2021, 第41卷, 第12期 刊出日期:2021-12-20

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    氢能作为燃料具有清洁、高效、绿色、零碳、储能等优点,其经济价值和战略意义已引起世界各国高度关注。基于Web of Science数据库,借助多种可视化工具多维度对全球氢能进行定量和研究主题聚类分析,全面揭示该领域的发展态势、研究力量和研究热点。结果表明,全球氢能发展态势总体呈增长趋势;从微观、中观和宏观3个维度探究该领域研究力量;绘制高频关键词表及突变词表探究研究热点,主要集中在制氢、储氢、析氢反应、燃料电池以及生物氢等方面。最后,从国家战略、关键技术研发、产业链和产业生态等角度提出发展建议。

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    氢能已成为未来能源发展的重要方向之一,被视为是实现碳达峰、碳中和的必由之路。目前氢气的主要来源以天然气和煤等化石燃料为主,生产过程仍要排放大量二氧化碳。电解水所产氢气被视为"绿氢",被认为是氢气生产的最终方向,但目前"绿氢"成本远远高于化石燃料制氢。通过分析碱性电解槽(AWE)和质子交换膜电解槽(PEM)两种主流电解技术的制氢成本,发现氢气成本主要由设备折旧和电力成本两部分组成。由此降本措施主要是降低这两部分的成本,包括降低电价以降低电力成本,增加电解槽工作时间生产更多氢气以摊薄折旧和其他固定成本,以及通过技术进步和规模化生产降低电解槽尤其是PEM电解槽的设备成本等。

  • 现代化工. 2021, 41(12): 12-16,21. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2021.12.003
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    综述了3类有机多孔材料在CO2环加成反应和光、电还原反应领域的研究进展,从机理方面重点分析了不同有机多孔材料对于催化CO2转化效率高低的原因,并对存在的问题、发展前景进行了探讨和展望。

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    重点就连续流酶反应器的相关研究进行了综述,内容涵盖连续流酶反应器的构建、研究进展、相关应用以及发展前景和趋势等方面,以期为连续流酶反应器的相关科学研究提供参考。

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    详细概述了可燃冰的物化性质、勘探开发主要历程及开采技术现状,着重介绍了压裂联合CO2置换开采天然气水合物技术,并对其在技术、经济及安全方面的优势进行了分析,同时指出了该联合工艺在技术、地质风险及环保方面存在的不足和挑战,并对其未来发展前景进行了展望。

  • 现代化工. 2021, 41(12): 27-31,37. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2021.12.006
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    围绕合成气制乙醇工艺的研究现状进行了综述,介绍了直接法制备的反应机理与不同催化剂在反应中的应用,间接法中的2种不同工艺路线以及沸石催化剂在甲醇羰基化和二甲醚羰基化过程中的反应机理,并且描述了不同催化剂的开发与应用以及间接法串联床层催化的研究。

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    综述了采用生物质材质和不同干燥方法与高温热解法相结合获得碳气凝胶的方法;分析讨论了制备工艺、生物质原料对碳气凝胶性能的影响,最后对研究前景和发展方向进行了展望,并提出相关建议。

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    基于极端苛性环境中对强酸废液处理的需求,耐酸纳滤膜已成为研究热点之一。主要介绍了耐酸纳滤膜材料、膜元件的耐酸特性及工业化应用效果,并针对耐酸纳滤膜研究中现存的问题和今后的研究方向提出了一些建议。

  • 现代化工. 2021, 41(12): 42-46,52. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2021.12.009
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    简述了高性能异相催化剂的设计对PMS氧化技术的影响及作用机制。针对非金属/金属碳材料-PMS体系,介绍了所采取的实验方法、表征技术以及有机污染物降解性能,对催化剂与反应物的构效关系进行了阐明,并提出了目前PMS活化技术存在的一些问题以及未来的发展方向。

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    分析了催化剂种类、催化剂添加量(Ca/C摩尔比)对生物质气化制氢产气中气体组成和氢气产率的影响,大量实验研究表明,Ca/C摩尔比适宜区间为1.0~2.0,随着Ca/C摩尔比增加至2.0,H2体积分数上升,可达到60.5%~67.8%,CO2体积分数下降,低至0.2%~8.5%,CH4基本保持不变,维持在10%~17%。研究了催化剂循环次数对CaO转化率的影响,结果表明,循环次数为1~100次时,CaO转化率从70%~99%下降至19.8%~21.6%,循环次数为100~1 000次时,CaO转化率下降至18.5%~19.7%,并利用动力学分析,发现准二级吸附速率方程拟合效果最好,相关系数均为0.980以上。

  • 现代化工. 2021, 41(12): 53-58,63. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2021.12.011
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    综述了杜仲胶提取方法的技术进展,对杜仲胶的提取方法和杜仲胶产业化所遇到的问题进行了分析,展望了杜仲胶提取技术的发展方向。

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    综述了近年来聚丙烯增刚剂的研究和应用进展,对增刚剂类别中关于有机磷酸酯类、有机羧酸类、二亚苄基山梨醇类、酰胺类、松香类以及复合型增刚剂对聚丙烯的不同影响进行了综述,并对未来聚丙烯中增刚剂的发展趋势进行了展望。

