超级电容器用生物质衍生多孔炭材料研究进展

能源消费增加促使绿色能源开发成为趋势,同时推动能源存储系统快速发展,超级电容器以高功率密度和长循环寿命的优势得到广泛关注,其中电容炭材料逐渐成为研究热点。用来源广泛、有可再生性、价格低廉、绿色环保的生物质制备超级电容器用多孔炭材料,在开发绿色能源的同时解决了能源存储问题。多孔炭材料结构调控与性能完善是提高超级电容器性能的重要途径之一。综述了生物质衍生多孔炭材料及其在超级电容器领域的应用,按原料来源(植物、动物和微生物)及材料维度(0D、1D、2D和3D)的分类体系,多孔炭材料制备方法及技术现状。将多孔炭的制备分为炭化和活化,简述了炭化与活化机理、活化方式选择和常见活化剂特性,但生物质衍生多孔炭材料制备过程中影响因素多,且性能不及传统煤基碳材料,需进行多方面设计优化,包括选择生物质前驱体、合理使用炭化技术、调控活化过程各影响因素和选择改性过程中掺杂物等。基于在超级电容器领域的应用需求,重点探讨生物质多孔炭材料优化方式,包括孔结构调控、表面元素掺杂及与石墨烯复合形成新型炭材料等。梳理多孔炭材料用于超级电容器中时的难题与重点,通过寻找多孔炭材料在高比表面积、均匀孔隙分布和高导电性3方面的最优组合,提升电极材料电荷存储能力攻克超级电容器能量密度低的问题,同时确保超级电容器耐压能力达到要求。在此基础上,提出提升材料电化学性能和循环稳定性、确保原料来源稳定性和一致性、逐步实现量产的商业化需要等有望取得突破的研究方向。

双碳背景下的废盐制碱工艺研究进展

综述了以卤盐和硫酸盐废盐为原料制碱的工艺路线及进展,对比分析不同废盐制碱工艺的现状和潜在问题。卤盐制碱工艺相对成熟,但仍然存在能耗较高和流程复杂等不足;利用硫酸盐制碱为废盐制碱提供了一条新思路,可与碳利用相结合,使生产过程更经济、更清洁,促进双碳目标的实现。总结并展望以硫酸钠和CO_(2)为原料制碱的发展前景。

TiO_(2)/活性炭光催化剂降解乙黄药的综合实验设计

光催化降解是一种非常生态友好的技术,为许多有机污染物降解的提供了新的处理途径。针对尾矿、尾矿废水有机药剂残留难以处理的瓶颈问题,设计了二氧化钛/活性炭光催化剂降解乙黄药的综合性实验,内容包括二氧化钛/活性炭光催化剂的制备和表征、乙黄药浓度的测定、光催化降解实验和复合光催化剂的回收利用。实验结果表明,活性炭可以很好地负载二氧化钛,二氧化钛/活性炭光催化剂的最佳煅烧温度为500℃,活性炭最佳掺杂比为20%。该实验涉及物理化学、材料化学、仪器分析等课程知识,有助于锻炼学生的实验操作能力、培养学生创造性思维。

活性炭对乙黄药的吸附研究

乙黄药是有色金属浮选常用的捕收剂,工业上常采用吸附法处理选矿废水中残留的乙黄药。文章以市售木质活性炭AC为吸附剂,研究其对乙黄药的吸附特性。通过元素分析、SEM、FT-IR、BET等方法对其进行表征,结果表明AC比表面积为1856.85 m^(2)/g,平均孔径为3.38 nm。单因素吸附实验发现AC用量为0.1 g,对100 mL初始浓度为100 mg/L的乙黄药,1 h去除率为97.21%;吸附过程更符合准二级动力学和Freundlich模型。AC循环再生4次后,对乙黄药去除率仍达82.82%,再生性能良好。

TiO_(2)/生物炭复合材料的制备及应用研究进展

TiO_(2)是一种半导体材料,具有优异的光催化活性,良好的稳定性和较低的成本,但存在禁带宽度大,生电子-空穴易复合等缺点。生物炭因具有疏松多孔的结构、比表面积大,表面官能团丰富易修饰等特点而成为性能优异的载体材料。两者结合得到的TiO_(2)/生物炭复合材料表现出了良好的可见光响应性、优异的电子传输能力、吸附能力强、电子-空穴复合少等优势,在水污染处理方面有着广阔的应用前景。本文综述了TiO_(2)/生物炭复合材料的制备及改性的方法,阐述了复合材料所表现的协同效应及光催化机理,归纳总结了目前TiO_(2)/生物炭复合材料在处理不同污染物的应用,并展望了TiO_(2)/生物炭复合材料的发展前景和方向。

