二氧化碳膜分离材料及其性能研究进展

碳捕集、利用与封存技术是能源行业绿色发展的重要途径。与化学吸收法、变压吸附法和低温蒸馏法等传统工艺相比,膜分离法具有低能耗、高效率、小型化、环境友好、易与其他技术集成等优势。目前,膜材料的选择、改性以及对膜结构的重构是提高膜材料分离性能的关键。该文总结对比了有机聚合物膜、无机膜及混合基质膜的研究进展,并对其分离机理、材料及性能进行了介绍,重点综述了材料的改性研究及用于制备混合基质膜的填充材料,展望了CO_(2)分离膜材料性能改进的研究方向及膜分离技术所面临的挑战。

质子交换膜燃料电池系统故障机理分析及诊断方法研究综述

质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cells,PEMFC)以其高效无污染等特性在发电、交通运载以及航空航天等领域有广阔的应用前景,然而可靠性和耐久性不足等问题已成为技术瓶颈,亟需探究高效的系统故障诊断方法。该文在介绍质子交换膜燃料电池系统构成及典型故障产生机理的基础上,综述了基于模型方法、数据驱动方法、实验测试方法、融合方法等质子交换膜燃料电池系统的故障诊断方法研究进展,对各种方法进行了分析比对,并对在线诊断技术进行总结分析,最后提出质子交换膜燃料电池系统故障诊断方法发展趋势及展望,以期为其后续研究及快速商业化应用提供参考。

载抗生素骨水泥治疗糖尿病足坏死性筋膜炎致小腿筋膜室综合征

背景:目前坏死性筋膜炎的治疗方法大多是充分彻底清创后使用负压封闭吸引,该方法需要反复多次清创才能彻底清除坏死感染组织,给患者造成严重的身体负担和经济负担。目的:介绍一种临床少见的病例——糖尿病足坏死性筋膜炎导致的小腿筋膜室综合征,总结使用载抗生素骨水泥进行治疗与综合管理的临床经验。方法:选择2017年8月至2020年8月苏州大学附属无锡九院收治的糖尿病性坏死性筋膜炎导致的小腿筋膜室综合征患者6例,男5例,女1例,平均年龄54岁,围术期整体把控患者全身情况并进行全身营养支撑治疗,所有患者均一期行彻底清创+载抗生素骨水泥填塞+负压封闭引流以控制感染、二期取出骨水泥并行创面修复治疗。出院后随访时观察患者创面愈合情况及有无红肿渗液发生。结果与结论:①4例患者经过2次载抗生素骨水泥填塞后创面新鲜,诱导膜形成良好,1例经过3次抗生素骨水泥填塞后诱导膜形成良好,这5例患者二期经过植皮手术后创面均愈合良好;1例患者急诊手术时因术中血压难以维持且小腿4个间室均出现感染,急诊行膝上截肢,同时残端创面放置载抗生素骨水泥,二期骨水泥取出后创面直接闭合,创面一期愈合;②6例患者出院后随访6-24个月,末次随访时,6例患者创面均愈合良好、无红肿渗液等症状,患者生活质量明显改善,均对疗效表示满意;③对于临床高度怀疑糖尿病足坏死性筋膜炎时应警惕小腿筋膜室综合征的发生,早期诊断、及时切开减压至关重要,应用载抗生素骨水泥治疗糖尿病性坏死性筋膜炎导致的小腿筋膜室综合征短期疗效较好。

