固体氧化物电解池的发展及研究现状

固体氧化物电解池(SOEC)可以高效、清洁地与可再生能源进行耦合并将其转化为化学能,是一种高效、环保的能量转化装置,但是存在长期运行性能衰减问题,这个问题也是固体氧化物电解水制氢实现大规模商业化的关键所在。本文简要介绍了SOEC的发展历程、类别及其组成和运行原理;详细阐述了该项技术的优、缺点及运行成本;重点对SOEC性能衰减的因素进行了分析,SOEC的组成、运行模式、连接板材料及运行条件等是造成性能衰减的主要因素;最后通过论文和专利数量分析了固体氧化物电解池的研究现状和未来发展趋势,认为虽然固体氧化物燃料电池(SOFC)发展较为成熟,但迫于目前环境需求,为了充分利用清洁能源,降低碳排放,SOEC制氢技术的大规模商业化必然是未来行业的发展方向,目前SOEC性能的稳定及低成本制备是该技术发展面临的主要问题。

桉木屑颗粒燃料固体桥结构构建与燃烧特性研究

在成型燃料内部构建固体桥结构可有效改善其物理品质,利用不同粒径桉木屑构建了具有固体桥结构的颗粒燃料,并进一步研究了颗粒燃料的燃烧特性。提出的构建方法为同种原料不同粒径混配成型,在电子压力机上进行了粒径(0,1 mm]原料混配粒径(4 mm, 5 mm]原料的颗粒压缩成型实验,结果显示混配量5%~10%时颗粒内部长粒径粒子的交叉缠绕,可形成适量的固体桥结构,短粒径粒子填充饱满,粒子间结合紧密。较佳的混配量为5%,颗粒具有较高的松弛密度,为1 074.79 kg/m^(3),最高的Meyer强度,为23.93 MPa,最低的比能耗,为27.06 kJ/kg,平衡含水率为11.65%,吸水速率k为0.015 3 min^(-1)。在热分析仪上进行了成型颗粒燃烧实验,颗粒燃烧过程较为平稳且有所延长,在升温速率10~40℃/min的范围内,着火温度Ti在246.60~265.00℃之间,最大失重速率(dm/dτ)_(1max)在-6.84~-29.10%/min之间,综合燃烧指数S在7.26×10^(-12)~1.09×10^(-10)min^(-2)·K^(-3)之间。在X射线荧光光谱仪上分析了颗粒灰分的元素组成,预测颗粒燃烧时具有中等或较高的结渣沾污趋势。

生防枯草芽孢杆菌Czk1固体发酵工艺条件优化

枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)Czk1是一株具广谱拮抗、促生和诱导植株产生抗病性的根际益生菌。为了全面资源化利用农业废弃物中的有机养分和促进对植物土传病害的生物防治,本研究以Czk1为研究对象,以鸡粪为底肥,分别利用玉米秸秆、菌糠、椰糠堆肥为原料,采用液固两相发酵工艺,以稀释平板菌落计数法测定活菌总数和芽孢数,经过单因素和正交试验方法,明确Czk1固体发酵物料的配方、工艺参数和培养条件。得出Czk1固体发酵的最优条件:最佳原料为菌糠鸡粪堆肥,Czk1接种重量为10%,黄豆粉添加量为10%,含水量为40%,发酵温度为37℃,翻抛1次/72h,在此条件下,Czk1菌株中的芽孢活菌数量总量可以达到8.63×10^(8)CFU/g,芽孢数为8.37×10^(8)CFU/g。其次,发酵效果较佳的原料为秸秆鸡粪堆肥,Czk1接种量为10%,添加5%黄豆粉,40%含水量,发酵温度为37℃,翻抛1次/72 h,此条件下,Czk1接种菌株中的活菌数量总量可达到6.53×10^(8)CFU/g,芽孢数为5.97×10^(8)CFU/g;另外,在此配方条件下再添加30%菌糠,Czk1菌株的活菌数量总量及芽孢数分别可达到8.70×10^(8)CFU/g和6.90×10^(8)CFU/g。4种发酵生物肥原料的理化性质测定表明,其有机质含量、碳氮比均有较大差异,其中以鸡粪为原料其pH、全磷和全钾含量均最高,碳氮比最低,氮、磷、钾总含量均高于秸秆、椰糠和菌糠;秸秆为原料其电导率、有机质含量最高;椰糠为原料其全氮含量最高,菌糠为原料碳氮比最高。不同鸡粪与菌糠、秸秆及椰糠组合的生物有机肥的种子发芽指数均大于80%。因此,枯草芽孢杆菌Czk1具有良好的开发利用价值,选择合适的发酵生产条件可将农业废弃物制备出高质量的生物有机肥。

