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酚醛树脂/碳化硼/聚硼氮烷复合物的固化行为及其热解性能

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化工学报 2014年第8期65卷 3268-3276页

作者：张西莹刘育红西安交通大学化学工程与技术学院陕西西安710049

酚醛树脂作为一种热固性树脂基体具有广泛的应用。为了满足其作为高性能树脂基体在苛刻条件（耐高温和抗氧化）下的使用，进一步提高酚醛树脂的耐热性能并兼顾其工艺性能显得尤为重要。采用含有无机元素的耐热性聚合物（聚硼氮烷）和碳... 详细信息

酚醛树脂作为一种热固性树脂基体具有广泛的应用。为了满足其作为高性能树脂基体在苛刻条件（耐高温和抗氧化）下的使用，进一步提高酚醛树脂的耐热性能并兼顾其工艺性能显得尤为重要。采用含有无机元素的耐热性聚合物（聚硼氮烷）和碳化硼纳米粒子协同改性酚醛树脂的方法，能够克服单独加入碳化硼导致的酚醛树脂固化温度升高的问题。固化动力学分析表明，加入聚硼氮烷的酚醛树脂改性体系，其固化转化率显著高于同温度下酚醛树脂或碳化硼改性酚醛树脂的转化率。同时，聚硼氮烷和碳化硼协同改性酚醛树脂固化物在高温阶段（800～1000℃）的热解稳定性较改性前有大幅度的提高。通过红外光谱分析了不同热解程度下酚醛树脂及其改性物的结构，进一步阐述了聚硼氮烷和碳化硼协同作用对酚醛树脂改性体系固化行为和热解过程的影响机制。上述采用耐热性活性聚合物和碳化硼陶瓷粒子协同改性热固性树脂的方法，有望在高性能复合材料树脂基体中得到运用。

关键词：固化热解高性能热固性酚醛树脂

硅氧烷预聚体改性热塑性酚醛树脂的交联结构及其力学性能

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化工学报 2022年第10期73卷 4734-4744页

作者：徐力吴谦秋雷子萱李嘉玄刘育红西安交通大学化学工程与技术学院陕西西安710049

通过不同预聚程度的环氧化硅氧烷(ES)与酚醛树脂共固化及固化物理状态的调控,构建不同拓扑结构的交联网络,探讨了不同预聚程度的硅氧烷预聚体(PES)改性热塑性酚醛树脂(NR-PES)交联网络的调控及其强韧化的构建方法。首先,合成了一种不同... 详细信息

通过不同预聚程度的环氧化硅氧烷(ES)与酚醛树脂共固化及固化物理状态的调控,构建不同拓扑结构的交联网络,探讨了不同预聚程度的硅氧烷预聚体(PES)改性热塑性酚醛树脂(NR-PES)交联网络的调控及其强韧化的构建方法。首先,合成了一种不同预聚程度的环氧化硅氧烷(PES),通过DSC和流变分析,明确了NR-PES的固化反应和物理状态特征,在此基础上,确定了不同交联结构NR-PES的制备方法。接着,采用DMA、TGA、力学测试研究了PES的预聚程度对NR-PES交联网络和性能的影响规律。结果表明,当PES预聚程度较低时,NR-PES的交联密度较低,导致其热稳定性和弯曲强度较低;随着PES预聚程度的增加,NR-PES的交联密度不断增加,其热稳定性、弯曲强度随之增加,但K_(IC)不断降低。特别是,PES的预聚程度为30%时,2-NR-PES展现出优异的热稳定性、弯曲强度和断裂韧性,残炭率C_(800℃)为53.43%,弯曲强度为20.51 MPa,K_(IC)为0.389 MPa·m^(1/2)。此外,当PES预聚程度过高时,NR-PES的热稳定性、弯曲强度和断裂韧性显著降低。

