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高校化学工程学报

高校化学工程学报

2025年03期

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化工热力学与基础数据 | 低频声波作用下液滴气溶胶的团聚特征与机理分析

化工热力学与基础数据 | 低频声波作用下液滴气溶胶的团聚特征与机理分析

摘要：工业中会产生大量液滴，若不经处理会造成浪费或污染，甚至带来安全隐患。为了探究声波对液滴气溶胶的团聚效果,搭建了实验平台，通过激光测试系统来对液滴气溶胶的透光率进行实时监测，主要研究了有无声波、声波频率、声压级、初始液滴质量浓度对液滴团聚的影响，还进行了团聚机理的分析。结果表明：声波作用下，液滴气溶胶快速发生消散，在10s内透光率达到 68% ，而无声波时透光率60s内未发生变化；在声波频率为 1000Hz 时，液滴团聚效果最好，并通过携带系数和相对携带系数的计算，表明该频率下同向团聚机理起主要作用；声压级越高，液滴气溶胶透光率变化越快，团聚效果越好,但声压级不能过高，否则会使得能耗增加,还会引起非线性效应而限制团聚效果的提升;初始液滴质量浓度越高,团聚速率越快，这是因为单位体积内液滴数目更多，液滴之间间距更小，更易发生碰撞团聚。该研究揭示了液滴气溶胶的团聚特征和机理，为工业生产过程中液滴的有效控制提供了重要的理论指导。
化工热力学与基础数据 | 声场中微米级颗粒间二元碰撞的离散元模拟

化工热力学与基础数据 | 声场中微米级颗粒间二元碰撞的离散元模拟

摘要：建立声场中微米级颗粒间二元碰撞的离散元模型,在模型验证的基础上，探究颗粒碰撞过程中接触力、重叠量和颗粒速度演变的过程，考察颗粒中心连线与声波波动方向的夹角和颗粒半径对碰撞动力学的影响。结果表明，颗粒凝并前经历多次“压缩-回弹"过程，颗粒分离前仅经历一次“压缩-回弹"过程；颗粒中心连线偏离声波波动方向程度越大，凝并时间越长，特别是当二者接近垂直时，颗粒无法发生碰撞;随着颗粒半径的增大，碰撞后果由凝并转变为分离，凝并时间先减小而后趋于恒定，分离时间几乎不受颗粒半径的影响。研究结果可为颗粒声凝并过程的准确预测提供基础。
传递现象与单元操作 | 碱处理改性ZSM-5吸附分离间/对甲酚异构体

传递现象与单元操作 | 碱处理改性ZSM-5吸附分离间/对甲酚异构体

摘要：针对分子筛吸附分离间/对甲酚异构体体系，筛选出分离系数较高的硅铝比为50的NaZSM-5分子筛，以不同浓度NaOH溶液作为碱处理试剂，成功制备出一系列具有多级孔结构的改性ZSM-5分子筛，并利用 N₂ 吸附-脱附、X射线衍射表征(XRD)等手段对吸附剂进行了表征。通过静态和动态吸附实验，考察了改性ZSM-5分子筛吸附剂对间/对甲酚异构体的吸附分离性能，并探究了该过程的动力学原理。结果表明，以 0.2mol?L^-1 NaOH溶液 85^°C 下碱处理 ¹h 得到的0.2-85-1分子筛成功引入了介孔，其存在增强了传质性能，从而提高了吸附速率，相较于处理前的分子筛样品，改性后的0.2-85-1分子筛对甲酚吸附平衡时间缩短了 50% ,最大处理量提升了 50% （ 303kg?m^-3?d^-1 提升至 454kg?m^-3?d^-1? 。结合动力学拟合结果分析,间/对甲酚在0.2-85-1分子筛上的吸附行为符合拟二级动力学模型，速率常数相较于改性前样品提升了一个数量级。
传递现象与单元操作 | 二甲苯在微纤复合硫掺杂碳纳米管上的吸附过程强化机理研究

