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功能性填料在超重力旋转填料床中的应用和研究进展

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化工学报 2024年第4期75卷 1414-1428页

作者：程婷焦纬洲刘有智中北大学超重力化工过程山西省重点实验室山西太原030051 太原工业学院环境与安全工程系山西太原030008

填料作为旋转填料床的核心部件,是物料微观混合和传质反应过程发生的重要场所。填料的结构、材质组成、填装方式决定了填料的功能性,进而直接影响到旋转填料床的传质性能、使用寿命和应用范围,故而增强填料的功能性显得尤为重要。功能... 详细信息

填料作为旋转填料床的核心部件,是物料微观混合和传质反应过程发生的重要场所。填料的结构、材质组成、填装方式决定了填料的功能性,进而直接影响到旋转填料床的传质性能、使用寿命和应用范围,故而增强填料的功能性显得尤为重要。功能性填料通过改变常用填料的表面性质、调节形态、设计结构等手段,使填料具有如吸附、催化、疏水等的功能特性,在提高旋转填料床的性能和运行效果方面表现出优异的成效。综述了在旋转填料床中功能性填料的主要分类与特点,总结分析了近年来功能性散装填料和规整填料在旋转填料床中的应用情况,从增强传质特性和改善液体流动行为方面分析了填料功能特性的体现,并对功能性填料的发展方向和工业化前景做出了展望。

关键词：超重力旋转填料床功能性填料传质催化

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SDBS插层与吸附协同增强片状镍钴氢氧化物的电化学性能

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材料导报 2024年

作者：刘志伟武婵遆鑫森刘有智中北大学化学与化工学院超重力化工过程山西省重点实验室

镍钴层状双氢氧化物（Ni-Co LDH）具有高的理论比容量与丰富的化学活性位点，但片状Ni-Co LDH存在比容量偏低、倍率性能较差等问题。针对以上问题，本文采用溶剂热法制备片状Ni-Co LDH电极材料，并以十二烷基苯磺酸钠（SDBS）的水溶液... 详细信息

镍钴层状双氢氧化物（Ni-Co LDH）具有高的理论比容量与丰富的化学活性位点，但片状Ni-Co LDH存在比容量偏低、倍率性能较差等问题。针对以上问题，本文采用溶剂热法制备片状Ni-Co LDH电极材料，并以十二烷基苯磺酸钠（SDBS）的水溶液为插层剂，重点探究液相插层改性前后电极材料的形貌、结构与电化学性能的变化规律。结果表明，SDBS插层与吸附双重作用能够扩大Ni-Co LDH的层间距，并增强电极材料的表面活性，进而加快电解质离子的扩散，提升其比容量和倍率性能；改性后的Ni-Co LDH比容量为677 C/g（1504 F/g，2 A/g），其容量保持率为72%（1～30 A/g），明显优于未改性的材料。此外，电化学动力学分析进一步表明，SDBS插层与吸附作用显著提升Ni-Co LDH电池型电极材料的容量贡献占比。最后，以改性Ni-Co LDH为正极材料，活性炭（AC）为负极材料，组装混合电容器，其在功率密度为363 W/kg时，具有46 Wh/kg的能量密度。本文提出SDBS插层与吸附增强Ni-Co LDH电化学性能的思路，可为高性能电极材料的制备提供参考。

关键词：镍钴层状双氢氧化物插层与吸附电化学性能混合电容器

超重力法制备FeS及其AlO负载改性后脱汞性能研究

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现代化工 2024年

作者：吕俊辉栗秀萍于洋王正恬中北大学化学与化工学院中北大学化工过程强化山西省重点实验室中北大学煤与煤层气共采全国重点实验室

采用撞击流-旋转填料床（IS-RPB）结合共沉淀法获取粒径小且分布均匀的FeS粉体，利用浸渍法对其进行负载型改性得到复合材料FeS/Al2O3，并利用其进行脱汞性能探究。利用扫描电镜、 X 射线衍射和能谱仪对复合材料的组成和形貌结构进行表... 详细信息

