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高校化学工程学报

高校化学工程学报

2026年04期

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综述 | MnO_x、FeO_x 和 CuO_x 基核壳催化剂在 NH₃-SCR 脱硝中的研究进展

综述 | MnO_x、FeO_x 和 CuO_x 基核壳催化剂在 NH₃-SCR 脱硝中的研究进展

摘要: 为改善氨选择性催化还原 (NH₃-SCR) 脱硝催化剂的低温活性与抗中毒性能, 本文综述了 MnO_x、FeO_x 和 CuO_x 基核壳催化剂的研究进展。通过系统分析核壳结构的设计策略, 重点探讨了壳层包覆在保护活性位点、调控氧化还原性能以及增强界面协同作用方面的机制。研究表明, 催化剂性能的提升主要归因于壳层结构对硫酸盐沉积的抑制、氧空位的有效生成以及表面酸性的合理调控。核壳结构的引入显著提高了催化剂的低温活性, 拓宽了其反应窗口, 并增强了抗水和抗硫性能。核壳结构被认为是构建高性能 SCR 催化剂的有效途径, 然而目前仍面临制备工艺复杂、抗毒持久性不足等挑战。本研究为今后开发高性能核壳催化剂提供了理论依据与技术参考。
综述 | 光辅助高级氧化水处理技术的研究进展

综述 | 光辅助高级氧化水处理技术的研究进展

摘要: 光辅助高级氧化水处理技术是在光照射下, 污染物本身或光活性材料的电子受激发跃迁, 形成不稳定的激发态, 随后进一步释放能量回到基态, 在这一过程中产生氧化活性物种, 实现污染物的降解和矿化的技术。首先, 文中主要介绍了光激发、光芬顿、光催化三种光辅助高级氧化技术的工作原理及应用。其次, 着重论述和总结了光催化体系下不同催化剂对污染物的降解反应机理和处理技术研究进展, 其中金属有机框架材料由于其高孔隙率、大比表面积的结构特性和可设计调控、易功能化的材料特性引起了广泛的兴趣和关注。最后, 本文总结了光辅助高级氧化技术在真实工程应用中亟须解决的问题, 为光辅助高级氧化技术的产业化提供参考。
综述 | 二氧化钛改性功能材料在废水降解与催化制氢中的应用

综述 | 二氧化钛改性功能材料在废水降解与催化制氢中的应用

摘要：二氧化钛作为一种重要的 n 型半导体材料，因其成本低、稳定性好、无毒无害等优势，被广泛应用于印染废水、工业废水、农药等领域的污染物降解及催化制氢研究中。然而，未改性的二氧化钛在实际光/光电催化应用中，往往存在光生载流子复合率高、光响应范围小、界面电荷传输不畅等问题，严重制约了其催化降解及制氢性能的进一步提升。因此，通过改性手段优化纯二氧化钛性能，突破现存瓶颈，已成为目前一大研究热点。本文系统阐述了光/光电催化的基本机理及其应用，梳理了近年来改性二氧化钛材料的主要研究进展，重点综述了元素掺杂、构建异质结、助催化剂、有机框架等改性策略，并深入剖析了不同改性策略下的作用机制，旨在通过总结各类改性二氧化钛基材料在废水降解效率、污染物选择性去除及产氢等方面的应用成效与现存不足，为后续高效、稳定、低成本二氧化钛基光/光电催化材料的合理设计及相关领域的研究提供参考。
化工热力学与基础数据 | 和厚朴酚静态层熔融结晶的动力学

化工热力学与基础数据 | 和厚朴酚静态层熔融结晶的动力学

摘要：和厚朴酚(HNK)是一种重要的天然药用活性成分,为了解决其传统纯化方法溶剂残留高、效率低的问题,探究高效绿色的静态层熔融结晶纯化工艺,本研究围绕HNK熔融结晶过程,基于边界层移动的传热理论建立数学模型,采用解析迭代法对模型进行求解并设计实验进行验证,系统研究HNK的静态层熔融结晶动力学。研究过程中测量了HNK的比热容、熔化焓及导热系数,同时考虑了固液相界面温度随冷剂温度的变化规律。结果表明:模型能较好预测不同冷剂温度(79~83℃)和降温速率(1~4℃·h?1)下的晶层生长趋势,冷剂温度降低或降温速率增大均能显著提升结晶速率,其中冷剂温度为82℃和降温速率为2℃·h?1时拟合效果最佳。研究结论为HNK高纯化熔融结晶工艺优化与反应器设计提供理论支撑。
化工热力学与基础数据 | 活性煤浆中甲烷水合物动力学研究

