超临界CO2作为非水压裂液,具有增加页岩气产量、减少需水量和减轻环境影响的潜力。结合实验和模拟数据,阐释了使用超临界CO2作为工作流体用于页岩气开发的利弊,分析了CO2的潜在优势,包括增强压裂和裂缝扩展效果、减少流动阻塞、增加页岩富含有机物部分吸附态甲烷的解吸、减少或消除可诱发地震和环境问题的返排水深度回注等;还分析了超临界CO2的射孔能力和射流增压效果,与水射流相比,CO2的射孔能力更强,射流增压效果更好。随着时间的推移,超临界CO2的优势会促进页岩气产量大幅提高,并且页岩地层还可能成为碳封存的主要选择。此外,还研究了使用超临界CO2的潜在挑战,包括处理大量CO2的成本和安全问题等。
随着中国炼化一体化和煤(甲醇)制烯烃技术快速发展,副产的C5馏分已成为乙烯工业不可忽视的伴生资源。目前工业上对C5烷烃的利用主要为返回裂解炉做裂解乙烯原料、发泡剂制造、戊烷异构化油以及作为燃料等方式。面对C5烷烃产量不断增高的现实,提高其利用率、延伸产业链、开发下游高值产品的思路不仅能提高资源的有效利用,而且也对我国化工经济的发展起到一定的激励作用。对石油裂解馏分中C5烷烃的利用现状进行了综述,介绍了正戊烷异构化、正戊烷芳构化、戊烷燃气、环戊烷水合物等利用途径,也对未工业应用的正戊烷氧化制备顺酐、苯酐工艺进行了分析和Aspen全流程静态模拟,分析结果发现该工艺可行,经济较合理,是一条有潜力的工业应用路线。
收集整理了生物质成型燃料锅炉大气污染物排放的国家标准和部分省市的地方标准,统计了6个生物质焚烧锅炉的燃料工业分析和灰分分析数据,对生物质锅炉的排放标准、燃料特性、烟气特性进行了研究,调研了可供生物质锅炉烟气脱硝选择的7种技术,并重点介绍了选择性催化还原技术(SCR)及其3种布置形式。通过对7种脱硝工艺及其优缺点进行细致的分析与研究,建议在NOx排放浓度要求不严的区域,优先选用低氮燃烧技术、选择性非催化还原技术(SNCR)(或替代技术)者两者结合;在要求NOx实现超低排放的区域,可选用低氮燃烧技术、SNCR技术(或替代技术)、SCR技术或多种联合脱硝技术。
采用溶剂热法合成了铝基金属有机骨架材料MOF-253,通过将半导体光催化剂AgI固载到MOF-253上合成不同摩尔比的AgI/MOF-253复合材料,利用XRD、SEM、FT-IR、UV-Vis DRS和氮气物理吸附等对其进行表征。选取光催化降解有机染料罗丹明B(RhB)作为模型反应,研究了AgI/MOF-253作催化剂时,AgI的负载量、双氧水浓度对可见光催化降解RhB反应性能的影响。结果表明,AgI和MOF-253摩尔比对催化剂性能有重要影响,优化后的反应体系60 min内对RhB的降解率可达96%;催化剂循环使用4次,降解效率仍保持在95%以上。通过活性物种捕获实验探讨了影响该复合材料降解RhB的光催化活性关键因素。
以钨酸钠与硝酸银为原料,采用水热法将Ag元素引入斜方晶型WO3光催化剂,探究了Ag元素提高WO3光催化活性的机理。光催化降解实验结果表明,当n(Ag):n(W)=1:500时,甲苯的降解效率达到90%以上,与未掺杂Ag的WO3相比,其降解效率提高11.7%;第3次循环时甲苯降解率达到82%,表明Ag/WO3具有较高的稳定性。综合表征结果表明,Ag元素的添加不改变WO3的晶型结构,随着Ag元素掺杂比例的增加,WO3粒径不断减小,禁带宽度由2.23 eV降低为1.72 eV。Ag元素的掺杂增加了WO3中的氧空位,促进了电子-空穴的分离。但当n(Ag):n(W)>1:500时,过多的氧空位形成了新的复合中心,更多的电子被束缚,导致WO3催化活性降低。
采用EDTA-柠檬酸联合络合法制备La0.5Sr0.5Co1-x-yFexCuyO3-δ系列阴极材料,利用X射线衍射、扫描电镜、直流四电极法对材料结构与性能进行研究。结果表明,不同组分阴极材料经1 000℃焙烧后均为纯钙钛矿相。阴极材料的致密性、结晶度和粒径随2种元素掺杂量的升高而增加,其中x=0.5时微观结构较优。在400~800℃范围内,La0.5Sr0.5Co0.4Fe0.5Cu0.1O3-δ材料电导率随温度升高先增大后减小,其他样品电导率均随温度升高而降低。Cu、Fe掺杂量增加使材料电导率减小,其中x=0.3、0.5时有所升高,但低于x=0时的数值;x=0.5、600℃时取得最大值596.421 S/cm。
