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技术信息资源速递(第六十四期)
阅读次数:1016   添加时间:2015-9-17

行业动态:

英威达和Plaxica合作开发生物衍生乳酸技术

最近,英威达的技术许可业务部门-英威达先进技术与Plaxica公司,签订了有望加快其技术商业化的合作协议,Plaxica公司是一家专注于开发用生物质生产低成本乳酸技术的化学技术公司。

根据协议,英威达公司将可以选择拥有Plaxica公司的股权,其全球技术许可业务将提供Plaxica公司在工程设计、技术、商业化推广上的支持。两家公司将共同开发Plaxica的乳酸技术,并进行商业化运作,双方相信这将为聚乳酸和生物丙二醇价值链技术的被许可方带来大幅度的成本和性能优势。

“我们很高兴与英威达合作,”Plaxica公司的首席执行官Philip Goodier先生表示,“通过这一协议,我们将获得英威达在工艺技术许可方面丰富的专业知识以及他们全球性的工程设计、商业化推广和客户支持能力。我们相信,Plaxica公司强大的技术基础和现有的客户关系,结合英威达公司多年在全球聚酯行业成功进行技术许可的专业知识和良好声誉,将增强并加速我们技术的商业化。”

“在这样一个不断增长的行业中,Plaxica公司的技术加入到我们的技术许可产品系列中将是一个激动人心的机会,”英威达先进技术业务总裁Mike Pickens先生也表示,“我们非常高兴能与Plaxica公司合作,将他们的技术推向市场。”

    据悉,英威达公司将很快推出Plaxica公司的市场领先的乳酸技术。(上海化工,2015年第8期)

 

赢创推出具有优异颜色稳定性的新型卷材涂料分散剂

最近,赢创工业集团推出了具有优异颜色稳定性的新型卷材涂料分散剂—TEGOR Dispers 675。TEGOR Dispers 675 是用于溶剂型直接研磨有色涂料的理想分散剂,能满足质量要求较高的卷材涂料。

在卷材涂料中添加该分散剂后,在摩擦试验中能呈现出清晰的图像。此外,在各种剪切速率下,该新型分散剂均表现出优异的颜色稳定性和显色性,这一优势令TEGO Dispers 675 区别于其它产品。

TEGOR Dispers 675 不含溶剂,以100%颗粒活性物的形式供应,因此易于添加。即使在高温或低温下,产品的添加量和储存方式均无区别。除用于卷材涂料配方外,TEGOR Dispers 675 还可用于色浆配方。

赢创是一家来自德国的创新型工业集团,核心业务—特种化工在全球处于领先地位。提升业务盈利、保持企业价值的持续增长是赢创的核心战略。公司将业务与全球大趋势相结合,即健康、营养、资源效率、全球化。赢创的发展得益于其创新实力和一体化技术平台。赢创的业务遍及全球100多个国家。2014财年,赢创的33 000多名员工创造了约129亿欧元的销售额,营业利润(税息折旧及摊销前利润)达19亿欧元。赢创大中华区现约有3 000 名员工,2014年总销售额超过11亿欧元。(上海化工,2015年第7期)

 

山西煤化所用ALD 技术制备出新型纳米催化剂

中科院山西煤炭化学研究所煤转化国家重点实验室研究员覃勇带领的研究团队,利用ALD 技术设计制备出一种多重限域的Ni 基加氢催化剂。与未限域的催化剂相比,多重限域的Ni 基催化剂对于肉桂醛以及硝基苯的加氢催化反应的活性、稳定性得到显著的提高。相关工作近日发表在Angew.Chem. Int. Ed.。原子层沉积(atomic layer deposition,ALD)是一种先进的薄膜沉积技术。利用ALD 的技术特点和优势,可设计合成新型高效纳米催化剂,并可精确地调控催化剂的表界面结构。金属-氧化物载体的界面结构强烈影响多相催化剂的性能。精确地设计、调控界面结构,对于新型高效催化剂的制备非常重要。(浙江化工,2015年第8期)

 

日本开发出可使工业废水再生利用的处理装置

日本人造丝公司与三浦工业公司共同开发出可使工业废水再生利用的处理装置。该装置的废水处理量为3.0m3/h,装置外形尺寸宽1895mm、深3570mm、高2505mm,2015年4月开始上市销售。

污水的再生利用就是为了节约工厂的用水量,对环保及降低自来水成本和单位耗水量都有所贡献。新装置是在原有的废水处理装置上配备膜分离活性污泥法(MBR)的分离膜,然后再搭配反渗透(RO)膜,这样可以使约70%的废水得以再生利用。三菱人造丝公司以新型的MBR膜为基础开发的“地水深的超薄模块”与三浦工业公司的装置封装技术相结合,开发的新型处理装置的设置面积比原来的废水再生利用装置减少了50%。

两公司还通过调整膜结构,减少了膜孔堵塞现象,并且装置还配备了自动清洗功能。另外,研究发现通过采用不容易受水温和水质影响的流量反馈控制,能使装置的运行更加稳定。还有通过模块化大幅缩短了处理工期,处理成本也能大幅降低。公司目标是在2017年度销售50-100台新型废水处理装置。(化工环保,2015年第8期)

 

石墨烯复合材料利用太阳光有效分解双酚A和类似污染物

许多环境中的污染物(典型的例子如双酚A(BPA))可能具有对激素的干扰作用。为了清除在土壤和水域发现的这些污染物,目前科学家开发了一种通过纳米粒子和光的协同作用来分解它们的新方法。

Nikhil R Jana 和Susanta Kumar Bhunia 解释,称为内分泌干扰物的污染物种类可以模仿或阻止动物和人类的激素。这种干扰会导致生殖和其他健康问题。这些化合物被用来制造许多家用和工业产品,并且已在土壤、水、甚至人类母乳中发现。

