同轴反应流反应速率的唯象表征与影响规律研究

目的 为了提高同轴反应流工艺的控制精度,探索反应速率的宏观唯象表征方法和影响规律,方法 通过紫脲酸铵对Ca2+进行示踪,在线观测海藻酸钙水凝胶中空纤维的交联成形过程,利用洗脱法对交联层边界的灰度阈值进行标定,从宏观唯象的角度定义同轴反应流的平均反应速率,通过在线监测提取的交联层厚数据,计算得到反应速率值,并通过试验研究海藻酸钠和氯化钙溶液的流量(定流率比)、质量分数、共流距离对交联层厚和平均反应速率的影响规律。结果 结果表明:对比在线图像识别和洗脱法实测所得中空纤维尺寸,两者误差仅1.09%,满足工程应用需求;增加反应物质量分数能提高平均反应速率,增加交联层厚,且氯化钙质量分数具有更好的调控性能;定流率比条件下,随着两溶液流速增加,中空纤维交联层厚减小而平均反应速率增大;随着反应流共流距离增加,交联层厚增加而平均反应速率逐渐减小。上述唯象平均反应速率受流体速度场和化学反应物质量分数的影响规律与经典反应速率是一致的,说明该唯象定义是有效的。结论 研究采用的同轴反应流在线监测方法、反应速率的唯象表征方法、材料工艺参数影响规律等有助于实现中空纤维结构尺寸、交联层厚和保留溶胶层厚的精确控制,有助于同轴反应流工艺的推广与应用。

氧化钙活化过硫酸盐修复重金属-有机物复合污染土壤

采用氧化钙活化过硫酸盐氧化法修复重金属-有机物复合污染土壤,考察了过硫酸钠投加量、过硫酸钠与氧化钙投加比、水土比等对修复效果的影响,探讨了机理。结果表明,在过硫酸钠投加量2.5 mmol/g,氧化钙与过硫酸钠投加比2∶5,水土比3∶1的条件下,汞、砷的钝化率分别为81%和83%,存在形态由弱酸提取态转化为更为稳定的残渣态,氯仿、苯、总石油烃和1,2,3-三氯丙烷的去除率分别为99%,98%,82%,80%。氧化钙一方面,催化过硫酸盐,产生硫酸根自由基和羟基自由基氧化重金属、降解有机污染物。另一方面,通过物理固封和吸附、络合、沉淀作用钝化汞、砷。研究为重金属-有机物复合污染土壤修复技术的实际应用奠定基础。

金属有机框架材料用于光催化CO_(2)还原的研究进展

CO_(2)光催化还原转化为有价值的碳氢燃料和化工原料是达成“碳中和”目标的重要途径。金属有机框架材料(MOFs)是一种由有机配位体和金属离子或团簇通过配位键形成的有机-无机杂化材料,具有超高的比表面积、可调的孔结构,并易于功能化修饰,在CO_(2)光催化还原反应中展现出良好的应用前景。总结了基于MOFs的新型功能材料绿色光催化CO_(2)还原的最新研究进展,探讨了改性及功能化MOFs材料及MOFs衍生物的光催化CO_(2)还原反应机理,并从理化特性上分析了材料性能优势的成因。总结了提高光催化还原CO_(2)反应的活性和选择性的策略。在此基础上,对这类新型催化剂面临的主要问题和未来发展进行了总结与展望。

费托合成中活性碳化铁稳定策略的研究进展

费托合成(FTS)是将合成气转化为液体燃料和化学品的关键技术,对于缓解石油资源紧张、促进能源多样化具有显著作用。铁基催化剂是工业应用的首选,但活性碳化铁易相变的问题限制了它的商业应用。助剂改性、表面疏水改性和石墨烯包覆的策略可有效增强活性碳化铁的抗相变能力。综述了不同铁相在FTS反应中的性能、相变原因、活性碳化铁稳定策略及其作用机制,为开发更高效、更稳定的铁基FTS催化剂提供坚实的理论基础和实践指导。