化工热力学与基础数据 | 活性煤浆中甲烷水合物动力学研究

摘要: 实现水合物技术的规模化应用, 关键在于提高其反应速率与储气密度。本研究将十二烷基硫酸钠(SDS)溶液与微米级煤粉混合, 高速搅拌混合成活性煤浆。在压力为 8.0MPa 、温度为 274.15K 的环境下, 研究煤粉质量分数为 5.0～35.0% 的活性煤浆中甲烷水合物生成动力学和储气性能。研究发现, 所用煤粉具有丰富的微孔结构, 可为水合物生成提供丰富的成核位点。煤粉质量分数为 5.0% 时, 储气性能最佳, 最大储气速率为 9.3cm³?cm^-3?min^-1, 最大储气量为 166.9cm³?cm^-3, 达到 90% 最大储气量所需的时间 (t₉₀) 为 9.3min 。进一步研究能量密度发现, 煤基水合物能量密度始终高于相同煤粉含量的传统煤水混合物。煤粉质量分数为 30.0% 的活性煤浆所形成的二元燃料具有最佳的能量密度表现。
传递现象与单元操作 | 长径比对秸秆颗粒曳力特性影响的数值模拟

传递现象与单元操作 | 长径比对秸秆颗粒曳力特性影响的数值模拟

摘要: 气流床气化是生物质废弃物资源化利用的有效方式, 破碎制粉的大尺度非球形生物质颗粒在气化炉内流动行为对气化性能影响显著。文中以工业制备的秸秆生物质颗粒为对象, 采用数值模拟对气化炉内大尺度生物质颗粒的曳力特性进行研究, 考察了长径比 (2~10)、颗粒雷诺数 (10~1000) 以及攻角 (0°~90°) 对曳力系数的影响。结果表明, 长径比对曳力的影响受攻角与颗粒雷诺数的严格耦合控制: 除特定大雷诺数小攻角工况外, 长径比增大会导致曳力系数增大, 且随着攻角增大或雷诺数减小, 长径比的影响增强。基于模拟结果, 本研究提出了包含长径比的多参数耦合生物质颗粒曳力系数模型。该模型与传统曳力系数模型相比, 具有更高的精度和更宽的适用范围, 对指导生物质气流床气化炉结构开发具有重要意义。
传递现象与单元操作 | 烟气轮机冷态模型内动叶冲蚀特性实验

传递现象与单元操作 | 烟气轮机冷态模型内动叶冲蚀特性实验

摘要: 为了研究烟气轮机动叶冲蚀机制, 探究烟气轮机冷态模型内动叶冲蚀特性, 采用冲蚀实验与高速摄影实验结合的方法, 通过改变颗粒形状、颗粒粒径及入口风量, 分析颗粒在动叶表面的冲蚀特性, 同时, 通过高速摄影实验探究颗粒冲蚀机制。冲蚀实验设置 5 种不同形状颗粒, 发现多棱角颗粒(如金刚砂、石英砂)往往造成更严重的整体磨损, 而圆形颗粒(如棕刚玉砂)损伤更加集中; 设置不同颗粒粒径, 发现当粒径增至 600μm 时, 叶片表面损伤明显加剧; 设置不同入口流量, 分析发现流量达到 1800m³?h^-1 时叶片前缘与压力面磨损严重, 继续加大流量发现磨损程度加剧, 但磨损最严重的位置不变, 这与高速摄影实验所观测的结果基本保持一致。结果表明, 颗粒的锐度因子越大、球形度越低, 冲蚀现象越显著, 且冲蚀严重区域会随颗粒形状变化而改变; 当颗粒粒径增大时, 冲蚀区域趋于集中, 冲蚀最严重的部位基本保持不变; 随着入口流量增加, 叶片的冲蚀程度加剧, 并逐渐向叶根部位扩展。
传递现象与单元操作 | 相分离结构与脉动压力作用下微细通道流动沸腾压降特性

传递现象与单元操作 | 相分离结构与脉动压力作用下微细通道流动沸腾压降特性

摘要：为研究相分离结构与脉动压力作用下微细通道内流动沸腾压降和综合性能，以乙醇为实验工质，氟化聚偏氟乙烯-共六氟丙烯(PVDF-HFP-F)多孔膜作为气液相分离工具，在入口温度为40℃、平均质量流率为68.89~192.89 kg·m ^-2 ·s ^-1 、热流密度为69.7~125.07 kW·m ^-2 的工况下，针对不同脉动压力，在不同孔数(10孔、20孔、30孔)的相分离结构顺逆流微细通道内开展流动沸腾实验，研究了单独脉动压力作用下以及脉动压力与不同孔数相分离结构作用下微细通道内压降特性和Ledinegg不稳定性。采用平均传热综合性能指标(PEC)评估相分离结构与脉动压力下微细通道的沸腾传热性能。结果表明，相分离结构与脉动压力作用下，通道单位长度两相摩擦压降比单独脉动压力作用下最大降低了37.97%，总压降-流量曲线的两相沸腾区负斜率绝对值最大降低了48.17%；传热综合性能评价指标最高可达1.980。
生物化工 | 腺相关病毒通用型亲和层析介质的制备、性能及应用研究

