木质纤维素水热解聚制备能源化工平台化合物

木质纤维素是制备生物液体燃料和化工品的理想原料。介绍了近年来木质纤维素通过水热解聚途径制备能源化工平台化合物和平台化合物碳链增长途径的研究进展,重点讨论了制备5-羟甲基糠醛(HMF)平台化合物的途径、介质、催化剂,分析了水热解聚技术的优势及困难,并对该领域的研究进行了展望。

木质纤维素酸催化制备糠醛的工艺及机理研究进展

糠醛是一种重要的生物质基平台化合物,国内外学者针对生物质产糠醛展开诸多研究,尤其是酸催化水解领域。该文综述了糠醛制备工艺在不同时期的情况,阐述并评价了目前新颖的同步产糠醛与纤维素基化学品工艺。对酸(稀布朗斯特酸和路易斯金属盐)催化木糖和半纤维素的反应动力学进行系统归纳,并阐述了相关机理的研究进展。最后,对现在研究热点——酸/有机溶剂作用体系中有机溶剂的作用机制进行归纳,并对计算化学在其中的最新研究情况进行总结。该文旨在为学者开展生物质产糠醛的研究提供信息,有利于学者进行选择性研究。

基于Fe2O3载氧体的生物质化学链气化热力学模拟研究

建立以Fe_2O_3为载氧体的生物质化学链气化模型。基于吉布斯自由能最小化原理,利用HSC Chemistry软件对气化系统进行热力学分析与过程模拟。研究燃料反应器内载氧体/生物质比(O/B,mol/mol)、反应温度、水蒸气/生物质比(S/B,mol/mol)、CO_2/生物质比(C/B,mol/mol)等因素对化学链气化系统性能的影响,并评价气化过程中不同氧源的反应活性;考察空气反应器内氧气/铁比(O_2/Fe,mol/mol)对载氧体恢复晶格氧性能的影响。系统的优化参数为:O/B为0.15、燃料反应器温度为1100℃、S/B为0.40、C/B为0.30、O_2/Fe为1.00。

利用皮状丝孢酵母对甘蔗渣酶解液产油脂的研究

本试验旨在研究碱和高温液态水2种预处理方式对发酵的影响。甘蔗渣分别利用碱和高温液态水(LHW)预处理,然后使用纤维素酶进行酶解。在LHW和碱预处理后的酶解液中,分别含22.06和39.28 g/L总糖。不经过浓缩,也不需要添加任何营养物质,酶解液被用于皮状丝孢酵母的油脂发酵试验。经过3 d的培养,在LHW预处理的酶解液中,皮状丝孢酵母的生物量达到了8.08 g/L,油脂质量分数为52.00%,油脂系数高达19.03%。在碱预处理的酶解液中,经过8 d的培养,皮状丝孢酵母的生物量为13.67 g/L,油脂质量分数为43.20%,油脂系数为15.03%。脂肪酸组成分析表明所产油脂与棕榈油的组成相似。试验结果表明,甘蔗渣是一种有前景的产油脂原料,LHW是一种良好的预处理方式。该研究为利用甘蔗渣发酵产油脂提供了新思路。

小球藻Chlorella sp.的小分子有机酸/醇培养研究

该研究选择一株对水解酸化液耐受性强、高产油脂的优良藻株Chlorella sp．作为出发藻株，向BG11培养基中分别添加不同质量浓度小分子有机酸／醇（乙酸、丙酸、丁酸、异丁酸、戊酸、异戊酸和乙醇）进行小球藻纯培养试验。在单因素试验的基础上，混合乙酸、丙酸、丁酸和乙醇4种小分子有机物质进行响应面的试验，考察混合小分子有机酸对小球藻Chlorellasp．生长影响，研究表明，当乙酸、丙酸、丁酸和乙醇的质量浓度分别为1．02g/L、0．42g/L、0．40g/L和0．18g/L时，小球藻的单位体积细胞数含量最高，生长状态最好，能获得较高的生物量（1．18×108CFU／mL）。

增强型地热系统热开采过程的数值模拟研究

增强型地热系统（EGS）是指采用人工方法在地下3～10km内的干热岩体中形成储层、通过灌输采热流体以开采出干热岩中热能用于地面发电的地热利用系统，是一种极富潜力的可再生清洁能源利用技术。循环流体在地下热储中的流动与换热对EGS的采热性能有重要影响。本文首先对EGS数值模型进行了综合评述，然后基于一套自主开发的三维瞬态数值模型模拟了不同渗流条件下EGS地下热储内的热流过程。通过对模拟结果的分析，揭示了均匀压裂的人工热储中流体短路的形成机理，并通过对比双井和三井系统中流场和局部地热开采率分布，结合当前钻井工艺和裂隙激发技术水平，探讨了抑制流体短路、优化EGS采热性能的可能方案。

