现代化工

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杨友麒

现代化工. 2024, 44(12): 1-9. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2024.12.001

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从化学工业发展的视角,分3个部分阐述了新质生产力的发展。首先,从新质生产力提出的背景逻辑和其内涵来解读新质生产力,涵盖了新的生产资料、新劳动者、新服务和新生产关系;其次,从化学工业的转型升级、化学工业的数字化和智能化升级以及产业低碳可持续发展等方面,阐述了如何加快化工行业新质生产力的发展;最后,论证了加快化工新质生产力发展面临的两大不容回避的问题,一个是研究方法必须演变,另一个是如何培养发展新质生产力所需要的化工人才。

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电子级可持续航煤生产技术和经济性分析

张轩

现代化工. 2024, 44(12): 10-14. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2024.12.002

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电子级可持续航煤(eSAF)是除传统生物质基可持续航煤(SAF)外,航空业实现碳减排的另一新兴方向,主要以可再生能源电解水所产绿氢为原料,结合可再生的二氧化碳(CO₂),通过费托合成(FT)路径、甲醇路径和直接合成路径,最终生成航煤馏分。从经济性角度看,eSAF的生产成本主要由绿氢成本决定,目前生产成本大致在人民币24元/L左右,高于传统化石航煤和生物航煤。目前eSAF仍面临多重挑战,包括原料可获得性、高生产成本、可持续性和地理空间匹配等问题。尽管短期内eSAF仍面临很多技术和经济上的挑战,但通过政策支持和技术进步可逐步提高其竞争力,实现对传统航煤的替代,为全球航空业实现碳中和目标提供有前景的途径。

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裂解C₅、C₉综合利用发展趋势及建议

宝金昕, 张晓晗, 冀弘毅, 李建国

现代化工. 2024, 44(12): 15-24. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2024.12.003

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随着国内乙烯产能规模快速增长和产业结构不断调整,石脑油裂解制乙烯副产的C₅、C₉资源量也相应大幅增长,2023年国内裂解C₅、C₉产能已分别达到409.4万t/a和316.5万t/a,历史5年年均增长率约为10.9%和8.8%。高速增长的资源量使提升C₅、C₉综合利用价值成为越来越多企业的关注点,下游深加工企业对裂解资源的利用方式由生产传统的资源导向型产品向应用导向型产品转变;上游裂解原料生产企业也开始思考向下游高附加值合成材料领域延伸。

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国土空间规划体系下化工行业总图设计发展趋势

于全, 宋一玲

现代化工. 2024, 44(12): 25-28. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2024.12.004

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总图设计对化工行业建设项目的工程费用和生产运行能耗有很大影响,国家建立国土空间规划体系对化工行业总图设计提出了更高要求。结合工程案例,从化工行业发展、总图设计两个方面分析国土空间规划体系下化工行业总图设计。提出国土空间规划体系下的化工项目总图设计要以用地集约、绿色低碳为目标,统筹考虑一体化设计、安全环保等因素;同时,因国家能源结构调整,也提出化工行业总图设计新的发展方向。

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制药行业废盐的热处理研究进展及展望

袁定琨, 李文健, 周一帆, 杜航, 江子越, 林法伟

现代化工. 2024, 44(12): 29-33,38. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2024.12.005

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概述了近些年农药废盐和医药废盐的产量、危害和污染物的检测方法,在此基础上分别总结了农药和医药废盐的热失重曲线和热分解动力学特性,重点分析了热解温度对有机物脱除的影响;探讨了不同类型废盐渣的资源化利用途径。

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负载型金属催化剂催化硼氢化钠水解制氢的研究进展

童巧, 钱功明, 叶青, 陈祖光

现代化工. 2024, 44(12): 34-38. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2024.12.006

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对近年来用于硼氢化钠水解制氢的负载型金属催化剂的研究进行了系统的综述。重点讨论了不同金属负载在各类载体上对硼氢化钠水解制氢反应的催化性能,从催化剂的活性组分和催化剂的载体2个角度出发,总结了不同负载型金属催化剂的优缺点。旨在为进一步深入开发绿色高效催化剂提供参考,并对未来的工业应用提出了建议。

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电动及其联合技术修复有机污染土壤的研究进展

高丽军, 陈韬, 马颐琳, 王晓哲

现代化工. 2024, 44(12): 39-43. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2024.12.007

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介绍了电动修复技术的基本原理,探讨了2种电动修复的强化措施,即控制pH和提高污染物的溶解度;重点阐述了电动修复与生物修复、渗透反应屏障和原位化学氧化联合使用技术的去除机理和应用现状,以期对电动及其联合技术修复有机污染土壤的发展提供一定参考。

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纳米纤维素聚氨酯复合材料的应用研究进展

莫涯, 黄晓悦, 岳萌, 胡立新, 胡传群

现代化工. 2024, 44(12): 44-47,52. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2024.12.008

