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超声波联合酶预处理强化餐厨垃圾厌氧消化
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作者 陈佳新 延一鸣 +3 位作者 刘诗漫 冯怡卓 费强 马英群 《中国环境科学》 北大核心 2025年第1期223-233,共11页
以餐厨垃圾为唯一底物原位制备了菌基复合酶,探究了超声波联合菌基复合酶预处理对餐厨垃圾产甲烷效能的影响,并解析了其作用机制.研究发现,超声波联合菌基复合酶预处理可强化餐厨垃圾产甲烷效能,其甲烷产量高于单一的超声波预处理和酶... 以餐厨垃圾为唯一底物原位制备了菌基复合酶,探究了超声波联合菌基复合酶预处理对餐厨垃圾产甲烷效能的影响,并解析了其作用机制.研究发现,超声波联合菌基复合酶预处理可强化餐厨垃圾产甲烷效能,其甲烷产量高于单一的超声波预处理和酶预处理,且增加酶投加量可进一步提升甲烷产量,最大甲烷产量为(369.86±14.06)mL/g VS,较未预处理提高了57.21%.对联合预处理强化餐厨垃圾产甲烷作用机制的解析发现,联合预处理促进了餐厨垃圾中大分子有机物的分解,并使其由固相向液相转移,提升了发酵底物的生物可降解性.同时,联合预处理改变了餐厨垃圾中蛋白质二级结构,破坏了餐厨垃圾的表面形态,且餐厨垃圾中主要组分的动态降解顺序为:蛋白质→油脂→淀粉.此外,联合预处理因改变了餐厨垃圾的特性进而重塑了厌氧消化过程中微生物的群落结构,乙酸型产甲烷古菌Methanosaeta的富集进一步强化了餐厨垃圾的产甲烷效能. 展开更多
关键词 餐厨垃圾 超声波 菌基复合酶 厌氧消化 甲烷 微生物群落
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化工系统消纳可再生能源的电-氢协调储能系统优化设计 被引量:26
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作者 王靖 康丽霞 刘永忠 《化工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第3期1131-1142,共12页
针对可再生能源发电间歇性和波动性与化工过程系统氢气需求波动性协调匹配的问题,本文以电-氢储能系统总费用最小为目标,建立了可再生能源发电与化工生产中加氢系统耦合的电-氢协调储能系统优化设计模型,以确定电-氢协调储能系统的最优... 针对可再生能源发电间歇性和波动性与化工过程系统氢气需求波动性协调匹配的问题,本文以电-氢储能系统总费用最小为目标,建立了可再生能源发电与化工生产中加氢系统耦合的电-氢协调储能系统优化设计模型,以确定电-氢协调储能系统的最优容量配置和功率调度方案。采用典型案例研究了可再生能源渗透率和电-氢储能系统构成对电-氢储能优化设计和运行特性的影响。研究表明:当化工系统的氢气需求全部由可再生能源发电制氢提供时,在系统中同时采用电池和氢气储罐储能可有效地降低系统的总费用;在该系统中,电池可用于平抑短期内发电侧和负荷侧的波动,氢气储罐可平衡发电侧和负荷侧长期的不匹配;随着可再生能源渗透率的增加,系统的总费用显著增大;为了维持外购氢气流率的稳定,系统中需要增加电解槽和储能系统的容量以解决发电侧和负荷侧的波动和不匹配问题。 展开更多
关键词 化工系统 可再生能源 电池 储氢 集成 优化设计
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锂电池的两阶段老化过程经验模型与分析
3
作者 吕海潮 康丽霞 刘永忠 《高校化学工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期113-120,共8页
锂离子电池的老化过程可分为固体电解质界面膜增长和锂沉积机制主导的2个阶段。为了快速准确预测锂离子电池的循环寿命,并快速识别老化过程两阶段的转折点,建立了基于锂电池电化学过程模型的两阶段老化过程经验模型。针对镍钴锰酸锂电... 锂离子电池的老化过程可分为固体电解质界面膜增长和锂沉积机制主导的2个阶段。为了快速准确预测锂离子电池的循环寿命,并快速识别老化过程两阶段的转折点,建立了基于锂电池电化学过程模型的两阶段老化过程经验模型。针对镍钴锰酸锂电池的老化过程,基于电池两阶段电化学过程模型获得不同参数条件下两阶段的电池老化数据,采用两步非线性拟合方法获得了锂离子电池两阶段老化过程的经验模型,验证了该经验模型的有效性,并与传统的半经验模型进行了对比分析。结果表明:所建立的电池老化过程经验模型可以有效预测不同参数条件下电池的两阶段老化过程。特别是在电池加速老化阶段,所建立的经验模型明显优于传统的半经验模型。 展开更多
关键词 锂离子电池 容量衰退 循环寿命 转折点 两阶段经验模型
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原位制备混合菌基复合酶强化餐厨垃圾定向水解和厌氧消化:效能、机制、微生物群落和全局代谢通路 被引量:2
