CO2/H2O混合气体在水平管外凝结换热与分离特性研究

本文通过实验研究了CO₂质量分数为11.39%~70.95%,壁面过冷度为5~25 K,总压力为5~15 kPa的CO₂/H₂O混合气体自然对流条件下在水平管外的凝结换热规律,结果表明CO₂/H₂O的凝结换热系数随CO₂含量和壁面过冷度的增大而降低,但随总压力的增大而增大。根据实验结果建立了新关联式,将关联式应用到凝汽器的设计计算与分析,且对凝汽器进行了分离特性和经济性分析。     

TBAB‐CO2水合物形成过程的微观实验

四丁基溴化铵（TBAB）半笼型水合物在二氧化碳（CO₂）捕集和封存技术中具有巨大的发展与应用潜力。由于晶体结构的复杂性,TBAB半笼型水合物的动力学过程尚未得到充分的研究。为了解TBAB半笼型水合物在储气方面的动力学特性,实验采用原位激光拉曼技术和多晶粉末X射线衍射仪（PXRD）对nCO₂·TBAB·26H₂O和nCO₂·TBAB·38H₂O水合物的光谱特征进行了鉴别与分析,利用原位激光拉曼技术考察了CO₂分子分别进入2种晶体结构的动力学过程。研究结果表明,2种晶体结构的拉曼光谱具有较高的相似性,值得注意的是nCO₂·TBAB·26H₂O中位于1 309.5和1 326.9 cm-1的拉曼峰为TBA+阳离子中C-C键的变形振动峰,在nCO₂·TBAB·38H₂O水合物中峰基本不发生改变,但半峰宽降低,峰形也变得相对清晰;同时,nCO₂·TBAB·26H₂O中位于1 446.6和1 458 cm-1的拉曼峰为TBA+阳离子中C-H键的剪切振动峰,在nCO₂·TBAB·38H₂O水合物中分别向左、右两边发生了位移,峰形的重叠度也随之下降。依据上述2处拉曼光谱特征可以对2种晶体结构进行辨别。通过PXRD图谱可以发现2种晶体结构的衍射图谱存在着比较明显的差距。nCO₂·TBAB·26H₂O晶体属于四方晶系,空间群(P4/m),而nCO₂·TBAB·38H₂O属于正交晶系,空间群(Pmma)。图谱中2θ=8.406°和10.941°分别为nCO₂·TBAB·38H₂O的(200)和(220)晶面的特征峰,而2θ=5.976°和6.969°分别为nCO₂·TBAB·26H₂O的(012)和(003)晶面特征峰,可以用来判别样品中水合物的晶体结构。在原位拉曼测量过程中,nCO₂·TBAB·26H₂O和nCO₂·TBAB·38H₂O分别在已经合成好的TBAB·26H₂O和TBAB·38H₂O水合物表面形成。在276 K,2 MPa条件下,气相中的CO₂分子分别进入2种晶体结构中用于储气的512笼形结构,在1 275.4和1 379.3 cm-1处形成特征峰并逐渐增长。实验以2种TBAB水合物位于1 110.3 cm-1的拉曼峰作为参考,比较了CO₂在水合物中的增长速率。研究发现在反应初期的75 min内CO₂在2种水合物中的含量基本保持线性增长且上升速率的差别不大。由于测量点位于水合物表面,受气体在水合物中扩散的阻力较小同时2种TBAB水合物均采用512笼形结构储气导致了储气速率相近。以上的微观晶体结构研究结果对TBAB水合物法捕集和封存CO₂技术应用具有重要的意义。     

