过程工程学报

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1. 封面和目录

过程工程学报 2022, 22 (1): 0-.

摘要（99）

PDF （2040KB）（50）

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2. 选矿废水中残留黄药光催化处理及降解效率改进方式研究进展

梁锐李明阳高翔鹏于先坤童雄龙红明

过程工程学报 2022, 22 (1): 1-13. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.220436

摘要（209）

PDF （1123KB）（48）

光催化方法降解选矿废水中黄药是一种环境友好型的选矿废水处理工艺，具有操作简单方便、适用范围广、反应条件温和、无二次污染等优点。本工作以黄药为光催化降解对象，综述了近年来相关催化剂的研究进展，主要介绍了光催化剂的研究概况，根据光催化剂材料的差异及其改性方式的不同分类进行说明，其次基于影响光催化降解率的因素总结提出了改善方法，同时对光催化降解黄药的催化剂的设计及工艺开发进行了展望。

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3. 制冷剂充注量对微通道蒸发器换热性能影响的实验研究

鲁进利阴婷婷韩亚芳刘亚进

过程工程学报 2022, 22 (1): 14-21. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.220342

摘要（232）

PDF （1039KB）（45）

以微通道换热器作为柜式空调蒸发器，设计并加工了微通道蒸发器(MCE，扁管和翅片均为铝材)，搭建实验测试系统。研究了三种入口形式(Z-Inlet, Y-Inlet, U-Inlet)、五种制冷剂充注量(800~1600 g)下微通道蒸发器的表面温度分布、制冷量(Q)、输入功率(Pin)和能效比(EER)，并与管翅式换热器(FTE，铜管-铝翅片)进行对比分析。结果表明，Z-Inlet形式MCE内部制冷剂行程基本相同，流量分配较均匀，其表面温度分布比较均匀，换热效果最佳；Z-Inlet形式MCE的制冷量和EER最高，与另外两种形式相比，制冷量和EER最高分别提高了8.8%和5.7%；MCE的制冷量和EER比FTE大，制冷量平均超出了11%，最高达13.3% (约600 W)，EER平均提升了9.36%，最大约为12.4%；此外MCE的EER达到峰值对应的制冷剂充注量与FTE相比减少了200 g。

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4. 高低并列式重油催化裂化汽提器挡板的结构优化

刘彪姚秀颖孟振亮刘梦溪

过程工程学报 2022, 22 (1): 22-31. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.220397

摘要（240）

PDF （2288KB）（15）

催化裂化汽提器的汽提效果对装置产品收率、能耗和长周期平稳高效运行有重要影响。高效的汽提器不仅可以提高轻质油品的收率、改善产品分布，更能降低再生器的烧焦负荷、减少催化剂的水热失活。当前常用的汽提器主要呈现两种结构形式，其一为填料结构汽提器，该汽提器空间利用率和汽提效率很高，但填料容易被焦块堵塞，不易清理，因而不适宜于重油催化裂化装置；另一种汽提器为挡板结构汽提器，该汽提器结构简单、汽提效率高、运行周期长，应用非常广泛。开孔挡板结构汽提器作为挡板结构汽提器中应用最广一种，其挡板区内气固流动特征及流场分布特点目前还研究较少，同时受实验条件和测量方法的限制，工业尺度开孔挡板结构汽提器更是鲜有研究报道。本研究将运用双流体模型结合分段曳力模型对一套工业规模催化裂化装置的锥环形挡板汽提器进行模拟，考察其流场特点和气固流体力学行为。发现模拟所得床层密度与工业实测值能较好吻合。模拟结果表明：挡板区内蒸汽并不严格呈“S”形穿过各块挡板向上流动，相邻环形挡板0.85<r/R<1的区域及相邻锥形挡板0.35<r/R<0.5的区域存在明显的气相短路现象，导致挡板上方催化剂浓度的径向分布很不均匀；同一块挡板上各排小孔蒸汽通量Qi/Ai随小孔高度的降低而减少，这是挡板区出现气体短路的重要原因；采用能使蒸汽合理分配的挡板结构后，挡板区蒸汽短路现象减弱，挡板上方催化剂分布趋于均匀，流化效果及气固接触改善。

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5. 洗涤冷却室气液两相流的模拟及结构优化

刘洋郭中山赵元琪管小平杨宁

过程工程学报 2022, 22 (1): 32-40. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.221040

摘要（215）

PDF （3158KB）（32）

洗涤冷却室是激冷式煤气化炉的重要组成部分，对气化室内生成的高温合成气进行降温及洗涤。目前的洗涤冷却室在工业上依然存在诸多问题，如液位及压力波动较大、装置运行不稳定、洗涤效率不够高等，需要对其结构进行优化改进。采用三维欧拉-欧拉模型对三种不同结构的洗涤冷却室进行了CFD模拟。三种洗涤冷却室的结构分别为无内构件、含有支管内构件及新型耦合支管与导流筒内构件。与文献实验数据的对比表明，模型能较准确地预测洗涤冷却室内的气含率分布。支管的加入分流了部分气量，使部分气体能够从鼓泡区域中心上升，促进了气体的径向扩散，有助于维持装置的稳定运行；而导流筒内构件的加入增大了支管气体分流的比例，提升了洗涤冷却室液面下的全局气含率，增强了气液回流，从而进一步强化洗涤效果。

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6. 平面激波诱导斜界面失稳的大涡模拟

管永康刘仪章利特

过程工程学报 2022, 22 (1): 41-49. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.221057

