纳米金粒子(Au NPs)因其纳米尺寸效应和优异的催化性能,在催化芳硝基化合物的还原反应中具有广泛的应用前景,但易团聚的特性限制了其实际应用。以具有大孔、介孔和灌流孔的多级孔结构的灌流硅胶微球(PSM)为载体,对其表面进行巯基改性,并将改性后的PSM进一步与Au NPs复合,制备了纳米金/灌流硅胶复合微球(Au NPs/PSM);采用SEM、TEM、拉曼光谱、XRD等手段,对复合微球进行了表征;考察了Au NPs/PSM催化剂将4-硝基苯酚还原为4-氨基苯酚的性能。结果表明,Au NPs/PSM保留了灌流孔道,Au NPs在PSM表面均匀分散,平均粒径约为4.8 nm,负载量(质量分数)为2.72%;在30 ℃的温度下,该催化反应符合一级反应动力学特征,动力学速率常数为0.103 min-1;该复合微球表现出优异的催化活性、良好的稳定性和可循环使用性。
化石燃料消耗导致的CO2排放引发了一系列环境问题,CO2 捕集与封存技术(CCS)备受关注。硅酸锂(Li4SiO4)吸附剂因吸附容量大、再生温度低和热稳定性好而极具潜力,但面临硅源成本高与循环性能不足的挑战。以廉价粉煤灰为硅源,采用固相合成法和浸渍沉淀法制备了Li4SiO4,并通过掺杂K2CO3对其进行了改性;通过XRF、XRD、SEM等测试方法,对材料进行了表征。结果表明,700 ℃固相法制备的吸附剂(LS?700)具有丰富的孔隙结构和高达1.584 2 m2/g的比表面积,吸附性能最优,10次循环后CO2吸附量保持在0.179 7 g/g;K2CO3掺杂使CO2吸附速率提高至0.054 5 g/(g?min),是未掺杂吸附剂的1.4倍;K2CO3与Li2CO3形成的低温共熔层促进了CO2的扩散并降低了反应活化能。该研究为低成本、高性能Li4SiO4吸附剂的开发提供了有效途径,对推进燃煤烟气CO2的高效捕集具有重要价值。
CO2转化为碳酸二甲酯(DMC)是一条具有前景的可持续合成与碳资源化利用路径。采用水热法合成了一系列金属有机框架(MOF)衍生的Zr掺杂CeO2催化剂,并将其用于CO2与CH3OH直接合成DMC的反应中,系统研究了不同Zr掺杂量(摩尔分数,下同)的CeO2催化剂对催化性能的影响,确定了催化剂的最优Zr掺杂量;利用X射线衍射、高分辨透射电子显微镜、N2吸附-脱附、X射线光电子能谱等表征手段,探究了催化剂的晶相、形貌、表面化学价态及其与催化性能的关系;在使用Zr掺杂量为2%的Zr/CeO2催化剂的条件下,考察了CO2和CH3OH合成碳酸二甲酯的最佳工艺条件。结果表明,在温度为140 ℃、CO2初始压力为3 MPa、反应时间为2 h的条件下,Zr掺杂量为2%的Zr/CeO2催化剂展现出最高的CH3OH转化率和DMC生成量。
当前商用Pd基催化剂价格昂贵,因此需要开发可替代性廉价金属催化剂。利用选择性刻蚀法,通过改变碱浓度设计合成了等级孔Cu基催化剂;结合X射线衍射、扫描电子显微镜、比表面积测试、压汞测试、N2O化学吸附测试等手段对其进行了表征。在气体空速为30 000 h-1、V(氢气)/V(丙烯)/V(丁二烯)/V(氦气)=137∶98∶1∶196的条件下,研究了等级孔Cu基催化剂的加氢性能。结果表明,Cu基催化剂具有大孔(4~5 μm)?介孔(2~25 nm)的等级孔结构;等级孔Cu基催化剂的完全转化温度为105 ℃,远低于商业Cu粉(220 ℃),并且稳定性超180 h;孔结构的引入提高了催化剂活性面积,增加了Cu催化位点数目,并且保留了适当含量的Al物种,有助于维持催化剂的等级孔结构,增强Cu催化位点的抗失活性能。