[1ChCl∶2EG]/CrCl3·6H2O离子液体中Cr(Ⅲ)配合物的研究

利用电喷雾质谱(ESI-MS)和紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)分析,研究了CrCl₃·6H₂O 浓度为0.1～0.6 mol·L-1的水溶液和[1ChCl∶2EG]/CrCl₃·6H₂O ILs中,Cr(Ⅲ)配合物的存在形式。研究结果表明,在含有CrCl₃·6H₂O的溶液中,Cr(Ⅲ)与Cl-和H₂O形成[Cr(H₂O)_nCl_6-n]n-3配合物,其配合物的优势物种受CrCl₃·6H₂O浓度的影响。水溶液中Cr(Ⅲ) 的优势配合物为[Cr(H₂O)₆]3+与[Cr(H₂O)₅Cl]2+,并随CrCl₃·6H₂O浓度增加,水溶液的UV-Vis吸收光谱峰红移,[Cr(H₂O)₅Cl]2+的相对含量增加。而[1ChCl∶2EG]/CrCl₃·6H₂O ILs中的优势配合物为[Cr(H₂O)₂Cl₄]-和[Cr(H₂O)₃Cl₃],且随CrCl₃·6H₂O 浓度增加,溶液的颜色从浅橙红色逐渐变为深绿色,溶液的UV-Vis吸收光谱峰蓝移,[Cr(H₂O)₃Cl₃]的相对量增加。说明CrCl₃·6H₂O的浓度变化,将影响配体Cl-和H₂O与Cr(Ⅲ)配位结合的配位数,从而影响配合物优势物种的相对量。     

热解条件对煤焦-CO2和煤焦-H2O气化的影响

采用沉降炉快速热解和管式炉慢速热解的方法制得两种煤焦,通过环境扫描电镜（ESEM）和X射线衍射仪（XRD）分别观察煤焦的形貌结构和测量煤焦的晶体化程度。使用热重在不同的CO₂和H₂O浓度的气氛条件下研究在CO₂浓度和H₂O浓度变化时热解条件对煤焦-CO₂和煤焦-H₂O气化的影响。结果显示对于实验用褐煤,快速热解和慢速热解条件生成的煤焦均以密实型结构焦为主。快速热解和慢速热解条件生成的煤焦的煤焦-CO₂和煤焦-H₂O气化过程均可以通过收缩核模型很好地拟合。煤焦-H₂O反应和煤焦-CO₂反应的反应位并不相同。     

不同释放高度的化学物质的电离层扰动特性

在电离层释放H₂O, CO₂, H₂和SF₆等中性气体能导致释放区域电子损耗, 形成明显的人工电离层洞, 是电离层人工变态的重要而有效的手段之一. 本文在改进电离层化学物质释放三维动力学模型的基础上, 对不同释放量级的H₂O 和SF₆在不同释放高度下产生的电离层洞形态结构及其时空演化规律进行了系统对比研究, 探讨了释放高度对化学物质释放电离层扰动效果、电离层洞形态及其动力学特性等的影响, 并对其成因进行了分析. 关键词： 化学物质释放 电离层扰动 人工电离层洞 三维动力学模型     

Li修饰的C$lt;sub$gt;6$lt;/sub$gt;分子对H$lt;sub$gt;2$lt;/sub$gt;O的吸附研究

采用密度泛函理论中的广义梯度近似研究C₆Li吸附H₂O分子并将之进行分解的催化过程. 几何优化发现：Li原子最稳定的吸附位置是位于C 原子顶位上方. 研究表明,第一个H₂O 分子吸附在C₆Li上需要克服1.77 eV的能量势垒,然后分解为H和OH且与Li原子成键. 当吸附第二个H₂O分子时,第二个H₂O分子需要克服1.2 eV的能量势垒分解为H和OH,其中H与Li原子上的H原子结合成H₂,OH则替代Li 原子上的H结合在Li原子上. 因此C₆Li 可以作为催化剂将H₂O分子进行分解得到H₂. 分析可知：C₆Li主要是通过Li原子与H₂O之间形成的偶极矩作用来吸附H₂O 分子,与C₆₀Li₁₂ 的储氢机制类似. 研究结果可为储氢材料的制备提供一个新的思路. 关键词： 6')" href="#">C₆ Li 2O')" href="#">H₂O 密度泛函理论     

