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2025年 第25卷 第8期    刊出日期：2025-08-28

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过程工程学报. 2025, 25(8):  0. 

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综述

移动床气固分离技术研究进展

吕涵 卢春喜 范怡平 陈莹 秦康 吴昊

过程工程学报. 2025, 25(8):  761-774.  DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.225011

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发展高效气体净化技术，不仅有利于空气质量改善，还有助于实现节能降碳目标，同时对后续工艺单元起到保护作用。随着企业对节能工作的重视程度日益加深，在烟气净化技术的选择上，能耗偏高且可能带来二次污染的湿法烟气净化逐渐面临挑战，而更为节能环保的干法烟气净化技术则亟待发展。移动床过滤器凭借其在高温气体净化中展现出的高效率和低能耗特点，被认为是烟气干法净化的关键技术之一。本工作对移动床过滤技术在高温气体净化领域的应用的研究进展与工程实践进行了全面综述。首先，分类介绍了移动床过滤器的基本结构及其相适应的应用场景；其次，深入且细致地分析了不同类型移动床过滤器的过滤机制和特点，包括顺流式、逆流式、错流式及组合式等移动床过滤器。再次，对移动床过滤器在工业应用中的实践价值进行了探讨，结合实际工业场景，阐述了其带来的经济效益和环境效益；最后，针对未来的研究方向和应用前景进行了展望，为该技术的进一步发展提供了思路和方向。

磺化炭的制备及其应用研究进展

蒋郑峰 王若欣 高飞 周志茂 史权 于海濛 李应文 周华雄 何晨

过程工程学报. 2025, 25(8):  775-791.  DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.225036

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以生物质或无定形炭材料为原料，通过磺化剂进行原位磺化或接枝磺化处理，可制得富含磺酸基(-SO3H)、羧基(-COOH)和羟基(-OH)基团的磺化炭。凭借独特的表面结构，磺化炭在催化、储能、环境等领域展现出巨大的应用潜力。本工作全面总结了磺化炭在生产原料、制备工艺、反应机理以及物理化学特征等方面的研究进展，系统阐述了现阶段磺化炭在固体酸催化剂、储能材料、吸附剂、土壤改良和炭基肥等多个领域的应用现状，并明确指出了其应用过程中面临的问题与挑战。随着磺化炭制备技术的不断改进，炭材料在稳定性、选择性和广泛适用性等方面的性能仍需进一步挖掘。作为一种极具潜力的新型碳材料，磺化炭有望在更多领域实现规模化应用。

相变储热材料在光热转换领域的研究进展

西北航 胡昊 张皓寒 杨梦旋 周宇 王宏宇 俞海云

过程工程学报. 2025, 25(8):  792-803.  DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.224344

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光热转换是指通过反射、吸收等方式将太阳光能转换为热能，从而被人类加以利用，是目前人类利用太阳能的主要方法之一。相变储热材料通过可逆相变实现热量的储存与释放，具有储热密度高、储放热过程恒温等优点。将相变储热材料与光热转换技术结合，不仅能有效储存光热转换得到的热能，还能控制储放热温度，为热能的精准高效利用提供便利，因此成为光热转换技术的理想匹配材料。本工作根据化学组成的差异，对当前光热转换领域中应用的相变储热材料进行分类介绍，包括光热转换相变储热材料的应用机制和应用领域，最后总结了当前光热转换相变材料存在的问题，并对新型光热转换相变材料的未来研究方向进行了展望。

废旧过渡金属锂离子电池焙烧-优先提锂进展

郝娟 葛竺艳 王海锋 赵若希 王佳炜 马小雪 张浩 谢卫宁 何亚群

过程工程学报. 2025, 25(8):  804-819.  DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.224345

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随着电动汽车、储能等产业的快速发展，锂离子电池(Lithium-ion Batteries, LIBs)需求量保持快速增长。与此同时，废旧LIBs产量急剧增加，其清洁高效循环利用成为国内外迫切需要解决的重大问题。LIBs按正极材料主要分为LiCoO2 (LCO), Li(NiCoMn)O2 (NCM), LiMn2O4 (LMO), Li(NiCoAl)O2 (NCA), LiFePO4 (LFP)以及富锂锰基氧化物(LLO)。针对废旧过渡金属LIBs，焙烧-优先提锂工艺由于浸出阶段可将锂优先回收，避免了多步分离造成的锂损失，减少了浸出阶段酸碱和其他试剂的使用，同时将高价态过渡金属还原，为其酸浸做好准备，成为废旧过渡金属LIBs回收的关键技术。为了改善焙烧效果、提高水浸提锂和过渡金属元素浸出率，国内外学者尝试采用各种添加剂进行焙烧，开发了各具特色的焙烧工艺。本综述总结了现有处理工艺的优势与不足，展望了废旧LIBs资源化技术的发展方向，可为废旧LIBs绿色低碳资源化循环利用提供一定参考。