在化工分离领域,开发能简便、快速地处理多组分工业废水的技术已成为显著发展趋势。然而,传统方法在应对乳化含磷废水时暴露出分离效率低下的问题。以纤维素膜为基底,原位生长La(OH)?纳米颗粒,构建可同步实现除磷和截留磷的复合膜,并对其进行了性能测试。结果表明,La(OH)?均匀锚定在纤维表面;水下超疏油与低油的黏附特性使其能分离各类油水乳液,达到99.2%的分离效率和1 210 L/(m2·h)的渗透通量;膜材料循环10次后仍保持较高的除磷及截留磷的性能。研究结果为下一代多组分工业废水的处理提供了易于规模化放大、可持续的新思路。
“双碳”战略对发展高效光催化制氢技术提出了迫切需求。石墨相氮化碳(g-C3N4)因成本低、稳定性好而备受关注,但存在可见光吸收能力不足及载流子快速复合等问题,严重制约了其产氢性能。通过以硼酸(H3BO3)为硼源的“H3BO3协同分段控温煅烧”策略,成功制备出硼掺杂g-C3N4(BCN);通过多种光电表征技术,系统探究了硼掺杂对g-C3N4能带结构与光电性能的影响。结果表明,适量的硼掺杂可有效调控g-C3N4的电子结构,提升其可见光吸收能力与光生载流子的分离效率;BCN-2∶5(H3BO3与CN的质量比为2∶5)样品在可见光下的析氢速率达1 507 μmol/(g·h)。这项研究对高效掺杂g-C?N?光催化剂的设计具有重要的指导意义。
随着全球能源需求增长和环境问题日益严峻,开发高效、可持续的绿色能源技术成为研究重点。电池因其高能量密度和零碳排放特性备受关注,但其阴极缓慢的氧还原反应(ORR)及贵金属催化剂的高成本、低稳定性限制了其大规模应用。采用氨基功能化MXene作为载体负载酞菁铁(FePc),成功制备了NH2-MXene/FePc复合催化剂,系统研究了3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)添加量对催化剂结构及ORR性能的影响规律。结果表明,NH2-MXene/FePc-100催化剂展现出卓越的ORR活性,半波电位高达0.92 V,Tafel斜率为65.94 mV/dec,ORR过程中4电子步骤占主导;该催化剂在5 000次加速老化测试后,性能衰减仅约20 mV,表现出优异的稳定性;该催化剂组装的锌-空气电池展现出优异的性能,峰值功率密度达182.3 mW/cm2,比容量为774.7 mA·h/g,显著优于商业Pt/C催化剂。
尼龙66(PA66)作为一种重要的工程塑料,具有优异的力学性能、耐磨性和耐热性,在汽车、电子、机械及航空航天等领域应用广泛。然而,其固有的吸湿性高、低温韧性差、加工流动性不足以及阻燃性限制了在某些高性能场景中的应用。近年来,PA66的改性研究取得了显著进展,主要通过物理共混、化学接枝、共聚改性等多种手段调控其微观结构与宏观性能,从而制备出具有高强度、高韧性、低吸水率、优良的阻燃性或导热功能化的复合材料。介绍了近年来各种高性能的PA66复合材料的研究进展,分析了各类改性策略对材料结构与性能的影响;各种高性能的PA66复合材料的制备,扩展了PA66的应用范围,有利于其在新能源、汽车等高性能、功能化产业中的应用。
电催化析氢技术作为推动可持续能源转化与存储的关键工具,在实现碳中和及促进可再生能源高效利用方面具有重要意义。然而,现有催化材料在活性、稳定性及成本等方面仍面临挑战,严重制约了其大规模应用。合金催化剂凭借其可调控的组分和结构以及独特的电子特性,在提升催化性能方面展现出巨大潜力。系统综述了合金催化剂在析氢反应中的性能调控机制与策略,重点从合金组分设计、晶体结构调控及与其他功能材料的复合3个方面进行分析,探讨了其在电催化析氢反应中的应用进展;通过典型研究案例,揭示了合金体系中多原子间协同效应对催化性能的影响;总结了当前合金催化剂设计所面临的挑战,并对其未来发展方向提出了展望,旨在为高效、低成本电催化材料的理性构建提供理论依据与技术参考。