复发性慢性硬膜下血肿脑膜中动脉影像学特征及介入栓塞治疗

目的初步评估复发性慢性硬膜下血肿(chronic subdural hematoma,CSDH)脑膜中动脉形态学和血流动力学特征,及脑膜中动脉栓塞(middle meningeal artery embolization,MMAE)治疗疗效。方法回顾性分析我院2019年5月至2022年12月期间31例(15.2%)外科钻孔引流术后复发并接受MMAE治疗的20例单侧CSDH患者的临床及影像资料。于3D-TOF MRA测量患侧MMA直径、相对血流速度,并与随机抽取同期外科钻孔引流术后未复发的20例CSDH患者作为对照。随访观察MMAE术后影像学结果、临床症状改善及并发症等。结果复发组患侧MMA平均直径(1.55±0.45)mm明显大于对照组(1.32±0.36)mm,两组差异有统计学意义(t=2.118,P=0.028)。复发组相对血流速度(SI比值均数,1.45±0.23)明显大于对照组(SI比值均数,1.23±0.26),两组差异有统计学意义(t=3.493,P=0.001)。复发组血肿外膜强化分级评分(2.25±0.55)分,对照组(1.60±0.68)分,两组差异有统计学意义(t=3.322,P=0.002)。MMAE术后影像学随访血肿完全吸收19例(95%),其中3个月完全吸收8例(40%),6个月完全吸收16例(95%),中位吸收时间16周(IQR:7~22)。除1例复发症状反复外,余患者临床症状均不同程度改善,所有患者均未见手术相关并发症。结论与非复发者相比,外科术后复发侧血肿外膜血供更丰富、MMA管径更粗、血流速度更快,MMAE是治疗此类CSDH安全有效的方法。

基于两性离子的纳滤膜抗污染改性方法研究进展

纳滤膜对水中污染物的分离截留性能优异,膜污染控制和抗污染强化是该技术发展的研究热点。纳滤膜改性是强化纳滤膜抗污染性能的方法之一,基于两性离子材料的改性纳滤膜凭借两性离子材料静电作用与水分子结合的特性,在渗透性和抗污性方面表现优秀。系统综述了强化抗污染的两性离子纳滤膜的改性方法,包括涂覆法、接枝法、界面聚合法、自组装和共混掺杂法等,并阐释了各方法所制备纳滤膜的抗污效能和适用条件,最后对各改性方法做出了展望,以期为两性离子材料在纳滤膜改性和实际应用中的研究提供参考。

不同填料生物膜对海水养殖尾水的脱氮效能及微生物群落分析

为探究不同填料生物膜对海水养殖尾水氮污染物的处理能力,分别以无填料(C)、牡蛎壳(M)、珊瑚石(S)、弹性填料(T)和悬浮球填料(F)构建5组生物滤池,比较填料生物膜成熟时间、成膜情况及对不同氮污染物的24 h去除能力,同时利用高通量测序技术分析挂膜期间(20、40、60 d)填料生物膜上微生物群落的变化。结果表明:不同填料生物膜成熟时间需要46~50 d,珊瑚石所需时间最短(46 d);扫描电镜显示,弹性填料和悬浮球填料附着生物量最多,以杆状细菌为主;对氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮的24 h去除率最高的填料分别是悬浮球填料(68.66%±6.27%)、珊瑚石(99.99%±0.00%)和悬浮球填料(6.73%±3.41%);高通量测序显示,随着挂膜时间延长,弹性填料生物膜上的细菌丰度显著增加,牡蛎壳和珊瑚石生物膜上的细菌多样性显著下降(P<0.05);在门分类水平上,变形菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)是不同填料生物膜的主要优势菌群,硝化螺旋菌门(Nitrospirae)、硝化刺菌门(Nitrospinae)的相对丰度随挂膜时间延长不断升高;在属分类水平上,亚硝酸菌属(Nitrosomonas)、硝化螺菌属(Nitrospira)、硝化刺菌属(Nitrospina)和未分类_亚硝化单胞菌科(unclassified_Nitrosomonadaceae)是填料生物膜上具有硝化作用的优势菌属,这4种硝化菌属在挂膜60 d时的相对丰度总和从高到低依次为悬浮球填料(42.53%)>牡蛎壳(30.50%)、弹性填料(29.30%)>珊瑚石(11.74%),假单胞菌属(Pseudomonas)、青枯菌属(Ralstonia)、噬几丁质菌属(Chitinophaga)和草螺菌属(Herbaspirillum)等反硝化菌属在珊瑚石填料生物膜上的相对丰度高于其他填料。研究表明,珊瑚石、悬浮球填料能够实现脱氮菌属的高效富集,对海水养殖尾水具有良好的脱氮能力,是较为理想的生物填料。

