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Volume 3 • Issue 3 • • Pages 279 -427
封面介绍
全选: 全部摘要 缩略图
新型低碳制冷剂的制造技术在中国实现新突破和产业化
王树华, 朱伟东, 张彦, 苏丽红, 杨波
Engineering . 2017, 3 (3): 280 .   https://doi.org/10.1016/J.ENG.2017.03.001
摘要   PDF (387KB)
 
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通过介科学关联“微”与“宏”
Raffaella Ocone
Engineering . 2017, 3 (3): 281 -282 .   https://doi.org/10.1016/J.ENG.2017.03.009
摘要   PDF (386KB)
 
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绿色化工
陈建峰
Engineering . 2017, 3 (3): 283 -284 .   https://doi.org/10.1016/J.ENG.2017.03.025
摘要   PDF (382KB)
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Ni-Bi 助剂用于α-Fe2O3 光电阳极提高氧化动力学和钝化表面态
党珂,王拓,李澄澄,张冀杰,刘珊珊,巩金龙
Engineering . 2017, 3 (3): 285 -289 .   https://doi.org/10.1016/J.ENG.2017.03.005
摘要   PDF (1314KB)

本文提出了镍-硼酸(Ni-Bi) 助催化剂负载于α 型三氧化二铁(Fe2O3) 具有提升表面动力学和钝化表面态的双重作用。Ni-Bi助剂的负载使Fe2O3 光电阳极的光电流起始电位产生230 mV 的负移,1.23 V(vs. RHE)下的光电流密度也提升了2.3 倍。Ni-Bi助剂层中的Bi 促进了产氧反应的脱质子步骤。

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面向绿色过程的膜工程
Francesca Macedonio, Enrico Drioli
Engineering . 2017, 3 (3): 290 -298 .   https://doi.org/10.1016/J.ENG.2017.03.026
摘要   PDF (693KB)

绿色过程工程是实现工业可持续发展的一个重要途径。基于过程强化原则,它涉及新设备和新过程方法,期望能够给化学及其他生产领域和过程领域带来根本进步,比如降低生产成本、减小设备尺寸、降低能耗、减少废物产生及改进远程控制、信息流控制和过程弹性等。膜技术为过程强化原则做出了很大的贡献,在过去这些年,其潜力获得了广泛的认可。本文综合分析了膜技术在水处理、能源生产和天然材料提取等工业领域的应用和前景,重点强调了创新膜集成单元的协同使用存在的机遇,介绍了集成膜系统在海水淡化与原材料生产耦合工艺中的一个应用案例。本文将说明膜工程在实现“零排放”“原材料全利用”和“低能耗”等目标中的作用。

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生物质垃圾制沼气技术综述
Achinas Spyridon, Achinas Vasileios, Willem Euverink Gerrit Jan
Engineering . 2017, 3 (3): 299 -307 .   https://doi.org/10.1016/J.ENG.2017.03.002
摘要   PDF (1252KB)

当今时代,人类对化石燃料的不合理利用和温室气体对环境的影响,使研究者关注有机资源和垃圾的可持续能源转化。全球的能源需求非常大,主要能源来自化石能源。目前的研究认为厌氧消化是一种高效的可替代技术,其既能产生生物燃料,又能可持续地处理垃圾。在沼气工业,为了促进沼气的生成和提高质量,有几种不同的技术趋势。然而,投资厌氧消化的成功取决于原料成本低和沼气使用范围广( 热能、电能和燃料)。在欧洲能源市场,沼气的生产一直在增长,为生物能源的发展提供了一条经济的替代选择。本文的目的是对由木质纤维素类的生物垃圾生产沼气进行综述,为沼气经济提供重要信息。

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1,5-戊二胺的细菌合成及应用
马伟超, 陈可泉, 李艳, 郝宁, 王昕, 欧阳平凯
Engineering . 2017, 3 (3): 308 -317 .   https://doi.org/10.1016/J.ENG.2017.03.012
摘要   PDF (1338KB)