“双一流”背景下化工研究生培养质量保障体系建设与实践

我国已成为研究生教育大国,在“双一流”高校建设背景下,如何尽快建设、完善高校研究生教育保障体系,为我国的经济和社会发展提供高质量的人才,是目前亟需解决的问题。针对研究生培养过程中存在的问题,我校化学工程与技术学科最近几年在研究生招生工作机制、培养方案优化、强化导师队伍建设、建立创新机制以及强化培养过程和毕业考核等多方面多层次进行了探索与实践,初步建立了研究生培养质量保障体系,取得了一定的成效。

精馏实训在化学工程与工艺专业培养中的应用途径探索

建设中试甚至接近实际生产规模的实训装置或基地,供即将步入大四且已掌握绝大部分专业知识的化学工程与工艺专业学生实操,已经成为生产实习的重要组成部分,使学生在进入工厂前就能了解实际生产过程,很好地填补了理论知识与现场操作之间的巨大鸿沟。但是,学校花费巨大人力、物力建设的实训装置应用途径仍较为单一,如何更好地发挥实训装置的作用还有待探索。以化学工程与工艺专业生产实习常用的精馏实训装置为例,探索将该装置从生产实习环节拓展到认识实习环节的可能性,并在此基础上为探索实训装置乃至实训基地的更多应用途径提供思路。

硫酸盐还原菌对不同碳源的利用率

考察低分子有机酸、醇类、挥发性脂肪酸盐和糖类等作为SRB碳源时对硫酸盐去除效果的影响。结果表明：在不同碳源培养基中，SRB的生长速率存在明显差异，SRB对于碳源的利用率由大到小依次为：低分子有机酸、挥发性脂肪酸盐、醇类、糖类；综合硫酸根去除效果和操作成本，价廉的甲酸可作为硫酸盐还原菌生物还原工艺的首选碳源，硫酸盐去除率可高达97％。

硫酸盐还原菌的固定化

针对低浓度生物冶金浸出液难以处理的现状,利用硫酸盐还原菌(Sulfate Reducing Bacteria,SRB)沉淀分离有价金属离子的微生物法是很有应用前景的处理方法.本工作以提高SRB的还原活性为出发点,通过间歇式实验首先确定适宜的初始COD/SO42-比值和pH值,进而探讨固定化载体对SRB还原性能的影响.研究结果表明,初始COD/SO42-比值为3、初始pH值为7时SRB具有较高的生物活性.影响生物膜形成及SRB活性的首要因素是固定化载体的表面粗糙度,其次是孔容.表面光滑的惰性玻璃珠作为载体时没有生物膜形成,SRB的活性低,SO42-的去除率仅为50%;其他载体均观测到生物膜,且载体的孔容越大,SRB的SO42-去除率也越高.从SO42-的去除效果和工艺的稳定性考虑,多孔聚氨酯泡沫是较优的固定化载体,SRB的还原活性高,SO42-的去除率高达95%,工艺操作简便.

上流式反应器气液相间传质特性的实验研究

上流式反应器设置在固定床渣油加氢反应器前有利于提高渣油原料适用性,延长装置运行时间。实验研究了上流式反应器气液相间传质,采用五齿柱形氧化铝催化剂模拟工业催化剂颗粒,水溶液模拟渣油,空气模拟氢气,采用无氧水物理吸收和亚硫酸钠化学吸收的方法,测定了在高气液比的条件下上流式反应器床层气液相间传质特性实验。考察了表观气速、表观液速、填料粒径、内构件、催化剂级配和床层高径比对液相体积传质系数和气液相界比表面积的影响规律。实验数据表明,液相体积传质系数随着气、液速的增大而增大;随填料颗粒增大而减小;在床层内安装合适的内构件或增大反应器高径比,能够促进气液相间传质。基于实验数据拟合了适合上流式反应器液相体积传质系数和气液相界比表面积的经验关联式,拟合误差最大分别为12%和24%;表明所建气液相间传质的经验关联式能更好地预测上流式反应器中的气液相间传质特性。

