过程工程学报

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1. 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）

HTML （38）

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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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）

HTML （84）

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. 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）

HTML （116）

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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4. 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）

HTML （70）

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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5. 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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6. 封面和目录

过程工程学报 2023, 23 (9): 0-.

摘要（185）

PDF （4613KB）（706）

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7. “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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8. 基于分子动力学模拟研究蒙脱石对油页岩干酪根热解产物分布的影响

李想战金辉许光文

过程工程学报 2023, 23 (5): 724-733. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.222140

摘要（348）

HTML （4）

PDF （1185KB）（651）

基于反应力场(ReaxFF)的分子动力学模拟方法，研究了绿河油页岩干酪根在蒙脱石存在下的热解反应过程，分析了不同温度下热解的产物分布及矿物质与有机质之间的非键作用特征。通过对比有无蒙脱石热解体系在升温过程中产物分布特征，验证了蒙脱石对干酪根热解具有很强的促进作用，能降低体系的热解反应温度和拓宽反应的温度跨度，蒙脱石的存在能使干酪根热解反应中轻质油组分增加及重质油组分减少。一系列特征温度下的恒温模拟结果表明，加入蒙脱石进行热解可以增加小分子片段产率，抑制高温下大分子片段发生聚合反应。蒙脱石对油页岩干酪根热解促进机制是由吸附作用引起的，体现在干酪根和蒙脱石之间存在巨大的非键作用力，以范德华(VDW)相互作用为主，与干酪根片段C18H30, C18H38, C20H42和C45H60O相比，蒙脱石与片段C75H118O5N4, C102H167ONS2和C367H550O10N10S2之间存在显著的非键相互作用，其中片段C367H550O10N10S2与蒙脱石的相互作用力最强。

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9. 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）

HTML （118）

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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10. 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）

HTML （9）

PDF （2491KB）（626）

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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11. Li_0.98Ca_0.02Mn₂O₄的制备及其电化学性能

申明思袁海波张豆豆王京钮高田马扬洲孙雅馨

过程工程学报 2024, 24 (6): 746-752. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223075

摘要（286）

HTML （9）

PDF （3274KB）（591）

本工作采用水热结合后续高温煅烧法制备单相的尖晶石型结构Li0.98Ca0.02Mn2O4。结果表明，Li0.98Ca0.02Mn2O4晶粒形成的小团聚体内有孔型通道，利于与电解液有效接触，增加正极材料的活性位点，有效缩短了Li+的扩散路径。电化学性能表明，Li0.98Ca0.02Mn2O4呈现出优异的倍率性能，并且在1 C的电流密度下，初始放电容量为117.5 mAh/g，是未掺杂LiMn2O4样品的1.4倍，150圈循环后，容量保持率为80%，1000圈循环后，仍可保持60%的容量。Ca掺入晶格后，使晶格膨胀，有利于提高Li+的扩散能力；经计算，Li0.98Ca0.02Mn2O4样品的扩散系数为2.5×10-11 cm2/s，约为未掺杂LiMn2O4样品的1.6倍。

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12. La含量对高钛钢缓冷凝固组织及TiN析出行为的影响

万勇汤传圣杨光维张雪鉴温永红

过程工程学报 2024, 24 (7): 852-862. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223309

摘要（272）

HTML （6）

PDF （9953KB）（553）

本工作采用高温熔炼实验以及光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)等方法，研究了四种La含量对高钛钢缓冷凝固组织及其钢中TiN析出行为的影响。结果表明，凝固冷速为0.17℃/s时，各实验钢凝固组织均为等轴晶。在低La含量(0.0013wt%)下，La体现出明显脱O, S, Al能力，因此其钢中主要生成LaAlO3, La2O2S；在高La含量(0.0052wt%, 0.0223wt%)下，La刚开始体现出明显脱O, S, Al能力，随着O原子的大量消耗，La的脱O, S能力快速增强。因此，其钢中主要生成La2O2S且部分La2O2S会依附于先析出的LaAlO3表面形核、长大。本实验钢中TiN主要析出于Liquid+δ两相区，LaAlO3, La2O2S优先于TiN析出且与TiN的错配度小是其易成为TiN异质形核核心的主要原因。当钢中La含量为0wt%, 0.0013wt%, 0.0052wt%, 0.0223wt%时，各实验钢中等轴晶粒平均尺寸分别为354, 223, 154, 126 μm，TiN面密度为42.2, 82.9, 86.3, 90.7个/mm2，TiN平均尺寸为7.8, 4.6, 4.5, 4.4 μm。