增强型地热系统中液-岩化学作用数值模拟研究

增强型地热系统(Enhanced Geothermal System,EGS)利用深层岩石中连通的裂隙网络进行流体工质循环,从而实现地热能的持续开采。EGS运行时循环流体工质会与深层岩石产生化学反应,引起岩石中矿物的溶解/沉积,使热储中的裂隙网络形貌产生动态变化,对地下流动与传热过程造成影响。本文分析了EGS中液–岩化学作用特点,详细阐述了在多孔介质热流动模型中耦合入液–岩化学反应的方法,基于已开发成功的EGS传热传质数值模型初步建立了传热–流动–化学(Thermal-Hydraulic-Chemical,THC)多场耦合数值模型,并使用该模型对五井布局EGS的长期运行过程进行了模拟分析,模拟时仅考虑方解石在水流体中溶解和沉积。模拟结果显示,循环流体的注入温度以及注入流体中的矿物离子浓度的设定十分重要。如果二者没有达到较为合适的"平衡",就会导致注入井附近渗透率和孔隙率的持续变化,对EGS的导流能力造成极大影响。

跨临界二氧化碳热泵喷射循环实验

在跨临界CO_2热泵热水器系统中引入优化设计的喷射器,对系统进行实验研究,分析了制热系数、引射比、升压比、喷射器效率等参数随热水体积流量和出口温度及高压侧压力的变化趋势以及优化设计的喷射器对系统的影响。实验结果表明:随着热水体积流量减小或其出口温度增加,引射比将逐渐减小,而喷射器效率逐渐升高;在测试工况范围内升压比基本保持不变,系统COPh最高将近3.5;系统高压侧的压力因优化喷射器的引入而明显降低,有利于系统的安全运行;跨临界二氧化碳热泵喷射循环系统存在一个最优运行压力,值得注意的是在最优运行压力下,热水出水温度虽未达到最高,但依旧超过55℃。系统稳定运行在最优高压侧压力下,不仅系统性能大幅度提高,而且保证了热水的出水温度。

木质素催化解聚的研究进展

木质素是一种芳环结构来源丰富且价格低廉的可再生资源。从木质素出发催化解聚制备单酚类高附加值精细化学品和芳香烃烷烃等高品位生物燃料,可以部分替代以化石燃料为原料的生产过程,是生物质资源全组分高效综合利用的重要组成部分。在木质素催化解聚方法中,催化氢解可以直接将木质素转化为低氧含量的液体燃料,在生物燃料利用方面展现出巨大的潜力。本文详细总结了木质素的催化解聚方法,从催化剂类型、溶剂种类、反应机理及催化剂循环使用性等方面介绍了国内外的主要研究进展,着重阐述了木质素催化氢解方法。最后总结了当前木质素催化解聚过程中存在的难题,并对未来的技术发展提出了建议和展望。

木质素氢解反应溶剂与催化剂研究进展

木质素是由三种苯丙烷单元随机键合形成的复杂大分子物质,是自然界中唯一可直接提供芳环的可再生能源。以木质素为原料制取高品位液体燃料和高附加值化学品,特别是木质素氢解是国内外关注的热门研究领域之一。梳理了近年木质素催化氢解研究进展,针对木质素氢解过程中溶剂体系(水溶剂以及醇类溶剂)和催化剂体系(均相催化剂以及非均相金属催化剂)对木质素氢解效率、产物分布的影响机理,做了较全面的概述和分析。最后,针对木质素催化氢解领域目前尚存在的问题提出建议,期望为木质素高值化利用相关研究提供参考。

化学链吸附强化气化制氢系统的热力学研究

化学链气化技术被认为是一种利用固体燃料生产富氢合成气的有效途径。基于吉布斯自由能最小化原理,对煤燃料化学链气化系统性能进行了热力学研究。为了增强气化过程,加入了吸附剂,并使其在整个系统中循环,实现了对二氧化碳的吸附。进一步研究了操作参数对化学链气化系统性能和热量需求的影响。结果表明,吸附剂的加入可以显著提升氢气产量且为燃料反应器提供了一部分热量,载体循环量的适量增加可以使系统达到自热条件。

