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化工学报|北京化工大学|宁艳馨,曲修杰,曾雯娅,程道建,潘金波:光电化学水分解制氢研究进展:从光电极设计到规模化探索
光电化学水分解制氢技术是极具前景的太阳能转化与储存策略。光电极材料的设计、制备及规模化探索受到了广泛关注,并且取得了巨大进展。针对光电极存在的缺陷(包括载流子分离效率低、表面反应迟缓、长期稳定性差、水吸附与氧脱附能力不足等),研究者开展了光电极结构化设计,缺陷调控,异质结构建等研究。光电极的规模化制备存在挑战,研究者采用原位燃烧、喷雾解热、连续离子层吸附反应法等新技术,可控制备了平米级的光电极,并设计了光伏-光电催化装置。深入探讨了当前光电化学水分解技术在光电极设计、规模化制备以及长时间运行的进展和技术瓶颈,并对未来研究方向提出了展望,可为大规模光电催化能源转化研究提供理论依据和技术参考。
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化工学报|卢鑫慧,马冰,周威,卢兴: 面向高效C2H2/C2H4分离的非互穿三维COFs高通量筛选
摘 要 乙烯/乙炔高效分离是化工领域的重大挑战,关键在于将乙烯中的痕量乙炔深度脱除至百万分之一(体积分数)级别。本研究以三维非互穿金刚石拓扑结构的M(salen)-COFs为平台,采用高通量筛选方法,构建了包含2160种共价有机框架材料的结构数据库。通过蒙特卡洛模拟与分子动力学模拟,筛选出兼具高乙炔吸附容量与高选择性的候选材料。密度泛函理论计算表明,—CH3,—CCH3等给电子官能团可增强与C2H2的相互作用,而金属节点通过调控静电势分布主导物理吸附过程。进一步结合机器学习方法,揭示了构效关系,预测出10种高性能材料(dMgMg08、dMgMg08-NH2、dMgMg06-NH2等)。结果表明,最优材料需协同调控金属节点(Mg > Al > Zn > Ni > Co)与官能团,并兼具高单位体积可及表面积(1890 m2·cm-3以上)与适中的自由体积(约500 Å3,1Å=0.1 nm),以协同优化物理吸附与扩散选择性。
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化工学报|岳岩,张守玉,肖红亮,陈兵,柯希玮,吕俊复:Cu基催化剂在气/液相CO2加氢制绿色甲醇中的研究进展
摘 要 在“双碳”背景下,将捕集的CO2与绿氢耦合在低温下合成绿色甲醇成为该领域的发展趋势。在气/液相工艺下CO2加氢反应的中间体不同,导致速率控制步骤和失活机制差异较大,从而对催化剂设计提出更高的需求。Cu基催化剂因其较高的催化活性和低成本受到广泛关注,但在高温运行过程中易烧结、稳定性差,温和条件下产率较低,尤其是逆水煤气变换副反应的竞争导致甲醇选择性下降。而液相加氢工艺操作条件温和,具有较高的甲醇选择性。以气相加氢和液相加氢工艺为核心对比维度阐述了Cu基催化的反应机制,通过比较不同载体、助剂的差异表现分析电子调制、几何调控等方面的构效关系,最后指出Cu基催化剂在活性关键中间体、兼顾CO2转化率和甲醇选择性以及提高催化活性和稳定性方面存在的不足和挑战,为下一代低温CO2加氢制甲醇催化剂的开发提供可迁移范式。
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化工学报|青岛科技大学|孙新,王希军,赵军,孙晓岩,陶少辉,项曙光:基于面向方程闪蒸模型的管道单元模拟
摘 要 管道系统是化工与能源行业的关键基础设施,其高精度稳态模拟对工程设计至关重要。为此,提出一种基于面向方程法(EO)的模拟策略:采用有限体积法离散质量、动量和能量方程,耦合基于伪平衡温度与互补约束的改进闪蒸模型,构建全耦合、可微的三对角雅可比矩阵,并以内点法求解。在LNG、C2和C3两相流及过热蒸汽三个典型工况下,压降与温降等关键参数预测结果与Aspen Plus和PipeSim的最大相对偏差小于5%,计算效率较序贯模块法提升19%~21%。该方法兼具高精度、强鲁棒性与高效性,为复杂管网的实时仿真与优化提供了可靠基础。
