过程工程学报

本期封面和目录

过程工程学报. 2019, 19(2): 0.

摘要 ( )

PDF (1298KB) ( )

相关文章 | 计量指标

低温SCR脱硝催化剂研究进展

宁汝亮刘霄龙朱廷钰

过程工程学报. 2019, 19(2): 223-234. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.218233

摘要 ( )

PDF (1238KB) ( )

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

氮氧化物NOx(NO, NO2和N2O)是全球大气污染的主要污染物之一，引起光化学烟雾、酸雨、臭氧层破坏等环境问题，严重影响人们的生存环境和生活质量，引起了世界各国的广泛关注。针对固定源和移动源燃烧排放，各国制定了日益严格的排放标准。目前主要的脱硝技术分为选择性催化还原(SCR)、选择性非催化还原(SNCR)、氧化脱硝和活性炭吸附脱硝等。SNCR的应用有较高的条件，影响其成功运行的主要因素有温度、氨氮比、氨气在烟气中的分布和停留时间等，故SNCR的工业应用存在一定的局限性。SCR脱硝技术比其它脱硝技术应用更广泛，其中脱硝多安排于除尘脱硫后，此时温度多处于100?250℃之间。为提高SCR脱硝性能，低温SCR脱除NOx是目前研究最热门的烟气脱硝技术。本工作综述了近年来低温SCR脱硝催化剂的研究进展，介绍了锰基催化剂、钒基催化剂及碳基催化剂的发展现状，对单组分Mn基催化剂、负载型Mn基催化剂和复合型Mn基催化剂进行了综述，从V基催化剂的制备对脱销的影响和脱硝机理进行了表述，综述了过渡金属掺杂对C基催化剂的影响，阐述了烟气中H2O和SO2对催化反应的影响及低温SCR反应的脱硝机理，对低温SCR催化剂进行了总结并对其未来发展进行了展望。

水力旋流器研究现状及其在煤化工废水处理中的应用前景

隋元伟贾广如许高洁董强宁朋歌曹宏斌

过程工程学报. 2019, 19(2): 235-245. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.218248

摘要 ( )

PDF (495KB) ( )

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

水力旋流器是利用离心力场进行两相流体分离的设备，具有体积小、效率高、结构简单和安装便捷等特点，广泛应用于化工、石油及地下开采等工业领域。本工作主要介绍了旋流器的工作原理、理论研究和应用现状，从数值模拟、旋流器的结构参数、操作参数和物性参数及应用技术拓展等方面综述了水力旋流器的研究现状，并针对煤化工废水水质高乳化、高分散和高粘度等特点，综合分析了水力旋流器在煤化工废水预处理中的应用前景。旋流器模拟与实验相结合为目前研究的主要方向，深度分析了旋流器内两相流的运动状态，为旋流器结构改良提供理论依据，推动旋流器快速发展。旋流器结构改良设计和操作参数的优化均有一定局限性，油水物性是影响油水分离的决定性因素。因此，前期对含油废水进行预处理极为重要，可采用破乳剂或絮凝剂、超声或微波等方法改善含油废水的物性，对含油废水物性的研究和改善并结合数值模拟的应用将是未来提高水力旋流器分离效率的发展方向，旋流器在煤化工废水除油脱焦粉工艺中有很好的经济效益和广阔的应用前景。

有机工质向心透平变工况特性的数值模拟与极差分析

王志奇曾凡云张振康夏小霞贺妮胡艳华张建平

过程工程学报. 2019, 19(2): 246-253. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.218179

摘要 ( )

PDF (2202KB) ( )

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

以R245fa为工质设计向心透平，采用CFD方法对向心透平性能进行全流域三维模拟研究，考察了入口温度、转子转速和膨胀比(进出口压力比)对向心透平工况特性的影响，对主要影响因素进行极差分析。结果表明，向心透平工作转速为设计转速的80%~100%时，输出功率和等熵效率波动较小，工作转速高于设计值时透平性能迅速下降。随入口温度升高，透平输出功率与等熵效率增大；随膨胀比增大，透平输出功率线性增加。透平存在最佳膨胀比使等熵效率最大，且实际运行压比大于最佳膨胀比时，透平等熵效率变化较小。出口压力对向心透平输出功率影响最大，温度的影响最小；转子转速对等熵效率影响最大，入口压力的影响最小。

新型气液逆流撞击洗涤喷嘴的优化

郝思佳满长卓许峻范怡平

过程工程学报. 2019, 19(2): 254-262. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.218217

摘要 ( )