半固体培养法制备非洲猪瘟病毒pA104R蛋白的单克隆抗体

为了快速、高效制备非洲猪瘟病毒(ASFV)单克隆抗体,本研究通过大肠杆菌系统表达并纯化了ASFV重组蛋白pA104R。以ASFV重组蛋白pA104R为抗原,分别比较了CpG ODN联合氢氧化铝佐剂和常规弗氏佐剂两种免疫策略,并重点比较半固体培养法和常规有限稀释法来制备ASFV pA104R单克隆抗体的效率。结果显示,本研究获得了相对分子质量为3.5×104的ASFV重组可溶性蛋白pA104R,通过其与CpG ODN联合氢氧化铝佐剂免疫小鼠,在第21 d即可达到融合要求,本试验方法(重组蛋白pA104R与CpG ODN联合氢氧化铝佐剂免疫)较重组蛋白pA104R与常规弗氏佐剂免疫节省14 d时间。通过半固体培养法筛选单克隆的试验周期比有限稀释法缩短28 d,并减少了亚克隆的工作量。半固体培养法获得5株阳性杂交瘤细胞,挑选效价较高的3株(9A4、9H6、11F5)进行鉴定,重链均为IgG,轻链均为KAPPA。纯化后的3株单克隆抗体针对pA104蛋白和全病毒蛋白质的效价分别达1∶160000~1∶320000和1∶200~1∶400。本研究优选了CpG ODN联合氢氧化铝佐剂结合半固体培养法筛选pA104R的单克隆抗体,为单克隆抗体制备提供了快速高效的新策略。

超长柔性悬挂固体充填刮板输送机异常工况表征及自主调控方法

固体充填刮板输送机是固体充填开采技术的关键装备,其高效智能化的程度制约着固体智能充填开采技术的进步,暂难突破超大采长、大功率、高可靠性的瓶颈,运行状态受地质条件、充填工艺等主控因素影响显著,异常工况自主调控问题亟待解决。总结了固体充填刮板输送机特征;构建了固体充填刮板输送机位姿形态与运输状态表征方法;通过分析异常工况的形成机理,选取异常工况判别指标,结合位姿与运输状态表征方法,给出了其空间位姿、牵引状态等异常工况判别准则与典型异常工况的调控路径,揭示了多工况状态下固体充填刮板输送机运载调控机制,提出了实时调控充填材料运输量、直线及水平程度组合的异常工况自主调控方法。全国首个260 m工作面长固体充填工程案例表明:通过异常工况自主调控,平均最大水平偏移距每减少100 mm,刮板链牵引力可减少85 kN,输送功率损耗可减少55 kW;平均最大垂直偏移距每减小100 mm时,输送功率损耗可减少7.2 kW;单位长度货载运量每减少100 kN/m,刮板链牵引力可减少31.9 kN,输送功率损耗可减少38.2 kW。所提出的异常工况自主调控方法可显著提升固体充填刮板输送机的输送效能,可助力实现固体智能充填开采。