耐HCl和水协同腐蚀、低二次杂质释出是吸附材料用于HCl电子气体深度除水的先决条件。在考察了一系列工业化硅铝酸盐分子筛的耐蚀性、杂质释出和真实HCl电子气体环境下的深度除水性能后证实,硅铝酸盐分子筛的耐蚀性和除水性能与硅铝摩尔比(SiO2/Al2O3摩尔比)密切相关。硅铝摩尔比为2的分子筛耐蚀性较差,硅铝摩尔比为16~360的分子筛均具有较好的耐蚀性;硅铝摩尔比介于2~300之间的分子筛可将HCl电子气体中约2 μL/L水分脱除至130~200 nL/L,除水效率与速度均随硅铝摩尔比增加呈下降趋势。根据上述规律开发的MS-1分子筛可脱除HCl电子气体中的水分至约160 nL/L,MS-1分子筛经改性后则可将水分除至<100 nL/L,且对HCl中的金属离子无显著影响。
制备了5% Co/USY、5% Mg/USY和1% Co-5% Mg/USY、1% Mg-5% Co/USY等2种金属改性的USY分子筛,利用XRD、BET、NMR、Py-IR等对其结构进行了表征。通过TG及Py-GC-MS探究了不同分子筛在树皮煤热解中的定向催化作用及对焦油组分分布的影响。结果表明,较之单金属担载,1% Co-5% Mg/USY和5% Co-1% Mg/USY催化剂总酸量降低;4种催化剂对于提高热解焦油中芳烃质量分数均有一定作用,其中5% Mg/USY分子筛效果最明显,芳烃质量分数增加15%,这与脂肪烃转变缩合有关;芳烃中轻质芳烃质量分数提高4%;1% Co-5% Mg/USY有助于酚类脱氧形成芳烃。
以聚己二酸-1,4-丁二醇酯二醇(PBA)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)为单体,全氟烷基乙基丙烯酸酯和乙烯基三乙氧基硅烷为改性剂,2,2-双羟甲基丙酸(DMPA)为乳化剂,将单体与不同质量分数、质量比为1:1的2种改性剂共聚,并利用三羟甲基丙烷(TMP)作为外交联剂,制备了一系列聚合物乳液。对乳液的粒径、储存稳定性和黏度等进行了测定,对胶膜的耐水性、耐热性、硬度和耐化学品性、断裂面和表面的微观形貌进行了表征。结果表明,DMPA质量分数高于3.3%时,乳液外观、储存稳定性良好;TMP的加入可明显提高胶膜硬度;含氟与含硅基团的引入明显提高了胶膜的耐水性和耐热性,当2种改性剂质量分数为9%、质量比为1:1时,热分解温度较改性前提高了20℃,吸水率为7.7%。
以还原态TiO2纳米管和纳米金刚石为电极中间层和催化层掺杂改性剂,通过电沉积法制备了新型PbO2电极(Ti/TiO2-RNTs/Sb-SnO2/PbO2-ND)。合成的电极表面主要为β-PbO2晶体,晶粒尺寸是17 nm。电化学分析测试表明,还原态TiO2纳米管中间层和纳米金刚石掺杂改性减少了电极电荷转移电阻,增加了电极的析氧电位和电化学活性面积。对苯达松的降解发现,与其他电极相比,Ti/TiO2-RNTs/Sb-SnO2/PbO2-ND电极的催化活性更高、平均能耗更少。氯离子的存在可显著提升电催化氧化效率,10 mmol/L的Cl-可将COD的去除率从49%提升到69%。此外,Ti/TiO2-RNTs/Sb-SnO2/PbO2-ND电极有着良好的催化稳定性和较长的使用寿命。
将Fe2+活化过硫酸盐(PS)体系应用于喹啉的去除,并取得较高降解率。研究了过硫酸盐投加量、Fe2+投加量、初始pH对PS/Fe2+体系中喹啉降解的影响。以喹啉降解率为指标,结合响应面法(RSM)中的Box-Behnken方法进行单因素实验,建立了二次多项式模型,进一步得到喹啉降解的最佳反应条件。结果表明,最佳反应条件为:PS/喹啉摩尔比为9.8、PS/Fe2+摩尔比为1.90、初始pH为3.49,此时理论喹啉降解率可达93.7%。相应的验证实验结果与预测值基本一致,证明该模型可信。进一步分析喹啉废水处理前后的三维荧光光谱(3D-EEM)发现,喹啉降解产生腐殖酸类物质且出现荧光峰红移现象,推测反应过程中产生了含有羰基、羧基、羟基和胺基的中间物质。