关键词：热塑性酚醛树脂增韧网络异构体预聚程度质量比

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复杂反应的代数分析建模方法

化工学报 2018年第3期69卷 1030-1037页

作者：周雷皓刘桂莲西安交通大学化学工程与技术学院陕西西安710049

反应器的设计通常只能以实验室实验数据或者经验规则作为标准,特别是对于复杂的化学反应。由于缺少一个合适的模型进行模拟、预测,很难确定该反应系统的最优条件,导致生产成本增高或者理想产物产量降低。为实现反应系统的优化,需要建立... 详细信息

反应器的设计通常只能以实验室实验数据或者经验规则作为标准,特别是对于复杂的化学反应。由于缺少一个合适的模型进行模拟、预测,很难确定该反应系统的最优条件,导致生产成本增高或者理想产物产量降低。为实现反应系统的优化,需要建立一个能够准确模拟、预测反应系统的模型。介绍了一种确定可行反应网络的代数分析建模方法,从原子层面出发探究复杂反应中所涉及的物质之间的关系,基于原子矩阵的转换寻找所有可行的反应步骤,建立可行的反应网络。通过Aspen Plus建立反应模型,模拟分析选择最适合的复杂反应系统的模型。分析结果与模型指导下的实验相结合,可达到对复杂反应系统进行优化设计、模拟预测乃至控制反应进行方向的目的。根据该建模方法对煤汽化反应系统进行了优化。

关键词：反应网络模型反应模拟煤气化

基于Cu/TiO_(2)/C-Wood复合材料的聚光太阳能驱动自漂浮高效海水汽化催化分解制氢体系

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化工学报 2022年第4期73卷 1695-1703页

作者：马荣孙杰李东辉魏进家西安交通大学化学工程与技术学院陕西西安710049

利用储量丰富且易获得的太阳能和海水资源为人类提供可持续的清洁能源是一项具有深远影响的探索。在本工作中,设计合成了一种自漂浮复合材料(Cu/TiO_(2)/C-Wood),该材料具有高效的毛细输液、全光谱太阳能光热转化及光-热协同催化能力,... 详细信息

利用储量丰富且易获得的太阳能和海水资源为人类提供可持续的清洁能源是一项具有深远影响的探索。在本工作中,设计合成了一种自漂浮复合材料(Cu/TiO_(2)/C-Wood),该材料具有高效的毛细输液、全光谱太阳能光热转化及光-热协同催化能力,可通过快速的界面相转移过程实现太阳能驱动海水汽化与水蒸气催化分解制氢的一步协同增效反应。其中,具有大量微通道和极轻质量的碳化木(C-Wood)作为漂浮载体,通过毛细作用将液态水快速输送至局部升温的C-Wood表面,借助高效光热转化过程使海水汽化脱盐,同时负载等离子金属Cu的TiO_(2)纳米粒子作为催化活性组分触发水蒸气光-热协同催化分解制氢反应,从而实现太阳能驱动高效海水汽化催化分解制氢。实验结果表明:该复合材料在15 kW·m-2的光照条件下,产氢速率达到179μmol·h^(-1)·cm^(-2)(35.8 mmol·h^(-1)·g^(-1)),且在循环利用5次后产氢速率仍基本保持不变。更重要的是,通过聚光太阳能和自漂浮毛细输液条件的共同作用,可以获得海水中主要成分氯化钠对产氢性能的显著促进,从而打破了海水制氢技术一直以来面临的氯离子副作用瓶颈问题,证实了聚光太阳能驱动自漂浮高效光热协同催化体系在规模化、绿色、可持续太阳能海水制氢中的应用潜力。

关键词：聚光太阳能自漂浮汽化光-热协同催化海水制氢

基于多策略集成优化算法的己烷油精馏过程3E多目标优化

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化工进展 2022年第6期41卷 2852-2863页

作者：代敏杨福胜张早校刘桂莲冯霄西安交通大学化学工程与技术学院陕西西安710049

己烷油精馏工序是溶剂油生产过程的重要环节,但其伴随着高能耗和高排放。因此,己烷油精馏工序的能量、经济和环境(3E)多目标优化对于溶剂油工业的可持续发展具有重要意义。针对传统非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)收敛速度慢、易陷入局部... 详细信息

