（149）

以安徽淮北临涣工业园燃煤电厂煤样品和生活污水处理厂污泥样品为研究对象，采用热重分析法(TGA)对不同混合质量比条件下的煤与污泥进行了共燃实验，同时通过五种反应动力学模型研究了不同燃烧阶段煤、污泥样品共燃的动力学特征，揭示了煤和污泥的燃烧特性。研究结果表明，煤在529℃出现一个失重峰，污泥分别在140, 293和430℃出现三个失重峰，表明污泥的燃烧过程分为三个失重阶段，而煤只有一个失重阶段。煤的可燃性指数与综合燃烧特性指数为11.36×10–6 mg/(K–2•min), 47.16×10–10 K–3•min–2，与煤相比，污泥的可燃性指数与综合燃烧特性指数较低，分别为10.74×10–6 mg/(K–2•min), 13.04×10–10 K–3•min–2。在煤中添加污泥可以提高反应的燃烧特性，混合质量比以90(煤):10(污泥)为宜。随升温速率升高，煤与污泥的失重减少，燃烧失重速率增加，DTG曲线向高温区移动，产生热滞后现象。在固定碳燃尽阶段，混合燃料的活化能均位于两种原料之间，并且随污泥添加量增加而降低，表明污泥的添加有效提高了煤的反应活性并促进其燃烧过程。

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15. 混空轻烃燃气液相析出成核热力学分析

袁淑霞张哲锋樊玉光张雄

过程工程学报 2021, 21 (1): 116-124. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.220017

摘要（399）

PDF （610KB）（114）

混空轻烃燃气是将液态轻烃原料汽化、与空气按一定比例混合制成的可燃气体，是一种清洁燃料。但以戊烷为主的轻烃原料常温下为液态，汽化混合后的燃气存在露点较高问题。采用成核热力学理论研究局部温度、压力变化引起的相变/成核驱动力，进而研究液滴的成核能，得到混空轻烃燃气液相析出的成核机理、成核能及其与过冷度和过饱和度的关联关系。结果表明，相变/成核所需过冷度和过饱和度随温度、压力的增加而降低；尽管发生完全相变所需过冷度及过饱和度较高，较难达到，但液相析出成核所需过冷度及过饱和度则极易达到，因此防止燃料露点形成的重点是控制从成核到完全相变的发生。

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16. 本期封面和目录

过程工程学报 2021, 21 (10): 0-.

摘要（190）

PDF （1176KB）（211）

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17. 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（1424）

PDF （4507KB）（333）

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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18. 液液旋流分离器的数值模拟研究进展

池燕妮孟祥海张睿刘海燕刘植昌

过程工程学报 2021, 21 (10): 1132-1141. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.220262

摘要（343）

PDF （829KB）（130）

旋流分离器是近年来发展非常迅速的液液分离设备，其主要优点是高效、节能、占地面积少且成本低，工业应用广泛。数值模拟是液液旋流分离器研发与研究的重要手段。本工作系统地介绍了目前液液旋流分离器在数值模拟中的研究进展，详细地分析了数值模拟过程中旋流分离器模型的选择、几何结构和操作参数的改变对分离效率和流场的影响及最终的评价指标，并对几何结构和操作参数改变提出了见解，对液滴破碎和聚并、旋涡的数值模拟及开发新的公式评价分离效率进行了展望。

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19. 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（383）

PDF （2128KB）（189）

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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20. 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（466）

PDF （4364KB）（205）

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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21. 重油燃烧器Y型喷嘴气液两相流动与雾化特性模拟

王志奇陈柳明肖炳英谢宝琦

过程工程学报 2021, 21 (10): 1167-1176. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.220336

摘要（335）

PDF （2034KB）（160）

为改善重油雾化质量，针对沥青站重油燃烧器Y型喷嘴，运用CFD (Computational Fluid Dynamics)方法研究了喷嘴结构参数(混合室长度、入口直径比、入口夹角)与雾化参数(重油流量、空气入口压力、重油温度)对喷嘴气液两相流动与雾化特性的影响。结果表明，结构参数与雾化参数直接影响喷嘴内油膜厚度与气液两相速度差；不同参数下，喷嘴气耗率与液滴索泰尔平均直径的变化规律相反；综合考虑两个雾化性能指标，混合室的适宜长度为15~20 mm，入口夹角的合理范围为60°~75°，入口最佳直径比为1.0~1.1；为保证重油获得较好的雾化效果，空气入口压力应大于0.5 MPa，这为优化Y型雾化喷嘴的结构与运行参数提供了参考。

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22. 入口粉尘浓度对新型旋流-颗粒床耦合分离器特性的影响

付金壮常明范怡平卢春喜

过程工程学报 2021, 21 (10): 1177-1186. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.220339

