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CO捕集分离的功能离子液体及材料研究进展

化学学报 2023年

作者：曾少娟孙雪琦白银鸽白璐郑爽张香平张锁江中国科学院过程工程研究所多相复杂系统国家重点实验室离子液体清洁过程北京市重点实验室

CO2排放是一个严峻的全球性问题，要实现我国双碳战略目标，CO2捕集技术不可或缺。离子液体作为一类新型分离介质，因其特有的低挥发性、良好的气体溶解性和结构可设计性等优势，在CO2捕集分离领域备受关注。本文重点讨论了近五年来所... 详细信息

CO2排放是一个严峻的全球性问题，要实现我国双碳战略目标，CO2捕集技术不可或缺。离子液体作为一类新型分离介质，因其特有的低挥发性、良好的气体溶解性和结构可设计性等优势，在CO2捕集分离领域备受关注。本文重点讨论了近五年来所报道的氨基和非氨基功能离子液体、离子液体复配溶剂、离子液体杂化吸附和膜材料在CO2捕集分离方面的研究进展，总结了氨基、电负性等功能位点对CO2分离性能及机理的影响规律，以及功能离子液体在复配溶剂、吸附和膜材料中发挥的作用，并对离子液体法CO2捕集技术的未来发展方向和前景提出了展望。

关键词：离子液体 CO 捕集吸收吸附膜分离

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离子液体电沉积

中国科学:化学 2023年第10期53卷 2008-2026页

作者：钟声宋婷张钰瑞李垚赵炜珍刘瑞霞张锁江中国科学院过程工程研究所绿色过程与工程重点实验室离子液体清洁过程北京市重点实验室多相复杂系统国家重点实验室北京100190 中国科学院大学北京100049

离子液体具有电化学窗口宽,热稳定性良好和结构性能可调等独特的物理化学性质,是一种有着广阔应用前景的电沉积介质.本文介绍了离子液体电沉积的发展历程、典型的离子液体电沉积体系结构组成及其中的重要科学问题,并综述了近15年来离子... 详细信息

离子液体具有电化学窗口宽,热稳定性良好和结构性能可调等独特的物理化学性质,是一种有着广阔应用前景的电沉积介质.本文介绍了离子液体电沉积的发展历程、典型的离子液体电沉积体系结构组成及其中的重要科学问题,并综述了近15年来离子液体电沉积的研究进展.本文详细介绍了五种不同类型离子液体中金属/合金的电沉积过程,包括卤素金属酸盐型离子液体、空气和水稳定型离子液体、低共熔溶剂、含金属阳离子型离子液体和质子型离子液体,并且系统概述了调节因素如沉积条件(电流密度、沉积模式、沉积时间、温度)和电解质成分(阴离子、阳离子、金属盐、添加剂、水分)对于沉积物形貌、组成、微观结构和性质的影响规律.之后,重点介绍了离子液体在半导体电沉积中的研究进展.最后,指出了目前离子液体电沉积在基础理论和技术研究中面临的挑战,并展望了其未来在电子信息领域的发展前景.

关键词：离子液体低共熔溶剂电沉积金属半导体

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碳中和背景下的钢化联产发展趋势

过程工程学报 2022年第10期22卷 1317-1324页

作者：石春艳张国帅李益张锁江中国科学院过程工程研究所离子液体清洁过程北京市重点实验室中国科学院绿色过程与工程重点实验室多相复杂系统国家重点实验室北京100190

本工作针对钢铁行业副产的煤气、余热、钢渣及钢化联产现状进行了分析,论述了碳中和背景下钢化联产绿色低碳技术的发展趋势,展望了未来无碳炼钢的新型钢厂从“以化固碳”转变为“以氢代碳”的新模式,并提出了加快钢化联产新技术应用建... 详细信息

本工作针对钢铁行业副产的煤气、余热、钢渣及钢化联产现状进行了分析,论述了碳中和背景下钢化联产绿色低碳技术的发展趋势,展望了未来无碳炼钢的新型钢厂从“以化固碳”转变为“以氢代碳”的新模式,并提出了加快钢化联产新技术应用建议和举措,以期建立以钢铁行业为龙头,耦合化工行业的新型工业可持续发展生态链,支撑我国“双碳”目标的实现。