采用撞击流-旋转填料床（IS-RPB）结合共沉淀法获取粒径小且分布均匀的FeS粉体，利用浸渍法对其进行负载型改性得到复合材料FeS/Al2O3，并利用其进行脱汞性能探究。利用扫描电镜、 X 射线衍射和能谱仪对复合材料的组成和形貌结构进行表征；利用粒度分析仪测试FeS粉体的粒径分布；利用原子吸收分光光度计测试脱汞率，考察吸附剂用量、处理时间、pH、共存离子等对脱汞效果的影响。结果表明，超重力法制备纳米FeS的最佳条件为：c(Fe2+)=0.10 mol/L、超重力因子为106.6、撞击初速度为9.43 m/s，此时，得到的FeS的粒径小（D50=91nm）且分布很窄（68～114nm）。FeS/Al2O3复合材料的脱汞最佳条件为：pH为6、吸附材料质量浓度为2.0g/L、处理时间为240min，此时，脱汞率可达99.96%，最大饱和吸附容量为1775.9mg/g，出水质量浓度为0.04mg/L。

关键词：超重力技术 FeS/Al O Hg(Ⅱ) 废水

超重力法制备FeS及其Al_(2)O_(3)负载改性后脱汞性能研究

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现代化工 2024年第9期44卷 148-154页

作者：吕俊辉栗秀萍于洋王正恬中北大学化学与化工学院山西太原030051 中北大学化工过程强化山西省重点实验室山西太原030051 中北大学煤与煤层气共采全国重点实验室山西太原030051

采用撞击流-旋转填料床(IS-RPB)结合共沉淀法获取粒径小且分布均匀的FeS粉体,利用浸渍法对其进行负载型改性得到复合材料FeS/Al_(2)O_(3),并利用其进行脱汞性能探究。利用扫描电镜、X射线衍射仪和能谱仪对复合材料的组成和形貌结构进行... 详细信息

采用撞击流-旋转填料床(IS-RPB)结合共沉淀法获取粒径小且分布均匀的FeS粉体,利用浸渍法对其进行负载型改性得到复合材料FeS/Al_(2)O_(3),并利用其进行脱汞性能探究。利用扫描电镜、X射线衍射仪和能谱仪对复合材料的组成和形貌结构进行表征;利用粒度分析仪测试FeS粉体的粒径分布;利用原子吸收分光光度计测试脱汞率,考察吸附剂用量、处理时间、pH、共存离子等对脱汞效果的影响。结果表明,超重力法制备纳米FeS的最佳条件为:c(Fe^(2+))=0.10 mol/L、超重力因子为106.6、撞击初速度为9.43 m/s,此时,得到的FeS的粒径小(D50=91 nm)且分布很窄(68~114 nm)。FeS/Al_(2)O_(3)复合材料的脱汞最佳条件为:pH为6、吸附材料质量浓度为2.0 g/L、处理时间为240 min,此时,脱汞率可达99.96%,最大饱和吸附容量为1 775.9 mg/g,出水质量浓度为0.04 mg/L。

关键词：超重力技术 FeS/Al_(2)O_(3) Hg(Ⅱ) 废水

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正电子发射粒子示踪的关键技术与进展

过程工程学报 2024年第4期24卷 381-390页

作者：李坤吴利芸陈平韩焱中北大学省部共建动态测试技术国家重点实验室山西太原030051 中北大学信息探测与处理山西省重点实验室山西太原030051 中北大学教育部仪器科学与动态测试重点实验室山西太原030051 太原工业学院机械工程系山西太原030008

多相流参数检测对工业过程装置的设计和优化至关重要,但其多尺度与内在复杂性限制了对多相流动过程的理解,在流动机制方面仍有许多关键问题尚未明晰。正电子发射粒子示踪(PEPT)是一种面向工业过程中复杂多相流的新型无扰、无损的核成像... 详细信息