阳离子型聚丙烯酰胺对含超细氢氧化镁浆料过滤性能的影响

为解决超细氢氧化镁颗粒细、易团聚导致的难过滤问题,本文考察了添加剂种类对含超细氢氧化镁浆料过滤性能的影响,系统研究了阳离子型聚丙烯酰胺加入方式、添加剂用量比、反应温度、反应时间和搅拌速率等因素对过滤速率的影响,采用X射线衍射仪(XRD)、热场发射扫描电子显微镜(SEM)对反应过程中得到的氢氧化镁晶体结构、形貌、粒度等进行表征分析,结合傅里叶红外光谱仪(FTIR)探究了聚丙烯酰胺分子与氢氧化镁晶体的结合机制,总结了阳离子型聚丙烯酰胺提高含超细氢氧化镁浆料过滤性能的机理。结果表明:阳离子聚丙烯酰胺的添加量为理论氢氧化镁质量的0.7%,反应温度60℃,搅拌速率250r/min,超细氢氧化镁浆料的过滤速率最大为545mL/(m^2·s),体系黏度最低为8.64mPa·s,氢氧化镁的平均粒径为138nm。过滤性能提高的机理为:阳离子聚丙烯酰胺中的酰胺基团与氢氧化镁分子中的羟基通过吸附架桥方式结合形成长链分子,使氢氧化镁颗粒之间分散性提高,减少相互间的团聚,提高整体过滤速率。

基于Aspen Plus的草酸二甲酯合成工段工艺参数优化

针对CO气相催化偶联制草酸二甲酯(DMO)-草酸酯加氢合成乙二醇(EG)的生产新工艺,应用Aspen Plus软件,在物性常数估算、模型建立的基础上,考察进料板位置、回流比等对CO制DMO工段主要工艺单元装置甲醇吸收精馏塔T-101的产品分布及能耗的影响,并进一步进行了羰化全流程模拟。结果表明,T-101的气体进料板数、摩尔回流比和吸收剂甲醇用量的最佳值分别为10、0.2和6 000 kg/h。全流程模拟显示,888 kmol/h的CO、100.65 kmol/h的O2和841.07 kmol/h的CH3OH可生产189.79 kmol/h的草酸二甲酯,同时反应放出的热量得以有效利用。

氧化铅锌矿硫化技术研究进展

本文介绍了我国氧化铅锌矿资源的存在形式以及特点,详细评述了近年来国内外在硫化浮选方面的研究工作。硫化浮选过程中最关键步骤是硫化,其中硫化方法包括硫化-黄药法、机械硫化、硫化焙烧和水热硫化等,分析比较了这些方法的优缺点。生物硫化技术具备工艺简单、生产成本低、轻污染等优点,具有极大的发展潜力,有望成为矿物加工过程中的研究重点。

纤维增强多孔硅酸钙防火板制备及性能调控

高炉矿渣等大宗工业固废用于建材大多以规模消纳为主,而对其应用于高值功能材料中的性能调控研究较少。将高炉矿渣与氧化钙湿磨,在不同Ca/Si比和温度下制备多孔硅酸钙填料,并对其形貌、物相等进行分析。进一步将不同条件下得到的多孔硅酸钙填料与胶凝材料、添加剂等混合成型,蒸压制备纤维增强防火板材,对其常温导热系数、力学性能、高温性能、燃烧性能等系列性能进行了研究。结果表明,通过工艺优化,矿渣湿磨Ca/Si比为1.4,反应时间为5 h时制备的多孔硅酸钙填料,应用于防火板的综合性能最优,低密度板材抗折强度最高为9.11 MPa,弹性模量为4336.70 MPa,导热系数最低为0.081 W/(m·K)。固废基多孔硅酸钙填料的加入能够促进防火板中托贝莫来石物相生成,大幅提高板材的综合性能。