科学家们一直致力于利用太阳光分解内分泌干扰物,降低它们对健康的威胁。但到目前为止,这些方法只能利用紫外线(占阳光的6%),这意味着这些方法不是很有效。Jana和Bhunia 想找到一种利用可见光(占阳光的52%)的简单方法。研究人员转向一种已开发的石墨烯复合材料,可利用可见光来降解染料。他们稍稍调整这种复合材料的结构,并负载上作为可见光天线的银纳米粒子。

测试时,这种新材料成功地降解了3种不同的内分泌干扰物:苯酚、双酚A和莠去津(除草剂)。实验结果表明,该复合材料是一种很有前途的利用可见光分解潜在的有害化合物和其他有机污染物的途径。(化工环保,2015年第8期)

 

南开大学首发现“光驱动”新材料

南开大学化学学院陈永胜教授及其团队日前公布一项研究成果—新型石墨烯材料,可以在太阳光等各种光源照射下驱动飞行。作为世界首个“光驱动”新材料,该成果被发表在国际著名学术刊物《自然-光学》上。

    陈永胜教授表示,“我们在3年多前切割一种特殊三维石墨烯材料时,意外发现光可以对其产生推动效果。此后‘光是否不仅能推动细胞还可以推动宏观物体’就成了我们最重要的研究课题。”后来,陈教授团队联合该校物理学院田建国教授共同研制出了这种能用光进行驱动的石墨烯材料。

    据该成果的视频资料显示,在几十厘米的真空管里,在一束光的瞬间照射下,几毫克的新型石墨烯材料能一次前进几cm,最远可以运行40cm。 

   目前对这种新型材料的整体研究还处在实验室起步阶段,但随着研究的进一步深入,或许未来在三维石墨烯的助力下,宇宙飞船也能利用“光驱动”穿梭太空。(天津化工,2015年第4期)

 

塑料瓶取代沥青,荷兰新公路或将铺设新材料

英国媒体近日报道称,鹿特丹市政委员会日前宣布,将试用一种新型路面材料,鹿特丹可能因此成为全球首个以塑料瓶修路的城市。

  荷兰福尔克-韦塞尔斯建筑公司近日公布了一套完全用回收塑料瓶修筑路面的计划。

  报道称,塑料瓶是可替代沥青的更环保的路面材料,全球每年由沥青释放的二氧化碳达到160万t,占所有公路运输释放二氧化碳总量的2%。同时,用塑料瓶作路面的公路建设工期仅为数周,而传统公路的建设工期为数月,而且前者的使用寿命可达后者的3倍。福尔克-韦塞尔斯建筑公司称,这种新型路面需要的维护也较少,而且能承受更极端的气温。

  报道称,由于塑料瓶路面更轻,在路面下安装电缆和设备管道也更容易。工厂可先生产出一段一段的新型路面,再将它们运至施工地点。这意味着缩短建筑时间、降低维护成本和减少路面施工。

  福尔克-韦塞尔斯建筑公司主管表示,目前该项目仍在创意阶段,但该公司计划在未来3年内修建首条完全使用回收材料的公路。

  福尔克-韦塞尔斯建筑公司负责公路建设的子公司的负责人罗尔夫·莫斯说:“与现在的公路建设相比,无论在建造还是维护方面,塑料路面都具有优势。目前,该项目仍在创意阶段,下一步将是在实验室进行建造和测试。” (工程塑料应用,2015年第8期)

 

美创业公司用甲烷生产环境友好塑料

甲烷是一种强效应的温室气体,如果把它用来制作塑料制品,那么既能去除空气污染又能替代石油,虽然科学上早已知道这种可能性,但是如何降低成本进行商业化生产却是一大难题。日前在美国,一家名为新光技术公司的小型创业公司宣称取得了突破。

  该公司称,寻找到了一种替代方式,使用来自农场牲畜粪便的甲烷来制作塑料,目前已经同戴尔、欧莱雅等大型企业达成了供应塑料合约,利用甲烷制成的塑料可以做成包装、椅子等产品。该公司首席执行官马克·赫雷马表示,其生产的塑料价格要低于传统塑料,并希望能够带来塑料产业的革命,从而减少温室气体排放。他说:“我们认为可以实现经济与环保双赢。”

  赫雷马称,其产品较传统石化塑料制品的优势有两点:一是产品的原料可以减少空气污染,第二是价格更低。但新光技术公司目前规模较小,且需要后续大量投资。甲烷运送到新光技术公司的工厂后,与空气、公司自主研发的生物催化剂一起被泵压送到反应堆当中。

  加州大学圣塔芭芭拉分校教授大卫·瓦伦廷指出,新光技术公司所用甲烷取自奶牛农场和废物填埋场等地,而非商业化市场,这可能会阻碍到规模的扩大。公司本身不会给减少温室气体排放带来大的影响,但少量的减排也是有帮助的。

  甲烷是天然气的最大组成成分,也是导致全球变暖的主要温室气体之一。在美国,农业是甲烷排放的主要来源。根据美国环保局统计,全美超过三分之一的甲烷气体来自于粪堆或牲畜的消化系统,如牛、水牛、绵羊和山羊等。而当前美国多数塑料制品是由从天然气中提取的乙烷制成的,而世界其他地方则主要使用石油来制造塑料。

  甲烷塑料技术专家、匹兹堡大学教授戈茨·沃瑟表示,几十年来,如何将甲烷转化为高级烃一直是业界一大难题。 (工程塑料应用,2015年第8期)

 

日本开发出利用太阳能的光催化剂由水制氢气的技术

日本新能源产业综合开发机构宣布,开发出利用太阳能的光催化剂由水制氢气技术。能量转换效率(制备的氢气所含的能量在入射的太阳能中所占的比例)在全球达到最高,为2%。该研究在探索吸收含太阳光的可见光领域的长波长光制备氢气用的光催化剂和制备氧气用的光催化剂的材料的同时,还对二者的制备进行了优化组合。该人工光合成项目的目标是开发出不依赖化石燃料制备化学品的技术。该项目由三个开发主题构成,除了利用太阳能将水分解成氢气和氧气的光催化剂材料的开发外,还包括开发能将生产的氢气与氧气分离开的分离膜和模块,以及将分离出来的氢气与工厂等排放出的二氧化碳混合在一起,合成出碳原子数为2-4的烯烃等基础化学品的催化剂。(石油化工,2015年第8期)