以硝酸锆和硝酸铈为金属源,通过沉淀?浸渍法制备了固体超强酸催化剂S2O 8 2 - /ZrO2?CeO2;以S2O 8 2 - /ZrO2?CeO2为催化剂,乙酸和正丁醇为原料催化合成乙酸正丁酯,考察了催化剂的质量、n(醇)/n(酸)、反应温度、反应时间等条件对催化反应的影响;通过XRD、FT?IR、N2吸附脱附等温线、NH3?TPD对催化剂进行了表征。结果表明,催化剂S2O 8 2 - /ZrO2?CeO2的酸性较强,催化效果较好;催化剂S2O 8 2 - /ZrO2?CeO2的最佳反应条件为:Ce的负载量(质量分数)为2.0%,催化剂质量为0.6 g,n(醇)/n(酸)=2.0∶1.0,反应温度为115 ℃,反应时间为4.0 h,过硫酸铵浓度为0.5 mol/L;在最佳反应条件下,乙酸正丁酯的酯化率可达99.6%,重复实验5次后,转化率仍可达59.4%。
聚氯乙烯(PVC)因机械性能优异、加工性好,被广泛应用于电缆、建材、人造革与包装领域。但是由于其刚性较大,通常需依赖增塑剂赋予柔韧性。系统概述了聚酯增塑剂对PVC性能调控的研究进展,重点探讨了结构设计、合成方法及其应用效果,通过对比分析分子结构、支化结构及端基功能化策略,阐明了聚酯增塑剂对PVC热稳定性、力学性能、迁移行为及加工流变性的影响机制。结果表明,合理设计聚酯分子结构可显著提升增塑效率与相容性,并降低增塑剂迁移与挥发的风险。生物基单体来源与绿色合成技术是聚酯增塑剂发展的关键方向,未来应聚焦多功能协同设计与规模化制备,以推动其在医疗、电缆与包装等领域的应用,实现高性能环保型PVC材料的可持续发展。
气顶边水环状油藏在开发过程中面临气窜与水侵的双重难题,需要基于开发效果评价及时调整开发策略。辽河SG?1油田杜X井区属于气顶边水环状薄层油藏,利用天然能量开发,油藏压力下降快,造成边水过早侵入,气顶气窜,影响开发效果。通过数值模拟及公式法对开发方式比选发现,薄层油藏油层厚度小,对气体的遮挡和阻碍作用较弱,注气相对于注水开发更容易过早突破,造成气窜,开发效果较差。创新设计低部位屏障注水补能、高部位采油的水驱开发方式,并基于采用临界流速、翁文波Logistic旋回法等方法优化注入速度、注入量、注采比,考察了抑制边水侵入和顶部气窜、挖潜剩余油的效果。结果表明,采用低部位屏障注水能有效提高区块采收率,较气驱开发提高3.5个百分点,较天然能量开发提高6.5个百分点。研究对高效开发气顶边水环状薄层油藏具有重要意义。
目前,众多计算含油饱和度的方法以静态法为主,主要用于计算原始含油饱和度,但难以适用于开发过程中动态含油饱和度的计算。针对现有动态法计算含油饱和度的不足,基于油水相对渗透率通式,推导出油水相对渗透率比值与含水饱和度之间的通用关系式,通过ln(1+x)级数展开,得到能够实现油水相对渗透率比值全程拟合且便于工程应用的三项式公式,克服了以往直线公式只能拟合中间段的问题;依据含水率定义及平面径向流公式,建立了油水相对渗透率比值与含水率的关系式;通过油水相对渗透率比值,建立了含水饱和度与含水率之间的三次多项式函数关系式,当已知区块、单井或单层的含水率时,应用该关系式即可求出不同开发阶段的含水饱和度,进而得到含油饱和度。研究方法可为加密井位部署、精细注水等调整措施的制定提供依据。
