2023年, 第43卷, 第1期　刊出日期：2023-01-20

  

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专论与评述
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  “双碳”形势下能源化工企业绿色低碳转型进展

  杨友麒

  现代化工. 2023, 43(1): 1-12. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2023.01.001

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  综合评述了世界能源化工企业应对碳达峰碳中和、做低碳绿色转型的进展,我国碳达峰、碳中和任务极为紧迫和艰巨。指出能源结构转型是"双碳"达标的核心任务。分六大方面阐述了能源化工行业绿色低碳转型正在进行的工作:世界能源化工公司主业转型分成两大阵营;大力发展新能源产业;政府从源头控制"两高"能源化工企业发展;传统石油化工企业的节能减排和绿色化;碳回收利用和封存(CCUS);化工基地和园区的减碳举措。
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  世界肥料产业发展趋势及展望

  江敬安, 陈丽, 沈兵, 张卫峰

  现代化工. 2023, 43(1): 13-20. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2023.01.002

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  分析了1961—2019年世界肥料产业的发展历程,发现肥料生产及消费数量仍处于上升阶段,但速度有所放缓。发展中国家在肥料产业中占据的地位越来越高,肥料生产、消费区域发生了较大转移,尤其是氮肥、磷肥逐渐转向资源丰富以及需求量大的区域,钾肥生产区域布局并无太大变化。从肥料产品结构变化来看,不同国家差异显著,发展中国家逐渐由单质肥料向多元复合肥料的方向发展,而发达国家发展趋势相反。从未来发展趋势来看,肥料需求仍将上升,但受资源和能源形势、环保政策以及国际贸易形势影响,生产布局会进一步调整。
技术进展
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  碳材料的功能化策略及在石化污染场地修复中的应用

  桑军强, 高雨函, 任黎明, 秦冰, 孟凡宾, 王宇轩

  现代化工. 2023, 43(1): 21-25. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2023.01.003

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  以功能化碳材料为研究对象,梳理了4种碳材料功能化策略(包括多维度功能化碳材料、掺杂型功能化碳材料、复合型功能化碳材料以及掺杂-复合型功能化碳材料)的研究现状。介绍了功能化碳材料在地下水修复领域的应用挑战及案例,并对功能化碳材料在石化污染场地地下水修复中的应用前景与未来发展方向进行了展望。掺杂-复合型功能化碳材料在构筑原位反应带修复石化污染地下水的应用中具有广阔的应用前景,对实现石化场地污染地下水的有效修复具有重要的理论价值和指导意义。
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  绿色修复剂对土壤重金属修复研究进展

  王雷, 李箫宁, 余波, 严寒, 潘远凤

  现代化工. 2023, 43(1): 26-30,36. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2023.01.004

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  综述了土壤重金属的来源、危害以及纤维素、活性炭、黏土类矿物重金属钝化材料的研究进展。探讨了不同改性方法对土壤修复剂的重金属钝化性能的影响,并阐述了土壤重金属的相关修复机理。最后对绿色土壤重金属修复剂目前所面临的问题和未来研究方向进行了展望。
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  抗生素菌渣无害化处理技术综合探究

  陈丙彤, 关海滨, 张越, 刘素香, 赵保峰, 朱地

  现代化工. 2023, 43(1): 31-36. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2023.01.005

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  详细阐述了焚烧、热解、酸/碱解处理、电离辐射、堆肥化、厌氧消化、水热处理等技术无害化处置抗生素菌渣的现状,重点分析了其处理效果及优缺点,为抗生素菌渣无害化资源化利用、制药行业绿色健康发展提供借鉴。
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  三维生物电化学法提高污染物去除效能的研究进展

  连将儒, 马伟芳, 马政, 赵临轩

  现代化工. 2023, 43(1): 37-41,46. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2023.01.006

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  通过对三维生物膜电化学系统的特性进行剖析,总结出该系统具有提高氧化功能的羟基自由基水平、加速电子传递效能、增加降解功能微生物群落富集和活性的能力。通过剖析该系统对污染物高效去除的机理,从反应器构建的工艺参数(电极材料、反应器结构以及电极形状)方面提出了优化方案,对比了系统运行条件对污染物去除性能的影响,并评价其经济性能,最后提出了三维生物膜电化学法未来的发展方向。
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  天然进料下反电渗析法中污染物的研究进展

  熊启阳, 李永光, 朱泊旭, 林玉杰, 马昕霞

  现代化工. 2023, 43(1): 42-46. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2023.01.007

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  综述了近年来使用天然进料用于反电渗析法的研究进展。对进料中的污染物种类及其对发电效率的影响进行了详细阐述,介绍了污染物监测的工具,重点强调了污染物的处理方法,提出了完整的防污策略,并展望了反电渗析法的发展前景。
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  氧化石墨烯基材料在放射性废水处理中的应用

  鲍萍, 王晓伟, 门金凤, 黄海

  现代化工. 2023, 43(1): 47-50,56. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2023.01.008

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  综述了国内外利用氧化石墨烯基复合材料处理放射性废水的研究进展,重点介绍了氧化石墨烯的特性、对核素离子的吸附性能及改性方式,并对该类材料应用于工程实际亟待解决的问题进行了剖析,为后续开展相关研究工作提供技术参考。
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  工业乳化废液破乳剂研究趋势与进展