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13. 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）

HTML （9）

PDF （8323KB）（540）

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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14. 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）

HTML （18）

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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15. 铁基硅酸盐凝胶固化含砷化合物及固废的研究

杜勃雨刘超祝星

过程工程学报 2023, 23 (12): 1714-1724. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223085

摘要（378）

HTML （6）

PDF （2442KB）（524）

有色重金属矿冶过程中，大量含砷化合物及固废暴露在环境中，给周围水土带来巨大环境危机。由于具有良好的砷酸盐亲和力，铁离子及其化合物是常用的化学固砷药剂的主要成分。无论在砷污染物固化还是砷污染场地修复，硅酸盐及水化过程是重要的砷物理阻隔手段。基于此，本工作合成了一种铁基硅酸盐凝胶，评价了其用于典型砷化合物[Na3AsO4, Ca3(AsO4)2, AlAsO4和FeAsO4·2H2O]及有色冶金炼砷污泥的固化/稳定性能，探究了固砷机制。结果表明，Si/Fe摩尔比为1:4的铁基硅酸盐凝胶能有效固化Na3AsO4和FeAsO4·2H2O。但固化Ca3(AsO4)2和AlAsO4过程中，由于砷酸盐和硅酸盐之间的竞争反应，砷的毒性浸出比未固化时高。引入CaO可以抑制竞争反应，提高Ca3(AsO4)2和AlAsO4的固砷率，达到98%以上的固砷率。Fe和Ca共沉淀以及物理封装的协同效应是固化/稳定含砷化合物及固废的原因。以含砷化合物为核心，铁基硅酸盐凝胶/C-S-H凝胶为外壳的核-壳结构，在与周围环境接触时，能有效固化含砷化合物及固废，降低浸出毒性。长期稳定性测试表明，在pH值为8时，铁基硅酸盐凝胶固化的含砷化合物及固废在30天内保持较好的稳定性。从酸性到碱性条件下，固化体的砷毒性浸出浓度均低于5 mg/L。本工作所提出的CaO辅助铁基硅酸盐凝胶在含砷固废和砷污染土地的固定化方面表现出巨大的潜力，为含砷污染物固化提供了一种新途径。

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16. 基于OpenFOAM模拟精馏塔板的气液流动

周晓庆焦云鹏范天博何险峰陈建华

过程工程学报 2023, 23 (6): 858-869. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.222258

摘要（606）

HTML （15）

PDF （8891KB）（513）

本研究对筛孔型精馏塔板上的空气-水两相流进行了模拟，模拟方法采用基于开源软件平台OpenFOAM的双流体模型框架。模拟体系选用Solari-Bell经典实验体系，研究了不同操作条件下的气液两相流动参数，包括清液层高度、气相速度、液相速度和塔板压降等，模拟结果与实验结果的变化趋势基本一致。基于CFD模拟结果，分析了不同工况下塔内气液两相速度场与气含率分布等流动参数，结果表明本工作可以较好地捕捉塔板上的气液流动特征。进一步地，讨论了应用OpenFOAM模拟精馏塔内气液两相流动的若干影响因素，在此基础上分析了气液错流体系相间曳力对模拟结果的影响，实现了与使用商业软件模拟结果相接近的预测效果，验证了使用OpenFOAM模拟精馏塔体系的可行性。

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17. 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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18. 下吸式气化炉高含水生物质气化过程模拟与机器学习研究

祁风雷王振陆国庆刘小好党琪马培勇

过程工程学报 2024, 24 (1): 87-96. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223114

摘要（555）

HTML （10）

PDF （4384KB）（510）

采用机器学习方法和Aspen过程建模分析方法系统研究了含水率对生物质气化过程的影响规律。研究结果表明生物质含水率对气化气低位热值影响较大，含水率升高，热值降低，生物质含水率对碳转化率影响较小；随着空气当量比升高，气化气低位热值降低，而气化过程碳转化率提高。气化过程能量平衡分析表明，随着生物质含水率升高，气化过程维持能量平衡所需的空气当量比升高。生物质干燥预处理可保证气化气品质，但需消耗部分气化气为干燥供能，并且随着生物质含水率升高，干燥供热消耗的气化气比例提高，消耗比例在含水率20wt%~60wt%阶段近似线性增加，但是当含水率大于60wt%时呈指数升高。

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19. 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）

HTML （32）

PDF （1464KB）（496）

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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20. 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）

HTML （19）

PDF （2738KB）（484）

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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21. 基于串级模糊自适应PID的蒸发器温度控制系统设计