多相流参数检测对工业过程装置的设计和优化至关重要,但其多尺度与内在复杂性限制了对多相流动过程的理解,在流动机制方面仍有许多关键问题尚未明晰。正电子发射粒子示踪(PEPT)是一种面向工业过程中复杂多相流的新型无扰、无损的核成像方法,利用γ光子探测对放射性标记的示踪颗粒进行三维动力学成像。由于γ光子具有高穿透性、不受电磁场影响等特点,使得PEPT在非透明复杂多相流检测上具有独特优势。目前主要应用于化工、食品、制药等工业领域内多相流动现象的测量和系统物理参数提取。然而,小型化示踪颗粒制备困难、多个示踪颗粒同时定位效果差等问题严重阻碍了PEPT技术的进一步应用和推广。本工作首先介绍了PEPT技术的基本原理;然后重点从示踪颗粒、算法、硬件系统、数据处理及应用等方面讨论了PEPT关键技术及其研究进展,并指出其中存在的问题和潜在的发展方向;最后,对PEPT技术的发展和应用进行总结和展望。

关键词：多相流无损检测正电子发射粒子示踪示踪颗粒 γ光子探测定位算法

低结晶度B-Co_(3)O_(4)纳米颗粒电催化硝酸盐还原合成氨

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华南师范大学学报（自然科学版） 2024年第1期56卷 36-43页

作者：何景婷祁贵生杨琨纪财利贾裕胜郭豫晋张蓉蓉李宁王雅宁曾中宇樊小龙中北大学化学工程与技术学院/化工过程强化山西省重点实验室太原030051 太原工业学院理学系太原030008

采用简单的沉淀-煅烧工艺合成了B-Co_(3)O_(4)Nano-particles(NPs),研究了B-Co_(3)O_(4)NPs电催化硝酸盐还原合成氨(NitrRR)的性能。研究发现:在含0.1 mol/L NaNO_(3)的NaOH(1 mol/L)溶液中进行电催化反应,B-Co_(3)O_(4)NPs具有较高的电催化活性。当电压在-0.8 V(***)时,获得20 mg/(h·cm^(2))的NH_(3)产率和94%的法拉效应(FE)。当电压在-0.6 V(***)时,获得17.2 mg/(h·cm^(2))的NH_(3)产率和95%的FE。电极材料B-Co_(3)O_(4)NPs优异的电化学性能得益于B-Co_(3)O_(4)NPs中的B—O键在电催化过程中能有效抑制析氢反应。较低的结晶度和特殊的多孔结构有效促进了B-Co_(3)O_(4)NPs对NO_(3)^(-)的吸附性和还原活性,也促进了电子的传输与转移过程。

关键词： B-Co_(3)O_(4)NPs 电催化硝酸盐合成氨

碳量子点修饰g-C_(3)N_(4)缓解二苯醚类除草剂污染

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环境化学 2024年第4期43卷 1234-1243页

作者：梁栋魏志娜王磊郝静巩玉朱娜李广科桑楠中北大学化学与化工学院山西省高能电池材料与器件重点实验室太原030051 山西大学环境与资源学院太原030006

为加速二苯醚类除草剂在可见光环境的降解,以玉米芯制碳量子点修饰石墨相氮化碳,合成一种非金属型光催化剂.考察在该催化剂作用下,氟磺胺草醚、三氟羧草醚和乙氧氟草醚等的光解行为及光解前后毒性.结果表明,氟磺胺草醚在可见光照射下的... 详细信息

为加速二苯醚类除草剂在可见光环境的降解,以玉米芯制碳量子点修饰石墨相氮化碳,合成一种非金属型光催化剂.考察在该催化剂作用下,氟磺胺草醚、三氟羧草醚和乙氧氟草醚等的光解行为及光解前后毒性.结果表明,氟磺胺草醚在可见光照射下的光解速率最大、其次为乙氧氟草醚,光照3 h的降解率即达99%和91%,而三氟羧草醚的光解速率最低、须光照至8 h才能达到90%的降解率.由高斯软件计算NPA(Natural Population Analysis)电荷分布得福井函数和双描述符,预测反应位点并结合液质联用分析降解产物,推测除草剂的降解过程应包括裂解、水解、脱卤、还原和羟基化等,证明了空穴和羟基自由基在其中的作用.观察玉米种子的生长实验,发现氟磺胺草醚的毒性略高于乙氧氟草醚,但二者经光照处理后毒性均显著下降,三氟羧草醚及其光解产物显示为低毒性.