关键词：碳中和钢铁化工钢化联产

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低维纳米受限离子液体的研究进展

化工学报 2021年第1期72卷 366-383页

作者：王琛璐王艳磊赵秋吕玉苗霍锋何宏艳中国科学院过程工程研究所多相复杂系统国家重点实验室离子液体清洁过程北京市重点实验室北京100190

离子液体受限于低维纳米空间时,分子热运动会受到极大限制,导致其结构和性质与三维体相离子液体相比具有显著差异。电场、磁场和温度等外部条件及限域通道的尺寸、表面物化性质和几何形貌等因素会极大地影响低维纳米受限离子液体的微观... 详细信息

离子液体受限于低维纳米空间时,分子热运动会受到极大限制,导致其结构和性质与三维体相离子液体相比具有显著差异。电场、磁场和温度等外部条件及限域通道的尺寸、表面物化性质和几何形貌等因素会极大地影响低维纳米受限离子液体的微观结构与物化性质。本综述围绕低维纳米受限离子液体的最新研究进展,介绍了常用的实验和理论方法,总结了低维纳米受限离子液体结构和氢键网络的动态调控机理,讨论了不同低维纳米受限离子液体体系的热力学性质、物化性质和结构相变等特性,梳理了低维纳米受限离子液体体系在气体分离、限域催化和超级电容器储能等方面的应用,最后展望了低维纳米受限离子液体未来的前景与挑战。

关键词：离子液体低维纳米限域热力学性质纳米结构气体分离

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碳中和目标下的光伏发电技术

化工进展 2022年第3期41卷 1125-1131页

作者：苗青青石春艳张香平中国科学院过程工程研究所绿色过程与工程重点实验室离子液体清洁过程北京市重点实验室北京100190

化石能源燃烧发电过程是我国CO_(2)排放的主要来源之一。在碳中和、碳达峰的“双碳”目标下,大力发展可再生能源等低碳或零碳能源体系,构建以新能源为主体的新型电力系统,成为能源领域技术变革的战略方向,其中光伏发电是公认的我国未来... 详细信息

化石能源燃烧发电过程是我国CO_(2)排放的主要来源之一。在碳中和、碳达峰的“双碳”目标下,大力发展可再生能源等低碳或零碳能源体系,构建以新能源为主体的新型电力系统,成为能源领域技术变革的战略方向,其中光伏发电是公认的我国未来可再生能源发电的主要方式之一。本文重点对我国光伏发电的开发现状、存在问题、关键技术、未来趋势及发展策略等进行简要论述,分别对晶硅太阳能电池、薄膜太阳能电池(硅基、砷化镓、铜铟镓硒、碲化镉)、钙钛矿太阳能电池、其他新型太阳能电池(有机、染料敏化、量子点)等关键技术进行了详细论述,以期为我国光伏发电产业的快速发展及高效安全的清洁能源新体系构建提供方向引导。

关键词：可再生能源光伏发电关键技术未来趋势发展策略

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气固流化系统多尺度跨流域EMMS建模

化工学报 2022年第6期73卷 2514-2528页

作者：胡善伟刘新华中国科学院过程工程研究所多相复杂系统国家重点实验室北京100190

气固流化床反应器是典型的具有多尺度非均匀动态结构的复杂系统。实现对该类反应器定量描述和定向调控的关键是深入了解系统内介尺度结构的形成和演化特征。能量最小多尺度(EMMS)方法为气固非均匀系统的量化表征提供了一种通用的建模思... 详细信息

气固流化床反应器是典型的具有多尺度非均匀动态结构的复杂系统。实现对该类反应器定量描述和定向调控的关键是深入了解系统内介尺度结构的形成和演化特征。能量最小多尺度(EMMS)方法为气固非均匀系统的量化表征提供了一种通用的建模思路。首先回顾了EMMS理论在构建曳力本构关系方面的应用,重点介绍了本课题组在EMMS曳力模型普适化方面所做的部分工作;随后对介尺度结构时空动态演化行为的群平衡建模方法进行了论述,并给出了群平衡和结构曳力模型相耦合的连续介质模拟框架;最后讨论了EMMS原理在预测反应器宏尺度动力学方面的应用,包括模型在不同流域的拓展、操作相图的绘制以及循环流化床的全回路稳态建模方法等。

关键词：计算流体力学曳力模型流态化多尺度介尺度能量最小多尺度

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超低碳炼铁技术路径分析

化工进展 2022年第3期41卷 1391-1398页

作者：朱庆山中国科学院过程工程研究所多相复杂系统国家重点实验室北京100190

2060年碳中和目标既使我国钢铁工业未来发展面临巨大挑战,又为其提供了换道超车的发展机遇。本文对绿氢直接还原、氧化铁熔融还原、碱性溶液电沉积铁、酸性溶液电沉积铁的发展历史和技术现状进行了综述。在全绿电炼铁场景下,本文对各种... 详细信息