进气方向对文丘里微气泡发生器气泡直径的影响

文丘里微气泡发生装置常采用自吸式进气的方式,在工程应用中可能存在微气泡通量不足的问题。采用压缩空气进气,并通过照相法重点考察了错流、逆流和并流3种进气方向对文丘里管微气泡发生器生成气泡直径的影响。结果表明:喉管处液速超过4.72 m/s时所产生的湍流剪切场才能将进入的气泡破碎成~200μm级别的微气泡;添加3-戊醇能够稳定生成的微气泡,抑制生成的气泡在从文丘里管到测试槽表面逸出过程中的聚并和破碎过程,从而使测试槽中不同位置处气泡直径能保持生成时的微气泡的直径;3种进气方向中,错流进气因气泡进入后更贴近壁面流动,所生成气泡直径最大;而并流进气气泡脱离时间更短,使得生成气泡尺寸最小。在相同条件下,并流进气生成的微气泡比表面积最大,约是错流进气的3倍,最有利于气液传质。

基于Aspen Plus的草酸二甲酯加氢工段工艺参数优化

针对CO气相催化偶联制草酸二甲酯(DMO)-草酸酯加氢合成乙二醇(EG)的生产新工艺,应用Aspen Plus软件,在物性常数估算、模型建立的基础上,考察理论板数、进料板位置和回流比等对DMO加氢工段主要工艺单元装置EG精制塔T-204的分离效果的影响,并一步进行了加氢工段全流程模拟。结果表明,T-204优化后的总理论板数、进料板位置、塔顶蒸发速率和回流比分别为25、7、40.95 kmol/h和3.1。全流程模拟显示,15 183.36 kmol/h的H2、189.79 kmol/h的DMO可生产9 980.27 kg/h EG,同时反应放出的热量得以有效利用。

《化工传递过程》课程教学实践与探索

论文基于《化工传递过程》课程教学现状的分析,开展了课程教学方法与授课方式的研究和探索,提出了进一步改革优化课程教学的思路。

测定气—液—固搅拌槽内相含率分布取样法的改进

在化工冶金和环境保护等领域应用十分广泛的气—液—固三相搅拌槽反应器由于缺少基础实验数据造成设计放大的困难。对于能直接有效地反映反应器内部特性的分散相(气泡和固体颗粒)的局部相含率分布,目前仍然没有可靠的实验测量方法。在总结前人工作的基础上,设计了一种带喇叭口的取样管,并进行局部相含率的测量,验证了该取样管的可行性。当开口大小为取样管管径的3倍时测量结果最准确,开口朝下时更易收集气体。改进的取样法实现了对以空气为气相、水为液相、石英砂为固相的三相搅拌槽内局部相含率分布的测量。实验采用单层标准Rushton桨(RTD),通过实验数据分析发现:局部固含率由中心沿径向逐渐增大,由槽底向上则逐渐减小,而局部气含率则由中心沿径向减小,由槽底沿轴向分布较均匀,测定结果与对反应器的定性认识相符。

1,6-六亚甲基二氨基甲酸甲酯热解产物1,6-六亚甲基二异氰酸酯的分离

采用分子蒸馏技术,对1,6-六亚甲基二氨基甲酸甲酯(HDC)热解液中1,6-六亚甲基二异氰酸酯(HDI)和1,6-六亚甲基单异氰酸酯(HMI)进行分离,考察了HDI的热稳定性,优化了模拟热解液的分离工艺条件,并利用~1H NMR,FTIR,GC等分析方法对分离后的产品进行表征及纯度分析。实验结果表明,在常压下,纯HDI在130～150℃保持稳定,160℃时开始聚合,且温度越高、时间越长,HDI热稳定性越差,分离温度应低于160℃;HDI分离的最优条件为:温度80℃、进料速度4 mL/min、HDI/HMI的质量比大于7.5;分离后产品HDI与商品HDI的结构相吻合,采用最优条件对真实热解液进行分离,分离后试样中的HDI纯度接近100%(w),表明分子蒸馏分离实验可以获得高纯度的HDI产品。

复杂型氧化铜矿生物硫化预处理基础研究

为了有效回收复杂型氧化铜矿,可以先对氧化矿进行硫化预处理,再进行浮选回收。本文采用硫酸盐还原菌(Sulfate Reducing Bacteria,SRB)还原硫酸盐的方法对矿物进行生物硫化预处理,针对某复杂型氧化铜矿进行研究。试验考察了生物硫化工艺参数:矿石粒度、生物硫化剂用量(倍数)、矿浆浓度、硫化温度及硫化时间等因素对矿物生物硫化的影响,采用单因素分析法,最终得出较佳的生物硫化预处理条件:矿石粒度-0.150 mm、矿浆浓度为4%、生物硫化剂用量为理论值的2倍、硫化温度为50℃、硫化时间为6 h。