过程工程学报

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1. 核能领域含氚水净化技术研究现状与应用前景

徐琰吴孟涵姜百华武毓勇于湉湉

过程工程学报 2025, 25 (7): 645-657. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.225158

摘要（567）

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PDF （3093KB）（181）

在全球核能复兴及绿色发展浪潮下，氚排放问题备受关注。降低氚排放是提升核能环境和公众友好度的重要措施。然而，目前尚缺乏从核能应用视角对氚净化技术的全面客观分析，且关于含氚水净化工艺的整体技术路线和流程仍不清晰。此外，该领域发展迅速，现有文献综述亟待更新。本文首先概述了核能领域高氚水的产生场景、特征及法规，指出核电、后处理及未来聚变领域对氚净化技术的需求迫切，尤其是内陆核设施对氚净化的要求更高，典型待处理含氚水活度浓度范围为107~1012 Bq/L。其次，本文对水精馏(Water Distillation, WD)、联合电解催化交换(Combined Electrolysis and Catalytic Exchange, CECE)和液相催化交换(Liquid Phase Catalytic Exchange, LPCE)三种主流的含氚水净化技术的最新研究进展进行了综述，指出氚净化机理与关键物性参数的发掘和建立、高效氢-水同位素交换催化剂的工业化制备和电解系统的适应性改造是当前研究的重点和难点。在此基础上，本文从核能应用视角出发，在当前技术成熟度条件下总结了四种可行的氚净化技术路线：“WD+贮存/电解+低温精馏(CD)”路线、“CECE+贮存/CD”路线、“WD+CECE+贮存/CD”路线、“LPCE+CD”路线，并对其处理能力、适用条件、优缺点进行了综合分析，旨在为含氚水净化技术和工程建设提供参考。

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2. 电动汽车直冷电池热管理技术研究进展

朱喜娇严华夏

过程工程学报 2025, 25 (6): 533-543. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.224250

摘要（498）

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PDF （802KB）（281）

随着全球能源危机和环境污染问题的持续加剧，电动汽车因其高能效、低排放等显著优势，成为未来动力汽车的发展趋势。然而，电池生热现象制约着电动汽车的使用性能，因此，深入探究电池生热成因并采取应对策略，对提高电池使用性能与安全性至关重要。本工作首先介绍了电池生热成因，鉴于电池生热对其循环寿命、能量效率及安全性能的直接制约，亟需研发针对性的热管理技术予以应对。直冷电池热管理技术利用制冷剂蒸发吸热原理，可实现高效冷却效率，相较于传统液冷和风冷系统，直冷系统具有结构更紧凑、响应速度更快的显著特征。通过梳理近期相关文献，本工作综述了直冷系统在结构设计、冷板设计及系统参数的优化等方面的研究进展。研究表明，通过合理配置冷媒属性、精准调节系统参数及优化冷板布置，可显著改善高倍率充放电工况下的电池温度均匀性，进而延长电池使用寿命并保障其安全可靠运行。未来研究可聚焦直冷电池热管理系统的结构和参数优化，以及高效环保的新型冷媒的开发。

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3. 退役晶硅光伏组件回收研究进展

郭月月胡玉龙刘艺安赵蕾冉松林金星

过程工程学报 2026, 26 (2): 109-124. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.225170

摘要（438）

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PDF （6946KB）（207）

随着全球能源结构向可再生能源加速转型，光伏组件装机量激增导致退役晶硅组件的环境治理压力日益凸显。本文系统论述了退役晶硅光伏组件的资源化回收技术体系及政策路径，重点聚焦有价金属的高效回收与循环经济模式构建。通过分析机械处理、热处理及化学处理三类主流技术的能效特征，揭示了其技术经济性边界：机械处理(如高压脉冲破碎技术)可实现金属定向富集，但受限于材料解离效率；热处理(400~600℃)虽能实现高纯度材料回收(玻璃纯度>98.5%)，却面临能耗高与含氟废气治理难题；化学处理(如甲苯溶剂体系)在硅片回收纯度(>99%)方面优势显著，但存在二次污染风险与成本问题。此外，本工作还对退役晶硅光伏组件中的有价金属回收技术进行了分析，指出回收退役晶硅光伏组件的研究前景和所面临的挑战。

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4. 阴离子掺杂诱导高熵氧化物多缺陷调控：结构稳定性与储锂性能增强

鲍梦凡韦正兵徐世彪程怡陈诗洁檀杰郑翠红林娜冒爱琴

过程工程学报 2025, 25 (12): 1334-1348. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.225175

摘要（397）

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PDF （11413KB）（118）

为了进一步提升高熵氧化物负极材料的结构稳定性及电子/离子传输动力学，本研究以尖晶石型(Cr0.2Fe0.2Mn0.2Ni0.2Zn0.2)3O4高熵氧化物为研究基础，采用溶液燃烧法，通过S2-阴离子掺杂策略调控其本征缺陷与微观结构，成功制备了具有可控氧空位和晶格畸变及介孔网状结构的尖晶石型(Cr0.2Fe0.2Mn0.2Ni0.2Zn0.2)3O4-xSx (x=0, 0.15, 0.3, 0.6, 0.9)高熵氧化物锂离子电池负极材料。电化学测试结果表明，(Cr0.2Fe0.2Mn0.2Ni0.2Zn0.2)3O3.7S0.3 (S0.3)电极展示了优异的循环稳定性和倍率性能，在200 mA/g下循环150圈后可保持1513 mAh/g的可逆放电比容量，在1000 mA/g下循环350圈后仍具有310 mAh/g的放电比容量。其优异的电化学性能主要归因于：一方面，适量S2-掺杂不仅增加构型熵，还能缓解晶格畸变并降低氧空位浓度，从而显著提升电极材料的循环稳定性；另一方面，晶格畸变、氧空位与晶粒尺寸的协同优化显著改善电子/离子传输(S0.3的电导率高达22.4 S/m，且DLi?较大)并有效提升赝电容贡献率。本研究为兼具结构稳定性、高能量密度与长循环寿命的锂离子电池负极材料设计提供了新思路与实验基础。

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5. 钒泥-钒渣协同富氧碱浸强化提钒

陈畅张振全王宝华杜浩祁健王少娜李昊男王明华刘彪

过程工程学报 2025, 25 (9): 933-942. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.224369

摘要（381）

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PDF （6729KB）（44）

钒泥是钒浸出液在除杂净化过程中产生的一种固体废弃物，具有极高的回收价值。针对钒泥难以高效利用的问题，采用碱浸提钒法进行钒泥中钒的提取，研究了浸出温度、浸出时间和NaOH浓度对提钒效果的影响规律，筛选出最优条件：在反应温度90℃、反应时间2 h、NaOH浓度20wt%、液固比2∶1的条件下，钒浸出率可达99.23%，此时尾渣中V2O5含量仅为0.48wt%。在此基础上，利用现有的富氧碱浸提钒工艺流程，进行钒泥协同钒渣强化提钒研究。在优化条件下，混合尾渣中钒含量为0.68wt%，钒浸出率为92.40%，钒渣提钒效率提高了约6个百分点。此时最佳的协同浸出工艺反应条件为：在反应温度150℃、氧气压力0.5 MPa的富氧碱浸后的浆料稀释至NaOH浓度为25wt%，添加初始钒渣质量10wt%的钒泥，浸出温度90℃，浸出时间1 h。通过对协同提钒过程进行表征，明确钒泥的加入可改变硅相，促进钒渣中钒的高效提取。该工艺可实现钒泥和钒渣中钒的高效协同提取。

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6. 多酶级联催化制备D-丙氨酸

宋显炳杨宇汪曼曼何然峰张玉明王自强李小连王云山

过程工程学报 2025, 25 (8): 862-871. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.224362