1,5-戊二胺是一种广泛分布于原核和真核生物中的具有多种生物活性的天然多胺,正日益成为一种重要的工业化学品,并在多个领域展现出广泛的应用前景,特别是作为单体用于合成生物基聚酰胺。基于1,5-戊二胺的聚酰胺5X 具有优异的性能和环境友好特性,因而有广泛的应用前景。本文总结了近期关于1,5-戊二胺在细菌中的生物合成、代谢及生理学功能,着重介绍了1,5-戊二胺在大肠杆菌的代谢调控机制。文中还综述了微生物发酵法和全细胞催化法生产1,5-戊二胺的进展及1,5-戊二胺的分离纯化方法。此外,对1,5-戊二胺在生物基聚酰胺合成中的应用进行了总结,并对利用可再生资源生产1,5-戊二胺进行了展望和对以后的研究提出了建议。

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大规模培养光合生物的光生物反应器设计
黄青山, 蒋夫花, 王连洲, 杨超
Engineering . 2017, 3 (3): 318 -329 .   https://doi.org/10.1016/J.ENG.2017.03.020
摘要   PDF (1481KB)

光合微生物是生产环境友好的目标产品的重要生物资源,光生物反应器是实现这些过程的重要工具。目前,用于光催化的光生物反应器的设计具有挑战性,大多数光反应器仍然采用半经验的方法进行设计和放大。即使对于高效的光生物反应器,由于缺乏对光的传播、流体动力学、传质、细胞生长之间耦合作用的深刻了解,依靠半经验方法设计的反应器具有投资和运行成本高、使用寿命短的缺点,因此迄今为止尚没有一款合适的光生物反应器可用于光合微生物的大规模培养。首先,本文概述了影响光生物反应器性能的关键参数包括光、混合、传质、温度、pH 值、投资和运行成本等,强调了在商业化培养中光生物反应器的寿命、清洁成本和温度控制的重要性。然后,推荐了四种( 即管式光生物反应器、塑料袋式光生物反应器、柱状气升环流式光生物反应器和平板气升环流式光反应器) 可进行光合微生物大规模培养的光生物反应器。最后,阐述了采用计算流体力学这一有力工具进行光生物反应器建模从而实现光生物反应器的理性设计,并分析了当今数学建模的难点,展示了基于机理模型设计光生物反应器的发展前景。

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流化床生物反应器在污水处理中的应用研究和进展综述
Nelson Michael J., Nakhla George, Zhu Jesse
Engineering . 2017, 3 (3): 330 -342 .   https://doi.org/10.1016/J.ENG.2017.03.021
摘要   PDF (980KB)

污水处理是保护环境和人类健康的重要过程。目前,最经济有效的污水处理方法为生物处理法,如运行时间较长的活性污泥法。然而,随着人口的增长,对新型高效污水处理技术的需求越来越迫切,流态化技术虽然已展示出能够提高许多化学与生化处理过程的效率,但尚未在大型污水处理过程中得到广泛的应用。循环流化床生物反应器(CFBBR) 污水处理技术的研究始于加拿大西安大略大学,在该技术中,载体颗粒表面会形成一层含细菌与其他微生物的生物膜,并在反应器中呈流化状态;流态化固有的良好混合和质量传递特性,使得该技术在生活污水和工业污水处理过程中均具优势。实验室阶段和中试阶段的研究均证实了CFBBR 可去除污水中90% 以上的碳源、80%以上的氮源,且污泥产量少于活性污泥法的1/3。由于该技术的高效性,CFBBR 还可被用于传统方法难以处理的高有机碳污水处理,且具有占地面积小的优势。同时,CFBBR 在动态负荷试验( 进水量和进水浓度变化) 中也展现了良好的抗冲击和恢复性能。总的来说,CFBBR 是一种高效的污水处理方法,可在较短的水力停留时间和较小的反应器体积内处理更多的污水。此外,该反应器的紧凑设计将有助于在偏僻地区建造独立的污水处理系统。

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制药工业中结晶过程的最新进展
高振国, Rohani Sohrab, 龚俊波, 王静康
Engineering . 2017, 3 (3): 343 -353 .   https://doi.org/10.1016/J.ENG.2017.03.022
摘要   PDF (2534KB)