摘要（198）

PDF （1212KB）（34）

近年来国内外学者从多个角度深入地研究了经典平面激波与相界面之间的相互作用规律，但针对平面激波与气-液斜界面的研究仍不够系统和全面，探究平面激波驱动气-液斜界面失稳过程的演化规律在超声速燃烧和惯性约束聚变等工程应用中具有重要的实际意义。本工作结合VOF模型和大涡数值模拟方法，研究了平面激波诱导气-液两相斜界面变形和湍流混合的现象，分析了入射激波马赫数、入射激波初始倾角和斜界面倾角等因素对界面失稳的影响规律。结果表明，入射激波马赫数大小是界面失稳现象发展的主要影响因素，增大激波马赫数可明显地增强界面变形和湍流混合现象的发展程度。入射激波初始倾角和斜界面倾角对界面失稳发展也有一定影响。随着入射激波和斜界面倾角增大，相同时刻时的湍流混合区宽度相应增加。

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7. 不同油气参数下SVQS系统内颗粒浓度场的模拟

张智亮陈海军陈涛牟沛李安军李文军

过程工程学报 2022, 22 (1): 50-61. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.221092

摘要（205）

PDF （2395KB）（13）

为研究提升管出口旋流快分(SVQS)系统中催化剂颗粒的运动规律与浓度分布特征，对不同油气参数下SVQS系统的气固分离进行了数值流动模拟，从粒径、浓度分布和颗粒返混三个方面进行了分析。结果表明，在入口浓度一定的情况下，油气密度越大或黏度越小，封闭罩壁面处颗粒浓度越大，呈螺旋状分布的细带带宽和螺距不同；在隔流筒盖板处有颗粒大量聚集，并形成具有周期脱落特点的颗粒环带；隔流筒底部出现的“短路流”现象，削弱了SVQS系统的分离性能；不同粒径的颗粒下行时始终处于螺旋分层排列状态，且SVQS系统对直径为0.013 mm以下的细小颗粒的分离性能较弱。油气密度越大或黏度越小，颗粒间的跟随性更佳，浓度分布更均匀，SVQS系统对中、细颗粒的捕捉能力变强。SVQS系统中存在颗粒返混现象，且随油气密度增大或黏度减小而削弱。削弱颗粒返混、抑制颗粒高峰是提高该系统分离性能的重要方式。

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8. Sb在高硅铝硅合金电磁分离过程中的变质行为

杨雄东王均鹏马文会吕国强邢爱民

过程工程学报 2022, 22 (1): 62-71. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.220401

摘要（206）

PDF （10939KB）（14）

研究了高硅铝硅合金(45wt% Si)熔体电磁分离过程中，Sb添加量、下拉速率、温度等对分离效果的影响，对Sb在高硅铝硅合金电磁分离过程中的变质机理进行了分析。结果表明，在1500℃、下拉速率为10 μm/s时，过共晶铝硅合金熔体中加入Sb进行定向凝固后，合金部分硅铝比从11.53%降至11.21%，初晶硅富集区的硅含量从86wt%增至90wt%；当1500℃、下拉速率为40 μm/s时，合金部分硅铝比从12.56%降至12.13%，初晶硅富集区的硅含量从81wt%增至86.5wt%；加入变质剂后合金部分共晶硅相在α-Al基体中分布均匀且连续，形貌有所细化。

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9. ZrO ₂包覆对层状氧化物正极材料储钠性能的改善

孙阳王红车海英廖小珍李林森崔桂嘉杨为民马紫峰

过程工程学报 2022, 22 (1): 72-78. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.220379

摘要（347）

PDF （1434KB）（100）

层状氧化物正极材料具有良好的结构稳定性和较高的充放电比容量，是一类理想的钠离子电池正极材料。本工作研究了层状氧化物正极材料NaNi1/3Fe1/3Mn1/3O2表面修饰对其电化学性能的影响，采用固相球磨法在正极材料表面包覆一层纳米ZrO2，采用形貌、结构、电化学方法等研究了包覆后性能改进机理。研究结果表明，ZrO2在NaNi1/3Fe1/3Mn1/3O2表面形成一层惰性保护层，有效隔开了电解液与正极材料的接触，缓解了电解液的分解速度，抑制了金属离子的溶出速度，从而显著改善了电池的循环性能以及高温性能。在ZrO2包覆修饰后，55℃下正极材料相比于未包覆的正极材料有明显提升，100次循环后容量保持率达到83.6%，高于未包覆的75.2%。此外，包覆后的NaNi1/3Fe1/3Mn1/3O2正极材料在空气环境存储后，稳定性得到明显提高。

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10. 莫来石-刚玉催化剂载体制备及其性能研究

杨建林赵璐马淑花王晓辉王月娇

过程工程学报 2022, 22 (1): 79-88. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.220381

摘要（219）

PDF （1246KB）（20）

以我国特色高铝粉煤灰为原料，采用酸-碱联合法制备莫来石-刚玉催化剂载体，利用比表面积全自动物理吸附仪(BET)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、电感耦合等离子体质谱仪(ICP-OES)等系列表征手段进行了深入分析。结果表明，采用酸-碱联合法制备工艺，即首先在硫酸浓度为1.5 mol/L，反应温度为85℃，液固比为7，反应时间90 min；随后在NaOH浓度为200 g/L、反应温度为95℃、液固比15、反应时间150 min条件下预处理粉煤灰，二氧化硅的脱除率达到58.51%，非晶态二氧化硅脱除率为83.49%。所获得的以莫来石和刚玉为主要成分的催化剂载体具有较高的比表面积和吸水率，分别为39.35 m2/g和70.01%。耐热温度达到1100℃，颗粒大小在20~50 μm之间，呈由短棒相互黏结在一起的多孔球形结构。X射线衍射表征结果显示，载体矿物相只有莫来石和刚玉，表明具有较好的化学稳定性和机械强度。孔分布分析结果表明，催化剂载体具有较宽的孔径分布，孔大小主要集中在约10 nm。