摘要（380）

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PDF （1355KB）（65）

D-丙氨酸(D-Ala)作为一种重要的手性氨基酸，在医药、食品、化工等领域具有广泛应用。本研究设计了一种多酶级联催化制备D-Ala的工艺路径，建立了pRMA与pEAD2菌株的分批补料发酵工艺，实现了马来酸顺反异构酶(MaiA)/天冬氨酸酶(AspA)和天冬氨酸消旋酶(AspR)/D-氨基酸转氨酶(DaaT)的共表达，并优化了以马来酸酐(MA)为底物的多酶级联制备D-Ala的工艺参数，开发出高效的D-Ala酶促转化工艺。实验结果表明，pRMA发酵培养23 h时，菌体浓度和表观活性均达到峰值，分别为72.56 g/L和554.49±30.96 U；pEAD2发酵培养9 h时，表观活性可达到513.74±38.25 U，此时菌体浓度为30.75 g/L。多酶级联催化制备D-Ala时，最适工艺参数为：底物MA浓度为1.5 mol/L，加入5.0 mmol/L磷酸吡哆醛(PLP)，3.52 g/L丙酮酸(PA)和6.60 g/L pRMA菌体细胞，于pH为8.0、温度为50℃、转速为200 r/min条件下反应3 h，再加入9.80 g/L pEAD2菌体细胞继续反应至24 h。此时，底物转化率高达99.00%以上，D-Ala产率达到93.97%。将该催化体系放大40倍至4 L规模后，底物转化率仍保持在99.00%以上，D-Ala产率达93.19%，与小试水平无明显差异，可为D-Ala的工业生产提供参考。

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7. 混合基质膜在膜法碳捕集技术中的应用分析

秦宇海玉琰熊日华

过程工程学报 2025, 25 (10): 1008-1020. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.224358

摘要（368）

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PDF （2481KB）（86）

在“双碳”战略背景下，碳捕集、利用与封存(Carbon Capture, Utilization and Storage, CCUS)技术的重要性日益凸显。作为CCUS技术中的关键环节，CO2分离已成为当前的研究热点。在众多分离法中，膜分离技术凭借低能耗、可连续操作的优势脱颖而出。本工作全面综述了国内外各类CO2分离膜在膜法碳捕集领域的研究现状，重点介绍了混合基质膜的CO2气体渗透分离性能及制备方法的优化。目前，绝大多数混合基质膜的CO2渗透速率介于0~1000 Barrer之间，CO2/N2的分离系数在20~120范围内。研究表明，通过使用修饰改性的晶态多孔填料或直接使用非晶态多孔填料，可有效提升聚合物基底与多孔填料的兼容性，是优化混合基质膜制备方法的可行途径。从后续工业应用的实际需求出发，本工作剖析了不同CO2分离膜组件的优势与不足，明确螺旋卷式是当前最适用于膜法碳捕集领域的组件形式。混合基质膜具备优异的机械与热稳定性、杰出的抗塑化能力及卓越的CO2渗透分离性能，因此在利用螺旋卷式膜组件实现膜法碳捕集应用中展现最大潜力。此外，在添加吹扫气等合适的捕集工艺条件下，基于当前混合基质膜的性能，CO2捕集成本可控制在23 USD/t CO2以内。充分证明了混合基质膜在膜法碳捕集技术中应用的可行性，本工作旨在为CO2膜分离在CCUS技术中的广泛应用提供有力指导。

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8. 并联微流道换热器中气泡特性与沸腾传热实验研究

袁俊飞邢谷雨冯梓城宋硕硕王雨

过程工程学报 2025, 25 (8): 834-844. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.225032

摘要（366）

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PDF （39521KB）（128）

为进一步拓展微通道沸腾传热在高热流密度电子设备冷却领域的应用范围，实验研究了具有并联多流道的微通道换热器中沸腾产生发展的动态特性以及换热器的整体传热特性。结果表明，在并联多流道的微通道换热器中，各并联微通道间沸腾气泡的起始位置存在显著差异，沸腾起点位置的不均匀度标准偏差受质量流率的影响较小，随热流密度增加先降低后增加；在微通道内同时发生过冷沸腾和饱和沸腾两种传热机制，两种沸腾机制中均能发生泡状流流型，弹状流流型和环状流流型仅发生在饱和沸腾区域；热流密度对通道内换热机制、沿程壁面温度及其变化规律具有显著影响，在热流密度为63~80 kW/m2的范围内，出口均流室突扩效应导致换热器出口壁面温度先降低后增加再降低；热流密度增至104~252 kW/m2时，微通道中壁面温度波动较小，温度均匀性增强；换热器整体沸腾传热特性在微通道出口处出口制冷剂工质干度为0.02时出现转折，换热器整体换热系数随质量流率和热流密度增加而增加，质量流率对平均换热系数的影响敏感度更高。

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9. 废弃LED中有价元素的分布特征及富集分离方法

刘玲苏冬冬董彬欣盛广宏王诗生

过程工程学报 2025, 25 (6): 609-620. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.224230

摘要（355）

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PDF （1544KB）（147）

废弃发光二极管(LED)中含有多种有价金属元素，这些元素的回收利用引起学者们的广泛关注。本研究系统分析了球泡灯灯珠(L-LED)和SMD 2835 LED (S-LED)中有价元素的分布特点。在探明LED各组件质量组成的同时，采用XRD、ICP-OES和SEM-EDS等分析手段研究了有价元素在LED各组件中的分布特征，并据此提出采用机械破碎-筛分预处理技术，对LED中的有价元素进行预富集分离。结果表明，L-LED和S-LED的支架分别为纯铜和黄铜材质。两种LED的封装树脂均为含羟基的苯基甲基有机硅树脂。L-LED和S-LED封装树脂中荧光粉的主要成分分别为Y3Al3.08Ga1.92O12:Ce3+和Y3Al5O12:Ce3+。稀土元素Y, Ce和Eu主要存在于有机硅树脂中；金属元素Cu, Zn, Ni, W和Ag主要分布于支架的金属基板；对于S-LED，稀散元素Ga仅存在于LED芯片中，而L-LED的Ga在硅树脂和芯片中均有分布。通过机械破碎和筛分处理，有效实现了LED各组件的分离。经破碎筛分后，Cu, Zn, Ni, Ag和W元素富集于粒径大于0.6 mm的筛分产物中，而Ga, Y和Ce元素则富集于粒径小于0.6 mm的筛分产物中。该预处理工艺通过物理手段对有价元素进行预富集分离，有利于有价元素后续的回收利用。

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10. 过渡金属基催化剂应用于海水电解的研究进展

严茜陈炳旭胡中慧李思达喻嘉王元庆

过程工程学报 2025, 25 (11): 1113-1129. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.225067

摘要（348）

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PDF （4515KB）（195）

在可持续能源技术研究中，电解水制氢被认为是电化学能源转化的关键技术之一，其技术突破对实现“双碳”目标具有重要意义。电解水过程包括两个半反应：析氢反应(HER)与析氧反应(OER)。相比于HER，OER涉及四电子转移过程(4OH-→O2+2H2O+4e-)，具有较高的反应能垒，其缓慢的动力学导致了电解水的整体效率降低，因此成为研究的重点。近年来，研究人员逐渐将目光转移至海水电解的技术开发，因为相较于有限的淡水资源，海水储量丰富，约占地球总水量的96.5%，这使得海水电解在未来具有广阔的应用前景。然而，直接海水电解面临着多重技术挑战：高浓度氯离子导致的氯离子氧化竞争反应不仅会降低海水电解的效率，还会导致电极和催化剂的腐蚀；电极表面产生的气泡会覆盖活性位点并增加界面阻抗；海水中的Mg2+, Ca2+等离子会在电极表面形成沉淀，堵塞活性位点。这些问题会导致催化剂在海水电解中的活性、选择性和稳定性受限。本文综述了海水电解阳极催化剂所面临的关键挑战，并重点总结了近年来针对过渡金属基催化剂的多种设计策略，包括组分调控、几何结构优化、选择性透过层设计、复合材料设计等。最后，探讨了未来实现高活性、高选择性及优异稳定性的过渡金属基催化剂的发展方向，应该将理论计算与实验相结合，借助原位表征技术与人工智能技术，深入探究过渡金属基催化剂中活性位点的演化机制，为设计更高效的催化剂提供理论依据。

