超级13Cr不锈钢在油田模拟液中的应力腐蚀研究

为延长超深井超级13Cr不锈钢油管的生命周期,降低生产过程中复杂钻完井工作液及地层产出流体导致的应力腐蚀,开展了应力腐蚀产生机理分析,并提出了应对策略;基于聚合成膜缓蚀机理研发了缓蚀剂;在模拟工况和标准工况下,评价了超级13Cr不锈钢在酸液及加/未加缓蚀剂的返排液中的应力腐蚀情况。结果表明,加入缓蚀剂的酸液达到缓蚀要求;在返排液中,超级13Cr不锈钢的宏观腐蚀速率较大;在酸液及返排液中,超级13Cr不锈钢发生应力腐蚀,且在返排液中应力腐蚀较严重;在实验温度为140℃、压力为10 MPa的条件下,超级13Cr不锈钢在返排液中7 d后的应力腐蚀裂纹宽度为3~5μm,而加入体积分数为1%的缓蚀剂后测试72 h,超级13Cr不锈钢试片未产生应力腐蚀,说明该缓蚀剂可抑制超级13Cr不锈钢在高温环境中的应力腐蚀开裂。研究结果对超深井钻完井安全施工及安全生产具有借鉴意义。

MoO_(x)状态调控及其对VO_(x)/MoO_(x)-TiO_(2)催化剂脱硝性能和热稳定性的影响

将七钼酸铵分别用水和草酸溶液溶解后与TiO_(2)复合制备MoO_(x)-TiO_(2)载体,通过浸渍法负载钒获得VO_(x)/MoO_(x)-TiO_(2)催化剂;采用XRD、SEM、BET、XPS、H_(2)-TPR和NH_(3)-TPD表征手段研究催化剂的结构和性质,并考察了其脱硝活性和高温老化性能。结果表明,草酸助溶七钼酸铵制得的VMoTiO-F在210~510℃的脱硝效率大于80.0%,优于用水溶解制备的VMoTiH-F;VMoTiO-F表面存在较多的MoO_(x),可增强与VO_(x)的相互作用,促进催化剂表面产生更多的低价态VO_(x)和表面化学吸附氧(Oα)活性物种;VMoTiO-F中的VO_(x)和MoO_(x)相互作用还能提高低温氧化还原性能,有利于催化过程中的电子传递;VMoTiH-F相比VMoTiO-F有更多的MoO_(x)进入TiO_(2)晶格,提高TiO_(2)的热稳定性,而VMoTiO-A中的锐钛矿TiO_(2)在高温老化中被严重烧结甚至部分转变为惰性金红石晶型,导致表面酸性位损失和氧化还原性能降低,因此VMoTiH-A催化剂的脱硝性能明显优于VMoTiO-A。

费托合成Co基催化剂的研究进展

Co基催化剂因具有高活性和强链增长能力等优势,成为费托合成(FTS)反应适宜的催化剂。总结了Co基催化剂FTS反应机理,并对活性相结构以及助剂与催化性能的构效关系进行了分析。同时,围绕催化剂载体的作用,总结金属-载体相互作用促进FTS反应性能的研究进展,重点分析了金属Co与分子筛耦合直接合成液体燃料的研究进展,归纳了采用双功能催化剂体系制备液体燃料的反应路线及催化剂特征。

纤维素复合材料在表面增强拉曼光谱中的应用研究进展

表面增强拉曼光谱(SERS)是一种重要的光谱分析方法,具有灵敏度高、操作简单、检测速度快、选择性好等优点,其性能高度依赖活性等离子体基底的性质。纤维素是地球上最丰富的生物聚合物,具有廉价易得、可再生及绿色环保等性质。因此,越来越多的纤维素材料被用于制备SERS的基底。从电磁场增强和化学增强两方面阐述了SERS增强机理,并介绍了纤维素材料的种类以及制备SERS基底的方法;综述了纤维素SERS基底在生物分析、水质评估、食品安全、环境污染及染料识别等方面的应用,并展望了未来的研究方向。

