过程工程学报

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1. 二氧化碳甲烷化催化剂及反应机理研究进展

田郡博古芳娜苏发兵张战国许光文

过程工程学报 2023, 23 (3): 375-395. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.222027

摘要（2509）

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PDF （12772KB）（1162）

在“双碳”目标的背景下，明确碳处理路径至关重要。利用可再生能源制得的氢，将二氧化碳(CO2)通过甲烷化反应制备合成天然气(SNG)被广泛认为是一种高效、有前景的碳捕集利用技术，有望实现碳循环利用。近年来，二氧化碳甲烷化催化剂及相关反应机理均取得了许多新进展。鉴于此，本工作对该反应进行了系统的综述。首先，介绍了CO2甲烷化反应的热力学研究中不同反应条件的影响；随后从活性金属、载体、制备方法及辅助技术等四方面介绍了CO2甲烷化催化剂的研究进展，其中活性组分包括非贵金属基(Ni, Fe, Co和Mo)和贵金属基(Ru, Rh, Pt和Pd)，载体包括传统氧化物(Al2O3, SiO2, TiO2, ZrO2和CeO2)和新型载体材料(金属有机框架和碳基材料)，催化剂制备方法包括传统制备方法(浸渍法、共沉淀法、水热法、溶胶-凝胶法和固相合成法)和合成辅助技术(超声波、微波和等离子体等)；总结了CO2甲烷化反应遵循的两条机理路径(甲酸盐路径和CO路径)，并指出CO2甲烷化的具体反应途径与催化剂表面特性(如羟基丰富度和O2-位点)和反应条件(如反应温度和压力)相关；最后提出了当前研究存在的挑战，并对研究前景作出展望。

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2. 钠离子电池电解液添加剂研究进展

郭玉玥翟笑影张宁博

过程工程学报 2023, 23 (8): 1089-1101. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223104

摘要（1762）

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PDF （3494KB）（1764）

随着能源革命的高涨，二次电池作为新型储能方式受到人们的广泛关注。钠离子电池与锂离子电池工作原理相似，且在资源储备、成本低廉、低温、倍率及安全性能方面具有极大优势。钠离子电池体系中，电解液作为衔接正负极材料体系的中间桥梁，发挥着至关重要的作用，而添加少量的功能性分子可以使电池整体性能实现显著提升。本工作围绕电解液添加剂进行介绍，综述了近年来不饱和碳酸酯、含硫化合物、含磷化合物、含硅化合物、无机钠盐及其他类型组分在钠离子电池电解液中的研究进展和相关机理。最后从科学理念和实际应用的角度出发，对电解液添加剂的未来研究进行展望。

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3. 多孔生物质碳材料的制备及其在超级电容器中的应用研究进展

张学民贺冠宇尹绍奇黄婷婷李金平郑健

过程工程学报 2024, 24 (2): 127-138. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223036

摘要（1635）

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PDF （1013KB）（766）

生物质碳材料是一种绿色环保可再生的能源材料，对其高效利用对实现能源环境的可持续发展和能源绿色低碳转型具有重要意义。生物质碳材料具有多孔性、官能团丰富、比表面积大、电化学性能优异、成本低廉和可再生的特点，广泛应用于能源存储与转化、催化、吸附等诸多领域。然而，生物质碳材料的性质不仅与微观结构密切相关，而且杂原子掺杂对生物质碳材料的结构及电化学性能具有重要影响。实现生物质碳材料结构的精准调控是提高其电化学性能的有效途径。本工作全面综述了生物质碳材料的制备方法及其在超级电容器中的应用研究进展，讨论了多孔生物质碳材料结构与性能之间的关系。在此基础上，深入分析了不同条件、不同制备工艺(如材料的选择、材料的处理和活化方式)等因素对多孔生物质碳材料结构特性的影响机理及其规律；详述了多孔生物质碳材料结构特性对电化学性能的影响机制及其规律，分析了多孔生物质碳材料制备过程及其性能调控尚待完善和改进的地方。最后，指出了未来多孔生物质碳材料制备工艺及其电化学性能研究的主要发展方向。

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4. 锂离子电池热管理技术研究进展

李嘉鑫李鹏钊王苗陈纯闫良玉高月杨生宸陈满满赵财毛景

过程工程学报 2023, 23 (8): 1102-1117. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223094

摘要（1388）

HTML （64）

PDF （13593KB）（513）

高效的电池热管理技术对于锂离子电池的安全运行、长循环使用寿命以及整体成本的降低至关重要，且对推动锂离子电池的大规模应用具有重要意义。本综述详细讨论了几种主流的电池热管理技术，即空气冷却、液体冷却、新型的相变材料冷却和热电冷却技术，并对电池产热模型进行了简要阐述，最后对电池冷却技术的发展方向进行了展望。空气冷却技术结构简单，但难以保证电池组内电芯温度的一致性，不适用于大型锂离子电池组的冷却，更多应用于小型飞行电动设备和低端车型中。冷却板液冷技术的冷却效果较好，但存在冷却液泄漏风险且需要进一步提高均温性。浸没式液冷技术的冷却和均温效果显著，但价格昂贵，未来可能会更多地应用到冷却要求较高的储能电站中，而对于大多数锂离子电动汽车而言，成本更低的冷却板液冷技术是更好的选择。相变材料冷却和热电冷却技术无移动部件，在电子设备和小型动力设备领域实现了初步商业化应用，但冷却效率较低，还需要进一步优化。值得注意的是，根据用户的需求来选择合适的冷却技术是十分关键的，虽然目前没有完美的冷却方案，但可以通过复合使用多种冷却技术的方式来满足更多应用场景的热管理需求。

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5. Cu基催化剂表面改性及其催化二氧化碳加氢制甲醇性能研究

杨强王刚李春山

过程工程学报 2024, 24 (10): 1166-1176. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.224059

摘要（1303）

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PDF （3618KB）（392）

开发CO2加氢制甲醇高效Cu基催化剂对循环利用该温室气体具有重要意义。工作通过共沉淀、后浸渍法制备了系列助剂(Mn, In, Mo, Mg, Zr)改性的Cu/ZnO/Al2O3 (CZA)催化剂，并用固定床反应器评价了其CO2加氢制甲醇催化性能。采用CO2-TPD、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)和H2-TPR研究了金属改性助剂对CZA物理化学性质的影响。此外，通过原位红外漫反射光谱表征揭示了CO2加氢制甲醇反应机理。结果表明，Mn改性CZA催化剂具有良好的还原性能、优异的CO2吸附能力和适宜的Cu+/Cu0比，恰当的Cu+/Cu0比例可促进甲氧基的稳定与转化，从而产生更多的甲醇。金属改性有助于增强铜与载体的相互作用，促进催化剂还原，抑制活性铜组分聚集。与未经处理的CZA催化剂相比，Mn改性催化剂表面具有更多中强碱性位点，有助于吸附更多的CO2，进一步加氢形成甲酸盐、甲氧基等中间体。CZA和改性CZA上CO2加氢生成甲醇反应机理遵循甲酸盐途径，甲氧基是关键中间体。Mn改性CZA催化剂由于较强的金属-载体相互作用，催化剂表面Cu纳米颗粒解离H2能力得到提高，载体中存在的间隙H有助于甲酸盐物种的产生，消耗的间隙H由表面Cu纳米颗粒解离出的H原子补充。改性催化剂中的间隙H存在和解离H2能力提升加速了中间物种的形成与转化，促进甲醇的生成。