 

Total Cray Valley公司开发离子添加剂改善聚烯烃性能

全球功能添加剂生产商Total Cray Valley公司推出一新型添加剂,可改善聚烯烃抗拉强度、热挠曲温度(HDT)和弯曲模量等性能。该Dymalink 9100和9200系列添加剂已经被测试并证明能够使聚烯烃抗拉强度提高10%,HDT提高15%和弯曲模量提高30%,且重量没有显著增加。该新型离子添加剂被设计用于配制汽车和工业应用等领域中的塑料。

Dymalink 9100被开发作为添加剂来提高聚乙烯(PE)的屈服强度、抗冲强度、弹性模量和HDT等力学性能,没有显著增加PE密度。在添加2%(w)的Dymalink 9100后,与控制材料相比,模量增加了30%,HDT提高了20%,伸长率降低了约20%,屈服强度和抗冲强度均有所提高。即使填充量只有1%(w)时,这种新的添加剂也能起到积极的效果,特别是产品的模量和HDT均有所提高。仅添加1%-2%的Dymalink 9100就可使高密度PE的刚度和HDT提高20%-30%。(石油化工,2015年第8期)

 

 

动态题录:

阿克苏诺贝尔解析可持续发展:未来白色生物技术大有可为(上海化工,2015年第7期)

全球农药市值将在未来五年内达到810 亿美元(浙江化工,2015年第8期)

华东理工大学应用于烷基化装置的模块化高效聚结分离技术取得应用成功(化工进展,2015年第8期)

西班牙Lulea理工大学等共同开发出具有高过滤能力的纳米纤维素吸附板(化工环保,2015年第8期)

日本三菱重工机电系统公司开发出先进的污水处理技术(化工环保,2015年第8期)

科莱恩为农膜生产商提供聚合物添加剂解决方案(工程塑料应用,2015年第8期)

日本推出生物基塑料智能手机屏幕(工程塑料应用,2015年第8期)

欧洲研发多种自愈合高分子材料(工程塑料应用,2015年第8期)

乐高拟用非石油塑料代替ABS(工程塑料应用,2015年第8期)

日本东曹公司开发出超高相对分子质量茂金属聚乙烯(石油化工,2015年第8期)

一种具有表面活性功能的聚合物及其制备方法和应用(石油化工,2015年第8期)

美国Invista公司开发出新型透明聚酰胺树脂(石油化工,2015年第8期)

复旦大学研制出纤维状聚合物发光电化学池(石油化工,2015年第8期)

 

 

 

专利文摘:

一种纳米催化湿式氧化催化剂的制备方法

    该专利采用共沉淀方法将含有铜、镁、锌二价阳离子中至少一种和多价铝、铁、钴金属离子中至少一种的混合溶液与氢氧化钠和碳酸钠溶液用并流方法共沉淀形成纳米类水滑石材料,然后通过打浆混入黏合剂和扩孔剂制成圆柱形或三叶草形或球形,再在300-500℃条件下煅烧2-5 h成型。该催化剂的比表面积为100-300 m2/g,孔体积为0.6-1.6 mL/g,在100-200℃、常压下对高浓度丙烯酸废水的COD去除率在60%以上。(化工环保,2015年第8期)

 

一种污水深度处理的多孔PbO2电极的制备方法

    该专利将包含0.45-0.90 mol/L铅盐、4.0-24.0 mmol/L氟化钠、1.3-23.0 mmol/L铈盐的电镀液用酸调节pH到1.2-1.8,以Ti/SnO2-Sb电极作为基体电极,以Ti为阴极,在电极间距为15-30mm、电流密度为100-200A/m2的条件下进行电沉积,制备得到多孔PbO2电极。这些孔结构可以有效阻止PbO2层的连续分布,释放PbO2层的内应力,提高电极的稳定性。(化工环保,2015年第8期)

 

一种可固化组合物及固化膜的制造方法

    该专利提供了一种具有亲油性的可固化组合物,使有机溶剂型涂料液成为可能,该可固化组合物具有防水性,足够的绝缘性能,并具有较低的介电常数。该专利还提供了一种使用该固化组合物而获得的半导体装置的固化膜。该可固化组合物包含:具有可交联官能团的含氟聚亚芳基预聚物(A); 化合物(B)含有至少两个交联官能团,不含氟原子,数均相对分子质量140-3000;化合物(C)含 有碳原子和醚性氧原子及具有交联性官能团的C6-24烷基,不含氟原子,数均相对分子质量300-50000甚至更高;和自由基聚合引发剂(D)。(石油化工,2015年第8期)

 

一种用于形成记录层、记录介质和图像记录材料的树脂组合物

    一种用于形成记录层的树脂组合物,包括树脂和满足下述条件树脂组合物:1)试样1-10处于温度20-120℃之间;2)其特征在于试样1表示的温度下,使用流动试验仪测得的所制备树脂的固体试样的黏度为1 MPa压力下4 Pa·s;试样10表示的温度下,使用流动试验仪测得的制备的树脂的固体试样的黏度为10 MPa压力下4 Pa·s。(石油化工,2015年第8期)

 

一种湿法回收金属中形成的乳液的处理方法

    该专利涉及一种湿法回收金属中形成的含固体乳液的离心处理方法,该方法至少利用一个滗水器进行再处理,处理后的乳液形成第一较轻液相、第二液相和一个固体相。第一液相密度的实际值被确定后,第一液相密度的实际值和期望值相比,第一液相出口压力设置取决于实际值/期望值的比值。(石油化工,2015年第8期)