2060年碳中和目标既使我国钢铁工业未来发展面临巨大挑战,又为其提供了换道超车的发展机遇。本文对绿氢直接还原、氧化铁熔融还原、碱性溶液电沉积铁、酸性溶液电沉积铁的发展历史和技术现状进行了综述。在全绿电炼铁场景下,本文对各种技术路线的理论和实际耗电进行了估算,从技术成熟度、电耗、技术难度、应用前景等方面,对各技术路径进行了对比分析,发现碱性溶液电沉积铁电耗最低,酸性溶液电沉积铁和电供热氢气熔融还原次之。从技术难度上看,氢气直接还原、酸性溶液电沉积铁技术难度较小,且都已完成一定规模的中试,氢气熔融还原炼铁、碱性溶液电沉积铁和氧化铁熔融电解炼铁技术都还处于概念或技术发展早期阶段。综合来看,氢气直接还原、酸性溶液电沉积铁和氢气熔融还原炼铁路线可望发展成为有竞争力的超低碳炼铁技术,而碱性溶液电沉积铁和氧化铁熔融电解炼铁技术难度较大,短期内恐难以取得较大突破。

关键词：超低碳炼铁直接还原氢冶金电冶金氢气熔融还原

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气固流态化中颗粒介尺度结构的动力学研究

化工学报 2022年第6期73卷 2486-2495页

作者：孔令菲陈延佩王维中国科学院过程工程研究所多相复杂系统国家重点实验室北京100190

气固流化床中的团聚等介尺度结构严重影响气固的整体流化特性、传热、传质和反应效率,因此介尺度结构的研究至关重要。简要回顾颗粒介尺度结构的定义与分类,然后从流体-颗粒、颗粒-颗粒之间的力和非弹性碰撞相互作用出发,总结分析了颗... 详细信息

气固流化床中的团聚等介尺度结构严重影响气固的整体流化特性、传热、传质和反应效率,因此介尺度结构的研究至关重要。简要回顾颗粒介尺度结构的定义与分类,然后从流体-颗粒、颗粒-颗粒之间的力和非弹性碰撞相互作用出发,总结分析了颗粒介尺度结构形成原因和动力学演化过程的研究现状和发展动态。重点关注细颗粒与超细纳米颗粒形成的介尺度结构,即结块,并针对结块形成原因,讨论了颗粒间范德华力计算以及结块的力平衡理论模型,提出了细颗粒介尺度结构进一步的研究方向,即研究带有颗粒-颗粒作用力的介尺度结构的动态演化规律,为精准调控介尺度结构提供理论依据。

关键词：流态化介尺度结构动力学演化多相流颗粒间相互作用力

基于介尺度稳定性条件的多相流曳力与群体平衡模型

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化工学报 2022年第6期73卷 2427-2437页

作者：管小平杨宁中国科学院过程工程研究所多相复杂系统国家重点实验室北京100190

介尺度结构和介尺度机制是化工、冶金、能源等过程工程中的重要科学问题。尽管多相流数理模型在过去的几十年中已取得长足进展,但仍存在准确性依赖可调参数、模型适用性有限、计算量大等问题,难以适应当前快速发展的新工艺和新过程开发... 详细信息

介尺度结构和介尺度机制是化工、冶金、能源等过程工程中的重要科学问题。尽管多相流数理模型在过去的几十年中已取得长足进展,但仍存在准确性依赖可调参数、模型适用性有限、计算量大等问题,难以适应当前快速发展的新工艺和新过程开发的需求。实际上,基于平均化方法的多流体方程组需要若干子模型封闭,如相间作用力、聚并/破碎核函数以及湍流模型等;这些子模型决定了多流体模型的模拟准确性。从介科学角度发展介尺度物理模型为解决这些问题提供了新的思路。模型可以解析多相流非均匀结构演化的控制机制,进而改进或重构子模型。总结了基于介尺度稳定条件的两类介尺度封闭模型:一类用于封闭相间动量传递,如介尺度曳力;另一类用于封闭离散相特征参数的演化,如介尺度群体平衡模型,计算气泡或液滴尺寸。进而综述了这些模型在流化床、鼓泡塔、气升式环流反应器、搅拌槽、转定子乳化器等多相流设备中的应用,并展望了未来发展方向和关键科学问题。

关键词：多相流介尺度曳力群体平衡模型计算流体力学