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聚氨酯具有优异的性能,是一种应用广泛的材料;纤维素是一种可再生和可生物降解的天然聚合物。通过纳米纤维素与聚氨酯材料所制备的复合材料具有良好的力学性能和生物相容性,可应用在传感器、3D打印、自修复材料、阻燃材料等诸多方面。分别介绍了不同纳米纤维素以及纳米纤维素聚氨酯复合材料的应用领域,并对纳米纤维素聚氨酯复合材料的未来发展进行了展望。

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纳米流体材料在喷雾冷却中的研究进展

陈海飞, 崔永盛, 陈亚伟, 任绍洋, 赵阳龙, 陈轩

现代化工. 2024, 44(12): 48-52. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2024.12.009

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从喷雾冷却技术机理出发,引入纳米流体以解决传热极限问题。论述纳米流体制备的相关研究,针对性地分析纳米流体喷雾冷却技术的科学性及可行性,提出了针对技术机理的优化方案并罗列了目前最新应用案例。揭示此项技术在传热领域的前瞻性,为纳米流体喷雾冷却技术的发展提供了研究思路。

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聚吡咯在电化学中的应用研究进展

王闻达, 段毅, 王海平, 刘思宇, 郭博森, 罗卫华

现代化工. 2024, 44(12): 53-56. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2024.12.010

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介绍了导电聚合物聚吡咯的主要制备方法及其在电化学中的应用进展,并分析了存在的问题,最后对未来的研究方向进行了展望。

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铜渣资源化回收研究现状

崔博, 梁精龙, 杨宇

现代化工. 2024, 44(12): 57-60,66. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2024.12.011

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综述了近年来铜渣资源回收研究的现状,并针对铜渣的特性,分析了现有的铜渣处理方法,包括浮选、磁选、浸出和综合利用。阐述了不同方法的优缺点,并对铜渣资源化回收的发展前景进行了展望。

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微塑料在淡水多环境生物介质中迁移转化规律及影响机制研究进展

李思敏, 田旭光, 孟鑫, 赵瑞雪, 王兵帅, 齐杰

现代化工. 2024, 44(12): 61-66. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2024.12.012

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对微塑料在上覆水和沉积物中赋存和迁移进行归纳,分析微塑料对淡水中藻类、水生植物的形态和生理特征的影响。梳理微塑料对初级消费者和高级消费者产生的生态毒性以及沿食物链方向的赋存和迁移规律。综合分析微塑料在淡水多环境介质中对于环境和生物的影响,可为揭示微塑料在淡水多环境生物介质中不同营养级下的赋存迁移规律及其相关机理提供一定的科学思路和理论基础。

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油基岩屑残渣资源化利用技术研究进展

赵安洋, 王茂仁, 张海兵, 王剑

现代化工. 2024, 44(12): 67-71. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2024.12.013

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综述了油基岩屑和残渣的环境污染危险特征性以及残渣掺混制备建筑和筑路材料研究的进展。结果显示,油基岩屑中污染物除石油烃外,可能还有Hg、Cd、Cr、Ni、As、Pb等重金属和BaP、BbF、BkF、DahA等多环芳烃;残渣中典型污染因子为石油烃、Ba、Cr、BaP;残渣资源化产物中污染物基本达标,部分残渣可提高产物性能。建议进一步系统研究油基岩屑、残渣及资源化产物中特征污染物迁移转化及时空演变规律;亟待开发大宗去向、低成本、安全的资源化新路径并构建相应的污染管理机制。

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抛光粉废料中稀土元素的回收综述

卢国俭

现代化工. 2024, 44(12): 72-77. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2024.12.014

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抛光粉废料中稀土元素含量为10.31%~86.93%,二次回收具有经济上的可行性。对现有的碱焙-酸浸分质、酸焙-水浸分离、酸浸-碱溶洗脱、酸浸-还原协同等稀土回收方法从原理、工艺流程、工艺参数上进行了概括和总结。结果表明,酸焙-水浸、酸浸-还原协同法稀土回收率可达98%以上,是一种较为简单、环保的工艺;然而,上述2种方法面临着工艺通用性有限、相关浸出理论研究不足、产业化进展缓慢等挑战。建议重点完善浸出理论、优化工艺条件、确定关键参数、进一步验证等工作,以推进抛光粉废料中稀土回收的产业化。

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新形势下催化裂化技术进展与趋势

鲜楠莹, 王红秋, 李婷, 雪晶, 慕彦君

现代化工. 2024, 44(12): 78-82,88. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2024.12.015

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在"双碳"和"减油增化"背景下,催化裂化呈现原料适应性增加、产品分布灵活性增强、绿色低碳发展等新特点,重点介绍并分析了新形势下催化裂化工艺、催化剂和装备等相关技术的最新进展,并对发展趋势进行了展望。

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固体氧化物电解池制氢关键材料发展现状

孙正龙, 谭僖, 高建红, 胡小红, 丁贵军, 徐小龙

现代化工. 2024, 44(12): 83-88. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2024.12.016

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对固体氧化物电解池及其工作原理进行了简介,综述了电解槽关键材料电解质和电极材料性能要求与现阶段研究现状、电解槽降解机理等,并展望了其未来发展趋势。