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11. 磺化炭的制备及其应用研究进展

蒋郑峰王若欣高飞周志茂史权于海濛李应文周华雄何晨

过程工程学报 2025, 25 (8): 775-791. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.225036

摘要（344）

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PDF （2362KB）（122）

以生物质或无定形炭材料为原料，通过磺化剂进行原位磺化或接枝磺化处理，可制得富含磺酸基(-SO3H)、羧基(-COOH)和羟基(-OH)基团的磺化炭。凭借独特的表面结构，磺化炭在催化、储能、环境等领域展现出巨大的应用潜力。本工作全面总结了磺化炭在生产原料、制备工艺、反应机理以及物理化学特征等方面的研究进展，系统阐述了现阶段磺化炭在固体酸催化剂、储能材料、吸附剂、土壤改良和炭基肥等多个领域的应用现状，并明确指出了其应用过程中面临的问题与挑战。随着磺化炭制备技术的不断改进，炭材料在稳定性、选择性和广泛适用性等方面的性能仍需进一步挖掘。作为一种极具潜力的新型碳材料，磺化炭有望在更多领域实现规模化应用。

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12. 基于界面反应工程和羰基铁粉掺杂的软磁复合材料性能优化研究

李凯旋刘洋吴星怡王锐黄华钦吴朝阳

过程工程学报 2025, 25 (7): 736-747. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.224380

摘要（343）

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PDF （4366KB）（148）

通过界面反应工程实现绝缘包覆是优化软磁复合材料(SMCs)性能的重要途径，但传统方法面临绝缘层与软磁粉末晶格失配导致界面裂纹的问题。本研究创新性地提出引入羰基铁粉(CIPs)掺杂策略，利用其高塑性和高比表面积特性，协同碱性化合物热分解构建CaSiO3?Ca2Al2O5?CaO复合绝缘层。结果表明，Ca(OH)2在热处理过程中会分解为固相CaO和气相H2O，其中CaO倾向于在FeSiAl软磁粉末基体表面形核，并沿着掺杂的CIPs生长，最终形成由CaSiO3?Ca2Al2O5?CaO组成的复合绝缘层。高塑性CIPs与包覆层结合后，有效填补SMCs内部孔隙；小粒径CIPs的高比表面积为Ca(OH)2分解及复合绝缘层生长提供更多的反应位点，促进绝缘层在软磁粉末和CIPs表面均匀分布，实现CIPs在绝缘层内部的有效掺杂，削弱绝缘层与软磁粉末间晶格失配带来的负面影响。通过改变CIPs掺杂量，能够实现SMCs磁性能的精确调控，当CIPs掺杂量为20wt%，SMCs展现出最佳的综合磁性能。在10 mT, 200 kHz条件下，饱和磁化强度达145.1 A?m2/kg，磁导率为40.5，磁损耗低至50.6 kW/m3，是高性能电磁元件的理想选择。与其他基于界面反应工程的绝缘层制备策略相比，本研究提出的方法利用CIPs的高塑性和高比表面积的优势，通过与界面反应工程结合，有望成为解决绝缘层与软磁粉末间晶格失配的新思路，为SMCs的性能优化提供了理想解决方案。

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13. 水泥回转窑四通道煤粉燃烧器操作条件优化模拟

王蓝欣关晶田于杰刘银杰李飞叶家元许成文申峻卢春喜王维

过程工程学报 2025, 25 (12): 1238-1247. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.225075

摘要（329）

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PDF （2748KB）（73）

水泥回转窑燃烧器作为水泥烧成系统的核心装备，其性能对水泥生产效率和质量具有重要影响。由于回转窑内部的高温复杂反应过程难以全面测量，燃烧器性能的评估往往依赖于经验，缺乏理论指导。为此，本研究通过计算流体力学(CFD)对煤粉燃烧过程进行模拟，以实现水泥回转窑燃烧器的优化。模拟结果表明，随着轴流风速在合理范围内增加，气相温度显著升高，高温区域扩大，氧气消耗速率增大，二氧化碳生成速率增大，一氧化碳质量分数降低，燃烧效率提高。旋流风速增加对温度场影响相对较小，但能显著改善煤粉与空气的混合效果，促进燃烧。以此为基础，通过增大轴流风速和旋流风速对燃烧器性能进行优化，优化结果改善了窑内的温度场和组分场，影响了熟料矿物成分，其中C3S和C4AF含量增加，C2S和C3A含量减少，对水泥性能产生积极影响。本工作通过数值模拟方法深入分析了轴流风速、旋流风速对水泥回转窑燃烧器性能的影响，为燃烧器的优化设计提供了理论支持，提出的燃烧器优化方案有效改善了窑内温度场和组分场的分布，提高了燃料的燃烧效率和熟料质量。

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14. 泡沫镍表面熔盐电沉积Mg-Ni合金及其电催化析氢性能

华中胜赵志稳吴孝彬余俊杰曾正王静刘欢

过程工程学报 2025, 25 (8): 872-880. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.225027

摘要（320）

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PDF （4628KB）（222）

开发高效稳定的非贵金属析氢催化剂，对推动碱性电解水制氢技术工业化应用具有重要意义。本工作以泡沫镍(NF)为基底材料，通过熔盐电沉积法在其表面原位生长Mg-Ni合金，制得了可直接用于催化析氢反应的自支撑型Mg-Ni/NF电极。利用X射线衍射、扫描电镜-EDS与X光电子能谱分析了Mg-Ni/NF电极的物相结构、微观形貌和表面元素状态，并采用电化学工作站测定了电极的电催化析氢活性和稳定性。结果表明，电极表面主要为双相Mg2Ni/MgNi2异质结构，呈纳米片状结构相互连接，形成了微纳米级网孔。在1.0 mol/L KOH溶液中，Mg-Ni/NF-8 h电极在10 mA/cm2电流密度下的析氢过电位仅为49.5 mV，Tafel斜率为36.0 mV/dec；100 mA/cm2电流密度下持续电解106 h后仍然具有良好的催化活性。本研究为制备高性能非贵金属析氢材料、拓展镁在催化领域的应用提供了新思路。

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15. 双层组合桨气液搅拌槽流动与功耗特性的数值模拟

张梦瑶肖亚峰董中天马少萍吴双于明州张庆华杨超

过程工程学报 2025, 25 (7): 695-705. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.224353

摘要（318）

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PDF （4980KB）（113）

以氯乙酸氨解法合成甘氨酸体系为研究对象，采用数值模拟方法研究了双层三窄叶旋桨式搅拌桨(ZCX-ZCX)、三窄叶旋桨式搅拌桨-抛物线型圆盘涡轮桨(ZCX-PDT)和三窄叶旋桨式搅拌桨-错位圆弧式抛物线型圆盘涡轮桨(ZCX-SFPDT)等三种双层组合桨气液两相搅拌槽流场和功耗特性，比较了三种组合桨搅拌槽中的速度分布、湍动能分布、气含率分布、气泡直径分布以及功耗。结果表明，与ZCX-ZCX组合桨相比，ZCX-PDT和ZCX-SFPDT双层桨搅拌槽内气体分散效果更好，ZCX-SFPDT组合桨搅拌槽内的流场分布最均匀，功率准数比ZCX-PDT降低6.1%，传质效率增加10.9%，更适合应用于气液搅拌槽。