研究论文

射流强化气液两相流体动力学特性的数值模拟

董鑫 薛璨 单永瑞 冯颖 张建伟

过程工程学报. 2025, 25(8):  820-833.  DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.224337

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在气液两相流中气泡射流的流体动力学特性影响气液两相间的传质传热及动量交换，对于强化气液两相间的混合至关重要。为探究幂律流体中气泡射流流动特性，采用数值模拟方法对气泡射流的动力学及水力学特性进行研究。考察了清水和不同浓度羧甲基纤维素钠(CMC)水溶液中，气液比和液相流变特性对气相速度、气泡尺寸、气含率分布及气液两相流态的影响。研究表明，由于气相的扩散运动以及对液相环境的扰动，流场内存在涡旋结构，增强了气液两相间相互作用。随气液比增大，流场内湍动剧烈，促进气液两相混合，扩散了流线，流线分布疏散。气泡直径增大，气泡尺寸分布由单峰逐渐向双峰转变，且随液相浓度增加气泡直径分布范围增大。相较于清水，CMC水溶液中气泡射流气含率低，气泡分散宽度增加，气泡射流的流动行为发生变化。随气液比增加，流场内湍动加强，气泡射流核心处气相体积分数增加，涡结构强化了局部混合。气相向液相环境中的分散宽度增加，气液界面的有效接触面积增加，气液两相间的传质效率提高，且随液相浓度增加分散效果更明显。

并联微流道换热器中气泡特性与沸腾传热实验研究

袁俊飞 邢谷雨 冯梓城 宋硕硕 王雨

过程工程学报. 2025, 25(8):  834-844.  DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.225032

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为进一步拓展微通道沸腾传热在高热流密度电子设备冷却领域的应用范围，实验研究了具有并联多流道的微通道换热器中沸腾产生发展的动态特性以及换热器的整体传热特性。结果表明，在并联多流道的微通道换热器中，各并联微通道间沸腾气泡的起始位置存在显著差异，沸腾起点位置的不均匀度标准偏差受质量流率的影响较小，随热流密度增加先降低后增加；在微通道内同时发生过冷沸腾和饱和沸腾两种传热机制，两种沸腾机制中均能发生泡状流流型，弹状流流型和环状流流型仅发生在饱和沸腾区域；热流密度对通道内换热机制、沿程壁面温度及其变化规律具有显著影响，在热流密度为63~80 kW/m2的范围内，出口均流室突扩效应导致换热器出口壁面温度先降低后增加再降低；热流密度增至104~252 kW/m2时，微通道中壁面温度波动较小，温度均匀性增强；换热器整体沸腾传热特性在微通道出口处出口制冷剂工质干度为0.02时出现转折，换热器整体换热系数随质量流率和热流密度增加而增加，质量流率对平均换热系数的影响敏感度更高。

节流增效自复叠制冷循环特性分析

陈森 宋紫云 谈莹莹 王占伟 王林 李修真

过程工程学报. 2025, 25(8):  845-852.  DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.224371

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自复叠制冷循环凭借结构设计简单、运行特性稳定、制冷温区宽以及广阔的应用前景，已成为目前低温领域的研究热点。传统自复叠制冷(BACR)循环由于进入蒸发器的制冷剂工质流量较小，通常采用降低蒸发压力的方式来提高制冷量，这会引起压缩机耗功高、排气温度高及制冷效率低等问题。为此，研究者们从工质组分优化、系统流程改进等方面开展了广泛的研究，但以往提出的循环结构较为复杂，给系统稳定运行带来挑战。因此，一种简单有效的循环改进方案更具实际应用价值。本工作创新性地提出节流增效自复叠制冷(VACR)循环，通过节流过程降低冷凝器出口气液两相混合工质的压力，促使部分液相工质蒸发，从而增加蒸发器进口工质流量。本工作以R1150/R600a为工质，建立循环热力学数学模型，对比分析了组分配比、冷凝器出口干度、冷凝温度和蒸发温度等关键参数对循环性能的影响。结果表明，当R1150的组分配比为0.45~0.60时，VACR循环通过节流效应，使进入蒸发器的制冷剂流量较BACR循环增加15.1%~17.0%；VACR循环COP最高达0.743，相比于BACR循环提升14.54%；在冷凝温度为30~40℃时，VACR循环的COP相比于BACR循环提升13.82%~31.19%；当蒸发温度为-60~-70℃时，VACR循环的制冷量较BACR循环提升19.43%~56.11%。综上，对比分析突出了VACR循环在热力学性能方面的改进潜力。

