利用SE-GPR模型对甲醇/柴油混合燃料柴油机性能的预测

为了对柴油机的经济性和排放参数进行高效、准确的预测,根据4190型船用柴油机实验数据与边界参数,建立AVL-BOOST甲醇/柴油混合燃料柴油机仿真模型;利用模型进行仿真实验,并建立甲醇掺混比、废气再循环(exhaust gas recirculation,EGR)率、喷油提前角和进气压力4个控制参数对有效油耗率和NO x排放预测数据集;利用该数据集对5种不同核函数的高斯过程回归(Gaussian process regression,GPR)模型进行训练;最后将最优的平方指数高斯过程回归(squared exponential-Gaussian process regression,SE-GPR)模型、AVL-BOOST仿真数据和柴油机实验数据进行对比。结果表明:在数据量为180组时,SE-GPR模型对有效油耗率和NO x排放均取得拟合关联度99%以上,均方根误差(root mean square error,RMSE)分别为1.859,0.3445,平均绝对误差(mean absolute error,MAE)分别为0.954,0.2489;并且,相较于AVL-BOOST仿真实验,SE-GPR模型对实验数据具有更好的拟合性。

电解银催化甲醇氧化制甲醛实验的课程思政设计

将具有工业生产特色的“电解银催化甲醇选择性氧化”转化为一个综合的物理化学实验,通过实验学生可以掌握气固相反应装置运行的规范操作及反应条件的控制对催化性能的调控,推动了工科和理科融合渗透。同时引导学生理解催化技术对提高工业生产经济效益和可持续绿色发展的重要意义,该实验的开展可以强化学生学以致用的意识,增强对化工生产问题的综合性和复杂性的认识,还可以培养学生团队意识和合作能力,培养科技创新促进化工生产的意识和抓住事物本质从根本上解决问题的意识,强化学生的学科素养和社会责任感。

不同海拔下甲醇替代率和主喷正时对RCCI发动机性能的影响

为探究不同海拔条件下甲醇/柴油反应活性控制压燃(reactivity controlled compression ignition, RCCI)发动机的运行特性,该研究基于甲醇/柴油双燃料发动机试验台架,试验研究1 800 r/min、100%负荷和3 200 r/min、100%负荷下不同甲醇替代率、柴油喷射正时对发动机燃烧与排放性能的影响规律。结果表明:不同海拔条件下随着甲醇替代率的增加,缸压和瞬时放热率峰值逐渐升高,燃烧始点和燃烧中心前移,当量有效燃油消耗率(equivalent brake specific fuel consumption, ESFC)降低,有效热效率升高,NO_x和碳烟排放大幅降低,THC(total hydrocarbons)和CO排放增加。1 800 r/min、100%负荷工况下,甲醇替代率由0增至20%,0、1 000、2 000 m海拔下最大缸压平均增加1.72 MPa,瞬时放热率峰值平均升高25.08 J/(°),ESFC平均降低4.67%,有效热效率平均升高4.90%,NO_x和碳烟排放分别平均降低16.63%和50%,THC和CO排放量分别平均增加142.03、388.18 mg/kg。3 200 r/min下甲醇替代率由0增至7%,不同海拔高度下ESFC平均降低1.76%,有效热效率平均升高1.79%,NO_x和碳烟排放量分别平均降低8.17%和20.70%。海拔高度由0升至2 000 m,1 800 r/min、20%甲醇替代率与3 200 r/min、7%甲醇替代率下,瞬时放热率峰值分别降低4.80和8.08 J/(°),燃烧中心分别推迟1.44°和1.43°,有效热效率分别降低0.82%和0.68%,ESFC分别升高2.10%和1.99%,NO_(x)排放量分别减少10.61%和7.35%,碳烟排放分别增加26.54%和32.12%,THC排放分别升高29.88%和15.45%,CO排放量分别增加22.42%和18.15%。固定甲醇替代率后,随着柴油主喷正时提前,不同海拔条件下缸压和放热率峰值逐渐升高,燃烧中心向上止点靠近,ESFC逐渐降低,有效热效率升高,碳烟排放减少,NO_(x)、THC和CO排放增加。1 800 r/min、15%甲醇替代率下,主喷正时从-1.5°提前至-7.5°,不同海拔高度下ESFC平均降低8.27%,有效热效率平均升高9.08%,碳烟排放平均减少90.94%。为提升高海拔条件下甲醇/柴油RCCI发动机的热效率和燃油经济性,可以适当增大柴油主喷正时。研究结果可为不同海拔环境下甲醇/柴油RCCI发动机燃烧与污染物排放控制优化提供参考。