水平管降膜换热器性能规律研究进展

水平管降膜换热器具有热质传递效率高、阻力小、结构简单等优点,被广泛应用于化工等传统领域及能源利用的节能减排领域。降膜换热器内部发生复杂的流动及传热传质相互耦合过程。介绍了实验及模拟研究手段的进展,综述了不同操作参数(气体温度、流向及流量,溶液流量、温度及浓度,内部媒介流量及温度等)与结构参数(管径、管间距等)对水平管降膜管间流型、液膜厚度与润湿性等流动特性的影响规律,以及对蒸发传热特性、吸收传热传质特性等换热器性能的影响规律,包括整体性能和局部微细特征,为水平管降膜换热器的性能优化提供理论支撑。指出在不同气流特征以及多因素相互作用下多维度的局部流动与传热传质性能的耦合影响规律以及强化换热手段会是水平管降膜换热器未来研究的重点方向。

植物油基聚氨酯包膜肥料研究进展

缓释肥包膜材料采用的聚氨酯主要由石油基原料制备,由于石油基聚氨酯成本高、环境风险较大,近年来逐渐被生物基聚氨酯所取代。在众多的生物基材料中,植物油因价格低廉、来源广泛、无毒性、可生物降解等特点,成为缓控释肥料膜材的研究热点。本文分别综述了植物油基多元醇的制备方法,植物油基聚氨酯包膜的分类,植物油基聚氨酯包膜肥料的改性及应用。环氧开环、酯交换反应、氨解法、加氢甲酰化以及臭氧氧化还原是植物油改性制备植物油基多元醇的常用技术手段。丙烯酸酯、环氧树脂、有机硅、氟改性、纳米材料等是植物油基聚氨酯包膜材料改性的常用原料,试验证明植物油基聚氨酯包膜肥料具有减少氨挥发、氮淋溶,提高氮素利用效率的作用。如何提高植物油基聚氨酯交联密度、降低生产成本、深入揭示缓释机理以及扩大在大田试验的应用场景将是今后研究的重点。

空气过滤用聚氨酯纳米纤维膜的制备及其性能

为拓展静电纺纳米纤维在空气过滤领域中的应用,以聚氨酯(PU)为原料,加入不同种类的盐,采用静电纺丝法制备树枝状PU纳米纤维膜。利用扫描电镜(SEM)、接触角测试仪、红外光谱仪、自动滤料测试仪测试纳米纤维膜的微观结构、亲疏水性、化学结构和过滤性能。结果表明:在PU质量分数14%条件下,添加有机盐TBAC,纺丝电压35 kV时,制备的纳米纤维膜的树枝状分叉结构明显;TBAC的加入使纤维膜的接触角由99.1°减小到82.8°;分叉结构使纳米纤维膜的过滤性能显著提高,与纯PU纳米纤维膜相比,过滤效率从50.8%提高到93.6%,品质因子从0.009提高到0.073,可满足高效低阻空气过滤材料的需求。

分离禽蛋壳膜粉碎装置刀片的设计与试验

为高效分离回收蛋壳膜,设计了一款采用剪切和碾压的粉碎方式专用于分离禽蛋壳膜的粉碎装置。采用干燥的蛋壳膜进行试验,通过理论分析和预试验确定刀片类型、刀片间隙、转子转速、筛网目数为主要影响因素,根据实际生产情况确定各因素的试验水平,以分离率和损耗率为评价指标进行四因素三水平响应面试验;利用Design-Expert 12.0对试验结果进行响应面分析,研究不同影响因素对评价指标的影响规律。验证试验结果表明:当调整转子转速为1374r/min、安装2目筛网、刀片间隙为1mm的50°剪切式刀片时,分离率为86.72%,损耗率为3.71%,大粒径蛋膜较多。试验装置有效提高了粉碎蛋壳膜后蛋膜的分离效果,降低了损耗率,具有极大的优越性。