通过氧源调控原子层沉积的SnOx层实现高效稳定的钙钛矿太阳能电池

原子层沉积的SnO_x薄膜具有良好的均匀性和致密性,常被用于提升倒置平面结构钙钛矿太阳能电池的稳定性。而SnO_x薄膜的特性对器件能量转换效率(Power conversion efficiency,PCE)有着重要影响。本文通过氧源(H₂O、O₃)调控SnO_x薄膜的能级和导电性,提升器件PCE。结果表明,O₃作为单一氧源的SnO_x薄膜(记为O₃-SnO_x)具有较优的能级排列;而只有H₂O作氧源的SnO_x薄膜(记为H₂O-SnO_x)具有较高的电导率。而采用O₃和H₂O混合氧源制备的SnO_x(记为MIX-SnO_x),则兼顾了能级匹配和良好的导电性,有效提升器件的PCE,达到20.9%。不仅如此,得益于SnO_x     

H2O在SrTiO3-(001)TiO2表面上吸附和解离的密度泛函理论研究

利用密度泛函理论研究了0.25单层（ML）,0.5ML,0.75ML和1ML吸附率下H₂O在SrTiO₃-（001）TiO₂表面上的吸附行为.比较了不同吸附率下分子吸附和解离吸附的稳定性,利用微动弹性带（nudged elastic band）方法计算了H₂O的解离势垒.结果表明：在低吸附率（0.25ML和0.5ML）时,H₂O表现为解离吸附;在0.75ML吸附率下,分子吸附和解离吸附同时存在;而在全吸附（吸附率为1ML）时,分子吸附更稳定.基于对H₂O分子与表面之间以及H₂O分子之间的电荷转移和相互作用的分析,讨论了吸附率对H₂O吸附和解离的影响. 关键词： 2O')" href="#">H₂O 吸附 3-（001）TiO₂表面')" href="#">SrTiO₃-（001）TiO₂表面 密度泛函理论     

掺氢甲烷射流扩散火焰燃烧特性分析

采用数值计算与实验相结合的方法研究了掺氢甲烷射流扩散火焰的燃烧特性。结果表明，热量的传递主要是通过热气流对流进行，上游高温气流快速沿轴向流动，径向热量传递较弱；而下游轴向速度降低，热量径向传递增强。喷嘴附近伴流气边界较为稳定，而下游在涡旋作用下出现显著的扰动。射流速度对火焰特性有较大影响，增大射流速度后，火焰高度、辐射强度以及CO、NO、CO₂、H₂O浓度皆显著增加，且辐射强度峰值向下游移动。掺氢量对火焰特性也有重要影响，随着H₂含量增加，燃料向下游传播距离缩短，CO、NO、CO₂浓度降低，H₂O浓度增加。     

几种典型化学物质的电离层释放效应研究

建立了一个包括中性释放气体扩散、离子化学反应及等离子体扩散等过程的化学物质电离层释放三维动力学模型,基于该模型构建了化学物质释放数值模拟软件平台,对H₂O,CO₂,H₂和SF₆等几种典型化学物质的电离层释放进行了数值模拟,给出了这些物质在电离层释放后产生的扰动特性和释放区域主要粒子的时空变化规律. 关键词： 典型化学物质释放 三维动力学模型 电离层扰动效应     