生物化工 | 腺相关病毒通用型亲和层析介质的制备、性能及应用研究

摘要: 腺相关病毒(Adeno-associated virus, AAV)是一种高效、安全的基因递送载体, 被广泛应用于基因治疗, 是现代基础科学不可或缺的工具。为了降低大规模生产高纯度、高滴度的 AAV 载体的成本, 选用具有 AAV 高亲和力的纳米抗体 (Nanobody, Nb)作为配基, 并构建了大肠杆菌表达系统表达纳米抗体。经 Ni Purose 6 Fast Flow 纯化获得重组纳米抗体后, 和 Rigose SulfoLink 预活化介质偶联获得亲和层析介质。结果表明: 制备的亲和层析介质偶联纳米抗体量为 6.17mg?mL^-1 介质, 对 AAV5 吸附载量为 1.92×10¹²VP?mL^-1 介质, AAV1、AAV7 吸附载量达到 1×10¹¹VP?mL^-1 介质的量级, 均略高于商品介质, 同时对其他血清型也有较高的吸附载量; 重复使用 20 个循环后, 自制介质的重复使用性与商品介质持平, 表明重复使用性能良好; 以 rAAV5-hRORA 临床级基因治疗载体为样品, 自制介质对目标病毒的捕获率达到 64.3%, 纯度为 91% 。
化学工艺 | 降低 CO₂ 捕集能耗的少水吸收剂吸收-解吸性能研究

化学工艺 | 降低 CO₂ 捕集能耗的少水吸收剂吸收-解吸性能研究

摘要：基于醇胺水溶液的化学吸收法是 CO₂ 捕集主要方法，其应用仍受限于稀释剂-水的高蒸发焓导致用于吸收剂再生的能耗较高。文中构建了胺：物理溶剂：水=30:60:10(质量比)的少水吸收剂，并基于盐析效应筛选出适宜的物理溶剂(聚乙二醇二甲醚，NHD)以降低吸收剂的升温显热和水蒸发潜热。进一步地，借鉴混合胺可充分发挥不同胺的优势的思路，将低反应热的 N-甲基二乙醇胺(MDEA)与伯/仲胺复配形成混合胺少水相变吸收剂降低了解吸反应热和再生能耗。优选地，质量比为 N-乙基乙醇胺(EAE)：MDEA：NHD： H₂O=10:20:60:10 的少水相变吸收剂的再生能耗为 1.92GJ?t^-1 (以 CO₂ 计)，远低于工业常用质量分数 30% MEA 水溶液的再生能耗(约为 4GJ?t^-1 )。
化工系统工程 | 新型卡诺电池储能系统设计与高效代理模型优化

化工系统工程 | 新型卡诺电池储能系统设计与高效代理模型优化

摘要: 卡诺电池(CB)作为一种以热能存储为核心的长时物理储能技术, 能够有效平抑高比例可再生能源并网冲击。然而, 现有研究多聚焦于 CB 储热侧, 针对储冷型 CB 系统设计及其热力学运行参数高效优化的研究较为有限。本研究首先提出了一种耦合液化天然气(LNG)气化流程的新型 CB 系统, 通过引入 LNG 冷能作为朗肯循环的低温热汇, 显著提升了系统的电-电转换(P2P)效率。进而提出基于人工神经网络的代理模型优化策略, 在兼顾全局寻优质量的同时, 显著降低了复杂机理模型优化的计算开销与迭代耗时。结果表明, 超参数优化后的代理模型可精确预测系统性能指标和热力学约束, P2P 效率预测值与机理模型结果相对误差小于 1%, 夹点温差预测值的绝对误差不超过 1.5 ℃。应用于粒子群优化算法后, 平均计算耗时从 430 726.5 s 降至仅 5 387.1 s, 并且优化后系统 P2P 效率达 76.13%, 较初始设计提高 10.97 个百分点, 在确保流程优化效果的同时大幅提高了求解效率。
化工系统工程 | 面向工业小样本特征学习增强型 PI-AE 的预测方法研究