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16. 炉膛和环境温度对氢基竖炉内温度-应力场的影响

黄正超金焱秦建涛蔡国庆凌宏志刘子钰林鹏

过程工程学报 2025, 25 (6): 565-578. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.224325

摘要（316）

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氢基竖炉作为氢冶金技术设备具有巨大减排潜力，针对氢基竖炉固体域的温度场分布及热应力产生的问题，本研究以某钢厂氢基竖炉为研究对象，根据稳态热、静态结构理论建立热-力耦合模型，模拟了不同炉膛及环境温度条件下，氢基竖炉内部的热量传递及热应力产生过程，考察了内、外温度对于竖炉内部温度及热应力的影响。结果表明，炉壳及耐火材料1的最大应力分别能达到6150和881 MPa，且内、外部温度对于竖炉内部热环境稳定及炉身结构稳定都具有重要影响，其中炉膛温度提升会显著提高耐火材料间的温度梯度，并增大其热应力峰值，炉膛温度为800~900℃时，最大应力增幅达93 MPa，形变量增幅达3.34 mm；外部温度的提升能减小内外温度梯度，从而降低内部耐火材料的热应力和形变量，并减小炉壳内侧应力。本研究采取特定部位建立路径的方法直观地展示了不同温度条件下的温度场、应力场分布，为优化氢基竖炉的炉身材料堆砌方式和结构设计提供了参考。

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17. 还原拜耳法高铁赤泥中钛转型与选择性配位溶出研究

刘龙锴蔡涛涛郑诗礼王一霖周秋生曲鹏程俞小花张盈

过程工程学报 2025, 25 (10): 1049-1063. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.225024

摘要（315）

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PDF （17256KB）（59）

还原拜耳法为铝铁协同冶炼创造了有利条件，但该方法产生的高铁赤泥中，普遍存在不利于铁冶炼的Al, Si和Ti等杂质元素。其中Ti4+和Fe3+之间易发生类质同象置换，导致钛铁分离困难，是影响高铁赤泥用作炼铁原料的重大难题。针对上述难题，本研究以某冶炼厂还原拜耳法工艺产出的高铁赤泥为研究对象，根据铝、硅和钛等杂质的赋存形态与分布特征，开展了高铁赤泥中钠硅渣弱酸选择性溶解脱除及含钛赤铁矿还原转型-配位溶钛的技术研究。研究结果表明，在优化的弱酸溶出条件下，高铁赤泥中Al和Si杂质实现了大幅脱除，其中Si的溶出率约为80%，Al的溶出率约为70%~80%。当酸溶赤泥被钛转型剂钠碱和铁粉共同还原转型后，Ti配位溶出率达到36.7%；而利用酸溶赤泥被钛转型剂钠碱和氢气共同还原转型后，Ti配位溶出率显著提升至70%~80%。此外，酸溶赤泥经还原转型后形成的方铁矿相与金属铁相，在钛配位溶出所用的碳酸氢钾溶液中，可进一步转化为菱铁矿相。综上，本研究成果为解决钛铁类质同象赋存而难以分离的难题提供了新思路。

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18. 回转窑内高温气固预热燃料燃烧优化的数值模拟

丁雨晨王俊杰蔡军朱治平

过程工程学报 2025, 25 (7): 748-760. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.224343

摘要（312）

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PDF （4470KB）（69）

流态化预热燃烧技术用于回转窑燃烧可以有效降低单位产品燃料消耗且具有燃料适应性广和NOx排放低等优点。但与煤粉相比，预热燃料的燃烧特性具有显著差异。本工作采用计算流体力学研究了预热温度、回转窑内过量空气系数和多通道燃烧器轴流风通道动量等因素对高温预热燃料在回转窑内燃烧过程的影响，并结合课题组前期对多通道燃烧器旋流数的研究，通过正交设计法结合矩阵分析法获得了四个因素对燃烧特性影响的重要程度以及综合燃烧性能最佳的参数组合。结果表明，随着预热温度增大，火焰变粗和变短；随着过量空气系数增大，火焰先变长后变短；随着燃烧器轴流风通道动量增加，火焰先变短变粗后变长变细。四个因素对燃烧特性影响的重要程度分别为预热温度>燃烧器轴流风通道动量>旋流数>过量空气系数，最佳参数组合为旋流数0.2、预热温度850℃、过量空气系数1.1、燃烧器轴流风通道动量0.5 N/MW。优化后的工况相较于原始工况火焰长度增长了47%、烧成带区域壁面平均热通量提高37%、烧成带区域壁面最大热通量提高80%。

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19. 双行星螺杆式搅拌器的混合性能分析

霍云婷张忠杜晓钟

过程工程学报 2025, 25 (6): 556-564. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.224320

摘要（306）

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PDF （4524KB）（104）

在锂电池浆料的制备过程中，均匀性差和粉末团聚等问题显著影响电池性能。本工作采用计算流体力学研究双行星螺杆式搅拌器的混合特性，考察了转速、转向、桨径比和螺距对锂电池浆料的流场分布、循环特性、剪切性能、浓度分布及单位体积混合能的影响。结果表明，反向搅拌模式下涡流中心明显偏高，展现出更强的流体循环特性。复杂的涡流与交错流动有效增强了剪切应力。尽管单位体积混合能与搅拌桨转速呈正相关，反向搅拌仍在降低能量耗散方面表现出优越性，与同向搅拌相比，在100~400 r/min范围内，反向搅拌的能量节省率可达21.7%~60.7%。在混合均匀性方面，低速下同向搅拌效果较好，高速下反向搅拌更为均匀。增大桨径比能有效提升流体的轴向和径向速度，增强剪切应力，但同时导致单位体积混合能上升，混合效率降低。螺距增大提升了轴向和径向速度，改善了混合均匀性，并降低了流动阻力，提高了混合效率。过大的桨径比和螺距会导致流动不均匀，影响固体颗粒的均匀分布。

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20. ZnO纳米颗粒/石墨烯纳米片复合材料的自组装及其光催化降解亚甲基蓝的性能与机制

曹铭睿吕晟汗金鑫刘光蓉翟锦丽黄强

过程工程学报 2025, 25 (7): 728-735. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.224341

摘要（305）

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PDF （3272KB）（70）

ZnO/石墨烯纳米结构复合材料在光电器件、传感器、光催化等领域展现出广阔的应用前景。本研究以体相ZnO为原料，将其溶解于氯化胆碱-尿素低共熔溶剂中，通过乙醇-水反溶剂沉淀法将ZnO纳米颗粒原位沉淀于石墨烯纳米片表面，经热处理后获得ZnO纳米颗粒/石墨烯纳米片(ZnO@G)复合材料。采用透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射光谱(XRD)、拉曼光谱(Raman)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)及紫外-可见吸收光谱等表征手段，研究了复合材料的物理化学性能，并考察了其光催化降解亚甲基蓝的性能。研究表明，ZnO纳米颗粒均匀分散于石墨烯表面，有效扩展了光吸收范围。界面处通过Zn-O-C键连接，为两相间提供了电子转移通道。通过调控反溶剂的组成，可实现对ZnO颗粒尺寸和沉淀量的精准调节。ZnO@G在全光谱和可见光照射下均能高效降解亚甲基蓝，其主要活性物种为光生空穴氧化H2O和光生电子还原溶解氧所生成的超氧自由基(O_2^(?-))。本工作提供了一种将体相ZnO转变为纳米结构并均匀沉积于石墨烯片表面的新方法，自组装形成的ZnO@G可高效光催化降解亚甲基蓝染料，实验结果和活性物种的产生路径对理解ZnO@G复合材料的光催化机制具有参考价值。