PDF (1454KB) ( )

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

针对一种新型气液逆流撞击式洗涤喷嘴，通过冷模实验，采用溶氧法考察了不同结构喷嘴的气液两相传质性能。结合解析率及流型变化，考察了喷嘴出口直径、切向进液口倾角、旋流室收敛段锥角、切向进液口直径、喷口长度5个参数对传质的影响，确定了优选喷嘴的结构尺寸，分析了该优选喷嘴在不同操作条件下(气速、表观液气比和轴切比)的传质效果。结果表明，优选喷嘴在轴切比为0.4~0.6且气速较高时传质效果较好。

基于FTM方法的双气泡融合特性模拟

雷杰王昱马明李培生张莹

过程工程学报. 2019, 19(2): 263-270. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.218221

摘要 ( )

PDF (2211KB) ( )

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

采用界面追踪法(FTM)对气泡融合现象进行数值模拟，将模拟结果与文献结果进行对比，验证了计算模型的准确性。结果表明，同轴双气泡上升速度均高于单独气泡的上升速度，且融合后气泡与等直径单气泡上升速度相同。气泡间距较小时，跟随气泡的上升速度更高。引导气泡的厄特沃什数Eo=0.36~9，Eo较大时两气泡上升阶段时间较短，但接触阶段时间较长，接触阶段气泡间的液膜在压力作用下逐渐变薄，最终破裂，气泡融合。Eo?4.16时，气泡融合所需时间随Eo增加而增加；Eo?4.16时，气泡融合所需时间不再变化。莫顿数Mo=0.57，Eo=5.04~18.72时，存在特定的双气泡初始角度?c，当0?≤?≤?c时，双气泡相互排斥；当?c≤?≤90?时，双气泡融合，且?c随Eo增加而降低.

蜂窝状空气滤清器的流场分析及结构优化

魏舒婷钱付平程家磊肖鹏程唐莲花姜荣贺

过程工程学报. 2019, 19(2): 271-278. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.218226

摘要 ( )

PDF (2477KB) ( )

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

基于多孔介质理论，采用标准k??湍流模型对不同结构的宏观蜂窝状空气滤清器的内部流场和阻力特性进行数值模拟，从而进行结构优化，提高其性能。采用的模型为相同滤芯(褶高h=5 mm)，壳体进出口形状分别为圆形与圆形(方案1)、圆形与椭圆形(方案2)、椭圆形与圆形(方案3)和椭圆形与椭圆形(方案4)的组合；优化得到的壳体结构与褶高分别为5, 10, 15 mm的蜂窝状滤芯组合，研究其过滤性能。结果表明，方案2的流场分布更均匀；压降随流量变大近似呈线性增长，当流量小于额定流量的60%时，4种方案的压降大致相等，大于额定流量的60%时，方案2的压降比方案1, 3和4小，方案2的壳体结构较合理。方案2滤芯褶高对空气滤清器流场分布有一定影响，且在研究的褶高范围内压降先降低后增加，存在最佳褶高使空气滤清器的压降最小。

颗粒团聚对稀相气固流动脉动关联项的影响

冯蘅李清海蒙爱红张衍国孔博

过程工程学报. 2019, 19(2): 279-288. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.218230

摘要 ( )

PDF (2920KB) ( )

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

研究了颗粒团聚对描述稀相气固两相流的气固相宏观控制方程中待封闭气固脉动关联项的影响规律并建立关键待封闭项代数模型。根据气相速度脉动与固相浓度关联项(漂移速度)控制方程，将漂移速度表达为固相非均匀程度和气固平均滑移速度的代数模型。分别采用两种基于颗粒动理学的欧拉?欧拉框架介尺度方法模拟三维周期条件且固相平均浓度为1%的稀相气固两相流动，第1种方法假设固相速度分布函数f为各项同性的双流体方法(TFM)；第2种方法假设f服从各向异性高斯分布的积分矩法(AG)。网格分辨率为颗粒直径dp的1.75倍，气固间动量交换采用Stokes曳力模型，并与文献中采用相同参数设置的欧拉?拉格朗日(E?L)方法模拟结果进行对比。结果表明，AG方法的准确度优于TFM方法，气固平均滑移速度、气固脉动能等更接近E?L方法模拟结果。颗粒聚团的积分尺度小于气相脉动速度的积分尺度，两者均呈各向异性，竖直分量高于水平分量。模拟得到了气固速度脉动关联系数和漂移速度系数。

水基石墨烯纳米流体在矩形小槽道内的流动换热特性

刘东舒宇胡安杰

过程工程学报. 2019, 19(2): 289-296. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.218300