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11. 单宁酸-多巴胺涂覆制备染料分离用纳滤膜

江琴刘子瑜赵濉

过程工程学报 2022, 22 (1): 89-96. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.221041

摘要（368）

PDF （3445KB）（109）

通过单宁酸及聚多巴胺涂覆，制备了单宁酸(TA)-聚偏氟乙烯(PVDF)纳滤膜，同时评价了改性膜对刚果红、伊文思蓝、活性嫩黄等染料的分离性能。结果表明，改性后膜表面粗糙度略微增大，亲水性明显增强。同时，改性膜具有水下超疏油的性质，能够完全抵抗水下油污的污染。2wt% TA-PVDF纳滤膜对多种染料的截留率能达到96.5%以上，且对刚果红、伊文思蓝、活性嫩黄等染料的截留通量都超过65.7 L/(m2?h?bar)。另外，改性膜在染料分离时截留通量基本不变，稳定性较强，在工业染料废水处理方面有一定的应用前景。

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12. 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（433）

PDF （1822KB）（65）

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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13. 二次铝灰硫酸铵焙烧提铝过程氟的迁移规律

雷炳宏刘宏辉张笛董玉明张红玲娄太平徐红彬

过程工程学报 2022, 22 (1): 108-117. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.220402

摘要（270）

PDF （3204KB）（26）

采用硫酸铵焙烧-水浸法回收二次铝灰中的铝是实现其无害化与资源化最重要的途径之一。二次铝灰的无害化与资源化利用要求尾渣氟的浸出毒性满足国标要求(无机氟化物质量浓度低于100 mg/L)。二次铝灰中氟的浸出毒性远高于100 mg/L，故需深入研究二次铝灰硫酸铵焙烧-水浸提铝过程氟的迁移规律。借助复合氟离子电极、XRD、XPS、SEM和XRF研究了二次铝灰硫酸铵焙烧-水浸提铝过程氟的迁移转化行为。结果表明，延长焙烧时间、提高焙烧温度、增大硫酸铵配比可促进二次铝灰中的氟进入焙烧尾气；延长浸出时间、提高浸出温度、增大液固比有利于降低浸出渣中氟的含量和占比。在焙烧温度450℃、焙烧时间2 h、物料配比6:1、浸出温度85℃、浸出时间80 min、液固比6:1条件下，二次铝灰中43.85%的氟以气态形式进入尾气，23.92%的氟进入浸出液中，32.23%的氟以AlF3和AlF3?3H2O形式残留在浸出渣中。焙烧尾气经脱氟、喷淋吸收，可转化为硫酸铵；浸出液脱氟后可制备聚合硫酸铝，用作水处理剂；浸出渣的浸出毒性符合国家标准，可用作建筑材料，从而实现二次铝灰的资源化与无害化处理。

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14. 含盐蒙脱石中甲烷水合物的生成/分解特性及离子分布研究

陈浩徐则林颜克凤李小森陈朝阳李刚徐纯刚

过程工程学报 2022, 22 (1): 118-126. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.221044

摘要（249）

PDF （10051KB）（24）

目前，天然气水合物成藏和开采是新能源开发应用的热点，但海域沉积物中天然气水合物的形成/分解特性，及盐离子对水合物稳定性的影响等关键问题亟待解决。利用天然气水合物原位取样技术对甲烷水合物在含盐多孔介质中生成和分解过程进行原位扫描电镜(Scanning Electron Microscopy, SEM)测试和能谱分析(Energy Dispersive Spectrometry, EDS)，系统研究了含0.5 mol/L NaCl溶液的蒙脱石中甲烷水合物生成、分解过程中形貌的变化及离子分布特征。研究发现水合物生成和分解过程元素分布发生明显改变，水合物生成的排盐效应使得NaCl在水合物颗粒与颗粒交结处以水合盐离子的形成存在，并且Na+和Cl-在蒙脱石表面分层排布。水合物生成后蒙脱石表面呈独立颗粒状，水合物分解后蒙脱石表面凹陷并形成微小的气体通道，并且水合物分解后蒙脱石的骨架堆积结构发生改变。研究得出水合物成核、生长、分解过程均在特定基元颗粒间是独立进行的，并且生长与分解过程与水合物晶胞结构有关。

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15. 基于全过程污染控制策略的钢铁工业园区水网络全局优化

赵月红谢勇冰曹宏斌温浩

过程工程学报 2022, 22 (1): 127-134. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.220373

摘要（252）

PDF （715KB）（41）

作为典型的高耗水工业，节水减排是我国钢铁工业可持续发展亟须解决的关键问题之一。本研究基于全过程污染控制策略，提出了面向钢铁工业园区水网络特点的多尺度优化建模方法，充分考虑了钢铁园区涉水单元-工序水网络-园区水网络等不同尺度水系统的用排水特点及相互作用，有助于进一步发掘园区节水减排新空间。在此基础上建立了园区水网络全局优化模型，利用数学规划方法来探索综合用水成本最低的园区水网络优化方案。一年产能为500万吨钢材的钢铁工业园区水网络优化案例研究表明，采用全过程污染控制策略的钢铁园区水网络全局优化方案，综合用水成本、新水用量及新水成本占比等用水指标与其他采用局部水污染控制技术的方案相比有较大幅度的降低，与园区现用水指标相比，各指标均降低20%以上。案例研究表明所提出的园区水网络优化模型可行有效，优化结果对于钢铁园区水污染控制技术的集成和水网络全局优化方案的精准确定具有重要的参考价值。