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21. 静电纺丝碳纳米纤维膜用于质子交换膜燃料电池气体扩散层

姚泽陈闯段锋李玉平秦统李铮铮曹宏斌孙德智

过程工程学报 2025, 25 (6): 621-634. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.224328

摘要（304）

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PDF （6146KB）（228）

在全球能源转型和环境问题日益严峻的背景下，质子交换膜燃料电池(PEMFC)因其高效率、低排放特性受到广泛关注。气体扩散层(GDL)作为PEMFC的核心组件，不仅可促进气体分散和水分管理，还为电池提供必要的机械支持。然而，传统GDL存在脆性大、水管理能力弱和界面电阻高等问题。本研究通过改变纺丝液浓度，运用分步静电纺丝技术制备多层复合聚丙烯腈纤维膜，经预氧化和碳化处理后获得碳纤维膜(CFM)，并采用1H,1H,2H,2H-十三氟-N-辛基硅烷(PFTs)溶液浸泡或蒸汽处理实现其表面疏水改性。通过系统测试CFM的理化特性及燃料电池极化曲线、功率密度曲线，揭示了结构参数与性能的关联。研究结果表明，单层、双层及三层结构的CFM平均孔径分别为0.592, 0.395和0.317 μm，呈现递减趋势。拉伸强度随层数增加先增加后下降，从单层的4.99 MPa增至双层的9.39 MPa然后降至三层的5.26 MPa。对于相同层数的CFM，递增纺丝液浓度制备的CFM在机械性能和导电性能方面均优于递减纺丝液浓度制备的CFM。使用0.5 g PFTs进行1 h的浸泡疏水处理显著提升了GDL的水管理能力。相比单层和三层GDL，双层结构的GDL表现出最高的功率密度，为0.520 W/cm2。本项研究为质子交换膜燃料电池中气体扩散层的制备提供了新的方法和思路。

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22. 射流强化气液两相流体动力学特性的数值模拟

董鑫薛璨单永瑞冯颖张建伟

过程工程学报 2025, 25 (8): 820-833. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.224337

摘要（304）

HTML （16）

PDF （9056KB）（147）

在气液两相流中气泡射流的流体动力学特性影响气液两相间的传质传热及动量交换，对于强化气液两相间的混合至关重要。为探究幂律流体中气泡射流流动特性，采用数值模拟方法对气泡射流的动力学及水力学特性进行研究。考察了清水和不同浓度羧甲基纤维素钠(CMC)水溶液中，气液比和液相流变特性对气相速度、气泡尺寸、气含率分布及气液两相流态的影响。研究表明，由于气相的扩散运动以及对液相环境的扰动，流场内存在涡旋结构，增强了气液两相间相互作用。随气液比增大，流场内湍动剧烈，促进气液两相混合，扩散了流线，流线分布疏散。气泡直径增大，气泡尺寸分布由单峰逐渐向双峰转变，且随液相浓度增加气泡直径分布范围增大。相较于清水，CMC水溶液中气泡射流气含率低，气泡分散宽度增加，气泡射流的流动行为发生变化。随气液比增加，流场内湍动加强，气泡射流核心处气相体积分数增加，涡结构强化了局部混合。气相向液相环境中的分散宽度增加，气液界面的有效接触面积增加，气液两相间的传质效率提高，且随液相浓度增加分散效果更明显。

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23. 基于碳酸氢钠活化的铁氮共掺杂生物炭制备及其高效吸附去除水中双酚A

秦子琛秦源施园丁章昊李燕朱云涛丁磊

过程工程学报 2025, 25 (10): 1096-1112. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.225059

摘要（304）

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PDF （12012KB）（38）

本工作以丝瓜络为碳源，碳酸氢钠为活化剂，高铁酸钾和尿素作为铁源和氮源，采用一步热解法制备了铁氮共掺杂生物炭(K2FeO4@NSBC)，并研究了其对水中双酚A (BPA)的吸附去除性能与作用机制。在K2FeO4∶NaHCO3∶CH4N2O∶丝瓜络为0.1∶0.5∶0.5∶1 (质量比)、热解温度为800℃条件下，制备的K2FeO4@NSBC具有较大的比表面积(864.83 m2/g)和孔隙体积(0.54 cm3/g)。在298 K条件下，其对BPA的吸附平衡容量(312.58 mg/g)远高于原始生物炭(7.00 mg/g)。溶液pH与外源有机物腐殖酸对K2FeO4@NSBC吸附去除BPA的影响较小，外源离子CO_3^(2-)对BPA的去除有明显抑制作用。K2FeO4@NSBC对BPA的吸附过程遵循拟二级动力学模型，Sips模型能很好地描述其吸附平衡，且该吸附是一种自发、吸热且无序性增强的过程。K2FeO4@NSBC具有良好的再生和回用性能。孔隙填充、疏水作用和π-π相互作用是K2FeO4@NSBC去除BPA的主要机制，同时Fe和N元素的引入在吸附过程也起到了重要作用。本研究为生物炭去除水中BPA提供了兼具环境友好性与经济可行性的解决方案。

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24. 旋流器底流口直径对特殊矿浆体系分离影响研究

尚江涛马淑花欧彦君洪涛

过程工程学报 2025, 25 (7): 706-716. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.224372

摘要（301）

HTML （12）

PDF （6396KB）（72）

针对新型低品位铝土矿湿法提质工艺中尾渣与铝精矿复杂嵌布导致的铝精矿收率和品位降低问题，基于?75 mm旋流器中试平台，采用计算流体力学模拟与实验验证相结合的方法，以底流口直径(4, 6, 8, 10和12 mm)为唯一变量，探究其对旋流器内部流场及分离性能的调控机制，明晰湍流动能分布与流场稳定性的作用机理。模拟结果表明，通过改变底流口直径可有效调控湍流动能大小及分布，结合流场特性阐明了短路流和循环流的演变趋势，强化尾渣与铝精矿的高效解离。实验结果表明，进料压力为0.3 MPa、进料质量浓度为17.15wt%、进料铝硅比为2.74时，8 mm底流口对流场的稳定与分离性能有显著提升，抑制溢流跑粗和底流夹细现象，解决了铝精矿收率低、品位差的问题，与原始旋流器相比，精矿产率提高9.33%，铝硅比提升20.39%，且模拟结果与实验数据高度一致。研究结果可为复杂矿浆体系旋流器的结构优化提供理论依据，对工业级低品位铝土矿资源高效回收具有指导意义。

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25. 蒸发罐中NbCl₅-Ar载气蒸发过程的CFD模拟

王凯张良何宗倍彭建财许秋石杨宁

过程工程学报 2025, 25 (7): 658-668. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.225107

