综述

• 高黏度缩聚反应器及其研究进展

  成文凯¹;颜金钰¹;王嘉骏²;冯连芳^2;3

  高效缩聚反应器是开发先进聚合工艺的关键。文中综述了几种高黏度缩聚反应器,包括卧式单轴反应器、卧式双轴反应器、立式降膜式反应器和立式组合式反应器,进一步阐述了缩聚反应器设备特性及其应用研究进展,并指出成膜性能和表面更新性能是强化传质过程的关键。此外,计算流体力学(CFD)模拟是研究设备特性的主要方法,将不同结构成膜元件进行有效组合可以开发新型反应器,将不同性能反应器组合可以制备高性能、高分子量聚合物,优化聚合工艺以及开发先进的聚合工艺。研究可为高效缩聚反应器的开发提供思路。

  2025年05期 773-787页 [查看摘要][在线阅读][下载 11852K]
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• 连续流动生物催化中NAD(P)H再生研究进展

  何长安¹;段金电¹;王志祥²;张全³;杨照²;胡玉静¹

  连续流动化学是一种在连续流动体系中完成化学反应的关键技术,近年来在制药、化学、能源及材料等领域展现出重要应用价值。其中,酶催化因其高对映选择性,在流动化学模式下的医药合成具有显著优势,但氧化还原酶辅因子NAD(P)⁺的高效、低成本循环再生仍是亟待解决的科学挑战。本文综述了连续流动生物催化体系中辅因子的最新研究进展,系统分析了当前流动体系下辅因子再生技术存在的关键问题,并展望了未来可能的发展方向,为促进流动生物催化技术的工业化应用提供参考。

  2025年05期 788-798页 [查看摘要][在线阅读][下载 7784K]
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• 助剂对铁基费托合成催化剂性能影响的研究进展

  陈超;锁小明;李正甲;岑洁;姚楠

  费托合成(FTS)技术对实现"双碳"目标和确保国家能源安全具有重要的意义。Fe基催化剂作为FTS技术的重要组成部分,各类型助剂对其反应性能具有重要影响。首先,文中综述了不同类型助剂在Fe基催化剂中的作用机制及其影响规律。其次,总结了Fe基催化剂反应过程中的CO₂生成机理以及具有低CO₂选择性特性的Fe基催化剂研究进展。最后,对Fe基FTS催化剂未来研究方向提出了展望,以期为制备具有更高反应活性、稳定性和更低CO₂选择性的Fe基FTS催化剂提供新的思路和方法。

  2025年05期 799-806页 [查看摘要][在线阅读][下载 2129K]
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• 绿色制冷剂2,3,3,3-四氟丙烯的合成工艺与催化剂研究进展

  万李¹;刘敏洋²;于万金²;程党国¹;陈丰秋¹

  2,3,3,3-四氟丙烯(HFO-1234yf)具有臭氧消耗潜能值(ODP)为零、全球变暖潜能值(GWP)极低的优点,因其热物理性质与第三代制冷剂1,1,1,2-四氟乙烷(HFC-134a)接近,故不需要改变现有的汽车设计,可直接代替HFC-134a用于车载空调系统。HFO-1234yf已成为第四代传热工质极具潜力的品种之一。文中综述了目前HFO-1234yf的合成路线,比较了各路线的优缺点,指出以2-氯-1,1-二氟乙烯等C₂为起始原料和以1,1,1,2,2,3-六氯丙烷、3,3,3-三氟丙烯等C₃为起始原料合成HFO-1234yf的工艺具有原料易得、产率高、反应条件温和等优点,具有工业化应用价值。此外,对HFO-1234yf合成工艺中涉及的调聚、氢化、氟化及脱卤化氢反应所用催化剂进行概述。最后,指出开发具有自主知识产权的新一代绿色高效的HFO-1234yf合成路线,设计寿命长、转化率和选择性高、易再生的调聚催化剂和高活性、高寿命、高抗炭能力的非铬基氟化、脱卤化催化剂是HFO-1234yf合成领域今后的研究重点。

  2025年05期 807-822页 [查看摘要][在线阅读][下载 4201K]
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化工热力学与基础数据

