从氢能产业角度,阐述了氢能产业链“制取-储运-应用”环节产业现状,分析了电解水制氢、氢能储运及终端应用的技术现状和难题,建议在西南、华北、西北及沿海地区建设电解水制氢基地,形成“西氢东送、北氢南下、海氢陆用”供氢格局,“两步走”推进氢能汽车、加氢网络建设,构建氢化工产业链,推动氢冶金发展,攻关氢燃料电池、窑炉、燃气轮机等终端设施研发,进一步完善氢能政策和制度保障体系,促进我国氢能产业高质量发展。
综述了现有油气生产开发流程中重点高能耗环节、关键物质损失及产排情况、传统节能提效措施以及治污手段,基于系统优化思维,颠覆性提出油气田生产流程的主要变革方式,基于“油气集约输送与废物资源循环”的物质流重构、基于“清洁替代与余能利用”的能量流重塑以及基于“人工智能”的信息流重建之间高度协同增效,将是油气生产减污降碳流程再造的主要路径和重要发展方向。
综述了近年来二氧化铈、贵金属铈基催化剂和复合过渡金属氧化物铈基催化剂在甲醛催化氧化领域的研究进展,重点探讨了影响铈基催化剂催化性能的关键因素,如载体的结构与性质、贵金属和过渡金属的种类及结构、金属-载体相互作用、催化剂的制备方法、反应条件等。结合实验表征和理论计算,阐明了铈基催化剂催化甲醛氧化反应机理,为设计高性能甲醛催化氧化催化剂提供了理论依据和技术参考。
探讨了光催化降解有机污染物的反应机理,重点总结了光催化材料的改性策略和光催化反应过程的影响因素,如能带结构、晶相结构和操作条件等对污染物去除效果的影响,展望了光催化领域未来的研究重点。
人工湿地中微塑料主要来源于人为来源(污水排放、农业和工业生产)和自然来源(地表径流、大气沉降)。影响微塑料去除的主要因素包括基质截留、植物拦截与吸收、生物膜滞留、微生物分解。分析表明,基质在微塑料去除中起主导作用,植物的去除效果相对有限,微生物是微塑料的主要分解者。研究人工湿地中微塑料的来源及去除机理,对于提升人工湿地的处理效能和保护生态环境具有重要意义。
表面等离子体共振光谱技术是一种基于金属—介质界面电子振荡的高灵敏度表面分析技术,具有实时监测、无需标记和快速响应等优势,其装置逐步发展为集成激发光源、耦合棱镜、检测芯片及微流控系统的多功能平台,广泛应用于生物传感、环境监测和医学诊断等领域。近年来,相关研究主要聚焦于提升灵敏度及拓展功能和应用。未来,该技术将向高集成度、便携化及多技术融合方向发展,结合人工智能与标准化建设,有望在材料化工、精准医疗及环境健康等领域实现更广泛的社会和经济效益。
概述了国内外关于微生物修复技术、植物修复技术以及植物—微生物联合修复技术的研究和应用概况与进展,总结了存在的问题并展望了未来研究和应用方向,旨在为石油污染土壤植物—微生物联合修复技术的高质量发展及绿色低碳应用提供重要参考。
介绍了超净高纯试剂的特点、用途、分类标准、等级,结合具体的案例详细地、系统地介绍了与制备超净高纯试剂相关的各类提纯技术、关键设备材料、分析检测方法及其组合应用的最新研究进展,以期为我国的相关产业发展提供借鉴。
系统阐述了微生物电解池施加电压激活产甲烷菌系、电极促进直接电子传递强化厌氧消化的作用机理,探讨了优化微生物电解池强化厌氧消化的关键技术,包括最适电压选择、电极间距最小化、单室构造的设计以及改性电极材料的开发;分析了微生物电解池提升厌氧消化稳定性的积极作用,为实现其工程化应用提供了理论支持和参考依据。
详细介绍了BDD电极的结构特征、电化学氧化机理,以及其在处理有机污染物中的应用。最后分析了BDD电极在实际应用中面临的挑战,展望了BDD电极在环境治理中的应用前景,指出了未来研究方向,包括进一步优化电极性能、降低成本,以及探索新型复合系统以提高处理效率。
从纤维素气凝胶药物载体的合成策略、载药方法、释放机制和应用的角度,全面总结纤维素气凝胶在药物输送系统中的研究进展。通过整合现有研究,提出了纤维素气凝胶在药物载体输送系统中的关键问题与未来发展前景。