传递现象与单元操作 | 二甲苯在微纤复合硫掺杂碳纳米管上的吸附过程强化机理研究

摘要：碳纳米管(CNT)因其优异的物理性能被广泛认为是一种有效的挥发性有机化合物(VOCs)吸附剂。然而，由于团聚效应产生传质阻力，会影响CNT的吸附性能。微纤复合材料作为一种新型结构材料，有效克服了这一问题。文中采用化学气相沉积（CVD）法在纸状烧结不锈钢纤维载体（PSSF)表面分别直接生长CNT和硫掺杂碳纳米管（SCNT），成功制备了具有梯度多孔结构的CNT/PSSF和SCNT/PSSF复合材料。通过扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、热重分析技术（TG）、拉曼光谱（Raman）、傅里叶变换红外光谱仪（FT-IR）和X射线光电子能谱（XPS）对其进行系统表征。固定床反应器中的吸附实验结果表明,SCNT/PSSF因其表面丰富的缺陷和酸碱官能团，展现出优异的动态吸附性能。此外，通过构建由颗粒CNT和SCNT/PSSF组成的结构化固定床，研究了微纤复合材料在二甲苯吸附过程中的传质增强机理。与纯 5cm CNT结构床相比 .4cmCNT+1 cmSCNT/PSSF床层的利用率 (ΔZ) 提高了 8.1% 。结构化固定床的吸附过程可以被Yoon-Nelson模型良好拟合。
传递现象与单元操作 | 基于边界层理论的旋流除砂器分离模型构建

传递现象与单元操作 | 基于边界层理论的旋流除砂器分离模型构建

摘，要：本研究旨在构建一个基于边界层理论的旋流除砂器分离效率的预测模型。首先，通过数值模拟方法对旋流除砂器的有效体积流量和有效停留体积进行了校正，得到了停留时间的计算公式。随后，分析了边界层中固体颗粒受力的变化,考虑了速度梯度对颗粒受力的影响,并在此基础上推导出适用于旋流除砂器的径向运动微分方程。基于这些修正，进一步建立了旋流除砂器的分离模型。实验验证结果表明，对于粒径大于 13μm 的颗粒，模型预测的相对误差为 12% ，显著低于传统边界层理论预测的 46.5% ，显示出与实验结果更高的吻合度，能够为工程设计提供更为精确的参数支持。
生物化工 | 外加电场强化Acidithiobacillusferrooxidans生物氧化黄铁矿过程研究

生物化工 | 外加电场强化Acidithiobacillusferrooxidans生物氧化黄铁矿过程研究

摘，要：为了强化冶金微生物氧化黄铁矿的过程效率,本实验设计并构建了一个微生物电化学反应器系统,研究了在外加电场条件下,嗜酸氧化亚铁硫杆菌(Acidithiobacillusferooxidans)生物氧化黄铁矿过程特征，主要包括铁氧化效率、微生物被膜的结构与生物量、胞外聚合物的分泌量及组分，以及相关过程的电化学特性。结果表明，在适宜外加电场作用下，菌体的铁氧化能力略有增强，黄铁矿氧化量上升 21.3% ；黄铁矿表面的生物被膜结构更加致密，生物量显著增加，总菌体量相比对照组上升0.9倍。在生物氧化过程中，黄铁矿生物氧化系统的电流逐渐上升，过程电阻逐渐下降。研究结果提出了增加冶金微生物生物量的有效手段，可为生物浸出产业化技术的开发提供一定支持。
化学工艺 | 基于数字微流控芯片的多通路水相 ¹⁸F 标记工艺

化学工艺 | 基于数字微流控芯片的多通路水相 ¹⁸F 标记工艺

摘要：研发一种基于数字微流控(DMF)芯片技术的小体积多通路 ¹⁸F 标记工艺，并以该工艺合成 ¹⁸F 标记的放射性化合物。方法利用激光刻蚀磁控溅射技术，以氧化铟锡导电玻璃及特氟龙材料制作DMF芯片。在DMF芯片上进行 ¹⁸F 标记放射性化合物的多通道合成，并通过放射化学转化率（RCCs)筛选最适合的合成条件。DMF芯片底片体积为 10cm×10cm× 1.1mm ，合成通道为6组，加热范围为室温至 80^qC 。实现了同时多通道不同前体浓度、不同反应时间的水相 ¹⁸F 标记。合成出的 ¹⁸F 标记放射性化合物的RCCs为 96.8% ，产品放化纯度大于 99% 。结果表明，相较于传统的放射性化学合成方式，介质上电润湿数字微流控(EWOD-DMF)技术可以在同一时间内进行不同体系的放射性化学合成，可以极大的节省优化合成条件的时间，并且可以得到更高的RCCs，推动新的放射性化合物更快的进入应用。
化学工艺 | 热冲洗增强再生的变压吸附工艺用于焦炉煤气制氢