摘要（293）

PDF （1212KB）（135）

通过大型冷模实验，考察了入口粉尘浓度对某连续操作新型旋流-颗粒床耦合分离器压降和除尘效率的影响特性。结果表明，入口粉尘浓度越大，达到平衡时分离器的压降越大，压降增速越快，入口粉尘浓度为59.13 g/m3时，分离器平衡压降最大为1.2 kPa；入口粉尘浓度越低，分离器分离效率越高。分离器颗粒床层内捕集颗粒含尘量与再生效率有关，再生尘源浓度越小，分离器压降达到平衡越快。当再生尘源浓度由58.18%降至23.67%，装置压降由1.5 kPa降至1.2 kPa；随着再生尘源浓度降低，分离器除尘效率略微下降。入口粉尘浓度和再生尘源浓度对分离器压降影响的结果一致，对分离器效率影响的结果不同。

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23. 废阴极炭碳热还原法贫化艾萨铜熔炼渣

吴国东李磊李孔斋于勇

过程工程学报 2021, 21 (10): 1187-1195. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.220327

摘要（249）

PDF （1967KB）（147）

以电解铝工艺所产生废阴极炭块为还原剂，可实现艾萨铜熔炼渣中铜的有效火法贫化回收。结合热力学分析，研究了废阴极炭加入量、还原温度、保温时间和CaO添加量对艾萨铜渣中铜贫化回收的影响规律。结果表明，废阴极炭添加量2.0%、还原温度1300℃和保温时间60 min条件下，铜贫化回收率可达98.24%。废阴极炭中F可转移并以CaF2形式固定在贫化尾渣中，尾渣中F?和CN?的毒性浸出浓度远低于国家允许排放标准，实现了艾萨铜熔炼渣铜的高效贫化回收和废阴极炭的资源化利用。

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24. 稀释水掺混用薄板式静态混合器结构设计与优化

逯建秋陈家庆刘文津罗权丁国栋王小平

过程工程学报 2021, 21 (10): 1196-1206. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.220322

摘要（338）

PDF （2902KB）（169）

稀释水掺混是油田或炼油厂原油电脱盐系统的关键环节，直接影响电脱盐的效率和运行能耗。为进一步简化设备结构、助力系统降本增效，提出将薄板式静态混合器应用于稀释水掺混环节。在对薄板式静态混合器进行初步结构设计的基础上，对油水混合情况进行计算流体动力学(CFD)三维数值模拟，以离析强度的平方根(IOS0.5)、管路压降(Δp)等作为评价指标，考察了注水管长度、注水管?弯曲薄板间距、弯曲薄板导向位置、弯曲薄板厚度四个结构参数对油水两相混合程度及运行能耗的影响。以混合管路内径D为基准参照，借助响应曲面法(RSM)对关键结构参数进行优化，并对最优结构参数组合下的混合性能进行预测。优化所得最优结构参数组合为注水管长度为1/3D、注水管-弯曲薄板间距为4/25D、弯曲薄板导向位置为1/8π、弯曲薄板厚度为1/25D，结构优化后的IOS0.5相比优化前降低了43.06%。定性分析薄板式混合器内的水相速度云图和流线图可知，当注水比为2%时，油水两相在注水管下游3D处即可达到均匀混合状态，可见薄板式静态混合器能够在小注水比下快速实现油水均匀混合。

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25. Fe-(9~11)Cr-Y ₂O ₃作为ITER结构材料的制备与表征

王珍珍黄依娜吴玉程罗来马

过程工程学报 2021, 21 (10): 1207-1215. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.220271

摘要（312）

PDF （3102KB）（170）

采用传统的机械合金(MA)和放电等离子体烧结(SPS)工艺成功制备了Fe-(9~11)Cr二元合金及纳米氧化物弥散强化(ODS)合金，利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)对MA粉末的形貌和物相进行分析，用能量色散谱(EDS)、显微维氏硬度仪、光学显微镜、透射电子显微镜(TEM)对合金样品进行表征。结果表明，在转速为300 r/min，球料比为10:1的条件下，MA粉末受到磨球与罐子内壁的撞击，晶粒尺寸不断细化，在40 h粉末晶粒尺寸减小至约16.1 nm趋于稳定。SPS烧结后晶粒尺寸无明显增大，各微量元素均匀分布在基体中。二元合金样品的维氏硬度随Cr含量增加而增大。10CrY合金样品经腐蚀液侵蚀后可粗略看到晶界呈均匀分布。ODS合金样品存在大量的纳米析出相，平均颗粒尺寸约30 nm。

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26. 加压碳化体系对纳米碳酸钙粒度和分散性的影响

刘曦曦陈小鹏刘晨民史刘宾廖丹葵刘翠童张法

过程工程学报 2021, 21 (10): 1216-1224. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.220278