Z型异质结Ag_(2)S/AgVO_(3)可见光催化转化低浓度瓦斯制甲醇性能研究

因缺乏合理有效的利用途径,大量低浓度瓦斯(C_(CH_(4))<30%)被直接排放,研究开发低浓度瓦斯高值转化利用方法和技术对保障煤矿安全生产与减缓温室效应具有重要意义,也是实现我国“双碳”战略目标必不可缺少的部分。以低浓度瓦斯为碳源制取液体燃料甲醇被认为是其理想的利用途径之一,以清洁太阳能为驱动力的光催化技术可在室温常压下活化转化甲烷,为低浓度瓦斯低碳利用提供新途径。首先采用水热法制备AgVO_(3),以硫代乙酰胺为硫源,通过阴离子交换策略在AgVO_(3)表面原位复合Ag_(2)S,构筑出Ag_(2)S/AgVO_(3)异质结,改变硫代乙酰胺的用量可调控Ag_(2)S复合比例。利用XRD、SEM、TEM和紫外可见漫反射光谱等对复合催化剂的微观结构进行表征分析,以体积比为1∶12的甲烷/空气混合物模拟低浓度瓦斯,系统研究了Ag_(2)S复合比例、氧化剂用量、光照强度等对甲烷转化、甲醇产生及其选择性的影响规律,借助瞬态光电流响应谱和电子顺磁共振谱(EPR)探究了Z型异质结构Ag_(2)S/AgVO_(3)对增强模拟瓦斯转化性能的内在机理。研究结果表明:所制AgVO_(3)呈纤维状形貌,其晶相结构为单斜相,原位复合的Ag_(2)S呈纳米颗粒形态,其平均粒径为60 nm,且Ag_(2)S颗粒均匀分布于AgVO_(3)纤维表面。与单一AgVO_(3)和Ag_(2)S相比,复合材料Ag_(2)S/AgVO_(3)具有更强的光吸收性能,AgVO_(3)的带隙能、价带与导带电势分别为2.08 eV、2.21 V和0.13 V,Ag_(2)S的带隙能、价带与导带电势分别为0.91 eV、0.34 V和−0.57 V。与AgVO_(3)相比,复合催化剂Ag_(2)S/AgVO_(3)具有显著增强的瓦斯转化性能,可见光照射1 h最优催化剂20%Ag_(2)S/AgVO_(3)的甲烷转化和甲醇产生量为3.10 mmol/g和2.45 mmol/g,分别为单一AgVO_(3)的1.72倍与2.63倍,且其甲醇选择性高达78.9%;6次循环试验结果表明:Ag_(2)S/AgVO_(3)具有优异的催化稳定性。能带结构分析与EPR测试结果表明:Ag_(2)S/AgVO_(3)异质结遵循Z型电荷迁移机制,这不仅增强了光生电荷的空间分离,同时使其具有较强的氧化/还原能力,显著提升低浓度瓦斯定向转化制取甲醇的催化性能,为低浓度瓦斯低碳高效利用提供新思路。