• PC-SAFT状态方程计算HFO类工质的饱和热力学性质

  陈志强;尹建国;赵贯甲;马素霞

  为了解决微扰链统计缔合理论(PC-SAFT)状态方程构造过程中使用传统参数估计方法时饱和气相密度计算精度低的问题,以R1234yf、R1234ze(E)、R1234ze(Z)和R1243zf四种氢氟烯烃(HFO)类新型环保工质为对象,采用新的参数拟合方法和不同参数模型研究了方程对饱和热力学性质的计算精度。结果表明:在参数估计时引入饱和气相密度,不仅可以有效提升方程对该性质的计算精度,而且在饱和蒸气压精度降低的情况下仍能提高方程对所有饱和性质的总体计算性能;基于新的参数估计方法,将参数拟合为温度的指数模型可显著提高方程对饱和蒸汽压的计算精度,对四种HFO工质包括气液相密度在内的饱和性质的平均绝对相对偏差最大为0.[KG-*4]75[WTB3]%[WTBZ],最小为0.[KG-*4]48[WTB3]%[WTBZ]。研究结论有助于促进SAFT类状态方程的发展和完善

  2025年05期 823-832页 [查看摘要][在线阅读][下载 1661K]
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传递现象与单元操作

• 高黏度低表面张力液滴撞击粗糙壁面的动力学行为分析

  宋健斐^1;2;丁续^1;2;刘佶^1;2;魏芳蓉^1;2

  重油液滴撞击壁面的动力学行为是诠释催化裂化旋风分离器升气管外壁结焦的核心问题。为了减小因重油液滴撞击导致升气管壁面结焦的影响,以与高温下的重油液滴物性参数极为相似(高黏度低表面张力)的甘油-无水乙醇溶液为研究对象,利用高速摄像技术与数值模拟相结合的方法研究了该液滴的撞壁行为,建立了预测液滴碰撞壁面结果的数学模型。结果表明,壁面特性和液滴性质对液滴撞击壁面过程初始阶段的影响较小,随着撞击过程不断发展,液滴铺展系数随着表面粗糙度的增加而减小;高黏度低表面张力液滴与具备良好湿润性的壁面之间形成的接触角越小,该液滴展现出的铺展性能越强,更倾向于紧密黏附于壁面之上;微结构支柱高度对液滴铺展沉积影响不大,适当减小表面微结构的悬臂长度可提高表面的疏油性能;通过引入临界韦伯数(<i>We</i>_c)、奥内佐格数(<i>Oh</i>)、无量纲表面粗糙度(<i>R</i>_a/<i>D</i>₀)等无量纲参数,建立了高黏度低表面张力液滴在粗糙干燥壁面上飞溅临界条件的预测模型:<i>We</i>_c=667.12·<i>Oh</i>(<i>R</i>_a/<i>D</i>₀)^-0.75,能够较好地预测高黏度低表面张力液滴在粗糙干燥壁面上的飞溅行为。研究结果对分析重油液滴与壁面的作用机理提供了理论参考。

  2025年05期 833-844页 [查看摘要][在线阅读][下载 8105K]
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• Geldart-B类等密度混合颗粒临界流化特性研究

  王宏飞^1;2;刘汉涛¹;巴忠仁²;赵建涛²;房倚天²

  为了掌握气固流化床内混合颗粒的过渡流化状态,采用冷模实验法对Geldart-B类二元、三元以及宽筛分混合颗粒的临界流化特性进行了研究,考察了颗粒组成、粒径比和粒径分布对混合颗粒临界特征速度和床层空隙率的影响,建立了混合颗粒分离-混合流化平衡相图。结果表明,颗粒组成和粒径比引起的床层空隙率变化是导致混合颗粒临界流化特性差异的本质原因,随粗颗粒质量分率增加,床层空隙率先减小后增大;随粒径比增大,床层空隙率减小。粗颗粒质量分率大于0.4时,临界特征速度显著增大。添加中等颗粒会减弱混合颗粒的离析行为,流化过程无明显的分层相界面。研究考虑了颗粒组成和粒径比对床层空隙率的影响,建立了混合颗粒过渡流态化临界特征速度的预测模型,为确定混合颗粒过渡流化行为提供了理论依据。