摘要 ( )

PDF (1390KB) ( )

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

测试了水基石墨烯纳米流体的部分热物性，研究了不同浓度、雷诺数(Re)和加热功率条件下水基石墨烯纳米流体作为换热工质在设计的矩形结构小槽道内的对流换热性能。结果表明，层流状态(Re=500~2000)下，矩形槽道壁面温度随Re增大逐渐降低，随加热功率增大逐渐升高，与常规流体换热特性一致；在相同Re和换热功率条件下，随纳米流体浓度增大，壁温逐渐减小；水基石墨烯纳米流体的换热强度比基液去离子水提升较大，Re=2000、加热功率为210 W时，浓度为0.03wt%的水基石墨烯纳米流体的平均努塞尔数(Nu)为9.3，比基液水提升48.8%；受入口效应影响，沿槽道长度局部对流换热系数逐渐减小，最高可达25674.5 [W/(m2?℃)]，较基液水最大可提高39.1%；Re=500~1400时，石墨烯纳米流体的流动换热强度随Re增大明显增强；由实验数据结合理论模型拟合了适用于石墨烯纳米流体对流换热强度的计算式，计算结果与实验结果最大相对误差不超过25%，平均相对误差仅为4.8%。

反应器结构对多段气化炉内颗粒分布的影响

冯美艳李飞

过程工程学报. 2019, 19(2): 297-308. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.218326

摘要 ( )

PDF (3113KB) ( )

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

针对多段气化炉(上部快速床、下部鼓泡床)，采用MP-PIC(Multi-Phase Particle In Cell)方法模拟了多粒径煤粉颗粒的三维全循环流化过程，考察了鼓泡床与快速床床径比及鼓泡床和快速床之间的过渡段高度对气化炉内流动特性的影响。结果表明，基本工况下，大颗粒主要存在于下部鼓泡床中，细颗粒主要存在于上部快速床内，但细颗粒会通过旋风分离器和回料管再次进入鼓泡床参与循环。进入旋风分离器的大部分为半径622 ?m以下的小颗粒，无1216 ?m以上的大颗粒。旋风分离器对小颗粒的分离效率为99.75%，分离效率良好。增大床径比(即减小快速床直径)，快速床中气速增大，整个气化床更快达到稳定状态，被夹带到快速床中的颗粒增多，所夹带的颗粒粒径增大。过渡段高度存在一个适当值(炉高0.6~1.0 m)，升高或降低过渡段高度，快速床中颗粒浓度均增大，颗粒通量均升高，旋风分离效率降低。

电磁分离一次铝硅合金中的富铁相

鲍雨赵世民吕国强王毅博肖庭马文会

过程工程学报. 2019, 19(2): 309-316. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.218202

摘要 ( )

PDF (9039KB) ( )

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

一次铝硅合金(含铁5wt%)加锰并在电磁场中进行定向凝固去除合金中的富铁相，主要通过改善富铁相的形态和降低合金中的铁含量减弱富铁相对铝硅合金性能的影响，研究了不同锰添加量下铝硅合金的电磁除铁效率、锰对富铁相形态改善的影响及电磁加锰分离富铁相的机理。结果表明，随锰添加量增大，铝硅合金中的富铁相逐渐从有害的针状转变为骨骼状、块状。加锰并经电磁定向凝固处理后，铝硅合金中绝大部分富铁相的形态变得规则，并在电磁力驱动下富集至合金底部。当锰铁摩尔比为1.2时，铝硅合金中残留的铁含量降至0.39wt%，加锰电磁除铁的效率高达90%。

Bi(III)在NaCl-KCl熔盐体系中的电化学行为

刘欢何几文华中胜徐亮肖赛君赵卓

过程工程学报. 2019, 19(2): 317-322. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.218155

摘要 ( )

PDF (1078KB) ( )

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

为开发环境友好型铋提取技术，在700℃下采用循环伏安、方波伏安和计时电位等方法研究了NaCl?KCl熔盐体系中Bi(III)在玻碳电极上的电化学行为。在–0.3 V (vs. Ag/AgCl)电位下以玻碳电极为工作电极对NaCl?KCl?BiCl3进行恒电位电解。结果表明，Bi(III)在NaCl?KCl熔盐体系中的还原反应是一步得到3个电子的准可逆反应Bi3++3e?=Bi，起始还原电位为0.05 V (vs. Ag/AgCl)，该反应受扩散控制。Berzins-Delahay方程和Sand方程计算的700℃下Bi(III)在熔盐中的扩散系数分别为0.83×10–5和1.0×10–5 cm2/s。阴极产物为致密纯金属Bi，不含杂质。