二次再热燃煤-捕碳-制甲醇系统集成设计与优化

针对碳捕集电厂的高能耗及CO_(2)的后续利用问题,设计了一种二次再热燃煤-捕碳-制甲醇一体化系统。以某1000 MW超超临界二次再热机组为例,采用动态自适应粒子群优化算法对所提系统参数进行优化计算,分析了碳捕集率和光电制氢成本等因素对系统性能的影响。结果表明:当碳捕集率为90%时,一体化系统的热效率相比燃煤-捕碳机组提高了6.62%,CO_(2)排放强度降低了4.45 g/(kW·h),净收益提高了33.42亿元;当碳捕集率在40%~90%内变化时,一体化系统的热效率能够稳定保持在49%以上;随着未来光电制氢成本的下降,一体化系统的净收益将显著提升。

直接甲醇燃料电池中碳基载体材料的研究进展

甲醇氧化电催化剂是决定直接甲醇燃料电池(DMFCs)性能、寿命与成本的关键。为获得高功率密度和低生产成本的DMFCs,设计合成组成、结构、形貌可控的阳极催化剂备受关注。阳极催化剂的颗粒尺寸、粒径分布、形貌结构、稳定性、分散性以及催化活性都与载体息息相关,而碳基载体材料由于其优异的性能已广泛应用于DMFCs中。首先,介绍了酸性环境和碱性环境中甲醇氧化反应的机理;然后,对不同形式的碳基载体材料,如炭黑、介孔碳、碳纳米材料、氧功能化碳、杂原子掺杂碳以及金属氧化物改性碳作为催化剂载体在DMFCs中的应用进行了综述;最后,对DMFCs的发展趋势进行了展望。

络合剂对固相法Cu/ZnO/In_(2)O_(3)催化剂的CO_(2)加氢制甲醇反应性能的影响

为了促进催化剂中Cu物种的分散,在金属硝酸盐中分别加入草酸、甲酸和柠檬酸,采用固态研磨合成Cu/ZnO/In_(2)O_(3)催化剂.结果表明:草酸的加入对Cu的分散效果最好,在280℃,2 MPa,3.6 L·gcat^(-1)·h^(-1),V(H2)∶V(CO_(2))=3∶1时,甲醇收率最高,达到2.1 mmol·gcat^(-1)·h^(-1).但甲酸在高温下会分解为CO_(2)和H_(2),导致制备的CuO/ZnO/In_(2)O_(3)催化剂部分还原,随后此催化剂在H_(2)预处理后被过度还原,形成Cu_(3)In_(7)合金相,导致甲醇产率降低.

甲醇-柴油反应活性控制压燃发动机排放特性与经济性预测及优化

基于甲醇-柴油双燃料反应活性控制压燃(reactivity controlled compression ignition,RCCI)发动机台架试验数据,建立了基于粒子群算法(particle swarm optimization,PSO)优化BP神经网络的甲醇-柴油RCCI发动机排放特性、经济性预测智能模型,以发动机负荷、甲醇替代率、EGR率为输入参数,NO_(x)、烟度、CO、THC排放和当量有效燃油消耗率为输出,预测模型的决定系数(R^(2))分别为0.99,0.97,0.99,0.98和0.96,平均绝对百分比误差(mean absolute percentage error,MAPE)为6.46%,0.56%,3.12%,1.21%和0.3%,表明构建的PSO-BPNN模型能够有效预测甲醇-柴油RCCI发动机的NO_(x)、烟度、CO、THC排放和经济性。基于偏最小二乘回归(partial least squares regression,PLSR)分析了不同控制参数对发动机污染物排放和经济性的相关性,将PSO-BPNN预测模型与NSGA-Ⅱ算法相结合,以NO_(x)、烟度和当量有效燃油消耗率为目标对负荷、甲醇替代率和EGR率进行协同优化,将最优控制参数组合标定至双燃料发动机的控制系统进行试验验证。结果表明:优化后烟度变化不明显,NO_(x)排放平均降低39.6%,当量有效燃油消耗率平均降低2.6%。