化学工艺 | 热冲洗增强再生的变压吸附工艺用于焦炉煤气制氢

摘要：为提高变压吸附法制氢工艺性能,提出了一种热冲洗增强再生的八塔二十四步变压吸附工艺。该工艺采用活性炭和5A分子筛作为吸附剂，基于原料气中各组分在吸附剂上的吸附数据，利用商业软件Aspen Adsorption进行了模拟研究。通过数值模拟分析吸附塔内部温度、压力、组分等状态参数对工艺性能的影响，确定适宜的操作条件。研究结果表明,缓冲罐的引入显著提高了氢气的回收率和生产能力;热冲洗则增强了吸附塔的再生效率,从而提升了氢气产品的纯度，最佳冲洗气温度为 333K 与传统工艺相比，热冲洗增强再生制氢工艺将纯度由 98.7816% 提升至 99.3456% 、回收率由 85.36% 提升至 86.01% ，生产能力和能耗分别为 2.05mol?(kg_ads?h)^-1 和 16.80kJ?mol^-1 ○
化学工艺 | Ru-La/SiO，催化甘油氢解合成乙二醇反应

化学工艺 | Ru-La/SiO，催化甘油氢解合成乙二醇反应

摘：要：甘油氢解制二元醇(1,2-丙二醇、1,3-丙二醇和乙二醇)是一条非常具有吸引力的生物甘油利用路径。为提高乙二醇的选择性，以金属 Ru 为主活性组分 .SiO2 为载体、引入不同助剂，采用浸渍法制备 SiO2 负载 Ru 基催化剂。研究了助剂种类及添加量、水洗除CI、金属负载量、还原气氛、还原温度等条件对催化性能的影响，采用 H2 程序升温还原( H2 TPR) ,CO2 程序升温脱附( CO2 -TPD) 程序升温脱附( NH3 -TPD）、场发射透射电子显微镜（TEM）、CO化学吸附、 ?,N2 吸附-脱附等方法对催化剂进行表征。结果表明，经水洗除CI的 Ru-La/SiO2 催化剂性能较优，以适宜条件下制备的Ru-Ia/SiO2 为催化剂，乙二醇的选择性达到 51.4% ，二元醇的总选择性达到 91.3% 。La的添加能够降低 Ru 的还原温度，并调变催化剂酸碱性;催化剂的酸碱性分别影响甘油转化率和乙二醇选择性;活性金属 Ru 的粒径与甘油转化率负相关，而与乙二醇的选择性正相关。
化学工艺 | Co/In 掺杂多孔炭活化过硫酸盐氧化环己醇制备环己酮

化学工艺 | Co/In 掺杂多孔炭活化过硫酸盐氧化环己醇制备环己酮

摘要：针对以过氧化氢为氧化剂选择性氧化环已醇制环已酮中存在的氧化剂储存、运输安全隐患问题,提出构建以过硫酸盐为氧化剂的选择性催化氧化体系，以ZIF-9为模板制备了 Co/In 双金属掺杂多孔炭催化剂( Co/In-NC ），对催化剂结构进行了表征。研究阐释了 Co/In -NC活化过二硫酸盐(PDS)选择性氧化环己醇制备环己酮的性能和机理。结果表明，100mg?L^-1 催化剂在 60‰ 下反应 ^2h ，环已醇反应转化率和环已酮选择性分别可达 53.3% 和 99.4% ；催化剂循环反应3次，其选择性仍保持在 90% 以上；氧化反应符合0级反应动力学模型，反应中活性物种参与了氧化反应。其中，Co³⁺/Co²⁺/Co⁰ 以及 In³⁺/In⁰ 的氧化还原循环有效活化了PDS,促进了环己醇的氧化。
化工系统工程 | 热膜耦合海水淡化系统的建模与优化

化工系统工程 | 热膜耦合海水淡化系统的建模与优化

摘要：在全球能源危机加剧和气候变暖的背景下，针对淡水资源短缺危机问题，提出了热膜耦合海水淡化系统。建立了反渗透(RO)和多效蒸馏(MED)海水淡化数学和经济建模，基于能量流和物质流，提出了4种不同的耦合工艺方案，通过冬季和夏季两工况分别优化了各工艺方案。综合分析各耦合工艺方案，冬季工况下，方案三中RO与MED产水比为8：2时，经济性最佳，产水成本为 0.81USD?m^-3 ，相比独立的RO和MED产水分别降低了 26.3% 和 13.8% 。同时该工艺具有较高的淡水回收率，回收率高达 65.4% 。研究的热膜耦合工艺可与可再生能源进行耦合获得更好的经济效益和社会效益。
化工系统工程 | 基于IGA与增强D-S证据理论的工业过程故障检测

