纤维素基功能材料

纤维素是地球上最为丰富的生物质资源，具有易降解、可再生、无毒性且廉价易得等优点，可以代替石化资源生产各种高附加值功能材料。从纤维素资源利用出发，综述了近年来纤维素基功能材料的最新研究进展，重点介绍4种主要形态纤维素材料的功能及其应用。内容包括：纤维素多孔微球合成和孔结构调控，及其在吸附分离和药物释放领域的研究进展；纤维素水凝胶和气凝胶及其在医用、诊断、电极、分离材料领域的最新开发与应用进展；其他纤维素基功能材料，如高透光度和高韧性的纤维素膜、高韧性和可编织性的纤维素纤维材料，以及在纺织、光电及智能材料领域的应用。最后对纤维素基功能材料的未来发展提出一些设想，并讨论了在发展过程中面临的关键科学问题，为纤维素基功能材料下一步的研发和应用提供有价值的参考和指导。  

烟气催化脱硫反应器化学反应的数值模拟

烟气催化脱硫反应器主要通过在含有脱硫催化剂的填料表面发生脱硫反应，实现降低出口烟气的SO₂浓度，使之达到排放标准。为了准确预测脱硫率，需要探明脱硫反应器的主要结构和操作参数对其的影响。借助于ANSYS软件，利用脱硫有效容积逐渐减少的稳态计算方法，模拟反应器内的非稳态流动和催化氧化反应，可以探明烟气SO₂浓度、空速和填料高度对脱硫率的影响，找到反应器脱硫率随时间变化及出口SO₂浓度随时间变化的规律，并通过流动模拟数据和实验结果的对比修正适合催化脱硫的计算模型。研究结果表明：在脱硫催化剂加热阶段对脱硫速率的影响较大，会使脱硫率降低；进口烟气SO₂浓度的增加会使反应器脱硫率下降、出口SO₂浓度增大；空速对脱硫率有较大的影响，过高或过低的空塔气速均不利于脱硫系统的运行；催化剂床层高度越高，脱硫率越高。因此，考虑到实际工业操作中烟气加热催化剂阶段的影响，对反应速率常数表达式进行温度修正，所得的结果可与工业试验数据很好的吻合；将实际工况中反应表面的减少简化为反应空间的减少，并将床层划分为若干个子空间，采用逐渐减少计算域催化反应总空间容积进行非稳态流动和化学反应模拟是可行的；为了达到较高的脱硫率，空速在0.2~0.3 m/s的范围内选取较为合适；催化剂填料床层高度适宜的范围为1 600~1 800 mm。这些为工程设计提供了重要的依据。  

聚结板强化油水分离过程的机理研究

为从分散相油滴聚结机理的角度阐明板式聚结器强化油水分离过程的原理并为其设计提供依据，对油滴群在不锈钢斜板表面的聚结过程和油水两相在聚结板组内的分离过程进行了实验，研究分散相油滴在单一聚结板表面和聚结板组内的聚结行为及机理。结果表明：分散相油滴接触聚结板后将在表面形成凹凸不平的油滴层，而非连续流动的油膜；后续油滴通常难以直接融入油滴层，其中大油滴在油滴层表面主要以滚动方式离开聚结板，而小油滴则是通过嵌入凹凸不平的油滴层表面，并经过排挤水膜→聚并增长→形成随机流道→脱离聚结板的时间过程而实现分离。聚结板组对大油滴分离过程并无强化作用，但可有效强化小油滴分离过程。且强化原理主要在于3个方面：缩短油滴浮升至聚结面的时间；在板表面形成凹凸不平的油滴层，为小油滴提供稳定的停留场所以完成聚并过程；为分散相小油滴的聚并提供足够的聚结面积。这一机理较好阐明了小油滴分离实验结果及其分率效率随聚结器结构参数的变化规律，即一定范围内，增加聚结板长度（增加有效聚结面积）或减小板倾角（促进油滴停留与聚并）都将提高分离效率。  

“研究生论坛”金属氢化物反应器的传热性能与反应特性分析

建立了内置螺旋换热管的金属氢化物反应器的三维数学模型，其特点是耦合了螺旋管内载热流体温度变化对反应过程的影响。根据所建模型并采用多物理场软件对反应器传热及反应过程进行数值模拟，分析了不同操作参数下反应器的传热性能与吸氢反应特性。结果表明：吸氢反应过程可划分为三个阶段，第一阶段主要受氢气压力影响，第三阶段主要受传热过程控制，其间为过渡段；氢气压力的减小能降低反应速率和床层平均温度，当其低至0.6MPa时，反应速率显著降低；载热流体温度的升高使传热温差减小，从而导致反应速率降低，当其高至323K时，反应已不能彻底进行；床层中，靠近螺旋管壁处温度较低，反应更为充分，但远离管壁的区域换热性能较差，反应较缓慢，由此指出了换热结构的改进方向。  

磁场辅助法制备钴纳米线

为扩展废旧硬质合金中钴的回收再利用价值,采用"磁场辅助法"从纯化后的废旧硬质合金回收液中液相还原制备钴纳米线,并考察其在空气中的热稳定性。研究结果表明:有无外加磁场的作用是决定产物形貌的关键因素。磁场作用下,可以得到平均直径在500 nm左右,长度能达到40μm的钴纳米线;而无磁场作用时,只能得到球状的无明显排列取向的钴颗粒。当温度低于225.0℃时,制备的钴纳米线在空气中有较好的热稳定性,具有较好的催化应用潜力。既能提高废旧硬质合金的回收再利用价值、发展钴资源循环利用经济,又对指导1维磁性金属纳米线特别是钴纳米线的制备与应用具有重要的基础理论和实际意义。  

CO2减排CCS与CCU路线的热力学认识

基于Gibbs自由能理论提出了以自由能耗散Ω作为CO2减排路线的热力学评价依据,减排的意义在于减少耗散。建立了输出功w与Ω的线性函数关系:w=-1/εΩ/α=-1/(1-β)·Ω/α,参数ε、β、α分别代表自由能耗散比、保留比和不可逆损失。分析计算结果表明,CCS减排路线使自由能耗散增加5.7%且转变为环境负荷,从热力学意义上不可取。CCU减排路线以循环利用为手段,将排放物的自由能转化于再生产品中从而实现自由能回收,降低环境负荷,具有热力学优势。以工业固废磷石膏矿化8×104t/a CO2的实例分析表明,CCU是具有经济效益的CO2减排路线,同时带来可观的资源与环境效益。