通过预测储气库短期供气量,并将其作为储气库季节性调峰量,可在保障供气可靠性的同时,提升储气设施运行效率与经济效益,破解由季节性“峰谷差”导致的供需失衡难题。通过精准预测下游用户的天然气需求量,能够有效反映储气库在短期内所需的供气量。选取某地区2021-2024年的每日天然气用气量,结合气温变化及日期类型,综合考量趋势项、季节项及节假日效应,提出了适用于储气库短期供气量预测的Prophet预测模型;采用平均绝对误差(rMAE)、平均绝对百分比误差(rMAP)、均方根误差(rRMS)、决定系数(R2)4项性能指标,对比评估了Prophet模型与STL分解、VARMAX等5种常用预测模型的预测性能。结果表明,Prophet模型在测试集上的rMAE为13.15 m3,rMAP为2.71%,rRMS为16.52 m3,R2为0.99,显著优于其他模型;在冬季用气高峰期,其预测误差可控制在5%以内。Prophet模型通过融合气候条件、日期类型两个外生变量,能够准确捕捉下游用户天然气用气量的季节性与突发性波动特征,提高储气库供气量预测精度,为储气库调峰保供提供关键数据支持。
随着节能环保标准持续攀升,优化润滑油高温清净性能、减少发动机活塞沉积物,已成为润滑油领域的当务之急。采用热管氧化实验法,针对乙丙共聚物(OCP型黏度指数改进剂),分别在温度为250、280、310 ℃的条件下开展氧化沉积物实验,并借助FT?IR、SEM/EDS、1H?NMR等表征手段,对氧化沉积物的形貌特征、元素组成及官能团结构进行了表征。结果表明,在温度为250 ℃的条件下,基础油与混合样品(质量分数为1%的OCP型黏度指数改进剂+质量分数为99%的基础油)的沉积物量较为接近;在温度为280 ℃的条件下,混合样品的沉积物量多于基础油,且沉积物中C、S元素的质量分数上升,O元素的质量分数下降;在温度为310 ℃的条件下,因OCP型黏度指数改进剂与基础油产生协同作用,混合样品沉积物中的烃类、含氧官能团占比变动幅度减小,同时硫化物以SO?的形式逸散,导致S元素的质量分数降低。
环境法规对长链氟碳表面活性剂的限制日益严格,而短链复配体系协同机制尚未明确,这制约了高效环保灭火剂的开发进程。系统梳理了短链氟碳灭火剂分子工程策略(链长调控、两性离子设计)与复配技术(氟碳/碳氢协同)优化路径;通过对现有研究的梳理发现,C4—C6短链表面活性剂在活性与环境友好性之间能实现较好的平衡,复配体系可显著降低临界胶束浓度与氟用量,同时提升泡沫稳定性;归纳了复配协同机制,包括阴/阳离子静电作用促进致密膜形成、构象匹配抑制水相迁移等,并总结了从微观分子排布到宏观性能(如界面张力与泡沫稳定性)的定量关联规律。研究结果为理解复配机制、推动灭火剂的合理设计提供了理论参考。
为解决商用石墨负极材料理论比容量低、快充性能差及安全性不足的问题,构建一种新型自支撑复合电极,实现了锂离子电池综合电化学性能的提升。以碳布(CC)为柔性基底,采用水热法在其表面原位生长Co3O4/ZnO异质结结构,随后进行热处理,成功制备了自支撑Co3O4@ZnO//CC负极材料;利用XRD、SEM、TEM、XPS等表征手段分析了其微观结构与组成,并通过电化学测试系统评估了其储锂性能。结果表明,Co3O4@ZnO三维多孔纳米片阵列可缓解体积变化并促进电子传输;在2.00 mA/cm2的电流密度下,Co3O4@ZnO//CC电极的首圈放电比容量与充电比容量分别为3.96、3.28 mA·h/cm2,首圈库仑效率达82.83%,循环100圈后容量保持率为56.40%,其循环稳定性和倍率性能均优于Co3O4//CC和ZnO//CC电极。
