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碱性离子膜内强化离子传递策略及研究进展

化工学报 2024年

作者：庞茂斌徐子昂甄翊含许琴林董澄刘京王保国清华大学化学工程系

碱性离子膜（阴离子交换膜）作为电解水制氢、二氧化碳还原等电化学过程的关键材料，在传递离子、分隔阴阳两极和阻隔气体渗透方面，具有重要应用价值。现有碱性离子膜起源于电渗析过程，其离子传导率偏低，无法满足电化学过程对高电流... 详细信息

碱性离子膜（阴离子交换膜）作为电解水制氢、二氧化碳还原等电化学过程的关键材料，在传递离子、分隔阴阳两极和阻隔气体渗透方面，具有重要应用价值。现有碱性离子膜起源于电渗析过程，其离子传导率偏低，无法满足电化学过程对高电流密度、高稳定性需求。针对电解水制氢过程对高通量、低电阻、低能耗的需求，本文从膜内离子传递过程出发，结合氢氧根传递特点，分析满足综合性能需求的碱性离子膜结构特征，重点阐述膜内强化离子传递策略。归纳分析最新研究成果，分类讨论交联、定向排列、微相分离以及构筑微孔等具体策略，指明高性能碱性离子膜研究路径，促进以电解水制氢为代表的电化学反应器技术发展。

关键词：碱性离子膜自由体积理论离子传递离子传导率电解水

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晶种在分子筛合成中的作用研究进展

化工进展 2024年第3期43卷 1275-1292页

作者：梁燕燕张军亮郭云鸦张燕挺山东石油化工学院化学工程学院山东东营257061 山东国瓷功能材料股份有限公司山东东营257091 太原理工大学化学工程与技术学院山西太原030024

分子筛材料作为催化剂或吸附剂已经在石油炼制和精细化工领域中实现广泛应用。近年来,分子筛合成化学研究取得了长足进展,晶种在分子筛合成中的作用成为本领域研究热点。本文将晶种在分子筛合成中的作用概括为5个方面:加快晶化速率、拓... 详细信息

分子筛材料作为催化剂或吸附剂已经在石油炼制和精细化工领域中实现广泛应用。近年来,分子筛合成化学研究取得了长足进展,晶种在分子筛合成中的作用成为本领域研究热点。本文将晶种在分子筛合成中的作用概括为5个方面:加快晶化速率、拓宽产物硅铝比范围、调变产物形貌、替代有机模板剂和其他作用,重点聚焦晶种导向特殊形貌分子筛的形成及晶种对有机模板剂的替代作用。从分子筛成核与生长机理出发,剖析了晶种在分子筛合成过程中不同作用的原理,揭示了晶种降低分子筛成核活化能是其发挥多种不同作用的基础。从清洁生产的角度出发,提出晶种在分子筛合成过程中具体的结构变化和晶种替代有机模板剂合成高性能分子筛材料将成为未来研究重点。

关键词：分子筛沸石合成成核晶种

碳基催化剂用于两电子氧还原合成过氧化氢的研究进展

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化工进展 2024年

作者：许琴王保国清华大学化学工程系

电化学两电子氧还原反应(2e-ORR)制备过氧化氢(H2O2)是一种可替代工业蒽醌法的绿色环保且安全高效的技术路线，具有广阔发展前景。然而，受限于缓慢的氧还原反应(ORR)动力学以及竞争的四电子反应过程，开发具有高氧还原反应活性以及两... 详细信息