植物乳杆菌固体发酵对复方中药中有效成分含量的影响

该研究采用植物乳杆菌(Lactobacillus plantarum)BLCC2-0015、BLCC2-0126和BLCC2-0410固体发酵复方中药(黄芪、甘草和益母草等),测定发酵过程中复方中药的pH、微生物数量及总酸、有机酸、粗多糖等有效成分含量的变化,评价其对复方中药有效成分含量的影响。结果表明,植物乳杆菌发酵可降低复方中药的pH值,提高乳杆菌活菌数,抑制大肠杆菌(Escherichia coli)及霉菌的生长,并提高总酸、乳酸、苹果酸、粗多糖、阿魏酸及甘草次酸的含量。其中,植物乳杆菌BLCC2-0410发酵效果最好,发酵72 h时,复方中药的pH为4.32;乳杆菌活菌数为4.53×10^(9)CFU/g,大肠杆菌及霉菌未检出;总酸、乳酸、苹果酸、粗多糖、阿魏酸和甘草次酸含量均显著升高(P<0.05),分别为27.82 g/kg、19.25 g/kg、4.06 g/kg、5.83%、42.00 mg/kg和517.9 mg/kg。

固体氧化物电解槽辅助煤电机组深度调峰技术可行性研究

常规的煤电机组灵活性改造方案,难以消除频繁快速变负荷对热力系统造成的潜在寿命折损与设备安全风险。为提高煤电机组参与深度调峰的长期安全性与经济性,以某国产超超临界二次再热1000 MW燃煤机组为应用对象,提出了基于氢储能系统的煤电机组“健康调峰”技术路线,并论证了调峰煤电制氢的间接碳减排意义。在此基础上,分析比较了不同制氢工艺与煤电厂生产条件的匹配程度,认为固体氧化物电解槽(SOEC)制氢为综合最优方案,据此给出了SOEC耦合煤电调峰的原理性设计方案,最后以年度负荷曲线对新方案进行了财务分析。计算结果表明,示例机组自第6年起每年可获得1.07亿元/年的净利润,每年减少碳排放281.92 t,同时获得设备延寿、降耗减碳等其他收益。相关结论对于指导调峰煤电机组的健康安全运行具有参考意义。

粉煤灰改性固体废弃物胶固粉的制备及性能研究

以电石渣和粉煤灰这两类固体废弃物为主要原料,制备了不同粉煤灰掺量的固体废弃物胶固粉。研究了粉煤灰掺杂比例对胶固粉水化进程、微观形貌、破坏形态和力学性能等方面的影响。结果表明,掺入适量粉煤灰后加速消耗了水泥熟料,提高了胶固粉的水化反应速率,在28 d龄期下,当粉煤灰的掺量为30%(质量分数)时,胶固粉中孔隙数量最少,结构密实度最高。胶固粉在受力过程中破坏形态相似,裂纹自上而下均为条形裂纹,且上部出现了坍塌现象。随着粉煤灰掺量的增大,胶固粉的凝结时间逐渐增大,流动度和化学结合水量持续降低,抗压强度和最大应力先增大后降低变化。在28 d龄期下,当粉煤灰的掺量为30%(质量分数)时,胶固粉的抗压强度最大为14.85 MPa,在相同应变下的应力最高为15.70 MPa。分析可知,粉煤灰的最佳掺量为30%(质量分数)。

大气压固体分析探针结合单四极杆质谱仪快速检测18种合成大麻素

本研究建立了一种大气压固体分析探针结合单四极杆质谱仪(ASAP-MS)快速检测18种合成大麻素(SCs)的方法。通过优化ASAP-MS锥孔电压,确定4种优化电压为15、25、35和50 V,以提供化合物全面的质谱信息。在优化条件下对一系列SCs标准溶液进行分析,建立了18种SCs的质谱库,并对本方法进行方法学验证,得到18种SCs的检出限为10~20 mg/L。应用该方法对缴获的15批次未知样品进行检测,9批次呈阳性。该方法具有前处理简单、分析速度快、匹配高效精准、定性准确的优势,可用于基层公安禁毒部门的分析检测。

