数字石化化工与碳安全

第二十八届联合国气候变化大会(COP28)要求本十年结束前加大气候行动力度,实现将全球气温升幅限制在1.5℃以内的总体目标。石化化工行业作为重要碳排放来源,数字化转型被认为提供了降低碳排放、提升碳效率的新途径。数字化技术的应用已经在石化化工行业中逐步展开,数字化与双碳的紧密结合促进了石化化工的绿色高效发展。本文从数字化与碳安全两方面入手,首先通过数字化技术在石化化工的应用实例分析了数字化技术结合低碳发展的优势与问题,率先提出石化化工碳链理论,即数字化与双碳目标的有机结合,认为工业碳链中碳工程给出了石化化工低碳发展的路径,是践行新质生产力重要举措。从政策要求、能源挑战和产品出口等3个维度进行了分析石化化工的碳安全。

换热管内插组合扭带强化传热的实验研究

以水为介质,对换热管内插入组合扭带的强化传热进行实验研究,分析其阻力和传热特性。实验结果表明,内插入组合扭带管的流动阻力和努塞尔数都得到了提高。其中,组合扭带管的摩擦系数比开孔扭带管的平均提高了10.5%;扭带管的努塞尔数比空管的平均提高了13.01%-20.38%,此外,组合扭带管的努塞尔数比开孔扭带管的平均提高了6.52%。换热管内插入组合扭带的传热综合性能评价因子φ均大于1,最大值达到1.16,这说明了换热管内插入组合扭带后,传热性能确实得到了提高。

膨润土吸附精制粗生物柴油的工艺过程研究

为了提高碱催化酯交换工艺中粗生物柴油的精制效果,研究提出了膨润土吸附精制粗生物柴油的优化工艺。实验考察了膨润土用量、吸附温度和吸附时间对游离甘油和总甘油脱除效果的影响,测定了膨润土吸附游离甘油、单甘酯及二甘酯过程的动力学,并探讨了吸附精制过程的机理。结果表明,在膨润土用量为粗生物柴油质量的4%、吸附温度为60℃、吸附时间为40 min条件下,精制得到的生物柴油质量达到欧洲标准(EN 14214)要求,收率达到97.6%,效果明显优于传统的水洗精制法;膨润土吸附游离甘油、单甘酯及二甘酯过程动力学均符合拟二级动力学方程,其吸附活化能分别为27.1、28.2和31.8 k J·mol-1,为物理吸附;膨润土的吸附动力是其亲水性,亲水性强及分子小的游离甘油和皂先吸附,而亲水性较弱、分子较大的单甘酯及二甘酯后吸附,吸附剂分两批加入对精制过程有利。

熵权-TOPSIS法在金属加工液配方优选中的应用

针对金属加工液配方优选过程存在多指标要求、多方案等问题,运用熵权法确定指标权重系数,并根据TOPSIS方法的基原理,建立金属加工液配方方案优选模型。以水基金属切削液配方为例,对所建立的优选模型的适用性、可靠性进行了综合考察。结果显示:熵权-TOPSIS法应用于金属加工液配方方案优选是可行、有效的;为金属加工液配方方案的优选提供了一种科学而合理的新决策方法,因而具有较高的实际应用价值。

MnFe_(2)O_(4)-CR的制备及其活化过一硫酸盐降解盐酸四环素性能

利用水热法将Mn Fe_(2)O_(4)负载在生物质汽化炭渣(CR)上,得到了负载型复合催化剂Mn Fe_(2)O_(4)-CR,通过SEM、XRD、XPS、BET和VSM对Mn Fe_(2)O_(4)-CR进行了表征,将其用于活化过一硫酸盐(PMS)降解盐酸四环素(TC)。考察了不同反应体系、Mn Fe_(2)O_(4)与CR质量比、PMS用量、催化剂用量、温度、pH、阴离子(HCO_(3)–、H_(2)PO_(4)^(–)、Cl^(–)、NO_(3)^(–))和腐植酸(HA)对MnFe_(2)O_(4)-CR/PMS体系降解TC的影响,探究了Mn Fe_(2)O_(4)-CR的稳定性和循环使用性,并探讨了Mn Fe_(2)O_(4)-CR/PMS体系中TC可能的降解机理。结果表明,Mn Fe_(2)O_(4)与CR质量比为1∶2时制备的Mn Fe_(2)O_(4)-CR催化效果良好,在30℃、30 mg MnFe_(2)O_(4)-CR、40 mg PMS、90 min的条件下,100 mL质量浓度为50mg/L自然pH的TC溶液中TC的降解率达到91.32%。Mn Fe_(2)O_(4)-CR可利用其磁性回收,经过5次循环利用,催化PMS降解TC的降解率仍能达到82.90%,表明MnFe_(2)O_(4)-CR具有良好的稳定性和重复使用性。Mn Fe_(2)O_(4)-CR/PMS体系中,硫酸根自由基(SO_(4)^(-)·)、·OH、单线态氧(^(1)O_(2))和过氧自由基(O_(2)^(-)·)是降解TC的主要活性氧物种,并提出了相应的催化降解机理。