光催化材料石墨相氮化碳的合成、改性及应用

石墨相氮化碳(g-C_(3)N_(4))作为一种对环境温和的半导体材料,在光催化领域具有良好的应用前景。但是,纯g-C_(3)N_(4)因比表面积小、光生载流子分离难等缺点影响了其光催化性能,限制了其大规模应用,因此对g-C_(3)N_(4)进行改性使其光催化性能得到提升具有重要意义。从合成方法和改性策略出发,综述了近年来g-C_(3)N_(4)光催化剂的研究进展,并总结了g-C_(3)N_(4)光催化剂在废水处理降解污染物、产H_(2)及产H_(2)O_(2)等领域的应用发展。结果表明,改性后的g-C_(3)N_(4)光催化剂性能得到了巨大的提升。最后,对g-C_(3)N_(4)的发展方向进行了展望。

Nano-GO-ZnO/CeO_(2)在水性聚氨酯涂料中的性能研究

对水性聚氨酯(WPU)涂料进行改性可以实现其功能化改进,将纳米复合粒子添加至WPU涂料中,可提升其力学性能及抗紫外能力。采用改进的Hummers法制备了氧化石墨烯(GO),共沉淀法制备了nano-ZnO/CeO_(2),原位聚合法合成了nano-GO-ZnO/CeO_(2);对制备的样品进行FT-IR、XRD、TEM、SEM等表征,探究了nano-GO-ZnO/CeO_(2)的掺杂对WPU性能的影响。结果表明,nano-GO-ZnO/CeO_(2)是由六方纤碎矿结构的ZnO和立方晶型萤石结构的CeO_(2)形成的杂化粒子负载于GO表面组成的;与纯WPU膜相比,添加质量分数为0.6%的nano-GOZnO/CeO_(2),WPU膜的断裂拉伸强度和断裂拉伸率分别提高了43.1%和47.0%;经过168 h的紫外光老化实验后,改性膜的吸水率为15.4%,断裂拉伸强度和断裂拉伸率分别提高了328.0%、39.0%。由此可知,nano-GO-ZnO/CeO_(2)可以有效提高WPU成膜后的力学性能和抗紫外老化性能。

废膜炭吸附去除废水中典型污染物的性能研究

在膜法处理污水过程中,广泛使用有机聚合物分离膜。但是,由于不可逆膜污染的发生,需要更换性能衰减后膜,导致大量废膜的生成,因此实现废聚合物膜的再利用具有重要的经济和环境价值。以污水处理厂的废旧中空纤维膜为模板,通过简单的热解重塑反应制备了一种具有超微孔-介孔-大孔结构的炭材料;结合炭材料的结构表征,对活性炭的吸附性能进行了分析,研究了其吸附水中典型芳香烃类和抗生素类污染物的动力学和热力学过程。结果表明,具有分级孔结构的废膜炭对芳香烃类有机污染物的去除能力高于商业炭,而对环丙沙星、卡马西平、磺胺嘧啶等抗生素的吸附性能低于商业炭。

大庆龙西低渗油藏开发中硫化氢生成机理研究

在大庆龙西区块扶余油层开发过程中发现,该扶余油层中含硫化氢(H_(2)S)且存在其质量浓度超过阈限值(15.0 mg/m^(3))的情况,但其生成H_(2)S机制尚不明确。采用室内H_(2)S生成机理实验与基于PHREEQC和CMG软件的数值模拟相结合的方法,开展了龙西区块地层生成H_(2)S的机理研究。结果表明,高温储层(100~125℃)生成H_(2)S的机理为硫酸盐热化学还原反应,H_(2)S的质量浓度为3.20~6.10 mg/m^(3);低温储层(≤60℃)生成H_(2)S的机理为硫酸盐还原菌(SRB)还原反应,H_(2)S的质量浓度最高可达29.70 mg/m^(3);压裂液通过降低近井地带温度,促进了SRB的繁殖,短时间内生成的H_(2)S质量浓度较采出水中SRB生物还原反应提高了7.5倍;1 m^(3)酸液与0.80 mol FeS的岩心和堵塞物反应生成H_(2)S的质量浓度分别为3330.69、11466.75 mg/m^(3)。因此,压裂和酸化是龙西区块扶余油层开发生成H_(2)S的主要机理。