摘要（301）

HTML （12）

PDF （6224KB）（88）

在流化床化学气相沉积制备铌金属层包覆颗粒的工艺中，前驱体NbCl5蒸气的流量对涂层质量的影响十分显著。由于NbCl5蒸气具有强酸性，蒸发罐出口蒸气流量难以有效测量，蒸发过程一直是黑箱操作，严重制约了该工艺的稳定运行与优化升级。本工作采用耦合气液界面蒸发模型和壁面沸腾模型的VOF方法，模拟了NbCl5-Ar体系载气蒸发过程，探究了液面高度、Ar气载气流量、加热温度等操作条件对蒸发罐中气液两相流动和热质传递特性的影响规律。模拟结果表明，液位高度主要影响蒸发面积。当液位处于罐底区时，液位高度降低使得蒸发面积减小，进而导致蒸发罐出口NbCl5蒸气流量显著减小。当蒸发罐中通入Ar气后，蒸发罐内部会形成NbCl5蒸气涡和Ar气涡两种不同的涡结构。提高Ar气速度能够实现液面上NbCl5蒸气的快速吹扫、降低液面饱和蒸气温度，进而增加蒸发速率；随Ar气速度由0 m/s增加至2.1 m/s，NbCl5蒸气质量流率由0.047 g/s增加至1.095 g/s。提高加热温度能够提高蒸发界面液体温度，进而加快液体蒸发；随加热温度由533 K增加至543 K，NbCl5蒸气质量流率由0.280 g/s增加至0.359 g/s。模拟结果对实际载气蒸发过程操作条件优化和蒸发罐的结构优化均具有指导意义。

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26. 废旧过渡金属锂离子电池焙烧-优先提锂进展

郝娟葛竺艳王海锋赵若希王佳炜马小雪张浩谢卫宁何亚群

过程工程学报 2025, 25 (8): 804-819. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.224345

摘要（293）

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PDF （10919KB）（111）

随着电动汽车、储能等产业的快速发展，锂离子电池(Lithium-ion Batteries, LIBs)需求量保持快速增长。与此同时，废旧LIBs产量急剧增加，其清洁高效循环利用成为国内外迫切需要解决的重大问题。LIBs按正极材料主要分为LiCoO2 (LCO), Li(NiCoMn)O2 (NCM), LiMn2O4 (LMO), Li(NiCoAl)O2 (NCA), LiFePO4 (LFP)以及富锂锰基氧化物(LLO)。针对废旧过渡金属LIBs，焙烧-优先提锂工艺由于浸出阶段可将锂优先回收，避免了多步分离造成的锂损失，减少了浸出阶段酸碱和其他试剂的使用，同时将高价态过渡金属还原，为其酸浸做好准备，成为废旧过渡金属LIBs回收的关键技术。为了改善焙烧效果、提高水浸提锂和过渡金属元素浸出率，国内外学者尝试采用各种添加剂进行焙烧，开发了各具特色的焙烧工艺。本综述总结了现有处理工艺的优势与不足，展望了废旧LIBs资源化技术的发展方向，可为废旧LIBs绿色低碳资源化循环利用提供一定参考。

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27. 相变储热材料在光热转换领域的研究进展

西北航胡昊张皓寒杨梦旋周宇王宏宇俞海云

过程工程学报 2025, 25 (8): 792-803. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.224344

摘要（292）

HTML （12）

PDF （4295KB）（94）

光热转换是指通过反射、吸收等方式将太阳光能转换为热能，从而被人类加以利用，是目前人类利用太阳能的主要方法之一。相变储热材料通过可逆相变实现热量的储存与释放，具有储热密度高、储放热过程恒温等优点。将相变储热材料与光热转换技术结合，不仅能有效储存光热转换得到的热能，还能控制储放热温度，为热能的精准高效利用提供便利，因此成为光热转换技术的理想匹配材料。本工作根据化学组成的差异，对当前光热转换领域中应用的相变储热材料进行分类介绍，包括光热转换相变储热材料的应用机制和应用领域，最后总结了当前光热转换相变材料存在的问题，并对新型光热转换相变材料的未来研究方向进行了展望。

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28. 环形中心体空化喷嘴空化特性研究

彭宝龙饶勇王斌

过程工程学报 2025, 25 (7): 669-682. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.224387

摘要（288）

HTML （8）

PDF （7539KB）（77）

空化射流由于其强大的冲击力和清洗能力，被广泛应用于清洗和表面处理等领域。作为诱发空化射流的关键部件，空化喷嘴的设计至关重要，而部分学者在提高空化效果的研究中，集中于轴线位置中心体的优化，忽略了轴线附近流体的作用。针对这一问题，本工作基于传统风琴管喷嘴提出一种新型环形中心体喷嘴。将环形中心体分成正向、反向和方形三种结构，通过分析空化体积分数、压力、速度以及湍动能等参数，考察了各种新型结构空化喷嘴的空化特性。同时还将环形中心体以及轴线位置放置的中心体搭配使用，进一步研究喷嘴的空化特性。结果表明，相较于未加装环形中心体的喷嘴，反向结构能产生最大面积的空化，方形结构空化面积仅次于反向结构且轴线上的速度最大，正向结构由于收缩至轴线的射流对内流道流体产生冲击，降低了内流道的整体流速，由于其靠近壁面的流速较低，导致低压区变小，使其壁面附近的空化效果相对较差；入口速度对空化流场中空化云的形状影响不大，但与空化体积成正相关；环形中心体搭配轴线中心体使用可以使空化云长度延长，增强了中心体后方的空化效果。本研究结果可为空化喷嘴的设计与优化提供新的理论依据。

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29. 选择性硫化法回收废旧锂离子电池

陈世梁管修涛樊友奇王鑫郭志鹏李虎谭文龙丁超吴健赵森姚永林

过程工程学报 2025, 25 (7): 717-727. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.224310

摘要（286）

HTML （10）

PDF （1943KB）（75）

短流程回收废旧锂离子电池中的有价金属是保障新能源产业原料供给的重点挑战方向。本工作基于硫化法基本原理，采用Factsage 7.3热力学软件，对三类典型硫化剂[S8、SO2、硫化矿(FeS, CuFeS2, ZnS)]硫化正极材料LiCoO2的过程开展热力学分析，系统研究了硫化温度、硫化剂用量对硫化产物的影响。结果表明，上述硫化剂在热力学上均可实现对LiCoO2的硫化，Li被硫化成水溶性的Li2S或Li2SO4，Co则生成难溶于水的硫化物或氧化物，结合浸出分离实验可实现Li与Co的高效分离。硫化回收实验研究表明，三类硫化剂对LiCoO2均可实现不同程度的硫化，其中S8受反应动力学影响，硫化效果最差，硫化率仅为2.51%；SO2单独作为硫化剂时硫化效果较差，硫化率为34.07%，而与还原剂C协同作用时，硫化率显著提升至72.03%；硫化矿中，ZnS的硫化效果最优，硫化率达96.14%，CuFeS2和FeS的硫化效果则相对较差。本研究可为短流程回收废旧锂离子电池中的有价金属提供新思路。

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30. 亲疏水相间结构转盘反应器停留时间分布特性研究

范勇强邱玉清王东祥李财发

过程工程学报 2025, 25 (6): 544-555. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.224307

摘要（278）

HTML （19）

PDF （5807KB）（48）

通过制备不同亲疏水相间表面结构转盘反应器，采用脉冲示踪法研究了不同转速和流量下的不同亲疏水相间表面结构转盘内的液体停留时间分布。结果表明，增加转速和流量使光滑盘的无量纲方差值减小，停留时间分布曲线变窄，液膜流动行为更趋近于理想活塞流，而增加转盘表面的疏水层条数，无量纲方差值随转速和流量的变化趋势不再单调减小。此外，随着流量增加，液体在反应器中的平均停留时间会减小，而转盘表面疏水层条数的改变对于平均停留时间也存在一定影响，但无显著规律性。另外，流量、转速和疏水层条数的改变还会影响转盘表面流体的流动特性与混合性能，光滑盘的串联反应器级数和佩克莱数均会随流量和转速增加而增大，表明液膜流动行为在接近活塞流的同时，转盘表面的返混程度和分散程度也逐渐减小，而疏水层条数增加使串联反应器级数和佩克莱数随转速和流量的变化趋势不再单调增大。通过对不同亲疏水相间结构转盘串联反应器级数和佩克莱数的相关影响因素进行无量纲分析，建立了串联反应器级数和佩克莱数的预测关联式。本研究有助于进一步理解反应器表面非均匀浸润对于液体停留时间分布及返混程度的影响，可为转盘反应器设计与优化提供指导意义。

