石墨烯复合材料设计对其电催化性能影响的研究进展

石墨烯是以sp2杂化轨道组成的六角型蜂巢状二维碳纳米材料,具有比表面积大、导电性好和机械强度高等优点,在电催化领域被广泛应用,但也存在易堆叠、活性位点少等不足。石墨烯材料电催化活性与其原子排列、分子吸附和活化、电子结构、电荷运输等相关,综述了通过掺杂调控提高其内在活性、界面调控实现不同组分之间的协同作用、相调控改变原子排布方式、结构调控改变局部环境促进电子和质量传递等改善石墨烯材料电催化性能的方法,指出将掺杂调控与其他3种活性调控方法有机结合是未来的发展方向。

甲烷干重整与二氧化碳甲烷化的工艺耦合研究

甲烷干重整(DRM)与二氧化碳甲烷化(MCD)过程均具有较强的二氧化碳消纳效应,但其单独运行时需要分别消耗大量天然气与氢气,且二者能耗均较高,从而制约了两个工艺的发展与应用,因此探索研究该问题的解决方案对于低碳发展具有重要意义.本文分析了甲烷干重整与二氧化碳甲烷化两个独立工艺的特点,基于两个反应体系的原料与产物之间可互为利用及二者反应热效应可相互补偿的条件性,初步判断DRM与MCD工艺之间存在质量耦合与热量耦合的可能性.据此,首次创新性地设计了DRM-MCD可能的工艺耦合方案,从流程模拟角度证实了工艺耦合的可行性,并分析了不同情形下的耦合特性.结果表明,随着催化剂技术的发展与进步,DRM与MCD工艺之间可以实现质量、能量的高效双重耦合,耦合工艺具备可显著降低天然气、氢气消耗以及大幅节能降耗的效果,并具有优良的二氧化碳消减与资源化利用效应,且耦合工艺具有灵活的可调节性.研究结果可为DRM与MCD工艺耦合方案的设计与优化,以及未来该耦合工艺潜在的工程应用价值与可行性研究提供可参考的基础.

多基团低磷共聚物阻垢剂的合成及性能研究

采用过硫酸铵作为引发剂,以马来酸酐(MA)、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)和次磷酸(HPA)为单体,合成一种新型低磷共聚物阻垢剂MA-AMPS-HPA,利用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、扫描电镜(SEM)和X射线粉末衍射(XRD)与静态阻垢试验,分析了该共聚物的结构对CaCO_(3)生成的影响及阻垢性能。结果表明,阻垢剂适宜的制备条件为:单体配比n MA∶n AMPS∶n HPA为1∶0.8∶0.4,引发剂用量为10%(w),反应温度为90℃,反应时间为10 h。在未添加抑制剂的情况下,CaCO_(3)结晶主要以六面体方解石晶型为主,并含有少量文石晶型。添加MA-AMPS-HPA后,CaCO_(3)结晶为方解石、文石和球霰石混合物,表明该低磷共聚物对方解石的形成具有一定抑制作用。MA-AMPS-HPA的阻垢性能最高可达94.82%,优于PASP和PESA阻垢剂20%以上,阻垢性能几乎接近含磷阻垢剂HEDP、PBTCA和ATMPA。

甲烷低温活化机理及其参与的化学反应研究进展

基于甲烷在400~600℃时与其他烃类原料共反应可出现低温活化现象,综述了此过程中甲烷的不同活化机理和反应路径,总结了甲烷在低温活化后参与的重质油改质反应、烯烃加氢反应、低碳烃芳构化反应以及含氧化合物的脱氧芳构反应等不同类型反应的特征、共反应助剂的作用和催化剂的催化作用等方面的研究进展。总结发现,虽然甲烷与其他原料共反应过程的活化机理和参与路径不同,但均可认为甲烷在其他大分子烃类的促进下发生低温活化并参与到相关反应中,起到供氢、增碳和优化产物分布等作用。尤其是在甲烷参与的芳构化反应过程中,甲烷的参与可以起到改善产物分布、提高甲基侧链产物选择性等多方面的作用,这可为甲烷低成本利用技术的开发提供良好的研究基础。

基于多级闪蒸与多塔蒸馏耦合的贫氦天然气低温提氦工艺

聚焦从低品位含氦天然气中提纯氦气这一工程问题,在分析已有深冷工艺发展现状与改进方向的基础上,针对原料天然气中氦气浓度低与提氦能耗高的问题,提出一种基于多级闪蒸与多塔蒸馏耦合的贫氦天然气低温提氦工艺,并借助ASPEN HYSYS软件模拟设计了新工艺流程。结果表明:采用设计工艺可从氦摩尔分数为0.05%的贫氦天然气中分离得到纯度(摩尔分数,下同)为99%的氦气,同时得到纯度为99.96%的甲烷和99%的氮气、液化天然气及燃料气,增强了提氦装置的产品方案灵活性;通过工艺内部流股节流膨胀制冷为分离系统提供冷量及工艺内部冷热物流间合理匹配换热,实现了系统的节能降耗;该多级闪蒸+多塔蒸馏耦合工艺的单位压缩功耗为0.058 kW·h kmol,远低于改进型ExxonMobil公司的提氦工艺(1.29 kW·h kmol);综合分析工艺产品纯度及能耗,说明设计的提氦工艺具有一定的应用潜力。