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6. 生物合成尼龙新材料核心单体二元胺研究进展

蔺琨李壮王坤毕莹纪秀玲张志刚黄玉红

过程工程学报 2023, 23 (7): 958-971. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223147

摘要（1193）

HTML （36）

PDF （1140KB）（714）

二元胺是聚酰胺、聚氨酯和聚脲等高分子材料合成的核心单体，生产需求巨大。在碳中和大背景下，合成生物基二元胺是实现低碳生产和可持续发展的有效途径，借助合成生物学、代谢工程、蛋白质工程等策略能够设计和开发高效的二元胺生物合成关键酶和途径。本工作简述了1,4-丁二胺、1,5-戊二胺、1,6-己二胺的天然或人工合成路径，围绕微生物从头合成发酵和全细胞催化两种合成策略综述了二元胺的合成进展，丁二胺的生物合成主要包括鸟氨酸脱羧与赖氨酸脱羧路径，目前主要以发酵法生产丁二胺，但丁二胺的产率较低，不能达到工业生产的需求；戊二胺的生物合成路径为赖氨酸脱羧，主要采用发酵法和全细胞催化法，其中全细胞催化合成戊二胺更为高效，技术趋于成熟，已被广泛应用于规模化生产；己二胺目前主要是通过构建人工途径进行生物合成。另外，针对二元胺生物合成过程遇到的副产物多、菌株活性差、产率低、分离纯化困难等问题与挑战，提出了结合代谢工程和蛋白质工程优化关键酶催化、探索二元胺积累造成细胞损伤的影响机制、增强酶催化专一性和活性以提高生产强度、优化发酵体系、简化后续分离纯化步骤等提高生物合成二元胺的方法，同时指明了未来生物基二元胺工作的重要方向并展望了生物基二元胺的发展前景。

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7. 湿法磷酸中铝铁杂质深度萃取脱除工艺及机理研究

戴友志朱干宇孟子衡李会泉徐成金孙国新李防贺雷张永芳

过程工程学报 2024, 24 (10): 1241-1250. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.224056

摘要（1164）

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PDF （4480KB）（192）

湿法磷酸工艺生产的磷酸产品杂质种类多、含量高，制约后端应用。湿法磷酸深度净化技术可以实现湿法磷酸短流程直接制备磷系新能源材料，是磷化工领域内的研究热点和前沿。本工作采用溶剂萃取法进行湿法磷酸中铝铁的萃取分离，研究了不同萃取剂、萃取剂含量、萃取时间、萃取温度、萃取O/A比(萃取相与磷酸体积比)和萃取级数对磷酸中铁铝杂质萃取分离效果的影响规律，筛选出最优条件：N,N-N-正辛胺二亚甲基苯基膦酸(OADMPPA)萃取剂、萃取剂含量20wt%、萃取时间3 min、温度25℃、单级O/A比1:1、错流3级萃取，最优萃取条件下，Al, Fe萃取率分别为54.5%和99.6%，磷酸中铝和铁含量分别由0.857wt%和0.175wt%降至0.717wt%和0.015wt%，MER值(磷酸中铝铁镁对应氧化物含量之和与五氧化二磷含量比)由9.037%降至7.227%。随后，针对O/A比1:1单级萃取条件下得到的负载Al, Fe的萃取剂，进行反萃工艺优化，筛选出草酸铵为最优反萃剂，优化的反萃条件：温度25℃、错流5级反萃、单级O/A比2:1、反萃时间15 min、反萃剂浓度0.2 mol/L，在优化反萃条件下，负载萃取剂Al, Fe的反萃效果分别达96.4%和88.3%，基本实现负载萃取剂Al, Fe有效反萃。最后开展了萃取剂铝铁萃取机理研究，通过对萃取过程中化学计量数计算、傅里叶红外分析，明确萃取过程中1分子Al和1分子Fe分别与1.5分子和2分子OADMPPA萃取剂结合，作用官能团为P=O和P-O-H键，同时，Al, Fe的萃取过程存在竞争机制，Fe更易被萃取。

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8. 钠离子电池层状氧化物正极材料改性研究进展

李苗苗邱祥云尹延鑫张涛戴作强

过程工程学报 2023, 23 (6): 799-813. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.222296

摘要（1151）

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PDF （47402KB）（633）

由于储量丰富、价格低廉及安全环保等突出优点，钠离子电池(SIBs)被认为是大规模储能应用的主要候选技术之一，而正极材料的开发也决定了钠离子电池的商业化进程和最终性能。钠离子电池层状氧化物正极材料，具有比容量高、构造简单、稳定性好等优势，是最富有前景的钠电正极材料之一。但此类材料目前仍面临电化学过程的不可逆变化、空气中储存不稳定和界面稳定性较差等问题，严重制约着钠离子电池商品化进程的发展。为了解决材料所存在的这些问题，研究人员对其进行改性优化。据此，本工作综述了钠电正极材料层状氧化物离子掺杂、表面包覆、纳米结构设计、P/O混合相等改性措施所取得的成效，为钠电正极材料层状氧化物改性研究提供了基础，并对层状氧化物的后续发展趋势进行了展望。

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9. MOF基混合基质气体分离膜界面作用调控研究进展

巩莉丽白菊王璨赖卫单玲珑罗双江刘植昌

过程工程学报 2023, 23 (4): 489-500. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223054

摘要（1129）

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PDF （7406KB）（4025）

混合基质膜结合了无机填充材料和聚合物组分的双重优势，被认为是一种可同时增加渗透性和选择性的新型方法，有望解决传统聚合物膜的Trade-off效应。混合基质膜的气体分离性能主要依赖无机填充材料的分子筛分性质和高分子本身的化学结构，因此适当选择无机填充材料对于制备高性能的混合基质膜十分重要。金属有机骨架(MOF)作为一种新型多孔填料，具有比表面积大、密度小、孔隙率高和孔尺寸可调等优点，因此在气体吸附分离和气体储存等领域应用广泛，为新型混合基质膜带来良好的发展机遇。但混合基质膜的分离性能并不是简单地两相性能相加，在大多数情况下分离性能远低于材料模拟的预测理论值，造成这种非理想性的关键因素之一是MOF晶体和聚合物之间的界面缺陷，这可能导致界面非选择性空隙的形成、聚合物硬化和孔隙堵塞等界面问题，降低膜的分离性能。因此，实现MOF-聚合物基质间的界面作用调控以改善界面相容性是充分发挥MOF基混合基质膜气体分离潜力的关键。本工作综述了MOF基混合基质膜近五年关于不同类型界面作用调控的方法及策略，及其对气体分离性能的影响。最后，总结构建的界面作用对于混合基质膜性能的正面影响并提出当中存在的问题，为混合基质膜未来的发展提供指导，并激励研究人员采取更多的策略来解决目前的挑战。

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10. 锂云母提锂技术研究进展

杨泓钟巍钟发平赵佳慧李栋张磊郭学益

过程工程学报 2024, 24 (11): 1251-1262. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.224019

摘要（941）

HTML （22）

PDF （1677KB）（253）

锂及其化合物是现代工业不可或缺的材料，在电池、陶瓷、润滑剂等领域有着重要应用。尽管我国含有丰富的锂资源，但大部分赋存于盐湖卤水中，受资源禀赋和地理位置气候的限制，其产能无法满足我国新能源产业快速发展的需求，矿石提锂已成为重要的锂产品来源。江西宜春地区拥有我国最大的伴生锂云母资源，开发利用其中锂云母资源对保障我国锂资源的可持续发展具有重要意义。本工作综述了现有锂云母提锂工艺的原理和优缺点，在对现有方法的认识基础上，对酸法、碱法和盐法等典型锂云母提锂工艺进行了总结和评价，其中酸法工艺较为成熟，但存在浸出液除杂困难、提锂效率低和设备腐蚀问题；碱法工艺虽然提锂效率高，但其反应机理尚未明晰，废渣难以利用；盐法工艺虽然对锂的选择性高、工艺简单，但也存在能耗高、渣量大的问题。锂云母提取工艺的发展方向应致力于多种技术协同处理，实现有价元素高效、经济和环保的提取，为此提出了一些工艺改进的措施，旨在为未来工艺的研究、开发、优化和工业应用提供参考。