固体氧化物燃料电池与电解池中的甲烷氧化偶联研究进展

近年来,相比于传统制烯烃工艺的经济性与环保性,甲烷氧化偶联(OCM)制乙烯成为研究的热点,然而产物选择性偏低及甲烷与氧气混合的安全风险限制了它的商业应用。固体氧化物燃料电池及电解池因易于电化学调控且具备氧离子膜结构可以解决这两项难题,并可耦合发电或者电解水和二氧化碳带来额外的商业价值。综述了利用固体氧化物燃料电池及电解池进行OCM反应的研究进展,重点分析了不同类型催化剂的优缺点,并讨论了电化学OCM的反应机理。未来需要进一步开发具备甲烷活化能力的离子电子混合导体材料作为催化剂,并辅以高温原位的检测技术与结合模拟计算来探究反应过程。

流动化学技术在化学化工本科教学中的应用与创新

流动化学技术在促进化工行业绿色发展及提升行业本质安全水平方面展现出巨大应用前景,而相关技术人才匮乏已成为一个亟待解决的问题。鉴于此,将流动化学技术引入化学化工本科教学体系非常重要,其不仅与化工行业发展趋势相契合,亦能满足当下高校教学需求。流动化学技术为跨学科课程的融合创造了良好契机,其理论教学可采用模块化设计方法从化学和化学工程的双重视角进行构建,相关实验教学可根据高校具体教学需求进行设计和实施。流动化学技术融入化学化工本科教学过程中还需着重关注多学科交叉和教学资源问题。流动化学技术的引入将改变学生对化工行业的传统认知,助力高校履行为社会输送相关人才的社会责任,推动化工行业高水平绿色化发展。

NiCo_(2)O_(4)//GO非对称超级电容器电动汽车动力系统应用仿真

将制备的NiCo_(2)O_(4)电极进行电化学性能测试,结果表明,NiCo_(2)O_(4)电极活性材料通过准可逆的氧化还原反应进行储能,表现出良好的电化学性能.进而使用Simulink仿真模拟了非对称超级电容器单体的放电过程,并使用AVL CRUISE仿真计算了超级电容器-锂离子电池复合储能系统的电动汽车行驶过程.结果表明,汽车在WLTC循环工况下的最大电池功率为38.0 kW,行驶时间为4.9 h,续航里程为224.4 km,相比单独的锂离子电池储能系统最大电池功率减小了31.3%,续航里程提高了11.4%.超级电容器对复合储能系统的电动汽车起到了平衡电池功率和提高续航里程的作用.

酶催化固碳过程及其强化技术研究进展

全球范围迅猛发展的工业生产导致温室气体CO_(2)的排放,引发人们对全球气候变化的普遍关切。在发展清洁能源、工业流程再造等减少碳排放的同时,开发高效、经济的CO_(2)捕集、利用与储存(CCUS)技术显得尤为迫切。本文基于CO_(2)资源化利用的目的,对生物体外酶催化固碳过程及其强化技术的研究进展进行综述。首先,介绍了CO_(2)转化过程中涉及的关键催化酶及其优化,阐述了CO_(2)资源化利用的具体策略,涵盖了将CO_(2)催化转化为甲酸、甲醇、甲烷、淀粉以及L-乳酸、丙酮酸等特定产物分子。进而,重点阐述了辅因子的原位再生、酶的固定化、反应系统的优化设计、反应条件优化(pH、温度、底物浓度)以及产物原位分离等技术对CO_(2)生物酶催化反应过程的强化,实现CO_(2)的高效固定与资源化利用。旨在通过多方面交叉论述,为生物酶催化过程及路线设计包括固定化酶催化剂的制备、反应器选择设计与开发、酶催化过程调控、高值化产品定向合成等提供有益的启发和思考。最后,总结了酶催化固碳过程存在的问题和挑战,并对其未来值得研究的方向进行了展望。