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CJChE丨太原理工大学:基于Pt催化剂的二苯并噻吩与萘在1,2,3,4-四氢喹啉加氢脱氮反应中的竞争反应速率分析
太原理工大学 薛怡凡、赵飞、冯杰等:基于Pt催化剂的二苯并噻吩与萘在1,2,3,4-四氢喹啉加氢脱氮反应中的竞争反应速率分析
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CJChE丨中国石油大学(华东) & 中科院过程所:丙酸甲酯与甲基丙烯酸甲酯二元体系多压力下气液相平衡测定
张军平、张香平、杨朝合等:丙酸甲酯与甲基丙烯酸甲酯二元体系多压力下气液相平衡测定
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CJChE丨中科院过程所葛蔚、李成祥等:分子动力学模拟中的变径拟颗粒模型
中科院过程所葛蔚、李成祥等:分子动力学模拟中的变径拟颗粒模型
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CJChE丨原位构建形貌可控的花状木质素衍生炭/ZnO及其高效光催化降解有机染料性能研究
广东工业大学 卫政涛、林绪亮、邱学青等:原位构建形貌可控的花状木质素衍生炭/ZnO及其高效光催化降解有机染料性能研究
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CJChE丨微通道内离子液体催化二氧化碳和环氧丙烷环加成反应的传质和动力学行为研究
青岛科大杨益谦、王丽丽与中科院过程所李春山等合作:微通道内离子液体催化二氧化碳和环氧丙烷环加成反应的传质和动力学行为研究
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【化工进展】西安石油大学等 | 磁场与材料协同对碳酸钙晶体动态生长的影响
为解决CaCO3结垢造成管线堵塞问题。基于“变被动结垢为主动定点结垢除垢”的思路,本文针对某油田采出水,综合动态剪切实验以及扫描电子显微镜、接触角、表面自由能和粗糙度测试,研究磁场与材料协同作用规律以及对碳酸钙晶体动态生长的影响机理。结果表明,有/无磁场作用下各材料对失钙率和碳酸钙结垢量的影响规律性一致。无磁场作用下,失钙率和结垢量排序为聚四氟乙烯(PTFE)>玻璃钢>镀锌铁>316不锈钢>H62黄铜>PVC;磁场作用下,失钙率排序为PTFE>玻璃钢>镀锌铁>316不锈钢>H62铜>PVC,结垢量排序为PTFE>镀锌铁>玻璃钢>316不锈钢>H62铜>PVC。磁场与材料耦合作用使结垢量降低、失钙率升高以及碳酸钙成核诱导期缩短。造成这种作用的原因是磁场作用下,材料表面接触角与粗糙度降低,表面自由能增大,促进文石型CaCO3垢物形成。磁场作用下PTFE材料与磁场耦合作用最强,当磁场强度为4000Gs,结垢材料为PTFE时,结垢量和失钙率达到最高值分别为4.84g/m2和52%,诱导期由8min缩短到2min。在50min时,结垢量降低29%,失钙率升高12%。
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【化工进展】上海兖矿能源科技研发有限公司 |Sr和Na改性对ZnZrOx/SAPO-34催化剂及催化合成气制低碳烯烃的影响