直接法制备聚脲润滑脂工艺研究及分析

考察了直接法制备工艺条件(加料顺序、炼制温度、炼制时间)对聚脲润滑脂性能的影响,重点分析了加料方式对聚脲稠化剂化学组成与平均分子结构的影响,及其与聚脲润滑脂性能的关联性;采用红外光谱、热重分析仪、扫描电镜对直接法聚脲润滑脂进行表征,深入探讨了其构效关系,并与预制法制备的润滑脂产品进行了比较。优化的直接法制备方案为:将有机二胺溶于基础油中,升温至80~90℃后同时加入异氰酸酯和有机单胺,反应60 min,然后在170~180℃下炼制1.5 h。结构和性能表征结果表明:在基础油和稠化剂种类与配比相同、制备条件相同情况下,由直接法与预制法得到的聚脲稠化剂中脲基基团数量及比例存在差异,从而导致聚脲润滑脂产品的性能出现差异;当稠化剂质量分数均为20%时,预制法所制备的四聚脲润滑脂的滴点比直接法高20℃,钢网分油量仅为直接法的21.8%,水淋流失量仅为直接法的41.3%,铜片腐蚀比直接法高一个等级,最大无卡咬负荷比直接法高24.5%。总之,直接法得到的聚脲润滑脂的胶体安定性、氧化安定性及极压抗磨性能略逊于预制法,但其机械安定性优于预制法。

电催化硝酸盐合成氨催化剂研究进展

总结了电催化硝酸盐合成氨工艺的反应机理,通过掺杂合适的杂原子、不同金属复合、金属与非金属材料杂化等方式来提高催化剂活性并抑制析氢反应。综述了近几年金属基催化剂、碳基催化剂的合成方法和性能表现,以期为研制高催化活性的环境友好型硝酸盐电化学合成氨催化剂提供参考。

天然纤维材料吸油剂的研究进展

近年来,溢油污染已成为环境污染的主要问题之一。使用吸附剂材料回收溢油是一种非常有前途的方法,并因高净化效率而受到更多关注。与合成纤维吸附剂相比,在溢油清理中使用天然纤维,具有环境友好、可降解、成本低等优势,因此,利用天然纤维开发吸附剂清理溢油的研究已成为热点。本文综述了处理溢油的几种方法,介绍了天然纤维的结构以及预处理和改性方法,分析了天然纤维经预处理和改性后的吸油能力。

稀土基催化剂催化CO_(2)研究进展

相比于过渡金属及主族金属,稀土金属具有亲氧性,且配合物大多具有高的路易斯酸性,稀土离子配位数大且多变,配位模式多样,更容易形成复杂的多核结构。从CO_(2)还原为低碳物种、CO_(2)与有机分子化学固定生成环碳酸酯、CO_(2)与环氧化物共聚生成聚碳酸酯3个方面概述了稀土基催化剂在催化固定二氧化碳方面取得的进展。

基于CO_(2)减排重塑合成氨工艺流程方案研究

本文针对传统合成氨工艺存在物耗、能耗较高、污染严重及CO_(2)排放量高的问题,将CH_(4)干重整(DRM)、水煤气变换(WGS)、CO_(2)甲烷化(MCD)、CH_(4)部分氧化(POM)过程与传统合成氨过程进行有机耦合,以改善现有合成氨的工艺面貌,并借助流程模拟手段对设计的耦合工艺进行初步研究与分析,探索碳中和发展背景下重塑合成氨工艺的可能性。本文按照“降低CO_(2)排放-降低废水排放及新鲜水用量-降低天然气消耗-降低能耗”的思路演变构建合成氨耦合工艺方案,依次形成DRM-SynNH_(3)、“DRM+WGS”-SynNH_(3)、“DRM+WGS+MCD”-SynNH_(3)、“POM+WGS+MCD”-SynNH_(3)四个耦合工艺,研究结果表明:CO产品、合成气产品的获取均来源于CH_(4)的消耗,故各方案的天然气消耗量均相对较高;当耦合体系要消纳外界CO_(2)时,由于DRM与MCD本身较强的热效应导致二者单独或同时存在时,任何一种合成氨耦合工艺的能耗均不会低于传统工艺。但未来随着催化剂的研发与应用进展,DRM与MCD可能实现质量、能量的高效双重耦合,从而将大幅降低物耗与能耗。然而,如综合考虑CO_(2)消纳效应、CO_(2)减排效果以及合成气等化工产品的联产所带来的综合效益,尤其在未来碳指标稀缺、碳税高企情形下,上述工艺均可能具备一定竞争力。