活性金属Ni d电荷密度对Ni_(2)P/Al_(2)O_(3)催化剂菲加氢性能的影响

高温煤焦油中菲含量高,将菲深度加氢饱和得到全氢菲,可提升菲利用率,且全氢菲密度大,热值高,可作为喷气燃料理想组分。然而,在菲加氢反应过程中菲与中间加氢产物的竞争吸附不利于菲在催化剂上吸附活化,且对称八氢菲进一步加氢是菲加氢饱和过程的速控步骤,其吸附活化困难不易解决,催化剂活性难以满足加氢需求。根据稠环芳烃与过渡金属间π络合吸附机理,在反应物吸附活化过程中,稠环芳烃分子和活性金属分别充当电子供体和电子受体,故Ni基催化剂中活性金属Ni处于缺电子状态时利于生成全氢菲,但关于Ni缺电子量及其电子结构如何影响催化剂菲、对称八氢菲加氢性能的原因需进一步探究。此外,基于负载型Ni_(2)P催化剂稳定性高、耐硫、耐氮性强等优势,采用次磷酸盐歧化法通过调变P/Ni物质的量比制备具有不同Ni d电荷密度的Ni2P/Al_(2)O_(3)催化剂,考察Ni d电荷密度对菲、对称八氢菲吸附和反应性能的影响规律。结果表明,在320℃、5 MPa、空速1 309 h-1反应条件下,Ni-2.5P/Al_(2)O_(3)催化剂转换频率fTO最高(44.64×10^(-3)s^(-1))。通过吸附活化熵描述菲、对称八氢菲与催化剂表面间相互作用强度,发现菲、对称八氢菲在不同Ni-xP/Al_(2)O_(3)催化剂表面吸附强度不同。通过定量计算Ni d电荷密度,明确了Ni2P/Al_(2)O_(3)催化剂用于菲加氢反应时适宜Ni d电荷密度约-0.24 e,对称八氢菲加氢反应适宜的Ni d电荷密度约-0.05 e。

阻燃PC/ABS合金的开发

本文介绍了阻燃聚碳酸酯/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(PC/ABS)合金的制备工艺,研究分析了不同SAN树脂、胶粉质量分数、相容剂、润滑剂、阻燃剂等对PC/ABS合金性能的影响,通过调整制备工艺,开发出的阻燃PC/ABS合金冲击强度达685 J/m,阻燃等级达UL94 V-0级(1.6mm)。

表面改性剂对填充PP型滑石粉的研究

研究了滑石粉表面改性后对聚丙烯(PP)管材的影响规律。将滑石粉、聚丙烯、表面改性剂等原料在塑料混炼机上充分混合,制成复合材料,用万能试验机测试其力学性能,采用傅里叶红外变换仪及XRD等分析复合材料的微观结构及官能团。结果表明,改性滑石粉与聚丙烯很有规律的复合,微观结构分布均匀,官能团发生了较大变化,PP∶滑石粉(改性后)=1∶3的复合材料力学性能达最佳。

绿氢制绿甲醇的技术经济可行性分析

随着全球二氧化碳(CO_(2))排放量逐年递增,气候变化和CO_(2)排放已经成为全球性的问题,CO_(2)减排和资源化利用是实现“双碳”目标的核心。发展可再生能源与CO_(2)清洁利用技术已成为实现“双碳”战略目标的有效途径。可再生能源制绿氢与工业捕捉的CO_(2)合成绿甲醇,构筑碳基化学品零碳循环体系,既能实现CO_(2)资源化利用,又能清洁无污染获得绿甲醇。针对可在生能源制绿氢再耦合CO_(2)制绿甲醇技术经济性问题,分析可再生能源制绿氢的前景,结合现有CO_(2)加氢制甲醇化工企业调研,对绿氢制绿甲醇的技术经济进行分析,预测未来随着可再生能源大力发展,均摊成本降低导致绿电和绿氢价格走低,碳减排补贴力度加大,高效稳定催化剂的开发,绿氢加CO_(2)制绿甲醇相较传统制甲醇技术具有良好的发展前景,为绿氢制绿甲醇化工行业提供技术依据和经济性分析方法。