In_(2)O_(3)-CuO的制备及其光活化下的室温甲醛气敏性能

以InCl_(3)•4H_(2)O和Cu(NO_(3))2•3H_(2)O为原料、尿素为沉淀剂,采用水热法制备了In_(2)O_(3)-CuO复合材料。通过XRD、SEM、TEM、UV-Vis吸收光谱、XPS、EIS对其进行了表征,探究了紫外光活化In_(2)O_(3)-CuO复合材料的气敏性能与传感机制。结果表明,In_(2)O_(3)-CuO复合材料在375 nm紫外光照射室温(25℃)条件下对质量浓度50 mg/L甲醛气体的灵敏度为298,与纯In_(2)O_(3)(2.4)相比灵敏度提高123倍,气敏性能的巨大提升得益于In_(2)O_(3)与CuO形成的p-n异质结,协同光活化条件下异质结界面产生的光生电子-空穴与氧物种(O_(2)和O_(2)-)间建立了氧的光活化吸附-解吸循环,使室温下材料的气体吸附-解吸过程和表面反应增强。

钛硅分子筛/地聚物复合微球的制备及其催化性能

以经过聚乙烯亚胺(PEI)修饰后的地聚物微球(GQ)作为载体,采用原位生长的方法,制备了钛硅分子筛/地聚物复合微球(TS-1@GQ)。探讨了PEI浓度对TS-1@GQ催化性能的影响,并运用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、X射线光电子能谱(XPS)等方法对最佳TS-1@GQ进行表征,同时评价了其催化1-己烯制备1,2-环氧己烷的性能。结果表明,当PEI浓度达到0.003 mol/L时,TS-1@GQ表面的TS-1分子筛负载量(w)可达11.43%。在反应温度25℃下,当TS-1@GQ用量为0.02 g、n(1-己烯)∶n(H_(2)O_(2))为1∶1时,TS-1@GQ对1-己烯的转化率可达13.19%,1,2-环氧己烷的选择性达到95.88%,优于商用TS-1的催化效果。此外,该催化剂还展现出了良好的可循环性。

剥离蒙脱石/纤维素基超疏水气凝胶的构建及高效油水分离的应用

为了解决纤维素气凝胶存在的制备成本高、力学性能差、油水分离效率低等问题,将价廉易得且具有大比表面积的剥离蒙脱石(MMTex)引入到羧甲基纤维素钠(CMC)与羧基化纳米纤维素(CNF-C)的交联网络结构中,通过简单的冷冻干燥、常温浸渍法制备了超疏水的剥离蒙脱石/纤维素基气凝胶(MMTex/CMC/CNF-C)。结果表明,剥离蒙脱石的添加,进一步调控了纤维素气凝胶的孔结构,构建了致密、连续、稳定的三维蜂窝网络结构,孔隙率高达97.60%,从而协同提升了纤维素气凝胶的力学性能和吸附性能。此外,MMTex/CMC/CNF-C还表现出优越的回弹性(在60%应变下迅速恢复形变)、良好的耐酸碱盐特性和超轻且超疏水性(接触角为150.4°),保证了气凝胶在恶劣环境下的高效油水分离性能以及可循环使用性。对正己烷、环己烷、二氯甲烷、花生油和废弃机油等不同油品的吸附量达到24.6~53.8g/g,且5次循环使用后吸附量仍能维持在原始吸附量的85%,吸收的油可以被简便回收。其研究为构建具有高成本效益且高效的油水分离材料提供了参考。

超亲水碱激发矿渣/铜网复合膜的低成本制备及其油水分离性能

超亲水膜在油水分离中受到了广泛关注,但仍受到成本高、制备过程复杂、稳定性弱的限制。以低成本、绿色环保的矿渣固体废弃物为原料,通过简单的“涂层-固化”工艺制备了超亲水的碱激发矿渣铜网复合膜,并考察了制备工艺条件对膜性能的影响。结果表明,最佳条件下制备的膜在重力条件下的水通量为126.97 L/(m^(2)·h),对十六烷等多种乳液的分离效率均超过99%,对十六烷乳液进行连续10次分离循环后效率保持在99.30%以上。超亲水性和水下疏油性使膜具有良好的自清洁性,并在恶劣条件下仍能保持较高的稳定性和分离效率。