 

 

专利题录:

一种难降解有机废水的低成本Fenton氧化处理方法(化工环保,2015年第8期)

一种紫外光催化降解有机污染物的催化剂及其制备方法(化工环保,2015年第8期)

一种从低含量电镀银废水中回收银的方法(化工环保,2015年第8期)

将乙烷转化为液体燃料的化学品(石油化工,2015年第8期)

制备低硫含量轻质汽油的方法(石油化工,2015年第8期)

 

 

 

论文摘要:

一锅法绿色合成氨基酸纳米银及其导电性能

利用L-精氨酸作为还原剂兼保护剂,以硝酸银作前驱体,采用原位化学还原法绿色合成氨基酸纳米银。运用紫外-可见分光光度计(UV-vis)、JEM-2100F透射电子显微镜(TEM)和X射线衍射技术对不同反应条件制备的纳米银进行表征,考察反应温度、反应时间、精氨酸和硝酸银的摩尔比以及加料顺序等制备条件对纳米银形貌及分散稳定性能的影响,并通过调控反应条件得到粒径(10±2)nm均匀稳定的纳米银。将纳米银分散液涂膜在不同温度和时间条件下烧结,结果证明银膜具有较好的导电性能(16μΩ·cm)和较高的附着力(5A),这预示着其在印刷电子方面的良好应用性能。(精细化工,2015年第9期)

 

离子液体[BzMim][BF4]催化甲苯与盐酸和聚甲醛的氯甲基化反应

以1-甲基咪唑和氯化苄为原料合成中间体氯化1-苄基-3-甲基咪唑([BzMim]Cl),而后与氟硼酸钠交换阴离子合成了一种新的离子液体[BzMim][BF4],并考察了该离子液体催化甲苯与盐酸和聚甲醛的氯甲基化反应的催化活性和选择性。实验结果表明,[BzMim][BF4]能够催化以浓盐酸为原料的氯甲基化反应,目标产物甲基苄基氯的产率与文献报道以离子液体C12mimBr催化干燥氯化氢为原料的相仿;对同为浓盐酸原料的氯甲基化反应,其单氯甲基化选择性远高于文献报道的以离子液体[emim]BF4为催化剂的35%;当[BzMim][BF4]与甲苯的摩尔比为0.3,多聚甲醛(PF)与甲苯的摩尔比为1.3,浓盐酸与甲苯的摩尔比为7.5,80℃下反应8 h时,目标产物甲基苄基氯的产率达到88.5%,单氯甲基化选择性高于99%。(精细化工,2015年第9期)

 

锂离子电池石墨负极微结构数值重建及特征化分析

实际锂离子电池石墨负极由鳞片状石墨层叠而成, 具有明显的各向异性。本文基于椭球颗粒的模拟退火法对其进行三维微结构数值重建。重建微结构乃三相(孔或电解液、石墨和固体添加物)复合结构, 很好地再现了实际电极各向异性特征。对重构电极进行特征化分析, 得到了电极内固/孔相的连通率、比表面积以及孔径分布等信息;发现石墨颗粒尺寸对电极特性有重要的影响: 椭球形石墨颗粒尺寸越大, 则重建微结构的平均孔径越大, 比表面积越小; 相对于赤道半径, 椭球颗粒的极半径对重建电极特性的影响更为明显。(无机材料学报,2015年第9期)

 

超顺磁金纳米壳复合颗粒的粒径调控及其诊疗应用

利用原位还原-种子生长法制备了超顺磁金纳米壳复合颗粒(SGNs), 研究了其粒径调控的方法并对其体外/体内磁共振成像(MRI)和光热治疗(PT)性能进行了测试。结果表明, 通过改变Fe3O4的加入量可方便地调控SGNs的粒径, 并成功制备了粒径分别为100、150和200 nm的SGNs复合颗粒。这些不同粒径的纳米复合颗粒均具有规则的球形形貌、较窄的粒径分布和单分散性。经巯基-聚乙二醇(SH-PEG)修饰后, 不同粒径的复合颗粒(SGNs-PEG)均表现出较强的MRI成像和光热转换能力。其中, 粒径为150 nm的复合颗粒对808 nm激光具有最强的吸收能力和光热转换效率, 体外和体内可升高温度分别达37℃和25℃, 同时具有较优异的MRI成像造影能力。因此, 在MDA-MB-435荷瘤小鼠肿瘤部位注射该复合颗粒后, 可先对肿瘤部位进行很好的成像诊断, 再利用激光照射通过光热转换有效地杀灭肿瘤细胞, 这为实现肿瘤诊疗的一体化提供了可能。(无机材料学报,2015年第9期)

 

             脉冲放电等离子体协同Mn/TiO2-分子筛、Fe/TiO2-分子筛、Cu/TiO2-分子筛催化剂降解甲醛

为进一步提高脉冲放电等离子降解甲醛的效率,增加CO选择性,降低O3 产生量,研究采用放电等离子体和催化剂协同技术。实验以分子筛为载体,分别制备了Mn/TiO2-分子筛、Fe/TiO2-分子筛和Cu/TiO2-分子筛3种催化剂,并利用XRD、SEM、EDS、FT-IR 方法对催化剂进行表征分析。进行了脉冲放电等离子体协同3 种催化剂降解甲醛的研究,比较了不同催化剂协同等离子体对甲醛去除率、CO2 选择性、O3 产生量的影响。结果表明,3 种催化剂与脉冲放电等离子体都存在协同作用,并能有效地提高甲醛去除率,增加CO2 选择性,降低O产生量。当脉冲电压为20kV、放电频率为40Hz、气体流量为0.5L/min 时,Mn/TiO2-分子筛催化剂协同效果最佳,甲醛去除率为94.4%,CO2 选择性为42.2%。催化剂表征结果显示Mn/TiO2-分子筛的活性组分颗粒分布均匀,锐钛矿相的TiO和微晶状态的MnOx 的存在有效促进了甲醛的氧化分解。研究还对放电等离子体协同Mn/TiO2-分子筛催化剂降解甲醛的机理进行了探讨。(化工进展,2015年第9期)