Y分子筛的氢转移反应性能及其调控机制

利用原位红外光谱技术考察了HY分子筛和镧离子改性Y(LaHY)分子筛的氢转移反应性能;结合分子筛晶体结构、织构性质和酸性质等表征数据,探讨了稀土改性以及水热处理对Y分子筛氢转移反应性能的调控机制。结果表明,Y分子筛的Brønsted(B)酸密度和强酸强度减弱,同时落位于超笼中的稀土物种形成弱Lewis(L)酸位,超笼中B酸和L酸位点的协同作用促进了氢转移反应的发生;经过水热处理,HY-LH和LaHY-LH分子筛的总酸量显著减少,同时超笼中与稀土物种有关的L酸中心完全消失,显著降低了HY分子筛氢转移反应性能。研究成果可为深入理解催化裂化反应过程中氢转移反应的规律,以及调控烯烃产物选择性和抑制结焦失活等提供理论指导。

基于不同路线合成环己基苯的催化剂研究进展

环己基苯(CHB)是一种重要的化学中间体,具有特殊的物理化学性能,可用作锂离子电池的电解质添加剂,少量添加即可防止过度充电并确保电池的循环性能和寿命;CHB在用于过氧化反应合成苯酚中时可生成另一种重要的有机化工产品——环己酮。介绍了3种合成CHB方法中使用的催化剂,这3种方法包括苯与烷基化试剂的傅克烷基化反应、联苯选择性加氢反应以及苯加氢烷基化反应;指出了开发兼具高酸量和高介孔体积的沸石分子筛催化剂是苯加氢烷基化制备CHB的关键。

掺氢天然气高压管道小孔泄漏及扩散特性

通过现有的天然气管道运输掺氢天然气,可大幅降低氢气运输成本。为了评估掺氢天然气管道泄漏的风险,综合高压管道小孔泄漏模型和高斯羽流模型,考虑射流初始动量导致的抬升高度,将高斯羽流模型计算结果与已有实验数据进行对比,并分析了掺氢天然气管道发生单个小孔竖直向上喷射泄漏后,掺氢比、管道压力、风速和泄漏孔直径对泄漏气体导致的爆炸危险区域范围的影响规律。结果表明,高斯羽流模型计算结果与实验数据比较吻合;甲烷危险区域最大距离与掺氢比近似呈线性负相关,氢气危险区域最大距离与掺氢比近似呈线性正相关;甲烷和氢气危险区域最大距离与管道压力近似呈线性正相关,与风速近似呈抛物线型负相关,与泄漏孔直径近似呈正相关。

Cu掺杂WN松枝状自支撑纳米阵列的制备及其碱性析氢性能的研究

以偏钨酸铵、乙酸铜等为原料,通过控制掺杂比,采用简单的水热法,合成了形貌不同的前驱体,随后结合高温退火法,在碳纸上成功实现了Cu掺杂WN松枝状自支撑纳米阵列(Cu-WN-5:1)的原位生长;利用SEM、TEM、XRD、XPS等测试手段对样品的形貌和结构进行表征分析,进而利用电化学测试方法评估了催化剂的析氢性能。结果表明,W和Cu的掺杂比(n(W)/n(Cu))对催化剂的析氢性能具有重大影响;当n(W)/n(Cu)为5:1时,催化剂具有最优的析氢活性;Cu元素的成功掺杂改变了WN的电子结构,增加了其活性位点的数量,加速催化过程中的电荷转移速率,从而提升了材料的HER活性;Cu-WN-5:1在KOH浓度为1.0 mol/L、电流密度为10 mA/cm^(2)时所需的过电位为195 mV,Tafel斜率为192 mV/dec,说明Cu-WN-5:1具有较快的电化学析氢反应动力学速率;该材料在KOH浓度为1.0 mol/L的条件下持续反应36 h,表现出优异的长期稳定性。