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11. 铌钽精矿氢氟酸-硫酸混酸浸出过程及其动力学

梁耕宇苏学斌刘会武刘康程浩

过程工程学报 2024, 24 (4): 470-479. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223211

摘要（922）

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铌、钽作为稀有贵金属，因其优良的物理性质和稳定的化学性质，在高精尖器械及军事装备领域被广泛应用。我国铌钽资源丰富，多为共伴生矿床，与多种金属矿物共存，具有较高的综合利用价值。针对铌钽精矿中铀、钍及稀土资源分离及回收问题，采用HF-H2SO4混酸法优先提取铌、钽，同时将铀、钍及稀土富集于渣中。本研究应用单因素试验法研究了铌、钽的浸出规律，并讨论了过程机理及其动力学。结果表明，使用高浓度HF，提高HF、H2SO4用量有利于铌、钽的浸出，减小矿石粒径、提高温度和延长浸出时间均能提高铌、钽浸出率。获得的最优浸出参数如下：HF浓度40wt%、HF用量1120 g/kg、H2SO4用量392 g/kg、平均粒径-25 μm (75%)、浸出温度80℃、浸出时间4 h。此条件下铌浸出率大于98%，钽浸出率大于97%，铀、钍及稀土保留在渣中，渣中富集率达3.0~4.2。动力学研究表明，铌、钽的浸出过程符合收缩核模型，并属于混合控制类型，铌、钽的表观活化能分别为34.00和36.26 kJ/mol。该方法有效提取了铌、钽并对其余有价元素进行富集，为后续分离提纯工艺的设计奠定基础。

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12. 氧化镱掺杂氧化铪陶瓷的高温相稳定性与热膨胀性能

周菲兰昊孙小明张会丰孙勇辉杜令忠张伟刚

过程工程学报 2024, 24 (5): 580-588. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223074

摘要（900）

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燃气涡轮发动机推重比的提高依赖于发动机工作温度的提升。目前，寻找比传统YSZ(氧化钇部分稳定的氧化锆)材料耐受温度更高，与镍基基体热膨胀系数匹配的新型热障涂层陶瓷材料是首要任务。采用水热法合成一系列氧化镱掺杂氧化铪(YbSH)纳米粉体，并通过固相烧结制备出YbSH陶瓷，分析了YbSH粉体与陶瓷的微观结构变化规律与相稳定机制，测试立方相结构YbSH陶瓷的高温相结构稳定性与热膨胀系数。利用X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)和透射电子显微镜(TEM)分析Yb2O3掺杂HfO2粉体与陶瓷的微观结构变化规律与相稳定机制；并借助热重-差热分析仪(DSC-TG)、热膨胀分析仪(TMA)测试立方相结构YbSH陶瓷的高温相结构稳定性与热膨胀系数。结果表明，水热合成粉体的粒径在10 nm以下，分布均一，多数呈正方体形状，结晶状态好，制备的烧结陶瓷致密度可达95%以上；晶体学分析得出，Yb(III)离子通过取代Hf(IV)离子的位置，使氧化铪发生晶格畸变，以置换固溶的方式使HfO2的空间群从单斜相的P21/c畸变到萤石立方相Fmˉ3m。氧化镱掺杂量的增多使氧化铪逐渐失去单斜相结构，12 mol/mol以上的氧化镱的掺杂可使氧化铪成为完全立方相，通过使阳离子网络的膨胀和氧空位的产生，有效缓解氧过度拥挤的情况，使立方萤石结构的HfO2稳定在室温下。通过高温热处理和监测升温过程中YbSH的热量变化，该立方相结构在室温至1500℃表现出良好的稳定性；YbSH陶瓷热膨胀系数随着立方相含量的增多从6.016×10-6℃-1增大至10.14×10-6℃-1 (25~1500℃)，其中20 mol/mol氧化镱掺杂的YbSH陶瓷的热膨胀系数可达10.5×10-6℃-1 (1000~1200℃)，比纯氧化铪热膨胀系数提高67.22%。

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13. 固定床催化剂成型工艺研究进展

刘闪闪丁其达郭涛王耀锋徐宝华

过程工程学报 2023, 23 (4): 501-511. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.222088

摘要（892）

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催化技术的进步源自社会需求(如环境、能源、化学品、燃料等)，其最终目标是在放大规模上提高工艺效率。成型催化剂通常是由活性相、载体和多种适于商业应用的成型添加剂构成的多组分毫米级物体。与粉末催化剂不同，成型催化剂除了具备粉末催化剂的催化活性外，还必须考虑黏合剂、润滑剂、酸以及致孔剂的使用应满足工况条件下的机械强度和化学稳定性的需要，以确保其在工业反应器中可以平稳运行同时具有长寿命。此外，成型催化剂的形状与尺寸通过影响反应器内部物料的流动状态，进而影响催化反应效果。因此，成型过程是复杂且充满挑战的。本工作介绍了固定床用催化剂成型工艺方面的研究进展，主要阐述了添加剂的种类、添加量、添加顺序、煅烧条件、浆料配比及成型催化剂的形状等因素对其力学性能以及催化性能的影响规律。此外，还介绍了Weibull分布在催化剂强度值可靠性判断及预测方面的应用，以及计算流体力学模拟在辅助催化剂形貌设计方面的进展，指出Weibull分布和计算流体力学在未来催化剂成型应用的潜力。

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14. 退役动力电池回收利用的现状及碳核算研究进展

赖志颖赖文斌林楚园何灵均林慧肖富玉钱庆荣张继享陈庆华曾令兴

过程工程学报 2024, 24 (2): 139-150. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223195

摘要（820）

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新能源汽车行业的蓬勃发展促使动力电池报废量大幅上涨，产生数量庞大的固体废物。通过梯次利用和回收再生对退役动力电池进行再利用不仅能够实现有价金属的资源化再利用，还可降低碳排放和生产成本，是推进循环经济发展和资源集约利用的关键环节，对于落实“双碳”战略和推进生态文明建设具有重要意义。目前，研究领域内已发布大量与退役电池相关的文献和资讯，汇总行业关键信息，为业内人员提供参考十分有必要。为此，本综述立足行业现状，讨论了退役动力电池不同回收利用方式对环境和经济的影响，同时，分析回收利用现状并归纳研究进展，提出退役动力电池碳排放核算方法，指出回收的必要性和可行性，为建设无废城市和实现“双碳”目标提供借鉴。希望电池回收行业未来能够在国家的宏观调控下，结合高效绿色的回收技术和相关标准规范实现健康有序发展。

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15. CO₂微气泡强化纳米碳酸钙的制备及传递-反应分析

王立恒管小平杨宁牟祖泽

过程工程学报 2023, 23 (9): 1313-1324. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.222450