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16. 基于极深因子分解机的化工过程故障诊断方法

何亚东袁壮林扬高新江李传坤王春利

过程工程学报 2022, 22 (1): 135-144. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.221071

摘要（201）

PDF （1290KB）（54）

近年来，随着化学工艺、设备的复杂化和大型化程度不断深入，如何为化工企业及时、准确地诊断故障、排除事故，成为一个极具挑战性的问题。目前，以深度学习为代表的化工过程故障检测与诊断技术成为业界解决问题的主要思路之一，但现有深度方法在构建诊断模型时只关注了变量的非线性高阶特征，不能充分、全面地挖掘多源交互信息，难以有效地融合各类异构数据。基于此，提出一种基于极深因子分解机的化工过程故障诊断方法，通过并行融合三类不同网络模型(分解机模型、深度神经网络模型、压缩交互网络模型)，实现对高阶、低阶及线性特征的自动提取和高效整合。为了评估模型性能，从单故障诊断和多故障混合诊断的角度出发，在田纳西-伊斯曼过程(TE)仿真数据集上进行了广泛的对比实验，结果表明，所提方法较以往故障诊断方法在精确率和召回率等指标上具有明显优势。

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17. 封面和目录

过程工程学报 2022, 22 (10): 0-.

摘要（147）

PDF （3771KB）（51）

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18. “人民科学家”叶渚沛 ——纪念叶渚沛先生诞辰120 周年

刘伟许志宏王大光谢裕生

过程工程学报 2022, 22 (10): 1305-1307.

摘要（162）

HTML （13）

PDF （1073KB）（37）

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19. 多尺度离散模拟在钢铁行业技术研发中的应用

徐骥葛蔚王利民李静海

过程工程学报 2022, 22 (10): 1308-1316. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.222276

摘要（265）

HTML （25）

PDF （5336KB）（153）

为实现“双碳”目标，钢铁行业正面临紧迫的转型升级，高精度、高效率的数值模拟在推动其工艺智能化和绿色化方面可以发挥重要作用。本工作讨论了基于问题、模型、软件和硬件逻辑与结构一致的EMMS范式实现高性能多尺度离散模拟的可能。概述了相关软件在钢铁行业设备结构和操作条件优化方面的初步应用，包括铁矿石原料分选、烧结矿竖冷炉结构优化、钢渣滚筒处理优化和炼铁高炉操作优化等，展示了该模拟方法在钢铁行业的应用潜力，并展望了进一步结合在线测量、人工智能、人机虚拟交互和在线控制实现钢铁行业虚拟过程工程的前景。

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20. 碳中和背景下的钢化联产发展趋势

石春艳张国帅李益张锁江

过程工程学报 2022, 22 (10): 1317-1324. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.222361

摘要（356）

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PDF （2057KB）（133）

本工作针对钢铁行业副产的煤气、余热、钢渣及钢化联产现状进行了分析，论述了碳中和背景下钢化联产绿色低碳技术的发展趋势，展望了未来无碳炼钢的新型钢厂从“以化固碳”转变为“以氢代碳”的新模式，并提出了加快钢化联产新技术应用建议和举措，以期建立以钢铁行业为龙头，耦合化工行业的新型工业可持续发展生态链，支撑我国“双碳”目标的实现。

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21. 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（306）

HTML （28）

PDF （4964KB）（181）

“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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22. 有色金属工业低碳技术分析与思考

郑诗礼叶树峰王倩马淑花王志孙峙乔珊仉小猛张懿

过程工程学报 2022, 22 (10): 1333-1348. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.222282

摘要（248）

HTML （13）

PDF （3466KB）（111）

有色金属工业减碳是工业过程减碳的重要抓手。本工作综述了有色金属工业碳排放现状和特点，在此基础上提出了有色金属工业尤其是重点冶炼行业的低碳技术路径。分析表明，铝冶炼行业是有色金属工业二氧化碳减排的核心，预计2025年有色金属工业将实现碳达峰，碳达峰时二氧化碳排放量为7.5亿吨；有色金属工业减碳技术路径主要包括清洁能源替代、发展先进的低碳技术与装备、金属再生利用及碳捕集利用(CCU)等，其中金属再生利用是有色金属工业支撑实现国家“双碳”目标的重要路径。

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23. 化工技术在生物冶金过程强化中的研究进展

沈蔡龙贾炎陈彦臻张广积杨超

过程工程学报 2022, 22 (10): 1349-1359. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.222246

摘要（220）

HTML （10）

PDF （3530KB）（73）

随着高品位矿物的消耗枯竭，生产成本高、环境污染严重的传统火法冶炼技术已不能适应我国经济社会可持续发展的需要。以生物堆浸和生物槽浸为代表的生物冶金技术具有操作简单、成本低廉、环境友好等特点，可用于低品位、复杂矿物的处理，目前已广泛应用于铜、金等有价金属的回收利用。但是，生物冶金过程中相对较慢的反应速度是限制其应用范围进一步扩大的主要原因。生物冶金技术的基本过程与化工过程紧密相关，化工技术的发展在历史上曾极大地促进生物冶金技术的推广应用，通过化工技术强化生物冶金过程仍是未来生物冶金研究的主要方向之一。因此，本工作综述了近年来与生物冶金有关的化工过程研究进展，主要从工业应用角度分析了生物堆浸和生物槽浸过程的影响因素，以期帮助研究者更好地了解相关领域的发展现状，正确把握研究方向。