干燥方式对NaY(WO₄)₂:Dy³⁺, Eu³⁺荧光粉粒度及上转换发光性能的影响

史忠祥王晶卢杨关昕时军戴丽静刘冰倩

过程工程学报. 2019, 19(2): 323-328. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.218170

摘要 ( )

PDF (2536KB) ( )

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

采用水热法合成了Dy3+和Eu3+共掺杂的NaY(WO4)2上转换荧光粉，用XRD, SEM和荧光光谱(PL)等方法对不同干燥方式所得样品的晶体结构、微观形貌、晶粒尺寸及上转换发光性能进行了分析。结果表明，合成样品均为四方白钨矿结构的NaY(WO4)2，空间群为I41/a，掺入Dy3+和Eu3+未改变基质晶格；常规干燥、喷雾干燥、冷冻干燥及真空干燥后荧光粉的尺寸分别为817.91, 486.04, 388.74和349.82 nm，真空干燥的样品分散性最好。在793 nm近红外光激发下，冷冻干燥样品的上转换发光性能最佳，与干燥过程中粉体团聚程度减弱及表面层缺陷减少有关。576 nm处的黄光发射峰来自Dy3+的4F9/2→6H13/2跃迁，595 nm处的橙光、616和655 nm处的红光发射峰分别归属于Eu3+的5D0→7F1, 5D0→7F2和5D0→7F3跃迁。荧光粉的CIE色坐标均位于红光区，表现出良好的红光发射特性，在发光二极管和彩色显示等光电领域具有潜在应用价值。

基于Aspen Plus的燃煤电厂烟气污染控制单元模拟

于荆鑫王菁杨凤玲郝艳红程芳琴

过程工程学报. 2019, 19(2): 329-337. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.218198

摘要 ( )

PDF (539KB) ( )

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

采用Aspen Plus软件对烟气污染控制单元进行模拟，以电厂实际运行数据验证模型的正确性，建模过程中考虑SO3转化和烟气中烟尘浓度的变化，并通过影响因素分析考察操作参数对污染物脱除效果的影响。结果表明，在选择性催化还原(SCR)脱硝过程中，部分SO2转化为SO3，除尘过程中飞灰对SO3有吸附作用，脱硫塔与除尘器对SO3和灰分脱除具有协同作用；SCR脱硝过程的最佳氨氮摩尔比范围为0.8~1.0，氨氮比低于0.6、反应温度低于400℃时，SO3浓度呈上升趋势；湿法脱硫过程中，入口烟气温度上升会阻碍SO2吸收和SO3去除；湿式除尘过程中，除尘效率随温度升高而降低，随气体流速增加先升高后降低，最佳流速为0.8~1.2 m/s。

柠檬酸对白云母可浮性的抑制机理

王宇斌文堪王望泊

过程工程学报. 2019, 19(2): 338-344. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.218201

摘要 ( )

PDF (562KB) ( )

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

为研究油酸钠体系中柠檬酸对白云母可浮性的影响规律及其与白云母的作用机理，利用红外光谱(FT-IR)、光电子能谱(XPS)、ζ电位和浮选溶液化学等方法对不同白云母样品进行了表征。结果表明，柠檬酸可明显抑制白云母的可浮性，在矿浆pH值为6、油酸钠浓度为9.20×10–4 mol/L的条件下，使用4.76×10–5 mol/L柠檬酸，白云母的回收率仅为0.40%。柠檬酸抑制白云母的可浮性主要是柠檬酸在溶液中生成的C6H7O7–和C6H6O72–等离子吸附在白云母表面，阻碍了油酸根等离子的吸附，且这些离子的吸附导致白云母表面ζ电位负向增大，削弱了油酸根等离子在白云母表面的静电吸附及化学吸附作用。此外，C6H7O7–和C6H6O72–等离子含羟基等强烈亲水基团，吸附在白云母表面会使白云母表面强烈亲水，白云母的可浮性大大降低。

玻璃钢化季节性调压数值模拟

岳高伟刘慧吴恒博李彦兵

过程工程学报. 2019, 19(2): 345-353. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.218208

摘要 ( )

PDF (2201KB) ( )