苯胺和甲苯二胺本质安全合成技术研究进展

针对目前硝基苯、二硝基甲苯催化加氢生产苯胺、甲苯二胺工艺存在的安全隐患和催化剂金属原子利用率低等问题,基于原子尺度金属催化剂和液相有机氢载体构建具有本质安全、环境友好及贵金属减量化等特征的硝基苯、二硝基甲苯催化加氢反应体系。介绍了不锈钢基单原子铂金属催化剂制备方法及在硝基苯加氢反应中的应用,异丙醇为氢源的二硝基甲苯加氢-异丙醇脱氢耦合液相反应催化剂及合成甲苯二胺反应性能,活性金属烧结膜反应器及液相微连续流催化加氢合成苯胺、甲苯二胺反应性能,以及锆基材质上纳米管(坑)阵列铂催化剂制备及合成甲苯二胺反应性能等方面的研究结果;为苯胺、甲苯二胺的绿色安全生产提供了基础。

NiW/介孔Y型分子筛催化剂上菲加氢裂化过程研究

为了实现对煤焦油中副产物多环芳烃菲的有效利用,采用等体积浸渍法制备了介孔Y型分子筛负载金属Ni、W催化剂,利用XRD、H2-TPR、BET、SEM-EDS对制备的催化剂进行表征分析,并在固定床反应器中考察催化剂上菲加氢裂化性能,探讨了反应过程中空速、气液比、温度、压力对催化剂积碳率、菲的转化率、液体收率及产物分布的影响.研究表明,增加空速和气液比会降低催化剂的积碳率,过高的反应温度会导致催化剂快速地积碳失活.通过定时采样对裂解产物分析得到菲在催化剂上的裂解率变化情况,同时也能反映出催化剂的稳定性.对反应过程条件优化得到的最优条件为:空速6 h^(-1),气液比750,温度400℃,压力6.5 MPa.此时,菲的裂解率可以稳定在99%以上,同时催化剂保持较高的稳定性,在4 h内未出现活性降低.

钢铁冶金技术发展历程与新时期低碳发展路径

首先对钢铁冶金技术与学科的发展历程进行了梳理,将其发展过程划分为5个主要时期。新时期钢铁冶金工业将从追求效率优先向兼顾节能环保的方向进行转变,文章对钢铁工业的绿色低碳发展路径进行了总结,着重对氢基低碳炼铁技术的发展方向进行了展望。以COURSE50、ULCOS及tkH2Steel等为代表的富氢高炉技术可作为现阶段高炉工艺改进的首选方向。非高炉工艺方面,本文介绍了MIDREX、HYL/ENERGIRON等氢基竖炉直接还原炼铁工艺的发展,同时也介绍了H-Iron、FIOR、Circored、HyREX等采用流化床的铁矿粉氢基直接还原炼铁工艺。文中指出新时期我国钢铁工业应在发展传统节能减排技术的同时,充分利用焦炉煤气、煤制气、天然气及绿氢等低碳能源,发展并创新DRI直接还原技术,从而降低碳素消耗和CO_(2)排放。

Co_(3)O_(4)@海泡石-煤渣多孔陶瓷催化NaBH_(4)产氢性能研究

针对硼氢化钠(NaBH_(4))水解产氢所需的整体型催化剂,在分析纤维状海泡石的化学组成、热稳定性及其包覆前后微观结构的基础上,将其与工业煤渣粉进行复配、共混、压制和烧结成型,得到钴基氧化物负载纤维状海泡石(Co_(3)O_(4)@海泡石)-煤渣多孔陶瓷,研究了陶瓷坯体在高温烧结后的微观结构和吸水率,进一步探究其催化NaBH_(4)水解产氢性能。结果表明,海泡石在包覆后仍显示纤维状结构;在相同烧结工艺下,相比纯煤渣多孔陶瓷,Co_(3)O_(4)@海泡石-煤渣多孔陶瓷显示出更高的产氢速率和催化过程中强结构稳定性,这些特性源于烧结过程中产生的结构耦合作用。