通过总结分析近年来我国煤矸石的综合利用研究现状,重点对煤矸石在材料改性、合成地质聚合物、沸石和其他多孔硅酸盐材料、陶瓷材料等方面的高附加值利用途径和微观机理进行归纳阐述。通过这些途径,煤矸石首先被研磨、干燥处理,以提高反应活性,随后煤矸石粉末或与其他原料的混合物在激发剂作用下经水热或煅烧处理后被分解为硅、铝等元素单体,最后在不同温度条件下再通过重结晶作用被制备成多种高附加值材料。同时提出,可回收煤矸石高附加值利用过程中溶出的重金属元素,以减少煤矸石综合利用对环境的污染。
为了避免稠油热采过程中的高能耗和高碳排放,对稠油乳化降黏剂进行了综述,并探讨了未来发展趋势。明确了乳化降黏剂的工作原理、分类、优缺点及应用范围,并重点讨论了降黏剂在实现绿色循环方面的研究进展,为油田中降黏剂的应用和稠油的开发提供了指导。
阐述了石英的杂质元素及其赋存状态,分析了石英提纯技术的国内外研究现状,介绍了石英的主要提纯技术,并对它们的优缺点进行了简要总结。相对于其他提纯技术,深度提纯技术制备的石英砂SiO2含量更高,更适合应用于新能源、光纤通信等高端制造行业。
综述了当前主流储氢技术的原理和研究进展,并结合技术成熟度、安全性、储氢密度、经济性和应用场景等方面,分析了每种技术的特点,讨论了氢储存技术开发和商业化过程中面临的主要挑战与机遇,最后提出了储氢技术的发展趋势。研究表明,虽然现有的储氢技术在储氢效率、安全性和经济性等方面各有优势,但仍需进一步研究和优化以满足实际应用需求;长期来看,固态储氢展示了良好的应用前景。
综述了微波辐射在促进CO2吸收剂性能提升方面的最新研究进展,探讨其作用机理、优势、挑战及未来发展方向,为开发高效、经济的CO2减排技术提供理论依据和实践指导。
以三维有序介孔分子筛KIT-6为载体,采用简单固相研磨法合成了一系列xAl-KIT-6(SG)固体酸催化剂,并将其用于催化γ-戊内酯脱羧制丁烯反应。研究结果表明,在催化剂制备过程中,一部分Al物种同晶取代KIT-6载体中的Si4+,以铝氧四面体的形式存在于KIT-6骨架中,另一部分则以Al2O3的形式高度分散在催化剂表面,在不破坏KIT-6基体三维有序介孔结构的前提下,有效地创造了大量的Brønsted和Lewis弱酸位点。在反应温度为300℃、反应时间为240 min、催化剂用量为10%的条件下,γ-戊内酯经4% Al-KIT-6(SG)催化剂催化可实现高达90.06%的丁烯收率。同时,在最佳催化条件下经过6次循环再生实验,4% Al-KIT-6(SG)催化剂表现出较为优异的催化活性,丁烯产率约为68%。
以牛骨粉作为生物质原料,MgCl2和FeCl3为改性剂,通过共沉淀及共热解制备了镁铁双金属氧化物改性生物炭(MFBC),用于高效去除水溶液中的Pb2+。采用扫描电镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、X射线粉末衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)等表征手段对材料进行分析,通过批量吸附实验分析不同实验因素对Pb2+的吸附性能影响,并通过吸附动力学模型与等温吸附模型分析改性生物炭对Pb2+的吸附特性。结果表明,MFBC对Pb2+的吸附符合准二级动力学方程和Langmuir模型,吸附过程以单层化学吸附为主;MFBC对Pb2+的吸附机制主要包括表面络合、阳离子-π键、离子交换和共沉淀;以废弃骨资源为原料制备的MFBC是一种具有前景的高效吸附剂,可用于修复重金属污染水域。
以聚醚砜(PES)管式超滤膜为基膜,以无水哌嗪(PIP)为水相单体,均苯三磺酰氯(TSC)和1,3,6-萘三磺酰氯(NTSC)为有机相单体,通过界面聚合制备了不同类型的聚磺酰胺管式纳滤膜。分别研究了单体及添加剂各组分的浓度、2种磺酰氯以不同比例混合、反应温度对复合纳滤膜性能的影响。通过FT-IR和SEM分别对复合纳滤膜进行物理、化学结构进行表征。结果表明,通过调整有机相单体的混合比例和反应条件,所得聚磺酰胺综合了2种单体的结构特点,制备出了更加多样的复合纳滤膜,具有更优的选择性和截留性能。