水系锌离子电池凭借其高安全性、低成本、优异的电化学性能等特性,展现出广阔的应用前景。系统综述了水系锌离子电池的柔性电解质结构调控策略,重点归纳了水凝胶电解质与聚合物电解质的结构构筑方法、离子传导机制及力学性能增强途径,分析了其在电化学稳定性、界面兼容性和环境适应性等方面面临的关键挑战,旨在推动柔性电解质在提升电池电化学性能方面的研究进展,为水系锌离子电池的柔性电解质材料设计与功能实现提供理论基础与研究参考。
为解决Aspen化工模拟中自带催化剂数据库的局限性,提出一种PL(Power Law)型双速率动力学模型,将动力学模型导入Aspen Plus进行制氢多过程模拟,考察了在模拟过程中引入催化剂对反应的影响,旨在实现更真实的化工过程模拟。结果表明,该双速率动力学模型可以反映真实的制氢状况;提高温度和降低液时空速,均有利于提高甲醇转化率,但同时增大CO的选择性;水碳物质的量比(水碳比)对反应的影响较小,考虑能源消耗选择水碳比1.0~1.4为宜;当反应温度为280 ℃、进料流速为1.5 mL/min时,经甲醇水蒸气重整、水汽变换和CO催化氧化后,产物中CO的体积分数仅为6.89 μL/L,产物可用于质子交换膜燃料电池(PEMFC)的应用中。
与碎屑岩储层相比,碳酸盐岩储层具有极强的非均质性,储集空间类型多,孔、洞、缝发育不均,如何表征强非均质性碳酸盐岩气藏的三维储集空间是储层精细描述的关键。基于地质、测井、地震及生产动态等数据与资料,在气藏精细描述与储层评价认识的基础上,以合川区块茅口组缝洞型碳酸盐岩储层为研究对象,采用随机建模结合确定性建模方法,逐步构建构造框架、沉积相分布、储层分类及孔隙度、渗透率及含气饱和度等多种属性的储层精细地质模型,定量表征储层属性分布特征;采用地质统计学结合多属性协同模拟技术,建立多尺度融合的缝洞体模型,定量刻画储层储集空间展布特征,形成了一套基于沉积相-储层类型分级控制与多尺度信息融合的缝洞型碳酸盐岩精细储层建模方法。
在J-Y成品油管道停输期间,输送油品温度与外界土壤温度存在显著差异,导致停输后管内压力下降。当管道高点的压力降至低于饱和蒸汽压时,管内因出现气阻现象无法保压,进而对管道系统的安全运行构成潜在威胁。利用SPS软件建立管道模型,模拟了沿线当量土壤温度分布,通过模拟分析有效修正末站进站温度误差,从而得出管道沿线土壤温度平均值及停输后的温降范围;利用拟合方程揭示了当量土壤温度随时间的变化关系;结合泵前温度测量值与模拟获得的当量土壤温度值,在系统运行一段时间后进行停输操作,并通过SPS软件模拟了停输后温度与压力的变化趋势。结果表明,停输后发生汽化的时间与油品和土壤之间的温差有关;如果停输前油品与土壤的温差足够小,则停输后全线不易发生汽化;如果停输前油品与土壤的温差为负值,则停输后管内压力升高。
随着储罐向大型化方向发展,基础沉降、结构变形等影响大型储罐运行的结构安全问题已成为设备管理和检验人员关注的重点,开展大型储罐基础沉降检测和结构完整性评价研究对保障大型储罐安全运行具有实际意义。基于储罐的基础沉降类型及其典型损伤形式研究,结合储罐在设计建造、定期检验等不同储罐服役阶段的特点,提出了储罐基础沉降检测要求,明确了不同类型沉降的检测和评价方法;针对罐壁不均匀沉降,开展分级评价方法研究,提出包含沉降差评价、偏离平面沉降幅度评价、局部非均匀平面沉降评价、应力分析评价的基础不均匀沉降4级评价方法,为技术人员开展储罐罐壁沉降安全评价工作提供了科学依据。