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

建立了风栅中玻璃的冷却模型，数值模拟玻璃冷却的温度和应力变化规律，反演了不同季节风温时的合理匹配风压。结果表明，在玻璃淬冷过程，约3 s时玻璃表面拉应力达到最大，若该应力大于玻璃此时的抗拉强度，玻璃将破裂。此后玻璃从外到内降温速率逐渐减小，在约15~17 s时玻璃表层受内部影响减弱，表面应力趋于稳定。与钢化玻璃表面应力测试结果相比，数值模拟结果略小，但相对误差不超过5%。随冷却风温降低，玻璃钢化所需的风压逐渐减小。在玻璃钢化程度接近的情况下，风压随风温降低近似线性减小，钢化风压调节量与环境温度变化量的相关系数为0.103 kPa/K。

基于响应曲面法的铁水预熔脱磷渣组成优化

杨双平姬正宙魏起书庞锦琨王冲

过程工程学报. 2019, 19(2): 354-361. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.218223

摘要 ( )

PDF (1776KB) ( )

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

铁水预脱磷的处理普遍采用石灰渣系，主要由CaO, FemOn和CaF2等组成，含CaF2高，炉衬侵蚀严重，且生成的含氟脱磷产物对环境危害大，不利于脱磷渣的综合利用。针对以上问题对脱磷渣系进行优化设计，采用FactSage软件考察单因素(FeO, Na2CO3和MnO含量、碱度和脱磷温度)对铁水脱磷效果的影响，采用响应曲面法(RSM)确定主要影响因素和水平，对铁水预熔脱磷渣配比进行优化。结合模拟结果，在CaO?SiO2?FeO渣系中添加助熔剂(Na2CO3与MnO)进行脱磷预处理实验。建立预测铁水脱磷率的多元回归模型，通过方差分析和响应曲面分析对各因素的交互作用进行优选，得到脱磷渣(CaO?SiO2?FeO?Na2CO3?MnO)的最佳配比。结果表明，脱磷率随碱度、FeO含量和助熔剂含量提高而增大，脱磷剂的最佳配比为37.79% FeO，6.24% Na2CO3，9.89% MnO，碱度4.50，温度1387℃。将预测结果用于实验，最终脱磷率为97.30%，相对误差为2.70%。响应曲面法可较好地预测和指导实验，按优化成分进行脱磷实验可获得较高的铁水脱磷率，此方法能为铁水脱磷提供理论指导。

镁对GCr15轴承钢中液析碳化物的影响

常立忠高岗施晓芳郑福舟陈佳顺

过程工程学报. 2019, 19(2): 362-369. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.218227

摘要 ( )

PDF (4771KB) ( )

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

在实验室条件下向GCr15轴承钢中添加Ni?Mg合金进行镁合金化，研究了镁对液析碳化物的影响规律，用电感耦合等离子体原子发射光谱仪分析了钢中的镁含量，用光学显微镜统计了随机选取的100个视场中的液析碳化物出现的数量、最大尺寸及其平均值。结果表明，通过NiMg合金化，Mg能较顺利加入钢液中，在钢中的平均收率为9.20%。液析碳化物数量、最大尺寸、平均最大尺寸均随镁含量提高先减少后增加，镁含量为16?10?6(wt)时效果最佳。未添加镁时，液析碳化物呈大块状析出，加镁后仍以块状为主，但尺寸更细小。微量镁细化液析碳化物的主要原因在于，镁原子向晶界或相界偏聚，阻碍C和Cr等元素扩散，抑制液析碳化物长大；同时添加镁形成的大量细小MgS?MnS可诱导碳化物析出，使碳化物弥散化，也起到细化液析碳化物的效果。

热处理温度对磷渣-煤矸石微晶玻璃结构和性能的影响

陈伟管艳梅刘开伟胡普华孙道胜

过程工程学报. 2019, 19(2): 370-376. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.218312

摘要 ( )

PDF (838KB) ( )

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

以磷渣和煤矸石为原料，采用一步烧结法制备了性能优良的CaO?Al2O3?SiO2(CAS)系微晶玻璃，用差示扫描量热法(DSC)，X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)等对其进行分析和表征，研究了热处理温度对微晶玻璃晶相组成、微观结构和宏观性能的影响规律。结果表明，固废利用率达100%，微晶玻璃性能良好；以磷渣和煤矸石为原料在1250℃下熔融2 h、于850℃热处理保温2 h可制备主晶相为假硅灰石Ca3(Si3O9)的微晶玻璃，其抗折强度、显微硬度和体积密度分别为74.4 MPa，566.9 HV和2.75 g/cm3。随热处理温度升高，微晶玻璃主晶相由Ca3(Si3O9)相转变为硅灰石CaSiO3相，晶体形态由球状向针状、短柱状改变，对提高微晶玻璃抗折性能有利，而显微硬度和体积密度均先增加后降低。