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24. 中国钢铁行业“超低排放”向“减污降碳”过渡的技术思考

朱廷钰刘霄龙

过程工程学报 2022, 22 (10): 1360-1367. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.222353

摘要（350）

HTML （20）

PDF （2835KB）（157）

钢铁行业是我国国民经济的重要基础产业，但同时也是我国污-碳排放量最大的工业行业。2019年4月，五部委联合印发了《关于推进实施钢铁行业超低排放的意见》，率先引领了工业烟气超低排放，我国钢铁行业大气污染排放量实现了大幅削减。“十四五”以来，在“双碳”背景下，随着减污降碳的提出，现有超低排放技术所带来的碳增量效应问题逐渐凸显，又对钢铁行业带来了新的技术需求。本工作阐述了我国钢铁行业超低排放的技术进展，归纳了钢铁行业减污降碳发展方向，并提出了未来钢铁行业绿色低碳发展建议，为推动中国钢铁行业的高质量绿色发展提供参考。

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25. 电弧炉炼钢应用生物质的研究进展

韩成金朱荣魏光升

过程工程学报 2022, 22 (10): 1368-1378. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.222321

摘要（229）

HTML （4）

PDF （3466KB）（71）

在当前碳达峰与碳中和的背景下，钢铁行业作为CO2排放大户，长期面临着碳减排的巨大压力。因此大力发展具有更低碳排放的电弧炉短流程炼钢将是钢铁行业实现减排的有效措施。但尽管短流程炼钢的碳排放量较长流程炼钢相比大大减少，但其冶炼过程也仍需使用大量的煤炭资源以达到冶炼要求。因此寻找一个合适的碳源替代煤炭用作电弧炉炼钢过程中的渗碳剂和发泡剂对进一步降低电弧炉炼钢碳排放具有重大意义，而生物质资源作为唯一的可再生碳源将会是替代碳源的首选。本综述介绍了国内外各学者多年来对生物质在电弧炉炼钢中的应用的一系列研究，并在此基础上对未来国内电弧炉炼钢应用生物质的研究方向进行了展望。

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26. “双碳”背景下高炉使用高比例球团的展望

王新东金永龙

过程工程学报 2022, 22 (10): 1379-1389. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.222239

摘要（243）

HTML （17）

PDF （935KB）（39）

碳达峰和碳中和是我国承担解决气候问题的大国责任，推动生态文明建设和高质量发展的重要举措。高的碳排放是限制钢铁行业实现“双碳”目标的关键因素。为了达到低碳发展目标，一方面进行突破性的低碳冶金工艺的开发和应用，或拥有足够的优质废钢资源供给；另一方面，充分发挥现有高炉流程成熟、高效、优质、低成本等特点，结合铁矿资源条件，充分利用球团矿优良的冶金性能、生产过程低能耗和低排放等优势，开发高炉使用高比例球团的炉料结构和相关操作制度，实现全系统最佳的能源消耗和碳排放水平，提高现有流程的综合竞争力。高炉使用高比例球团的相关技术研究、开发和应用在国内外都已取得显著进展，我国在部分企业具备一定的资源优势条件，开展了大量前期研究和生产实践，未来的发展将为我国钢铁行业实现低碳目标产生积极效应。

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27. 攀西钒钛磁铁矿资源高效冶金及清洁提取研究进展

白晨光吕学伟邱贵宝张生富

过程工程学报 2022, 22 (10): 1390-1399. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.222302

摘要（272）

HTML （11）

PDF （5487KB）（102）

攀西地区钒钛磁铁矿是我国重要的特色资源，但由于其TiO2含量高，矿物相复杂，属于难冶炼矿石。早在1958年6月叶渚沛先生发表了《攀枝花含钛铁矿的紧急问题》的书面意见，其中“紧急问题”是突破某些国外学者的“用高炉冶炼这种矿石成功的希望甚微”的框框，依靠国内的科研力量攻克攀西地区钒钛磁铁矿高炉冶炼的难题。在全国各相关行业的大力协作攻关下，我国已成功突破了攀西地区钒钛磁铁矿高炉冶炼的难题，并进一步提升了强化冶炼的水平，整体达到世界领先水平。近年来除冶炼水平不断提升外，在资源综合利用水平提升方面也进行了大量具有原创意义的研究工作。重庆大学是国内最早开展钒钛磁铁矿冶炼和综合利用研究的单位之一，多年来始终把钒钛磁铁矿冶金及资源高效利用作为冶金学科首要的研究方向，对高炉冶炼钒钛磁铁矿的独特工艺进行了较系统的理论与工艺研究，形成了鲜明的研究特色。近年来围绕高炉高配比钒钛磁铁矿冶炼技术、含钛高炉渣提钛和大型电炉钛渣冶炼技术以及钒资源高效清洁提取技术等方面与企业紧密合作，在理论和实验研究方法上进行突破，取得了良好的进展。本综述就近年来重庆大学在攀西钒钛磁铁矿高效冶金及清洁提取方面所做的工作，进行简要介绍，以纪念叶渚沛、林衍先等老一辈科学工作者为攀西钒钛磁铁矿开发利用做出的科研贡献，并秉承他们脚踏实地、勇于创新的科学精神，推动“双碳”目标下的攀西地区钒钛磁铁矿绿色智能冶金和资源高效利用的发展。