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低表面能Ni-P-PTFE阴极的电化学水软化与再生性能研究

赵靖茹, 王立达, 李河金, 郝安峰, 赵津, 刘贵昌

现代化工. 2024, 44(12): 89-94. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2024.12.017

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为提高电化学水软化过程中阴极长期高效运行的能力,采用化学沉积法制备了具有低表面能的Ni-P-PTFE电极并用于电化学水软化。结果表明,Ni-P-PTFE电极具有良好的水软化性能,其中Ni-P-PTFE₁₅电极(PTFE体积分数为15 mL/L)的水软化性能最佳,4 h内软化速率可达21.95 g/(m²·h)。同时,Ni-P-PTFE₁₅电极的再生性能最好,说明其具有良好的自清洁性能。在旋转模拟水流冲刷的作用下,Ni-P-PTFE电极的活性得到有效恢复且保持较高的水软化速率。该高活性、长寿命的电极为电化学水软化阴极材料的表面设计提供了新的思路。

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ZnZrGaO_x/SAPO-34@UiO-66的制备及催化CO₂转化低碳烯烃性能研究

赵爱勤, 李阔, 地里巴尔·玉苏甫, 曹珩声, 许海涛

现代化工. 2024, 44(12): 95-100. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2024.12.018

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为构筑用于高效活化CO₂并兼具较高低碳烯烃选择性的双功能催化剂,采用MOF膜控沸石核壳复合催化剂的组装策略制备了ZnZrGaO_x/SAPO-34@UiO-66双功能催化剂,并将其用于催化CO₂加氢。探究了不同摩尔比ZnZrGaO_x与SAPO-34及SAPO-34@UiO-66的协同作用。结果表明,ZnZrGaO_x/SAPO-34对于低碳烯烃(C⁼₂~C⁼₄)的选择性只有62.38%,而ZnZrGaO_x/SAPO-34@UiO-66对C⁼₂~C⁼₄的选择性达到81.57%。证明UiO-66在SAPO-34的表面均匀包覆能调节沸石的酸性及表面笼数量,进而影响产物的分布,促进烷烃向烯烃转变。

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混凝沉淀协同双氧水氧化处理苯酚废水的研究

刘菲, 刘启龙, 黄蓓, 李望良, 赵胜勇

现代化工. 2024, 44(12): 101-103,109. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2024.12.019

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针对苯酚废水难降解的问题,采用自制混凝剂协同双氧水对其进行处理。探究了混凝剂投加质量、双氧水用量、苯酚废水pH、混凝处理时间、双氧水氧化时间等因素对苯酚废水处理效果的影响。结果表明,室温、混凝剂投加质量为2.5 g、双氧水用量为1.6 mL、苯酚废水pH为4、混凝处理时间为30 min、双氧水氧化时间为25 min的实验条件下,质量浓度为50.0 mg/L、体积为1 L的苯酚废水经过处理后苯酚去除率可达96.8%。

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锆酸镧锂包覆富锂锰基正极材料的结构及性能研究

文俊豪, 王艳霞, 朱华丽, 陈雨欣, 黄植, 陈召勇

现代化工. 2024, 44(12): 104-109. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2024.12.020

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采用共沉淀法制备了二次颗粒为球形且颗粒粒径均匀的Li_1.2Ni_0.2Co_0.08Mn_0.52O₂(LLMO)前驱体,并将前驱体、固态电解质锆酸镧锂(LLZO)和氢氧化锂混合均匀后煅烧合成出不同LLZO包覆量的LLMO正极材料(LLZO@LLMO)。利用XRD、SEM等测试方法研究LLMO的微观结构;利用EIS研究改性前后LLMO的电化学性能。结果表明,在质量分数为1%的包覆量下LLZO@LLMO电化学性能最佳;0.1 C下首次放电容量达到了253.1 mAh/g,首次库伦效率达到了81.1%;1 C下循环100圈放电容量为162.3 mAh/g,容量保持率达到了89.0%;即使5 C大倍率下放电容量达到了120.4 mAh/g。相对于原始样品循环性能及倍率性能得到了显著提升。

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锚定在Te、N共掺杂MXene的Cu单原子非水溶剂锂空气电池正极制备及其性能研究

王中华, 董臻, 吴邦军, 王重权, 许冠南, 刘争, 张业龙

现代化工. 2024, 44(12): 110-115. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2024.12.021

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正极缓慢的氧还原/析氧反应动力学限制了锂空气电池(LABs)的实际应用。开发了Te、N共掺杂MXene锚定单原子Cu(Cu_SA-Te/N-MXene)用于LABs的正极催化剂。分散的少层MXene纳米片增大了存储放电产物所需的空间,分散的Cu单原子可以有效催化放电产物的形成和分解,从而大大提高氧化还原动力学。结果表明,Cu_SA-Te/N-MXene正极表现出超高放电容量(500 mA/g电流密度下放电容量达到16 694 mAh/g)、较低的充电过电压(限定容量为1 000 mAh/g,500 mA/g电流密度下充电过电压为0.48 V)和出色的循环稳定性(500 mA/g电流密度下稳定循环425圈)。