己烷油精馏工序是溶剂油生产过程的重要环节,但其伴随着高能耗和高排放。因此,己烷油精馏工序的能量、经济和环境(3E)多目标优化对于溶剂油工业的可持续发展具有重要意义。针对传统非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)收敛速度慢、易陷入局部最优等问题,本文提出了一种改进的基于多策略集成的多目标遗传算法(MENSGA-Ⅱ)。该算法发展了一种基于邻域的引导策略,以增强算法的搜索能力进而加快收敛速度;同时引入随机极限游走策略以维持算法所获得解集的分布性。将MENSGA-Ⅱ应用于典型的测试函数和实际的己烷油精馏过程,结果表明,该算法在鲁棒性、收敛速度和解集分布性上具有优越性。与实际运行工况相比,典型优化工况下精馏系统年度毛利润可提升4.99×10^(5)USD/a,能源消耗和CO_(2)排放可分别减少5.09×10^(2)kW/a和4.82×10^(2)kg/a。

关键词：多目标优化己烷油精馏非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ) 多策略

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多环芳烃类液体有机氢载体储放氢技术研究进展

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化工进展 2023年第2期42卷 1000-1007页

作者：周一鸣齐随涛周宇亮谭潇石利斌杨伯伦西安交通大学化学工程与技术学院陕西西安710049

基于“绿电+绿氢”的可再生能源规模化利用模式是实现碳中和目标的重要措施,然而目前现有的氢储运技术无法满足该利用模式的大规模与跨时空需求。多环芳烃类有机液体氢载体储氢被认为是最有可能实现大规模且安全高效的异地氢储运技术。... 详细信息

基于“绿电+绿氢”的可再生能源规模化利用模式是实现碳中和目标的重要措施,然而目前现有的氢储运技术无法满足该利用模式的大规模与跨时空需求。多环芳烃类有机液体氢载体储氢被认为是最有可能实现大规模且安全高效的异地氢储运技术。本文介绍了多环芳烃类不饱和有机液体储氢技术的基本原理与常用有机氢载体的物化性质,分析了作为有机氢载体的关键参数,在此基础上,从空间位阻效应的角度解释了多环芳烃类有机液体氢载体的环内与环间加脱氢反应机理,并进一步从活性组分分散度、表面电荷效应、氢溢流以及低配位数等方面对多环芳烃加脱氢催化剂的研究进展进行了总结。提出了目前多环芳烃类有机液体氢载体储氢的技术难点在于脱氢温度高、循环率低以及催化剂成本高,并对优化能量匹配、催化剂改性等未来的应用场景和发展方向进行了展望。

关键词：苯氢反应催化剂

PSA-低温甲醇洗-膜分离耦合的氢气分离系统建立与模拟

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化工学报 2023年第10期74卷 4201-4207页

作者：麻蓉张桥西安交通大学化学工程与技术学院陕西西安710049

氢能作为实现可持续发展的重要载体,对构建清洁低碳高效的能源体系、实现“双碳”目标具有重要意义。通过提出变压吸附(PSA)-低温甲醇洗-膜分离的耦合氢气分离系统,并借助Aspen Plus等软件进行模拟和分析,实现了多种分离技术的优势结合... 详细信息

氢能作为实现可持续发展的重要载体,对构建清洁低碳高效的能源体系、实现“双碳”目标具有重要意义。通过提出变压吸附(PSA)-低温甲醇洗-膜分离的耦合氢气分离系统,并借助Aspen Plus等软件进行模拟和分析,实现了多种分离技术的优势结合。多项分离工艺集成有效利用了PSA尾气中的氢气,提高了氢气回收率;打破了单一膜分离提纯氢气的纯度瓶颈,获得产品氢气浓度高达99.67%;实现了CO_(2)的富集和CH_(4)的循环回收,减少了制氢原料的损失。整个系统相比于现存的装置运行分离效果和经济性更好,为其他氢气提纯问题提供了新思路和一定的实用价值。