以1-苯基异喹啉为环金属配体,以三氟-1-(2-呋喃基)-1,3-丁二酮为辅助配体,合成了一种新型金属铱磷光配合物Ir(piq)2(tffbd),并通过核磁共振谱、质谱表征确认了目标产物的化学结构,测得其在乙醇溶液中荧光光谱的发射光峰值在406、429、602 nm。并测试了铱配合物与胶体金的相互作用:动态荧光效应观察到铱配合物Ir(piq)2(tffbd)的荧光强度随着胶体金的逐量增加而先增强后减弱;第一、第二内过滤荧光淬灭检测,荧光淬灭程度随胶体金浓度增加而增强。为铱配合物应用在溶液体系荧光免疫检测及背景荧光淬灭检测提供了数据基础。
采用水蒸气诱导成膜法制备聚偏氟乙烯(PVDF)共混羟甲基三聚氰胺(MF)磷酸质子交换膜(PA/PVDF-MF-x)。研究了MF的掺杂比例对质子交换膜的结构及性能的影响。实验表明,MF的加入提高了PA/PVDF-MF-x膜的质子传导能力。PA/PVDF-MF-16膜在200℃的质量损失为14%,表现出较好的热稳定性;其在25℃下拉伸强度为8.1 MPa,酸掺杂率为265%,在140℃、无额外增湿时质子电导率为42 mS/cm,单电池测试开路电压为0.83 V,最大功率密度达到265.2 mW/cm2,具有高温低湿条件下良好的应用前景。
以水稻秸秆为原料制备硫脲改性生物炭(NS-800),并负载铁钴双金属制得复合材料CoFe@NS-800。该材料经多种表征证实富含氧空位及还原性官能团,利于产生Fe(Ⅱ)/Co(Ⅱ)。在活化过一硫酸盐(PMS)降解环丙沙星(CIP)中,CoFe@NS-800/PMS体系较单独材料显著提升降解效率,证明其高效活化PMS能力。EPR与淬灭实验表明 1O2是主要活性物种。TOC及循环实验验证了材料的高效性与可循环性,为废水有机污染物治理提供了经济高效催化剂。
使用类Fenton氧化辅助超声的方法对废生物基活性炭进行再生,并对其脱硫效果进行了详细的研究,考察了超声时间、超声波功率、类Fenton试剂pH和H2O2的加入量对活性炭再生率的影响,并通过比表面积与孔隙度分析(BET)、X射线衍射分析(XRD)等表征手段探索活性炭再生前后比表面积、表面化学性质等变化规律。研究结果表明,类Fenton氧化辅助超声再生废活性炭能够有效提高其再生率,使再生率从24.19%提高到64.5%。当超声时间为50 min、超声波功率为80 W,pH为5、H2O2的加入量为0.3 mL时,再生活性炭具有最佳脱硫效果。经过再生后的废活性炭,比表面积从318.48 m2/g增加到326.37 m2/g,表面含氧官能团增多,提高了废活性炭的脱硫率。
以溶胶-凝胶法制备TiO2为载体,采用过量浸渍法制备了一系列负载型镍基催化剂。以间氯硝基苯的转化率、间氯苯胺的选择性和收率作为评价指标,对比分析不同载体所制备催化剂的性能。通过N2吸附-脱附测试、X射线衍射(XRD)、氢气程序升温还原(H2-TPR)等表征手段,深入分析各催化剂的物化性质。结果表明,TiO2的引入有利于金属Ni的分散,在最优载体制备的催化剂反应下,间氯硝基苯转化率和间氯苯胺选择性分别为100%和98.69%。
将由MOF材料衍生的CoP量子点负载于TiO2超薄纳米片表面,构建出0D/2D异质结(CoP/TiO2)用于光催化分解水制氢反应。TiO2超薄二维结构的高比表面积特性可为CoP量子点的负载提供理想基底,有助于其在表面均匀分散构建界面位点。0D/2D异质结独特的结构不仅有利于在界面处构建丰富的活性位点,还能有效增强电荷的传输效率,提高产氢效率。当CoP的负载量为5%时,复合催化剂5% CoP/TiO2表现出最高的产氢速率[2 375.30 μmol/(g·h)],约是TiO2和CoP单独使用时的23倍和170倍。光学性质和电化学分析表明,复合催化剂CoP/TiO2的可见光吸收性能明显增强,载流子传输效率显著提高,结合能带结构分析得知,该异质结的电荷传输方式为S型,揭示了催化反应机理。