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Cu-Al-MCM-41的制备及催化合成二苯甲烷的研究

宁良明, 凌江华, 刘冬梅, 韩靖彬, 王坤

现代化工. 2024, 44(12): 116-120,128. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2024.12.022

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采用等体积浸渍法制备了Cu(5%)-Al-MCM-41分子筛催化剂,在固定床连续反应器中以苯和苯甲醇为反应物合成二苯甲烷。考察了焙烧温度和焙烧时间对Cu(5%)-Al-MCM-41催化性能的影响以及反应条件对二苯甲烷合成反应的影响。利用XRD、N₂吸附-脱附和NH₃-TPD等表征手段对制备的分子筛催化剂进行分析,结果表明,焙烧温度为550℃、焙烧时间为6 h制备的催化剂织构性质较好。苯和苯甲醇反应合成二苯甲烷适宜的反应条件为:剂油质量比为1∶3、反应压力为1 MPa、反应温度为110℃、体积空速(GHSV)为1.5 h^-1,在此条件下苯甲醇的转化率为98.15%,二苯甲烷收率为88.45%。

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钴碳复合材料的制备及氧还原性能研究

张正, 严明娇, 熊子龙, 王世杰, 李翠芹

现代化工. 2024, 44(12): 121-128. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2024.12.023

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针对锌-空气电池阴极的氧还原反应(ORR)动力学缓慢问题,设计非贵金属与强导电性碳基载体进行复合的催化剂是降低贵金属用量和提高ORR活性的有效途径。通过调节Zn²⁺和Co²⁺的摩尔比合成了封装在氮掺杂碳基菱形十二面体中的CoO和金属Co的复合物CoO-Co/NC。结果表明,合成的CoO-Co/NC-1拥有大量的Co—N—C活性位点,使其表现出优异的ORR电催化性能,其性能远优于目前市场上的商业Pt/C(20%)催化剂。此外,当使用CoO-Co/NC-1作为锌-空气电池阴极的催化剂时,该电池展现出1.497 V的开路电压和长达95 h的循环稳定性。

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球磨改性高熵氧化物对烟气中邻二甲苯的催化研究

葛云逸, 黄婷, 张笑

现代化工. 2024, 44(12): 129-134. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2024.12.024

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为开发将可挥发性有机物(VOCs)与燃煤烟气中其余污染物协同脱除的新型催化剂,研究了具备处理燃煤烟气污染物能力的新型材料高熵氧化物(HEO)。受限于HEO制备过程的高温条件,催化剂样品存在表面积低、活性位点掩盖等不利现象;利用球磨法处理得到了可应用于复杂燃煤烟气中的催化剂。通过烟气模拟实验研究了球磨参数对催化剂的物理化学影响及其应用于烟气复杂组分(H₂O、SO₂)时对邻二甲苯脱除过程的影响和规律。结果表明,HEO样品经过适宜的球磨改性后,对多污染物的催化效率、抗毒性明显增强,且不存在明显的竞争吸附,这是由于球磨后多样的活性位点暴露、氧空位增加、晶格氧活化导致的。

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环戊二烯聚合速率的控制及其动力学研究

冯瑾, 周利平, 郝栩, 相宏伟

现代化工. 2024, 44(12): 135-139,145. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2024.12.025

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研究了反应温度、稀释剂种类和稀释剂与环戊二烯的质量比(稀释比)对环戊二烯聚合速率的影响,并对其进行了本征动力学建模。结果表明,低温、高稀释比有利于降低环戊二烯的聚合速率,10℃时环戊二烯的聚合速率约为-20℃时的30倍。以非极性物质二甲苯和极性物质乙腈作稀释剂,分别在0~90℃和0~105℃之间进行动力学数据采集。根据二聚反应特性建立了环戊二烯二聚反应动力学模型,通过实验数据拟合获得模型参数。结果表明,当环戊二烯的稀释剂从二甲苯更换为乙腈时,聚合反应速率常数降低,聚合反应活化能变化不明显(从7.00×10⁴ J/mol增加至7.19×10⁴ J/mol)。通过实验数据对模型进行检验,结果表明模型计算值与实验值吻合较好,进一步证实了模型的可靠性。

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锑掺杂二氧化锡负载氧化铱多孔纳米纤维的制备及酸性电解水氧化研究

陈思宇, 葛佳, 刘航, 孙贤迪, 郑亚荣

现代化工. 2024, 44(12): 140-145. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2024.12.026

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由于质子交换膜电解水器件常在强酸及大电流密度工况下运行,阳极催化材料过度依赖储量稀缺的贵金属铱(Ir),因此开发具有低Ir含量且高效稳定的催化剂势在必行。利用静电纺丝技术制备多孔锑掺杂二氧化锡(ATO)纳米纤维,再通过水热法在ATO纳米纤维外负载氧化铱纳米颗粒。利用多种表征手段分析复合材料的形貌和电子结构,并进行电化学性能测试。结果表明,组分优化后的复合材料表现出较优异的电催化水氧化活性,在10 mA/cm²时过电势为276 mV,且表现出良好的电化学稳定性,有望用于质子交换膜电解水阳极材料。