BC@CdS复合材料的原位生长制备及光催化性能

以生物质气化炭渣为原料,采用原位水热生长策略制备了一系列生物炭(BC)负载CdS复合材料(BC@Cd S),通过XRD、SEM、BET、XPS、UV-Vis DRS、PL、EIS对其进行了表征。以左氧氟沙星(LVF)为目标污染物,探讨了m(BC)∶m(CdS)对BC@CdS光催化性能的影响,对影响BC@CdS光催化降解LVF的因素进行了考察,测试了其循环稳定性和对不同污染物的适用性,推测了BC@CdS光催化降解LVF的机理。结果表明,CdS纳米颗粒均匀生长在BC表面上,有效防止了自身的团聚;以m(BC)∶m(CdS)=1∶2制备的BC@CdS-2具有最优光催化性能,在90 min可见光照射下,20 mg BC@CdS-2对50 mL质量浓度为20 mg/L LVF进行降解,LVF降解率为90.87%,循环使用5次,LVF降解率仍可达85.45%;BC@CdS-2对质量浓度为20mg/L的不同污染物(环丙沙星、氧氟沙星、土霉素、盐酸四环素、罗明丹B)降解率在83.57%~93.65%之间;对体系环境的pH和共存离子有抗干扰能力。BC@CdS光催化体系中的主要活性基团是空穴和超氧自由基。

载铜地质聚合物微球的制备及其催化降解双酚S的性能

传统的芬顿反应因在废水处理过程中会产生大量富含金属污泥而应用受限。本研究采用悬浮固化法得到了一种低成本、易回收、绿色的多孔地质聚合物微球(GM),将其作为载体通过浸渍法制备了载铜地质聚合物微球(Cu-GM),作为类芬顿反应催化剂,催化H_(2)O_(2)降解水中的双酚S(BPS)。SEM、XRD、BET和XPS等一系列表征结果表明,Cu^(+/2+)被稳定固定在GM表面。进一步探究了Cu-GM用量、H_(2)O_(2)用量、BPS浓度和溶液初始p H对催化降解的影响。结果表明,在优化条件下,Cu-GM在480min内对BPS的去除率可达99.3%,催化降解过程符合一级反应动力学。通过自由基淬灭实验发现,在催化降解过程中·OH和^(1)O_(2)是主要活性物质。循环实验表明Cu-GM具有良好的重复利用性,在去除水中有机污染物方面有着极大的应用潜力。

乙酸+异丙醇酯化体系中汽液平衡测定及萃取精馏

汽液平衡数据对于共沸物分离具有十分重要的地位,为了解决乙酸+异丙醇酯化反应体系中的共沸物分离的问题,采用Dvorak-Boublik平衡釜测定了乙酸+异丙醇+乙酸异丙酯、乙酸+异丙醇+水、乙酸+乙酸异丙酯+水、异丙醇+乙酸异丙酯+水4个三元体系的汽液平衡数据,对实验数据进行热力学一致性检验和NRTL(nonrandomtwo-liquid)模型关联。通过残留曲线图分析了共沸体系分离的可行性,利用Aspen Plus对异丙醇+乙酸异丙酯+水体系进行萃取精馏工艺模拟和优化。结果表明,分离得到乙酸异丙酯质量分数≥98%,异丙醇质量分数≥99%,研究结果不仅补充了部分乙酸+异丙醇酯化反应体系的三元汽液平衡数据,也为体系的共沸物分离提供理论依据。

类芬顿催化膜的制备及其处理有机废水的研究进展

类芬顿催化膜在处理废水中污染物方面具有明显的优势,广泛应用于去除染料、油污、新型污染物等领域。阐述了常见的类芬顿催化膜类型(包括过渡金属基、炭基、复合型和其他新型催化膜等)及制备方法,并分析了类芬顿催化膜体系在处理水中有机污染物的膜过滤和氧化降解机理,综述了类芬顿催化膜在典型有机废水中的应用现状,提出了类芬顿催化膜水处理技术面临的挑战,有助于促进类芬顿催化膜在实际废水处理中的发展和应用。

以酚醛树脂为前驱体合成氮掺杂中空碳球及其类酶活性研究

以间苯二酚甲醛树脂为前驱体,三聚氰胺为氮源,球形碳酸钙为模板剂,氢氧化钾为扩孔剂,通过硬模板法合成了氮掺杂中空碳球(NHCSs),通过扫描电子显微镜、场发射透射电子显微镜、X射线光电子能谱仪对NHCSs的微观形貌、表面元素组成及化学价态进行了表征,探究了NHCSs过氧化物模拟酶活性及反应体系中产生的活性氧中间体。结果表明:在弱酸性和H_(2)O_(2)存在的条件下,NHCSs可以快速地催化氧化3,3′,5,5′-四甲基联苯胺(TMB)生成蓝色产物;经过氢氧化钾扩孔处理后的NHCS-1对TMB和H_(2)O_(2)具有良好的亲和力;超氧自由基·O_(2)^(-)和羟基自由基·OH是主要的活性物种。采用简单快速的比色法检测H_(2)O_(2),线性范围为8~1000μmol/L,检测限为4.97μmol/L。