化工系统工程 | 基于IGA与增强D-S证据理论的工业过程故障检测

摘，要：针对复杂工业过程数据特征提取困难，且许多故障检测方法需要提前假设数据分布类型，故障检测泛化能力弱等问题,提出一种基于信息增益自适应特征选择(IGA）方法与增强Dempster-Shafer（D-S）证据理论的工业过程故障检测算法。首先，通过决策树计算得到信息增益，利用交叉验证设定k值，自适应选择特征个数,实现数据降维和特征提取;之后，引入三元统计量监测组实现线性故障检测，同时采用自编码器、One-classSVM方法进行非线性故障监测;最后，使用增强D-S 证据理论，通过一种新的综合指标，对改进后的加权平均证据体进行融合，修正基本概率分配（BPA)参数获得融合结果,得到更为可靠的检测结果。通过冷水机组数据和田纳西-伊斯曼（Tennesse-Eastman,TE)过程数据进行验证，结果表明,IGA与增强D-S证据理论方法比单独的线性或非线性检测算法的准确率更高，鲁棒性更强，且使用场景不依赖于特定数据分布假设，适用范围灵活，可以有效应用于工业过程故障检测。
材料科学与工程 | 含氟代丙烯酸酯的嵌段共聚物的结晶、氟元素分布和表面特性

材料科学与工程 | 含氟代丙烯酸酯的嵌段共聚物的结晶、氟元素分布和表面特性

摘要：研究含氟丙烯酸酯共聚物的结晶、氟元素分布和表面特性可为高疏水疏油涂层的开发提供基础。采用碘转移细乳液聚合制备了由聚（氟代丙烯酸酯 .co -丙烯酸十八酯)和非氟代聚合物链段构成的嵌段共聚物，并研究嵌段共聚物组成和热处理条件对其结晶、表面氟元素富集和疏水疏油性的影响。结果表明，含以C8氟代烷基为主的氟代丙烯酸酯-丙烯酸十八酯无规共聚物或丙烯酸全氟己基乙基丙烯酸酯-丙烯酸十八酯无规共聚物链段的嵌段共聚物均具有结晶和表面氟元素富集特性，并在表面形成“峰谷状”粗糙结构。随着共聚物分子链运动能力和热处理温度的提升，氟元素表面富集程度增大。非氟代链段含量的增加会降低嵌段共聚物的结晶性，同时强化微相分离，因此，合成嵌段比适中的嵌段共聚物能够获得比聚(氟代丙烯酸酯-co-丙烯酸十八酯)无规共聚物更优的综合疏水疏油性。
材料科学与工程 | 阴离子杂化共聚反应制备含硫本征阻燃聚合物

材料科学与工程 | 阴离子杂化共聚反应制备含硫本征阻燃聚合物

摘要：单质硫 (S₈) 作为石油提炼和天然气纯化的副产物，因其产能过剩造成了严重的环境污染及安全隐患。以聚合为手段，将 s_s 转化为功能性含硫聚合物材料是解决 S₈ 产能过剩的有效方法。为此，文中通过 ΔS₈ 与 N,N^′ -（4，4-亚甲基二苯基)双马来酰亚胺(BMI)的阴离子杂化共聚反应,在室温下一步法合成含硫聚合物P(S-BMI)。傅里叶红外光谱仪（FTIR）和X射线光电子能谱(XPS)表明P（S-BMI)为交联结构，其含硫量在 25%～40% （质量分数）；力学性能研究表明P（S-BMI)最大拉伸应力可达 36.5MPa ，且材料可反复加工成型;此外，P(S-BMI)在燃烧过程中形成了气相隔绝和自由基猝灭的协同阻燃效果，可有效抑制 CO、CO₂ 气体和烟雾的产生，并且材料的UL-94测试可达V-0级。研究直接以 S₈ 为硫源，在室温条件下一步法制备了具有本征阻燃性能的聚合物材料，为 S₈ 的开发利用和阻燃聚合物的制备提供了新的化学思路。
材料科学与工程 | CuO/TiO/ZSM-5复合材料的制备及其光催化/抗菌性能