响应面法优化制备塑料-锯末活性炭

马培勇王田武晋州邢献军张贤文

过程工程学报. 2019, 19(2): 377-386. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.218186

摘要 ( )

PDF (2008KB) ( )

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

将梧桐锯末和聚丙烯塑料按比例混合后，采用K2CO3活化法制备活性炭，基于中心组合实验设计(CCD)的响应面法(RSM)，以碘吸附值和亚甲基蓝吸附值为优化目标，优化工艺参数。结果表明，当塑料含量为19wt%、无水K2CO3与梧桐锯末质量比为1.73、活化温度为958℃、活化时间为91 min时，所制活性炭的性能最优，碘吸附容量为1320.97 mg/g，亚甲基蓝的吸附容量为471.95 mg/g，与二阶模型预测值接近，表明该模型具有较高的可信度。方差分析结果表明，盐料比、活化温度、活化时间提高对活性炭的碘吸附容量有显著的促进作用，而塑料含量对活性炭碘吸附容量有抑制作用；活化温度、活化时间对活性炭的亚甲基蓝吸附容量影响显著，与塑料含量均具有促进作用，而盐料比是非显著因素且有抑制作用。最优条件下所制活性炭的比表面积为1916.10 m2/g，总孔容为1.12 cm3/g，其中介孔高达70.10%。相比于单因素优化实验所制活性炭，比表面积提高了454.11 m2/g。FT-IR分析表明两种优化条件下所制活性炭的官能团基本没有变化，活性炭亚甲基蓝吸附量的提高主要是由于样品的比表面积增大。

改性多孔钢渣基橡胶复合材料制备机理

张浩徐远迪方圆

过程工程学报. 2019, 19(2): 387-392. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.218196

摘要 ( )

PDF (410KB) ( )

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

以磷酸与硅烷偶联剂KH550处理钢渣获得改性多孔钢渣，用其取代部分炭黑与橡胶复合制备改性多孔钢渣基橡胶复合材料，用傅立叶变换红外光谱仪表征多孔钢渣和改性多孔钢渣制备阶段生成物的组成结构，用X射线衍射仪表征不同制备阶段生成物的矿物组成。用比表面积与孔隙度吸附仪表征多孔钢渣的孔结构，从微观层面揭示复合材料的制备机理。依据相关国家标准对复合材料的拉伸强度、撕裂强度和邵尔A硬度进行测试。结果表明，适量磷酸在不破坏钢渣结构的前提下可有效去除钢渣中的大部分f-CaO，形成具有良好比表面积与孔体积的多孔钢渣。硅烷偶联剂KH550在多孔钢渣表面被吸附并与羟基发生化学作用，使多孔钢渣表面组成结构发生变化，改善其表面的无机特性。复合材料中橡胶与改性多孔钢渣以物理方式复合，橡胶对改性多孔钢渣包裹良好。硫化过程中橡胶内部线型大分子转变为三维网状结构，改性多孔钢渣中的Ca2SiO4发生水化反应形成Ca(OH)2。

MgxTiAlFeNiCr (x=0.6~2.0)高熵合金微结构演变及耐蚀性

斯庭智刘清华徐文祥丁晓丽

过程工程学报. 2019, 19(2): 393-399. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.218204

摘要 ( )

PDF (2073KB) ( )

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

通过机械合金化方法制备了轻质MgxTiAlFeNiCr(x=0.6?2.0)高熵合金，研究了Mg含量、热力学参数、合金相结构间的关系。结果表明，Mg在体心立方(BCC)相中的固溶度较大，x=0.6?1.4、合金的热力学参数原子半径错配度?=8.68%?9.77%、混合熵ΔSmix为14.78?14.82 J/(mol?K)，混合焓ΔHmix为–14.13?–6.76 kJ/mol时，合金为单相体心立方结构(BCC1)。x=1.6~1.8, ?=10.0%?10.1%, ΔSmix=14.65?14.74 J/(mol?K), ΔHmix=–5.40?–4.19 kJ/mol时，合金由两种体心立方结构BCC1和BCC2组成。BCC2相比BCC1相的Mg含量更高，两相界面为半共格关系。MgxTiAlFeNiCr合金在3.5wt% NaCl溶液中具有良好的耐腐蚀性能。但随Mg含量增加，合金的耐蚀性下降。