节流式燃/氧分离组合固体发动机推力性能调节数值研究

节流式燃/氧分离组合固体发动机将燃烧室分为富燃燃烧室和富氧燃烧室,采用富燃固体推进剂和富氧固体推进剂串联装填的形式,在两个燃烧室中间增加节流阀,通过调节节流阀开度实现推力调节。利用商业软件对节流式燃/氧分离组合固体发动机在节流阀流道半径不同时的工作状态进行模拟,研究节流式燃/氧分离组合固体发动机的工作特性,获得节流式燃/氧分离组合固体发动机燃气流动和掺混特征,揭示节流式燃/氧分离组合固体发动机推力调节机理以及节流阀流道半径对节流式燃/氧分离组合固体发动机燃烧效率的影响规律。研究发现:节流阀流道开度(即节流阀流道半径R)减小可增大发动机推力;随着节流阀开度的减小,节流阀出口燃气马赫数随之增大,而发动机燃烧效率却出现先增大后减小的规律,当节流阀出口燃气流动达到临界状态时发动机燃烧效率出现最大值。

聚乙二醇修饰杨梅苷固体脂质纳米粒制备及其体内药动学研究

目的制备聚乙二醇修饰杨梅苷固体脂质纳米粒,并考察其体内药动学。方法高压均质法制备聚乙二醇修饰固体脂质纳米粒,测定包封率、载药量、粒径、Zeta电位,单因素试验优化处方,XRPD进行晶型分析,考察体外释药、稳定性。24只大鼠随机分为4组,分别灌胃给予杨梅苷、杨梅苷固体脂质纳米粒、杨梅苷固体脂质纳米粒+聚乙二醇硬脂酸酯、聚乙二醇修饰杨梅苷固体脂质纳米粒的0.5%CMC-Na混悬液(150 mg/kg),于不同时间点采血,HPLC法测定杨梅素血药浓度,计算主要药动学参数。结果最优处方为药脂比1∶15,单硬酯酸甘油酯与聚乙二醇硬脂酸酯比例10∶1,泊洛沙姆188浓度0.8%,均质次数8次,包封率为81.75%,载药量为5.04%,粒径为207.56 nm,PDI为0.092,Zeta电位为-14.79 mV。杨梅苷以无定型状态存在于聚乙二醇修饰固体脂质纳米粒中,18 h内累积释放度为64.71%,模拟胃液中2 h内、模拟肠液中12 h内稳定性良好。与原料药、固体脂质纳米粒比较,聚乙二醇修饰固体脂质纳米粒t_(max)延长(P<0.05),C_(max)、AUC_(0~t)、AUC_(0~∞)升高(P<0.05,P<0.01),相对生物利用度与原料药相比增加至4.60倍。结论聚乙二醇修饰固体脂质纳米粒可改善杨梅苷稳定性,促进其口服吸收。

固体颗粒润湿性评价新方法

润湿性不仅控制着疏松砂岩储层中流体的流动和分布,而且影响微粒运移,因此对固体颗粒表面润湿性的准确评价直接关系到储层微粒润湿性的有效调控,对储层微粒运移损害的防治具有重要意义。但现有的评价方法主要针对固体平面厘米以上的宏观尺度,无法准确评价疏松砂岩储层中毫微米尺度的泥砂颗粒的表面润湿性。该文结合活化指数法和接触角测量法,提出了适用于颗粒润湿性评价的新参数——颗粒润湿指数R,建立了一套适用于毫微米尺度的固体颗粒润湿性评价新方法,并进行了实验验证。实验结果表明,该评价方法可以更准确地评价泥砂颗粒的润湿性,测试程序简单,数据处理方便,适用范围广泛,为固体颗粒润湿性的评价与应用技术提供了新手段。