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31. 超螺旋质粒DNA在超滤膜分离过程中的稳定性及稳定剂研究

李梦晓姜凯璇赵静养张松平苏志国李正军贾艳菊

过程工程学报 2025, 25 (9): 975-986. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.225048

摘要（272）

HTML （8）

PDF （2902KB）（74）

超螺旋质粒DNA (sc DNA)的稳定性是核酸疫苗研发中的核心问题，直接决定了疫苗的功效性和安全性。本研究探讨了不同截留分子量的超滤膜包对质粒DNA浓缩纯化的影响，并评估了不同稳定剂在质粒DNA纯化及储存过程中对其稳定性的作用机制。结果表明，随着超滤膜包截留分子量增大，sc DNA的收率显著降低，超螺旋结构损伤加剧；通过差示扫描量热法(DSC)检测发现，其解链温度(Tm)下降，且在储存过程中降解速度加快。在超滤过程中添加柠檬酸三钠可显著增强sc DNA的稳定性，有效减少其在超滤纯化和后续储存过程中的损失。分子动力学模拟进一步揭示，柠檬酸三钠通过氢键在DNA分子周围形成保护层，从而有效缓解sc DNA在纯化和后续储存过程中的结构损伤。此外，添加柠檬酸三钠还可显著提高体外转录后mRNA的产量，但对副产物双链RNA (dsRNA)的含量无明显影响。因此，采用较小截留分子量的膜包(如30 kDa)并结合柠檬酸三钠作为稳定剂，可显著提升sc DNA的纯化效率和稳定性。本研究结果为优化质粒DNA的纯化和储存条件提供了理论支持，也为开发更稳定、高效的DNA和mRNA疫苗奠定了重要基础。

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32. 熔盐热解法制备α相氮化硅粉体

杨帆韩召刘鹏飞李杰

过程工程学报 2025, 25 (10): 1064-1074. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.225050

摘要（267）

HTML （9）

PDF （7142KB）（34）

随着氮化硅(Si3N4)陶瓷在航空航天、电子器件和高温结构材料等应用领域的不断扩展，对高质量Si3N4粉体的需求日益增加。然而，传统硅亚胺热解法普遍存在结晶温度较高与晶须易形成的问题，严重影响Si3N4粉体质量与应用性能。本研究的创新点在于引入熔盐环境，通过降低硅亚胺[Si(NH)2]的结晶与相变温度，实现了对Si3N4粉体粒径的控制，并避免了不规则晶须的生成。研究以Si(NH)2为原料、氯化钠(NaCl)为熔盐介质，采用熔盐热解法制备了形貌规则的α-Si3N4粉体，并探究了热解温度和硅盐比对粉体物相组成、粒径分布及微观形貌的影响。结果表明，NaCl熔盐可显著降低Si(NH)2结晶与相变温度，在1400℃保温2 h的条件下，Si(NH)2可完全转化为结晶度高、形貌规则的Si3N4粉体，其中α-Si3N4含量达75.52wt%，平均粒径为905.40 nm。此外，随NaCl熔盐含量增加，粉体中α-Si3N4含量呈先降低后增加的变化趋势，但粉体粒径逐渐减小。该方法有效抑制Si(NH)2热解过程中晶须的形成，降低α-Si3N4粉体的结晶温度。机理分析显示，在熔盐提供的液相环境中，Si(NH)2通过溶解-析出机制促进α-Si3N4颗粒生长。此方法为制备高质量、形貌规则的Si3N4粉体提供了新思路，具有广泛的应用潜力。

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33. 二维材料优化水系锌离子电池锌负极的研究进展

李富宇张笑盈李永佳

过程工程学报 2026, 26 (2): 125-138. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.225192

摘要（267）

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PDF （6094KB）（160）

水系锌离子电池(AZIBs)因其高安全性、低成本、环境友好且具有较高的能量密度，是大规模储能的理想选择。但锌负极在循环过程中易出现枝晶生长、腐蚀及析氢反应，严重影响电池寿命并限制其实际应用。针对这些问题，基于二维(2D)材料的锌负极改性策略受到广泛关注。二维材料具备原子级厚度、大比表面积和优异的机械性能，被视为极具潜力的负极材料。本文结合AZIBs的基本工作原理与最新研究进展，系统综述了石墨烯、二维金属碳化物/氮化物(MXene)等典型二维材料在锌负极中的应用进展，重点介绍了通过保护层构建、基底材料设计、电解质添加及隔膜改性等途径实现高可逆性锌负极的策略，并对二维材料在锌负极领域的发展前景进行了展望。

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34. 间接式熔盐电加热炉流动及传热特性研究

任永苍柳楠孙凤枝贾春桦郭新勇黄春建赵卫东王冠达张瑞王娟

过程工程学报 2025, 25 (12): 1227-1237. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.225066

摘要（261）

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PDF （6105KB）（97）

为满足绿色环保的节能减排需求，充分利用熔盐耐热稳定性好的优势，提出了一种熔盐间接加热的管壳式电加热炉。基于自然对流模型和Boussinesq假设，采用数值模拟方法对加热炉封闭空间内的熔盐及导热油的流动与传热特性进行了研究，并分析电加热管的不同表面热强度对电加热炉内流动及传热特性的影响。研究结果表明：炉内熔盐受热后膨胀产生的密度差和温度差，形成密闭空间内的自然对流换热，表面热强度为设计值时熔盐平均流速为0.00613m/s，平均温度为409.3℃，在电加热管横截面上形成从底部高温加热管区域至上部导热油管的对称环形循环流动，强化了炉内的自然对流和传热效果；炉内整体流场和温度分布呈现稳定和均匀性；电加热管释放的热量，经过中间介质熔盐的间接加热使导热油进出口温度增加13.1℃，可以满足工艺需求。电加热管热强度超过设计值时，炉内熔盐自然对流循环流动明显增强，湍动程度增加，电加热管上方熔盐与周围存在明显速度边界，正向影响炉内流动及传热特性。

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35. 工业余热回收的高温蒸汽热泵工质筛选及系统模拟

李建辉韦俊赵贯甲

过程工程学报 2025, 25 (11): 1156-1167. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.225058

摘要（261）

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PDF （2057KB）（88）

工业领域排放了大量低品位余热，采用热泵技术将其提质后再利用是降低碳排放的有效手段。针对热泵回收工业余热时在热源和热汇端均存在较大温度变化，从而造成不可逆损失的问题，本工作结合非共沸混合工质在相变过程中具有一定滑移温度，可实现蒸发器和冷凝器中换热温度匹配的特点，筛选了一种适用于余热回收系统的非共沸混合工质，建立了针对大容量工业余热回收的离心式高温蒸汽热泵模拟模型，研究了选定非共沸工质与传统工质R245fa在不同工况下的系统特性。结果表明，选定非共沸混合工质R600a/R1234ze(Z)/R1336mzz(Z)以30%/20%/50%摩尔分数进行混合时，较R245fa具有更为优良的热力学性能。相同热源条件下，R245fa与非共沸混合工质的最佳冷凝温度分别为107.5和110℃，在最佳冷凝温度下两者系统能效比(COPh)分别为3.36和3.94；冷凝温度为110℃时，COPh提高了20.45%；在热源条件发生变化时，混合工质压比相较于R245fa降低了18%以上，COPh提升了19.31%，采用非共沸混合工质节能效果明显。