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28. 连铸凝固过程热模拟实验方法及应用案例

袁华志仲红刚翟启杰

过程工程学报 2022, 22 (10): 1400-1413. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.222310

摘要（295）

HTML （12）

PDF （5409KB）（79）

凝固是制约冶金产品质量的重要环节，但因高温、不透明、大规模和连续化的生产特点，连铸生产条件下的凝固问题研究极为困难。目前的研究方法主要包括数值模拟、物理模拟和热模拟，其中热模拟方法因可以直接获取接近生产条件的实验数据而备受关注。本工作系统介绍了连铸凝固热模拟研究方法，简述了热模拟技术原理，并对结晶器热模拟方法及特征单元热模拟方法的原理和应用进行总结。其中，基于特征单元热相似性提出的连铸坯枝晶生长热模拟及凝固裂纹热模拟等方法成功地将十几吨铸坯的凝固过程“浓缩”到实验室用百克钢研究，不仅可以揭示钢液成分、浇注和冷却条件等因素对凝固过程、组织和元素分布的影响规律，而且还可以获得铸坯固液界面形貌、界面前沿溶质扩散和夹杂物演变、凝固裂纹形成的可能性及条件等其他手段无法得到而冶金界非常关注的问题。

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29. “双碳”战略下的冶金行业资源循环利用技术前沿

李会泉吴玉锋陈运法

过程工程学报 2022, 22 (10): 1414-1417. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.222360

摘要（273）

HTML （8）

PDF （503KB）（87）

资源循环利用是冶金行业保障关键金属资源安全供给、实现碳达峰、碳中和的重要途径。本工作立足“双碳”战略视角，概述了冶金行业资源循环利用总体现状与绿色低碳转型发展趋势，从物质循环科学基础、“无废冶金”变革性技术、资源循环与碳循环耦合、二次金属资源高质循环以及基于数字技术的知识产权重构等多角度，展望了冶金行业资源循环利用技术发展前沿，提出了系列观点，以期为冶金行业绿色低碳转型发展提供参考。

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30. 国内外钢铁工业固相二次资源利用现状、存在问题与对策

苍大强张玲玲刘洋陈兆厚何冰阳

过程工程学报 2022, 22 (10): 1418-1424. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.222345

摘要（232）

HTML （8）

PDF （1055KB）（84）

为了剖析当今钢铁工业固相二次资源的利用水平、存在问题，提出解决途径，进一步提高工业绿色和低碳水平，本工作介绍了钢铁工业的气相、固相和液相二次资源内容，概述了国内外钢铁工业固相二次资源(以下称：固废)的研究和利用现状。由于钢铁工业固废利用的难点和堵点是钢渣的利用，本工作重点以钢铁工业钢渣为例，介绍了其在国内外的利用概况、存在的共性问题，并提出了解决的途径。由于钢渣是在现有炼钢的特有高温物化环境中产生的，导致钢渣成为一种过烧的硅酸盐产物，其活性差、易磨性差、含铁量高，还含有一定量的游离氧化钙(f-CaO)，给钢渣资源和热量的回收及利用都带来了非常大的难度，以至于全世界对钢渣资源和余热的利用还没有找到理想的方法。因此，钢渣成为世界钢铁工业固相二次资源绿色处理和低碳利用的难点和堵点。本工作在剖析了钢铁工业固废利用技术目前存在的各类问题基础上，根据当前国家政策法规的要求，针对上述存在问题提出了应对的对策途径，为钢铁工业固废下一步高效、绿色和高值利用，提供了建议和研究方向。

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31. “双碳”战略下钢铁行业节水减污技术发展的探讨

谢勇冰张笛赵赫赵月红刘丰强曹宏斌

过程工程学报 2022, 22 (10): 1425-1428. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.222357

摘要（197）

HTML （10）

PDF （546KB）（52）

钢铁行业在我国经济生产中占有重要地位，是国家的支柱性产业，但同时也是高耗能、高耗水、高污染、高碳排行业。在我国制定“双碳”发展目标的新形势下，钢铁行业水污染末端治理与生产过程结合度不够，用水用能效率仍有待提升，难以满足行业低碳发展的控制需求，亟需推进污染控制与碳减排统筹。本工作提出了“双碳”战略下钢铁行业节水减污技术发展的研究思路，通过供水-用水-废水处理-水循环利用综合统筹、污染跨介质-低碳协同控制、水污染全过程控制及智能优化、钢铁企业与城市的产-城共荣协同发展等方面，有望进一步提升对未来钢铁行业节水减污的科技支撑能力，助力钢铁行业绿色低碳发展。

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32. 白云鄂博稀土共生矿超重力梯级分离稀土元素的工艺研究

兰茜高金涛郭占成

过程工程学报 2022, 22 (10): 1429-1437. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.222303