摘要（801）

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控制碳酸钙的粒径大小和粒径分布是碳化法制备高质量纳米碳酸钙的关键。采用间歇鼓泡碳化法制备纳米碳酸钙，考察了操作参数(气体流量、初始浆料浓度)、气泡类型(普通气泡、微气泡)对碳酸化反应速率和沉淀碳酸钙的粒径大小及分布的影响规律，同时深入分析了反应过程中稳定区和突变区随气泡类型的变化规律。结果表明，在使用普通气泡时，增加二氧化碳气体流量有利于二氧化碳的吸收和碳酸钙粒径的减小；在小塔中使用普通气泡，随着初始浆料浓度增加，在低浓度下，减小碳酸钙粒径，当浓度升高到一定程度后，对反应时长和物质混合的影响会促进晶体增长，使碳酸钙粒径增加。采用微气泡后会显著减小沉淀碳酸钙的粒径，同时，二氧化碳气体流量不再影响碳酸钙的粒径分布，表明气液传质过程不再是控制步骤。

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16. 弗氏盐法废水除氯产物资源化及二次利用进展

顾云储鹏葛冬冬黄寿强蒋敏吕红映张文欣吕杨杨吕扬张雅珩

过程工程学报 2024, 24 (2): 151-161. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223122

摘要（786）

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废水中高浓度氯离子不仅会腐蚀工业设备，还易污染水环境。目前，已报道了一系列去除废水中氯离子的技术，如膜分离或浓缩、蒸发结晶、化学沉淀、吸附、离子交换、电解、氧化和溶剂萃取等。化学沉淀法在设备投资和可操作性等方面具有较大的优势，其中，相对于基于银、铜或铋等除氯方法，弗氏盐沉淀除氯法因所用原料来源广、价格低而得到广泛研究。但弗氏盐沉淀除氯后会产生大量的化学污泥，这些污泥主要含有弗雷德盐(3CaO?Al2O3?CaCl2?10H2O)、加藤石[Ca3Al2(OH)12]和氢氧化钙等，成分复杂，循环再生难。为使弗氏盐沉淀除氯法能够推广应用，对其除氯产物，特别是其中的弗雷德盐进行资源化再利用至关重要。本工作在介绍弗雷德盐成分结构特性的基础上，通过比较弗雷德盐不同制备方法，突出弗氏盐沉淀法(如超高石灰铝法和钙铝石法)既能去除氯离子又能得到弗雷德盐的优势。根据弗雷德盐含铝和钙成分和层状双金属氢氧化物结构特性，可进行有效的资源化利用，包括去除各类重金属阳离子(如Cu2+, Cd2+, Co2+, Zn2+, Pb2+)和含氧阴离子[如Sb(OH)6-, AsO43-, SeO42-, CrO42-)，并制备聚合氯化铝混凝剂、作为污泥脱水调理剂等，这些用途都具有广阔的应用前景，为弗氏盐沉淀除氯法的进一步发展提供借鉴和探索方向。

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17. 管式旋流气液分离器流场特性与分离性能研究

张明孙欢王强强陈家庆尚超李想王春升孔令真

过程工程学报 2024, 24 (7): 772-782. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223312

摘要（769）

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PDF （6151KB）（209）

管式旋流气液分离器因具有分离效率高、结构紧凑等优点而受到广泛关注，但能否适应入口气含率大范围变化是制约其实用性的关键。本工作考察了能够适应气含率大范围变化的管式旋流气液分离器，采用计算流体力学(CFD)，结合空气-水介质体系下的实验测试，对其流场特性和分离性能进行研究。CFD数值模拟结果显示，入口气含率在10%~90%范围内变化时，气相分离效率均大于80%且变化幅值小于9.9%，液相分离效率均大于97%且变化幅值小于2.2%。实验测试结果显示，入口气含率在9.4%~89.2%范围内变化时，随入口气含率增加，气相出口的含液率逐渐减小而液相出口的气含率逐渐增加，气相出口的含液率均小于4%，除液体流量为12 m3/h的工况外，其他工况下液相出口气含率始终小于10%。对比不同液体流量下的气相分离效率和液相分离效率，液体流量为8 m3/h时分离性能最佳。CFD数值模拟结果与实验测试结果略有差异，但整体变化趋势一致，可作为结构放大设计的有效手段。研究结果表明，管式旋流气液分离器整体采用“强旋流+弱旋流+重力”的作用形式，具有较高的分离效率和良好的抗工况波动性能。

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18. 基于OpenFOAM的精馏塔内气液两相流传热传质模拟

焦云鹏周晓庆陈建华

过程工程学报 2024, 24 (4): 391-402. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223180

摘要（767）

HTML （16）

PDF （4117KB）（369）

对于精馏塔内的多相传质过程，计算流体力学(Computational Fluid Dynamics, CFD)不仅可用于模拟流动现象，而且可以用于研究传热传质过程及其与流动的相互作用规律。基于之前精馏塔板气液流动模拟的研究工作，本研究应用OpenFOAM平台的多相流求解器，考虑了能量方程与组分输运方程，构建了精馏体系的传热传质模型，分别对环己烷-正庚烷理想体系与乙醇-水非理想体系进行了模拟，并分析了塔板上气液两相流动、组分浓度及温度等参数的分布规律。对于理想体系，理想溶液传质模型能够较准确地预测多层塔板上的温度及浓度场；对于非理想体系，需要在理想溶液传质模型的基础上引入活度系数模型，为此对比了UNIQUAC与NRTL两种活度系数模型的效果。在当前模拟框架下，引入活度系数模型有助于提升非理想体系温度场与浓度场的模拟精度，两种活度系数模型预测的整体趋势与文献结果基本一致，但在数值上UNIQUAC模型与文献结果吻合更好。此外，气液两相流场与浓度场分布的对比分析表明，液相的循环流动能够提升塔板的局部传质效率，导致液相入口与塔板堰处的效率高于塔板中心，但是循环区域内气液两相无法及时更新，将导致塔板整体传质效率下降。以上研究有望用于精馏塔板的设计与优化，为提高精馏塔传质效率、降低精馏能耗提供指导，对于其他气液两相流的CFD传热传质模拟也具有参考价值。

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19. 气液两相流体系下微反应器技术研究进展

叶欣然吴赞王海鸥樊建人

过程工程学报 2024, 24 (9): 1001-1015. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.224035

摘要（738）

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PDF （3984KB）（428）

微反应器具有传热传质效率高、反应参数控制严格、易于放大、安全性能好等优势。微反应器技术与气液多相催化反应的结合是开发高效且可持续的化工生产技术重要手段。气液多相催化微反应器集成了催化反应和微反应器技术的优点，在化学合成中具有广泛的应用前景。根据非均相催化剂固定方式，气-液-固三相催化微反应器可以分为壁面负载式微反应器和填充床式微反应器。微反应器中多相流的流动和物质传递都会对微反应器性能产生影响，研究微反应器的气液两相流问题有利于指导高性能微反应器的设计和应用。本工作首先回顾了微反应器技术的特点，介绍了微反应器的结构优化方案，简述了微反应器中的气液两相流流型、传质特点和气泡破裂动力学。随后重点讨论了多相催化微反应器的应用实例以及面临的挑战。最后，结合以往的微反应器研究，对于未来气液两相体系下微反应器技术面临的挑战和发展趋势进行了展望。

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20. 硝酸体系电解精炼制备高纯铜

李梦阳徐亮葛涛何瑞韩晓雨杨成赵卓

过程工程学报 2024, 24 (8): 955-963. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223333