等离子体钙钛矿热催化还原SO₂制硫磺研究

姚亮 王昊 李双德 陈运法

过程工程学报. 2025, 25(8):  853-861.  DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.225017

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快速工业化进程导致毒性二氧化硫(SO2)大量排放，引发酸雨等严重生态问题。利用还原气氛将SO2催化还原为具有经济价值的硫磺，是一种变废为宝的有效途径。本研究通过溶胶-凝胶法合成了LaCo0.8Fe0.2O3钙钛矿材料，并对材料进行了无氧预硫化(OFS-LaCo0.8Fe0.2O3)和介质阻挡放电(Dielectric Barrier Discharge, DBD)等离子体条件下的无氧预硫化(POFS-LaCo0.8Fe0.2O3)处理，采用X射线衍射(XRD)、比表面积检测法(BET)和扫描电子显微镜(SEM)等分析手段研究了催化材料的结构和性质。同时，考察了CO和H2还原气氛下，DBD热催化还原SO2制备硫磺的性能。XRD结果表明，与LaCo0.8Fe0.2O3相比，OFS-LaCo0.8Fe0.2O3和POFS-LaCo0.8Fe0.2O3的钙钛矿衍射峰强度微弱降低，且催化反应后出现微弱的杂质峰。性能测试表明，相比无催化剂等离子体下CO还原体系，DBD与催化剂结合的方法可使450℃下SO2转化率从82.3%提升至95.0%。此外，CO和H2共还原条件下，300℃时SO2转化率已接近99.8%。H2-TPR结果表明，LaCo0.8Fe0.2O3的还原峰相比OFS-LaCo0.8Fe0.2O3具有低温易还原性，这可能是其实现高SO2转化率的原因。

多酶级联催化制备D-丙氨酸

宋显炳 杨宇 汪曼曼 何然峰 张玉明 王自强 李小连 王云山

过程工程学报. 2025, 25(8):  862-871.  DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.224362

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D-丙氨酸(D-Ala)作为一种重要的手性氨基酸，在医药、食品、化工等领域具有广泛应用。本研究设计了一种多酶级联催化制备D-Ala的工艺路径，建立了pRMA与pEAD2菌株的分批补料发酵工艺，实现了马来酸顺反异构酶(MaiA)/天冬氨酸酶(AspA)和天冬氨酸消旋酶(AspR)/D-氨基酸转氨酶(DaaT)的共表达，并优化了以马来酸酐(MA)为底物的多酶级联制备D-Ala的工艺参数，开发出高效的D-Ala酶促转化工艺。实验结果表明，pRMA发酵培养23 h时，菌体浓度和表观活性均达到峰值，分别为72.56 g/L和554.49±30.96 U；pEAD2发酵培养9 h时，表观活性可达到513.74±38.25 U，此时菌体浓度为30.75 g/L。多酶级联催化制备D-Ala时，最适工艺参数为：底物MA浓度为1.5 mol/L，加入5.0 mmol/L磷酸吡哆醛(PLP)，3.52 g/L丙酮酸(PA)和6.60 g/L pRMA菌体细胞，于pH为8.0、温度为50℃、转速为200 r/min条件下反应3 h，再加入9.80 g/L pEAD2菌体细胞继续反应至24 h。此时，底物转化率高达99.00%以上，D-Ala产率达到93.97%。将该催化体系放大40倍至4 L规模后，底物转化率仍保持在99.00%以上，D-Ala产率达93.19%，与小试水平无明显差异，可为D-Ala的工业生产提供参考。

泡沫镍表面熔盐电沉积Mg-Ni合金及其电催化析氢性能

华中胜 赵志稳 吴孝彬 余俊杰 曾正 王静 刘欢

过程工程学报. 2025, 25(8):  872-880.  DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.225027

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开发高效稳定的非贵金属析氢催化剂，对推动碱性电解水制氢技术工业化应用具有重要意义。本工作以泡沫镍(NF)为基底材料，通过熔盐电沉积法在其表面原位生长Mg-Ni合金，制得了可直接用于催化析氢反应的自支撑型Mg-Ni/NF电极。利用X射线衍射、扫描电镜-EDS与X光电子能谱分析了Mg-Ni/NF电极的物相结构、微观形貌和表面元素状态，并采用电化学工作站测定了电极的电催化析氢活性和稳定性。结果表明，电极表面主要为双相Mg2Ni/MgNi2异质结构，呈纳米片状结构相互连接，形成了微纳米级网孔。在1.0 mol/L KOH溶液中，Mg-Ni/NF-8 h电极在10 mA/cm2电流密度下的析氢过电位仅为49.5 mV，Tafel斜率为36.0 mV/dec；100 mA/cm2电流密度下持续电解106 h后仍然具有良好的催化活性。本研究为制备高性能非贵金属析氢材料、拓展镁在催化领域的应用提供了新思路。