化工系统工程 | 面向工业小样本特征学习增强型 PI-AE 的预测方法研究

摘要: 针对工业系统中小样本、高噪声场景下纯数据驱动的预测模型易过拟合, 以及物理信息神经网络 (PINN) 高度依赖严格物理方程的问题, 文中提出基于特征学习增强型物理信息自编码器 (PI-AE) 的模型预测方法。该方法在自编码器特征重构基础上新增预测分支, 并融合物理单调性约束, 设计“重构-物理-预测”复合损失函数, 实现了特征鲁棒学习、物理一致性与精准预测的协同优化。数值实验表明, PI-AE 测试集 RMSE 较 PINN 降低 46.1%, 较反向传播 (BP) 神经网络降低 97.4%; 在乙炔浓度软测量任务中, 通过消融实验系统验证了该多任务框架对模型性能的递进式增益。PI-AE 方法有效克服了传统模型的局限性, 为工业小样本预测提供了一种新范式。
化工系统工程 | 天然气乙烷回收工艺参数优化

化工系统工程 | 天然气乙烷回收工艺参数优化

摘要: 新疆某气田天然气乙烷组分增大面临参数控制难题, 提高乙烷收率意义重大。本研究借助已构建的乙烷回收HYSYS模型, 结合现场实际运行参数, 运用响应面分析法优化工艺参数, 并引入多目标粒子群算法寻找乙烷收率和总经济最优解。研究发现, 将优化结果代入HYSYS流程模拟验证, 乙烷收率误差仅为0.44%, 经济效益误差为0.19%, 表明其具备良好的工程可靠性。现场应用后, 乙烷收率由95.07%提升至99.55%, 日增产乙烷6.3t, 年增经济效益约为800万元, 验证了优化策略的有效性与可推广性。本研究为天然气乙烷回收工艺参数优化提供了更可靠的理论支持与实践指导, 对提高经济效益和保障化工产业链稳定运行具有借鉴意义。
材料科学与工程 | 碳化改性 ZIF(Co/Zn)@PPy 复合流动电极高效分离有机物/无机阴离子

材料科学与工程 | 碳化改性 ZIF(Co/Zn)@PPy 复合流动电极高效分离有机物/无机阴离子

摘要：针对流动电极材料在分离有机物/无机阴离子时选择性低、吸附容量有限及循环稳定性差的问题，通过原位生长双金属 ZIF(Co/Zn) 于聚吡咯 (PPy) 导电网络上并高温碳化 (900 ℃) 的策略，制备了碳化改性 ZIF(Co/Zn)@PPy 复合材料，并将其作为流动电极用于电容去离子 (FCDI) 系统，处理含头孢类抗生素的高盐废水。结果表明：碳化后材料相对于碳化前具有更丰富的介孔结构与更优异的电化学性能，电荷传输性能明显改善，电荷效率由 74.06% 提高至 95.50%；对 NaCl 的吸附容量提升 77%，有机/无机阴离子分离因子达 13 635，且 20 次循环后性能保持率超 97%。该碳化改性策略显著提升了 ZIF@PPy 流动电极材料的性能，为开发高效、高选择性分离回收高盐有机废水中有机物的 FCDI 技术提供了新材料基础和理论支撑。
材料科学与工程 | 面向浓海水提锂的 SA/LiAl-LDHs 复合凝胶制备及性能优化

材料科学与工程 | 面向浓海水提锂的 SA/LiAl-LDHs 复合凝胶制备及性能优化

摘要：为实现浓海水锂资源高效回收，本研究采用共沉淀法制备铝基锂吸附剂 (LiAl-LDHs)，以海藻酸钠 (SA) 为粘合剂，经 CaCl₂ 交联造粒制得高选择性、高稳定性且易应用的复合凝胶颗粒 (GLDHs)。通过静态/动态吸附实验评价其提锂性能与机理，优化工艺参数。结果表明：LiAl-LDHs 负载量 20% 的 GLDHs-20 颗粒吸附容量达 6.53,mg?g^-1 ，吸附符合准二级动力学模型 (化学吸附主导)；最优工艺下 (高径比为 2:1、吸附流速为 10,mL?min^-1 、进料量为 10 BV，脱附液温度为 25,°C 、脱附流速为 5,mL?min^-1 、脱附液用量为 2.5 BV)，锂回收率达 81.34%；高 Na⁺/K⁺ 共存体系中选择性优异，15 次循环后回收率仍超 70%。研究结论表明，GLDHs-20 是一种具有良好前景的工业级锂吸附剂，适用于从浓海水中提取锂资源，有助于推动资源的可持续利用和环境保护相关新技术的发展。
材料科学与工程 | 碳化硅掺杂的偏钛酸型锂离子吸附剂的制备