大口径长输天然气管道掺氢混气特性研究

长输天然气管道具有管径大、流速快的特点,掺氢混气的不均匀度会增加管道输送系统金属氢脆、密封渗漏、设备运行不稳定等风险。针对我国某长输天然气管道的运行工况,采用数值模拟的方法研究了4种静态混合器(SK型、SX型、SL型、HEV型)进行掺氢输送(掺氢比为3%)时的流场特性以及混合效果。结果表明,4种静态混合器对天然气掺氢混气均具有扰动混合作用,混合不均匀度随输量的增大而减小,压力损失随输量的增大而增大;在掺氢比为3%、掺氢压力为4.22 MPa、输量为13×10^(8)~36×10^(8)Nm^(3)/a的工况下,SK型、SX型、SL型和HEV型静态混合器的混合特性和效果差异较大,应在不同的混合距离处,将混合不均匀度下降至5%以下。综合考虑,可优选或创新设计结构相对简单、混合距离短、混合不均匀度较低、湍流特性优异、剪切特性良好并且压降适中的静态混合器,作为大口径长输天然气主管路掺氢混合器。

FCC催化剂传质性能与孔结构和酸性的关联性探究

为研究流化催化裂化(FCC)催化剂的传质性能与其孔结构和酸性的关联性,制备了3种具有不同孔结构和酸性的半合成FCC催化剂(CAT1、CAT2、CAT3),并对催化剂的孔结构和酸性进行了系统表征;选用萘、菲、吖啶作为探针分子,测试客体分子在催化剂上的吸附穿透性能,并考察了其传质性能;采用超分辨成像技术,对催化剂上酸中心转化能力进行了可视化分析。结果表明,通过选择合适的探针分子,可实现FCC催化剂对大分子的吸附行为差异性的有效辨析;FCC催化剂上大分子的传质性能取决于催化剂的孔结构和表面酸性;使用新型大孔基质材料可优化FCC催化剂的传质性能,提升FCC催化剂中Y分子筛上酸中心的转化能力。研究结果可为FCC催化剂传质构效关系的研究提供有效方案,并且可为高效FCC催化剂的设计提供理论指导。

TiO_(2)催化剂催化CO_(2)还原的研究进展

碳排放量的不断增加导致环境问题日益严重,寻找解决途径已成为全球共同关注的焦点。通过光催化、电催化还原CO_(2)可以将其转化为有用的燃料或化学品。TiO_(2)因具有化学性质稳定、催化活性高、价格低廉、无毒无污染等优点而备受青睐。综述了光催化CO_(2)还原和电催化CO_(2)还原的反应机理;阐述了TiO_(2)在光催化和电催化还原CO_(2)中的应用和优势、不同表面改性技术对TiO_(2)的催化性能的影响以及TiO_(2)的形貌对CO_(2)还原催化活性和选择性的影响;对TiO_(2)基催化剂催化性能的提升方法进行了讨论。综述为可持续碳转化提供科学基础,并有助于进一步实验和理论探索TiO_(2)的作用机理。

钠离子电池正极材料研究进展

随着可再生能源的发展,新兴的储能系统受到了广泛关注。钠离子电池由于其资源丰富、安全、成本低、环境友好和使用方便等特点,在大规模储能领域备受瞩目。钠离子电池正极材料显著影响电池的能量密度、循环性能和倍率特性等关键性能。目前,已经有3种应用于钠离子电池的正极材料进入了产业化视野,即层状过渡金属氧化物、聚阴离子化合物和普鲁士蓝化合物。综述了钠离子电池正极材料的分类、性能及研究进展,并对其潜在的研究方向进行了展望。