  崔涛, 王天宇, 赵赫

  现代化工. 2023, 43(1): 51-56. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2023.01.009

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  针对工业中乳化废液的破乳除油需求与难题,首先分析了各类工业乳化废液的水质情况,然后探讨了近年来主流化学破乳剂的破乳机理,并讨论了机理间的协同作用。对近年来关注度较高的聚醚类破乳剂、星型/超支化破乳剂、天然破乳剂及其改性破乳剂和磁性纳米颗粒破乳剂的结构和性能特点进行了综述,并对不同类型的破乳剂的优缺点进行评价与总结。在此基础上,提出了各类破乳剂在研究及应用过程中存在的某些共性问题,如不具有普遍适用性、缺乏对实际乳化废液使用情况的精确分析测试、在研发与应用方面存在局限性。因此,为了提高破乳效能,除了研究破乳剂本身以外,更要针对各领域的实际乳化废液进行破乳分析测试,以获得效率更高、普适性更强的高效破乳剂。
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  聚乳酸物理化学改性研究最新进展

  王达, 任永琳, 刘合, 周福建, 冯浦涌, 杨国威

  现代化工. 2023, 43(1): 57-61. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2023.01.010

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  综述了近年来聚乳酸(PLA)材料物理、化学改性进展。物理改性包括共混改性、增塑改性以及复合改性等;化学改性包括共聚改性和交联改性。并对后续改性研究的发展方向进行了展望。
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  改善PEC用α-Fe₂O₃光阳极性能的策略

  李春雷, 王思琪, 金兴智, 邵怡亮, 郑毅

  现代化工. 2023, 43(1): 62-66. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2023.01.011

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  通过光电化学(PEC)电池将太阳能收集和储存为氢燃料,为未来的能源需求提供了一条清洁和可再生的途径。在多种常用材料中赤铁矿(α-Fe₂O₃)由于其来源丰富、价格低廉、优异的光稳定性等特点,近几十年来一直是研究热点。对PEC水分解用赤铁矿光阳极的最新进展进行了综述。首先,介绍了掺杂手段提高赤铁矿体相电导率。其次,介绍了负载助催化剂和沉积表面钝化层改善赤铁矿表面反应的有效途径。以及引入中间层促进界面传输3个方面进行了综述。展望了PEC水分解用赤铁矿光电极的发展前景和面临的主要挑战。
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  环保酵素应用的研究进展

  程晓娇, 刘玉香, 张松涛

  现代化工. 2023, 43(1): 67-70,76. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2023.01.012

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  综述了国内外环保酵素的研究进展,从环保酵素呈弱酸性且含有蛋白酶、淀粉酶和脂肪酶等多种水解酶类的特点出发,阐述了其在农业方面对病虫害的防治效果,在污水和污泥处理等方面对有机污染物的去除效果以及在土壤中对各类污染土壤的改良效果,期望能对今后环保酵素的开发研究提供参考。
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  单价选择性阴离子交换膜的改性研究进展

  韩非, 夏宏志, 宋伟杰

  现代化工. 2023, 43(1): 71-76. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2023.01.013

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  详细介绍了表面改性法和膜基体改性法的原理、特点及其改性效果,总结了近3年来单价选择性阴离子交换改性的研究进展并对不同改性方法进行了评价。结果表明,膜改性是一种提高单价选择性阴离子交换膜的渗透选择性、离子通量和抗污染性能的有效方法。最后分析了限制单价选择性阴离子交换膜量产的因素,并展望了单价选择性阴离子交换膜可能的量产方向。
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  生物复合材料中植物纤维改性研究进展

  张友源, 金少瑾, 徐翠翠, 周凯, 卢卫红

  现代化工. 2023, 43(1): 77-81. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2023.01.014

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  总结了植物纤维化学改性的方法,以及纤维改性方法引起的纤维和复合材料力学性能的变化,为后续植物纤维改性提供基础和思路。
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  合成气制低碳醇二硫化钼基催化剂发展现状与进展

  王令营, 杨康, 黄超, 张君涛, 田原宇

  现代化工. 2023, 43(1): 82-86. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2023.01.015

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  针对合成气一步法制低碳醇过程,从催化剂制备方法、反应条件、活性组分、表面反应机理等方面综述了二硫化钼基催化剂的研究进展,并对该领域今后的研究方向进行了展望。
科研与开发
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  磺酸类离子液体催化合成对叔丁基苯甲酸甲酯的研究

  吴芹, 程亚冉, 宋淑芬, 黎汉生, 史大昕, 张耀远, 赵芸, 矫庆泽

  现代化工. 2023, 43(1): 87-91,97. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2023.01.016

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  在催化合成对叔丁基苯甲酸甲酯(MPTBBA)的反应中,催化剂对设备造成损坏同时难以分离的问题会对后续处理造成一定的压力。以磺酸类离子液体为催化剂并表征了其酸性,在不同催化剂结构、反应温度以及催化剂用量和原料摩尔比的条件下研究了催化反应性能。结果表明,以催化活性较高的离子液体吡啶1,4-丁烷磺内酯硫酸氢盐为催化剂,在反应温度为140℃、n(甲醇)∶n(对叔丁基苯甲酸(PTBBA))∶n(离子液体)为1 000∶100∶1的条件下反应2.5 h,PTBBA的转化效率可达到90%。磺酸类离子液体酸性表征结果表明,催化活性与其酸量有关,酸量越高磺酸类离子液体的催化活性越高。
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  Z型异质结Fe₃O₄@MoS₂@SDS光催化降解抗生素的研究