介孔氧化铝改性及其CO_(2)吸附性能研究

近年来,化石燃料燃烧排放的CO_(2)威胁着环境,在化石燃料燃烧的同时捕集CO_(2)进行高效利用越来越关键。介孔氧化铝负载金属吸附CO_(2)前景广泛,本文通过以介孔氧化铝为载体负载不同活性金属吸附CO_(2),采用N2吸附-脱附、XRD、热重等表征评价了吸附剂的性能,金属改性的介孔氧化铝可以增加吸附剂载体的表面碱性位数量,为CO_(2)提供了更多的吸附位点,从而提高了对室温气体CO_(2)捕集。

用于复杂原油乳液的高效破乳剂开发及应用研究进展

石油生产中通常产生大量W/O、O/W或多重乳化的复杂原油乳液,造成生产效率大大降低以及严重的环境问题。目前所使用的破乳剂破乳效率低、普适性差、成本高、安全性不够等,开发高效、普适、绿色、安全破乳剂仍备受关注。本文基于原油乳液的特点及稳定机制分析,综述了不同原油乳液的破乳剂研究进展,主要围绕聚合物破乳剂、生物质基破乳剂、离子液体破乳剂和纳米材料破乳剂的特点、适用范围及其应用效果进行全面总结,对相应破乳剂的破乳机理进行针对性地分析研究,并指出破乳剂机理的研究方法。最后,本文对复杂原油乳液的高效破乳剂开发进行展望,提出破乳技术的未来发展趋势,以期为W/O、O/W或多重乳化的复杂原油乳液的破乳技术应用提供一定借鉴与参考。

C_(5)/C_(6)异构化装置综合改造方案研究

为了挖掘C_(5)/C_(6)异构化装置产品方案的灵活性,在实现生产高辛烷值异构化汽油的同时联产高纯度化工产品,借助Aspen Plus流程模拟软件分析了Par-Isom-C_(5)/C_(6)异构化技术的“单塔脱戊烷+一次通过”流程的优化改造方向,提出了“双塔+一次通过”“三塔+一次通过”及“多塔+一次通过”3种工艺流程改造方案,并分别对其进行了工艺模拟与优化。结果表明:3种改造方案均可使异构化汽油的研究法辛烷值提高4以上;“双塔+一次通过”方案仅能提升异构化汽油辛烷值,不能联产化工产品;“三塔+一次通过”方案可联产高纯度的异戊烷和混合C_(4);“多塔+一次通过”方案可联产高纯度的异戊烷、混合C_(4)和环戊烷产品。此外,3种流程改造方案均具有技术可行性,但会不同程度增加能耗,因而可根据市场需求与实际需要,选择适宜的工艺流程改造方案。

木质素衍生酚气相加氢脱氧研究进展

木质素经热解或解聚可以获得苯酚、甲氧酚和愈创木酚等木质素衍生酚,木质素衍生酚经过进一步的加氢脱氧(HDO)反应可转化为液体燃料。针对木质素衍生酚HDO反应,首先对比分析了液相和气相条件下的反应机理,总结了反应条件对反应机理的影响。然后综述了贵金属、非贵金属和双金属催化剂的气相HDO反应催化性能。最后指出Fe基贵金属型催化剂在气相HDO反应中表现出良好的发展潜力。

预制法制备四聚脲润滑脂的工艺研究

考察了预制法制备工艺条件对四聚脲润滑脂性能的影响,优化了制备工艺,并探讨了制备过程机理,阐述了润滑脂宏观性能与微观结构之间的关系。优化的工艺条件及制备过程为:在50~70℃下反应30 min后得到四脲稠化剂;将四脲稠化剂加入到基础油中,搅拌并升温至170~180℃,恒温炼制1.5 h,冷却、研磨均化,得到四聚脲润滑脂。润滑脂性能分析结果表明,由轻度精制环烷基基础油、质量分数20%四脲稠化剂、质量分数0.8%极压抗磨剂制备的四聚脲润滑脂,滴点达320℃,工作锥入度为286(0.1 mm),钢网分油率为0.86%,且其他性能均满足极压聚脲脂质量标准SH T 0789—2007的要求。