 

分子模拟多溴联苯醚在石英砂纳米孔中的吸附行为

多溴联苯醚(PBDE)是一种广泛使用的阻燃剂,也是普遍关注的持久性有机污染物之一。利用分子模拟手段建立5 种低溴代PBDE 分子(BDE-28、BDE-47、BDE-77、BDE-99、BDE-153)在石英砂纳米孔(2.0nm、2.5nm、3.0nm、3.5nm)中的吸附模型,利用孔径变化模拟土壤的物理老化过程,并研究土壤有机质(SOM)对PBDE 吸附能与均方位移(MSD)的影响。结果表明,孔径的缩小降低了体系的总势能和非键能,使其体系更加稳定;然而PBDE 与石英砂之间的吸附能随孔径的缩小而增大,且该吸附能以范德华力为主,占体系吸附能的84.0%。SOM的加入则导致体系的总势能和非键能以及PBDE 与石英砂之间的吸附能均降低,虽然与石英砂孔内表面的吸附能降低有利于PBDE 分子的迁移,但由于SOM 与PBDE 之间的吸附作用占主导,抑制了PBDE 在纳米孔中的扩散,因此PBDE 的MSD 值反而降低。(化工进展,2015年第9期)

 

固体酸表面B酸和L酸与果糖转化制乳酸甲酯产物分布

制备了γ-Al2O3、HZSM-5、SnOPO4、SnZrOPO4(1:1)、SO42-/ZrO2  5种不同的固体酸催化剂,采用NH3程序升温脱附、吡啶原位吸附红外对催化剂进行了表征。考察了固体酸催化果糖在甲醇中转化的催化性能,结果表明,果糖的转化率均高于98%,产物分布与固体酸表面L酸、B酸酸量具有显著的相关性,乳酸甲酯的收率随着L酸量的减少而降低,L酸催化剂γ-Al2O3催化,主产物只有乳酸甲酯,收率为24.4%。而L酸位和B酸位共存的固体酸,产物中有乳酸甲酯、乙酰丙酸甲酯,并且乙酰丙酸甲酯的收率随着B酸量的增多而升高。最后考察了典型L酸γ-Al2O3及B酸L酸共存的固体酸HZSM-5不同反应时间的产物分布,结合气相-质谱联用对产物定性分析,得出了果糖转化过程L酸位催化和B酸位催化的反应路径。(化工学报,2015年第9期)

 

双氧水法制水合肼中间体提纯的数值模拟

在双氧水法制水合肼的过程中,通过研究产物的分离工艺流程,采用隔壁塔完成杂质的采出。用Aspen Plus软件对组分的分离与提纯进行计算机模拟,同时考察进料位置、进料温度、回流比和塔压等因素对结果的影响,得到最佳工艺操作参数,为实际生产提供理论依据。从隔壁塔塔顶采出的杂质和丁酮的摩尔比为0.023<0.03,符合回收的标准。同时,优化后冷凝器的能耗节省了14.1%,再沸器的能耗节省了10.8%。隔壁塔的主塔理论板数为42块,副塔理论板数为14块,进料位置为副塔第13块板,回流比为7,操作压力为0.101 MPa。塔底分离出的丁酮连氮百分数为98.2%。(化工学报,2015年第9期)

 

碱性白土PVC热稳定剂的表面改性及其表征

    以硬脂酸表面改性的碱性白土作为PVC热稳定剂,研究了在干法改性中改性剂硬脂酸用量、改性温度、改性时间对活化指数的影响。同时,利用XRD、FT-IR、DOC对其结构进行表征及分析。结果表明:活化指数提高,刚果红热稳定时间延长;最佳改性工艺条件为改性剂质量分数为2.5%,改性时间为2h,改性温度为70℃,其活化指数达到了100%。硬脂酸对碱性白土的表面改性属于化学改性,生成了硬脂酸钙,蒙脱石层状结构未受影响,且能在高温下保持结构稳定。通过刚果红实验与铅盐、钙锌稳定剂进行对比,改性后碱性白土是高效的吸附型热稳定剂,安全无毒。(现代化工,2015年第8期)

 

新型除铅材料的制备及其除铅性能

以聚氨酯泡塑为骨架,以双硫腙为接枝螯合基团,经Mannich反应,合成一种具有螯合重金属离子性能的新型材料,即双硫腙接枝聚氨酯泡塑吸附材料。依据含铅废水的水体特征以及合成的双硫腙接枝聚氨酯泡塑材料的性质,对含铅模拟废水进行吸附处理实验,探索了该泡塑材料在处理含铅废水时的最佳工艺条件,并且对其热力学及动力学机理进行了探讨。结果表明,双硫腙接枝聚氨酯泡塑材料对含铅废水有不错的吸附效果。该泡塑材料吸附铅的最佳条件:在温度20℃、pH=6时,0.3 g双硫腙接枝螯合泡塑处理5 mg/L的含铅废水50 m L,反应时间4 h后铅去除率能达到99.99%。此外,对螯合泡塑的合成机理以及吸附机理进行了理论上的分析和解释,指出了按照Mannich反应机理制备出螯合泡塑,基于在聚氨酯泡塑上引入具有螯合作用的基团双硫腙,使得该螯合泡塑具有捕捉Pb2+螯合作用。(应用化工,2015年第8期

 

 

论文题录:

环糊精聚合物键合手性固定相的合成及手性拆分应用(精细化工,2015年第9期)

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苯乙烯基三苯胺(吲哚啉)衍生物的合成及性能研究(精细化工,2015年第9期)