  杨馨, 李欣昊, 王宏归

  现代化工. 2023, 43(1): 92-97. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2023.01.017

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  通过超声的方法将十二烷基硫酸钠(SDS)修饰至Fe₃O₄@MoS₂表面,得到Z型异质结Fe₃O₄@MoS₂@SDS光催化剂,考察了Fe₃O₄@MoS₂@SDS光催化降解四环素(TC)的降解率。结果表明,在光照2 h后,Fe₃O₄@MoS₂@SDS对TC的去除率达到89.7%,远高于Fe₃O₄@MoS₂(57.6%)、MoS₂(43.4%)、Fe₃O₄(26.7%);Fe₃O₄@MoS₂@SDS对TC的光降解过程符合一级动力学。在TC的光降解过程中h⁺、·O₂^-、·OH活性自由基均发挥了作用,且h⁺、·O₂^-在降解TC时起主要作用。Fe₃O₄@MoS₂@SDS属于Z型异质结,该结构有效加速了光生电子和h⁺的转移和分离效率。
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  不同助剂对Ru/CeO₂-NR的氨合成性能研究

  张江涛, 王鹏, 王爽

  现代化工. 2023, 43(1): 98-103,109. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2023.01.018

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  以2.5% Ru/CeO₂-NR为母体,通过浸渍法制备不同助剂负载的钌基催化剂X-2.5% Ru/CeO₂-NR(X分别为4% K、4% Ba、4% Cs、2% K 2% Ba、2% K 2% Cs、2% Ba 2% Cs),并在温和条件下对其进行了氨合成性能测试。结果表明,不同的助剂组成对催化剂的促进作用大小顺序为:电子(4% Cs)≥电子+结构(2% Ba 2% Cs)>电子+电子(2% K 2% Cs)>结构(4% Ba);其中,4% Cs-2.5% Ru/CeO₂-NR展示了最佳的氨合成性能,在1 MPa、400℃、H₂/N₂体积比为1的条件下氨产率可达16 500 μmol/(g·h),该产率与1 MPa、450℃、H₂/N₂体积比为3条件下的氨产率相当。测试结果表明,适宜的反应参数、Ru⁰质量分数及Ce³⁺/Ce⁴⁺比是钌基氨合成催化剂具有较高催化性能的关键。
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  电沉积耦合高温煅烧法合成高效氮还原阴极Co₃O₄/Cu的研究

  李德慧, 付程, 王婵, 宋启军

  现代化工. 2023, 43(1): 104-109. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2023.01.019

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  通过电沉积法和高温煅烧法相结合制备了Co₃O₄/Cu电极,优化了电极制备条件(电沉积时间、煅烧温度),并利用EDS、SEM和XRD对其进行表征。考察了NO₃^--N初始质量浓度、溶液初始pH、电流密度和Cl^-质量浓度对硝酸根还原的影响。结果表明,电沉积10 min并在500℃下煅烧的Co₃O₄电极具有较大的比表面积、良好的结晶度和高催化活性。在NO₃^--N质量浓度为50 mg/L、Cl^-质量浓度为500 mg/L、电流密度为10 mA/cm²、溶液初始pH=7的条件下电解60 min,NO₃^--N还原率、NH₄⁺-N生成率和总氮(TN)去除率分别为87.6%、34.7%和52.8%。
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  工业循环水电解处理抑制微生物腐蚀研究

  赵世鑫, 黄亚鹏, 刘锦程, 邓海涛, 刘贵昌, 王华

  现代化工. 2023, 43(1): 110-115. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2023.01.020

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  选取工业循环水中3种典型的细菌作为研究对象,系统研究了电解在高效除垢的同时所附带的杀菌效果及对微生物腐蚀的影响。结果表明,电解可有效抑制微生物腐蚀进程。经电解后,异养菌、硫酸盐还原菌和铁细菌的数量分别由5.4×10⁵ CFU/mL、170个/mL和400个/mL降至4.3×10⁴ CFU/mL、50个/mL和95个/mL。腐蚀挂片实验中,3种细菌的增殖速度大幅减慢,挂片上的生物黏泥湿重量由0.117 g/cm²降至0.038 g/cm²,黏泥中胞外聚合物湿重量由1 245.52 μg/cm²降至457.84 μg/cm²,碳钢挂片的腐蚀速率由0.613 mm/a降至0.325 mm/a。
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  改性TiO₂及其纳米流体的核沸腾传热特性

  张泽玉, 郎中敏, 吴刚强, 高向阳, 康英杰

  现代化工. 2023, 43(1): 116-121. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2023.01.021

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  采用全氟癸基三甲氧基硅烷对纳米TiO₂进行改性,有效改善了纳米粒子的团聚性能。利用两步法分别制备相同浓度范围的改性前/后TiO₂纳米流体,考察了2组纳米流体的热导率、静态接触角对核沸腾传热特性的影响。结果表明,在质量分数为0.05%时,未改性纳米流体沸腾传热系数较去离子水最大提高16.3%,改性纳米流体传热系数可提高28.57%,且改性纳米流体临界热通量较未改性纳米流体降低11.68%。热导率和接触角是影响不同润湿性纳米流体具有不同沸腾传热特性的主要因素,润湿性较差纳米流体易提前起沸和形成核化点,但随热通量的增加会造成气泡合并、恶化传热。
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  Co改性的Ti/IrO₂-Co₃O₄-SnO₂-Sb₂O₅析氧涂层电极性能研究