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作者 陈佳新 崔理慧 +5 位作者 延一鸣 吉星星 费强 马英群 陈佳新(译) 马英群(审查) 《环境卫生工程》 2024年第5期128-128,共1页
1研究亮点*研发了适用于餐厨垃圾定向酶解的混合菌基复合酶,餐厨垃圾厌氧消化效率提升,甲烷产率提高55.9%;*混合菌基复合酶促进了餐厨垃圾溶解,破坏了餐厨垃圾结构,增强了其生物可降解性;*混合菌基复合酶预处理重塑了厌氧消化过程的微... 1研究亮点*研发了适用于餐厨垃圾定向酶解的混合菌基复合酶,餐厨垃圾厌氧消化效率提升,甲烷产率提高55.9%;*混合菌基复合酶促进了餐厨垃圾溶解,破坏了餐厨垃圾结构,增强了其生物可降解性;*混合菌基复合酶预处理重塑了厌氧消化过程的微生物群落,强化了甲烷生产的代谢通路。2背景水解是餐厨垃圾厌氧消化过程的限速步骤,开发绿色高效的餐厨垃圾预处理技术迫在眉睫。酶解技术具有反应条件温和、无副产物/难降解物质产生和无化学污染等优点,特别是其高选择性和专一性,可实现餐厨垃圾中可生物降解组分的定向水解,是一种极具应用前景的餐厨垃圾预处理技术。然而,商业酶通常以单一类型的形式提供,对组分复杂的餐厨垃圾酶解效率偏低,且长期连续使用成本较高,限制其进一步推广应用。 展开更多
关键词 餐厨垃圾 混合菌基复合酶 厌氧消化 酶水解机制 微生物群落 代谢通路
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力-热耦合作用下神府富油煤原位热解提油产物分布特性
5
作者 郭伟 俞尊义 +8 位作者 杨盼曦 王晶 杨甫 李红强 高琨 马丽 敬庆文 杨伯伦 吴志强 《洁净煤技术》 北大核心 2025年第2期143-151,共9页
针对富油煤地下原位热解提油面临高地应力、地质情况复杂以及热解产物分析困难等挑战,设计搭建高温三轴试验装置模拟富油煤地下原位热解工况。试验装置包括高温高压供气模块、原位热解模块、伺服控制模块以及产物分离冷却模块。以陕北... 针对富油煤地下原位热解提油面临高地应力、地质情况复杂以及热解产物分析困难等挑战,设计搭建高温三轴试验装置模拟富油煤地下原位热解工况。试验装置包括高温高压供气模块、原位热解模块、伺服控制模块以及产物分离冷却模块。以陕北神府富油煤为研究对象,基于高温三轴试验装置模拟了不同埋深深度下的高温高压热解试验。高温三轴仪能够提供0~15MPa的轴压(埋深深度0~600m),应力加载响应迅速并且在热解过程中能够保持稳定。试验时高温三轴仪可以加热煤样中心温度至600℃左右,能够实现富油煤在设定的温度下进行热解试验。模拟埋深深度从100m增加到300m,轴压从2.45MPa增加到7.35MPa,热解半焦产率从67.70%升至68.04%,焦油产率呈现先升高后下降趋势,最高为6.50%。埋深增加时焦油中轻油、酚油含量逐渐增加,分别从19%和9.5%增加至25%和12%;沥青在焦油中的比例从25%降低到20%;芳香烃含量从32%升高至38%,脂肪烃含量从28.5%降低到19.3%。煤层渗透率随地应力增加而降低,阻碍热解过程中的传热和传质,导致富油煤热解产物停留时间增加,焦油二次反应,长链脂肪烃化合物发生断裂转化为小分子化合物,甲基、亚甲基同样不断脱出;另一方面应力促进了焦油分子缩合反应的发生,多环芳烃的含量迅速提高。地应力增加提高了轻质芳烃及焦炭的产率,焦油品质向轻质化提升。 展开更多
关键词 富油煤 地下原位热解 高温三轴仪 焦油轻质化
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Machine learning-assisted screening of SA-FLP dual-active-site catalysts for the production of methanol from methane and water
6
作者 Tao Ban Jian-Wei Wang +4 位作者 Xi-Yang Yu Hai-Kuo Tian Xin Gao Zheng-Qing Huang Chun-Ran Chang 《Chinese Journal of Catalysis》 2025年第3期311-321,共11页
One-step direct production of methanol from methane and water(PMMW)under mild conditions is challenging in heterogeneous catalysis owing to the absence of highly effective catalysts.Herein,we designed a series of“Sin... One-step direct production of methanol from methane and water(PMMW)under mild conditions is challenging in heterogeneous catalysis owing to