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功能化氧化石墨烯负载高分散钯纳米粒子的制备及其在水介质中对肉桂醛选择性加氢的研究

文成龙, 剧永玲, 刘康, 鲁墨弘, 李明时, 李永昕

现代化工. 2024, 44(12): 146-152. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2024.12.027

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利用3-氨丙基三甲氧基硅烷(APTMS)对氧化石墨烯(GO)进行功能化改性得到GO-NH₂,再通过水热还原法制备高分散Pd/GO-NH₂催化剂,用于肉桂醛(CAL)选择性加氢制氢化肉桂醛(HCAL)。结果表明,APTMS的接枝量对CAL选择性加氢性能具有较大影响,当APTMS与GO的质量比[m(APTMS)/m(GO)]≤10时,随着m(APTMS)/m(GO)的增大Pickering乳液液滴尺寸逐渐减小,CAL的选择性加氢性能增强;当m(APTMS)/m(GO)>10时,由于含氧官能团数量有限,接枝量基本保持不变。因此,Pd/GO-NH₂-10表现出最高的CAL转化率(99.8%)、HCAL选择性(85.8%)和优异的CAL选择性加氢稳定性。

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NiFe₂O₄复合硅藻土活化PMS降解甲基橙的研究

晏江广, 严群, 温俊宇, 马梦霞, 苏晓洁

现代化工. 2024, 44(12): 153-160. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2024.12.028

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通过溶胶-凝胶法制备了NiFe₂O₄/硅藻土复合型催化剂(NFD),以甲基橙(MO)为目标污染物,研究NFD活化过硫酸盐(PMS)降解MO的机制,探究了NFD解决NiFe₂O₄金属团聚与金属溶出问题。通过SEM、XRD、FT-IR、XPS表征了NFD的结构与性能。探究了不同催化体系、NFD质量浓度、PMS质量浓度、pH、阴离子种类对NFD+PMS体系的影响。结果表明,硅藻土表面负载的颗粒为NiFe₂O₄且均匀分散,减少了NiFe₂O₄团聚问题,且反应体系中Fe²⁺/Fe³⁺、Ni²⁺/Ni³⁺价态的循环转化参与了PMS的活化;NFD+PMS体系在NFD质量浓度为0.10 g/L、PMS质量浓度为0.25 g/L、MO质量浓度为30 mg/L、pH为7、反应温度为30℃、反应时间为60 min的条件下,对MO的降解率为98.76%;NFD+PMS体系的pH适用范围为5~9,受无机阴离子影响小,且体系会产生·OH、SO^-₄·、¹O₂、·O^-₂ 4种活性物质;反应后金属溶出大幅减少。

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新型水杨醛亚胺钛催化剂的制备及乙烯聚合研究

谢玉, 张丹, 李君华, 钱建华

现代化工. 2024, 44(12): 161-165. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2024.12.029

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以3-溴水杨醛和取代苯胺为原料合成了水杨醛亚胺配体(1a~1c)及其钛配合物(2a~2c),并在助催化剂甲基铝氧烷(MAO)的作用下将配合物2a~2c在常压下催化乙烯聚合,利用红外、凝胶色谱(GPC)和差示扫描量热法(DSC)对聚合物进行分析。考察了配体结构、聚合温度、n(Al)∶n(Ti)及催化剂用量对聚合行为的影响。结果表明,在35℃、n(Al)∶n(Ti)=2 000∶1条件下,配合物2a的催化活性最高,可达1.40×10⁶ g_PE/(mol_Ti·h),随着亚胺基苯环上取代基空间位阻的增大,所得聚乙烯的分子质量进一步增加,配合物2c所得聚乙烯重均分子质量(M_w)达到8.3×10⁵ g/mol、分子质量分布(PDI)为2.6。

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SiO₂基复合相变微胶囊的制备及其在电池热管理中的应用研究

谭俊华, 朱德伟, 孙葳喆, 蔚畅, 薛利杰

现代化工. 2024, 44(12): 166-170. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2024.12.030

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研究了3种沉淀剂对合成SiO₂基复合相变微胶囊的形貌特征和相变储热性能的影响。通过红外光谱仪(FT-IR)、X射线衍射仪、导热系数测定仪等对SiO₂基复合相变微胶囊的组成、结构和导热性能进行分析。结果表明,正十八烷与SiO₂壳材仅是物理结合,两者并未发生化学反应;当沉淀剂为盐酸时所制备的SiO₂基复合相变微胶囊分散性良好,包覆率和储能效率可达69%,导热系数提高近50%。SiO₂基复合相变微胶囊对锂离子电池组热管理测试结果表明,微胶囊能有效控制电池组的表面温度,且温度波动范围小。