  吴飞, 孙文, 刘贵昌, 王立达

  现代化工. 2023, 43(1): 122-127. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2023.01.022

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  为提升析氧电极催化性能及使用寿命,通过热解法制备了Co改性的Ti/IrO₂-Co₃O₄-SnO₂-Sb₂O₅四元氧化物电极。采用极化曲线(LSV)、循环伏安曲线(CV)、交流阻抗图谱(EIS)及加速寿命实验研究了电极在硫酸溶液中的析氧催化活性及稳定性。结果表明,随着Co摩尔分数的增大,涂层表面的粗糙度先降低后升高,而电极的析氧活性及加速寿命均先升高后降低;当Co摩尔分数为50%时电极催化活性最佳,而当Co摩尔分数为30%时电极寿命最长,与Ti/IrO₂-SnO₂-Sb₂O₅电极相比寿命提高了约76.7%。电化学测试结果表明,Co改性电极催化活性的提高得益于反应控速步骤的改变、涂层表面反应位点数量的增大及电化学反应阻抗的降低。
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  水力空化强化稠油加碱乳化降黏的研究

  秦宗禹, 董波, 金昺曦, 王逸伟, 徐振, 郭绪强, 刘爱贤

  现代化工. 2023, 43(1): 128-133. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2023.01.023

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  利用碳酸钠(Na₂CO₃)乳化稠油,采用机械搅拌法探究稠油质量分数、Na₂CO₃质量分数、乳化温度和搅拌速率对水包油(O/W)型乳状液的影响;利用水力空化技术强化制备乳状液,探究Na₂CO₃质量分数、空化入口压力、空化次数对乳状液的影响。基于机械搅拌法确定最优实验条件为:稠油质量分数为70%、Na₂CO₃质量分数为2 000 μg/g、乳化温度为30℃、搅拌速率为1 000 r/min。水力空化技术制备乳状液的实验结果表明,随着Na₂CO₃质量分数的增加,乳状液表观黏度升高、分水率降低。空化入口压力为0.3~0.7 MPa时,随着空化次数的增加,乳状液的表观黏度升高,分水率降低;入口压力为0.9 MPa时呈相反规律。结果表明,与机械搅拌法相比,水力空化所制备乳状液油滴粒径小且分布均匀,在大规模制备稠油O/W型乳状液领域有很大的应用潜力。
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  一步合成K、Cl共掺富锂锰基正极材料Li_1.2Ni_0.32Co_0.04Mn_0.44O₂及其性能研究

  李冰晶, 朱华丽, 林锋, 陈召勇

  现代化工. 2023, 43(1): 134-140. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2023.01.024

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  以氢氧化物前驱体Ni_0.32Co_0.04Mn_0.44(OH)₂和LiOH·H₂O为原料,采用煅烧技术制备了单晶二次球形富锂锰基正极材料Li_1.2Ni_0.32Co_0.04Mn_0.44O₂;以KCl为烧结助剂和掺杂物,制备了不同KCl摩尔分数的富锂锰基正极材料Li_1.2-xK_<em>xNi_0.32Co_0.04Mn_0.44O_2-xCl_<em>x(x分别为0.01、0.02、0.03、0.04)。利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱技术(XPS)、选择区域电子衍射(SEAD)、充放电测试、CV测试和EIS测试对材料结构和电化学性能进行表征,探究了不同氯化钾掺杂量对材料电化学性能的影响。结果表明,熔融的KCl不但促进了一次颗粒之间的分散,而且将钾离子与氯离子同时引入晶格,其中Li_1.17K_0.03Ni_0.32Co_0.04Mn_0.44O_1.97Cl_0.03材料的电化学性能较好。适量的KCl掺杂可以提高Li_1.2Ni_0.32Co_0.04Mn_0.44O₂材料的倍率性能、循环性能等电化学性能。
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  造纸黑液对苇秆水热碳化的影响

  陈祥, 吴宇阳, 程陈, 陈政权, 董向元, 郭淑青

  现代化工. 2023, 43(1): 141-144. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2023.01.025

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  以芦苇秆为物料并对比纯水环境,考察了造纸黑液和芦苇秆质量比(液固比)对生物质水热碳化过程的影响。结果表明,随着液固比增加,水热焦产率从42.20%下降至31.87%,均低于纯水中相应水热焦产率;碳质量分数为67.01%~69.04%,稍高于纯水环境中对应参数。两种环境下,水热焦H/C和O/C原子质量比均进入褐煤区域。造纸黑液促进了芦苇秆中有机物的溶解,液固比增加至10以后,水热焦高位热值最高为28.06 MJ/kg,能量密度约为1.7,燃料比大于1,液体产物pH约为4。
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  Ti/IrO₂-RuO₂-SnO₂阳极的制备与性能研究

  庄晓东, 田林, 林琳, 杨妮, 李小英, 谢刚

  现代化工. 2023, 43(1): 145-149. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2023.01.026