甲醇及其燃烧副产物对发动机油性能的影响研究

文章选取了一款市售普通发动机油作为研究对象,研究了甲醇及其燃烧副产物对该润滑油主要性能的影响。微动摩擦磨损试验机(SRV)摩擦磨损试验(往复模式)结果显示:甲醇及其燃烧副产物对该发动机油的减摩抗磨性能具有较大的负面影响,使摩擦副的平均摩擦系数增大19%、磨损率增大54%。这是由于甲醇及其燃烧副产物与润滑油中的减摩抗磨剂二烷基二硫代磷酸锌(ZDDP)和二烷基二硫代氨基甲酸钼(MoDTC)发生反应,导致其析出所致。抗氧化试验结果显示:加入甲醇、甲醛、甲酸三者的混合物,使得该发动机油的起始氧化温度降低7℃,在210℃下的氧化诱导期缩短7 min。曲轴箱模拟试验表明:甲醇对结焦行为影响最大,而三者混合物的引入使得该发动机油的结焦评级达10级,结焦量增加400%。此外,甲醇及其燃烧副产物的加入会使润滑油碱值下降幅度增大,并导致黏度指数改进剂析出,从而使其运动黏度下降。

大型集装箱船甲醇燃料舱结构设计

针对甲醇作为船舶替代燃料的特点,提出一种适用于大型集装箱船的甲醇燃料舱设计方案,以一艘大型集装箱船为例,采用有限元方法来验证甲醇燃料舱区域的结构强度,同时探讨燃料舱端部节点设计对船体结构强度的影响。为大型集装箱船甲醇燃料舱的结构设计提供参考。

植物绝缘油中水对甲醇扩散影响的分子动力学模拟

甲醇因其稳定性强、在绝缘油老化初期含量高等特点,是变压器油纸绝缘状态评估的重要特征物质,而水是油纸老化过程中必不可少的产物。为明确水对植物绝缘油中甲醇扩散的影响,分别构建含水量为1.0%、1.5%、3.0%、5.0%的植物绝缘油、水、甲醇共混模型,利用分子动力学方法计算模型中物质的扩散轨迹、扩散系数、相互作用能、氢键、自由体积,并从微观角度出发,解释水促进甲醇扩散的机理。结果表明:随着含水量的增加,甲醇与植物绝缘油的相互作用能减小,系统整体的氢键稳定性下降,自由体积增大,最终导致甲醇在植物绝缘油中的扩散作用增强。

快速合成Cu-SAPO-34分子筛及其甲醇制烯烃催化性能

通过引入含铜分子筛晶种作为铜源、10 h快速合成出Cu-SAPO-34分子筛,并与传统的水热合成法和铜胺络合物引入铜源的方式进行对比,同时利用XRD、SEM、IR、TPD和微反等手段表征样品的结构和甲醇制烯烃(MTO)催化性能。结果表明:与常规合成方法相比,快速合成法可在10 h制备出结晶度在86.24%,固体收率达到94.65%的Cu-SAPO-34分子筛,其乙烯+丙烯选择之和达到81.26%;与添加铜胺络合物相比,加入含铜分子筛晶种的方式引入铜元素,更合适于快速合成法,避免了铜无法与分子筛骨架结合的问题;通过调整含铜分子筛晶种的性质及加入量,可以快速合成晶粒直径在470 nm的纳米Cu-SAPO-34分子筛,固体收率达到96.72%,乙烯+丙烯选择之和达到86.24%。

1,4-环己烷二甲醇改性PBAT共聚酯的合成及性能

为提高降解塑料聚对苯二甲酸/己二酸丁二酯(PBAT)的力学性能、热性能及加工性能,在PBAT的分子链中引入1,4-环己烷二甲醇(CHDM)单体,采用熔融缩聚法,制备了一系列不同CHDM含量的新型聚对苯二甲酸-co-己二酸环己烷二甲酯/对苯二甲酸-co-己二酸丁二酯(PBCAT)。采用傅里叶变换红外光谱仪、液固两用核磁共振仪对共聚酯进行结构表征;利用乌氏黏度计、万能电子拉伸机、差示扫描量热仪、维卡软化点测试机、接触角测量仪分别测试了共聚酯的黏均分子量、力学性能、热性能和亲水性。结果表明,随着CHDM物质的量的增加,PBCAT共聚酯的熔点和结晶温度均呈现先降低后升高的趋势,熔点由136℃降至114℃,然后升至123℃,结晶温度由90℃降至46℃,然后升至61℃,结晶度下降。当PBCAT共聚酯的黏均分子量可达126 075 g/mol,水接触角均小于90°,材料具有良好的亲水性能。当CHDM物质的量占醇总量的25%时,PBCAT共聚酯综合性能最好,拉伸强度为20.74 MPa,与PBAT相比,提升了17%,且该共聚酯结晶度小,熔融温度较PBAT降低了7.4℃,维卡软化点达到127.4℃。