聚乙烯醇/ZIF-8复合膜的制备及吸附性能

通过溶液流延法制备了聚乙烯醇/ZIF-8复合膜,采用SEM、FT-IR、XRD、TGA、BET等对聚乙烯醇/ZIF-8复合膜进行表征,并探究了复合膜的水稳定性、机械性能,以及对刚果红(CR)的吸附性能。结果表明:聚乙烯醇与ZIF-8材料复合后能改善聚乙烯醇的热稳定性,增加膜表面粗糙度;吸附过程以化学吸附为主,通过内部扩散控制吸附速率,符合准二级吸附动力学模型和Langmuir吸附曲线;ZIF-8质量分数为10%时制备的聚乙烯醇/ZIF-8复合膜,在温度20℃、刚果红溶液质量浓度95 mg/L时,对刚果红的最大吸附量达159.63 mg/g,使用4次后仍能保持93%的吸附效率。

Pd-ZSM-5复合膜的制备及其氢气分离性能

为了能够在大孔氧化铝载体表面得到透氢性能良好的钯膜,利用二次生长法在多孔Al_(2)O_(3)载体上生长出一层连续完整的ZSM-5沸石分子筛修饰层,通过化学镀过程在ZSM-5沸石分子筛修饰的载体上沉积一层钯膜,从而得到Pd-ZSM-5复合膜。利用扫描电子显微镜(SEM)对载体、ZSM-5沸石分子筛修饰后的载体和Pd-ZSM-5复合膜的形貌进行详细分析,并通过X线能量色散光谱(EDX)对Pd-ZSM-5复合膜的表面和截面元素分布进行了研究。而且,为了确定该Pd-ZSM-5复合膜的H_(2)渗透性能,在623~773 K范围内,研究了操作温度、操作时间和测试压力对Pd-ZSM-5复合膜透氢性能的影响。研究结果表明,ZSM-5沸石分子筛修饰层能够有效改进载体的表面粗糙度和降低其表面孔径,有助于Pd膜的沉积。所制备的Pd-ZSM-5复合膜表面完整、致密,Pd膜层厚度约为5μm, ZSM-5沸石修饰层厚度约为3μm。当操作温度为773 K、渗透压力为0.1 MPa时,Pd-ZSM-5复合膜的H_(2)渗透通量和H_(2)/N_(2)渗透选择性分别为0.113 mol/(m·s)和468。而且,该Pd复合膜在773 K下,连续操作300 h后,其H_(2)渗透性能保持相对稳定。