摘要（736）

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PDF （2577KB）（258）

高纯铜具有优良的延展性、导热性、导电性及较为稳定的化学性质，在半导体材料、光电子等领域应用广泛。本研究采用硝酸体系作为电解质，以4N金属铜为原料，一步电解精炼制备纯度为5N的高纯铜，系统研究了H2O2添加量、电流密度、电解液pH、Cu2+浓度等因素对电解过程的影响。结果表明，硝酸体系电解精炼制备高纯铜的最佳工艺条件为Cu2+浓度为80 g/L、pH=1.0、H2O2加入量为0.10 mL/100 mL、电流密度为200 A/m2。在该条件下进行电解精炼，阴极沉积的高纯铜表面光滑平整，电流效率达到97%以上。对最佳条件下获得的阴极产物进行ICP-MS检测，其中S, Ni, Se, As, Sb, Pb, Bi等常见杂质元素含量均符合5N高纯铜的国家标准。

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21. 基于焦磷酸哌嗪阻燃硬质聚氨酯泡沫制备及性能

刘梦茹黄福临孙俊杰刘秀玉朱庆明唐刚

过程工程学报 2023, 23 (4): 571-579. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.222160

摘要（718）

HTML （3）

PDF （2204KB）（306）

能源危机促使建筑材料朝着高质量方向发展，硬质聚氨酯泡沫(RPUF)是性能优异的保温材料，但易点燃，有潜在的安全隐患，因此需要对其进行阻燃处理。焦磷酸哌嗪(PAPP)是一款磷氮复合的阻燃剂，将其添加至RPUF体系中，可解决RPUF阻燃性差的问题。采用极限氧指数(LOI)、热重(TG)、锥形量热(CCT)等研究PPAP/RPUF的阻燃性能和燃烧性能。扫描电镜(SEM)展示了RPUF微观泡孔结构，结果表明，PAPP的加入使泡孔结构的不均性和破损性增加。阻燃测试表明：PAPP能有效抑制材料的滴落，添加50wt%的PAPP，复合材料的LOI值最高，为22.7vol%，且UL-94测试通过V-0级别。TG测试表明：PAPP的分解分为三个阶段，其第二阶段的分解速率最大，分解产生的酸性物质使RPUF拥有更高的残炭率，其中PAPP50/RPUF在700℃时残炭量为34.4wt%，炭渣在凝聚相起到阻隔热量和可燃气体的释放的作用；CCT测试证实了PAPP抑制材料燃烧热的释放，其中PAPP50/RPUF燃烧产生的热释放速率峰值(PHRR)和总热释放(THR)较纯样降低了54%和41%。机械测试表明，PAPP使PPAP/RPUF的导热系数增加，抗压强度减少。

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22. “双碳”背景下新能源固态电池材料理论设计与电池技术开发进展

徐红杰汪光辉苏钰杰张志高李海通杨中正王雨晨胡林悦曹国钦

过程工程学报 2023, 23 (7): 943-957. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223113

摘要（700）

HTML （19）

PDF （4779KB）（683）

由于可充电锂金属电池(LMBs)具有较高理论能量密度，在便携式电子设备、电动汽车和智能电网等方面有重要应用。以固态电解质和锂金属负极组装的固态电池(ASSBs)具有高安全性，被认为是可提高电池能量密度和有效解决安全问题的一种有前景的电池技术。然而，LMBs在实际实施过程中仍面临许多挑战，如库仑效率低、循环性能差和界面反应复杂等。深入分析ASSBs的物理基础和化学科学问题对电池开发具有重要意义。为了证实和补充实验研究机理，理论计算为探索电池材料及其界面的热力学和动力学行为提供了一种强有力的支撑，为设计综合性能更好的电池奠定了理论基础。本工作论述了理论计算方法在电池关键材料计算中的应用和研究意义；综述了硫化物固态电解质中Li10GeP2S12 (LGPS)及银硫锗矿体系的理论和结构设计思路，包括锂离子的输运机理和扩散路径。分析了新型反钙钛矿Li3OCl和双反钙钛矿Li6OSI2电解质体系的理论设计思路。综述了氧化物固态电解质体系在缺陷调控下锂离子的输运机理。此外，本工作针对新型卤化物电解质体系的理论设计也进行了介绍。介绍了计算材料学在电池材料性能研究中的作用：借助理论手段分析离子传输机制、相稳定性、电压平台、化学和电化学稳定性、界面缓冲层和电极/电解质界面等关键问题；理解原子尺度下的充放电机制，并为电极材料和电解质提供合理的设计策略。总结了固态电解质和ASSBs电极与电解质间界面的理论计算的最新进展。最后，对ASSBs理论计算的不足、挑战和机遇进行了展望。

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23. 磁性活性炭制备及其在水处理中的研究进展

汪前雨张玉明崔彦斌

过程工程学报 2024, 24 (3): 259-272. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223228

摘要（698）

HTML （23）

PDF （2257KB）（388）

活性炭具有比表面积高、孔隙结构发达、表面官能团丰富、化学性质稳定等优点，是水处理中常用的吸附剂。吸附饱和的活性炭需从水中分离并进行再生处理以供重复利用。但传统分离方法耗时长、收率低、成本高，难以高效地将吸附饱和的活性炭从水中分离，在一定程度上限制了活性炭在水处理中的应用。通过对活性炭进行赋磁处理可制备得到吸附容量高、易于分离回收的磁性活性炭。同时，磁性活性炭具有良好的催化活性，可用于在高级氧化反应中高效降解水中有机污染物。因此，磁性活性炭在水处理领域具有广阔的应用前景。本工作主要介绍了磁性活性炭制备方法、微观结构和物化性质，综述了磁性活性炭在污水治理方面的研究进展，总结了磁性活性炭的吸附特性和再生方法，并对磁性活性炭在水处理中的发展趋势进行了展望。

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24. 以磷酸酯盐离子液体作为萃取剂萃取精馏分离甲酸乙酯和乙醇共沸物

尹超跃杨帆张亲亲张志刚

过程工程学报 2024, 24 (2): 238-247. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223089

摘要（696）

HTML （8）

PDF （1644KB）（229）

以甲酸和乙醇为原料生产甲酸乙酯的过程中，未反应的乙醇与甲酸乙酯会形成共沸物，难以分离，本工作通过萃取精馏的方法，以离子液体作为萃取剂分离甲酸乙酯-乙醇共沸体系。通过COSMO-RS模型筛选离子液体，确定离子液体为1-乙基-3-甲基咪唑磷酸二乙酯([EMIM][DEP])和1-丁基-3-甲基咪唑磷酸二乙酯([BMIM][DEP])，测定了甲酸乙酯+乙醇二元体系以及甲酸乙酯+乙醇+离子液体三元体系的气液相平衡(VLE)数据，并将实验数据与非随机双液体(NRTL)模型方程关联。最后，通过过量焓分析和σ-profile分析(表面电荷密度为σ的概率分布)探究了分离机理。结果表明，两种离子液体(ILs)摩尔分数越大，甲酸乙酯相对挥发度逐渐增强；在离子液体浓度为0.030时，甲酸乙酯对乙醇的相对挥发度大于1，同时可以看出[EMIM][DEP]的分离效果优于[BMIM][DEP]离子液体。通过过量焓分析得出离子液体与乙醇分子之间更易形成氢键与范德华力，其分子间相互作用强于离子液体与甲酸乙酯，从而促进甲酸乙酯与乙醇的分离；随着离子液体浓度的增加，分子间相互作用随之增强。最后，通过σ-profile分析得出离子液体更倾向于和乙醇相互作用，从而将甲酸乙酯分离出来，同时可以得出离子液体的阳离子碳链越短，分离效果越好。

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25. 高炉煤气脱硫技术研究进展

王新东朱廷钰李玉然

过程工程学报 2023, 23 (7): 1003-1012. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.222334