the absence of highly effective catalysts.Herein,we designed a series of“Single-Atom”-“Frustrated Lewis Pair”(SA-FLP)dual active sites for the direct PMMW via density functional theory(DFT)calculations combined with a machine learning(ML)approach.The results indicate that the nine designed SA-FLP catalysts are capable of efficiently activate CH4 and H_(2)O and facilitate the coupling of OH^(*)and CH_(3)^(*)into methanol.The DFT-based microkinetic simulation(MKM)results indicate that CH_(3)OH production on Co1-FLP and Pt1-FLP catalysts can reach the turnover frequencies(TOFs)of 1.01×10^(−3)s^(-1)and 8.80×10^(−4)s^(-1),respectively,which exceed the experimentally reported values by three orders of magnitude.ML results unveil that the gradient boosted regression model with 13 simple features could give satisfactory predictions for the TOFs of CH_(3)OH production with RMSE and R^(2)of 0.009 s^(-1)and 1.00,respectively.The ML-predicted MKM results indicate that four catalysts including V_(1-),Fe_(1-),Ti_(1-),and Mn_(1)-FLP exhibit higher TOFs of CH_(3)OH production than the value that the most relevant experiments reported,indicating that the four catalysts are also promising catalysts for the PMMW.This study not only develops a simple and efficient approach for design and screening SA-FLP catalysts but also provides mechanistic insights into the direct PMMW. 展开更多
关键词 Single-atom catalyst Frustrated Lewis pair Machine learning Dual active sites Methanol synthesis
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适应季节性氨需求的可再生能源合成氨系统优化设计 被引量:9
7
作者 安广禄 刘永忠 康丽霞 《化工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第3期1595-1605,共11页
可再生能源合成氨技术不但有利于解决传统合成氨工业高能耗高排放的问题,还为可再生能源的存储和消纳提供新途径。从氨的季节性需求特性出发,构建了可再生能源合成氨系统的优化设计模型,确定了系统的最优配置及其操作方案,阐明了氨的季... 可再生能源合成氨技术不但有利于解决传统合成氨工业高能耗高排放的问题,还为可再生能源的存储和消纳提供新途径。从氨的季节性需求特性出发,构建了可再生能源合成氨系统的优化设计模型,确定了系统的最优配置及其操作方案,阐明了氨的季节性需求对可再生能源合成氨系统设计和操作的影响特性。研究表明:与将氨作为储能介质的场景相比,在将氨作为氮肥原料,考虑其季节性需求时,所需可再生能源合成氨系统的规模显著增大,使得单位合成氨的成本增加约21%;化工生产单元和储罐的负荷也随着氨的季节性需求变化呈现出不同程度的淡季和旺季;在两种应用场景下,系统中电池储能单元的操作都主要由下游的化工生产单元决定,且储能电池单元的主要作用在于平抑可再生能源波动以保证化工生产单元在可再生能源不足时的持续稳定运行并维持其低负荷运行。 展开更多
关键词 合成氨 可再生能源 优化设计 季节性需求 储能系统