基于TDLAS技术的海水中溶存CO2原位测量实验研究

海洋与大气交换的CO₂通量是研究海-气之间碳循环过程及海洋酸化问题的重要指标,其估算方法主要依赖于海水中CO₂的测量。可调谐半导体激光吸收光谱（TDLAS）作为一种常用的气体浓度检测技术,因其具有较好的环境适应性、选择性和较高的灵敏度,亦可发挥出水中溶存气体原位测量的潜力。为验证将TDLAS技术应用到海洋中溶存CO₂原位探测的可行性,将渗透膜脱气技术与实验室研发的TDLAS气体探测样机相结合,实现了海水中溶存CO₂的原位探测。为适应水下的复杂环境,样机整体被设计为铝合金密封舱结构,具有良好的密封性、耐压性与耐腐蚀性。激光光源采用中心波数位于4 990 cm-1的DFB激光器,其波数扫描范围为4 992～4 994.5 cm-1,可覆盖CO₂在4 992.51和4 993.74 cm-1的相邻两条吸收谱线。渗透膜采用具有优秀耐压性与透气性的Teflon AF-2400 X,可满足样机在深水区长期探测的目的。为兼顾较高探测灵敏度与较快响应速率双重指标要求,样机采用了一种小型化多次反射式气体吸收池,有效吸收光程可达8 m,内部仅需气体量24 mL,具有良好的吸收特性。在实验室对样机进行校正实验,使用样机对5种不同浓度(202.8×10-6,503×10-6,802×10-6,1 006×10-6和2 019×10-6)的标准CO₂气体进行测量,测量值与实际值的线性相关度R2高达99.94%,最大相对误差小于8%,减小了样机误差对测量值的影响。为评估样机长时间工作的稳定性,使用样机对浓度为802×10-6的标准CO₂气体进行了30 min的连续测量,平均测量浓度为802.6×10-6,其波动范围仅为10×10-6,样机精度约为0.5%,可满足水中溶存气体探测的要求。选取水深3米的近海码头进行试验,成功获得了24 h水中CO₂的典型吸收光谱及浓度时间序列测量结果,验证了样机水下工作的能力与稳定性。通过在东海海域五处不同深度的区域进行现场试验,成功获取溶存CO₂的典型吸收光谱,证明了结合渗透膜脱气技术的TDLAS探测样机在30 m以浅水域的工作适应性。     

Nylon and nylon blend nanotubes and nanorods

Nylon nanorods and nanotubes (200 nm diameter) were fabricated by the membrane wetting technique (solvent and melt wetting) from a range of nylons (6; 6,6; 6,9; 6,10; 6,12; 11; 12, 6(3)T) and nylon blended with different dyes (Nylon Cast Blue, Nylon 6/6 Black) or with molybdenum disulfide (Nylon cast MDS). The 65-μm long nylon nanotubes and nanorods were characterized by scanning electron microscopy. The nanoscale nylon 6,6 served as an effective high surface area alternative to a nylon membrane as a solid support in a chemiluminescent assay for nylon-bound biotinylated nucleic acids based on streptavidin- alkaline phosphatase and chemiluminescent detection of the bound alkaline phosphatase label with the dioxetane substrate, CDP-Star. Layer-by-layer deposition of the cationic polymer (Sapphire-II™; Tropix) onto the nylon 6,6 nanostructures prior to UV-cross-linking with biotinylated DNA resulted in further enhancement of binding and detection of biotinylated DNA.     

Miscibility studies of poly-p-phenylene terephthalamide/polyamide molecular composites

Miscibility characteristics of poly-p-phenylene terephthalamide (PPTA) with nylon 6, nylon 66, nylon 11, and nylon 12 have been examined by means of differential scanning calorimetry (DSC) and wide-angle X-ray diffraction (WAXD). Mixtures of PPTA/nylon 6, 66, 11, and 12 and amorphous nylon were prepared by coagulation in water from isotropic sulfuric acid solutions. The WAXD investigation shows the presence of small amounts of disordered crystals in the regenerated pure PPTA and to a lesser amount in the blends of PPTA/amorphous nylon or PPTA/aliphatic crystalline nylons. DSC studies show the melting point depression of nylon crystals. At low PPTA contents, a small melting point elevation occurs in nylon 6, presumably due to nucleation. The Flory-Huggins interaction parameter (χ) was subsequently calculated from the melting point depression of the nylons.     

Sensitization of polymeric track detectors with carbon dioxide

The effect of CO₂ on the sensitivity of polymeric track detectors was studied. It has been found that the sensitivity of SR-90 is dependent on the amount of CO₂ dissolved in the polymer at the time of etching. It has been also found that CR-39 can be sensitized to some extent with an aging in CO₂. Since the sensitization in CO₂ is possible even a long time after the irradiation, the mechanism of the latent track formation by CO₂ is quite different from that by O₂. This would be the key to achieve the long term stability of polymeric track detectors such as SR-90 and CR-39.     