半导体光催化氮气还原合成氨的研究进展

光催化固氮技术以清洁的太阳能作为驱动能源,使用丰富的氮气和水作为原料,秉持绿色可持续的发展原则,是一项富有潜力的氨合成技术。然而,光催化氮气还原反应效率普遍较低,严重制约了该技术的应用与发展。本研究在介绍氮气还原过程的基础上,指出目前光催化固氮体系面临的主要挑战,围绕增强光吸收、加速光生电荷的分离与转移和促进N_(2)吸附活化方面,结合近几年文献报道的光催化固氮典型案例重点综述了半导体材料的改性策略,最后对该领域的未来发展趋势进行了分析与展望。

MOF基单原子催化剂用于CO_(2)还原的研究进展

CO_(2)资源化利用是实现“双碳”目标的重要途径之一。金属有机框架(metal-organic frameworks,MOF)材料具有高孔隙率、可调节的功能、丰富的活性位点和潜在锚定位点等优点;单原子催化剂(single-atom catalysts,SAC)有独特的电子结构和最大化金属利用率的优点。结合二者的优势,MOF基单原子催化剂在光/电催化CO_(2)还原反应中表现出良好的应用前景。系统地总结了MOF基单原子催化剂在光/电催化CO_(2)还原中的最新研究进展,主要分为2个部分:纯MOF固定的SAC和MOF衍生的SAC,分别探讨了各种制备策略和原理及在光/电催化CO_(2)还原中展现的独特优势,并从理化特性上分析了材料性能优势的成因。最后对以MOF基材料为光/电催化CO_(2)还原催化剂的研究进行了总结和展望。

催化剂微纳孔道内液体推进剂流动与分解反应过程研究

单组元能源属于燃气能源,不同于依赖氧气燃烧释能的常规能源,它是无须空气条件下通过催化分解含能液体化学品生成高温高压气体,流经拉瓦尔喷管产生推力或吹动涡轮输出轴功率。特点是高可靠,快响应,低成本,飞行高度不受限,常被用于为航空航天装备提供轨道维持和应急保障的动力。该类能源动力系统启动时,液体推进剂进入到反应催化床内与催化剂接触,并在毛细管力作用下,浸入载体微-纳孔道内被贵金属纳米粒子活化,发生催化分解反应生成高温高压小分子气相。受催化剂孔道结构、尺寸及表面活性影响,孔道内催化分解产气速率大于流体向外运动速度时,内部气相压力会急剧升高,甚至破坏载体毛细孔道结构导致失活。本文采用Poiseuille流描述催化剂孔道内的气相产物流动、毛细管力驱动牛顿第二定律解析气-液界面移动、反应物扩散-反应模型预测产气速率,揭示肼推进剂催化分解反应启动时在催化剂微纳孔道内的流动,催化反应以及气相压力形成过程,解析了启动过程中孔道内压过大导致催化剂破坏失活的物理现象,为单组元推进剂分解用催化剂孔道结构设计开发提供理论基础。

共缩聚法制备TEA-MCM-41介孔材料及其催化性能研究

采用共缩聚“一锅法”合成出一系列硅基三乙胺离子液体固体碱性材料TEA-MCM-41(x)。通过傅里叶变换红外光谱仪、X射线衍射仪、热重分析仪、氮气吸附-脱附、X射线光电子能谱仪和Hammett指示剂等技术对TEA-MCM-41(x)的理化性质进行了表征。结果表明,正硅酸乙酯与硅基三乙胺离子液体发生了共缩聚反应,在模板剂十六烷基三甲基溴化铵作用下制备的材料具有典型的介孔结构、较大的比表面积和较窄的孔径分布。在茴香醛与丙二腈的Knoevenagel缩合反应中,离子液体负载量为10%(摩尔分数)的TEA-MCM-41(10)催化活性最高。以乙醇为溶剂,在TEA-MCM-41(10)用量为0.08mmol,茴香醛与丙二腈摩尔比为1∶1.25,反应温度为30℃、反应时间1h条件下,茴香醛可以定量转化成目标产物(4-甲氧基苯亚甲基)丙二腈,催化剂重复使用5次未发现明显失活。