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可再生能源制氢与波动氢气负荷耦合系统的调控策略 被引量:4
8
作者 王靖 蒋迎花 +1 位作者 康丽霞 刘永忠 《高校化学工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第2期336-347,共12页
针对可再生能源制氢与波动性氢气负荷耦合的系统,在满足波动氢气负荷需求的前提下,提出通过可再生能源发电入网调整发电侧和通过氢气公用工程调整氢气负荷侧波形的协同调控模型,目的在于提高可再生能源耦合波动性氢气负荷需求的系统经济... 针对可再生能源制氢与波动性氢气负荷耦合的系统,在满足波动氢气负荷需求的前提下,提出通过可再生能源发电入网调整发电侧和通过氢气公用工程调整氢气负荷侧波形的协同调控模型,目的在于提高可再生能源耦合波动性氢气负荷需求的系统经济性,并研究需求侧氢气负荷的波动幅度和周期变化波动等特性对系统经济性和设计特性的影响,以及不同的调控策略对系统经济性的影响。研究表明:氢气负荷侧波形的幅度和周期变化对系统的经济性和容量配置影响显著;氢气公用工程调节和电力入网调节的调控策略可以有效降低系统的总费用。 展开更多
关键词 氢气网络 可再生能源 氢气负荷 波动 需求侧管理
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粉煤/焦成型过程机理与产品性质关联机制研究进展 被引量:2
9
作者 张榕江 张杰 +2 位作者 张静 杨伯伦 吴志强 《东北电力大学学报》 2021年第6期1-10,共10页
煤炭综采水平的提升以及煤炭分质转化技术的发展使得粉焦产能过剩的问题日渐突出,造成了资源浪费和环境污染.粉煤/焦成型技术在创造经济效益的同时也有利于解决环境问题,其中冷压成型工艺对原料适应性好且成本低具有较大发展潜力.文中... 煤炭综采水平的提升以及煤炭分质转化技术的发展使得粉焦产能过剩的问题日渐突出,造成了资源浪费和环境污染.粉煤/焦成型技术在创造经济效益的同时也有利于解决环境问题,其中冷压成型工艺对原料适应性好且成本低具有较大发展潜力.文中从成型粘结的浸湿粘合、桥接机理和型煤热解炭化的机理出发,概括了影响型焦性能关键因素(原料特性、成型工艺条件以及粘结剂的种类和性质).鉴于粘结剂对型焦性能的影响最为显著,重点阐述了无机粘结剂、有机粘结剂和复合粘结剂用于粉煤/焦成型的优势和挑战.无机粘结剂具有价格低廉、稳定性好、强度高等优势,但会增加型焦的灰分含量;有机粘结剂来源广泛、粘结性好、灰分含量低,但其强度和热稳定性较差.为了弥补单一组分粘结剂存在的不足,使用复合粘结剂制备型焦是未来的发展趋势.总结了化工、电石和冶金行业对型焦性质的不同需求,针对型焦的不同用途,提出了复合粘结剂的使用方案 ,为型焦的生产和应用提供借鉴. 展开更多
关键词 粉煤 半焦粉 型焦 粘结剂
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直接接触式膜蒸馏脱盐过程的建模及多指标优化 被引量:2
10
作者 程冬建 李娜 龚伟 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第4期135-141,共7页
为了在较低能耗下获得较高的产水率,采用响应曲面法和满意度函数法对直接接触式膜蒸馏脱盐过程进行了建模和多指标优化,考察指标为产水率和热效率,考察因素包括操作参数料液入口温度、透过侧入口温度、膜面流速和组件参数装填系数、长... 为了在较低能耗下获得较高的产水率,采用响应曲面法和满意度函数法对直接接触式膜蒸馏脱盐过程进行了建模和多指标优化,考察指标为产水率和热效率,考察因素包括操作参数料液入口温度、透过侧入口温度、膜面流速和组件参数装填系数、长径比等。通过方差分析对预测模型进行了验证。研究分析了各参数对指标的交互作用,发现各参数对考察指标影响显著。利用满意度函数法对膜蒸馏过程进行了多指标优化,获得最优条件为料液入口温度70℃、透过侧入口温度40℃、膜面流速60m/min、装填系数50%和长径比20。在最优条件下进行实验,获得的产水率为1.697kg·h-1,热效率为88.2%。研究结果可为膜蒸馏过程的优化以及放大设计提供参考。 展开更多
关键词 直接接触式膜蒸馏 脱盐 产水率 热效率 多指标优化
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跨临界CO_(2)快速膨胀过程中非平衡冷凝和闪蒸机理的数值研究 被引量:1
11
作者 李亚飞 邓建强 何阳 《化工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第7期2912-2923,共12页