电化学两电子氧还原反应(2e-ORR)制备过氧化氢(H2O2)是一种可替代工业蒽醌法的绿色环保且安全高效的技术路线，具有广阔发展前景。然而，受限于缓慢的氧还原反应(ORR)动力学以及竞争的四电子反应过程，开发具有高氧还原反应活性以及两电子选择性的高性能催化剂是目前研究的核心关键。近年来，碳基材料因其储量丰富、成本低廉、结构易于调控等优势，被广泛应用于2e-ORR合成H2O2领域，并取得了显著的研究进展。基于此，本文首先简要介绍了氧还原过程的基本原理以及催化剂的一般评价方法，指出了构建高效催化剂的基本设计指导原则。然后重点综述了近年来碳基催化剂用于2e-ORR制备H2O2的最新研究进展，针对非金属碳基材料和过渡金属碳基材料两大类，细致讨论并总结了异相原子掺杂、缺陷工程、孔结构工程、单原子局部微环境调控等催化剂活性位点优化策略对提升催化性能的作用效果。最后，针对H2O2生产介质、催化剂结构-性能关系以及在工业级电流密度下稳定生产H2O2三方面，展望了未来两电子氧还原合成H2O2领域未来发展的挑战及方向。

关键词：两电子氧还原反应过氧化氢电化学合成碳基催化剂选择性

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超声辅助脱除水中的微气泡

化学工业与工程 2024年第04期41卷 131-137页

作者：马永丽沈世龙陈纪雷徐云龙王童欣魏心宇王倩倩刘明言天津大学化工学院化学工程联合国家重点实验室(天津大学)

利用气泡发生仪产生微气泡水，模拟含气泡的回灌地热水。通过浊度、电导率、溶氧量等参数测量和表征自来水、微气泡水和超声处理水的微气泡含量。通过对模拟微气泡水等样品中微气泡在超声消泡前后的含量等表征和分析，研究了超声处理对... 详细信息

利用气泡发生仪产生微气泡水，模拟含气泡的回灌地热水。通过浊度、电导率、溶氧量等参数测量和表征自来水、微气泡水和超声处理水的微气泡含量。通过对模拟微气泡水等样品中微气泡在超声消泡前后的含量等表征和分析，研究了超声处理对样本水体中微气泡含量的影响。结果表明，超声处理时由于超声空化作用，有助于加快微气泡成长、聚并；超声作用过程也是能量传递过程，通过提供能量降低水中气体含量，促进了微气泡的脱除。研究对于超声微气泡脱除技术用于地热水高效回灌奠定了基础。

关键词：微气泡超声波空化作用脱除地热水

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低碳钢中高密度超细纳米第二相粒子的快速获取

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工程科学学报 2024年第11期46卷 2010-2016页

作者：王肖肖黄青松四川大学化学工程学院成都610065

一般熔炼过程中,非金属化合物以夹杂物的形式存在,对钢的力学性能和寿命都会有损害.当夹杂物尺寸小到纳米量级,从而在钢中形成高密度分布的纳米第二相颗粒却能够有效同时提升钢的强度和韧性.本文通过在熔炼过程中施加动态磁场,制备了Fe... 详细信息

一般熔炼过程中,非金属化合物以夹杂物的形式存在,对钢的力学性能和寿命都会有损害.当夹杂物尺寸小到纳米量级,从而在钢中形成高密度分布的纳米第二相颗粒却能够有效同时提升钢的强度和韧性.本文通过在熔炼过程中施加动态磁场,制备了Fe–0.04C–1.5Mn–0.5Ti–0.5Al_(2)O_(3)(Fe–TAMO)钢,然后通过轧制和退火处理实现对Fe–TAMO钢的晶粒尺寸优化和等轴化.透射电镜观察发现铸态组织中弥散分布着纳米第二相粒子,密度为3.3×10^(15)m^(-2),颗粒的平均直径为2.75±0.803 nm.通过EDS能谱分析,第二相颗粒为Ti–Al–Mn氧化物.利用万能试验机分别测试了铸态、轧制态以及退火态Fe–TAMO钢的压缩力学性能,铸态Fe–TAMO钢的晶粒尺寸为143μm,抗压屈服强度为150 MPa,约为铸态纯铁素体钢的2倍.经过轧制和退火处理,Fe–TAMO钢的晶粒尺寸减小为64μm,抗压屈服强度为334 MPa.该方法极大简化了工艺流程,实现了在短时间(约3 min)内将超细的纳米第二相粒子均匀分散在钢基体中,密集分布的第二相纳米颗粒有效提高了钢的强度,并且通过后续热处理能进一步提升钢的力学性能,为大批量生产高性能钢提供了一个新思路.