摘要（345）

PDF （1720KB）（159）

利用加压碳化体系制备粒径均一、高分散性纳米碳酸钙材料。考察氢氧化钙浓度、表面活性剂添加量、反应温度、CO2压力对制备纳米CaCO3粒子尺寸和分散程度的影响，采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、Zeta电位和傅立叶变换红外光谱(FT-IR)对制备的纳米碳酸钙粒子进行表征。结果表明，最优加压碳化反应条件是Ca(OH)2质量浓度为2%、表面活性剂添加量为3%(占碳酸钙理论产量的百分比)、反应温度为40℃、CO2压力为6 MPa，所得立方形碳酸钙平均粒径为117 nm，晶型为方解石型碳酸钙。碳化反应加入表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)使CaCO3表面形成的正电荷增大至+37.7 mV并高于标准值30 mV，表明制备的CaCO3产品具有良好的分散性且稳定。通过FT-IR和Zeta电位对CTAB改性前后CaCO3纳米粒子进行表征，探讨了CTAB对合成纳米CaCO3分散性的影响机理，为纳米碳酸钙制备提供了一种新的方法。

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27. 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（321）

PDF （1581KB）（157）

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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28. 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（241）

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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29. 本期封面和目录

过程工程学报 2021, 21 (11): 0-.

摘要（249）

PDF （1389KB）（157）

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30. 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（543）

PDF （972KB）（177）

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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31. 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（451）

PDF （790KB）（226）

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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32. 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（389）

PDF （1447KB）（311）

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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33. 油气工况下提升管出口旋流快分系统性能的数值研究

张智亮陈海军牟沛李安军李文军

过程工程学报 2021, 21 (11): 1277-1286. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.220408

摘要（306）

PDF （2485KB）（112）

为促进旋流快分(SVQS)系统的工业应用、准确评估其性能，参照国家标准设计了一系列不同密度、黏度的油气模型，并采用商用软件FLUENT 2019 R3对一套Φ600 mm×3150 mm的SVQS系统进行了流动模拟和可行性验证。用单因素变量法分别研究了油气性质对系统无量纲切向速度和压降的影响；用标量输运方程分析了油气在系统内的停留时间分布规律。结果表明，无量纲切向速度随油气密度增加或黏度降低而变大；无量纲最大切向速度随油气密度增加或黏度减小而呈对数递增，最大为0.912；密度越大、黏度越小的油气在SVQS系统内的平均停留时间越短，最短可达6.279 s；压降、阻力系数不仅与系统的结构参数相关，也与油气黏度呈对数关系。拟合得到了与油气参数相关的无量纲切向速度、压降和阻力系数函数式，具有较好的普适性，可为SVQS系统的结构优化提供参考。

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34. 波纹板填料表面液体降膜流动的特性分析

廖俊华薛鹏赵梦静刘俊杰金玲

过程工程学报 2021, 21 (11): 1287-1296. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.220422

摘要（309）

PDF （8880KB）（165）

基于降膜流动实验台，结合计算流体力学方法(Computational Fluid Dynamics, CFD)研究了波纹板表面液体的平均液膜厚度和有效润湿面积等定量信息，并通过三维模拟进一步分析了喷淋密度和波纹倾斜角度β对降膜流动特性的影响。结果表明，液体在波纹板表面的流动并非均匀，分为沟流和溪流两种形式；当喷淋密度较小时，液体在波谷内形成沟流，当喷淋密度达到400 m3/(m2?h)，液体跨越相邻波纹进行溪流流动；两种形式波纹板整体的润湿性能均较差，且液膜厚度分布不均；波纹倾斜角度对降膜流动特性影响较大，90°时更有利于提高有效润湿面积。

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35. 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（389）

PDF （1180KB）（154）

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V和Zn进入浸出液，Pb和Fe留在浸出渣中，所得浸出液可使用离子交换或萃取法分离V和Zn。浸出渣中含钒0.41wt%、锌0.61wt%、铁15.50wt%、铅47.70wt%，主要成分为PbSO₄和FeO(OH)，可返回火法炼铅系统。

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36. 氧化锌烟尘碳基还原同步回收铅锡

雷佛光李旻廷魏昶邓志敢李兴彬樊刚

过程工程学报 2021, 21 (11): 1304-1314. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.220399

摘要（262）

PDF （1510KB）（109）

采用碳基还原实现氧化锌烟尘中铅锡与锌的同步分离回收，考察了预处理脱氟氯硫(Na2CO3碱洗、煅烧)和配加添加剂(CaO、膨润土)对碳基还原过程铅锡挥发率的影响。结果表明，当烟尘未经预处理，实验条件为温度1300℃、焦粉用量14.04%和保温时间120min时，铅锡挥发率分别为78.58%和95.97%。同一实验条件下，相比于无预处理，碱洗和煅烧均能使铅锡挥发率降低。烟尘经碱洗后，铅锡挥发率分别降至12.97%、16.99%；煅烧使铅锡挥发率分别降至30.46%、57.83%。CaO用量增加有利于降低铅锡挥发率，当CaO用量为5%时，铅锡挥发率分别降至32.16%、57.7%；膨润土用量增加促进铅挥发率的降低，对锡挥发率无明显影响，当膨润土用量为5%时，铅锡挥发率分别降至37.44%、83.25%。采用该工艺，最终同时获得铅锡合金(Pb＞70%，Sn＞5%)和粗锌(Zn＞63%，Pb＞9%)。