跨临界CO_(2)在高速膨胀时,压力和温度剧烈下降,会发生非平衡相变。其中在天然气超声速分离设备和超临界CO_(2)离心压缩机中CO_(2)会发生非平衡冷凝相变;在引射膨胀制冷系统中,跨临界CO_(2)在引射器主动喷嘴中发生非平衡闪蒸相变。为解... 跨临界CO_(2)在高速膨胀时,压力和温度剧烈下降,会发生非平衡相变。其中在天然气超声速分离设备和超临界CO_(2)离心压缩机中CO_(2)会发生非平衡冷凝相变;在引射膨胀制冷系统中,跨临界CO_(2)在引射器主动喷嘴中发生非平衡闪蒸相变。为解决跨临界CO_(2)在膨胀过程中物性变化剧烈,非平衡相变模拟困难的问题,构建了新型非平衡相变CFD模型,以研究跨临界CO_(2)在超声速缩放喷嘴中的非平衡冷凝和非平衡闪蒸的相变过程和膨胀机理,模型耦合了温度驱动的蒸发-冷凝相变机制和压力驱动的空化-冷凝相变机制,并用文献中的试验结果验证了模型的准确性。研究结果表明,在冷凝相变过程中,由压力驱动的冷凝传质具有主要影响,压力驱动的冷凝传质主要存在于喷嘴喉部与内流区域,温度驱动的冷凝传质主要存在于喷嘴渐扩段壁面。冷凝传质速率随着进口压力的增加和进口温度的降低而增加,从而使冷凝的非平衡程度和喷嘴内的干度降低,喷嘴渐扩段内达到声速的位置也相应延后。在闪蒸相变过程中,由温度驱动的蒸发传质占据主导,蒸发相变主要发生在喷嘴喉部附近,空化相变主要发生在喷嘴渐扩段,两相CO_(2)在喷嘴的渐扩段达到声速。随着喷嘴进口压力的增加和进口温度的降低,闪蒸的非平衡程度增加,使喷嘴内的干度减小。本研究有助于厘清跨临界CO_(2)快速膨胀中的非平衡闪蒸和冷凝相变机理,并为跨临界CO_(2)膨胀设备的分析和优化设计提供参考。 展开更多
关键词 二氧化碳 闪蒸 冷凝 超声速喷嘴 气液两相流 计算流体力学
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葡萄酒废弃物处置新见解:零废物排放驱动的能源/资源回收策略 被引量:1
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作者 陈佳新 王南 +3 位作者 张卓驹 张磊 费强 马英群 《环境卫生工程》 2022年第5期111-111,共1页
1研究亮点*开发了一种从葡萄酒废弃物中全组分回收能源/资源的集成技术,该技术可实现葡萄酒废弃物零排放;*乙醇水溶液可一锅回收葡萄酒废弃物中的葡萄籽油和多酚;提取后的剩余残渣可生产甲烷和有机肥。2背景葡萄酒废弃物的妥善处置对减... 1研究亮点*开发了一种从葡萄酒废弃物中全组分回收能源/资源的集成技术,该技术可实现葡萄酒废弃物零排放;*乙醇水溶液可一锅回收葡萄酒废弃物中的葡萄籽油和多酚;提取后的剩余残渣可生产甲烷和有机肥。2背景葡萄酒废弃物的妥善处置对减少碳排放和促进葡萄酒产业可持续发展具有重要意义。 展开更多
关键词 葡萄籽油 多酚 甲烷 乙醇水溶液 厌氧消化
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直接空气捕集CO_(2)典型工艺与关键装置开发进展
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作者 余斌鹏 谈磊 +6 位作者 王鼎 王利民 向小凤 王志超 晋中华 杨伯伦 吴志强 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第10期4203-4221,共19页
常规的碳捕集与封存技术和碳捕集、利用与封存技术多针对固定源排放CO_(2),直接空气捕集CO_(2)(Direct Air Capture,DAC)技术作为一种新兴的负碳排放技术可对分布源排放的CO_(2)进行捕集,进一步降低全球大气CO_(2)体积分数。介绍了DAC... 常规的碳捕集与封存技术和碳捕集、利用与封存技术多针对固定源排放CO_(2),直接空气捕集CO_(2)(Direct Air Capture,DAC)技术作为一种新兴的负碳排放技术可对分布源排放的CO_(2)进行捕集,进一步降低全球大气CO_(2)体积分数。介绍了DAC典型液体吸收工艺、固体吸附工艺的发展过程及相关示范项目建设情况,分析了新兴DAC工艺的技术特点,探讨了现有DAC工艺关键装置方案和未来发展趋势。DAC液体吸收工艺具有吸收剂原料成本较低、选择性较高的特点,可实现大规模连续化捕集,但再生过程中能耗较高。DAC固体吸附工艺具有模块化、投资成本较低的特点,且再生过程能耗相对较低,但需要定期对吸附材料更换和吸附设备维护,适用于较小规模的DAC应用场景。对2种典型DAC工艺吸收/吸附材料进行了概述。DAC电振荡吸附工艺中CO_(2)在固体电极中发生化学反应被捕集,并通过外加电场改变固体电极极性实现CO_(2)脱附,该工艺具有比基于热量或压力的分离过程更高的效率。空气中CO_(2)选择透过DAC分离膜从而实现了高效碳捕集。DAC变湿吸附工艺通过湿度的改变实现CO_(2)的吸脱附,突破了常规变温/变压吸附的高能耗限制等问题。DAC生物吸收工艺通过藻类生物的光合作用将CO_(2)吸收固定。基于双功能催化剂的DAC工艺可以在一个综合过程中实现CO_(2)的捕集与催化,节省了CO_(2)捕集后的运输与存储成本。DAC液体吸收工艺的关键装置为空气接触器、颗粒反应器、煅烧炉和熟化器,其中空气接触器开发的核心在于提高气液接触效率,减少喷淋过程中的水分损失和减轻设备腐蚀,颗粒反应器和熟化器开发的关键在于提高固液两相物料的接触效率以及反应后的固液分离效率。DAC固体吸附工艺由引风模块、吸附/再生模块、供能再生模块和CO_(2)压缩模块组成的模块化装置组成,其中优化吸附模块的核心在于提高气固传质速率、调谐CO_(2)捕集效率、降低压降;并基于不同应用场景工艺需求选择合适的再生系统或利用清洁能源,优化DAC工艺过程和开发高性能的DAC核心装置至关重要。 展开更多