甲醇燃料在船舶内燃机动力中的运用

随着能源危机的日益加深和环保意识的提高,寻找替代传统燃料的可持续能源成为全球关注的焦点。甲醇燃料作为一种清洁、可再生的能源,具有燃烧效率高、排放少等优点,被广泛应用于船舶内燃机动力系统中。本文通过对甲醇燃料的特点和在船舶内燃机中的应用进行研究,分析了甲醇燃料在船舶行业的前景和挑战。

电能-甲醇跨区协同输运下的电-氢耦合系统调度

针对我国电氢供需时空分布不均导致新能源利用率低、系统运行成本过高等问题,提出一种电能-甲醇跨区协同输运下的电-氢耦合系统调度方法。首先,根据送、受端区域的能源供需特征、电/氢子系统运行特性及甲醇氢载体属性,设计电-氢耦合系统跨区协同运行机制和调度框架,提出电能-甲醇联合输运下的送、受端供需平衡模型,充分利用甲醇的灵活储运能力促进新能源跨时空消纳;然后,构建电能-甲醇跨区协同输运下的电-氢耦合系统双层优化调度模型,考虑长时间尺度下的电、氢能量平衡,以天为调度尺度建立上层模型,确定甲醇输运和机组起停方案;考虑短时间尺度下的电力平衡、氢供需平衡约束,以小时为调度尺度建立下层模型,确定送、受端系统各小时的运行计划,从而实现异质能源的跨时空协同互补,保障送、受端区域多时间尺度能量供需平衡;最后,基于改进的HRP 38系统进行仿真分析,结果表明电能-甲醇跨区协同输运能够显著提高系统经济运行水平,促进新能源规模化消纳。

甲醇液相重整制氢研究进展

围绕甲醇液相重整制氢技术展开,介绍了甲醇液相重整反应机理,对比了不同甲醇重整制氢技术,讨论了不同工艺下的适用场景。总结发现了工艺温度在250~350℃的水蒸汽重整技术更适合在分布式加氢站中采用,液相重整技术在氢燃料电池体系中更具应用潜力。针对液相重整技术低温､高选择性的工艺特点,对液相重整制氢使用的催化剂进行了综述和展望。

由苯甲醇合成苯甲酸乙酯综合制备实验的课程思政设计

将苯甲酸合成与苯甲酸乙酯制备两个经典实验改造为综合实验,并以改进合成过程实现绿色、高效转化为案例,引导学生通过查阅文献,综合分析合成过程,指出原合成方法存在的问题和不足,提出改进的建议,在此过程中,引导学生将法律法规、实验规范、学科伦理、绿色理念、环保和可持续发展理念等融入实验的设计和实施全过程,使学生在受到基本操作训练的同时得到素质的全面提升。