关键词：感应熔炼动态磁场铁素体钢第二相纳米颗粒力学性能

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Pickering乳液制备及稳定性研究进展

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化工进展 2024年第4期43卷 2017-2030页

作者：齐亚兵吴子波杨清翠西安建筑科技大学化学与化工学院陕西西安710055 西南化工研究设计院有限公司四川成都610225

Pickering乳液是一类以超细固体颗粒或固态胶体颗粒代替传统表面活性剂作乳化剂而制备的新型乳液,其具有稳定性好、易调控、环境友好、成本低等优点,在石油、水处理、化妆品、食品、医药、材料制备等多个领域得到了广泛应用。基于Picker... 详细信息

Pickering乳液是一类以超细固体颗粒或固态胶体颗粒代替传统表面活性剂作乳化剂而制备的新型乳液,其具有稳定性好、易调控、环境友好、成本低等优点,在石油、水处理、化妆品、食品、医药、材料制备等多个领域得到了广泛应用。基于Pickering乳液的制备和稳定性,本文简述了Pickering乳液的制备方法,介绍了固体乳化剂粒子的类型和研究进展,阐述了Pickering乳液的稳定机制,解析了Pickering乳液稳定性的影响因素,分析了Pickering乳液存在的问题,展望了Pickering乳液的发展方向。未来Pickering乳液的发展主要集中在以下三个方面:①以天然固体纳米粒子或经过各种改性修饰后的天然固体纳米粒子为乳化剂,制备价格低廉、绿色环保、可重复使用的Pickering乳液;②制备智能响应型(温度、pH、磁场等响应型)Pickering乳液,用于材料制备、物质缓释或回收、催化反应等过程;③深入研究不同固体粒子稳定Pickering乳液的机制,精确调控固体乳化剂粒子和乳液的结构,建立Pickering乳液系统制备理论。

关键词： Pickering乳液粒子制备稳定性机制影响因素

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液液两相同轴流液桥断裂过程研究

化学工业与工程 2024年第4期41卷 160-168页

作者：焦博亚郭凯刘辉刘春江郑龙云张雅楠天津大学化工学院化学工程联合国家重点实验室(天津大学)

液液两相流中分散相在形成主液滴时会产生液桥，液桥断裂后在表面张力的作用下收缩为卫星液滴。卫星液滴的体积通常为主液滴体积的几千分之一，因此卫星液滴的出现会导致液滴的单一分散性变差。通过高速相机记录液桥形成及断裂过程，采... 详细信息

液液两相流中分散相在形成主液滴时会产生液桥，液桥断裂后在表面张力的作用下收缩为卫星液滴。卫星液滴的体积通常为主液滴体积的几千分之一，因此卫星液滴的出现会导致液滴的单一分散性变差。通过高速相机记录液桥形成及断裂过程，采用CFD方法计算液滴形成过程中速度场的变化。结果发现当两相黏度比越大时，液桥受到的剪切力越大，液桥的最大长度越小；分散相流量增大也会导致液桥受到的剪切力增大，液桥的最大长度减小。

关键词：液液两相同轴流液桥高速摄像 CFD

核壳结构Co_(3)O_(4)@MnOx整体式催化剂的碳烟催化燃烧性能

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燃料化学学报（中英文） 2024年第2期52卷 184-194页