摘要（221）

HTML （5）

PDF （3910KB）（62）

我国白云鄂博矿稀土储量居世界首位，其稀土矿物以轻稀土为主，Ce, La, Pr, Nd占稀土氧化物总量的97%以上，具有重要的工业价值。由于四种稀土元素具有极其相似的物化性质，因此在目前的处理工艺中很难实现不同稀土元素的彼此分离。本工作基于稀土精矿的矿相演变及元素迁移规律，在降温熔析过程中不同温度区间内会析出不同稀土相：在1400~1500℃的温度区间只有氧化稀土相析出，随着温度降至1200~1400℃，铁酸稀土相开始析出，当温度降至1100~1200℃时铈磷灰石相析出。利用超重力技术进行氧化稀土相、铁酸稀土相、铈磷灰石相的梯级分离实验，结果表明，98.38%的Ce元素优先以氧化稀土相形式析出并实现分离，97.70%的La元素进入铁酸稀土相作为第二相被分离，而Pr和Nd元素最终以铈磷灰石相的形式分离，以此实现了稀土精矿中Ce, La, Pr, Nd的梯级分离。

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33. 250 t转炉二次燃烧氧枪射流特性

郑淑国朱苗勇

过程工程学报 2022, 22 (10): 1438-1446. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.222281

摘要（252）

HTML （11）

PDF （1710KB）（54）

氧枪喷嘴的超音速射流特性对熔炼有重要影响。本工作结合某钢厂250 t转炉实际，运用Fluent软件建立三维模型，对比分析了周边5孔加中心单孔的普通氧枪与单流道二次燃烧氧枪的射流特性，通过VOF多相流模型对气-液-渣三相之间相互作用进行模拟研究，并开展了工业试验研究。结果表明，相比于普通氧枪，因一侧副孔流股快速汇入中心孔射流而使二次燃烧氧枪有更大的径向横截面积，且其中心孔射流速度大，故二次燃烧氧枪具有更大的冲击面积和冲击深度。通过气-液-渣三相模拟研究可知，由于表面波的传播，钢-渣-气的空腔剖面和界面保持不稳定，且随着时间的推移，炉壁处的渣层较为平静，表明无论是普通氧枪还是二次燃烧氧枪，都不存在冲刷炉壁现象。其中二次燃烧氧枪最大冲击直径和冲击深度为2461和358 mm，分别是普通氧枪的1.16倍和1.19倍。工业试验表明，与普通氧枪相比，二次燃烧氧枪可以提高熔池温度27.2℃，使供氧时间缩短78 s。

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34. 封面和目录

过程工程学报 2022, 22 (11): 0-.

摘要（115）

PDF （2103KB）（31）

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35. 中间包水模型数据的流出百分比分析方法

李雨倩陈超成国光王天扬李林博耿梦姣范晋平

过程工程学报 2022, 22 (11): 1447-1457. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.221436

摘要（156）

HTML （3）

PDF （2494KB）（47）

针对已有停留时间分布曲线或F曲线分析方法在归一化过程中，将单流中间包流出百分比或多流中间包中各流流出百分比之和限定为100%，将示踪剂流出总量信息掩盖，导致结果不精确的问题，本工作提出了流出百分比的分析方法，通过计算可以将物理实验结果转化为各流实时的流出百分比曲线。以流出百分比曲线为基础，计算得到时间加权平均方差和剩余示踪剂百分比，并以此对单流、四流中间包水模型实验结果进行分析。结果表明，采用流出百分比方法能对实验结果进行校对，进一步验证实验的可重复性。同时可对比双挡墙和U型挡墙控制装置设置下，四流中间包监测时间终点流出百分比差异及两倍理论停留时间时刻的死区比例大小。并可直观对比多流中间包不同挡墙下各流的一致性，及在单流堵塞后示踪剂在其他各流的分配及一致性。

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36. 循环射流混合槽内湍流强化传热数值模拟及射流层优化

禹言芳孔令敏孟辉波石博文柳东洲吴剑华

过程工程学报 2022, 22 (11): 1458-1467. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.221345

摘要（155）

HTML （1）

PDF （8613KB）（45）

循环射流混合槽(CJT)作为一种过程强化设备可以提高湍流的混合效率及反应选择性。为进一步提高其工业应用价值，对循环射流混合槽流场的传热能力进行分析并对其射流层数进行结构优化。在恒壁温的条件下，采用SST k-ω模型分析循环射流混合槽流场区域的非稳态流动传热特性。在充分湍流状态下研究了Re=3260~16 303，射流层数M=5~9对循环射流混合槽壁面对流传热特性及流场传热特性的影响。结果表明，M=9时对流换热系数的变异系数Ch随Re增加而减少，壁面传热均匀性提高2.8%~19.3%；流场与温度场协同性随Re增加而增加，Re=16 303时的协同角为75.5o比Re=3260时减小约0.5°。Re=9782时Ch随M增加而降低，壁面传热均匀性提高2.7%~16.3%；速度矢量与温度梯度协同性随M增加而减小，M=9时全局协同性相较于M=5时降低了6.1%。当M=7时中心混合区与射流混合区的场协同角均在73°~74°之间，两区域流场间热量传递能力匹配程度较好；当M<7时中心混合区的协同性优于射流混合区，当M>7时射流混合区协同性优于中心混合区。研究Re及射流层数M对循环射流混合槽热量吸收和传递性能的影响，发现Re的变化对循环射流混合槽吸热量的影响大于射流层数M的变化。

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37. 双层撞击流混合器浓度时间序列的多重分形分析

张建伟唐俊董鑫冯颖

过程工程学报 2022, 22 (11): 1468-1478. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.221440