聚乙二醇改性冠醚功能化聚砜阴离子交换膜的制备及表征

为了实现聚砜基阴离子交换膜(AEMs)高离子导电性和良好的耐碱性,采用绿色环保的方法制备了氯甲基化聚砜,并以氨基冠醚为交联剂,以氨基冠醚络合的金属离子和三乙胺为阳离子基团,制备了三乙胺和氨基冠醚质量分数不同的冠醚功能化聚砜膜(PSF-CE_(X)-QA_(1-X))。通过将低分子质量的聚乙二醇(PEG)引入(PSF-CE_(X)-QA_(1-X))中,探究了PEG对膜性能的影响。结果表明,亲水PEG的存在有助于膜中离子通道的形成;与PSF-CE_(X)-QA_(1-X)相比,PSF-CE_(X)-QA_(1-X)-PEG的电导率和耐碱稳定性均得到了提高;在温度为80℃时,PSF-CE_(0.1)-QA_(0.9)-PEG的电导率为56.78 mS/cm,耐碱性测试后其电导率可维持初始电导率的85%。此外,PSF-CE_(X)-QA_(1-X)-PEG还具有良好的尺寸稳定性和热稳定性。

钠离子电池电解液添加剂的研究进展

随着锂离子电池价格的显著上涨,低成本、高能效的钠离子电池引起了广泛关注。电解液作为连接钠离子电池正负极材料的桥梁,具有至关重要的作用。针对不同电极材料构建适合的电解液体系,可以有效地提升钠离子电池的首次库伦效率、循环稳定性以及倍率性能。阐述了各类电解液添加剂在钠离子电池体系中的研究进展,并探讨了界面膜的形成机理;对未来电解液添加剂的研究方向进行了展望。

钠离子电池煤基硬碳负极材料的改性制备与应用挑战

在应对能源危机和实现环境可持续发展的大背景下,能源储存系统受到了广泛关注。随着锂资源的快速消耗及其分布不均带来的挑战,具有相似电化学性质的钠离子电池(SIBs)逐渐成为研究热点。硬碳(HC)材料因其资源丰富、成本效益高和碳转化率高,已经成为SIBs中极具潜力的负极材料之一。煤基硬碳(CHC)因其低廉的成本和高碳转化率,成为HC前驱体中极具竞争力的材料之一。综述了近几年关于CHC材料的制备策略、优化改性及其电化学性能方面的研究成果,并对CHC材料的发展前景、应用和研究方向进行了展望。

琥珀酸衍生物类非离子型表面活性剂的合成及性能评价

利用N-十二烷基琥珀酸酐、L-亮氨酸和聚醚醇为原料合成了两种非离子型表面活性剂,并通过核磁共振氢谱验证了分子结构;通过表面张力仪分别测试了两种非离子型表面活性剂在不同浓度下的表面张力,并根据γ-lgc曲线确定了临界胶束浓度;通过析水率研究了表面活性剂的乳化性能;使用分子动力学模拟技术,研究了表面活性剂在油水界面处的聚集形态以及与油和水之间的作用。结果表明,与表面活性剂1相比,表面活性剂2含更多的非离子亲水组分,因此降低表面张力效果更好;表面活性剂1及表面活性剂2的临界表面张力(γ_(CMC))分别为25.54、24.46 mN/m;在低浓度下,两种非离子型表面活性剂均具有较高的析水率,乳化效果不佳,但在高浓度下乳化效果较好,采用两种非离子型表面活性剂制备的乳液均具有一定的稳定性;表面活性剂分子的静电势分布影响了其亲水和亲油的性质。