植物叶绿素荧光对CO2反演精度的影响

大气散射效应作为CO₂反演的主要误差源,严重影响了大气CO₂卫星测量的反演精度。氧气在大气中含量稳定,大气CO₂反演方法中常利用氧气的这一特性进行散射校正,其中典型的有光子概率密度函数(PPDF)方法。然而,O₂ A吸收带的光辐射中存在的植物叶绿素荧光会在不同程度上影响PPDF因子的反演,进而限制了CO₂反演精度。由于植被荧光信号较弱,在以往CO₂反演中没有引起足够重视。在调研全球植被荧光分布的基础上,模拟分析了荧光对大气CO₂柱含量(XCO₂)的影响。模拟计算无气溶胶条件下,以及气溶胶和地表反照率两者综合条件下荧光的影响,结果显示,当不考虑气溶胶的影响,荧光强度从0.1增加到1.8(mW·m-2·sr-1·nm-1),会给CO₂的反演结果造成0.1~2 (10-6)的偏差;考虑气溶胶与地表反射率的影响时,会给CO₂的反演结果造成(0.1~3)×10-6的偏差。此研究表明,对于具有高精度需求的CO₂反演,植物叶绿素荧光是一个不可忽略的影响因素。     

Long-Term Hydrothermal Aging Behavior and Life-Time Prediction of Polyamide 6

The long-term hydrothermal aging behavior of polyamide 6 (PA6), with and without stabilizers at 100% relative humidity/90ºC was studied. It was found that the first stage of aging was the Fickian process and corresponded to the physical absorption of water until equilibrium, resulting in slight change of reduced viscosity and chemical structure of the sample of PA6. The second stage of aging was the initiation process of hydrolytic degradation of PA6, which resulted in a decrease of reduced viscosity and increase of end group content. In the final stage of aging, the relative weight gain (W_r) dropped, the reduced viscosity decreased monotonically, and end groups increased continuously, resulting from the hydrolysis of amido links and molecular degradation of PA6. The presence of four types of stabilizers effectively weakened the oxidation reaction and resulting molecular degradation of PA6 during aging. The lifetime of PA6 in a hydrothermal environment was predicted through a method based on the Arrhenius model by considering both temperature and humidity as environmental factors, and, furthermore, was predicted through the time–temperature superposition method.     

激光拉曼光谱法测定天然气组成标准研究

进行了天然气组成分析-激光拉曼光谱法标准化研究,探讨了激光拉曼天然气组成分析方法标准化的可行性。采用激光拉曼光谱进行天然气组成分析,无需将天然气中各组分分离便可实现多组分同步检测,减少分析时长,提高测量的实时性,实现快速分析,通过国内外激光拉曼天然气分析方法和标准的研究和实验,掌握了国内外激光拉曼天然气分析方法技术现状及发展方向,积累了激光拉曼天然气分析试验数据,结果表明激光拉曼天然气分析具有可快速检测(10 s)、连续记录和操作简单的优点,适用于天然气录井、井站、集气站原料气气质分析和天然气净化处理中过程控制中实时快速获取气质数据,建议制定激光拉曼光谱天然气分析方法标准,测量组分为CO₂,N₂,H₂S,CH₄,C₂H₆,C₃H₈,测量范围分别为：CH₄：75%~99.9%,C₂H₆：0.005%~20%,C₃H₈：0.005%~10%,H₂S：0.001 5%~10%,N₂：0.02%~10%,CO₂：0.01%~10%(上述浓度均为摩尔分数),为上游领域天然气勘探开发及过程控制服务。     