圆柱形锂离子电池模组微通道液冷热模型

针对电动汽车电堆的热管理系统,建立了包含71节18650型锂离子电池的电池模组的微通道液冷热模型。该模型集总处理单电池热过程、电池生热基于实测结果,模型还特别考虑了电池间导热。基于该模型,模拟研究了放电倍率、冷却液入口流速、电池间接触面积以及电池与水冷管外壁接触面积对电池模组热行为的影响。模拟结果证实了该微通道液冷方案对动力电池模组热管理的有效性,并且发现:放电倍率的增加会使电池模组内单电池温度增加、模组内温度一致性变差;增大冷却液流量可以显著降低电池模组的温度,并改善其温度一致性;增大电池间接触面积可略微提升电池模组温度一致性,但对控制其最高温度作用有限;增大电池与液冷管外壁接触面积可显著降低电池模组内电池的最高温度,但会使其温度一致性变差。

热储周围岩石热补偿对增强型地热系统采热过程的影响

采用自行开发的增强型地热系统(EGS)地下热流动过程三维动态模拟软件,模拟不同地质条件下EGS的长期运行过程,分析热储周围岩体的热补偿对产热温度以及热储内岩石、流体温度演化的影响.该数值模型视热储为等效多孔介质,采用两个能量方程分别描述流体和岩石的温度场,深入探究岩石与循环流体之间的换热过程.研究发现,热储周围岩体的热补偿作用与热储内流场形态强烈相关,且并不总是提高EGS的生产温度.在深度方向上有较大的优势流动的热储中,热补偿作用在EGS运行早期甚至会降低采出流体的温度.随着EGS的运行,热储温度持续降低,热补偿将对热能开采的影响将逐渐转向正面,对生产流体温度的提高效果增强.

无定形硅铝催化生物质热裂解气齐聚合成汽油的特性

选取无定形硅铝(ASA)作为生物质热裂解气齐聚反应催化剂,分析了齐聚反应前后ASA的织构性质、酸性和积碳行为的变化规律,并在固定床反应器中评价了ASA在不同反应条件(100~320℃,2.0~4.0MPa)下的齐聚反应性能.结果表明,在不同齐聚反应条件下ASA均有不同程度的酸性损失和积碳,L酸位量损失随着温度升高呈现先降低后增加的趋势,在280℃达到最低;压力的升高则有利于降低L酸位量的损失.催化剂积碳量变化与L酸位量变化趋势一致.在反应过程中,低碳烯烃转化率和汽油段产物收率随着温度和压力的升高逐渐增大,在4.0 MPa,280℃反应条件下达到最优,其乙烯、丙烯和丁烯的反应转化率分别为19.2%,37.3%和58.7%,汽油段产物收率(摩尔分数)为22.9%,C_5^+的烯烃类选择性可达73.5%.

钴酸锂电池烤箱热滥用模拟及热行为分析

建立钴酸锂电池烤箱热滥用的热模型,并对不同烤箱温度下的热滥用进行数值模拟。比较分析电芯不同区域的热滥用反应及热行为发现,高温下电池电芯发生热失控的主要热量来自于正电极与电解液的反应,隔离膜区域的热生成量最少。考察不同散热条件和烤箱温度对电芯热行为的影响发现,散热条件和环境温度是影响电芯热行为的关键因素,发生热失控的临界温度随着散热条件的变好而升高,使得电池不发生热失控的临界散热系数随着烤箱温度的升高而增大。

增强型地热系统地下渗流场的模拟分析

采用自行开发的数值模型,模拟分析循环流体在双井增强型地热系统(EGS)地下热储中的渗流过程,系统分析不同水力渗透条件热储中流场形态的变化规律.结果表明,重力作用和流体动静压转换造成的"基础压差"与循环流体在地下裂隙岩体中的沿程阻力之间的相对大小是决定热储中流场分布形态的重要因素,而循环流量大小对热储内渗流场形态影响非常有限.基于此,我们提出水平井和多井环绕布局两种抑制流体短路的方案,为EGS的建设提供理论指导.