W18O49/PET-ITO柔性电致变色薄膜制备及其变色性能

孙江波张杰王迪陆江银崔彦斌

过程工程学报. 2019, 19(2): 400-406. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.218218

摘要 ( )

PDF (2074KB) ( )

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

采用溶剂热法制备W18O49纳米线电致变色材料，喷涂在聚对苯二甲酸乙二醇酯?氧化铟锡(PET?ITO)(方阻35 Ω)柔性透明导电基底上得到柔性电致变色薄膜。采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、高分辨场透射电子显微镜和X射线光电子能谱对W18O49的微观结构和价态等进行表征，用电化学工作站与紫外?可见光分光光度计对W18O49/PET?ITO柔性电致变色薄膜的光学调制范围、响应时间和循环稳定性等进行了表征和分析。结果表明，光谱扫描波长?=633 nm时，W18O49/PET?ITO柔性电致变色薄膜的光学调制范围ΔT=23%。薄膜透光率变化90%时，着色和褪色时间分别为12.8和10.6 s。W18O49/PET?ITO柔性电致变色薄膜具有优异的循环稳定性，连续着色褪色循环3000 s薄膜透光率仍达80.9%。

ρ-Al₂O₃添加量对原位反应结合碳化硅膜支撑体性能的影响

罗志勇刘开琪韩伟敖雯青陈运法

过程工程学报. 2019, 19(2): 407-412. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.218225

摘要 ( )

PDF (1472KB) ( )

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

以黑色碳化硅为骨料，添加不同含量的ρ-Al2O3，在1430℃、无压条件下，用碳化硅表面氧化产生的SiO2与Al2O3反应制备多孔碳化硅膜支撑体，研究了ρ-Al2O3添加量对碳化硅支撑体粘结相组成及性能的影响。结果表明，ρ-Al2O3添加量由3wt%增加到15wt%时，试样烧结后粘结相中莫来石相增多，石英相减少但不能完全消除，支撑体的显气孔率降低，孔径减小，透气度由1127.8 m3?cm/(m2?h?kPa)下降到210.4 m3?cm/(m2?h?kPa)；支撑体抗弯强度先增大后降低，ρ-Al2O3添加量为9wt%时，支撑体抗弯强度为25.1 MPa，透气度为372.7 m3?cm/(m2?h?kPa)，支撑体的综合性能满足高温含尘气体过滤的要求。

萘磺酸型磺化聚砜的制备及质子交换膜基本性能

乔宗文孟龙陈涛

过程工程学报. 2019, 19(2): 413-418. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.218235

摘要 ( )

PDF (337KB) ( )

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

以1,4-二氯甲氧基丁烷(BCD)为氯甲基化试剂，通过Fridel?Crafts烷基反应在双酚A型聚砜主链上引入氯甲基基团，制备氯甲基化聚砜(CPS)；以2-萘酚-6,8-二磺酸钾(HNS)为小分子试剂，通过大分子反应制备了侧链含萘环的磺化芳香聚合物 PS-NS，对其结构进行了红外光谱和核磁氢谱表征，优化了反应条件。通过注膜方法制备功能聚合物质子交换膜PEMs，考察了PS-NS膜的吸水率和质子传导率。结果表明，合成反应是单分子亲核取代反应，极性大的二甲基亚砜为适宜的溶剂，在100℃下反应40 h，磺酸基团键合量可达1.51 mmol/g。由于亲水基团远离疏水主链，强化了相分离结构，使PEMs具有较好的吸水率和质子传导率，随磺酸基团含量增加，PEMs的吸水率和溶胀率增加，室温时的吸水率和质子传导率最高达21.3%和0.049 S/cm，满足燃料电池的实际应用要求，与商业化Nafion117膜的性能十分接近。

聚苯胺颗粒对水性环氧树脂涂层防腐性能的影响

冯悠张婧坤薛杨王好盛张冬海陈运法

过程工程学报. 2019, 19(2): 419-426. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.218237

摘要 ( )

PDF (1314KB) ( )