采用乙二醇与三乙醇胺为改性剂、无水乙醇为溶剂配制钢渣助磨剂,将钢渣助磨剂与钢渣混合后粉磨获得钢渣超微粉。利用钢渣超微粉取代部分炭黑制备一系列钢渣超微粉/丁苯橡胶复合材料。考察钢渣助磨剂配方与钢渣超微粉用量对钢渣超微粉/丁苯橡胶复合材料力学性能的影响,并且分析其作用机理。结果表明,当乙二醇用量为0.10 mL、三乙醇胺用量为0.10 mL、无水乙醇用量为0.10 mL、电炉渣质量为20 g、炭黑质量为30 g时,钢渣超微粉/丁苯橡胶复合材料的力学性能较好,即拉伸强度为22.01 MPa、拉断伸长率为605.27%、撕裂强度为40.74 kN/m、邵尔A硬度为62。以乙二醇、三乙醇胺与无水乙醇为钢渣助磨剂可改善钢渣超微粉的粒度分布,有利于钢渣超微粉的物理吸附效果与分散效果,提高钢渣超微粉/丁苯橡胶结构的牢固度与丁苯橡胶包裹钢渣超微粉的效果。
以对苯二醛和乙二胺为原料合成线性席夫碱配体,并将其与Co配位制备席夫碱配合物Co-L(L=对苯二醛缩乙二胺席夫碱)。利用EA、ICP、FT-IR、UV-Vis、TGA和BET等对配体及配合物的结构与性能进行表征,在氧化环己烯制备环己烯酮的反应中测试其催化性能。结果表明,Co-L具有较高的催化活性和烯丙基氧化产物的选择性。在乙腈用量为5 mL、环己烯物质的量为6 mmol、氧压为0.3 MPa、催化剂质量为20 mg、反应温度为70℃条件下,环己烯的转化率为37.66%,烯丙基氧化产物的选择性高达83.59%。催化剂重复使用5次,环己烯的转化率和烯丙基氧化产物的选择性几乎不变。
采用机械研磨液相混合的方法制备了铌包覆改性磷酸铁锂(LFP)材料LFP@0.2% Nb、LFP@0.5% Nb、LFP@1% Nb。利用XRD和SEM对材料的结构和形貌进行表征。经扣式电池测试表明,与未掺杂改性的LFP相比,LFP@Nb材料具有更高的放电比容量和更稳定的循环性。0.1 C倍率下,LFP材料的放电比容量为149 mA·h/g,LFP@1% Nb的放电比容量为162 mA·h/g;在高倍率5 C下,LFP@1% Nb的放电比容量为130 mA·h/g,相对LFP的62 mA·h/g增加了1倍左右。经过1 C倍率下循环100次,LFP@1% Nb的容量保持率为90%左右,高于LFP材料的85%。
利用沉淀法原理,以二价铁离子为铁源,控制合成了3种不同晶相和结构的羟基氧化铁纳米材料,并对其降低卷烟烟气中4-(N-甲基亚硝胺)-1-(3-吡啶基)-1-丁酮(NNK)的释放量进行了研究。利用XRD、FT-IR、SEM等手段对材料进行了系统表征。将不同晶相和结构的材料添加到卷烟滤棒中,结果表明,FeOOH能明显选择性降低卷烟烟气中烟草特有亚硝胺,对代表性化合物NNK的选择性降低率最高可达25.03%,降低NNK释放量的相对顺序为δ-FeOOH > β-FeOOH > α-FeOOH,而且对不同亚硝胺分子的降低也有差异选择性。FT-IR分析结果表明,FeOOH与NNK分子之间存在化学键作用。
采用浸渍法制备了Ni/ZSM-5分子筛,利用X射线衍射、N2吸附-脱附、NH3-程序升温脱附等方法考察了Ni负载对催化剂晶相、孔结构和酸性质的影响,并用于催化正己烷裂解。结果表明,Ni负载降低了ZSM-5的比表面积、微孔孔容和原有中强酸酸量,当Ni质量分数 ≥ 0.6%时,分子筛出现新的强酸位且该处酸量随Ni质量分数的提高而增大。Ni对分子筛孔道和酸性的调控作用提高了轻质烯烃选择性。在反应温度为600℃、N2为载气、V(N2):V(反应物)=9:1、正己烷质量空速为6 h-1、Ni质量分数为2.0%时,C2~4=的总选择性为56.07%,收率为40.22%,与未改性ZSM-5相比选择性提升了18.70%。
利用水热合成法制备了直径为50~80 nm、长度为2~3 μm的α-MnO2纳米线;在α-MnO2纳米线表面接枝聚苯乙烯磺酸钠(PSSNa);以MnO2-g-PSSNa为模板,利用原位氧化聚合在MnO2纳米线表面沉积聚(3,4-二氧乙烯基)噻吩(PEDOT)。MnO2-g-PSSNa与EDOT的质量比对MnO2@PEDOT的形貌有决定性的影响,当m(MnO2-g-PSSNa):m(EDOT) ≤ 1:1时,得到中空的PEDOT纳米管。循环伏安和充放电试验表明,所制备的MnO2@PEDOT有良好的电容性能,当m(MnO2-g-PSSNa):m(EDOT)=1:1时,MnO2@PEDOT的比电容高达62.9 F/g(MnO2的比电容为18.5 F/g)。