Raney-Ni催化生物油轻质组分加氢制备含氧燃料

鉴于生物油的高含氧量,将其轻质组分在温和条件下转化为以饱和醇为主要成分的含氧燃料可能成为生物油利用的新思路。该文以自制Raney-Ni为催化剂,研究在高压反应釜中反应温度（100-180℃）、氢气冷压（4-8 MPa）、催化剂用量（0.5-2 g）对生物油轻质组分催化加氢改质的影响;对Raney-Ni催化剂进行N2吸附脱附、X射线衍射（X-ray diffraction）、扫描电镜（scanning electron microscope）表征,分析催化剂失活机理,研究催化剂的重复使用性能。试验结果表明：反应温度和反应初压对生物油加氢产物分布的影响较大,在反应温度为140℃、氢气初压为6.0 MPa时,产物中饱和醇的相对含量（以GC峰面积百分比计算）最高可达53.51%;当催化剂用量从0.5 g增加到1 g时,产物中饱和醇的含量显著提升,由25.42%提高到51.89%,进一步提高催化剂用量对饱和醇含量的提高影响不大;一次与二次催化剂催化生物油加氢反应产物中饱和醇含量由53.51%降为29.20%,活性显著降低可能与催化剂孔道内部及表面的活性中心被覆盖进而降低反应效率有关。加氢过程中,除有酮醛酚类化合物的加氢反应和酸与醇的酯化反应外,存在醇脱水成醚的反应发生。与烃类液体燃料相比,含氧燃料以其优异的燃烧性能逐渐被人们所青睐。将生物油的轻质组分加氢制备含氧燃料有望成为生物油的应用提供新思路。

微生物燃料电池混合菌群的产电特性与分布

将不同来源的污泥进行组合构建混合接种物的微生物燃料电池(MFC),通过比较微生物燃料电池的产电性能寻求更为优良的微生物群落,结果表明:将华南农业大学资源环境学院新肥室沼气池污泥、湖南省祁东县淹水稻田土和燕京啤酒厂废水处理二沉池污泥混合作为组合接种物的MFC性能较优,其最大输出电压0.59 V,最大功率密度10.81 W/m3。利用PCR-DGGE技术解析该电池阳极表面优势微生物的群落,分析发现阳极生物膜中占优势的菌种为Gammaproteobacteria菌纲中的Shewanella,其次为Pseudomonas aeruginosa,还存在Verrucomicrobiae和Flavobacteria菌纲的微生物。

乙二醇促进制备高分散的Co/SiO_2催化剂及其催化乳酸乙酯转化为1,2-丙二醇的气相加氢活性（英文）

研究了利用乙二醇共浸渍方法制备高分散的二氧化硅负载钴催化剂,该催化剂有效地提高了乳酸乙酯的气相加氢反应活性。系统地考察了钴金属负载量、乙二醇与硝酸钴摩尔比、醇种类和焙烧温度等制备参数对四氧化三钴纳米粒子物性的影响。乙二醇与硝酸钴摩尔比和醇种类对二氧化硅负载的四氧化三钴纳米粒子大小有显著影响。与常规的浸渍方法相比较,共浸渍过程中的乙二醇增强了二价钴粒子和载体二氧化硅之间的相互作用力,从而引起金属钴分散度的提高以及四氧化三钴纳米粒子粒径从16 nm降到5 nm以下;金属钴的高分散与无定型硅酸钴的形成密切相关;同时显著地提高了乳酸乙酯的加氢活性,在反应条件下(2.5MPa、160°C和10%(w,质量分数)Co/SiO_2)乳酸乙酯的转化率从69.5%提高到98.6%,1,2-丙二醇的选择性达到98.0%。利用X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)、N_2吸脱附实验、H_2程序升温还原(H_2-TPR)等表征手段对共浸渍制备的Co/SiO_2催化剂结构和形貌进行了表征分析。

高安全性三甲基硅功能化碳酸丙烯酯电解液的合成及其在锂离子电池中的应用

设计合成了一种新型三甲基硅取代碳酸丙烯酯化合物(TMSPC),并对其化学结构、热性能、离子电导率、电化学窗口和燃烧性能进行了详细的表征。通过与商业电解液(1mol.L-1 LiPF6/EC∶DEC=1∶1,体积比)互配组成电解液,30%(vol)TMSPC的添加能大大降低电解液的燃烧速率。同时,对LiFeO4/Li半电池进行测试,在0.2C倍率条件下,30%(vol)TMSPC的添加也能提高电池的循环性,未添加与添加TMSPC的LiFeO4/Li在110个循环后的容量分别为106 mA.h.g-1和109 mA.h.g-1,相应的容量保持率为81%和87%。