材料科学与工程 | 碳化硅掺杂的偏钛酸型锂离子吸附剂的制备

摘要: H₂TiO₃(HTO) 因具有良好的理论吸附能力、稳定性和选择性, 使其成为最具应用前途的锂离子筛, 但由于实际吸附量和循环稳定性等不理想, 阻碍了其工业应用。本研究采用高稳定性的碳化硅 (SiC) 为掺杂剂, 用固相法制备了 SiC 掺杂的锂离子吸附剂。此外, 采用一系列技术对其结晶度、形貌、亲水性、比表面积、样品表面元素价态等进行了系统表征, 研究了吸附等温线、热力学、动力学和循环稳定性等。结果表明: 适量 SiC 掺杂后制备出的 HTO-SiC-0.03(0.03 为掺杂量) 颗粒大小更加均匀, 亲水性和比表面积都得到改善, 氧空位显著增加, 从而增加了对锂离子的吸附容量。在 298 K 下 HTO-SiC-0.03 的平衡吸附量可达 40.91mg?g^-1, 相比未掺杂之前吸附容量 (32.96mg?g^-1) 明显增加。 Li⁺在 HTO-SiC-0.03 上的吸附符合 Langmuir 模型及伪二级动力学模型, 为自发吸热过程。经过 5 次吸附-解吸循环后, HTO-SiC-0.03 的吸附量为初始值的 95.1%, 具有较高的稳定性。
材料科学与工程 | 基于孔道调配技术的脱硫剂制备及机理分析

材料科学与工程 | 基于孔道调配技术的脱硫剂制备及机理分析

摘要: 针对传统钙基脱硫剂由于反应生成物 CaSO₄ 堵塞孔隙, 阻碍气体与新鲜脱硫剂的接触, 而导致钙利用率低等问题,制备具有合理孔道结构的高效低温脱硫剂已成为干法烟气脱硫领域的重要研究方向。本研究在 Ca(OH)₂ 与粉煤灰水化制备的脱硫剂基础上, 通过沸石(6.5%)与有机造孔剂偶氮二甲酸二乙酯(0.5%)的联合作用, 制备了具有合理微孔、介孔比例的新型钙基脱硫剂。结果表明: 与商用钙基脱硫剂相比, 穿透硫容提高了 26.3%, Ca(OH)₂ 利用率提高了 33.3% 。由表征分析可知, 脱硫剂的性能并非仅完全取决于比表面积, 更受其微孔面积及传质性能共同影响, 沸石的掺入为脱硫剂构造良好的微孔环境, 低沸点的偶氮二甲酸二乙酯在脱硫剂干燥阶段汽化, 构造介孔。吸附动力学分析表明, 脱硫剂对 SO₂ 分子的吸附平衡更符合 Langmuir 吸附等温线模型, 吸附过程符合拟二级吸附动力学模型, 整个吸附过程分为表面扩散和微孔扩散两个阶段。该脱硫剂具有制备简单、原料易得、不产生二次污染的优点, 可为更高效的干法脱硫提供技术支持。
环境化工 | 高铁酸盐活化过二硫酸盐高效降解水中的盐酸四环素

环境化工 | 高铁酸盐活化过二硫酸盐高效降解水中的盐酸四环素

摘要: 文中分别以活性炭、铁粉、硫化亚铁、七水合硫酸亚铁、高铁酸钾活化过二硫酸盐降解盐酸四环素, 对比了其对盐酸四环素的降解效能。研究了盐酸四环素的初始浓度、过二硫酸盐浓度、高铁酸盐浓度、溶液初始 pH、反应温度和共存离子等因素对盐酸四环素降解的影响。在单因素实验基础上, 应用响应面法对盐酸四环素的降解工艺进行了优化。利用自由基淬灭实验, 推测了、两种降解体系中的主要活性物种。用高效液相
环境化工 | Cu²⁺/HCO₃^-/H₂O₂ 高级氧化体系降解酸性红 GR 的机制与原理

环境化工 | Cu²⁺/HCO₃^-/H₂O₂ 高级氧化体系降解酸性红 GR 的机制与原理

摘要: 为了解决偶氮染料酸性红 GR 废水难降解问题, 本研究采用 Cu2+ 活化 HCO3-/H2O2(BAP) 高级氧化体系对其降解处理, 并探究了体系反应机理以及各影响因素对降解效能的作用。结果表明: 酸性红 GR 初始质量浓度为 25,mg⋅L-1 、 HCO3- 浓度为 10,mmol⋅L-1 、 H2O2 浓度为 4,mmol⋅L-1 、 Cu2+

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