材料科学与工程 | CuO/TiO/ZSM-5复合材料的制备及其光催化/抗菌性能

摘要：为提升 TiO₂/ZSM-5 的可见光光催化和抗菌性能，以 Cu(NO₃)₂?Ti(SO₄)₂ 和ZSM-5为原料，采用浸渍-煅烧法制备了具有可见光光催化/抗菌功能的 CuO/TiO₂/ZSM-5 复合材料。采用 ΔX 射线衍射分析仪（XRD） ?X 射线光电子能谱仪（XPS）、气体吸附仪、扫描电子显微镜-能谱仪（SEM-EDS）、紫外-可见光漫反射光谱仪（UV-VisDRS） ??X 射线荧光光谱仪（PL）、电子顺磁共振波谱仪（EPR)和电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP)等对材料的组成结构进行表征，采用甲基橙溶液评价材料的光催化性能，采用大肠杆菌和金黄色葡萄球菌评价材料的抗菌性能。结果表明：浸渍-煅烧法可成功制得大比表面积和孔体积的 CuO/TiO₂/ZSM-5 复合材料。 CuO/TiO₂ 摩尔比为 0.5% 时，所得 0.5CuO/TiO₂/ZSM-5 材料具有相对较低的电子-空穴对复合几率、较宽的光响应范围、较高的· O₂' 和·OH等活性物种产生量,表现出优异的光催化和抗菌性能，其在氙灯光照 150min 后，对甲基橙的去除率可达 95% ，在避光条件和光照 5min 后，对大肠杆菌的抗菌率达 75.2% 和83.3% ,对金黄色葡萄球菌的抗菌率达 97.6% 和 98.5% 。
环境化工 | 电化学氧化法去除废水中有机氮：反应条件和过程优化

环境化工 | 电化学氧化法去除废水中有机氮：反应条件和过程优化

摘要：为了减少工业生产排放的有机污染物 N,N. -二甲基甲酰胺(DMF)对环境的污染，采用电化学氧化法对DMF进行降解，通过单因素实验探究4个独立因素（电流密度、极板间距、pH和初始氯离子浓度)对DMF降解的影响。得到的最佳实验条件：电流密度为 40mA?cm^-2 pH 为6、极板间距为 2cm 、初始氯离子质量浓度为 2.34g?L^-1 。使用流动电解法对装置进行了优化改良，探究了多种参数变化对DMF去除率的具体影响。结果表明,随着流动循环次数的增加,反应速率得到了明显提升，当循环次数达到30次时,DMF的去除效率最终达到了 93.68% 。
环境化工 | 染料木素基环交联聚磷腈合成及染料吸附性能

环境化工 | 染料木素基环交联聚磷腈合成及染料吸附性能

摘要：为了开发新型生物基聚磷腈吸附材料，以六氯环三磷腈（HCCP）、染料木素（GEN) ?⁴,4^′ -二羟基二苯二硫醚（HPS)为原料，采用超声辅助一步沉淀聚合法合成了环交联聚磷晴（HGES）。红外光谱（FTIR）、X射线衍射（XRD）证明HCCP中的—CI基团与GEN、HPS中的—OH基团发生亲核取代反应,形成无定型HGES。扫描电子显微镜(SEM)表明HGES为平均粒径约为 254nm 的球形颗粒；动态光散射(DLS)测试表明其表面平均 Zeta 电位为 -286mV 。研究结果表明，HGES可有效吸附水中阳离子染料，对亚甲基蓝（MB)的去除率在 30min 内达到 100% ，吸附动力学符合准二级模型，吸附等温线符合D-R模型，饱和吸附量为52.64 mg·g-1。
环境化工 | 基于新型微流控芯片的有机胺化学发光检测技术

环境化工 | 基于新型微流控芯片的有机胺化学发光检测技术

摘，要：近年来，工业废水和生活污水排放中有机胺含量普遍超标，不仅加剧了水体污染，而且对人类健康产生严重影响。在现有研究中,针对常见的有机胺测定方法存在试剂消耗量大、检测步骤繁琐和成本高等问题,文中提出一种基于新型微流控芯片的有机胺化学发光检测技术，设计了复合结构的芯片微管道，并从机理分析、芯片研制、系统设计、实验验证多个维度进行设计研究。实验表明，通过60s测试，输出电压维持在 173mV ，误差范围小于 2.4mV ，验证了检测系统可行性。有机胺化学发光检测技术研究为水环境检测提供了技术支撑，具有一定的推广价值。

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