混合润湿毛细管静态渗吸前缘特征及其演化规律对预测复杂润湿致密油藏渗吸采油效果至关重要。通过建立混合润湿静态渗吸采油模型,研究了空间混合润湿分布和混合润湿程度对静态渗吸前缘距离变化以及界面变形特征的影响规律,明确了混合润湿毛细管内发生高效静态渗吸采油的临界条件。结果表明,水润湿分数越大,稳定静态渗吸前缘距离差值越小,达到最佳渗吸采油效果所需时间越短;两润湿侧壁接触角余弦差值越大,稳定静态渗吸前缘距离差值越大;基于模拟数据建立的静态渗吸前缘距离差值拟合公式,结合静态渗吸前缘距离解析解,可定量表征不同混合润湿毛细管静态渗吸前缘距离变化规律及界面变形特征。研究结果可为混合润湿致密油藏高效低碳开采提供理论指导。
为确保渤海海上油田多轮次调剖效果,对一种增阻型就地凝胶调剖剂的油藏适应性进行了系统研究。采用黏度法、流变分析、扫描电镜等分别表征了调剖剂的成胶性、热稳定性及成胶后的微观形貌;通过填砂管实验,系统评价了调剖剂的色谱分离行为、注入性、封堵性、选择性及提高采收率效果。结果表明,该调剖剂初始黏度低,注入性及深部运移性能良好,且油藏中的色谱分离行为弱;在油藏温度为65 ℃的条件下,调剖剂成胶时间长,成胶黏度高,热稳定性良好,成胶后呈以微球为交联节点的三维网络结构,在剪切速率为4~12 s-1时具有剪切增稠特性;调剖剂具有优良的选择性封堵性能,能优先进入油藏窜流区域形成封堵,对油层的堵油率低;该调剖剂提高采收率效果明显,注入1.000 PV后,原油采收率增幅达15.0%~23.0%。总之,增阻型就地凝胶调剖剂能较好地适应渤海海上油田油藏特征,可实现油藏深部调剖。
海上化学驱过程中井网加密后水驱井网和聚驱井网共存,对开发效果具有重要影响。为定量表征海上聚合物驱油田水聚扰动程度,提出了考虑注入水和注入聚合物驱替体积动态变化的水聚扰动系数,结合水聚扰动系数分析了不同驱替方式下的生产特征和规律,并讨论了调控策略。结果表明,水聚同驱过程中注入水会压缩聚合物驱替区域,对聚合物前缘产生一定的干扰;水聚扰动系数与阶段净增油曲线具有较好的相关性,根据水聚扰动系数可以将水聚同驱过程划分为5个典型阶段;水聚同驱方式的初期产油量高于纯聚合物驱方式,但整体产油量低于纯聚合物驱方式,通过水聚交替的方式可均衡驱替前缘,改善开发效果。研究成果对分析水聚同驱过程、定量表征水聚扰动程度以及制定后续调控措施具有一定的指导意义。
高分子复合材料因其优异的耐磨性、低摩擦系数、耐水性和耐腐蚀性,成为水润滑轴承的主要材料选择;其性能直接影响轴承的安全性、可靠性及运行成本。系统综述了常用高分子水润滑轴承材料的性能及近年来的研究进展,重点分析了不同材料在承载能力、耐磨性和摩擦性能等方面的表现;比较了各类材料的优缺点,并针对现有材料存在的问题,提出了高性能水润滑轴承材料的研究方向和发展建议。研究结果为相关材料的优化设计与工程应用提供了技术参考。
随着全球能源系统向可再生能源转型的加速推进,电化学储能器件在确保电力供应稳定性与促进能源高效利用方面扮演着愈发关键的角色。然而,低温环境成为制约电化学储能器件性能的一大挑战,特别是对应用广泛的锂离子电池而言,其充放电容量显著下降、内阻增加及循环寿命缩短等问题尤为突出,严重限制了其在寒冷地区等场景的商用化进程。为应对这一挑战,系统综述了当前针对低温环境下电化学储能器件性能的研究进展。首先,围绕核心研究焦点——电池正极材料及电解液体系的改性与优化,通过分析温度对电池材料性能的影响,系统阐述了低温条件下电池性能劣化的作用机制,包括导体材料电阻率升高、活性材料反应活性降低、电解液黏度增大等。其次,回顾并分析了提升低温条件下电池性能的电解液改性策略。此外,还阐述了优化储能器件低温性能的其他有效方式及其对改善电化学性能的作用机理。