  2025年05期 845-855页 [查看摘要][在线阅读][下载 1700K]
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• 烟气轮机冷模系统内能量转换过程的数值研究

  郭颖²;万德海¹;王建军¹;畅元江²;王琦¹

  烟气轮机用于回收催化裂化再生烟气中的能量,是炼油厂中关键的节能设备。在以往对烟气轮机的研究中,多采用类似滑移网格等对转子施加主动转速的数值模拟方法,这与烟气轮机实际工作物理过程有所差异。因此,本研究采用六自由度方法同时对烟气轮机能量转换与能量输出过程中的流场进行数值模拟,搭建了相应的冷模实验系统,并采用粒子图像测速(PIV)技术进行了流场测试。基于流动与动力参数两方面验证了数值模拟的准确性。研究结果表明,相较于传统类似滑移网格等对转子施加一定转速的方法,六自由度方法可以求解烟气轮机能量转换过程中的流场,更加贴合烟气轮机实际物理工作过程。在此基础上,得到了冷态模型系统能量转换过程中的全流场,并基于数值模拟求解的动力参数评估了能量回收系统中各个组件之间的能量转换效率。研究结果为催化裂化烟气轮机能量回收系统内流场的基础研究提供了新的途径。

  2025年05期 856-867页 [查看摘要][在线阅读][下载 13098K]
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化学工艺

• 异丙醇介质中ZSM-5分子筛催化果糖脱水制备5-HMF的工艺研究

  任傲天¹;徐玲³;秦雯琪¹;聂仁峰²;吕秀阳¹

  5-羟甲基糠醛(5-HMF)是生物质基平台化合物之一。针对均相催化制备5-HMF中存在的催化剂分离困难、物耗大、污染严重等问题,文中开展了绿色溶剂异丙醇中固体酸催化果糖制备5-HMF的研究,并在固体酸催化剂筛选的基础上,研究了工艺、动力学和催化剂回用。结果表明,硅铝比为25的纳米级ZSM-5分子筛是异丙醇介质中果糖脱水制备5-HMF的较佳催化剂;通过优化得到较佳的工艺条件:果糖为0.04 g,ZSM-5为0.02 g,异丙醇为4 mL,搅拌速率为500 r·min^-1,在150 ℃条件下反应4 h,5-HMF的收率达到59.1%;基于动力学研究得到异丙醇介质中果糖脱水制备5-HMF的反应表观活化能为61.74 kJ·mol^-1;催化剂重复使用实验表明反应的转化率有所下降,但反应的选择性基本不变;结合BET、XRD和NH₃-TPD等表征,表明使用前后ZSM-5催化剂的晶体结构未发生变化,微孔和酸量有所下降,可能是由于反应生成的腐殖质覆盖了催化剂表面的部分酸性位点或孔道出现部分堵塞。研究工作将为5-HMF的绿色、高效制备提供新思路。

  2025年05期 868-875页 [查看摘要][在线阅读][下载 1134K]
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化工系统工程

• 基于BDGL-CMI的传递熵网络因果推理的工业过程故障溯源

  魏淑娟^1;2;3;5;齐咏生^1;2;3;刘利强^1;2;3;李永亭^1;2;3;高学金⁴

  针对复杂工业过程故障溯源时间长,且溯源过程受到多个因素的关联和影响,导致故障溯源效果差等问题,提出一种集成块降图形套索(BDGL)与条件互信息(CMI)的传递熵故障溯源算法。首先引入了优化的BDGL对子组进行建模,有效降低计算复杂度;之后应用传递熵进行因果分析,得到传递熵主要变量对,通过计算CMI,分析主要突出变量的直接和间接因果关系;最后根据溯源过程,确定精简的工业过程故障溯源图,分析故障根本原因,使得故障过程恢复。以冷水机组数据和田纳西-伊斯曼(TE)工业过程数据为研究对象,进行了故障溯源因果分析,验证了该溯源方法的有效性和实用性。该方法不仅提高了故障溯源方法的效率,还增强了结果的准确性和可解释性。

  2025年05期 876-889页 [查看摘要][在线阅读][下载 5098K]
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材料科学与工程