摘要（661）

HTML （22）

PDF （1011KB）（414）

实施高炉煤气脱硫进行源头减排对推进钢铁行业全流程超低排放改造具有重要意义。高炉煤气含硫组分以有机硫为主，具有复杂组分共存的排放特征，本工作论述了含硫组分在不同赋存形态(SO2, H2S和S)下的排放限值，通过硫平衡给出了排放限值间的转化关系。高炉煤气脱硫技术的瓶颈是有机硫(主要是羰基硫，COS)脱除，重点分析了用于COS水解的铝基催化剂和碳基催化剂，γ-Al2O3既是载体也是活性组分，而活性炭兼具催化剂和吸附剂功能；进一步阐述了煤气中复杂组分O2和Cl-等对水解催化剂失活的作用机制在于生成了沉积产物。针对COS水解形成的气态H2S脱除，详细对比了湿法脱除工艺中化学吸收法和催化氧化法在反应机理、脱硫剂、脱硫产物等方面的差异；在干法脱硫工艺中，对比了氧化锌、氧化铁和活性炭在反应机理、硫容、温度适应性等方面的区别。针对有机硫和无机硫的一体化吸附，简述了分子筛吸附剂的选择性吸附原理及其再生工艺。对目前已有探索应用的催化水解+湿法脱硫、催化水解+干法脱硫和一体化吸附工艺进行了初步的评价，提出了高炉煤气脱硫技术的研发重点在于如何提高水解催化剂的活性以及降低高炉煤气中复杂组分对催化剂活性的影响，提高技术的适用性。

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26. 离子液体中铝的电沉积及精炼

杨晓晴郑勇王倩杨倩李玉李涛任保增

过程工程学报 2023, 23 (3): 396-410. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.222141

摘要（656）

HTML （18）

PDF （8639KB）（278）

国家的“双碳”目标对铝冶炼工业提出了新要求。针对传统Hall-héroult法生产铝存在高能耗、高排放的问题，我国将严守电解铝4500万吨“天花板”，积极开发铝再生技术，2025年实现再生铝产量由2020年的690万吨增至1150万吨。不论是电解制铝还是铝的再生精炼都需要在高温下进行，亟需低碳节能新技术的开发。离子液体中铝的电沉积能在<100℃下进行，能耗大大降低，且没有二氧化碳以及其他污染气体的排放，有望发展成为铝工业生产的一种新型绿色工艺。本综述按照阳离子结构对用于铝电沉积的离子液体体系进行分类，分别论述了相关研究进展，总结了以不同铝基材料作为阳极在离子液体中电解精炼铝的研究。最后，概括了铝电沉积用离子液体电解质体系的特性，并指出了存在的一些问题。

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27. 基于疏水离子配对法制备奥曲肽缓释微球的研究

朱裕韦祎隋东霖刘静璇巩方玲马光辉

过程工程学报 2023, 23 (12): 1646-1656. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223064

摘要（654）

HTML （10）

PDF （3357KB）（215）

奥曲肽(OCT)在临床上常被用于治疗肢端肥大症、胃泌素瘤等神经内分泌肿瘤以及食管胃底静脉曲张破裂出血等疾病，应用广泛。由于OCT半衰期较短，对于治疗肢端肥大症等需要长期用药的疾病，患者需要频繁给药，这导致顺应性差，因此亟须开发一种能够提高病人依从性的长效缓释制剂。此外，奥曲肽是极易溶于水的小分子多肽药物，在制备微球的过程中易逃逸至外水相，导致微球载药量和包埋率低。本工作采用疏水离子配对(HIP)法制备了HIP-OCT复合物，考察了电荷比、pH值、温度对复合物结合率的影响，并对复合物的水溶性、解离率进行检测，从四种复合物中筛选出结合率93.77%，水溶性9.31%，解离率92.10%的十二烷基硫酸钠-奥曲肽(SDS-OCT)为最优复合物。该复合物改变了OCT的亲水性，克服了OCT在传统复乳法中包埋率低的难点。采用O1/O2/W复乳法结合快速膜乳化技术，在抽负压固化、药物浓度80 mg/mL、聚乳酸-羟基乙酸共聚物(PLGA)浓度200 mg/mL的条件下制备了均一SDS-OCT复合物PLGA微球，粒径为28.02 μm，Span值为0.776，载药量为6.51%，包埋率为72.00%。制备的SDS-OCT复合物微球体外加速释放基本符合零级释放的趋势，累计释放度接近100%；体内药效实验表明该微球在一个月内具有稳定的长效缓释作用。

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28. 多囊脂质体研究进展

樊星岳华王晓军

过程工程学报 2023, 23 (10): 1371-1380. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.222431

摘要（653）

HTML （17）

PDF （2032KB）（306）

自1983年以来，作为脂质体家族的一员，多囊脂质体(MVLs)在生物材料和医学领域逐渐引起人们的关注。多囊脂质体由于其蜂窝状的内部结构，克服了传统脂质体在亲水性药物包埋率和稳定性方面的缺点。由于MVLs内水相体积大，药物包埋率高，具有很好的缓释效果。目前文献报道的多囊脂质体的尺寸大多在10 μm以上，主要在镇痛药包埋方面取得了良好的进展。本工作综述了近年来MVLs的制备方法、表征设备、释药机制，归纳了临床研究现状、商品化产品和应用研究进展，同时还提出了MVLs在小尺寸、多样化生物医学应用和放大策略方面的挑战及未来前景。

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29. 富氧条件下CO选择还原NO反应催化剂研究进展

刘雅琦刘研吴珂邢立文连殿兴陈莫浩阳纪建军纪永军

过程工程学报 2024, 24 (3): 284-296. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223136

摘要（650）

HTML （15）

PDF （3784KB）（413）

氮氧化物(NOx)作为大气污染物之一，是导致酸雨、光化学烟雾的重要前体物，对农业生产和人类健康造成严重威胁。CO选择催化还原NO (CO-SCR)是一种很具有前景的脱硝技术，可以同时实现NO和CO两种有害气体的有效脱除，因而成为治理烟气的最理想方案之一。为了实现工业应用，CO-SCR脱硝技术应具有较低的反应温度(150~250℃)和较好的抗氧气中毒能力，因而开发富氧条件下CO还原NO反应催化剂是环境治理方面的迫切需求。本工作综述了CO-SCR催化剂在富氧条件下的研究现状及最新的研究成果，重点介绍了Pd基、Ir基、Mn基及Co基催化剂的研究进展，对活性组分、助剂、载体的选择分别进行了较为详细的阐述。分析了催化剂的制备方法、掺杂改性、反应条件等因素对CO-SCR催化剂性能的影响。讨论了O2, H2O, SO2对催化剂性能的影响，并总结了O2抑制CO-SCR反应活性的作用机制。最后，针对富氧条件下CO还原NO的难点和未来发展方向进行总结并给出建议。

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30. 气力输送关键装置及管内流动特性研究现状及展望

周甲伟闫翔宇郑泽冰王庆辉上官林建

过程工程学报 2023, 23 (5): 649-661. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.222192