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    通过研究不同类型生物修复技术的修复原理和应用特点,对比在土壤石油污染和海洋石油污染环境中的修复效果,旨在更好地了解生物修复技术,并对今后的研究重点进行了展望。

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    概述了可燃冰的基本概况,简述了国内外可燃冰和地热能的勘探开发方式现状,提出了CO2置换联合地热开采陆域可燃冰-地质封存一体化技术,并分析了该技术的优势,概括了其在技术、投资及环境层面存在的不足和挑战,并对其发展前景进行了展望。

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    通过液相还原法将纳米零价铁(nZVI)负载于氮化碳(CN)表面制成复合材料(nZVI@CN),并考察其对水中三氯乙烯(TCE)的去除性能。结果表明,制得的nZVI@CN表面零价铁(粒径50 nm左右)分散均匀,比表面积和孔隙体积高于nZVI和CN。批实验和氯离子检测结果表明,TCE的去除包括吸附和还原脱氯2个过程。nZVI@CN的质量浓度为2 g/L时,TCE (20 mg/L)3 h的去除效率可达87.6%。nZVI@CN还原降解体系中,离子质量浓度的增加以及溶液pH升高均不利于TCE的还原脱氯,而溶解氧(DO)对TCE的去除无显著影响。

  • 现代化工. 2021, 41(12): 79-82,87. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2021.12.016
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    采用浸渍法制备Zn掺杂改性TiO2催化剂,以对氯苯甲酸(p-CBA)为目标污染物,考察Zn/TiO2的催化臭氧氧化效能,结果发现Zn掺杂比为0.5%的催化剂具有最佳活性。利用SEM、XRD、FT-IR、BET和等电点性质对改性催化剂进行表征,结果表明,随着Zn掺杂比的增大,催化剂的比表面积急剧降低,但等电点、表面羟基明显增多,推测等电点和表面羟基等性质的改变是导致催化剂活性增强的重要因素。另外,当溶液pH在催化剂的等电点附近时,Zn/TiO2的催化臭氧氧化效率较高。

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    利用低温循环水槽模拟地下水环境温度(10℃),以辽阳石化公司含油废水处理好氧池中活性污泥为菌株来源、苯系物为唯一碳源,经污泥驯化和菌株富集、分离、纯化分离出5株耐低温BTEX降解菌。经16S rRNA基因分析并结合其形态学和生理学特性,鉴定菌株DS1、菌株DS3属于假单胞菌属(Pseudomonas sp.);菌株DS2和菌株DS4为芽孢杆菌属(Bacillus sp.);菌株DS5属于葡萄球菌属(Staphylococcus sp.)。低温条件下,优选得到降解能力高的优势菌株DS4,其对邻、间、对二甲苯的降解率达到96.41%,对乙苯的降解率为95.38%,对甲苯的降解率为80.37%,对苯的降解能力最低,为63.92%。

  • 现代化工. 2021, 41(12): 88-92,98. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2021.12.018
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    将静电纺丝技术与金属有机框架相结合,通过一步热解法制备的氮掺杂多孔碳纳米管负载镍原子作为氧还原反应高效催化剂。电化学测试结果表明,当前驱体离子摩尔比为100:10时,其具有最高的起始电位和半波电位,仅次于贵金属Pt/C。通过计时电流法测试表明,在给定电压下,经过20 000 s其电流密度还能保持在原来的81.7%,远高于Pt/C的63.5%,结果表明合成的电催化剂具有良好的稳定性。

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    针对传统的静电纺丝纳米纤维膜(ESNM)容易被污染且存在机械稳定性低和膜通量不高的问题,采用静电纺丝和层层组装的方法制备了一种一侧呈超疏水性、另一侧呈亲水性的不对称结构蒸馏膜(Janus膜),其中超疏水层由表面包覆聚二甲基硅氧烷(PDMS)的SiO2微球堆叠而成,其接触角为151°;亲水层由偏聚氟乙烯(PVDF)与聚乙烯醇(PVA)溶液静电纺丝出的纳米纤维组成,其接触角为17°。拉伸实验结果表明,该Janus膜在弹性范围内能承受的最大负荷是未进行表面改性的PVDF膜的3.6倍。直接接触式膜蒸馏实验(DCMD)结果表明,Janus膜的膜通量为29.9 L/(m2·h),截留率为99.9%。

  • 现代化工. 2021, 41(12): 99-102,106. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2021.12.020
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    采用溶剂挥发法并在成膜过程中引入外加磁场,借助磁场诱导作用促使Fe3O4磁性粒子向膜表面迁移,构建具有非均质结构的聚醚嵌段聚酰胺(PEBA)磁性膜,并对膜结构和氧氮分离性能进行研究。结果表明,磁场诱导迁移使磁性粒子在膜表面富集形成非均质结构;与均质磁性膜(i-PEBA/Fe3O4)相比,非均质磁性膜(ani-PEBA/Fe3O4)的饱和磁化强度提高了53%,表现出更高的磁响应性;当Fe3O4质量分数为10%时,非均质磁性膜的O2渗透系数为36.84 Barrer,O2/N2理想选择性为4.55,具有良好的氧氮分离性能。