采用电化学循环伏安法和恒电位沉积法成功制备出不同形貌的过渡金属Fe基纳米粒子催化剂,并深入探讨了Fe基纳米粒子表面电沉积的早期生长过程及机制,同时利用扫描电子显微镜、电化学阻抗谱等技术对材料的结构及性能进行了表征测试。恒电位法制备得到的Fe纳米粒子分布均匀且具有立方体结构,其修饰的玻碳电极电活性面积达到1.485 cm2,是裸玻碳电极的22倍。对邻苯二酚(CC)和对苯二酚(HQ)的电催化性能实验表明,恒电位法制备得到的Fe纳米粒子修饰电极对HQ和CC的氧化峰电流信号明显高于循环伏安法制备的Fe纳米粒子修饰电极,同时恒电位法得到的Fe纳米粒子修饰电极对两种酚类物质的氧化电位更低。
将纯化处理后的碳纳米管(CNTs)浸入苯胺溶液中,利用化学还原法成功制备了PANI/CNTs复合载体,并利用电沉积法将钯(Pd)沉积到PANI/CNTs复合载体上,制得钯修饰聚苯胺/碳纳米管复合催化剂;采用TEM、XRD、CV、LSV和EIS等方法对制得的催化剂性能进行了表征。结果表明,与Pd/CNTs催化剂相比,聚苯胺的掺杂可明显提高复合催化剂的导电性和析氢催化活性,提供电子或电荷转移的导电通道,增大交流电流密度。聚苯胺掺杂Pd/CNTs催化剂有望成为新型的析氢载体材料。
利用原位生长法合成一种磁性共价有机框架材料(Fe3O4@COFs),并用于水体中孔雀石绿(MG)的吸附。通过TEM、FT-IR、XRD等对所制备材料进行形貌表征。实验以MG作为模型化合物,考察浓度、时间、温度等因素对Fe3O4@COFs吸附效果的影响,发现Fe3O4@COFs对MG的吸附符合吸附动力学二级模型、Langmiur吸附等温模型,吸附平衡时间为20 min,最大吸附量为328.4 mg/g。Fe3O4@COFs与MG分子存在氢键和π-π堆积等相互作用,从而使其对MG的吸附表现出优异的性能。
通过向1 mol/L LiPF6-EC∶DMC(3∶7,体积比)电解液中添加0%、5%、10%、15%质量分数的TiO2,配制高安全高电压半固态电解液。电化学测试表明,添加5% TiO2电解液的电池相比原电解液性能变差,且放电比容量衰减明显;添加10% TiO2电解液的LiNi0.5Mn1.5O4/Li电池有最好的循环性能,1 C倍率下循环400圈后容量保持率98.4%。在倍率测试中添加10% TiO2半固态电解质的电池性能和添加基础电解液的电池相似,这是因为添加10% TiO2的电解液离子电导率稍微减低,但是离子迁移数明显增加。
开发了一种反应性模板方法用于制备ZnS/ZnO复合结构,以廉价的氧化镁为前体,通过水合反应和阳离子交换生成Zn(OH)2,再经阴离子交换制备不同ZnO与ZnS比例的复合结构。该复合结构呈纳米片状,元素分布均匀,具有优异的光催化还原CO2性能,最佳ZnS/ZnO比例为2∶1,还原产物为CH4和CO。作为超级电容器电极,其硫化后比电容达342 F/g,能量密度达37.8 Wh/kg。此方法操作简单、环境友好,无需额外热源和碱源,可扩展至其他金属氧化物或硫化物纳米结构的制备。
采用水热合成,以四丙基氢氧化铵(TPAOH)为单一模板剂,无晶种无添加剂,通过硅溶胶和硫酸铝一锅合成了由 50~100 nm纳米粒子自组装的ZSM-5分子筛聚集体。通过研究硅铝比、Na+浓度及TPAOH用量对形貌的影响发现,纳米晶聚集体可在宽硅铝比范围[n(SiO2)/n(Al2O3)=40~200]内合成,一次粒子粒径随硅铝比提高而增大;Na+浓度是调控一次粒子的关键因素,其用量增加使一次粒子增大;TPAOH用量增加会导致一次粒子增大而二次粒子减小。并通过对其形成过程追踪提出了可能的自组装机理。
以硝酸-硫酸混酸作硝化剂,在体积为10 mL的微通道反应器内进行了甲苯的硝化反应,探究了停留时间、反应温度、硫酸脱水值对转化率、选择性的影响,以及不同芳烃完全转化所需的硫酸脱水值,并考察了硫酸循环利用的可行性。通过计算芳烃亲核指数,确定其对硫酸脱水值的影响。反应产物的气相色谱分析表明,与常见反应器相比,微通道具有反应速度更快、温度可控、产物选择性提高等优点。