结晶是古老的分离与提纯单元操作之一,如今已发展成为生产具有特定性质的高附加值产品以及建立高效制造过程的技术。本文中,我们综述了制药工业中晶体工程以及结晶过程设计和控制的最新研究进展,系统地总结了理解和开发新型晶体如共晶、多晶型、溶剂化物的方法,包括一些重要的进展,如第一个共晶药物Entresto (诺华) 的诞生以及Orkambi (福泰) 连续制造过程获批。与不同的过程控制策略和新型的结晶器相结合,传统的釜式和日渐成熟的连续结晶过程正不断地满足制药工业的需求。结晶过程的设计和控制已使几种创新型结晶器的设计实现连续操作且性能良好。本文还综述了过程分析技术最新的重要研究进展。

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药物连续结晶进展
张得江, 许史杰, 杜世超, 王静康, 龚俊波
Engineering . 2017, 3 (3): 354 -364 .   https://doi.org/10.1016/J.ENG.2017.03.023
摘要   PDF (1797KB)

结晶是药物工业中重要的单元操作。现阶段大部分的药物结晶过程都是间歇的,但是由于间歇产品的批间差异以及低的生产效率,连续结晶越来越受到人们的重视。在过去的几年中,连续结晶已经取得了一些进展以使其能够满足不同的需求。本文将从产品工程的角度总结药物连续结晶的进展。不同形式结晶器的主要区别在于其停留时间分布的不同。文中比较了不同连续结晶形式的优点和缺点,总结了使用连续结晶满足不同质量需求的方法。发现连续结晶在粒度和形状控制上有优势,但是在过程收率上低于间歇结晶过程,特别是在生产手性晶体时。最后对不同的控制方案进行了比较。

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钽基氮氧化物——窄带隙光催化剂用于太阳能制氢
肖慕, 王松灿, Thaweesak Supphasin, 罗彬, 王连洲
Engineering . 2017, 3 (3): 365 -378 .   https://doi.org/10.1016/J.ENG.2017.03.019
摘要   PDF (6167KB)

光催化分解水可以将太阳能直接转化为氢能,是一种有效利用太阳能的途径。开发用于太阳能制氢的高效且稳定的光催化剂是光催化研究领域的重要目标之一。钽基氮氧化物具有窄的带隙宽度,并且光生电子和空穴的势能足够用来分解水,因此该类光催化剂最有可能实现太阳能制氢。到目前为止,全世界的研究小组对钽基氮氧化物光催化剂进行了系统而深入的研究,取得了大量的成果。然而,钽基氮氧化物的太阳能制氢效率还远远低于理论值。如何更好地设计这些材料进而提高其太阳能制氢效率这一命题是十分重要和有意义的。本文总结了钽基氮氧化物用于光催化制氢的研究和发展过程,着重分析了用于提高光催化分解水效率的各种方法。最后,探讨了窄带隙钽基氮氧化物光催化分解水研究领域的未来发展趋势。

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尼龙-6 单体己内酰胺绿色生产技术
宗保宁, 孙斌, 程时标, 慕旭宏, 杨克勇, 赵俊琦, 张晓昕, 吴巍
Engineering . 2017, 3 (3): 379 -384 .   https://doi.org/10.1016/J.ENG.2017.03.003
摘要   PDF (3181KB)

中国石化石油化工科学研究院(RIPP) 历经20 年的努力,成功开发出尼龙-6 单体己内酰胺绿色生产技术。该项技术主要包括:钛硅分子筛与浆态床反应器集成用于环己酮氨肟化合成环己酮肟,纯硅分子筛与移动床反应器集成用于环己酮肟气相贝克曼重排,非晶态Ni 催化剂与磁稳定床反应器集成用于己内酰胺精制。己内酰胺绿色生产技术在国际上率先实现工业化应用,建成了200 kt·a−1的工业装置。与已有技术相比,工业装置投资明显减少,氮原子利用率大幅提升,“三废”排放显著下降,没有副产硫酸铵。因此,已内酰胺与苯之间的价格差逐步减小。2015 年,己内酰胺绿色生产技术的产能达到3×106 kt·a−1,使我国成为世界第一己内酰胺生产大国,全球市场份额超过50 %。