关键词：氢分离变压吸附膜低温甲醇洗计算机模拟

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钡含量对(La_(0.5)Sr_(0.5))_(1-x)Ba_(x)Fe_(0.6)Co_(0.4)O_(3)化学链甲烷干重整性能的影响

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化工学报 2023年第10期74卷 4286-4301页

作者：杨柳青赵子瑞张军社魏进家西安交通大学化学工程与技术学院陕西西安710049

化学链甲烷干重整可将CH_(4)和CO_(2)转化为各种增值产品,是一种具有低分离要求的高效反应技术,并可助力碳中和。目前,该技术面临的一个主要挑战是设计和开发具有良好反应性和稳定性的载氧体。合成了Ba取代的具有锚定纳米颗粒的(La_(0.5... 详细信息

化学链甲烷干重整可将CH_(4)和CO_(2)转化为各种增值产品,是一种具有低分离要求的高效反应技术,并可助力碳中和。目前,该技术面临的一个主要挑战是设计和开发具有良好反应性和稳定性的载氧体。合成了Ba取代的具有锚定纳米颗粒的(La_(0.5)S_(r0.5))_(1-x)Ba_(x)Fe_(0.6)Co_(0.4)O_(3)钙钛矿氧化物,将其用作化学链甲烷干重整的载氧体,通过多种表征手段和性能评价,研究了该类材料的物化性质和氧化还原性能。结果表明,在所有样品中,La_(0.35)S_(r0.35)Ba_(0.3)Fe_(0.6)Co_(0.4)O_(3)在甲烷部分氧化过程中可实现84.3%的甲烷转化率、15.23 mmol·g^(-1)的合成气产量以及最高的氧消耗量(5.29 mmol·g^(-1)),显示出优异的氧扩散速率,同时具有95.8%的合成气选择性、70.0%的CO选择性和1.36 mmol·g^(-1)的积炭。对甲烷还原过程中气体生成速率的分析表明,Ba取代可以优化载氧体的晶格结构,导致高的离子迁移率,促进氧在体相中的快速扩散,进而提升CH_(4)转化。此外,氧化还原循环测试表明该载氧体具有较优异的结构稳定性和较好的再生能力。

关键词：化学链重整甲烷二氧化碳合成气钙钛矿载氧体

基于子系统规模调配的烯烃生产过程模拟与优化

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高校化学工程学报 2024年第4期38卷 644-651页

作者：李文静张桥西安交通大学化学工程与技术学院陕西西安710049

针对单个烯烃生产系统节能潜力有限的问题,提出基于烯烃生产子系统规模调配的方法,构建混合整数非线性规划(MINLP)优化模型。以单位产量1 t×h^(-1)为基准规模,当丙烷脱氢和乙烷裂解的规模系数分别为50.0和89.4时(即产量分别为50.0 t×h... 详细信息

针对单个烯烃生产系统节能潜力有限的问题,提出基于烯烃生产子系统规模调配的方法,构建混合整数非线性规划(MINLP)优化模型。以单位产量1 t×h^(-1)为基准规模,当丙烷脱氢和乙烷裂解的规模系数分别为50.0和89.4时(即产量分别为50.0 t×h^(-1)和89.4 t×h^(-1)),系统的能量回收率达到最大,为82.6%。与两者独立子系统相比,公用工程负荷减少502.7 MW,对应的中低压蒸气消耗量减少544.9 t×h^(-1),电能减少0.5 MW,碳排放量减少0.5 t×h^(-1),节能减排的效果非常显著。结果表明,多个系统间能量交互可以有效提高能量回收率,且最优的规模系数使系统整体能量回收率达到最大。

关键词：烯烃混合整数非线性规划(MINLP) 能量回收率规模调配节能减排