引入螯合-夹带溶剂体系协同超临界CO2萃取技术对金属钴进行了萃取-反萃研究。采用多因素萃取实验考察了温度、压力、萃取时长等因素对钴盐萃取率的影响,分别获取了最佳温度、压力与萃取时间为60℃、14 MPa以及30 min,最高单级萃取率可达95%以上。最后,借助反萃实验实现了目标金属钴的有效回收,反萃率为91%。该研究为二次资源中高附加值金属的回收提供了一定的数据支撑。
以二氯二氢硅(DCS)和四氯化硅(STC)为原料,通过反歧化反应精馏工艺合成三氯氢硅(TCS)的过程进行系统性工艺优化。根据反应特性确定了适宜的催化剂,考察氯化氢气体、催化剂氮含量、反应温度和反应时间对催化剂活性的影响。为了提升催化剂活性并满足严格的水分控制要求,提出了一种催化剂预处理方法,包括高纯水洗涤以除去杂质、甲醇脱水以及氮气与氯化氢吹扫,有效提高催化性能。其次采用了新型的催化剂捆扎包的装填方式进行装填,减少了催化剂的磨损,具有催化剂寿命长、操作稳定、操作弹性大等优点。基于理论分析的基础进行工业实验装置设计,并确定了预分离塔和反应精馏塔的控制策略。经过对工艺操作条件的优化,得到了反应精馏塔操作压力为绝压150 kPa,回流量3~4 t/h,塔顶采出温度为50℃的操作条件,将DCS的转化率提高到98.5%以上,并在国内某企业的工业装置上应用,验证了工艺的可行性。
以日处理量220万m3的X脱硫站三甘醇(TEG)脱水系统为对象,构建“温度-流量-压力”多因子热力学耦合模型,提出基于水露点约束的协同优化路径。通过敏感性分析,揭示高压蒸气(52%)、燃料气(31%)及循环泵电能(17%)的能耗关联机制,并建立多目标优化函数。实验表明,将TEG循环量从2 200 kg/h降至2 000 kg/h、汽提气量从21 m3/h优化至7 m3/h、重沸器温度梯度调整为183℃时,系统比功耗降低17.8%(6.48×10-4 kWh/m3),年节约运行成本22.51万元,且水露点稳定于 -20℃以下。本研究为现有天然气脱水装置的能效提升提供了普适性方法论,推动高能耗工业从“单一节能”向“系统增效”转型。
某新建丙烷脱氢装置中,丙烯精馏塔采用了多溢流塔盘设计,面临着分离效率和处理能力不达标的各种问题,导致了最终产品纯度无法满足设计要求和额外的产品损失。通过对该丙烯精馏塔的成功改造,着重介绍了影响多溢流塔盘的分离效率和处理能力的各个设计要点。并通过该丙烯精馏塔改造前后的运行效果对比,阐述了影响该丙烯精馏塔产品不达标的关键设计因素。
以制备的还原氧化石墨烯-二氧化钌(RGO-RuO2)复合材料作为固态接触层,经疏水修饰后构建了一种超疏水全固态硝酸根离子选择性电极GC/RGO-RuO2-PFDTES/$\mathrm{NO}_{3}^{-}$-ISE。RGO-RuO2的SEM和XPS表征结果表明,RGO和RuO2成功复合后作为固态接触层可以改善彼此单独存在时易团聚的情况。电极的硝酸根离子检测及电化学性能测试结果表明,电极在1×10-1~1×10-5 mol/L的硝酸根离子浓度范围呈现良好的近能斯特响应,响应斜率为-56.91±1.07 mV/dec,检测限为3.46±1.18 μmol/L。电极不仅表现出良好的选择性、稳定性及pH适用能力,更展现出优异的抗水层干扰性。电极对黄家湖、汤逊湖和东湖三种实际水样的加标回收率为97.18%~103.28%,使用寿命可达90 d,在实际湖水中的硝酸盐检测方面具有良好的应用潜力。
本研究建立了一种使用金属有机框架材料UiO-67与氧化石墨烯合成的UiO-67/GO作为吸附剂的分散固相萃取结合超高效液相色谱-串联质谱法,用于检测沼液中7种磺胺类兽药的残留量。使用调pH为6的Na2EDTA-McIlvaine缓冲溶液对样品提取,UiO-67/GO作为吸附剂对目标物进行吸附。使用5%氨水-甲醇进行洗脱后,通过超高效液相色谱-串联质谱在MRM模式下进行定量分析,结果显示,在0.1~500 μg/L的浓度范围内,7种磺胺类药物表现出良好的线性关系,r2均大于0.99,加标回收率为71.2%~92.9%,相对标准偏差(RSD)为4.2%~9.0%,检出限为0.1~0.4 μg/L,定量限为0.3~1.2 μg/L。研究结果表明,该方法适用于检测养殖场沼液中的磺胺类药物残留。