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  采用热分解法制备了Ti/IrO₂-RuO₂-SnO₂阳极,并利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)对Ti/IrO₂-RuO₂-SnO₂阳极涂层进行分析;在硫酸溶液中对Ti/IrO₂-RuO₂-SnO₂阳极性能进行循环伏安曲线(CV)、极化曲线(LSV)、电化学阻抗谱(EIS)测试。结果表明,添加Sn可细化涂层晶粒和改变涂层形貌,与Ti/IrO₂-RuO₂阳极相比,Ti/IrO₂-RuO₂-SnO₂阳极析氧电位更低、电催化活性更好。Sn质量为涂层氧化物总质量3%时所得Ti/IrO₂-RuO₂-SnO₂阳极综合性能最好,此时,阳极析氧电位为0.802 V(Vs.MSE),伏安电荷q=286.01 mC/cm,具有很好的析氧催化活性。
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  阴极材质对电活化过硫酸盐降解盐酸四环素的影响

  张晓栋, 张峰, 王东升, 李红艳, 崔佳丽, 崔建国

  现代化工. 2023, 43(1): 150-156,162. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2023.01.027

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  通过分槽实验研究了石墨、铜(Cu)和泡沫镍(NF)3种不同阴极电活化过硫酸盐(PDS)降解盐酸四环素(Tetracycline Hydrochloride,TCH),考察了操作条件对降解TCH的影响,并通过自由基猝灭实验、电化学行为等表征手段分析了降解TCH机理。结果表明,PDS在阴极表面活化后产生的活性物质显著提高了TCH的降解效率,且TCH降解结果符合伪二阶动力学反应。阴极电活化体系中,PDS主要通过在电极表面获得电子完成活化;溶液体系内的主要活性物质为·SO₄^-和·OH,其中·OH占主导地位。在电流密度为20 mA/cm²、PDS浓度为5 mmol/L、初始pH=7的条件下反应120 min,石墨阴极电活化体系中获得了56.7%的TCH降解率和14.2%的矿化率,表现优于Cu和NF阴极。材料的反应电荷转移能力不同是造成3种阴极电活化降解TCH存在差异的主因。
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  铁氮改性纳米金刚石的制备及其电化学性能研究

  徐子涵, 王娟

  现代化工. 2023, 43(1): 157-162. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2023.01.028

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  利用爆轰纳米金刚石(ND)导热性极强的特点,将尺寸较小的反应物前驱体分布在ND表面后产生需要的金属盐再进行氮掺杂,成功制备出高效氧还原反应催化剂Fe-NND并应用于锌-空电池。结果表明,其ORR反应过程电子转移数为3.91,起始电位为0.903 6 V,电流密度高达5.225 mA/cm²,且经过6 000圈CV循环其半波电位仅下降26 mV。在锌-空电池上的峰值功率密度为91.81 mW/cm²,比容量高达847 mA·h/g。
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  柚子皮生物炭负载Mg/Al-LDH对废水中U(Ⅵ)的吸附性能研究

  王灵智, 谢水波, 魏柏, 王晨旭, 郭宇, 刘迎九, 李绪忠

  现代化工. 2023, 43(1): 163-168. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2023.01.029

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  采用液相共沉淀法制备了柚子皮生物炭负载镁铝层状双氢氧化物复合材料BC@Mg/Al-LDH,并将其用于废水中 U(Ⅵ)的去除。探究了pH、温度、吸附时间、初始质量浓度、干扰离子对BC@Mg/Al-LDH吸附U(Ⅵ)的影响。结果表明,在 U(Ⅵ)初始质量浓度为10 mg/L、pH=5、温度为303 K、吸附时间为5 min时,BC@Mg/Al-LDH对U(Ⅵ)的吸附量达到96 mg/g。吸附过程符合准二级动力学模型和Freundlich等温模型。FT-IR和XPS分析发现主要吸附机理为表面羟基络合和层间碳酸盐共沉淀。干扰离子试验表明,Ca²⁺、Fe³⁺、Mg²⁺、Cu²⁺等对吸附效果无影响。BC@Mg/Al-LDH经5次再生循环利用后吸附率仍可接近80%。
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  荧光聚丙烯酰胺纳米微球的制备与性能研究

  米楚, 赖小娟, 冯小龙, 王丽敏, 汤智强, 柳小虎

  现代化工. 2023, 43(1): 169-174. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2023.01.030

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  为考察微球在油藏中的分布规律,以烯丙基荧光素(Flu)为荧光单体、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)为耐温耐盐单体,通过反相微乳液聚合法与丙烯酰胺(AM)发生共聚反应合成一种油田用聚丙烯酰胺荧光纳米微球p(AM-AMPS-Flu)。利用红外光谱、电镜测试和激光粒度仪、荧光分光光度计对荧光微球的微观结构与荧光特性进行表征,同时采用岩心驱替实验装置对荧光微球的封堵效果进行评价。结果表明,该荧光微球质量浓度和相对荧光强度间呈正向线性关系。同时该荧光微球在不同停留时间、温度、pH、金属盐离子及油田化学剂下均具备稳固的荧光特性,表现出良好的耐温、耐盐、耐酸碱性和优异的配伍性。该荧光微球与普通聚丙烯酰胺微球相比具有良好的注入性和封堵能力,注入量为0.5%时封堵率可达88.67%。
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  气-固催化氧化制备2-萘甲醛的工艺条件及反应动力学研究