关键词 直接空气捕碳技术 碳中和 液体吸收 固体吸附 吸附剂再生 吸附装置
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2D MoS_(2)及其异质结构在生物传感领域的应用
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作者 高燕 王斌 +1 位作者 姜召 方涛 《应用化工》 CAS CSCD 北大核心 2024年第5期1129-1133,1137,共6页
简要介绍了多相态二维(2D)MoS_(2)纳米材料的结构、制备和相态调控策略。MoS_(2)具有可调节的电子转移和光学特性,可以通过制备过程参数的调制对产物相态调控。不同相态的MoS_(2)性质差异巨大,因而在传感器上的应用不同。详细介绍了基... 简要介绍了多相态二维(2D)MoS_(2)纳米材料的结构、制备和相态调控策略。MoS_(2)具有可调节的电子转移和光学特性,可以通过制备过程参数的调制对产物相态调控。不同相态的MoS_(2)性质差异巨大,因而在传感器上的应用不同。详细介绍了基于不同相态MoS_(2)及其异质结构的2D纳米材料在生物传感领域的代表性应用。重点剖析了不同相态MoS_(2)在不同类型传感器中所起的作用。生物传感技术的发展对于疾病的诊断和临床治疗,以及环境和食品安全监测等领域都至关重要。希望可以为高性能MoS_(2)基生物传感器的研发和构建提供参考。 展开更多
关键词 2D材料 MoS_(2) 相态调控 异质结构 生物传感器
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陕北富油煤分子模型构建及其热解提油分子动力学特性
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作者 郭伟 杨盼曦 +6 位作者 俞尊义 杨甫 王晶 马丽 李红强 杨伯伦 吴志强 《煤田地质与勘探》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第7期132-143,共12页
【目的】富油煤结构复杂,热解反应过程与机理不明晰,需要进一步研究富油煤结构与其热解产物分布的构效关系,明晰富油煤热解提油机理。【方法】以陕北典型富油煤为研究对象,结合^(13)C NMR、FTIR和XPS等表征方法,计算并构建富油煤分子模... 【目的】富油煤结构复杂,热解反应过程与机理不明晰,需要进一步研究富油煤结构与其热解产物分布的构效关系,明晰富油煤热解提油机理。【方法】以陕北典型富油煤为研究对象,结合^(13)C NMR、FTIR和XPS等表征方法,计算并构建富油煤分子模型,分子式为C_(444)H_(380)O_(74)N_(8)S。基于构建的富油煤分子模型,通过ReaxFF MD对陕北富油热解产物分布、热解特性以及焦油生成机理进行了深入分析。【结果和讨论】结果表明,陕北富油煤具有大量脂肪侧链和桥键等富氢结构,受热容易分解生成焦油和气体等挥发分。温度和升温速率对富油煤热解产物分布影响显著,模拟热解温度在1500 K时富油煤没有完全反应,挥发性产物质量分数为7.8%;模拟热解温度升高至2000~3000 K时,分子及自由基碎片运动越剧烈,二次反应也更明显。随着升温速率的增加,气体产物降低,而焦油产物先增加后减少;升温速率在100~200 K/ps时,富油煤没有完全热解,导致挥发分产率低于36%。根据热解产物分布推测,陕北富油煤热解反应机理是富油煤大分子中富氢结构受热断裂形成自由基碎片,进一步发生热解生成轻质焦油、重质焦油和气体产物。 展开更多
关键词 富油煤 煤热解 分子模拟 热解温度 升温速率 模型构建 富氢结构
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产物导向与机器学习驱动的富油煤热解提油热效应评估
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作者 俞尊义 刘根 +7 位作者 郭伟 杨盼曦 杨甫 马丽 王晶 李红强 杨伯伦 吴志强 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期3635-3646,共12页