• 硅烷交联水性聚丙烯酸酯压敏胶的合成、结构和性能

  颜柯清¹;余大洋²;包永忠^1;2

  为了提高聚丙烯酸酯压敏胶(PSA)的黏接、松弛和回复特性,以保证其在柔性显示器反复折叠过程不发生脱黏、屈曲和断裂,本研究采用半连续乳液聚合制备了不同3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷(MPS)质量分数的水性聚丙烯酸酯PSA,考察了MPS质量分数对聚丙烯酸酯PSA分子结构、黏弹和力学等性能的影响。引入MPS后丙烯酸酯共聚物可在聚合和干燥成膜过程中发生初步和深度交联,随着MPS质量分数的增加,聚丙烯酸酯PSA的凝胶分数增大、溶胶和凝胶交联点之间的平均分子质量降低。MPS质量分数为0.2%的PSA的综合性能最佳:大变形下的应变回复率达83%,应力松弛率达72%,对镜面钢板的剥离强度为8.9 N·(25 mm)^-1,透光率高而雾度低,可满足光学显示的要求。本研究为柔性显示用PSA的开发提供了一种环保、便捷的新工艺路线。

  2025年05期 890-899页 [查看摘要][在线阅读][下载 1186K]
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• 磺化聚酰亚胺/磺化介孔二氧化硅质子交换膜制备与表征

  程成¹;张琪¹;张正东¹;钟璟¹;周守勇²

  为了提高磺化聚酰亚胺膜的水解稳定性和质子传导性,将带有醚键的磺化聚酰亚胺(SPI)和磺化介孔二氧化硅(SMCM)共混,通过溶液流延法制备了SPI/SMCM质子交换复合膜。重点研究了不同的SMCM含量对SPI/SMCM复合膜微观结构和性能的影响,实验结果表明:SMCM的引入提高了复合膜的热稳定性,亲水性SMCM的大比表面积有助于提高SPI/SMCM复合膜的吸水性,SPI/SMCM-10%复合膜的吸水率达到19.5%。SMCM在复合膜内形成支撑结构抑制了SPI/SMCM复合膜的溶胀,提高了复合膜的尺寸稳定性。通过对SPI/SMCM复合膜性能比较发现,SPI/SMCM-6%质子交换膜的综合性能最佳。SPI/SMCM-6%复合膜的拉伸强度为34.3 MPa,是Nafion-212膜(11.9 MPa)的2.88倍,SPI/SMCM-6%复合膜具有良好的水解稳定性,其值大于360 h。SPI/SMCM-6%复合膜在90 ℃去离子水中质子电导率达到了0.286 S·cm^-1,亲水性SMCM的引入在SPI/SMCM复合膜中形成连续的质子传输通道,提高了复合膜的质子传导性能。

  2025年05期 900-907页 [查看摘要][在线阅读][下载 2649K]
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• 微波-超声辅助制备α-CaSO₄·0.5H₂O纳米晶须用于油水分离

  张立涛^1;2;苏一鑫³;李菊^1;2;李雲^1;2;郭宏飞^1;2;曹吉林^1;2

  为实现脱硫石膏的高值化利用,利用微波-超声技术辅助,脱硫石膏在甘油-水体系中以MgCl₂作为晶型控制剂,快速合成<i>α</i>-CaSO₄·0.5H₂O纳米晶须。研究了反应温度和反应时间、超声功率、<i>V</i>(甘油)/<i>V</i>(水)以及MgCl₂添加量对产物的影响,探讨了微波-超声技术对<i>α</i>-CaSO₄·0.5H₂O纳米晶须合成过程的强化机制。实验结果表明,所得到的<i>α</i>-CaSO₄·0.5H₂O纳米晶须直径约为200 nm,长径比约为30。微波-超声可在短时间内溶解大量的脱硫石膏,产生大量晶核,形成更小尺寸的产物。同时,超声的分散作用避免合成的<i>α</i>-CaSO₄·0.5H₂O纳米晶须沿[100]方向的定向聚集。将<i>α</i>-CaSO₄·0.5H₂O纳米晶须用于油水分离,分离效率可达98%。经过油水分离后的固相产物可以重新合成<i>α</i>-CaSO₄·0.5H₂O纳米晶须,实现循环利用。