菜籽油化学改性的研究进展

阐述了国内外菜籽油化学改性方法的研究进展。通过对菜籽油分子酯基、羧羟基和不饱和碳碳双键上的改性和修饰,以提高其低温流动性、热氧化稳定性和抗磨性等性能,可将改性后的菜籽油用于生物柴油、绝缘油或润滑油等工业领域。

正己胺曼尼希碱缓蚀剂的制备与性能研究

选取具有苯环结构的苯乙酮和苯甲醛,与正己胺一起制备具有双苯环结构的曼尼希碱缓蚀剂,探索最佳合成条件,拓展正己胺在缓蚀剂领域的开发与应用。通过正交试验与单因素实验,确定最佳合成方案为:醛酮胺摩尔比为0.8∶1∶1,反应温度为85℃,反应时间为7 h,介质pH=5。采用静态挂片失重法对制备的曼尼希碱缓蚀剂测试其缓蚀性能。结果表明:当缓蚀剂质量分数为0.5%时,在60℃、20%的盐酸溶液中,对N80钢片的腐蚀速率为1.6207 g·(m^(2)·h)^(-1);当缓蚀剂质量分数为1%时,在90℃、20%的盐酸溶液中,对N80钢片的腐蚀速率为4.7131 g·(m^(2)·h)^(-1),均满足酸化缓蚀剂的指标要求。

聚(桐油-甲基丙烯酸甲酯)多功能润滑油添加剂的合成

以桐油(TO)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)为原料,偶氮二异丁腈(AIBN)为引发剂,采用Schlenk装置合成了聚(桐油-甲基丙烯酸甲酯)(PTOM)共聚物。采用红外光谱(FT-IR)和核磁共振氢谱(1H NMR)表征了共聚物的结构,利用凝胶渗透色谱仪(GPC)测定了共聚物的相对分子质量及其多分散性指数,利用热重分析仪(TGA)测定了共聚物的热稳定性,并对共聚物的降凝、增黏和抗磨性能进行了评价。结果表明:当桐油与甲基丙烯酸甲酯质量比为1.5∶8.5、引发剂用量为1.0%(在单体中的质量分数)、反应温度为80℃、反应时间为6 h时,共聚物的收率较高(44.99%),其重均相对分子质量为28289。润滑油馏分(350~395℃)中添加质量分数0.8%的共聚物时,可将其凝点(T_(SP))降低6℃,将磨斑直径降低0.314 mm;添加质量分数0.5%的共聚物时,可将其黏度指数(VI)提高69。所合成的聚(桐油-甲基丙烯酸甲酯)可作为一种具有良好降凝、增黏和抗磨性能的多功能润滑油添加剂。

高分散固体碱高效催化制备无甘油生物柴油

为实现无甘油生物柴油的高效制备,以共沉淀法制备的镁铝水滑石为载体,K_(2)CO_(3)溶液为浸渍液,通过等体积浸渍法制备高分散负载型固体碱催化剂,考察水滑石制备过程中金属盐种类以及物质的量比对其催化三组分(菜籽油、乙酸甲酯和甲醇)制备无甘油生物柴油性能的影响,并利用FTIR、XRD、TG、CO_(2)-TPD、BET、SEM技术对催化剂进行表征。结果表明:以MgCl_(2)和AlCl3为金属盐、镁铝物质的量比3∶1、K_(2)CO_(3)浓度2.0mol/L、焙烧温度500℃条件下制备得到的固体碱为催化剂,在油酯醇物质的量比1∶1∶10、催化剂用量10%、反应温度60℃、反应时间15min条件下,生物柴油的产率可达98%,产品性能指标均符合欧盟标准。催化剂表征发现以氯盐为金属盐制备的水滑石比表面积大,孔道结构丰富,暴露的碱性中心位点数目多。综上,金属盐种类对水滑石结构会造成影响,以MgCl_(2)和AlCl_(3)为金属盐制备的高分散负载型固体碱催化剂可高效催化油脂酯交换反应制备无甘油生物柴油。

基于Transformer的生物质流化床快速热解瞬时流率预测

传统的生物质流化床快速热解实验需要投入大量的时间和经济成本,因此,CFD模拟已经成为研究快速热解的主要工具。但大型反应器或宽操作条件下的CFD模拟仍需要大量的计算资源,所以为了进一步节省时间和经济成本,使用PaddleTS的Transformer深度学习模型对CFD模拟中的生物质流化床快速热解瞬时流率数据进行了训练和预测。首先,将收集到的CFD数据输入Transformer模型中进行训练。为了优化模型性能,对多个参数进行了调整,包括学习率、输入输出长度、向量维度、多头注意力头数、编码器和解码器层数等。为了进一步提升模型的泛化能力,还使用了L2正则化以降低过拟合风险。最终所获得的模型预测结果较为理想,表明了Transformer模型在处理生物质流化床快速热解瞬时流率预测方面的有效性和潜力。