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钾/锰助剂对氮掺杂碳纳米管负载铁基催化剂在CO2加氢过程中的影响研究
Kangvansura Praewpilin, Chew Ly May, Kongmark Chanapa, Santawaja Phatchada, Ruland Holger, Xia Wei, Schulz Hans, Worayingyong Attera, Muhler Martin
Engineering . 2017, 3 (3): 385 -392 .   https://doi.org/10.1016/J.ENG.2017.03.013
摘要   PDF (4082KB)

氮掺杂碳纳米管(NCNTs) 作为载体负载铁(Fe) 纳米颗粒,可应用于CO 2多相催化加氢反应(633 K和25 bar)。当将钾(K) 和锰(Mn) 作为助催化剂时,Fe/NCNT 展现出优异的CO2 加氢性能,在体积空速(GHSV) 为3.1 L·(g·h)–1 时转化率可达34.9%。当使用K 作为助催化剂时,反应对烯烃和短链烷烃具有高的选择性。当K 和Mn 同时作为助催化剂时,其催化活性能够稳定地维持60 h。助催化剂Mn 的结构效应通过X 射线衍射、氢气程序升温还原以及近边X 射线吸收精细结构进行表征。助催化剂Mn 不仅能够稳定中间态FeO,且能降低程序升温还原的起始温度。通过探针反应NH3 的催化分解来表征助催化剂效应。当K 和Mn 作为助催化剂时,Fe/NCNT 具有最好的催化活性。在还原条件下,当K 作为助催化剂时,Fe/NCNT 具有最优异的热稳定性。

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复合镍基催化剂催化CO2 光热甲烷化反应中氧化铈和氧化钛的助催化作用
Teng Kho Ee,Jantarang Salina,Zheng Zhaoke,Scott Jason,Amal Rose
Engineering . 2017, 3 (3): 393 -401 .   https://doi.org/10.1016/J.ENG.2017.03.016
摘要   PDF (1680KB)

太阳能驱动二氧化碳(CO2) 转化为燃料是解决CO2 减排和快速增长的世界能源需求的理想方案。本文利用光照辐射镍基负载催化剂床层引发加热效应以促进CO2 的转化,研究了不同组成的氧化铈-氧化钛复合氧化物载体及其对光热CO2 转化的影响。提高光热CO2 甲烷化活性的两个至关重要的因素分别是:①优化的镍颗粒负载对于高活性催化面积及用于加热催化床层的更高的光吸收能力是必需的;②载体上的缺陷位对于促进CO2 吸附及随后的活化是必需的。载体中的钛对维持掺杂氧化钛的氧化铈上的氧空位缺陷起着关键作用。当氧化铈和氧化钛混合比例理想时,再结合高光照吸收以及稳定的还原状态,有利于CO2 吸附及随后高效光热CO2 甲烷化反应的发生。

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荧光碳点的快速宏量制备及多功能应用
王丹,王志勇,詹求强,蒲源,王洁欣,Foster Neil R.,戴黎明
Engineering . 2017, 3 (3): 402 -408 .   https://doi.org/10.1016/J.ENG.2017.03.014
摘要   PDF (2717KB)

荧光纳米材料在化学传感、生物成像及光电器件等领域具有重要应用前景,其合成方法的研究得到广泛关注。我们采用柠檬酸和乙二胺作为原料,在150 ℃、常压的相对温和条件下,通过“一锅法”反应制备了氮掺杂荧光碳点。所得荧光碳点光学带隙为3.4 eV,在单光子或双光子激发下呈现出明亮的荧光,且荧光发射波长稳定(λ = 450 nm)。基于荧光碳点低细胞毒性和长荧光寿命的优势,实现了荧光碳点作为离体肿瘤细胞(HeLa 细胞) 标记和荧光寿命成像探针的应用,获得了高对比度的荧光寿命成像结果。通过将所得荧光碳点与普通油墨混合制备均匀分散的荧光墨水,可用于普通纸张及其他基材( 如柔性塑料薄膜、纺织品、衣服) 的荧光图案化,为固态荧光传感、荧光防伪标记和可穿戴光电子设备应用研究提供了基础。