  2025年05期 908-917页 [查看摘要][在线阅读][下载 12225K]
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• 漆酚型苯并噁嗪对苯酚-4,4'-二氨基二甲苯甲烷型苯并噁嗪的催化和增韧改性

  朱永飞;肖健瑞;李沛林;李嘉怡

  为改善普通苯并噁嗪开环聚合温度较高、脆性较大的不足,研究制备了一种含有酚羟基和长烃基链的漆酚-十二胺型苯并噁嗪(U-D)作为催化和增韧改性剂。差示扫描量热和凝胶化时间测试结果表明,U-D较易发生开环聚合(起始和峰值温度分别为117.53 ℃和191.17 ℃),且苯酚-4,4’-二氨基二苯甲烷型苯并噁嗪(P-DDM)的固化峰值温度随U-D的引入而明显降低(降低约20~30 ℃)。热重分析、动态热机械分析、冲击和弯曲实验表明,随U-D的添加,P-DDM固化物的冲击强度可由3.55 kJ·m^-2提升至6.68 kJ·m^-2,800 ℃残炭率由38.56%增至60%左右;此外,P-DDM固化物的弯曲强度也有明显提高。可见,U-D是一种优异的苯并噁嗪开环聚合催化剂和增韧改性剂,具有良好的应用前景。

  2025年05期 918-926页 [查看摘要][在线阅读][下载 12025K]
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环境化工

• 生物炭固定化微生物菌群修复石油污染土壤过程研究

  毛兴顺;杨帆;施鸿杰;汪汉正;朱明龙;谭文松;张旭

  众所周知,石油污染土壤(PCS)对环境和人类健康造成了严重的负面影响。尽管生物修复PCS土壤具有一定的优势,但其石油污染物降解率低、土壤修复时间长、原位微生物群落的结构和活性易受环境因子影响等问题,导致生物修复PCS效率不尽如人意。因此,本研究开发了生物炭固定化微生物菌群技术,主要包括从PCS中筛选具有石油降解能力的菌株;采用"Bottom-up Designed"方法理性构建高效的菌群;开发生物炭固定化菌群技术,以提高石油污染物的生物降解效率。研究结果表明,本研究所构建的生物炭固定化菌群技术能够有效降解石油污染物中的饱和烃和芳烃。采用一级动力学模型模拟该修复过程,得到该过程的反应速率常数<i>k</i>值为-0.037 5 s^-1、石油污染物的半衰期为18 d,42 d内石油污染物降解效率达到88%,显著优于对照组。菌群结构分析结果表明,本研究所开发的生物炭固定化菌群能够激活本土微生物,与外源添加微生物协同作用,完成PCS的修复。该技术能够扩展应用到其他类型的污染土壤生物修复领域,为满足土壤污染修复的国家战略需求提供关键支持。

  2025年05期 927-936页 [查看摘要][在线阅读][下载 9301K]
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• Sn掺杂Ti/RuO₂-IrO₂电极的制备及电催化氧化苯酚性能分析

  任巧琳¹;王晓鹏¹;严文君²;杨涛³;陈泽红¹;王家信¹;郑利军⁴;王忠德¹

  针对焦化废水对环境造成的污染问题,提出利用基于热解法制备的Sn掺杂Ti/RuO₂-IrO₂电极(SE)处理焦化废水。对材料的形貌、结构和性能等进行系统的表征和分析,通过试验考察了电解质种类、电流密度、电解质浓度、苯酚初始浓度和溶液初始pH对SE降解苯酚性能的影响。结果表明,SE在最佳条件下(电流密度为20 mA·cm^-2、NaCl质量浓度为900 mg·L^-1、苯酚质量浓度为300 mg·L^-1且溶液pH无需调节)表现出良好的电催化活性且苯酚降解过程符合分段一级动力学模型,同时探究了反应过程中存在的活性物种和苯酚可能的降解路径。此外,SE具有良好的稳定性和实际应用性,为开发焦化废水处理新技术提供参考。

  2025年05期 937-946页 [查看摘要][在线阅读][下载 19247K]
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