  刘梦豪, 于毅, 杨幸川, 徐丽, 刘国际, 姚怀伟

  现代化工. 2023, 43(1): 175-180,184. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2023.01.031

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  为了提高气-固相催化氧化2-甲基萘反应中目标产物2-萘甲醛的收率,确定了反应的最佳工艺条件并研究了其反应动力学。结果表明,对于优选的掺杂1%镓的钒钛基(1GVT)催化剂,在反应温度为380℃、空速为13 000 h^-1、进料流量为4.75×10^-4 mol/h的最佳工艺条件下,2-萘甲醛收率为35.08%,且催化剂活性在连续反应180 h后仍然保持稳定。
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  菌丝球模板法制备二氧化钛中空纤维及其光催化性能研究

  高峰, 程志强, 于晓斌

  现代化工. 2023, 43(1): 181-184. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2023.01.032

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  以菌丝球为模板制备了二氧化钛中空纤维,得到的样品复制了菌丝球模板的外观和内部结构。所得的TiO₂颗粒平均直径为2~3 mm,内部中空纤维直径约为600~900 nm。通过TGA、SEM、EDX、XRD等对样品进行表征,并通过紫外光下罗丹明B的降解来评估不同煅烧温度下样品的光催化性能。结果表明,煅烧温度为600℃的样品可获得最佳的光催化性能,在 120 min 内10 mg/L罗丹明B的降解率可达99.5%。
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  空壳型ZSM-5分子筛用于苯-乙醇烷基化制乙苯的研究

  张雅飞, 朱鹏, 张雄福, 张媛, 夏飞, 张伟

  现代化工. 2023, 43(1): 185-191,197. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2023.01.033

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  选用空壳型ZSM-5分子筛为母体催化剂,利用固定床反应器考察了煤基乙醇与苯烷基化制备乙苯反应条件对催化性能的影响,并在优化条件下评价空壳型HZSM-5母体催化剂的反应稳定性;研究了水热处理与P或Zn单组分对母体ZSM-5联合改性所得催化剂的烷基化催化性能。结果表明,空壳型HZSM-5母体催化剂用于苯与乙醇烷基化反应,连续反应100 h性能基本没有变化,苯转化率保持在13.4%左右、乙基选择性为97.8%,而二甲苯相对质量分数保持在3 400 μg/g。经过单组分改性与水热处理联合改性的空壳型HZSM-5分子筛,可以进一步提高乙基选择性和降低二甲苯杂质质量分数,在苯/乙醇摩尔比为6、反应温度为340℃和空速为6 h^-1的优化条件下,苯转化率大于10%,乙基选择性大于99%,二甲苯相对质量分数低于700 μg/g,具有很好的应用开发潜力。
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  地沟油对页岩油碱性氮化物的抑制性研究

  安浩, 石剑, 王车礼

  现代化工. 2023, 43(1): 192-197. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2023.01.034

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  为了提高地沟油的有效再生利用率,同时抑制页岩油中碱性氮化物在加工过程中对催化剂的毒害作用,采用向页岩油中添加地沟油的方法,使得碱性氮化物与地沟油中的高级脂肪酸结合形成中性络合物。通过正交实验考察了地沟油质量分数、反应温度和反应时间等因素对碱性氮化物抑制率和转化率的影响,并采用电子顺磁共振(EPR)技术对结果进行验证。结果表明,当地沟油质量分数为40%、反应温度为80℃、反应时间为20 min时,抑制率及转化率达到最高,分别为74.06%、56.77%。添加地沟油能够有效降低页岩油中的氮自由基含量,对碱性氮化物具有较好的抑制作用,同时为地沟油制备液体燃料提供了新的方法。
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  输送带用聚氨酯(脲)修补胶的制备与性能研究

  谢一泽, 吴小龙, 姜志国, 张均

  现代化工. 2023, 43(1): 198-200,207. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2023.01.035

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  以二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)与聚四氢呋喃二醇(PTMG)的预聚物为A组分,PTMG、聚醚多元醇(330N)、端氨基聚醚(D2000)和二乙基甲苯二胺(DETDA)的混合物为B组分,制备了双组分聚氨酯(脲)修补胶。考察了异氰酸酯指数(R值)对凝胶时间、表干时间、力学性能、耐磨性能、耐水性能和耐热性能的影响。结果表明,随着R值的增大,修补胶凝胶时间和表干时间逐渐缩短,磨耗体积逐渐减小,拉伸强度、撕裂强度、剪切强度和起始热分解温度(T_i)先增加后减小;当R值为1.15时,修补胶综合性能最佳,此时拉伸强度为16.7 MPa,撕裂强度为57.1 kN/m,剪切强度为2.77 MPa,T_i为267℃。
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  多孔碳纳米管负载Fe₃C纳米颗粒的电催化性能研究

  谢炫豪, 朱夕夕, 蔡丰浚, 张强, 李佳忆, 刘雪莹, 曾妮, 张传玲

  现代化工. 2023, 43(1): 201-207. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2023.01.036