摘要（648）

HTML （1080）

PDF （3837KB）（226）

气力输送具有清洁安全、空间集约、配置灵活且易于自动化等特点，是颗粒类散体物料常用的绿色输送技术，在化工、食品、制药、能源等多个领域得到广泛应用。同时，该技术也存在输送工艺复杂、颗粒输送状态瞬变且难以准确预测等难题，采用不同输送工艺时物料输送特性的多手段表征和预测一直是该技术的研究热点。本文在综述气力输送系统构成、常用供料装置结构特点的基础上，对计算流体力学与离散元耦合(CFD-DEM)数值模拟方法、常用测量装置和分析方法在气力输送特性研究的应用进行归纳，总结了当前气力输送流型演变、输送系统压力损失等输送特性的相关研究成果，并对气力输送研究进行展望，讨论了未来研究需关注的几个思考点。

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31. 煤间接液化费托合成浆态床反应器的研究进展

张丽杨勇高军虎张煜张丽丽杨超李永旺

过程工程学报 2023, 23 (3): 359-374. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.222151

摘要（644）

HTML （15）

PDF （4445KB）（230）

：随着煤炭间接液化技术在百万吨级商业示范装置上的成功应用，作为其核心设备的费托合成浆态床反应器，涉及气液固三相湍流流动、传热传质及反应，其随反应器直径放大及内构件结构布局的变化而发生改变，进而影响反应器性能的多个复杂过程，导致在反应器设计、放大及操作优化上面临巨大挑战，科研及工业界仍然持续重视。本综述分析了影响浆态床反应器流体力学性能的主要因素，对浆态床反应器的流型、气含率、气泡行为、传热等研究进行了总结。介绍了浆态床反应器核心内构件的结构特点及发展状况，回顾了浆态床在费托合成反应过程中的工业应用历程，并展望了费托合成浆态床的研究趋势。

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32. 基于界面固相反应的软磁复合铁芯成分定制策略及磁性能优化研究

王锐孔辉王海川周乐君樊希安吴朝阳

过程工程学报 2024, 24 (10): 1196-1207. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223366

摘要（644）

HTML （3）

PDF （8243KB）（118）

因具有高饱和磁化强度、高磁导率和相对较低的磁芯损耗等优异性能，软磁复合铁芯被认为是最具发展潜力的电磁转换器件。但软磁复合铁芯的能量损耗和导磁性作为保证电磁器件有效运行的关键性能参数，却往往呈制约关系。因此，通过调控粉末基体与包覆层分布特征，增加软磁复合铁芯内部的铁磁填充因子，实现绝缘层的原位包覆，有助于达到同时限制能量损耗和提高导磁性的目的。本工作设计了一种新的界面固相反应策略，首先通过水热法将乙酸钙均匀地包覆在Fe-Si-Al软磁合金粉末表面，再利用热压烧结制备Fe-Si-Al基软磁复合铁芯，研究了烧结温度和包覆层相变对制备的软磁复合铁芯形貌、微观结构和磁性能的影响。结果表明，通过水热法乙酸钙被成功包覆在Fe-Si-Al合金粉末表面，形成了以Fe-Si-Al合金粉末为核、乙酸钙为壳的核壳异质结构；烧结温度的提高消除了软磁复合铁芯内部的孔隙，促使绝缘层发生从乙酸钙到碳酸钙再到Al2O3?SiO2?CaSiO3的转变，最终为软磁复合铁芯提供了高质量的复合绝缘层；在850℃下高温烧结制备的软磁复合铁芯绝缘包覆层致密均匀，磁稀释效应被降到最低，在10 mT、100 kHz时拥有最高的磁导率(67.2)、最低的损耗(9.24×10-5 kW/cm3)和相对更高的饱和磁化强度(129.0 emu/g)，综合性能最优，为制约传统软磁材料中导磁性与损耗间的反向关系提供了解决方案。因此，基于有机盐类化合物热分解氧化的绝缘包覆方法有望成为基于界面固相反应工程的软磁复合铁芯性能优化策略的重要补充。

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33. 空气过滤用静电纺纳米纤维膜的制备及性能研究

程思敏钱付平朱晨陈路敏董伟仲怀玉

过程工程学报 2024, 24 (5): 599-608. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223252

摘要（638）

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PDF （4750KB）（205）

为了开发高效低阻的空气过滤用纤维膜，采用静电纺丝的方法制备了聚丙烯腈(PAN)静电纺纳米纤维膜。通过改变PAN浓度及静电纺丝时长，得到了不同形貌及过滤性能的静电纺纳米纤维膜。结合场发射扫描电子显微镜等表征方式和过滤性能测试台对静电纺纳米纤维膜形貌及过滤性能进行测试与分析，获得性能最优的PAN静电纺纳米纤维膜的制备参数如下：PAN浓度为9wt%，静电纺丝时长为5.0 h。此条件下制备的静电纺纳米纤维膜厚度为0.0240 mm，平均纤维直径为396 nm，PM2.5过滤效率为99.99%，过滤压降为67 Pa，品质因子最高，为0.137 Pa-1。

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34. 面向微纳技术的液桥断裂研究进展

朱朝飞楚亚龙高羡明

过程工程学报 2023, 23 (6): 814-825. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.222287

摘要（634）

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PDF （4290KB）（526）

受尺度效应的影响，液桥的形态特征决定了液桥力的变化，液桥力的变化对液桥的形成与断裂具有重要影响。基于液桥形态学的液桥断裂机理是生物、化学、材料、微纳技术等研究领域的理论基础。目前，液桥断裂研究属于跨学科研究，涉及数学、流体力学、界面化学、材料学等学科，但较少有专注于液桥形态学的液桥断裂研究的综述。本综述总结了轴对称液桥、非轴对称液桥和非牛顿流体液桥的断裂理论模型和实验方法。首先，介绍了平衡或稳定状态下，液桥受迫拉伸、断裂过程中产生的流体弱非线性行为。其次，描述了液体体积、黏度、表面张力、表面润湿性和粗糙度、断裂速度、液桥形态等关键因素对液桥断裂位置或分配率的影响，归纳了研究影响液桥断裂参数时所采用的实验方法，讨论了不同实验装置的结构特征及其优缺点，总结并提出了该研究的创新特性和高价值的研究方向。最后，展望了微纳技术领域的液桥断裂的前沿研究方向，指出建立更全面的液桥断裂模型、研究多参数约束下的液桥断裂机理和控制方法是未来的研究重点。

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35. 生物基材料核心单体分离纯化技术研究进展

王坤纪秀玲蔺琨黄玉红

过程工程学报 2023, 23 (8): 1137-1149. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.222314

摘要（628）

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石化基材料生产消耗大量不可再生资源，并对环境造成一定程度污染。而利用可再生资源生产的生物基材料性能可以与石化基材料相媲美，符合绿色、低碳、环保的发展理念，为实现“碳达峰、碳中和”的目标提供强有力的技术支撑。近年来，随着国内外政策对生物基材料的支持，生物基材料已成为国内外争相发展的新材料，为生物基材料行业的发展提供了良好的契机。利用生物法生产的生物基材料核心单体具有生产条件温和、价格低廉、绿色环保等优点，但发酵液内成分复杂以及单体浓度偏低，导致分离难度增加，严重制约了生物基材料整个行业的发展。生物基材料生产要求单体纯度高，少量杂质会影响生物基材料的外观性能。现有的生物基材料核心单体的分离研究及应用中，充分发挥化工分离技术的优势，开发出了获得高纯度生物基材料核心单体的分离纯化工艺。本综述介绍了生物基材料的生产现状，综述了近年来几种应用广泛的生物基材料核心单体分离纯化技术的研究进展，分析了目前分离技术的优缺点，最后对生物基材料核心单体分离纯化技术的发展趋势进行了展望。

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36. 电石渣湿法脱硫过程亚硫酸钙强制氧化及杂质影响规律