孙军张典黄青山田亮常天奇刘琪

过程工程学报 2023, 23 (9): 1290-1299. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.222320

摘要（534）

HTML （16）

PDF （1561KB）（469）

蒸发器温度控制存在时变性、非线性和滞后时间长等特性，传统控制方法难以实现温度的精确控制。通过对蒸发器的生产过程进行分析，提出了一种基于串级模糊自适应比例-积分-微分(PID)的蒸发器温度控制方法，将模糊控制理论和串级PID控制理论相结合，建立了主回路和副回路的模糊自适应PID控制连续功能图(CFC)，实现了对蒸发器温度控制的主回路和副回路PID参数的实时修正。采用SMPT-1000仿真设备和西门子PCS7过程控制系统的研究结果表明：PID参数实时修正后，比例参数加快了系统响应速度，积分参数减小了系统的偏差，微分参数起到了超前控制作用；温度响应的调节时间缩短二分之一，最大偏差降低幅度超过五分之四；温度提升负荷的调节时间缩短幅度超过五分之三，最大偏差降低幅度超过五分之四；过热蒸汽干扰的恢复时间缩短幅度超过二分之一，最低和最高温度偏差降低幅度超过十分之一。与传统串级PID控制方法相比，串级模糊自适应PID控制具有调节时间短、超调量小、鲁棒性好等优势，克服了传统串级PID的不足，为解决蒸发器温度精确控制提供了一种有效途径和方法。

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22. 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）

HTML （27）

PDF （6063KB）（463）

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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23. 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）

HTML （22）

PDF （1474KB）（453）

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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24. 碳酸氢钠改性生物炭的制备及其吸附水中卡马西平的机理分析

张继欢张晋玮武文龙林嗣强李燕丁磊

过程工程学报 2024, 24 (9): 1106-1119. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223363

摘要（425）

HTML （23）

PDF （2886KB）（453）

本研究以农业废弃物丝瓜络为原材料，采用碳酸氢钠为活化剂，通过浸渍-热解法制备出了可高效吸附水中卡马西平(CBZ)的碳酸氢钠改性生物炭(SBC)，并通过表征手段分析了其表面形貌、孔径分布、官能团、石墨化程度等物理化学特征。通过批量实验研究了温度、投加量、pH等因素对SBC吸附水中CBZ的影响。结果显示，相比原始生物炭(BC)，SBC有着更高的比表面积531.43 m2/g和更丰富的孔径结构。CBZ的去除效率随着SBC投加量的增加而增加。溶液pH对CBZ去除的影响不明显。Sips模型可以更好地描述SBC对CBZ的吸附平衡规律，在298 K时的吸附容量可达125.52 mg/g。热力学分析表明SBC对CBZ吸附为自发吸热过程，且以物理吸附过程为主。通过对SBC的位点能量分布分析和密度泛函理论分析进一步探究了SBC对CBZ的增强吸附机理。结果显示氢键、π-π电子受体-供体和孔填充作用参与了SBC吸附CBZ的过程。甲醇可有效再生吸附饱和的SBC，经过四次吸附脱附循环后，SBC对CBZ的吸附量仍保持在68.132 mg/g。本工作以农林废弃物丝瓜络为炭源制备生物炭去除水中污染物，为同时实现农业废弃物资源化和消减环境污染提供了一条可行途径。

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25. 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）

HTML （26）

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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26. 富氧燃烧条件对加热炉板坯加热过程的影响

陆彪王行银胡青云陈燕陈德敏高靖

过程工程学报 2024, 24 (7): 805-814. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223306

摘要（336）

HTML （5）

PDF （4324KB）（421）

富氧燃烧具有提高理论燃烧温度、降低过剩空气系数和增强烟气辐射能力等优点，因此成为工业炉窑领域研究的热点。为了获得富氧燃烧布置形式及氧气体积分数对加热炉热工特性及板坯加热过程的影响，以某钢厂2250机组步进式加热炉为研究对象，建立了两种富氧布置形式(JC-1和JC-2)的燃烧模型，利用数值模拟研究了氧气体积分数从21vol%变化到49vol%时加热炉热工特性与板坯加热特性的变化。结果表明，JC-2工况的富氧燃烧布置形式优于JC-1工况；氧气体积分数为21vol%~37vol%时，加热炉板坯出炉温度、炉膛热效率的增长速率较高，因此37vol%为富氧燃烧最佳氧体积分数。本研究可为现有加热炉实施富氧燃烧改造提供参考。

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27. 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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28. 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）

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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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29. 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）

HTML （28）

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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30. 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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