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碳纳米管载体改性条件对Pt纳米粒子电催化氧化性能的影响(无机材料学报,2015年第9期)

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光催化协同TiO2动态膜去除水中腐植酸及膜污染特性(化工进展,2015年第9期)

陶瓷膜短流程工艺处理重金属废水(化工进展,2015年第9期)

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可逆气态膜-多效膜蒸馏-精馏过程脱除水相氨氮副产氨水(化工学报,2015年第9期)

密闭空间低浓度CO2固态胺吸附剂长寿命评价(化工学报,2015年第9期)

液滴界面可控导入沉淀剂制备单分散均匀微球(化工学报,2015年第9期)

一种3-甲基黄嘌呤纯化工艺研究(现代化工,2015年第8期)

方形固定床反应器中料厚对热解特性的影响(现代化工,2015年第8期)

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炭负载Pd/Sm双金属催化剂对Heck反应催化性能研究(应用化工,2015年第8期

非溶剂/溶剂界面诱导相分离法制备多孔磺化聚苯乙烯微球(应用化工,2015年第8期

膜化学反应器去除煤化工气化废水氨氮研究(应用化工,2015年第8期

 

 

 

综述:

流动液膜的数值模拟研究综述

(高等学校博士学科点专项科研基金及国家自然科学基金)

在许多化工设备中,如板式蒸发冷凝器、规整填料片、膜式气液反应器等,都存在液膜流动,这种膜式流动包括不相溶的气-液两相流和液-液两相流。掌握液膜的流动特性和传热传质特性,对于分析这些设备中的工艺流程以及提高化工设备的运行性能意义重大。

20 世纪中期,Kapitza 父子进行了液体薄膜沿倾斜壁面下落的开创性实验。至此以后的半个多世纪,对薄膜流动的动力学性能的研究引起了许多科研工作者的关注。此外,早期对于液膜流动的研究主要集中在平整基底上,随着研究的进展和工程生产中的需要,对液膜流动的研究就不仅仅局限于平整壁面。近年来,对非平整壁面或管内、外液膜的流动特性及传热传质特性的研究成为热点。

对液膜流动的研究主要包括理论分析、实验研究和数值模拟等方法,本文主要对基于数值模拟技术研究液膜流动特性的现状进行综述分析。

 

1  液膜自由界面追踪方法

对液膜流动进行数值模拟时,由于液膜自由液面随时间变化很难准确追踪捕捉到,从而使得数值模拟存在很大困难。有关学者经过研究提出了几种自由边界的处理方法,包括液膜厚度方程法(height function)、线段法(line segments)、标记粒子法(markerparticles)和VOF 方法(volume of fluid)。

液膜厚度方程法是一种只能用来确定一维自由边界面的方法,而线段法打破了这种方法的局限性,但仍然很难扩展到三维面上。标记粒子法虽然可以扩展到三维问题,但需要很大的存储空间。在这4种方法中最理想、应用最广的是VOF 方法,其不仅可以研究三维问题,而且只用一个体积分数函数就可以来描述流体区域中各相的复杂变化,能比较准确地跟踪捕捉到自由界面,已经引起了越来越多计算流体研究人员的重视。

 

2  液膜流动特性

影响液膜流动特性的因素很多,本文主要从不同壁面结构、不同壁面倾角、液体物性、液相流量与气相流速4个方面进行分析总结。

2.1  不同壁面结构的影响

谷芳等建立了二维和三维气-液两相流的CFD 模型,分析研究了不同板面结构下液膜的流动特性。李超建立了二维气-液两相流模型,采用了谷芳等提出的表面张力动量源项和气液剪切应力动量源项,研究了板面结构等重要参数的影响。吴治将等、孙荷静分别建立了波纹板蒸发式冷凝器的二维和三维计算模型,研究了板面结构对液膜流动的影响,并分析了它们对波纹板蒸发式冷凝器的传热影响机理。刘鑫分别对倾斜波形壁面和矩形结构壁面上的液膜流动进行了数值模拟,探究了不同壁面结构对液膜流动特性的影响,并且通过改变不同结构壁面上流体流量以及流体物性来分析液膜成膜质量的影响因素。

由以上研究,通过对比平板和波纹板上的流动可知,液膜在长度相同的波纹板和平板上流动时,平板的液膜流动时间比波纹板上的短,这是由于波纹结构使液膜的流动路程增大,从而使液膜在板面上的停留时间变长,这样为传热传质提供了更有利的条件。

通过对不同板面结构对液膜流动的影响研究发现,波纹特征尺寸越大,液体越容易在波纹谷底形成漩涡,从而造成液体滞留,不利于板面上流体的更新。并且液膜在波纹尺寸较小的板面上容易发生断裂,使板面上形成“干斑”,而在波纹尺寸较大的板面上容易形成连续液膜。另外,研究者还测定了不同壁面结构下剪切应力的分布,并分析得出近壁区漩涡的位置和大小可通过测定壁面剪切应力来预测。

2.2  不同壁面倾角的影响

液膜厚度、壁面剪切应力等都会随着板面倾角变化而有一定的变化。研究结果表明,随波纹板倾角增加,液膜厚度逐渐增加,而壁面剪切应力呈逐渐减小趋势,但板面倾角的变化不会改变液膜的基本流动结构,即液膜自由液面与板面的相位差。同时研究发现,随着倾角的逐渐增大,波纹板进出口压降先增大后减小再增大。