作者：徐大为张家琳高越李新刚化学工程联合国家重点实验室、天津化学化工协同创新中心、天津市应用催化科学与工程重点实验室、天津大学化工学院天津300354

采用两步水热法在泡沫镍基底上合成了具有纳米棒形貌的Co_(3)O_(4)@MnOx整体式催化剂,通过X射线衍射、X射线能谱分析、氢气-程序升温还原、X射线光电子能谱、拉曼光谱和碳烟-程序升温还原等手段对催化剂进行表征,在微型固定床反应器上... 详细信息

采用两步水热法在泡沫镍基底上合成了具有纳米棒形貌的Co_(3)O_(4)@MnOx整体式催化剂,通过X射线衍射、X射线能谱分析、氢气-程序升温还原、X射线光电子能谱、拉曼光谱和碳烟-程序升温还原等手段对催化剂进行表征,在微型固定床反应器上评价了其催化碳烟燃烧性能,通过等温动力学实验探究了催化剂的本征活性。结果表明,Co_(3)O_(4)@MnOx催化剂呈现了以Co_(3)O_(4)为核、以MnOx为壳的核壳结构。与催化剂Co-NW相比,Co_(3)O_(4)@MnOx催化剂中Co_(3)O_(4)与MnOx之间的相互作用使其表面产生了更多高价物种Mn^(4+)和Mn^(3+)以及更多的表面氧空位,其氧化还原性能提高,催化剂的活性氧物种数量增加了两倍,催化性能得到改善,在NO存在的反应气氛中使碳烟起燃温度降低148℃。此外,相比催化剂CoNW,Co_(3)O_(4)@MnOx催化剂使碳烟燃烧反应的活化能从113.6 kJ/mol降低至102.2 kJ/mol,催化剂的本征活性提高了两倍。

关键词：碳烟燃烧钴锰氧化物整体式催化剂核壳结构

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醇响应型智能膜的制备及其甲醇检测性能

膜科学与技术 2024年第2期44卷 8-18,28页

作者：邓锡彬谢锐刘壮汪伟巨晓洁褚良银四川大学化学工程学院成都610065

采用沉淀聚合法制备了不同亲水性的聚N-正丙基丙烯酰胺(PNN)、聚N-异丙基丙烯酰胺(PNI)和聚N-甲基异丙基丙烯酰胺(PNM)微球,通过物理共混和液体诱导相分离(LIPS)结合的方法将它们引入聚偏氟乙烯(PVDF)膜基材,成功制备了可在常温下检测... 详细信息

采用沉淀聚合法制备了不同亲水性的聚N-正丙基丙烯酰胺(PNN)、聚N-异丙基丙烯酰胺(PNI)和聚N-甲基异丙基丙烯酰胺(PNM)微球,通过物理共混和液体诱导相分离(LIPS)结合的方法将它们引入聚偏氟乙烯(PVDF)膜基材,成功制备了可在常温下检测甲醇浓度的醇响应型智能膜.系统探究了微球的温度响应性和醇响应性,以及微球亲水特性对膜微观结构、表面化学成分的影响,并考察了膜在甲醇、乙醇及甲醇-乙醇混合溶液中的响应性能.结果表明,微球亲水性越强,醇响应型智能膜的厚度、孔径和孔隙率也显著增大.添加最亲水PNM微球的智能膜(PVDF/PNM)的膜厚、孔径、孔隙率达到最大值,分别为空白膜的2.4倍、4.7倍和5.9倍.膜的最大渗透率(P_(max))和醇临界响应体积分数受操作温度、醇溶液类型和微球亲水性的影响.PVDF/PNM膜的甲醇和乙醇响应性差异最大,在40℃下的临界甲醇响应体积分数(C_(M))和临界乙醇响应体积分数(C_(E))差值达到6.5%.常温25℃下,随着总醇体积分数为40%的混合溶液中甲醇比例增大,膜渗透率与甲醇体积分数呈现良好的线性关系,可通过渗透率计算得到混合醇溶液中甲醇浓度.上述研究结果为甲醇浓度的便捷检测提供了一种新思路.

关键词：醇响应型智能膜聚偏氟乙烯甲醇检测微球亲水性