固体力学跨尺度计算若干问题研究

本文展示了固体力学领域跨尺度计算的若干问题和研究概况。(1)建立位错动力学与有限元耦合DDD-FEM的计算模型,实现了能够基于纳米尺度离散位错运动机制计算分析连续介质有限变形晶体塑性问题,提出微纳尺度(200 nm~10μm)晶体塑性流动应力解析公式,结合试验数据揭示了在无应变梯度下强度和变形的尺寸效应;(2)建立具有微相分离结构的纳米尺度粗粒化分子动力学模型CG-MD,计算获得聚脲材料在时域和频域下的存储模量和损耗模量,通过动态加载分析的DMA试验和超声波试验的数据验证,解决了连续介质尺度下微相分离高分子共聚物的设计难题;(3)通过数据驱动关联高分辨率的微米尺度CT影像和临床低分辨率的毫米尺度CT影像的特征值,建立了围关节松质骨小梁的等效模量和结构张量,为骨组织增材制造点阵结构设计和实现个性化骨缺损重建奠定了基础。

基于工程能力过程培养的固体废物填埋知识体系解构

以课程中固体废物填埋处理技术为例,从强化学生工程能力过程培养角度出发,开展知识体系构建和解析研究。开展固体废物填埋处理工程知识体系分解、构建、解析和溯源研究,分析所涉及具体课程、教学内容和对应掌握程度要求,并构建相应逻辑关系。该成果明确了阶段(年级)的考核内容和要求,有助于学生过程学习认知水平和动力、工程实践和创新能力的提高。

节流式燃/氧分离组合固体火箭发动机动态工作过程数值研究

利用商业软件ANSYS Fluent对节流式燃/氧分离组合固体火箭发动机动态工作过程进行数值研究,揭示该发动机基本动态工作过程以及节流阀作动速度的影响。结果表明,节流阀作动会导致发动机富氧燃烧室压强、节流阀出口质量流量以及发动机推力出现负调现象;节流阀作动速度差异不影响发动机调节后的稳定工作状态;随着节流阀作动速度增大,发动机达到稳定工作状态所需时间逐渐缩短,实现性能调控的响应速度增快,但发动机各参数负调量也随之增大,从而增加了发动机发生振动的风险。

强化花色苷对紫玉米粉固体饮料品质的影响及其配方优化

以紫玉米粉为主要原料,研究强化花色苷(紫玉米花色苷添加量分别为0.25%、0.50%、0.75%、1.00%和1.25%)对紫玉米粉固体饮料的功能活性(DPPH自由基清除活性、α-葡萄糖苷酶抑制活性)及感官品质的影响。在此基础上,通过添加阿拉伯胶(添加量分别为2%、4%、6%、8%和10%)、甜菊糖苷(添加量分别为0.004%、0.008%、0.012%、0.016%和0.020%)改善紫玉米粉固体饮料的感官品质,通过响应面法最终优化确定了无糖紫玉米粉固体饮料产品的配方。结果表明:随着紫玉米花色苷添加量的增加,紫玉米粉固体饮料的DPPH自由基清除活性、α-葡萄糖苷酶抑制活性随之增大,表明强化紫玉米花色苷有利于提高紫玉米粉固体饮料的功能活性;但感官评价和电子舌测定结果表明,随着紫玉米花色苷添加量增加,固体饮料的酸涩感增强,因此,紫玉米花色苷添加量以0.25%~0.75%为宜。阿拉伯胶、甜菊糖苷添加量的增加,可以通过改善紫玉米花色苷带来的酸涩感及其他不良风味,从而改善固体饮料的感官品质,二者添加量分别为6%~10%和0.012%~0.020%为佳。以感官评分作为响应值进行三因素三水平的配方优化设计,得到无糖紫玉米粉固体饮料的最优配方为:紫玉米花色苷添加量0.518%,阿拉伯胶添加量8.437%,甜菊糖苷添加量0.014%。试验研究结果为紫玉米资源深加工产品开发及副产品的开发利用提供了理论依据。