CO2在气体水合物结构特性的固体核磁共振波谱与拉曼光谱实验研究

天然气水合物是蕴含着巨大能源潜力的非常规能源,2017年和2020年两次我国南海探索性试采的成功,加快了天然气水合物项目的进展。二氧化碳置换开采法,既能开发CH₄,又能封存CO₂。同时水合物法分离烟气中CO₂具有很好的应用前景,而CO₂在气体水合物的微观结构和特性尚不明确,实际应用存在一定的未知影响。为了考察其特性,利用13C固体核磁技术（NMR）和拉曼光谱（Raman）进行CO₂置换CH₄水合物、合成13CO₂-H₂-CP混合水合物实验表征,讨论CO₂在水合物中的定量问题,研究CO₂分子在笼型结构中的分布,探讨CO₂分子在气体水合物中的结构类型和特性。结果表明：（1）利用Raman费米低频共振1 277.5 cm-1峰积分得到CO₂在I型大笼（51262笼）的占有率为0.978 2,CH₄在Ⅰ型小笼（512笼）和大笼（51262笼）的占有率为0.059 3和0.009 5,水合数7.61,Raman费米高频共振1 381.3 m-1峰积分得到CO₂在51262笼的占有率为0.984 3,CH₄在512笼和51262笼的占有率为0.023 7和0.003 3,水合数7.70,CO₂几乎占满了大笼,CO₂气体的加入会导致水合物中,CH₄的大、小笼占有率均大幅度降低,置换后水合数略低于纯甲烷水合物,未标记的CO₂水合物在核磁中较难测出信号,CO₂气体置换后CH₄在小笼的占有率仅0.097 5,大笼占有率为0.317 2,两种方法差异主要原因为核磁的CO₂未出峰。（2）利用拉曼费米低频共振1 273.4 cm-1峰积分得到H₂、CO₂在512笼、CP在51262的占有率分别为0.124 8,0.304 2和0.997 8,水合数9.16;Raman费米高频共振1 380.6 cm-1峰积分得到H₂、CO₂在512笼、CP在51262的占有率分别为0.123 6,0.577 1和0.985 1,水合数7.12。13C标记CO₂分子在水合物中达到较好的固体核磁分辨率,首次确认CO₂在Ⅱ型小笼中的化学位移为124.8 ppm,计算得到CO₂的小笼占有率为0.783 1,CP的大笼占有率为0.971 8,水合数6.70,Raman高频频费米共振峰（1 380.6 cm-1）定量计算与13C NMR结果更接近。（3）对CO₂的13C NMR化学位移进行了归属,并结合Raman与13C NMR的对比分析,为CO₂水合物的13C NMR研究和拉曼定量提供参考。     

High adsorption and separation performance ofCO2 over N2 in azo-based (N=N) pillar[6]arene supramolecular organic frameworks

Azo-based pillar[6]arene supramolecular organic frameworks are reported for CO₂ and N₂ adsorption and separation by density functional theory and grand canonical Monte-Carlo simulation. Azo-based pillar[6]arene provides suitable environment for CO₂ adsorption and selectivity. The adsorption and selectivity results show that introducing azo groups can effectively improve CO₂ adsorption and selectivity over N₂, and both CO₂ adsorption and CO₂ selectivity over N₂ follow the sequence pillar[6]arene_N4 > pillar[6]arene_N2 > pillar[6]arene. Pillar[6]arene_N4 exhibits CO₂ adsorption capacity of ～ 1.36 mmol/g, and superior selectivity of CO₂ over N₂ of ～ 116.75 with equal molar fraction at 1 bar (1 bar=10⁵ Pa) and 298 K. Interaction analysis confirms that both the Coulomb and van der Waals interactions between CO₂ with pillar[6]arene frameworks are greater than that of N₂. The stronger affinity of CO₂ with pillar[6]arene_N4 than other structures and the larger isosteric heat differences between CO₂ and N₂ rendered pillar[6]arene_N4 to present the high CO₂ adsorption capacity and high CO₂ selectivity over N₂. Our results highlight the potential of azo-functionalization as an excellent means to improve pillar[6]arene for CO₂ capture and separation.     

氯化钙对尼龙6无定形转变过程的在位红外研究

采用在位红外分析、X射线衍射方法研究了氯化钙对尼龙 6结晶的影响。结果表明 ,随尼龙 6中氯化钙含量的增加 ,尼龙 6的结晶度逐渐减小直至变为无定形态。由于氢键作用使尼龙 6分子链规整排列产生结晶 ,因此文章通过在位红外光谱方法研究了尼龙 6 /氯化钙复合材料中与氢键相关的胺基、酰胺Ⅰ带和酰胺Ⅱ带随温度及氯化钙含量的变化情况 ,证实了钙离子能通过与尼龙 6分子链上的羰基发生配位作用 ,插入尼龙 6分子链 ,破坏尼龙 6的氢键 ,降低了尼龙 6分子链的规整排列 ,使尼龙 6的结晶度减小 ,最终使尼龙 6由结晶态转变为无定形态