去氢枞酸固液溶解度及其反应-结晶耦合单离方法

采用激光监视技术判断平衡终点,由动态法测定了282~325 K去氢枞酸在甲醇、无水乙醇、正丙醇、正丁醇中的固液溶解度;应用λh模型、Wilson模型、简化模型分别对溶解度数据进行关联;采用超/亚临界CO_(2)强化胺化反应-结晶耦合方法单离去氢枞酸,以GC分析、熔点和旋光率检测去氢枞酸纯度。结果表明:去氢枞酸在4种醇类溶剂中的溶解度均随温度的升高而增大,其溶解度大小在不同溶剂中顺序为:正丁醇>正丙醇>无水乙醇>甲醇;去氢枞酸在4种醇类溶剂中的溶解度数据用λh模型、Wilson模型和简化模型关联的平均相对误差最大值分别为1.23%、2.15%和0.87%;通过正交试验得到超/亚临界CO_(2)强化胺化反应-结晶耦合单离去氢枞酸的最优反应条件为:反应时间50 min,反应温度308 K,CO_(2)压强7.5 MPa,溶剂乙醇体积分数50%,搅拌转速400 r/min,所得去氢枞酸的收率为81.85%,纯度为99.62%;去氢枞酸熔点为446.0~446.5 K,旋光率[α]^(20) _(D)为+62.2°。

具有区域特色的实验教学改革探索

文章以一项具有广西特色的综合性、设计性的实验项目开发为研究对象,以广西地区特色资源为基本原料,开发出相应的中间产品到终极产品的完整的工艺流程,对学生开展系统性的科研训练,以能力培养为核心,将教师科研和本科生专业实验教学相结合,探索一种培养基础宽厚、思路开阔、动手能力强、具有区域特色的复合型、创新型专业人才的实验教学模式。

换热管内置螺旋线圈的阻力及传热特性实验研究

将9种不同结构尺寸的螺线线圈分别置入换热管内进行实验研究,分析了其阻力和传热特性.实验结果表明,在相同的Re下,管内插入螺旋线圈后流体压降和传热系数都有较大提高.通过多元线性回归分析,得到了压降增量和传热系数关联式.由传热性能分析,得到了综合评价因子φ=0.77～1.60,为如何选用性能优越的螺旋线圈提供了参考依据.

换热管内置螺旋形扭带阻力与传热特性的实验研究

为了研究螺旋形扭带阻力与传热特性,选取了不同宽度（6、7和8 mm）的3种扭率（2.0、3.0、4.0）、3种螺距比（1.5、2.0、2.5）的参数组合下共27根螺旋形扭带插入换热管内进行实验.实验结果表明,插入螺旋形扭带后换热管内流动阻力和传热效果都有明显提高.通过对实验数据的多元线性回归分析,建立了相应的阻力系数和努赛尔数关联式.并且由强化传热综合性能评价分析,在实验雷诺数范围内得出强化传热综合性能评价因子φ=1.063～1.587,证明了实验研究的扭带具有强化传热的应用价值.

新松弛法用于流化催化反应精馏过程的计算

作者利用新松弛法求解平衡级模型基本方程组,对流化催化反应精馏合成乙酸乙酯过程进行了模拟,并将模拟结果与实验结果进行对比。通过2个实例表明,该模型易收敛,计算速度较快,计算准确,适用于流化催化反应精馏过程的模拟计算。

功能化氧化石墨烯催化CO_(2)的化学固定

通过一锅法将氨基官能化的咪唑离子液体嫁接在氧化石墨烯(GO)和硅铝酸盐中孔分子筛(SBA-15)上,用来催化合成环状碳酸酯.通过傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、扫描电子显微镜(SEM)、热重分析(TGA)和元素分析(EA)对催化剂的结构、热稳定性以及氨基官能化咪唑离子液体的嫁接量进行了研究.在环加成反应过程中,GO-NH2的活性高于SBA-15-NH2.最佳条件:催化剂用量0.15 g、反应温度130℃、CO_(2)压力1.5 MPa和反应时间5 h,碳酸丙烯酯的产率达到96.46%.此外,催化剂具有可回收性并可以连续5次重复使用.