煤炭热解过程的热效应是煤炭热解机理研究、反应器设计等过程的关键参数。目前关于煤炭热解热效应的评估方法之间精度差异较大,其中应用最多且可行性最大的方法为基于同步热分析仪(TG-DSC同步联用)来进行测定,但该方法依然对仪器的测量... 煤炭热解过程的热效应是煤炭热解机理研究、反应器设计等过程的关键参数。目前关于煤炭热解热效应的评估方法之间精度差异较大,其中应用最多且可行性最大的方法为基于同步热分析仪(TG-DSC同步联用)来进行测定,但该方法依然对仪器的测量精度依赖较大,且在得到热流曲线之后的热效应计算方法之间精度也存在差异,导致数据的可重复性差,难以适应大规模生产及工艺设计的需要。富油煤含有较多的脂肪侧链、桥键等富氢结构,在热解过程中受热裂解生成更多的焦油,是良好的煤制油原材料。热解工艺的调控是影响富油煤热解所制焦油品质的关键因素,这其中热解过程的热效应又是热解工艺开发的重要参数,因此无论是对富油煤热解还是对广义的煤炭转化来说,都迫切需要开发准确、高效的煤炭热解热效应评估方法。基于富油煤慢速热解实验结果并结合热解反应机理和经验公式,以产物为导向构建富油煤热解反应体系,利用经典热力学分析方法进行反应体系的热力学计算,得到富油煤热解过程的化学反应热,再结合热解过程中的物理吸热量,得到了富油煤中低温慢速热解过程中的热效应。结合已报道的煤炭热解实验结果和热解热效应测定值,利用机器学习方法中的随机森林模型对煤炭热解热效应进行非线性建模和预测。结果表明:基于实验结果,以产物为导向计算得到的富油煤慢速热解热效应数值总体要低于利用TG-DSC同步联用测得的数值,误差均在10%以内。基于机器学习算法预测得到的富油煤热解热效应的预测精度达到0.9352。综合来看,所构建的2种富油煤热解热效应预测模型具有实用性和适用性。 展开更多
关键词 富油煤 热解 热效应 产物导向 机器学习
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陕北富油煤热解提油产物分布特性研究
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作者 俞尊义 郭伟 +7 位作者 杨盼曦 高琨 杨甫 马丽 王晶 李红强 杨伯伦 吴志强 《煤田地质与勘探》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第7期176-188,共13页
【目的】富油煤是集煤、油、气属性于一体的特殊煤炭资源,富含带有脂肪结构的侧链和桥键等富氢结构,在热解过程中易裂解生成焦油和煤气,是实现煤热转化制油气的理想原材料。目前关于富油煤热解提油相关研究尚处于起步阶段,探究热载体类... 【目的】富油煤是集煤、油、气属性于一体的特殊煤炭资源,富含带有脂肪结构的侧链和桥键等富氢结构,在热解过程中易裂解生成焦油和煤气,是实现煤热转化制油气的理想原材料。目前关于富油煤热解提油相关研究尚处于起步阶段,探究热载体类型、升温类型、热解温度等工艺条件对热解过程的影响,对于优化富油煤热解制油气工艺具有重大意义。【方法】以陕北神木富油煤为研究对象探究其在CO_(2)、N_(2)等不同气体热载体条件下热解的油气产出特性,并利用响应面分析法建立富油煤热解所得焦油产率和轻质焦油产率受关键因素影响的回归模型,探究升温类型、气体热载体类型、热解温度三因素交互作用对二者的影响以及焦油产率和轻质焦油产率最大时的最优反应条件。【结果和结论】结果显示:慢速热解过程中,焦油产率在N_(2)气氛下随温度升高呈先升后降趋势,在550℃时最高为10.50%;轻质焦油产率不断增加,在600℃时达到60.67%。相比N_(2)气氛,CO_(2)气氛下,焦油产率和气体产率均有所升高,轻质焦油产率进一步提高,最高达63.67%,焦油中芳香烃和含氧化合物含量也有所升高。相比于慢速热解,富油煤在两种气体热载体条件下快速热解所得焦油产率均有所升高,600℃时CO_(2)气氛下最高(11.71%),焦油中酚油、蒽油等含量增加,轻质焦油产率下降,焦油中酚类、脂肪烃、含氧化合物含量有所增加,热解气中H_(2)和CH_(4)浓度有所降低。基于响应面分析得到三因素对焦油产率和轻质焦油产率影响的显著性顺序均为:热解温度>气体热载体类型>升温类型。以最大焦油产率和最大轻质焦油产率为目标,利用回归模型优化得到最优热解工艺分别为:快速热解、CO_(2)气氛、595℃和慢速热解、CO_(2)气氛、558℃,最优预测值分别为11.72%和60.75%。经过实验验证确定最优条件下的焦油产率和轻质焦油产率分别为:11.94%和60.67%,优化结果与实验验证结果基本一致。 展开更多
关键词 富油煤 气体热载体类型 升温类型 热解提油 响应面法
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管道泄漏检测的主动式压力波激发膜片特性研究
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作者 郭希健 曹峥 邓建强 《化工设备与管道》 CAS 北大核心 2024年第3期104-110,共7页