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  通过静电纺丝技术和后煅烧法成功制备了一种Fe₃C纳米颗粒嵌入的N掺杂多孔碳纳米管材料(Fe₃C-NCNT)。利用SEM、TEM、XRD、Raman、XPS等对催化剂进行表征,同时对所制备的Fe₃C-NCNT纳米管在电催化氧还原反应时表现出的电催化活性和循环稳定性进行测试。结果表明,Fe₃C@NCNT表现出优异的电催化ORR性能,为制备高效非贵金属电催化剂提供了一种简便有效的通用方法。
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  Co/Sb修饰分子筛粒子电极用于电催化降解实验研究

  于攀, 余健, 谢建军

  现代化工. 2023, 43(1): 208-214. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2023.01.037

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  为提高分子筛作为粒子电极的电催化降解效率,通过浸渍法将Co/Sb负载于MCM-41上制备粒子电极降解卡马西平(CBZ)。考察了初始pH、电压、电解质浓度等因素对CBZ降解率的影响,并对羟基自由基进行检测,分析了CBZ可能的降解路径。结果表明,当钴和锑体积比为2∶1时制得的粒子电极电催化效果最优,在初始pH为3、电压为8 V、电解质浓度为 0.1 mol/L、粒子质量浓度为0.2 g/L时,初始浓度为20 μmol/L的CBZ在120 min内降解率能达到100%,与二维电极相比其降解效率提高大约23%。CBZ的三维电催化降解反应符合拟一级动力学模型。
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  成核剂对蓄冷材料CaCl₂溶液过冷度的影响

  闫嘉森, 韩现英, 李建刚, 党兆涵, 何向明

  现代化工. 2023, 43(1): 215-218. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2023.01.038

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  以氯化锶、硝酸锶、硝酸铜、硝酸锂、硝酸钴和硝酸铝为成核剂,研究了几种成核剂分别对30%氯化钙溶液过冷度的影响。结果表明,分别添加适量硝酸铜、硝酸锂、硝酸钴、硝酸铝虽能降低30%氯化钙溶液的过冷度,但会降低其相变潜热;而添加1.5% Sr(NO₃)₂或1.0% SrCl₂·6H₂O成核剂,既能有效地去除30%氯化钙溶液的过冷度,又对其相变潜热基本无影响,是较理想的成核剂。考虑到硝酸盐是无机盐材料中具有防腐性能且相变潜热值和导热系数较高的材料,故选择1.5% Sr(NO₃)₂作成核剂。
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  氟化硅溶胶和超疏水涂层的制备及性能

  程秋月, 魏铭, 沈建强, 乔星明, 张志浩, 牛红让, 刘传奇

  现代化工. 2023, 43(1): 219-225. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2023.01.039

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  以十三氟辛基三甲氧基硅烷(FAS-13)改性处理甲基三甲氧基硅烷(MTMS)与正硅酸四乙酯(TEOS)制备的二氧化硅溶胶凝胶,得到具有超疏水效果的氟化硅溶胶凝胶。将异丙基三(二辛基焦磷酸酰氧基)钛酸酯(NDZ-201)接枝到干燥处理的氟硅烷粉末上,并作为填料加入环氧树脂(EP),制得一款防腐性强、机械性能优异的超疏水涂料。结果表明,当MTMS与FAS-13体积比为1∶2时,制得的氟化硅溶胶具有一定的"桑葚"结构,粒径在40 nm左右且分散性良好;NDZ-201添加质量为氟硅烷粉末质量的2%且钛氟硅烷粉末质量分数为60%时,涂层机械性能优异且满足超疏水的要求。
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  新型抗温耐盐聚合物降失水剂的制备及性能研究

  刘欢, 曾雪玲, 李文研, 王福国, 张海宁

  现代化工. 2023, 43(1): 226-233. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2023.01.040

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  针对目前降失水剂耐温抗盐能力不足、综合性能差等问题,以改性nano-SiO₂、AMPS、AM、MA和SSS为原料,通过自由基水溶液共聚法制备了一种新型水溶性聚合物基纳米SiO₂复合物P(AAMS)/nano-SiO₂来提高固井水泥浆高温高盐环境下的控失水能力,从而提高固井质量,保障油气资源的高效安全开采。利用红外、核磁等手段表征了P(AAMS)/nano-SiO₂的结构,并对P(AAMS)/nano-SiO₂水泥浆体系的控失水、耐温、抗盐及其他基本施工性能进行评价。结果表明,P(AAMS)/nano-SiO₂可明显提高水泥浆在高温高盐环境下的控失水能力,当P(AAMS)/nano-SiO₂掺量为0.9%时,其水泥浆在120℃下的失水量为44 mL;在含10%~30%NaCl盐水的水泥浆中,P(AAMS)/nano-SiO₂掺量为1.2%时,水泥浆的失水量仍小于50 mL,能满足固井施工要求,对水泥石的力学性能、稠化性能等其他基本工程性能无不利影响。
工业技术
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  一种有效的双隔壁反应蒸馏塔的综合与设计策略

  吴盛荣, 黄克谨, 陈海胜, 苑杨, 钱行

  现代化工. 2023, 43(1): 234-239. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2023.01.041

