摘要：化工过程中化学反应通常与传递过程共存,气固多相催化剂一般具有复杂多级孔道结构,其催化性能更是取决于其孔道内反应与扩散过程的耦合。揭示反应和扩散耦合规律,准确获得催化剂颗粒尺度上的反应动力学,对新型催化剂优化设计和制备具有重要的科学研究意义和工业应用价值。综述了气固多相催化剂孔道内扩散和反应过程的最新研究进展和反应-扩散耦合的机制,重点介绍反应-扩散耦合模拟研究中的不同模型和方法及其在气固催化反应中的应用。指出将机器学习等人工智能方法和多尺度模拟相结合将会成为研究复杂催化反应体系的一种强大工具。

摘要：锂离子电容器的正、负极材料能量存储机制不同,导致容量和动力学差距较大。对正负极进行容量和动力学的匹配,实现比能量和比功率的平衡,是锂离子电容器研究的关键。从材料体系、工艺设计和电极结构等3方面详细综述近年来锂离子电容器在正负极匹配方面的进展,包括碳基正极材料比能量的提升策略、工艺设计对负极性能的影响以及电极结构设计对锂离子电容器电化学性能的影响。对锂离子电容器在正负极匹配方向的发展进行展望。

摘要：格子玻尔兹曼方法是求解玻尔兹曼输运方程的高效算法,在流体流动、声子导热等领域已深入应用.本文针对声子导热的格子玻尔兹曼方法,基于我们提出的声子弛豫时间有效校正模型,设计了具有不同对称性和离散速度数量的格子模型,通过宏观尺度的热输运过程验证了算法和程序的正确性.进而研究了格子模型的对称性和离散速度数量对纳微尺度方腔热输运模拟的影响.结果表明,仅提高格子模型的对称性无法有效克服模拟过程的非物理温度跃迁,同时增大格子模型的离散速度数量和对称性能够有效削弱该非物理温度跃迁现象.

摘要：萃取柱具有连续性强,安全性高,通量大的优点,受到相似金属分离、精细化工等工业分离领域的青睐。液泛特性是萃取柱稳定运行的关键参数之一,低界面张力萃取体系分散相液滴极易破碎的特征是导致萃取柱易发生液泛的本质原因。采用新型气体搅拌技术,以气泡上浮过程中的动能和不均匀流场产生的弱曳力作用代替传统搅拌、脉冲能量形式破碎液滴。选取三种不同界面张力萃取体系,研究了气体搅拌条件下的萃取柱液特性,发现分散相液泛流速随着气速与连续相流速的增大逐渐降低,并且高界面张力体系降低的程度比低界面张力体系高。基于试验值,通过最小二乘法回归分析,提出预测误差为10.05%的液泛流速预测关联式,为后续气体搅拌萃取柱的设计与放大提供参考。

摘要：转炉钒渣和含钒废催化剂等二次资源是提钒的重要原料,但由于浸出过程中钒的氧化浸出受传质效率和气体扩散系数影响,浸出率难以进一步提高。因此,如何实现含钒矿相中低价钒的高效氧化对于钒的可持续性生产至关重要。以曝气式搅拌反应器作为浸出装置,通过流体力学计算模拟(CFD)研究了搅拌过程中气液混合分布规律,并将其应用于钒渣中钒、铬的液相氧化浸出过程。结果发现,曝气式搅拌有利于促进气液相混合均匀,并将气液混合相向反应器底部推进,增加气相停留时间,提高了后续氧化效率。通过曝气式搅拌,反应器内形成高密度的细微气泡,提高金属氧化效率,将钒渣中铬的氧化效率提高到98%以上。进一步通过EPR对浸出渣分析发现,曝气式搅拌可以直接促进固相钒铬尖晶石的氧化和分解,提高后续浸出效率。本研究通过CFD模拟和试验验证,为曝气式搅拌用于提高液相氧化浸出过程中低价金属的氧化和浸出效率提供依据,为实际搅拌釜的设计和操作提供了重要的参考价值。

摘要：富锂正极材料因具有较高的理论能量密度,被视为极具发展潜能的新一代正极材料,但该材料在循环过程中容量和电压衰减显著,导致其实际商业应用受阻.本文综合评述了通过结构设计和表面调控提高富锂正极材料储锂性能的研究进展,介绍了富锂正极材料的充放电工作机制,及导致其比容量和电压衰减的原因,讨论了近年来通过新型结构设计(如构筑蛋黄-蛋壳中空结构、中空多壳层结构等)和表面调控(如尺寸控制、暴露晶面控制、表面尖晶石化、表面包覆、表面掺杂等)策略,抑制富锂正极材料表面氧析出和晶型转变并稳定材料结构,从而抑制电压和比容量衰减,有效提高电池的循环寿命和库伦效率的相关研究成果,最后,提出了通过结构设计和表面调控提高富锂正极材料电化学性能面临的挑战,并对未来发展方向进行了展望.