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前驱晶种液诱导的纳米片ZSM-5分子筛调控合成研究

焦宇霆, 朱鹏, 张越, 于伊人, 姚迪, 张雄福, 刘国东

现代化工. 2024, 44(12): 171-175. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2024.12.031

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采用前驱晶种液诱导合成策略,以廉价的硅溶胶和硫酸铝为硅源和铝源、四丙基氢氧化铵(TPAOH)为模板剂、氟化铵为晶体生长调节剂制备了b轴厚度在50~200 nm范围的纳米片ZSM-5分子筛。考察了前驱晶种液的类型和添加量及氟化铵的用量对纳米片形貌的影响。结果表明,具有明显MFI晶体特征的前驱晶种液难以诱导形成纳米片ZSM-5,而无MFI晶体特征的前驱晶种液可以有效诱导合成ZSM-5纳米片。前驱晶种液的胶粒粒径对合成的纳米片尺寸有着决定性的影响,前驱晶种液的胶粒粒径越大所对应合成的纳米片尺寸也越大。随着氟化铵的加入纳米片的c轴被逐渐变长,随着前驱晶种液的增加纳米片b轴长度逐步下降。通过前驱晶种液和氟化铵添加量的优化调节,可以合成不同轴向长度的ZSM-5纳米片。

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煅烧温度对钠离子电池O3-NaNi_0.33Fe_0.33Mn_0.33O₂正极材料的影响

刘冬梅, 何一芃, 余凌智, 周旺, 陈杰

现代化工. 2024, 44(12): 176-180,187. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2024.12.032

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O3型正极材料因较高的理论比容量成为钠离子电池正极材料研究的热点。采用共沉淀法制备Ni_0.33Fe_0.33Mn_0.33(OH)₂前驱体并配钠煅烧为O3-NaNi_0.33Fe_0.33Mn_0.33O₂正极材料,探究煅烧温度对该正极材料物相结构与电化学性能的影响。结果表明,煅烧温度影响正极材料表面钠残渣含量,进而影响其电化学性能。2.0~4.0 V的电压范围内,850℃下制备的NaNi_0.33Fe_0.33Mn_0.33O₂正极材料表现出最优电化学性能,1 C下循环100次后容量保持率为71.08%,5 C下放电比容量为91.67 mAh/g。

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基于CNF/CNT复合水凝胶3D打印高强度、可拉伸超级电容器的制备及性能研究

刘维怡, 陈守创, 李雪超, 秦海利

现代化工. 2024, 44(12): 181-187. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2024.12.033

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利用纤维素纳米纤维(CNFs)作流变改性剂,基于CNFs和碳纳米管(CNTs)之间有效的物理缠结作用,协同原位自由基聚合反应成功合成水凝胶油墨CNF/CNT-PAM。进一步通过原位聚合引入电化学活性聚吡咯纳米颗粒,利用有效的三维结构模型设计成功制备了"三明治"结构的3D打印柔性超级电容器,并对电极凝胶的流变性能和机械性能进行测试。结果表明,凝胶墨水具有优异的剪切稀变能力且适用于直接墨水书写(DIW)打印,打印的结构材料可以实现1 927%的高拉伸性。再对所打印的柔性超级电容器电化学性能和机械性能进行系统性分析,器件的面积电容达到265 mF/cm²,在10 000次循环中电容保持率为94.5%,拥有2.23 MPa的高强度和1 556%的高拉伸性,未来能够应用于柔性电子器件领域。

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发泡剂用量对聚氨酯吸水海绵性能的影响

张均, 李满霞, 姚明, 姜志国

现代化工. 2024, 44(12): 188-191,198. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2024.12.034

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以水为单一发泡剂制备了系列聚氨酯吸水海绵,研究了发泡剂用量对聚氨酯吸水海绵性能的影响。结果表明,随着发泡剂用量的增加,聚氨酯吸水海绵的软段玻璃化温度逐渐升高;相对于100份多元醇,发泡剂用量为1.05~1.20份时,聚氨酯吸水海绵泡孔结构均匀、无明显缺陷,密度为55.6~62.4 kg/m³;发泡剂用量为1.20份时,聚氨酯吸水海绵拉伸强度和断裂伸长率均最大,分别为351 kPa和372%;聚氨酯吸水海绵具有良好的吸水性能,平衡吸水率均大于500%。

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ZnO-CuO负载ZSM-5催化CO₂与环氧丙烷环加成反应的研究

史博林, 郭豹, 李文松, 刘继东, 吕建华

现代化工. 2024, 44(12): 192-198. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2024.12.035

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采用共沉淀浸渍法制备了以ZSM-5分子筛为载体的ZnO-CuO/ZSM-5催化剂,利用XRF、XRD、XPS、BET、SEM、TEM、NH₃-TPD、CO₂-TPD对催化剂进行表征。探究了ZnO-CuO/ZSM-5在无溶剂、无助剂条件下对环氧丙烷与二氧化碳环加成反应的影响。结果表明,当反应温度为130℃、二氧化碳压力为3 MPa、反应时间为10 h、催化剂质量为环氧丙烷质量的4%时,催化活性达到最高,即环氧丙烷的转化率为81.64%,碳酸丙烯酯的选择性为90.11%;催化剂循环使用5次后仍具有良好的催化性能。