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37. 凹型结构下保温材料EPS典型垂直火蔓延特性对比研究

黄新杰高金达周志杰张笑枫胡俊杰

过程工程学报 2021, 21 (11): 1315-1322. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.220315

摘要（250）

PDF （2621KB）（99）

本工作通过自主搭建小尺寸火蔓延的实验平台，研究了凹型结构中保温材料EPS垂直向上和向下火蔓延特性。对比分析了火焰结构特性、火蔓延速度、质量损失速率、火焰温度等参数的变化规律。结果表明，在垂直向上蔓延过程中，EPS出现短暂的停滞现象。一方面由于烟囱效应易形成一个大的浮力压力差，导致火焰不稳定性；另一方面由于凹型结构易于烟气的聚集，导致燃烧不充分。而在垂直向下蔓延过程中，由于逆向烟囱效应的影响，火蔓延速度明显加速。火蔓延过程中质量损失速率，很大程度上受其火焰高度的影响，呈现上下振荡的特性。未燃区域部分，火焰温度经历两个温度峰值，向上蔓延过程中第一个温度峰值大于第二个；而向下蔓延过程中第一个温度峰值小于第二个。这主要是由于火焰结构形态及烟囱效应的方向特点，导致产生两个不同大小的峰值。本研究结果可为实际凹型结构下火蔓延特性研究提供前期理论和参考价值。

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38. 声波与化学团聚协同作用对转炉微细粉尘团聚的影响

张宇擎尹贻民李海英胡秋冬

过程工程学报 2021, 21 (11): 1323-1329. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.220343

摘要（302）

PDF （978KB）（104）

针对转炉烟气中微细粉尘的难处理问题，采用声波与化学团聚协同处理方法，在蒸发冷却器内对转炉烟气粉尘进行预处理,以提高微细粉尘的除尘效率。采用单因素实验和正交实验方法研究了絮凝剂的种类[丙烯酰胺(PAM)、羧甲基纤维素钠(CMC)和黄原胶(XTG)]、絮凝剂浓度、声波频率、声波驻场时间等不同影响因素下的微细粉尘的团聚效果。单因素实验结果表明：三种絮凝剂的团聚效果由大到小依次为PAM>CMC>XTG，絮凝剂浓度为0.1 g/L时团聚效果最好，声波频率为33 KHz时作用效果较为显著，声波驻场停留时间为15 s时效果最佳；声波与化学团聚协同作用效果好于化学团聚和声波团聚单独作用效果。通过正交实验得出，当浓度为0.1 g/L、声波频率33 KHz、声波驻场停留时间15 s的条件下，团聚效果最显著，峰值粒径由原始的3.311 μm提升至43.59 μm，对应的静电除尘器的除尘效率可达到97%。研究成果可为提高钢铁工业烟气中微细粉尘的去除工艺开发提供可靠的基础数据，为工业烟气中微细粉尘的去除效率提高奠定了基础。

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39. 基于光学测量的异形纤维润湿性差异研究

陈锋扈语忱卢锦杰吴小林姬忠礼

过程工程学报 2021, 21 (11): 1330-1337. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.221226

摘要（279）

PDF （2070KB）（113）

气液聚结过滤在过程工业领域具有广泛应用，纤维材料润湿性是影响聚结元件过滤性能的关键因素。基于光学测量法，本工作开展了单根三角形、三叶形和十字形纤维表面的液体润湿性差异研究，分析了液体接触角及体积的变化过程，考察了液体类型、纤维倾斜角度及异形度对润湿性的影响。结果表明，液体表面张力越小，接触角越小，润湿性越强，但液体的挥发性易导致实际接触角大于理论接触角。三甘醇、癸二酸二辛酯和硅油的接触角基本不随时间发生变化，水和乙醇的接触角随时间逐渐减小且由于乙醇挥发速率较高，导致减小速率更大。液体接触角随异形纤维的倾斜角度呈“V”形分布，即存在极小值点(倾斜角度为30°)，使纤维润湿性达到最佳。当纤维异形度增大时，不同液体间的接触角差异缩小、整体润湿性提高，表明在制备预过滤层或排液层材料时，宜选择异形度较高的纤维。

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40. 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（466）

PDF （986KB）（317）

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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