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

以盐酸为掺杂剂、过硫酸铵为氧化剂、咪唑类离子液体为稳定剂，采用化学氧化聚合法合成了导电聚苯胺(PANI)颗粒，将其分散到水性环氧树脂(ER)中制成聚苯胺水性环氧防腐涂层，研究了聚苯胺颗粒对涂层防腐性能和机械性能的影响。结果表明，添加聚苯胺显著提高了水性环氧涂层的阻隔性能，信号频率f=0.01 Hz时，PANI/ER涂层的阻抗(|Z|f=0.01Hz)均高于纯ER涂层。添加5.0wt% PANI时ER涂层阻隔性能最好，浸泡0~168 h时|Z|f=0.01Hz稳定在约8.0×108 Ω?cm2，浸泡168 h后|Z|f=0.01Hz=7.5×108 Ω?cm2，远高于ER和其它PANI/ER体系。中性盐雾实验结果表明，聚苯胺赋予了涂层钝化腐蚀的能力，显著提高了涂层的防腐性能，且其添加量越高，防腐性能越好。弯曲和冲击实验结果表明，涂层的机械性能随聚苯胺含量增加先上升后降低，当聚苯胺添加量不超过5.0wt%时，涂层的机械性能优异，附着力和韧性均较好；PANI添加量增至7.0wt%时，ER涂层的脆性明显变大，机械性能下降。聚苯胺在水性环氧体系中的最宜添加量为5.0wt%，此时涂层的机械性能良好，综合防腐性能最优。

铜渣基草酸盐水泥的制备及其性能

王昊罗中秋周新涛李娜秋张建辉和森

过程工程学报. 2019, 19(2): 427-433. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.218241

摘要 ( )

PDF (1199KB) ( )

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

以铜渣和草酸为原料，按一定比例混合，通过酸碱反应制备铜渣基草酸盐水泥，考察了铜渣与草酸质量比(CS/OA)、水灰质量比(W/C)、缓凝剂种类及掺量对所制水泥力学性能和凝结时间的影响，用扫描电镜和X射线粉末衍射仪分析了水泥的微观形貌和物相组成。结果表明，随质量比CS/OA和W/C增加，水泥的抗压强度呈先增大后减小的趋势，凝结时间随CS/OA增大而减小，随W/C增大而增大。硼砂和三聚磷酸钠对水泥的抗压强度影响较大，随其掺量增加，水泥的力学性能降低，适量的硼酸可提高水泥的抗压强度，且具有较好的缓凝效果，可将硼酸作为较佳缓凝剂。当质量比CS/OA=4和W/C=0.16~0.17、硼酸掺量为2.5wt%时，材料性能最优，养护28 d抗压强度可达38.5 MPa，凝结时间为24 min。水泥主要水化产物是结构密实、结晶良好的柱形FeC2O4?2H2O，添加硼砂和三聚磷酸钠会使水泥出现孔隙，而硼酸会促进水化反应使水化产物结晶更优，且不会破坏水泥的密实度。

磷掺杂葵花盘基活性炭在锂离子电池负极材料中的应用

邢献军刘建华王文泉陈泽宇付一轩

过程工程学报. 2019, 19(2): 434-439. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.218220

摘要 ( )

PDF (703KB) ( )

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

通过简单水热和活化方法制备磷掺杂葵花盘基活性炭，采用SEM，TEM，BET，Raman，XRD等方法对材料进行表征，将其用作锂离子电池负极材料。结果表明，活性炭材料用作锂离子电池负极材料时比容量高，库伦效率好，循环性能稳定。在500 mA/g的电流密度下，首圈充电容量达1052 mAh/g，库伦效率为48.9%。经200次循环后，容量仍保持在1000 mAh/g以上。

活性炭混合钢渣烧结烟气脱硫脱硝实验研究

杨小白韩云龙李迎根张浩钱付平胡永梅

过程工程学报. 2019, 19(2): 440-446. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.218257

摘要 ( )

PDF (3625KB) ( )

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

采用混合法用钢渣与活性炭制备混合钢渣活性炭吸附剂，对其进行XRF, BET, SEM和FT-IR等表征，于可编程电加热固定床反应器中进行模拟烧结烟气脱硫脱硝实验，考察反应温度、SO2浓度及[NH3]/[NO]浓度比、O2含量等因素对混合钢渣活性炭的吸附及催化性能的影响。结果表明，模拟烧结烟气中SO2初始浓度0.06vol%, NO初始浓度0.04vol%, O2含量15vol%及反应温度120℃条件下，最高脱硫脱硝率分别为79%和34%。按浓度比[NH3]/[NO]=1通入还原剂NH3时，脱硫脱硝率均升高，表明钢渣具有一定催化还原作用。脱硝率随反应温度升高而下降，O2含量提高有利于混合钢渣活性炭对SO2和NO的吸附。掺混钢渣降低了吸附剂的比表面积，但钢渣中含一定量Fe2O3，具有一定催化还原作用，有利于NO吸附。同时，加入钢渣也是对固废资源的合理利用，达到“以废制污”的目的。

当期目录