郑跃武孟子衡练领先韩吉亮赵立文王兴国邢岗朱干宇李会泉

过程工程学报 2023, 23 (12): 1725-1738. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223048

摘要（620）

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电石渣主要成分为氢氧化钙，可以代替石灰石进行湿法烟气脱硫，但是电石渣的碱性较强，脱硫产物亚硫酸钙颗粒细小，可能会影响其氧化结晶过程。系统考察了不同工艺条件对亚硫酸钙氧化及硫酸钙结晶过程中粒径、氧化速度、含水率及微观形貌的影响规律，并得到优化的工艺条件：亚硫酸钙浓度为5 g/L，曝气量为400 mL/min，初始pH为5.5，反应温度为40℃，反应时间为4 h；在最优条件下得到了粒度大、含水率低、纯度高和形貌均匀的脱硫石膏(主要为二水硫酸钙)产品，有利于其后续的资源化利用。电石渣在酸性条件下各元素浸出的先后顺序为Na>Ca>Mg>Si>Fe>Al；在上述最佳反应条件下考察了Na, Mg, Si, Fe, Al等杂质对亚硫酸钙的氧化过程及硫酸钙结晶的影响，结果表明，Mg, Si, Fe对亚硫酸钙氧化速率有明显促进作用，而Al, Na抑制亚硫酸钙氧化；同时添加杂质Si对硫酸钙结晶几乎无影响，添加杂质Mg, Fe, Na对硫酸钙结晶影响较小，而添加杂质Al对硫酸钙结晶有明显不利影响。本研究以电石渣基亚硫酸钙为原料，开展了亚硫酸钙氧化与二水硫酸钙结晶研究，为工业实际电石渣脱硫的强制氧化过程提供理论指导。

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37. 新能源电池领域导电剂技术的研究与产业化

袁佩玲丁星星郭鹏张彩丽胡锐

过程工程学报 2023, 23 (8): 1118-1130. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223115

摘要（619）

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二次电池已经被广泛开发并应用于各种领域，如大规模储能、便携式电子设备和电动汽车。作为锂离子电池的重要组成部分，主要通过构建导电网络来增加和保持电极的电子导电性，从而有效改善电池的电化学性能。导电剂虽然在锂离子电池成本的占比较小(2%左右)，但相比于数十万亿级别的锂离子电池产业，导电剂也随之成为了千亿级别的产业。目前，主流导电剂为炭黑类、导电石墨类、气相生长碳纤维(VGCF)、碳纳米管和石墨烯。其中，炭黑类、导电石墨类和VGCF作为传统导电剂，其在活性物质间可形成点、线接触式导电网络；碳纳米管和石墨烯属于新型导电剂材料，其可分别形成线、面接触式导电网络。相对于单一导电剂，复合导电剂可使不同导电剂之间产生协同效应，从而表现出更优异的性能，因此新型导电剂与传统导电剂是高度统一的关系，在成本及性能的综合考量下，未来导电剂体系将逐步从单一化走向多元复合化。此外，我国导电剂长期依赖进口，近年来一些优秀企业在制备方法和分散技术方面逐步打破工艺壁垒，加速国产化进程。本工作将讨论碳纳米材料作为导电剂用于电池领域并改善电池电化学性能的相关工作，并进一步讨论导电剂的产业化现状前景。

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38. 红土镍矿硫酸浸出液中和除铁过程Ni²⁺和Mg²⁺损失机理及强化分离研究

蒋昊滕鑫罗骏莽昌烨李新冉孙文豪

过程工程学报 2023, 23 (11): 1558-1567. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223055

摘要（609）

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中和沉淀工艺常用于去除红土镍矿酸浸液中的铁、铝、铬等杂质，这一过程中常伴随镍、镁等金属离子的损失。本工作研究了红土镍矿硫酸浸出液中和除铁过程中Ni2+和Mg2+的损失，提出了有价金属离子的损失机制。研究表明，固定模拟浸出液Ni2+和Mg2+浓度条件，随模拟浸出液中Fe3+浓度增大，中和沉淀过程中Ni2+和Mg2+的损失率分别在9.13%~23.23%和9.79%~15.68%左右；固定模拟浸出液Fe3+浓度条件，随着模拟浸出液中Ni2+和Mg2+浓度的提高，二者的损失率逐渐降低。根据溶液化学计算与实验证实，中和沉淀过程中SO42-与Fe(OH)3胶体形成一元和二元配合物，其中一元配合物中SO42-的孤对电子与Ni2+或Mg2+成键而发生吸附，从而导致溶液中Ni2+和Mg2+与SO42-被Fe(OH)3胶体共吸附而损失。在中和沉淀过程中分别加入十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、聚乙二醇(PEG)和十二烷基苯磺酸钠(SDBS)等表面活性剂后均能有效限制SO42-与Ni2+或Mg2+的结合，强化Fe3+的选择性沉淀。当三种表面活性剂的浓度均为2×10-5 mol/L时，Ni2+在中和沉铁过程的保留率可达95%左右，Mg2+可达100%。

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39. 锂硫电池中多硫化锂捕获研究进展

胡婷婷刘海建陈云逸刘伶俐戴春爱韩永生

过程工程学报 2023, 23 (9): 1231-1243. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.222413

摘要（608）

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锂硫电池具有超高的理论比容量(1675 mAh/g)和理论比能量(2600 Wh/kg)，并且单质硫在地球中的储量丰富、价格低廉、提取过程对环境友好，因此，锂硫电池被认为是未来储能系统的理想储能单元。然而，锂硫电池在充放电过程产生的多硫化锂中间体易溶于电解液，导致电解液的黏度增加，离子导电性降低。此外，溶解的多硫化锂通过在正负极之间迁移，与锂负极发生反应，产生严重的穿梭效应，造成活性物质硫的不可逆损失，极大地降低了电池的寿命和安全性，也阻碍了锂硫电池的商业化进程。近年来人们通过物理吸附、化学作用及外场约束等策略来攻关这一难题，并取得较好的结果。本文总结了物理、化学、外场三种捕获多硫化锂方法的研究进展，讨论了每种方法捕获多硫化锂的特点及其对锂硫电池电化学性能的影响，并对其未来发展进行了展望。

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40. 不同桨型组合淤浆聚合釜内固液悬浮特性研究

赵阳谢明辉向家伟刘肖肖李帅亮吕世军吴亮周国忠张庆华杨超

过程工程学报 2024, 24 (4): 403-413. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223210

摘要（607）

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针对高密度聚乙烯搅拌式聚合釜物料体系，利用三叶后掠式搅拌桨HQ、抛物线圆盘涡轮式搅拌桨BTD、三宽叶旋桨式搅拌桨KHX、桨叶安放角δ分别为45°和75°的斜叶圆盘涡轮式搅拌桨ZY和平直叶圆盘涡轮式搅拌桨PY构成四种桨型组合，在直径T=480 mm的圆柱形有机玻璃搅拌槽内进行了固液悬浮实验。基于计算流体力学软件Ansys Fluent 2020R2，采用多重参考系法以及欧拉-欧拉多相流模型，研究了各桨型组合在30.71%固含率下的流场和固液悬浮状态。研究结果表明，转速小于250 r/min时，桨型组合2和3在搅拌槽内顶部会形成清液层；桨型组合1和4能在更低转速和更低功率的情况下达到物料的均匀混合状态，且桨型组合4比桨型组合1的功率消耗降低约30%，具有高效节能的效果。模拟获得的固含率分布趋势与实验所测数值吻合较好。模拟的流场表明桨型组合4和1的流型相似，可以有效避免桨型组合2和3在低转速下出现的清液层。

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