2.3  液体物性的影响

液体物性对液膜的流动状态稳定性以及传热传质特性有很大影响。谷芳等对乙醇、丙酮、甘油1、甘油2 和水5 种液体的黏度、表面张力和接触角等物性进行了数值模拟。孙凤丹利用Fluent软件对二维波纹板上的液膜进行研究,探究了液相物性等对液膜流动的影响。刘梅等同样对液体物性对液膜流动特性的影响进行了数值模拟研究。以上研究发现,在相同液体进口速度下,黏度大的液体其流动形成的液膜厚度也大,但不同流体的流动结构不会发生变化。另外发现,对于非常薄的液膜流动,表面张力起到至关重要的作用,当不考虑表面张力时,流体在波纹壁面上能形成连续液膜,且液膜自由表面形状、壁面剪切应力紧随波纹壁面变化;当考虑表面张力时,液膜自由表面波形与固体表面波形出现了很大的相位差;此外,由于水具有很大的表面张力,在固体壁面上不能形成连续液膜。壁面剪切应力增大出现较大波动,此时壁面剪切应力符号改变,则预示着此时漩涡产生,从而对传热传质产生一定的影响。因此,在模拟计算壁面上的液膜流动时,表面张力的影响不能忽略。

2.4  液相流量与气相流速的影响

液相速度和气相速度也是影响液膜流动的重要因素。Ho 等采用VOF 模型对降膜反应器中的两相流动进行CFD 模拟;李相鹏等基于精馏过程,对规整填料表面液膜的流动特性进行了模拟分析;吴治将、孙荷静等分别建立了波纹板蒸发式冷凝器的二维和三维计算模型;Xu 等基于Fluent软件建立模型,研究了气液相速度对液膜厚度分布、液相平均流速等的影响;孙凤丹同样探究了液体流速对液膜流动的影响。

综合以上研究结果表明,液相流量增大时,液膜厚度增大,液相流速也随之增大,但并不是液相流速越大越容易形成连续液膜,连续液膜的形成与液相物性有很大关系。此外,由于气体的流动,使液膜自由表面发生波动,从而不能形成稳定的膜状流动。气液两相的流向也影响液膜流动:气液并流时,气相速度的增大会减薄液膜厚度;气液逆流时,随着气相速度的增大,液膜被吹散成液滴,湍动程度加剧,液体入口处液膜厚度增加,出口处液膜厚度减小,且流动明显变得缓慢,对传热传质产生更大的影响。

 

3  表面波特性

由于液膜表面波高度影响着液膜内的传热传质,因此对其的关注具有深刻意义。

3.1  入口扰动的影响

液膜表面波受入口扰动频率及壁面结构的共同影响。当入口扰动频率很小时,低频率扰动发展形成孤立波;此外,表面波的振幅和波长会随着入口扰动频率的增大而减小。当入口扰动频率较高时,表面波会受到很强的干扰,甚至发生合并现象。当表面波的波长和基底结构波长一致时,就会发生共振现象。共振是沿波纹壁面下落的液膜流动的独特的物理现象。

马学虎、薄守石等在考虑表面张力的作用下,基于VOF 方法研究了在液膜入口处添加扰动时的液膜表面稳态波形,分析了扰动频率等对液膜表面波动演化发展的影响及波内速度场和壁面剪切应力等的变化规律。朴明日、胡国辉同样在入口处引入周期扰动,采用 Open FOAM 软件对沿矩形波纹底板的二维液膜流动进行数值模拟,研究了壁面结构对液膜流动结构的影响,并对流场中的共振现象进行了分析。Kunugi 等为研究液膜表面波特性与传热特性间的关系,分别在有速度扰动和无速度扰动的情况下对垂直壁面上的下降液膜流动进行了二维数值模拟,得到了在不同入口扰动频率下的液膜厚度、流线和传热系数的分布。Miyara在入口处加入小振幅周期速度扰动,分析了波频对垂直板面及微倾斜板面的波形、流线和传热特性的影响并进行数值模拟研究。Valluri 等用CFX 软件在Re≈30 下对双正弦曲线波纹壁面下的液膜的动态发展过程进行研究,考察板面微结构及扰动频率对液膜厚度及速度场的影响,验证了他们提出的积分平衡法的正确性。Min 等对整个流场的波的传播、运动和加强进行了数值研究,用VOF 和PLIC(分段线性截面计算方法)得到了雷诺数在200~1000范围内的层流波状流动,包括平均液膜厚度、波的振幅、频率和流速的分布。

研究发现,在入口边界处的小振幅扰动会发展成包含一个大振幅“滚波”和小振幅毛细波的孤立波。沿着流动方向在滚波内产生涡流,涡流的波幅会发展成与滚波波幅大小相近,此外,涡流对于强化传热传质有重要作用。另一方面,在毛细波内没有涡流产生。高频的扰动相互作用,滚波的振幅减小,毛细波伴随着滚波消失,同时在已经发展成的波内会有涡流产生,在一个特定频率下,它会由于波的相互作用重复产生和消失。

3.2  雷诺数(Re)的影响

目前,有关液膜流动的研究中涉及了有关准数的影响作用,如Re、Ca、We 等。其中Re 对于波动液膜的发展有重要影响。本文对Re 数的影响作用进行了总结研究。

研究表明,Re 数增大时,平均液膜厚度变大,波幅变小,孤立波逐渐消失,小振幅的波逐渐充满整个流场;另外,Re 数增大,沿着下游方向波幅增大,上游的波合并在一起并扩大,没有发生衰减,最后在下游处产生了高振幅的孤立波。

许松林等数值模拟了有无气相并流时,随液相Re 数的增大,垂直下落液膜的流动特性及实时监测了壁面剪切力分布特点。刘玉峰等对于高Re数竖壁降膜流场进行了数值模拟,分析了降水膜速度分布、温度分布、波速及平均水膜厚度等特性参数的变化规律。模拟结果发现,随着流动向下游发展,平均水膜厚度先是迅速减小,然后减小速度趋缓,最后趋于恒定值;当初始水膜厚度一定时,随着初始Re 的增大,平均水膜厚度逐渐增大,水膜波动的振幅逐渐减小, 但水膜稳定性变差。Szulczewska 等建立了二维两相逆流的板状规整填料的CFD 模型,研究液相或气相流速和流动流体的物理化学性质对表面波区域的影响。另外,该模型可以用来确定在填料表面观察到断裂液膜时的最小液相流速。于意奇等对倾斜壁面上的降膜流动进行了数值模拟,得到了不同Re 下二维和三维的模拟结果。结果显示,三维模拟能更好地表现界面波动。孙文倩对水平管外降膜流动进行了数值模拟,得到管间流型随Re 的变化而发生变化,且液膜厚度及液膜流速随Re 的增大而增大。