助剂对球形Cu/SiO_(2)催化剂甲醇脱氢制甲酸甲酯反应性能的影响

甲醇脱氢制甲酸甲酯是实现甲醇下游产品多元化利用的绿色高效途径,使用助剂对SiO_(2)催化剂进行改性已成为提高目标产物甲酸甲酯收率的有效策略。首先通过溶胶-凝胶法制备了球形SiO_(2)负载Cu催化剂(Cu/SiO_(2)),然后采用旋蒸法引入助剂制得CuM/SiO_(2)(M=Ce或Al)催化剂,借助N2吸/脱附、扫描电子显微镜(SEM)、H_(2)-N_(2)O滴定和X射线衍射(XRD)等手段对催化剂进行了表征,并将催化剂用于甲醇脱氢制甲酸甲酯反应评价了其催化性能。结果表明,助剂可改变催化剂中活性Cu^(0)物种的含量和表面酸碱性。与Cu/SiO_(2)催化剂相比,CuCe/SiO_(2)催化剂表面Cu颗粒的分散度提高,这促进了活性物种Cu^(0)的形成,同时表面碱性位点减少,抑制了副反应发生,因而CuCe/SiO_(2)催化剂表现出最高的活性。在300℃、0.2 MPa的反应条件下,CuCe/SiO_(2)催化剂的甲醇转化率、甲酸甲酯选择性分别为29.2%、86.3%,甲酸甲酯收率为25.2%,均明显优于文献报道的Cu基催化剂。

彝药斯赤列甲醇提取物对骨关节炎模型大鼠的治疗作用及靶点预测

背景:彝族人民将斯赤列用于治疗骨折、跌打劳伤、关节炎等。作者所在课题组前期研究发现斯赤列活性部位水提取物(SAW-A)和二氯甲烷提取物(SAW-B)可通过促进成骨细胞增殖、分化和成熟相关基因的表达发挥促进骨折愈合作用,但其活性部位甲醇提取物(SAW-C)对骨关节炎的治疗作用尚不清楚。目的:探讨斯赤列甲醇提取物对骨关节炎的治疗作用,并通过网络药理学技术筛选斯赤列甲醇提取物治疗骨关节炎的有效靶点。方法:通过大鼠前交叉韧带切断手术复制大鼠骨关节炎模型,术后连续灌胃斯赤列甲醇总提物21 d,于造模第21天进行X射线影像学观察,测量膝关节宽度,检测血清中氧化应激指标和关节腔灌洗液中炎症因子水平,苏木精-伊红染色病理学观察,测量全层软骨厚度和透明软骨厚度,番红-固绿染色观察关节软骨蛋白聚糖含量。构建“药物-成分-疾病-靶点”网络,对有效靶点进行GO富集分析和KEGG富集分析,运用cytoscape软件构建蛋白互作网络图。结果与结论:①斯赤列甲醇提取物可降低骨关节炎大鼠关节腔灌洗液中肿瘤坏死因子α与血清中前列腺素E2、丙二醛水平,提高超氧化物歧化酶水平;缓解由骨关节炎所致的关节肿胀;改善关节软骨组织病理状态,维持关节全层软骨、透明软骨厚度以及软骨下骨中骨小梁面积;防止关节软骨中蛋白聚糖的流失,对软骨有保护作用;②网络药理学结果表明,斯赤列甲醇提取物的作用靶点可能与抑制TNF、AKT1、IL-6、MAPK3、SRC等因子释放,以及抑制EGFR信号通路和AGE-RAGE信号通路的过度激活有关。

光辅助直接甲醇燃料电池阳极催化剂的研究进展

直接甲醇燃料电池(DMFCs)因其能够在较低工作温度下提供清洁、可持续能源方面的潜力而备受关注,但阳极缓慢的甲醇氧化反应(MOR)限制了其商业化应用。光辅助直接甲醇燃料电池(PMFCs)能利用光电耦合机制加速MOR过程,实现甲醇的化学能高效转化为电能,为开发高效、可持续的能源转换系统带来了巨大希望。本文首先简要回顾了PMFCs的背景、意义和在能源研究中的价值。从PMFCs的基本结构组成和酸碱介质下甲醇光电催化氧化的基本路径出发,总结了PMFCs阳极光电催化剂的研究进展。重点针对不同类型的PMFCs阳极光电催化剂,讨论光辅助下的MOR增强机制,如催化剂的尺寸效应、晶面效应、吸光性能、导电性以及表面等离激元共振(SPR)效应等方面的影响。PMFCs未来需要重点关注的研究方向是深入理解PMFCs的光电耦合机制和PMFCs阳极催化剂的构效关系,以及解决实际二电极系统下PMFCs光阳极的设计问题。