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香蕉假茎作为吸附剂用于水溶液中铅离子去除的条件优化、动力学与吸附平衡研究
Shridhar S. Bagali, Bychapur S. Gowrishankar, Aashis S. Roy
Engineering . 2017, 3 (3): 409 -415 .   https://doi.org/10.1016/J.ENG.2017.03.024
摘要   PDF (1832KB)

香蕉假茎粉末等天然吸附剂对于去除废水中的重金属元素具有非常重要的作用。现有的去除重金属元素的常规方法难以满足水资源循环和化学工业的需求。本文论证了利用天然物质处理废水的可能性。利用环境扫描电子显微镜(ESEM) 和傅里叶变换红外(FTIR) 光谱学分析方法,研究了香蕉假茎粉末吸附铅离子前后的变化。实验采用批处理方法研究了水溶液中铅离子去除的效果。通过改变初始pH 值、吸附剂用量、初始铅离子浓度、吸附时间等参数,研究了吸附动力学的影响。结果表明,在水溶液pH 值为5.5 时,香蕉假茎粉末达到零电荷点。采用吸附等温线和动力学模型分析实验数据,采用朗缪尔吸附等温式拟合铅离子在香蕉假茎粉末表面的吸附作用。实验表明,香蕉假茎粉末对铅离子的吸附量为34.21mg·g−1,与拟二级动力学模型相匹配。此外,采用响应面分析法确定了铅离子吸附的最佳条件,铅离子的去除率高达89%。

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城市固体废弃物气化的热力学分析
徐鹏程, 金涌, 程易
Engineering . 2017, 3 (3): 416 -422 .   https://doi.org/10.1016/J.ENG.2017.03.004
摘要   PDF (1504KB)

本文的目的是用热力学分析方法来研究城市固体废弃物的气化特性。该热力学分析方法假设气化反应均达到热力学平衡条件,而不考虑反应器和过程特点。首先,我们选取了7 种城市固体废弃物( 包括厨余垃圾、木材、纸张、纺织品、橡胶、无氯塑料和聚氯乙烯),作为水蒸气气化过程的原料,水蒸气温度为973~2273 K,水气比为1~5。研究发现,水气比对气化性质的影响与水蒸气温度对气化性质的影响基本相同。7 种城市固体废弃物之间的不同主要是由它们的组成不同引起的。接下来,我们用该热力学平衡模型对实际城市固体废弃物的气化进行了分析。研究发现,由于无机物主要影响反应器温度,因此可以将城市固体废弃物中的无机物当作SiO2 或者Al2O3 进行简化处理。我们采用水蒸气、氢气和空气作为气化介质,详细考察了其气体产物的组成,以便根据需要选取处理城市固体废弃物的气化介质。

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微波熔炼在锡粉回收中的工业应用
许磊, 彭金辉, 白海龙, Srinivasakannan C., 张利波, 吴庆田, 韩朝晖, 郭胜惠, 巨少华, 杨黎
Engineering . 2017, 3 (3): 423 -427 .   https://doi.org/10.1016/J.ENG.2017.03.006
摘要   PDF (2316KB)

本文探讨了微波加热在工业锡粉熔化中的应用。对离心雾化法制备的金属锡粉的形貌和粒径进行了表征锡粉颗粒均且呈球形,90% 的颗粒粒径为38~75 μm。过介电性能测试,研究了锡粉的微波吸收特性微波的穿作用对锡粉具有良好的整体加热能。温度高于150℃时,微波加热锡粉的主要机制是电导损耗设计开发了20 kW 微波熔炼锡合金装备,并将其应用于产业化该装备的加热率与常规方法相比能提高10 倍以上,缩短了熔炼工艺研究结果表明,微波加热加快了升温率,缩短了熔炼时间,锡回收率为97.79%,渣量仅为1.65%,其他损失低于0.56%;单位能耗仅为0.17 kW·h·kg−1远低于传统方法所要的能量。因此微波冶炼提高了加热效率,降低了能

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国内刊号:CN10-1244/N    国际刊号:ISSN2095-8099
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