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  提出了一种反应蒸馏过程强化原理,在反应和分离操作有效耦合的基础上进一步加强分离操作之间的耦合,得到一种有效的双隔壁反应蒸馏塔。该结构可显著提高过程中的能量利用效率。以理想四元反应和碳酸二甲酯与乙醇之间的酯交换反应为例对所提出的结构进行评价分析,结果表明,与常规和单隔壁结构相比,这种双隔壁反应蒸馏结构能有效降低能耗。此外,基于反应系统的性质对节能效果的影响进行了研究,结果表明,该双隔壁反应蒸馏塔适用于难反应与难分离系统,且具有优越稳态性能。
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  顺序式模拟移动床分离低聚木糖多目标优化及其变量调控机制

  李艳, 凌山, 刘聚明, 徐进

  现代化工. 2023, 43(1): 240-245. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2023.01.042

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  在前期分离实验基础上,采用非支配排序遗传算法(non-dominated sorting genetic algorithm Ⅱ,NSGA-Ⅱ)对顺序式模拟移动床(sequential simulated moving bed reactor,SSMB)分离低聚木糖的过程进行了多目标优化,重点研究了SSMB分离过程的最佳操作区间及其变量调控机制,并与传统的模拟移动床进行了对比,在此基础之上提出了一种具有普适性的变量控制策略。以低聚木糖产品收率最大化和水耗最小化为目标,详细分析了SSMB分离过程的最优操作曲线、变量变化趋势、内部浓度曲线和出口处质量流量,提出了一种适用于SSMB的设计优化和变量调控的通用策略,证明了不能用传统的流量比及平衡理论来对SSMB过程进行变量控制,为SSMB在糖类多组分体系、结构复杂的手性药物及生物质体系的应用提供了新思路和新方法。
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  低浊点润滑油异构脱蜡催化剂的开发及工业运行

  王新苗, 谢彬, 杨晓东, 陆雪峰

  现代化工. 2023, 43(1): 246-249. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2023.01.043

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  针对企业采用重质高含蜡原料生产低浊点润滑油基础油的技术需求,采用一维短轴纳米分子筛和分子筛酸性调控技术开发了低浊点润滑油异构脱蜡催化剂。该催化剂具有良好的异构选择性、降凝活性和稳定性。工业应用结果表明,以石蜡基减四线糠醛精制油为原料,可以生产黏度指数大于130、浊点小于-5℃的10cSt Ⅲ类基础油,10cSt基础油收率大于65%,为低浊点重质基础油的生产提供了借鉴。
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  低温下MBR工艺在微污染水体中的强化脱氮研究

  付进南, 任燕飞, 陈春生, 刘纪成

  现代化工. 2023, 43(1): 250-253,258. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2023.01.044

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  研究了MBR工艺在低温下对微污染水体的强化脱氮去除效果。结果表明,低温下MBR工艺的膜通量降低,影响产水量,但对COD的去除率不受影响,达57.9%,出水COD稳定在20 mg/L以下。在长污泥龄条件下,强化了硝化菌的抗冲击负荷能力,对氨氮的去除率高达95.6%,出水氨氮达到0.51±0.06 mg/L。证明了在低温条件下通过调整C/N可以提高系统对TN的去除效果,TN去除率显著上升到(73.1±3.6)%,出水TN可以控制在4.24±2.11 mg/L,可稳定达标排放。
分析测试
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  一种高选择性Al³⁺荧光探针的合成及其性能研究

  李中燕, 刘可翔, 杨芊之, 杨雨馨, 袁霖

  现代化工. 2023, 43(1): 254-258. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2023.01.045

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  以间苯二甲酰肼和2-吡啶甲醛为原料合成了一种新型席夫碱荧光探针L,对其结构进行了 ¹HNMR和 ¹³CNMR表征。光谱分析实验结果显示,探针L对Al³⁺具有高效的选择性识别和抗离子干扰性。Al³⁺浓度在0~12 μmol/L范围内与荧光强度呈现出良好的线性关系,检出限为0.202 μmol/L,远低于我国对饮用水中Al³⁺的限量要求(7.41 μmol/L)。同时,Job曲线证实探针L与Al³⁺以摩尔比1∶1络合,结合常数为7.33×10⁴。以硫酸奎宁为标准参比物质,测得L-Al³⁺配合物在最大荧光激发波长366 nm处的荧光量子产率为5.7%。同时探针L可以对实际水样中的Al³⁺进行检测,表明此探针在检测环境中的Al³⁺方面具有潜在的应用价值。
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  苏丹红Ⅰ在聚瓜氨酸修饰电极上的化学行为及测定

  吕惠萍, 盖文龙, 陈美凤, 朱琪, 马心英

  现代化工. 2023, 43(1): 259-262. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2023.01.046

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  用循环伏安法(cyclic voltammetry,CV)制备了聚瓜氨酸修饰电极(polycitrulline modified glassy carbon electrode,PCit/GCE),并研究了苏丹红Ⅰ在该修饰电极上的电化学行为。结果表明,PCit/GCE对苏丹红Ⅰ具有明显的电催化作用,在电位0.12、0.01 V处苏丹红Ⅰ在PCit/GCE上出现一对明显氧化还原峰。苏丹红Ⅰ浓度在2.0×10^-7~2.0×10^-5 mol/L范围内与氧化峰电流呈正比,相关系数R为0.998 1,检出限为6.0×10^-8 mol/L。该修饰电极具有良好的稳定性和灵敏性,可用于实际样品中苏丹红Ⅰ含量的测定,回收率为97.0%~102.0%。