3.3  壁面倾角的影响

当壁面倾斜角发生变化时,表面波也会发生变化,随着倾斜角降低,波动发展缓慢,波峰处的循环流动及波谷处的涡流均逐渐消失。马学虎、Miyara等对此进行了研究分析。

 

4  传热传质特性

对于气液界面传热传质的研究,最早主要集中于理论和实验方面。近年来,采用数值模拟方法研究液膜的传热传质特性成为热点。

郭常青等将板式蒸发式冷凝器气-液两相流问题简化为无限大平板上的气液两相流动,重点考察了壁面热流密度、水的进口温度和空气流速对竖直板面温度分布、气-液两相界面处潜热和显热传热热量密度的相对关系的影响。张景卫、朱冬生等将数值模拟与实验研究相结合,对板式蒸发式冷凝器的传热特性进行了研究,最后得出空气与水并流时的传热效果比逆流和错流时要好。当空气与水并流时,水膜厚度变薄,传热热阻减小,从而更好地强化传热。孙荷静等建立了竖直波纹管和竖直圆管两种物理模型,并对两种模型内的降膜流动进行了数值模拟研究,分析得出,在一定范围内,喷淋密度越大,传热性能越好,且波纹管比圆管传热性能好。周文生等采用P-S(Patankar-Spalding)方法对蒸发器内部的液膜流动进行数值模拟,并拟合出了换热系数计算关系式,且误差与之前研究结果相比相差不大。

界面波的强化传热机理可以通过显示在不同Pr 下的温度场分布来说明。Miyara在流动入口处添加小振幅正弦扰动,数值模拟了竖直平板上带有界面波的下降液膜的流动特性和传热特性。研究结果表明:界面波通过两种效应来强化传热,即削薄液膜和对流效应。对于较低的Pr 数,可以忽略对流效应;对于较高的Pr 数,这两种效应都起作用。另外,时均传热系数沿流动方向逐渐增大。在完全发展区域,较高Pr 数下的传热系数要更高一点。然而,在发展区域,最大的Pr 数有最低的传热系数。

全局传热系数主要由液膜的导热决定,而不是可能出现在波内的回流,回流对传热速率的影响很小。对此Jayanti 等给出了验证,他们使用CFD 技术研究了波形界面上液膜的传热特性,得到了假想界面形状上周期层流的温度场,研究了正弦波和孤立波对传热的影响;同时得出界面波的存在也强化了传热系数,主要是有效地减薄了液膜厚度。

由于大部分流体是通过大波传递,基底液膜会更薄,有效传热系数会更大。薄液膜内波对传热的影响是间接的,主要是由于使液膜有效地变薄,而不是强化液膜内的对流。

刘晨等分别从流涕黏度、表面张力、流动阻力3 个方面对流体流动过程中的传质问题进行研究,其中流体黏度、表面张力会影响液膜厚度。液膜厚度越大,越不利于传质;流动阻力也会阻碍传质;另外,表面张力会影响液膜流动的波动性,从而影响传质。

谷芳等对竖直平板气液两相逆流的降膜传质过程进行了数值模拟和实验研究,分析了在不同液相进口浓度和不同气相进口速度条件下对液相出口浓度的影响。此外,刘国兵等同样对竖直平板上水和空气的逆流模型进行了传质模拟,但与谷芳不同的是其考虑了气-液两相间能量源项的条件,分析了温度对传质的影响。蒋翔等将立式蒸发式冷凝器中的两相流动简化为竖直圆管中气液顺流的降膜传质流动。和气液逆流模型相同,同样对气相的流速、液相的流量对传质的影响进行模拟分析,另外也对进口空气的相对湿度对传质的影响进行了分析,模拟结果与实验值能很好吻合。

Xu 等对垂直下降液膜进行了数值模拟,研究了波的动力学特性及相关的传质现象,并与先前实验得到的经验关系进行了比较。刘玉峰等同样模拟了竖壁降膜流场中流动液膜的波动特性对传质的影响。

模拟结果显示,在液膜流动过程中,液膜表面稳定的波动有利于气液间的传质,且增强液膜表面的波动程度可增强传质过程。增加气液入口的温差和降低进口空气的相对湿度也可增强气-液相间热质交换的剧烈程度。

 

5  结语

薄膜流动广泛地存在于自然界和许多重要工业领域中,它是一种简单的低速开式流动,但却有着非常复杂丰富的动力学行为,这就使得对薄膜流动的研究有着重大的现实和理论意义。在对液膜流动特性研究时,发现板面结构、液相物性、气液相流速等对流动特性的影响较大。研究表面波即液膜不稳定时,一般在入口处会有一定频率速度扰动,扰动会发展成一个包含大振幅“滚波”和小振幅毛细波的孤立波。由于液膜表面存在波动,会增大气液接触,从而会强化传热传质。

目前,对液膜流动特性的研究已经比较充分,但对于表面波通常都是进行二维数值模拟,而液膜表面波波动具有三维特征,因此模拟结果与实际存在一定差距。另外,影响液膜传热传质特性的因素种类繁多,在某些方面,所得的认识规律尚不统一,因此仍需要进一步研究。此外,数值模拟技术作为液膜研究中的一个重要手段,属于间接模拟研究范畴,故对其模拟结果的分析需要与理论研究有机结合,进行互补分析,同时,应进行必要的实验验证,进而使流动液膜的数值模拟研究更加完善,准确性更高。

                                        (化工进展,2015年第9期)

 

 

联系人: 陈老师

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