关键词：碳量子点氮化碳除草剂氟磺胺草醚光催化

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超重力⁃水热法制备形貌可控的钛酸锶钡粉体

中北大学学报（自然科学版） 2024年第5期45卷 647-653页

作者：马瑶袁志国李宇龙付艺婷张雅倩贾正娜孔哲中北大学化学与化工学院山西太原030051 中北大学化工过程强化山西省重点实验室山西太原030051

零维和多维结构的钛酸锶钡(Ba_(1-x)Sr_(x)TiO_(3),BST)粉体分别具有高比表面积和高长径比的优势,为提升材料性能并扩大电子元件中原材料的工业化应用,改善粉体制备过程中分布不均、耗时长的问题,采用撞击流-旋转填料床(IS-RPB)结合水... 详细信息

零维和多维结构的钛酸锶钡(Ba_(1-x)Sr_(x)TiO_(3),BST)粉体分别具有高比表面积和高长径比的优势,为提升材料性能并扩大电子元件中原材料的工业化应用,改善粉体制备过程中分布不均、耗时长的问题,采用撞击流-旋转填料床(IS-RPB)结合水热法制备了添加丙三醇的BST粉体,考察了水热温度、水热时间及丙三醇添加量等因素对BST粉体形貌的影响规律。结合X-射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)以及透射电子显微镜(TEM)对BST粉体的形貌、晶相及组成进行了表征分析。结果表明:在超重力因子为40、撞击初速度10.61m/s、水热温度180℃、水热时间12h的条件下,当添加少量丙三醇时,其充当分散剂的作用,所制得的BST粉体为均匀性与分散性良好的纳米球形颗粒;当添加较多丙三醇时,其充当溶剂的作用,在水热条件下沿单元晶面生长得到了片状及花状形貌。本文提出的超重力-水热法及丙三醇的添加对于工业化形貌可控制备BST粉体探索提供了一种方便快捷的途径。

关键词：水热法撞击流-旋转填料床钛酸锶钡丙三醇形貌调控

钙铁助剂对粉煤灰熔融性和结晶行为的影响机理

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燃料化学学报（中英文） 2024年第1期52卷 1-8页

作者：王冀郭航昊路广军渠永平马志斌中北大学化学与化工学院山西太原030051 山西大学资源与环境工程研究所国家环境保护煤炭废弃物资源化高效利用技术重点实验室山西太原030006 中北大学材料科学与工程学院山西太原030051

利用粉煤灰制备高强度无机纤维是实现其高值化利用的重要路径,由于粉煤灰硅铝含量较高,可通过添加钙铁助剂降低均质化过程中原料熔融温度,避免降温拉丝过程中结晶行为。本工作研究了空气气氛下不同含量及比例钙铁助剂对煤灰熔融性及结... 详细信息

利用粉煤灰制备高强度无机纤维是实现其高值化利用的重要路径,由于粉煤灰硅铝含量较高,可通过添加钙铁助剂降低均质化过程中原料熔融温度,避免降温拉丝过程中结晶行为。本工作研究了空气气氛下不同含量及比例钙铁助剂对煤灰熔融性及结晶行为的影响机理。结果表明,空气气氛下氧化钙(CaO)与氧化铁(Fe_(2)O_(3))不存在协同助熔效果,CaO的助熔效果优于Fe_(2)O_(3)。高温下Fe_(2)O_(3)未与硅铝组分生成低熔点矿物,而添加CaO有利于将难熔的莫来石转化为钙长石,使得粉煤灰熔点大幅度降低;然而,当CaO添加量超过30%时,生成了大量的钙黄长石,使得粉煤灰熔点迅速升高。降温过程中,铁元素以赤铁矿形式析出,析晶温度相对较低;而钙元素以钙长石形式析出,析晶温度相对较高,不利于无机纤维制备过程中纺丝操作。当CaO含量为32.46%时,粉煤灰熔点最低,且降温过程中无晶体析出,因此,在粉煤灰基无机纤维制备过程中应选择钙基助剂调控熔融性和结晶行为。

关键词：粉煤灰无机纤维钙铁助剂熔融性结晶行为