固体废物的工业窑炉协同处置进展

工业窑炉协同处置固体废物是降低碳排放的重要途径。将固体废物作为替代燃料或原料在现有高温窑炉中进行处置,不仅可以减少污染物排放,还可实现固体废物的减量化、无害化和资源化利用。本文介绍了水泥窑、电厂燃煤锅炉、钢铁冶炼窑炉、煤气化炉等工业窑炉协同处置固体废物技术的现状,分析了多氯代二苯并-对-二口恶英/多氯代二苯并呋喃(PCDD/Fs)和重金属两类典型污染物的排放特征,指出了该技术当前存在的问题,并对其发展方向进行了展望。

富水软弱围岩劈裂型注浆加固体力学性能与破坏模式

富水软弱围岩劈裂型注浆加固体的力学性能与破坏模式对注浆整体效果具有显著影响。基于室内注浆模拟试验、劈裂型注浆加固体三轴压缩试验和相应的离散元数值模拟,研究劈裂浆脉形态与空间分布特征及注浆加固规律,分析浆脉粗糙度、厚度、数量和倾角对注浆加固体力学性能与破坏模式的影响,阐明三轴加载条件下加固体内部孔隙率和微裂纹演化规律。研究结果表明:劈裂浆脉空间分布模式主要包括半贯通型、交叉型和贯通型,注浆影响区域可分为加固区、过渡区和未扰动区;浆脉存在有效提升了加固体的整体刚度和承载力,加固体峰值偏应力与浆脉粗糙度、厚度、数量呈正相关关系,而浆脉倾角增大会导致整体强度降低;加固体破坏模式主要有局部膨胀型和剪切滑移型,受浆脉形态特征影响,二者对整体变形破坏的贡献程度不同;在加载过程中,浆-土界面处首先萌生微裂纹,进而浆脉两侧软弱介质被压缩挤密后出现大量微裂纹,裂纹数量持续增多直至试样破坏;加固体孔隙率与微裂纹萌生数量变化规律均呈现明显的阶段性特征,且受浆脉形态特征影响显著。

固体发动机喷管热结构耦合数值仿真研究

针对在热载荷与内压联合作用下,固体火箭发动机潜入式喷管的热结构耦合数值仿真问题,采用流体仿真软件与结构计算软件,展开了数值模拟。在流体仿真软件中,计算了潜入式喷管工作过程的内部稳态流场,提取了高温燃气流动参数与固体壁面对流换热系数。在有限元结构计算平台内,编写了非均布壁面压力载荷与非均布对流换热系数子程序,耦合求解了喷管热结构耦合问题,获取了热防护材料内部温度场与应力场分布。研究表明,热载荷是引起喉衬应力的主要原因。喉衬环向压应力与拉应力随时间呈现先增大后减小的过程。经地面喷管结构完整性热试车试验验证,该热结构耦合数值仿真方法可用于喷管结构完整性与安全性分析,为喷管结构设计提供合理指导。

碳达峰碳中和目标下固体废物治理的法律因应

我国在联合国大会上提出了“2030年碳达峰2060年碳中和”的目标。为达成此目标,固体废物治理领域也需要积极作出响应。固体废物治理体系的核心是固体废物的处置。不同的固体废物处置方式有着不同的碳排放结果,填埋或焚烧方式处置所排放的温室气体量都远大于循环利用的方式。应以固体废物领域碳排放统一核算制度为基石,从推进政策实施和立法修改等的多个层面上去因应。立法面向上,《固体废物污染环境防治法》《清洁生产促进法》《循环经济促进法》乃至编纂中的“环境法典”都应当围绕减碳模式的固体废物处置方式改进和制定相关法律规范;制度建设面向上,以固体废物碳排放强制核算法律制度建设为主,通过碳排放强制核算制度规范相关主体及其权利义务关系并深度挖掘固体废物处置的碳减排潜力。