减氮施炭对温室膜下滴灌黄瓜土壤呼吸和氮素气态损失的影响

为降低温室蔬菜过量施氮的不利影响,明确减氮施炭条件下温室膜下滴灌黄瓜土壤呼吸和氮素气态排放特征,以不覆膜不施炭(CK)为对照,设置覆膜(M)、覆膜施炭(MB)、覆膜施炭减氮(MBN_(80%))共4个处理,对覆膜条件下减氮施炭处理对黄瓜产量、耗水量、土壤养分动态、土壤呼吸、N_(2)O排放和氨挥发的影响进行探讨。结果表明:与CK相比,M可降低温室膜下滴灌黄瓜全生育期耗水量20.95%,提高水分利用效率41.03%,降低0~20 cm表层土铵态氮48.12%,降低全生育期氨挥发32.35%、N_(2)O排放量14.34%和CO_(2)排放量12.68%(<0.05)。施炭后,与CK相比,MB可降低耗水量28.37%,提高水分利用效率55.60%,降低表层土铵态氮30.0%,提升硝态氮12.37%,有机质56.28%,降低氨挥发36.68%、N_(2)O排放18.64%,但却显著增大了CO_(2)排放4.66%(p<0.05)。同M对比,MB可在M基础上,进一步提升表层土有机质和铵态氮含量,降低氨挥发,但促进了CO_(2)排放。覆膜施炭减氮20%后,与CK相比,MBN_(80%)可增产25.47%,降低耗水量32.43%,提升水分生产率72.67%,降低表层土铵态氮56.33%,增加有机质51.72%,降低氨挥发40.48%、N_(2)O排放20.79%(p<0.05)。CK全生育期全球增温潜势(global warming potential,GWP)和活性氮排放分别为13.57 t·CO_(2)-eq·hm^(-2)和6.54 kg·hm^(-2),M可显著降低GWP(14.15%)和活性氮排放(27.37%);在M基础上施炭,将进一步降低活性氮排放,但导致GWP显著增大;而在MB基础上减氮20%,可同时显著降低GWP和活性氮排放(p<0.05)。与CK相比,MBN80%在通过施炭20 t·hm^(-2),减氮20%条件下,实现增产25.47%,降低耗水量32.43%,增加有机质51.72%,增加收入17.52%,降低活性氮排放35.32%和GWP 2.28%,也可在MB的基础上,进一步实现增产,降低氨挥发,并破解M和MB处理CO_(2)排放增大的问题(p<0.05)。研究揭示了减氮施炭条件下温室膜下滴灌黄瓜土壤呼吸和氮素气态排放特征,为实现温室蔬菜节水增产固碳减排提供理论依据和技术支撑。

质子交换膜燃料电池多物理场建模及模型参数敏感性分析

受限于外部运行工况及内部多物理场参数的耦合作用机制,质子交换膜燃料电池的精确机理建模成为其研发和应用的瓶颈。该文通过探究燃料电池内部“电-热-流”多场耦合关系,构建准一维电堆动态模型,并基于单参数敏感性和多参数敏感性分析,得到不同模型参数的敏感度指标,完成了建模中部分关键参数的权重分析。为验证模型精度及耦合参数变动对输出特性的影响,在搭建Ballard NEXA 1.2 kW燃料电池测试平台的基础上开展变载及参数变动实验。结果表明,所构建的模型能够较为精确的模拟电堆特性,且对称因子、活化面积和压力系数的变动对电堆输出的影响较大。结果可为燃料电池电堆的测试及改型提供理论基础,并揭示电堆故障及老化过程中主要参数的衰退变化趋势。

质子交换膜燃料电池热管理系统建模及故障仿真

文章以质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell,PEMFC)系统为研究对象,分析系统中各组成部件的工作机理,在MATLAB/Simulink软件中搭建了燃料电池电堆电压、阴极、质子交换膜、阳极以及温度的数学机理模型,同时使用Simulink/Simscape物理建模平台搭建热管理系统的物理模型,将两种模型集成为完整的PEMFC系统仿真模型。在所搭建的热管理系统模型中注入典型故障:散热器风扇故障和冷却液流量不足故障,对各故障模式下的燃料电池性能进行了分析。仿真结果表明:PEMFC系统模型结果与试验结果基本一致,验证了模型的合理性;通过对热管理系统故障进行仿真,可以清楚地了解故障发生的机理,为其故障诊断提供了参考依据。

ABPBI/SPEEK高温质子交换复合膜的制备与表征

采用溶剂蒸发法制备聚(2,5-苯并咪唑)/磺化聚醚醚酮(ABPBI/SPEEK)高温质子交换复合膜。考察了SPEEK的掺入对ABPBI/SPEEK质子交换复合膜的结构及性能的影响。结果表明,ABPBI膜和ABPBI/SPEEK复合膜在高温下的热稳定性能良好;随着SPEEK的掺入,ABPBI/SPEEK复合膜有更好的氧化稳定性和机械性能,ABPBI/SPEEK(20%)复合膜在芬顿试剂中96 h后的质量损失为0.84%,其拉伸强度为120.51 MPa,相较于Nafion 117膜明显提高;ABPBI/SPEEK(20%)复合膜的酸掺杂率为186.68%,该膜在160℃、0%RH时的质子电导率为3.4 mS/cm,约为ABPBI膜的1.78倍。