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36. 含氟废水中氟化钙颗粒结晶行为研究

黄鸶云钱玉鹏张雨茜解蕾李军霄

过程工程学报 2025, 25 (11): 1195-1203. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.224386

摘要（259）

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PDF （24295KB）（61）

为解决工业排放含氟废水所带来的环境危害问题，通过模拟含氟废水钙盐沉淀反应过程，考察钙氟比、pH值、反应温度和反应时间对除氟效果的影响，运用粒数衡算模型分析各因素下氟化钙晶核粒数密度与生长速率的关系，得出各条件下氟化钙成核相对生长动力学方程及其对应敏感系数，并利用X射线衍射(XRD)和扫描电镜-能谱(SEM-EDS)表征结晶产物特征，明确NaF与CaCl2化学沉淀反应生成氟化钙的结晶行为。研究结果表明，初始F-浓度5000.00 mg/L含氟废水，以CaCl2为钙盐沉淀剂，当钙氟比为2、pH值为7、反应温度为60℃、反应时间为60 min时，沉淀除氟效果较好，处理后废水中F-浓度降至8.82 mg/L，除氟率达99.82%，该条件下，氟化钙沉淀结晶成核速率为0.19470 */(mL?min)、生长速率为2.952×10-3 μm/min。各因素敏感系数大小关系为：ipH<iT<0<it<iCa/F，适当增大钙氟比和时间有利于氟化钙晶体成核，适中的pH和温度有利于氟化钙晶体生长。最终沉淀产物为氟化钙，其表面微观形貌为球状团聚体组成的堆积结构。

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37. 管壳式电加热炉结构设计对温度分布的影响研究

贾春桦王玮丁续王冠达魏丽燕王娟

过程工程学报 2025, 25 (9): 895-904. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.225006

摘要（258）

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PDF （5424KB）（84）

导热油电加热炉的开发对工业导热油炉实现绿色低碳排放，甚至零碳排放具有深远影响。参照管壳式换热器的设计方法和流程，提出了一种管壳式导热油电加热炉，采用RNG k-ε模型、二阶迎风格式、半隐式压力速度耦合方法，分析了不同布管方式和加热管间距、不同支撑板形式和支撑板间距条件下的电加热炉内导热油流动和温度分布的影响规律。结果表明，25 mm管间距三角形布管方式优于35 mm管间距三角形布管及正方形布管方式，500 mm板间距梅花形支撑板相较于其他布管方式的温度分布更均匀，最高温度满足工艺及安全运行需求。新型管壳式导热油电加热炉的结构设计可以满足导热油的升温需求，研究结果对于指导现有导热油炉的绿色零碳排放的改造升级具有重要意义。

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38. 节流增效自复叠制冷循环特性分析

陈森宋紫云谈莹莹王占伟王林李修真

过程工程学报 2025, 25 (8): 845-852. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.224371

摘要（258）

HTML （3）

PDF （1450KB）（33）

自复叠制冷循环凭借结构设计简单、运行特性稳定、制冷温区宽以及广阔的应用前景，已成为目前低温领域的研究热点。传统自复叠制冷(BACR)循环由于进入蒸发器的制冷剂工质流量较小，通常采用降低蒸发压力的方式来提高制冷量，这会引起压缩机耗功高、排气温度高及制冷效率低等问题。为此，研究者们从工质组分优化、系统流程改进等方面开展了广泛的研究，但以往提出的循环结构较为复杂，给系统稳定运行带来挑战。因此，一种简单有效的循环改进方案更具实际应用价值。本工作创新性地提出节流增效自复叠制冷(VACR)循环，通过节流过程降低冷凝器出口气液两相混合工质的压力，促使部分液相工质蒸发，从而增加蒸发器进口工质流量。本工作以R1150/R600a为工质，建立循环热力学数学模型，对比分析了组分配比、冷凝器出口干度、冷凝温度和蒸发温度等关键参数对循环性能的影响。结果表明，当R1150的组分配比为0.45~0.60时，VACR循环通过节流效应，使进入蒸发器的制冷剂流量较BACR循环增加15.1%~17.0%；VACR循环COP最高达0.743，相比于BACR循环提升14.54%；在冷凝温度为30~40℃时，VACR循环的COP相比于BACR循环提升13.82%~31.19%；当蒸发温度为-60~-70℃时，VACR循环的制冷量较BACR循环提升19.43%~56.11%。综上，对比分析突出了VACR循环在热力学性能方面的改进潜力。

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39. 等离子体钙钛矿热催化还原SO₂制硫磺研究

姚亮王昊李双德陈运法

过程工程学报 2025, 25 (8): 853-861. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.225017

摘要（255）

HTML （14）

PDF （1846KB）（44）

快速工业化进程导致毒性二氧化硫(SO2)大量排放，引发酸雨等严重生态问题。利用还原气氛将SO2催化还原为具有经济价值的硫磺，是一种变废为宝的有效途径。本研究通过溶胶-凝胶法合成了LaCo0.8Fe0.2O3钙钛矿材料，并对材料进行了无氧预硫化(OFS-LaCo0.8Fe0.2O3)和介质阻挡放电(Dielectric Barrier Discharge, DBD)等离子体条件下的无氧预硫化(POFS-LaCo0.8Fe0.2O3)处理，采用X射线衍射(XRD)、比表面积检测法(BET)和扫描电子显微镜(SEM)等分析手段研究了催化材料的结构和性质。同时，考察了CO和H2还原气氛下，DBD热催化还原SO2制备硫磺的性能。XRD结果表明，与LaCo0.8Fe0.2O3相比，OFS-LaCo0.8Fe0.2O3和POFS-LaCo0.8Fe0.2O3的钙钛矿衍射峰强度微弱降低，且催化反应后出现微弱的杂质峰。性能测试表明，相比无催化剂等离子体下CO还原体系，DBD与催化剂结合的方法可使450℃下SO2转化率从82.3%提升至95.0%。此外，CO和H2共还原条件下，300℃时SO2转化率已接近99.8%。H2-TPR结果表明，LaCo0.8Fe0.2O3的还原峰相比OFS-LaCo0.8Fe0.2O3具有低温易还原性，这可能是其实现高SO2转化率的原因。

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40. 近壁区域对固定床瞬态传热特性影响的模拟研究

赵海涛郭智超申峻张楠

过程工程学报 2025, 25 (9): 914-922. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.225001

摘要（253）

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PDF （5364KB）（98）

固定床中颗粒堆积分布受壁面效应的影响已有广泛研究，但关于其对传热特性的影响则研究较少。本研究旨在深入探讨壁面效应对传热特性的具体作用，通过离散单元法模拟固定床内部的径向空隙率分布、颗粒配位数以及颗粒与壁面间的接触状况，并将这些数据应用于欧拉模拟中，以考察它们对床层传热性能的影响。离散单元法模拟结果表明，壁面效应对固定床内部的径向空隙率分布和颗粒配位数有显著影响。紧邻壁面的颗粒层中，仅有约10%的颗粒与壁面直接接触，这一发现对理解热传递机制极为关键。欧拉模拟研究表明，壁面效应对距离壁面1个颗粒直径范围内的温度上升速率有显著影响。尽管如此，在目前的参数配置下，径向空隙率分布和颗粒配位数对床层升温速率的影响相对较小。通过考虑近壁区域热阻或者调整模型以反映颗粒与壁面的接触比例，可以更准确地预测床层升温情况，从而提高对受壁面效应影响的固定床热传递过程的理解。与热阻模型相比，引入壁面与相邻颗粒之间的接触比不仅保持了计算的精确性，而且还提高了计算效率。这种方法对于工业规模固定床的传热模拟至关重要，可为工业规模反应器的设计和优化提供重要指导。

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