摘要（135）

HTML （2）

PDF （1441KB）（38）

利用平面激光诱导荧光技术(PLIF)对双层撞击流混合器的浓度场进行了实验测量，获得了不同径向位置处的浓度时间序列，通过多重分形去趋势波动方法(MF-DFA)研究了浓度时间序列中的多重分形特性，得到不同喷嘴间距和射流雷诺数下的多重分形谱，实现了流场特性的定量表征。结果表明，随着喷嘴间距增大，浓度时间序列的奇异性减弱，随着射流雷诺数增大，浓度时间序列的奇异性增强，喷嘴间距对浓度时间序列奇异性的影响比射流雷诺数更为显著。浓度信号的奇异性越强，流体粒子脉动越剧烈，混合效果越强，喷嘴间距对混合的促进作用大于射流雷诺数。通过分析多重分形谱参数(Δα, αmin, α0)随径向位置的变化规律得出了流型的转变区域，并将双层撞击流混合器由撞击中心处向下分为二次撞击区、涡旋区、一次撞击区。浓度信号的奇异性二次撞击区>一次撞击区>涡旋区，对混合的促进作用二次撞击区>一次撞击区>涡旋区。研究结果为更深入地揭示撞击流混合器内部流动模式和撞击流复杂无序的流动机理提供了理论依据。

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38. 微通道中钒的液-液流型和萃取传质动力学研究

骆晶温嘉玮兰春铭张西华宁朋歌

过程工程学报 2022, 22 (11): 1479-1489. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.221320

摘要（150）

HTML （1）

PDF （2934KB）（33）

采用伯胺N1923萃取剂在微通道中研究V(V)的液-液流型和萃取传质动力学，以15vol% N1923作为连续相、钒氧酸根水溶液作为分散相，研究不同流速下两不混溶相的流型变化规律及两相停留时间和微通道管径作为流速的函数对传质的影响。随两相流速增大，段塞流长度和比界面面积基本不变，且两相流体由Raydrop微通道流入外接毛细管微通道时由于微通道的扩张会改变两相流动方式，使同一实验条件下在微通道中同时出现多种流型，与此同时两相流速和总体积传质系数(kLa)呈正相关，表明流型在本研究体系中对传质的影响可忽略。在相同管径通道内，停留时间与总体积传质系数呈负相关，表明在两相接触通道入口处发生了显著传质。在相同的两相混合速度和相比下，254 μm的管径传质效果是750 μm的9倍，表明小管径内传质效果更加，循环强度更大。最后将实验总体积传质系数结果与总体积传质系数的经验式进行了关联，有望为实现将微通道放大的绿色冶金技术提供理论基础。

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39. 低雷诺数下气固两相中浓稀相界面对微尺度曳力的影响及建模

马腾陈啸周强

过程工程学报 2022, 22 (11): 1490-1503. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.222019

摘要（190）

HTML （1）

PDF （1770KB）（47）

采用具有二阶精度的浸没边界-格子玻尔兹曼法对低雷诺数下流体流经不同颗粒聚团结构的过程进行了解析到颗粒表面的直接数值模拟(PR-DNS)。结果显示在颗粒聚团表面的浓稀相界面处，传统的微观均匀BVK曳力模型[AIChE Journal, 2007, 53(2): 489-501]的预测结果与PR-DNS结果有明显的差别；同时文献中所构建的考虑界面影响的微观曳力模型(Int. J. Multiphase Flow, 2020, 128: 103266)也无法准确预测稀相固含率不为0的情况。因此，本工作提出了一种将界面附近网格分解求取曳力的方法。通过与不同颗粒聚团结构的PR-DNS结果及其他曳力模型预测结果对比发现，新模型不但在稀相固含率趋近于0时与文献中模型具有相近的预测能力，且在稀相固含率不为0时，具有明显优于文献模型的相关系数及拟合优度。

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40. 超重力法制备CNT负载MnFe ₂O ₄纳米材料及吸附Pb(II)应用

高雨松祁贵生闫文超郭达刘有智

过程工程学报 2022, 22 (11): 1504-1511. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.221431

摘要（139）

HTML （1）

PDF （1240KB）（45）

为改善MnFe2O4纳米颗粒在实际应用中的团聚问题，结合多壁碳纳米管(CNT)原位负载，提出超重力法制备CNT负载MnFe2O4纳米材料(MnFe2O4/CNT)。以典型的重金属污染Pb(II)作为研究对象，对其吸附性能进行研究。首先考察了MnFe2O4负载量对Pb(II)吸附容量的影响，确定最佳MnFe2O4负载量为83.3wt%。采用XRD, SEM, N2吸附-脱附比表面分析仪和VSM对最佳MnFe2O4负载量条件下的MnFe2O4/CNT进行表征。MnFe2O4/CNT展现出优异的磁性，其饱和磁化强度为35.85 emu/g，因而可应用于水体中污染物的磁性分离。吸附实验结果表明在初始Pb(II)浓度300 mg/L和溶液pH=6的条件下，Pb(II)在MnFe2O4/CNT上180 min达到吸附平衡，吸附平衡容量为80.7 mg/g，远高于单独的CNT (28.4 mg/g)。动力学研究表明Pb(II)在MnFe2O4/CNT上的吸附符合Elvoch动力学模型，说明吸附机理中存在化学吸附。Freundlich等温线模型能够很好地描述Pb(II)在MnFe2O4/CNT上的吸附过程，其代表发生在非均匀表面的多分子层吸附。另外，吸附等温线实验中获得的MnFe2O4/CNT最大吸附容量为106.2 mg/g，展现出了对重金属Pb(II)优异的吸附性能，在去除溶液中重金属中具有较大的应用潜力。根据X射线光电子能谱分析，表明吸附机理涉及到Pb(II)与MnFe2O4表面羟基的络合。

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