摘要：目前大量化学品经过氧化反应制造,如重要的有机化工原料环氧丙烷(PO)、环氧氯丙烷(ECH)和盐酸羟胺等,现有工艺存在严重的"三高"问题,在环保、经济和安全性方面需全面提升。国内自主创新的H_2O_2氧化工艺是以H_2O_2为氧化剂、在钛硅分子筛催化下的氧化反应,具有原子经济、环境友好等优点。但该过程是强放热的多相快反应,反应器设计与工程放大亟需解决高效混合、快速换热和安全性等问题,而氧化副产物的高效分离则是另一共性问题。基于以上问题,本研究进行了从基础研究到工业应用的全链条设计和一体化实施,重点解决H_2O_2氧化体系的分子混合与界面传递机理、跨尺度传递与反应耦合机制和反应器放大规律及过程强化新途径3个共性科学问题。研究完成后将形成多个自主产业化成套技术,建成2个H_2O_2绿色氧化体系工业示范装置(环氧丙烷工业示范装置、盐酸羟胺工业示范装置)以及环氧氯丙烷成套新技术工艺包,同时,打破国外技术的封锁与垄断,颠覆和淘汰污染环境严重的现有工艺,实现节能环保绿色清洁生产。

摘要：由于具有独特新颖的结构和广泛的应用领域,中空材料已成为合成化学和材料化学研究的热点;特别是其高的表面体积比、低密度及大空腔等特点,成为药物递送载体的最佳选择.通过对中空结构的精确选择和精准修饰,可赋予中空材料独特的刺激响应行为,从而实现该类药物载体的智能设计和药物的可控释放.目前,构建中空智能载体主有以下两条思路:(1)利用自身可对环境中的物理化学刺激做出响应的中空材料作为载体;(2)在中空载体表面修饰功能性分子,以实现在特定的刺激下精确控制孔道的“开-关”转换.其核心在于分子组成和构型的精准调控.基于此,本文综合评述了中空智能载体的可控释放机制.首先介绍中空药物载体的发展历史,随后阐述药物分子在中空结构中的扩散规律,并总结了中空结构载体的智能响应行为、不同的门控机制、控制释放原理以及应用前景,最后对未来的发展做了展望.

摘要：为了增大传质和传热面积,多相反应器中分散相通常以颗粒形式(气泡、液滴或固体颗粒)分散、运动于连续相流体中,与周围的连续相及其他分散相颗粒的相互作用使颗粒和颗粒群呈现复杂的时空非均相行为。多相反应器中非均相特性的准确描述是发展准确的反应器模型、进行定量诊断分析和优化设计高效反应器的必要基础。本文总结了多相反应器中颗粒和颗粒群的复杂时空行为,提出了当前多相反应器非均相特性测量正面临的在线测量、高分散相浓度和多分散相等主要难题;综述了多相反应器测量技术研究的进展,指出了PC和PV等光纤测量技术是较经济的高浓度两相反应器的在线测量技术,而侵入式照相法测量结果更准确,具备解决上述测量难题方面的可行性,具备较好的应用前景,但要实现工业在线测量仍存在一些高难度的技术问题需要解决。

摘要：异质中空结构是指壳层由不同成分组成的空心微纳结构.通过对异质中空结构的表面性质和传质过程进行调控,可以调控经过中空结构的物质及能量.目前,异质中空结构在太阳能转化、气体传感、电化学储能和药物运输等领域展示出了优异的性能,对异质中空结构的设计与构建已成为新型多功能先进材料研究的前沿领域.本文总结了异质中空结构的种类、特征和性能优势,重点描述了各类异质中空结构的制备方法,并探讨了异质中空结构微纳材料面临的挑战及发展趋势.