设计了主动式压力波发生器,利用压缩空气冲击膜片可以在管道中激发幅值和波形稳定的压力波,从而用于主动式压力波泄漏检测。文章通过实验探究了膜片种类、厚度及预变形对压力波激发特性的影响。实验结果表明,线弹性材料膜片在回弹时会... 设计了主动式压力波发生器,利用压缩空气冲击膜片可以在管道中激发幅值和波形稳定的压力波,从而用于主动式压力波泄漏检测。文章通过实验探究了膜片种类、厚度及预变形对压力波激发特性的影响。实验结果表明,线弹性材料膜片在回弹时会产生很强的负压波,且当进气时间为80 ms及100 ms时,其压力波幅值远低于非线弹性的橡胶膜片;当进气时间为100 ms时,用不同种类橡胶膜片激发的压力波幅值仅相差20 kPa。橡胶膜片厚度对压力波幅值的影响较小,但增加膜片厚度可以避免水侧和气侧压力曲线发生分离。膜片施加预变形可以略微提高压力波幅值,同时使水侧和气侧压力曲线不会分离。因此,压力波激发应当选用橡胶作为膜片材料,适当提高膜片厚度且施加预变形。 展开更多
关键词 压力波 压力波发生器 膜片 管道实验
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机器学习驱动的生物质热解模型建立及挥发分化学链重整制氢工艺优化
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作者 刘根 孙仲顺 +3 位作者 张博 张榕江 吴志强 杨伯伦 《化工学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第11期4333-4347,共15页
针对生物质气化制备绿氢过程中气化效率低、氢气选择性差的挑战,提出了一种热解串联挥发分化学链重整制氢的解耦工艺。在对上述过程理论分析时发现,热解挥发分的产量和组成与生物质性质和热解操作条件之间的复杂关系难以通过传统模型化... 针对生物质气化制备绿氢过程中气化效率低、氢气选择性差的挑战,提出了一种热解串联挥发分化学链重整制氢的解耦工艺。在对上述过程理论分析时发现,热解挥发分的产量和组成与生物质性质和热解操作条件之间的复杂关系难以通过传统模型化方法被准确关联,从而制约了上述工艺的精确分析调控。因此本文基于机器学习方法建立了生物质快速热解过程的产物分布预测的神经网络模型,并结合粒子群优化算法确定最佳热解条件,使热解挥发分的氢原子比和高位热值最大化,氧原子比最小化。随后,基于流程模拟对挥发分化学链重整制氢工艺进行了分析和优化。研究结果显示,所建立的神经网络模型能够准确预测热解三相产物的产率、热解气的详细组成、热解油的元素分布及高位热值等。在上述输出参数的综合测试集中,模型的平均决定系数为0.821,平均均方根误差为2.00。优化后,草本生物质(小麦秸秆、玉米秸秆)和木本生物质(榕树、松木)的热解挥发分产率为64.49%~78.62%,氢原子占比在3.77%~4.39%之间。在重整温度700 oC,蒸汽/生物质质量比0.71~0.88的优化工况下,小麦秸秆的氢气产量和CO_(2)负排放能力最高,分别为0.60 m^(3)/kg与-1.74 kg/m^(3)。采用生物质挥发分化学链重整制氢工艺,四种生物质的氢气产量相较常规气化分别增加了61%、35%、16%和34%。研究结果为生物质制备绿氢提供了有效的基础支撑。 展开更多
关键词 机器学习 化学链重整 气化 生物质 优化
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化学链重整反应中含氧空位α-Fe_(2)O_(3)(001)表面CO反应行为的密度泛函理论研究
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作者 张慧欣 黄正清 +3 位作者 班涛 苏雪 杨伯伦 常春然 《Chinese Journal of Chemical Physics》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第1期116-124,I0112-I0116,I0119,共15页
化学链甲烷重整是利用甲烷制备合成气(CO和H_(2))具有广阔前景的方法之一,其中CO在氧载体表面上的进一步反应对CO选择性起主要决定作用.本文采用密度泛函理论系统地研究了α-Fe_(2)O_(3)(001)氧空位对CO脱附、CO氧化和CO解离的影响.计... 化学链甲烷重整是利用甲烷制备合成气(CO和H_(2))具有广阔前景的方法之一,其中CO在氧载体表面上的进一步反应对CO选择性起主要决定作用.本文采用密度泛函理论系统地研究了α-Fe_(2)O_(3)(001)氧空位对CO脱附、CO氧化和CO解离的影响.计算结果表明,增加氧空位浓度会导致Fe原子中的电子局域化增强,从而削弱Fe位点上CO的脱附能力.此外,氧空位浓度从1/12 ML增加到1/6 ML会导致CO氧化能垒从0.64 eV增加到1.10 eV.增加氧空位浓度虽有利于CO解离,但由于解离反应的高能垒(大于3.00 eV),CO的解离仍然很难发生.综合考虑三条反应途径,CO脱附可以在高于900K的反应温度下自发进行.增加氧空位浓度可以提高合成气选择性,因为在高氧空位浓度(1/6 ML)下,相比于CO脱附,CO氧化的竞争性减弱.这项研究揭示了在Fe_(2)O_(3)的还原程度增加时,化学链甲烷重整中CO选择性增强的微观机制. 展开更多
关键词 化学链重整 甲烷 Fe_(2)O_(3) 氧空位 密度泛函理论
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