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多孔电解质固体氧化物燃料电池的制备及抗积碳性能研究

刘志军, 邱家欣, 张拓, 刘凤霞, 许晓飞, 魏炜

现代化工. 2024, 44(12): 199-203. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2024.12.036

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采用共压法制备了孔隙率约为10%的具有多孔电解质的纽扣式固体氧化物燃料电池(Porous Solid Oxide Fuel Cell,P-SOFC)。在700℃对P-SOFC和普通SOFC进行了电化学测试。结果表明,P-SOFC在运行中的电化学性能衰减程度以及阻抗增加程度为普通SOFC的3/5和1/5;在长时间运行8 h后还能保持0.85 V的高电位,普通SOFC的碳元素分布比P-SOFC聚集。由此可见,具有多孔的电解质结构能提高电池放电的可持续性和稳定性,该结构通过改变阳极氧碳比增加电池的抗积碳性能,使电池在甲烷氛围中长时间内保持稳定的功率输出。

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金属氧化物改性对铜锌铝催化剂催化CO₂加氢的影响研究

高腾飞, 邓博文, 孟瑞红, 辛治坤, 于芳

现代化工. 2024, 44(12): 204-209. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2024.12.037

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采用共沉淀法合成了不同金属氧化物替换Al₂O₃载体的CZX催化剂,采用浸渍法制备了不同金属氧化物作助剂改性的CZAlX催化剂,利用粉末X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对催化剂进行表征,并在固定床反应器中进行不同温度下CO₂催化加氢实验,研究了碱土金属Mg、过渡金属Zr以及稀土金属Y和Ce作为氧化物载体和改性剂对CZAl催化剂的表面结构和催化性能的影响。结果表明,以金属氧化物为载体的CZX催化剂表现出更强的催化制甲醇性能,其中以ZrO₂为载体的CZZr催化剂的催化活性最强,其甲醇收率最高可达14.50%,对应的甲醇选择性为41.41%、CO₂转化率为35.01%。而金属氧化物为助剂的CZAlX催化剂表现出更强的催化制CO性能,以Mg为助剂的CZAlMg催化剂催化活性最强,CO收率最高可达35.87%,对应的CO选择性为84.75%、CO₂转化率为42.32%。

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基于等离子体的低碳炼铁再造流程模拟研究

王昊敏, 胡浩鑫, 夏维东, 陈仙辉

现代化工. 2024, 44(12): 210-214. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2024.12.038

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设计了2个基于等离子体的高炉炼铁低碳再造流程。在CO₂捕集分离的基础上,分别回收高炉尾气中的CO₂和还原气,在等离子体的能量驱动下循环回高炉参与反应。使用Aspen Plus软件分别对2种再造高炉与传统高炉进行对照,得到其物料与能量流,并进一步通过灵敏度分析和 GFDA3 分析得到本工艺在工业上改进的方向。2种再造高炉工艺的实际 GFDA3 效率分别为82.7%、74.8%,优于传统高炉,并分别从能耗、碳排放和经济性3个方面与传统高炉进行对比,论证了再造流程的可行性。

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分流吸收-级间循环冷却耦合脱碳工艺研究

张天娇, 刘欣, 刘永铎, 周军, 张青

现代化工. 2024, 44(12): 215-219. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2024.12.039

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为解决沙漠气田原料气温度高(≥60℃)、处理规模大(1 200×10⁴ m³/d)且二氧化碳分压低(≤0.5 MPa)而引起的胺液脱碳效果差及装置能耗过高的问题,提出了一种"分流吸收-级间循环冷却"的耦合工艺,利用HYSYS建模并优选出最佳分流比为25%,最佳回流位置为第12层塔板;在此基础上,与常规的一段吸收+(闪蒸+汽提)再生工艺进行对比分析,研究结果表明,在相同工况条件下,分流吸收-级间循环冷却工艺的甲烷损失、轻烃损失较低,获得的净化气流量更高,且更加节能。

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大型煤化工装置联动改造应用总结

张本峰, 吴培

现代化工. 2024, 44(12): 220-223. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2024.12.040

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先进煤化工装置正在逐步取代固定床技术,但对于合成氨、尿素装置来说生产线较长,全部退出则给企业造成的损失较大。为弥补损失,在气头替代的前提下,将后续合成氨、尿素装置进行利用会在一定时间内给企业带来较大的效益。在先进煤气化技术中,氨合成装置是整个合成氨装置产能中的瓶颈所在,汽化、净化装置仍存在一定的产能无法释放,为此将先进煤化工技术中汽化、净化多余的产能结合固定床后续装置加以改造利用,在投资增加较小的情况下,实现了合成氨、尿素的产能增加。

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兰炭废水全过程零排放处理技术与应用

韦凤密, 王立媛, 张务滨, 马星辰, 徐峰, 熊耀

现代化工. 2024, 44(12): 224-228,234. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2024.12.041