通过共沉淀法制备了Sr、Na改性的ZnZrOx金属氧化物,考察了Sr和Na助剂的引入对ZnZrOx/SAPO-34催化剂在合成气制低碳烯烃反应中性能的影响。采用XRD、BET、SEM、XPS和Py-FTIR等表征手段,系统研究了Sr和Na助剂对ZnZrOx金属氧化物表面氧空位、酸性和还原性等影响规律。结果表明,Sr和Na提高了ZnZrOx氧化物表面氧空位浓度,并且通过Na-ZrO2界面促进了金属氧化物表面有更多氧缺陷的形成,同时提高了其路易斯酸性,因此在合成气制低碳烯烃反应中,具有较高的CO转化率(21.4%)和低碳烯烃选择性(80.7%)。此外,Sr和Na改性ZnZrOx金属氧化物与SAPO-34分子筛混合比例及“亲密度”对CO转化率和低碳烯烃选择性都有重要影响,合适的质量比(1∶1)和较高的“亲密度”(粉末研磨混合)能够使两种活性位点的协同作用达到最佳,且具有较好的催化稳定性。
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【化工进展】中国石油大学(华东)等 | 油基钻井液用流型调节剂及其制备方法研究进展
油基钻井液具有良好的抗温性、优异的抑制性、突出的润滑性以及对储层损害程度小的优点,但存在携岩能力和井眼清洁能力不足的问题,尤其在深井和复杂井况中更加突出。本文介绍了油基钻井液用流型调节剂的类型、结构、制备方法,简述了有机黏土类、合成聚合物类及有机/无机复合材料类流型调节剂的作用机理,分析了不同类型流型调节剂在改善油基钻井液流变性能、增强高温高压适应性以及提升携岩能力方面的研究进展。提出未来油基钻井液用流型调节剂的发展应重点提升其在高温高密度条件下的流变控制能力,在提高切力的同时基本不增加塑性黏度,同时注重材料的环保性能。此外,建议通过引入智能材料,开发出环境响应型流型调节剂,实现流变调控的智能化和精确化。
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【化工进展】中石化石油化工科学研究院 | 绿氢时代的船用燃料:绿色甲醇和绿氨
面对全球气候变化的严峻形势,航运业的绿色转型迫在眉睫。绿色甲醇和绿氨作为两种新型的船用燃料,在航运业脱碳进程中扮演着越来越重要的角色。本文从绿色甲醇和绿氨的产能、市场需求、生产技术、产业布局等多个维度,分析了绿色甲醇和绿氨在推动航运领域绿色低碳转型发展方面的潜力。文中提出:绿色甲醇因其成熟的发动机技术使其更适合作为现阶段航运业的替代燃料,而绿氨的零碳属性使其成为航运业长期减排的理想选择。
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化工学报|基于本质安全与经济性的环己烷氧化工艺参数多目标优化研究
由于氧化反应在化工行业存在的普遍性及其危险性,针对典型工艺环己烷氧化进行研究。首先利用Aspen Plus进行建模及动力学修正,修正前主产物中最大误差为28.56%,修正后主产物中最大误差为3.11%。使用遗传算法(GA),以Dow火灾爆炸指数(F&EI)、年总费用(TAC)和尾氧浓度为目标函数,对环己烷无催化氧化这一过程进行多目标优化,获得了Pareto前沿。优化结果表明,与原操作条件相比,新操作条件在维持尾氧浓度小于工业预警值3%的情况下,设备费用基本维持不变,操作费用减少了34.7%,F&EI指数从156降到76.66,危险程度从较危险降为较轻。
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化工学报|大尺度扇柱形反应釜内甲烷水合物降压开采规律研究
天然气水合物资源开发利用是当今能源领域的研究前沿,目前相关科学研究和新技术开发越来越依赖大尺度模拟装置。利用大尺度扇柱形反应釜模拟了甲烷水合物降压开采过程,获取了温度场、压力场、波速演变特征,及水合物分解和气液产出规律。结果表明,降压初期压力传播缓慢,3 m径向的压差可达3~4 MPa,压力稳定后压差缩小至0.3~0.4 MPa;受压力影响,径向水合物分解速率存在显著差异。降压初期近井区域存在水合物二次生成行为,对降压速率具有负面影响。此外,还通过外连恒压补水系统探索了外围环境对降压过程的影响。结果表明,外部盐水持续渗入弥补了储层压力,对温/压变化和气/水产出具有显著影响。 关键词