锂离子电池铝塑膜建模研究

为了准确建立软包锂离子电池有限元模型,进行了开裂准则适用性研究。开发了铝塑膜单向拉伸、等双向拉伸、杯突实验专用夹具并对铝塑膜进行相应测试,采用弹塑性有限元模型模拟相应的实验,并分别应用韧性断裂准则、剪切断裂准则、Mus chenborn-Sonne成形极限图(MSFLD)准则模拟铝塑膜的开裂行为。由模拟结果知:三个断裂准则都能较好地模拟单向拉伸和等双向拉伸实验中铝塑膜的开裂行为,而只有韧性断裂准则能够较好地模拟杯突实验中铝塑膜的开裂行为。该研究结果可为建立软包锂离子电池模型提供参考。

钝化膜对304不锈钢裂纹尖端应力腐蚀的影响

建立了一个包含物质扩散与固体力学的二维数值模型,模型中假设氧在金属中以菲克定律扩散形成Fe_(3)O_(4)保护膜,并采用吸湿膨胀的方法计算膜致应力,该模型可以模拟裂纹尖端钝化膜的形成与膜致应力。基于该模型,在COMSOL中建立了含单边裂纹的平板试样的有限元模型,研究了在外加位移载荷的作用下,钝化对裂尖应力、等效塑性应变以及裂纹扩展的影响,并研究了钝化膜再破裂时的应力分布。结果表明,钝化膜在一定程度上减弱了外加载荷对裂纹尖端的应力腐蚀,降低了裂纹扩展的可能性。在裂纹开始扩展初期,钝化膜减弱了裂尖的应力,当裂纹扩展较长时,钝化膜对裂纹尖端基本没有影响。

钛椭圆低肋横槽管外降膜蒸发流热特性

为提高钛椭圆低肋横槽管外降膜蒸发器传热效率,在试验验证基础上对椭圆系数E在1.0~2.0内管外液膜流热特性进行多相流数值模拟。结果表明:管外液膜分布均存在不同程度干斑,且液膜在临近干斑处较其他区域增厚明显,当E为1.2时液膜覆盖率最高;液膜沿轴/周向均减速铺展,当E为1.0和1.8时管上端液膜速度在无量纲轴向长度Z*为-0.25~-0.375及0.25~0.375之间骤减,液膜厚度沿轴向从喷淋口正下方位置向喷淋口远端变化趋势为先减小后增大;最大传热系数随着E增大而增大,管壁在液膜与干斑交界区域附近传热系数最高;平均传热系数先增大后减小,相较圆管,E为1.2和2.0时平均传热系数分别增大34.5%和15.7%;槽内汽含率分布与液膜分布呈相反规律,液膜整体汽含率随E的增大先增大后减小,槽内/外平均汽含率差值随E增加而增大。

全钒液流电池离子导电膜的选择性

全钒液流电池(VFB)具有功率大、容量大、效率高、安全性能高的特点,近年来在储能应用方面受到广泛关注。离子导电膜作为VFB的关键组件,存在严重的钒离子交叉污染问题,易造成电池容量损失,降低电池使用寿命,因此深入了解VFB离子导电膜的选择性和质子传导对电池性能具有重要意义。本文综述了VFB中阳离子交换膜、阴离子交换膜、两性离子交换膜以及多孔膜等的研究进展,分析了离子导电膜上钒离子的渗透和质子的传输,重点总结了离子导电膜的改性、超薄复合膜设计、膜内微观结构优化及离子基团功能化对提高离子导电膜选择性和电导率的影响,较为全面地阐述了当前VFB离子导电膜选择性和电导率之间的平衡问题,为开发高性能、低成本、长寿命的离子导电膜,促进其商业化发展提供了参考依据,并展望了基于质子传导机制的氢键网络结构、多孔导电膜、低成本的超薄复合膜以及利用分子动力学模拟离子跨膜来提高VFB离子导电膜选择性的研究方向。