针对燃烧后胺法脱碳工艺捕集能耗高的问题,在普通碳捕集系统中集成级间冷却、机械蒸气再压缩(mechanical vapor recompression,MVR)和富液分流解析3项节能技术,建立低能耗碳捕集系统,并将该系统与600 MW燃煤机组热力系统耦合,分析该系统对燃煤机组热经济性指标的影响。结果表明,当CO2捕集率为90%时,该碳捕集系统中单位再生能耗从4.09 GJ/t CO2降低到2.64 GJ/t CO2,降幅达35.28%。与耦合普通碳捕集系统的燃煤机组相比,耦合低能耗碳捕集系统燃煤机组的电厂效率从30.81%增加到33.53%,提升了2.72%;标准煤耗从398.87 g/kWh降低到366.81 g/kWh,下降了32.06 g/kWh;热耗率从11 674.92 kJ/kWh降低到10 736.53 kJ/kWh,减少了938.36 kJ/kWh,热经济性得到明显改善。研究还发现,CO2捕集率每降低1%,低能耗碳捕集燃煤机组的电厂效率增加0.054%,标准煤耗降低0.524 g/kWh,热耗率降低15.353 kJ/kWh,降低碳捕集率可进一步改善电厂的热经济性。
采用普通精馏工艺从醋酸甲酯-水-醋酸乙烯混合体系中提纯醋酸乙烯会消耗大量的能量,为解决这一难题,设计出一种新型的热泵精馏工艺,并采用Aspen Plus软件对此混合体系进行了普通精馏工艺和热泵精馏工艺的稳态模拟。首先基于NRTL热力学模型提出了基于塔顶气体直接压缩式热泵精馏的工艺原理;随后通过模拟计算得到了此种热泵精馏工艺分离醋酸乙烯的最佳工艺操作参数和设备参数;最后分别对普通精馏工艺和热泵精馏工艺的能耗和综合能耗进行了分析对比。研究结果表明,对精馏塔塔顶塔底温差较小且沸点接近的醋酸甲酯-水-醋酸乙烯混合体系而言,采用塔顶气体直接压缩式热泵精馏技术可以节约96.46%的热负荷,87.55%的冷负荷、89.87%的综合能耗、节约能耗费用449元/h。
对RSV工艺进行适应性分析时发现,在进行中高压富气乙烷回收时存在对原料气气质、CO2适应性差及流程热集成度低的问题。采用改变气源、多级分离、吸收塔汽提的方法来改善第二股进料气质,即采用侧线抽出脱甲烷塔上部气相来替换低温分离器气相作为第二股进料,提出带压缩和部分干气再循环的改进工艺(supplemental rectification with compression and recycle split vapor,SRCR)。对低温分离器液相进行汽提精馏、两级分离的方法来取代低温分离器气相作为第二股进料,提出带汽提的部分干气再循环工艺(recycle split vapor with gas extraction process,RSVG)、带闪蒸的部分干气再循环工艺(recycle split vapor with liquid flashing process,RSVF),通过对比功耗、改进成本及热集成度优选出RSVF工艺。对RSVF工艺进行适应性分析发现,原料气压力越大RSVF工艺越节能,并且对气质及CO2摩尔分数适应性显著增强。
针对化工、农业等行业的重金属检测需求,提出了基于图像颜色辨识的有色溶液浓度测定原理,利用顺序注射技术和图像辨识技术,设计了重金属6价铬水质在线监测系统,实现水质6价铬测定。按照国标法配置了9组不同浓度的溶液,设计了CCD相机检测池,利用6价铬水质自动在线监测仪和CCD相机在国标方法检测的同时进行图像采集。对图片数据进一步分析,建立了RGB特征值与浓度的多元线性回归模型。实验结果表明,在测量浓度为0~1.0 mg/L范围内,相对标准偏差小于2%,检出限为0.006 mg/L,基于图像辨识的检测系统具有较高的精确度。系统运行稳定,可精准、高效分析不同地表水样的6价铬,为环境保护和污水排放提供了新的技术支持。