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为解决兰炭废水处理难度大、废水中毒性污染物脱除率低、处理费用高等问题,迫切需要开发低成本、高稳定性全流程零排放处理技术。通过预处理除油去除废水中油类,强化脱酚蒸氨处理实现高效酚氨资源的回收,处理出水COD稳定达到≤6 000 mg/L、氨氮达到50~100 mg/L。通过强化生化处理技术,废水中的COD、氨氮、总氰可稳定达到120~150 mg/L、5 mg/L、0.2 mg/L以下。采用高效臭氧催化氧化+MBR处理工艺,处理出水COD可稳定达到≤40 mg/L。强化脱盐预处理、多级别梯度脱盐及分盐处理集成,实现废水产水率≥90%。浓水经过纳滤分盐,纳滤淡水经过浓缩进行双极膜电渗析处理,实现10%~15%酸溶液、碱溶液的回收。纳滤浓水通过短程复分解与结晶处理工艺,在加入碳酸氢铵的条件下,制取高品质的硫酸铵(氮含量≥21%)和碳酸钠(纯度约97%)盐品,高效回收废水中有价资源,真正实现废水低成本零排放处理。

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基于绿氢的低碳甲醇制备可行性研究

汪颖异, 金强, 潘放

现代化工. 2024, 44(12): 229-234. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2024.12.042

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为探讨东部能源负荷中心大规模应用低碳甲醇的可行性,以航运燃料为应用场景,分析对比了海上合成甲醇、基于海上风电的岸基合成甲醇和内陆合成甲醇3种方案,从合成甲醇过程中的碳足迹、各装备的技术挑战和产业链成本3个角度选择最适合的低碳甲醇制备方案。在产业链成本对比方面,以平准化单位制氢成本为参考提出平准化甲醇成本模型。在计算过程中将每种方案拆分成5个环节计算平准化甲醇成本,海上可再生能源以300 MW风场为基础,内陆以鄂尔多斯10万t/a二氧化碳加绿氢制甲醇的真实项目为基础,建立3种技术方案和经济性模型。结果表明,3种方案中,海上合成甲醇方案的海上化工平台的技术可行性难以实现且海上二氧化碳运输流程复杂,内陆合成甲醇方案的甲醇远距离运输存在安全性和碳排等问题,基于海上风电的岸基合成甲醇从碳足迹、技术挑战、产业链成本等角度考虑更适用于航运燃料场景,计算的平准化甲醇成本为 8 000~11 500元/t。

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基于Fe₃O₄@MnO₂纳米粒子类氧化酶活性特异性检测酚类物质

袁丙朕, 张姻, 汪珍珍, 彭铭沛, 卢丹青

现代化工. 2024, 44(12): 235-239. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2024.12.043

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制备了具有高效类氧化酶活性的Fe₃O₄@MnO₂纳米粒子,该粒子具有性质稳定、类氧化酶活性强、制备简单等优势,结合酚类物质的酶抑制作用,构建了一种简单、快捷、现象明显的温度检测方法,弥补了传统检测方法的不足。Fe₃O₄@MnO₂纳米粒子能够快速催化溶解氧产生活性氧自由基,从而催化无色底物TMB发生显色反应,再经过808 nm激光照射后,会产生明显的温度变化。通过进一步研究发现,再加入酚类物质后,颜色变化明显减弱,并伴随着温度变化降低,可以实现对酚类物质的特异性检测。在最优条件下,温度变化与酚类物质的浓度在0~100 μmol/L范围内有着良好的线性关系,检测限为2.67 μmol/L。此外该方法有着良好的抗干扰能力,不受其他结构类似有机物的影响。该方法具有操作方便、仪器设备简单易得、灵敏度好、抗干扰能力强等优点,在酚类物质的检测方面有着相当不错的应用前景。

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碱溶液消解-电感耦合等离子体质谱法测定土壤中6价铬

李小辉, 胡新颖, 胡家祯, 孙慧莹, 袁润蕾, 于亚辉, 王曼曼

现代化工. 2024, 44(12): 240-243. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2024.12.044

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选择以碱溶液为消解体系,通过对氯化镁加入方式、消解温度、消解时间等样品前处理条件进行探讨确立了最佳消解条件,选用合适的内标元素及干扰扣除,建立了电感耦合等离子体质谱法快速测定土壤中6价铬的分析方法。6价铬的质量浓度在1.0 mg/L以内与对应的信号强度呈线性关系,相关系数为0.999 9,方法检出限为0.11 mg/kg,测定下限为0.44 mg/kg。按照试验方法对国家标准物质中的6价铬进行测定,测定值与认定值一致,相对标准偏差RSD(n=6)为0.98%~2.81%,通过对实际样品进行加标回收试验,回收率为94%~105%。该方法具有稳定性好、准确度高,适用于土壤样品中痕量6价铬的分析。

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2024年, 第44卷, 第12期　刊出日期：2024-12-20

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