2020年, 第8卷, 第3期　
刊出日期：2020-06-30

  

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  我国生物燃料乙醇产业新进展

  林海龙, 林鑫, 岳国君

  新能源进展. 2020, 8(3): 165-171. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2020.03.001

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  燃料乙醇产业发展近20年来,为支持国家三农事业、改善大气环境、减少原油进口做出多重贡献。近年来,在国家政策推动下,我国生物燃料乙醇产业引起各界高度关注。产业链相关的生产企业、科研机构、石化和汽车行业等从不同视角做了大量实践和研究。本文从生物燃料乙醇技术进步、炼油产业的关联效应、对汽车行业的影响三方面进行概述,分析当前发展生物燃料乙醇产业呈现的新趋势。技术进步方面,从研究到生产实际,已更多地着眼于开发多种原料灵活加工的方式,构建新的产品结构,并采用技术手段降低过程能耗、发掘净能量提升空间、降低生产成本,开辟纤维素乙醇技术的新途径;此外,在产品转化率的科学评价方式、建立可持续综合效益评估模型以及设计新型对称双阴极结构解决乙醇燃料电池稳定性问题有更深入的研究。炼油产业关联效应方面,大量研究分析了油品升级、乙醇的加入对尾气污染物排放的影响;而燃料乙醇对炼油行业的影响涉及油库的改造、对组分油品质的要求、产品结构优化等诸多层面。汽车行业对新燃料系统的关注度也在不断提高,在乙醇汽油的燃烧效率、喷射策略和非常规污染物排放控制等方面有新的方案和比较。整体产业链的研发活力不断加强,正带动产业向着高质量方向发展。
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  基于EPR检测技术的香兰素热解机理研究

  李国翔, 骆仲泱, 周庆国, 孙浩然

  新能源进展. 2020, 8(3): 172-177. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2020.03.002

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  采用香兰素为木质素模型化合物,结合电子顺磁共振技术（EPR）以检测其热解反应的中间产物,通过确定中间产物的变化规律论证香兰素的热解机理及热解的反应路径。结果表明,对于香兰素而言,原位检测得到结焦中间产物的前驱体和一大部分稳定的碳自由基,而冷阱-捕获到的自由基主要为苯甲酰自由基、甲基自由基、OH自由基和H自由基。证明了香兰素的热解反应过程中存在自由基反应,同时也确认并提出了香兰素热解的反应路径。
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  铁酸铜尖晶石催化甲醛氧化的性能研究

  丁俊彦, 刘晶, 杨应举, 王震

  新能源进展. 2020, 8(3): 178-183. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2020.03.003

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  通过溶胶-凝胶-自蔓延燃烧法制备了系列Cu_xFe_3-xO₄尖晶石催化剂。采用XRD和XPS表征方法对催化剂晶相结构及表面元素价态进行了分析,考察了Cu_xFe_3-xO₄催化甲醛的氧化效率。采用密度泛函理论探究了甲醛吸附在CuFe₂O₄表面的最稳定构型和吸附机理。结果表明,Cu_xFe_3-xO₄催化剂主要由Cu-Fe尖晶石相和部分CuO、Fe₂O₃相组成。Cu_0.5Fe_2.5O₄催化甲醛氧化效率最佳,在温度高于250℃时氧化效率达到90%以上。甲醛在CuFe₂O₄(100)表面的吸附属于化学吸附,吸附能为 -107.15 kJ/mol。
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  污泥基生物炭的制备及其作为污泥调理剂的可行性探究

  吴佳欢, 鲁涛, 袁浩然, 陈勇

  新能源进展. 2020, 8(3): 184-191. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2020.03.004

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  基于污泥资源化利用需求,选用市政污泥制备污泥基生物炭,通过冷场扫描电镜（SEM）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）及氮吸附比表面积分析仪对其进行物化性质表征。结果显示：当污泥和浓硫酸按照1∶2比例活化时制备得到的生物炭比表面积最大,但弱酸或强碱弱酸盐有利于提高活化后污泥基生物炭官能团种类。此外,将污泥基生物炭作为活性污泥调节剂,对其可行性进行了探究,采用沉降性能、过滤性能和脱水性能作为调理后活性污泥脱水性能评价指标。结果表明：在CO₂氛围下制备的污泥基生物炭调理后,活性污泥脱水性能最好,泥饼含水率仅为50%,满足单独焚烧用泥质和卫生填埋对泥饼含水率的要求,显示出污泥基生物炭用作污泥调理剂具有良好的可行性。
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  Rb掺杂Li₄Ti₅O₁₂作为锂离子电池负极材料的合成及电化学性能

  SMOLIANOVAInna, 张聪聪, 赵欣悦, 张灵志

  新能源进展. 2020, 8(3): 192-199. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2020.03.005

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  合成了不同Rb掺杂量的钛酸锂（Li_4-xRb_xTi₅O₁₂; x = 0.010, 0.015, 0.020）作为锂离子电池的负极材料。测试结果显示,Rb离子掺杂有效增强了钛酸锂的电子电导率。相同的测试条件下,相比于未掺杂样品和高Rb含量掺杂样品（x = 0.015, 0.020）,适量的Rb掺杂钛酸锂（Li_3.99Rb_0.01Ti₅O₁₂; x = 0.010）表现出最优的电化学性能。Li_3.99Rb_0.01Ti₅O₁₂材料表现出161.2 mA∙h/g的初始容量,且在1 C下经过1000次循环后容量保持率可达90.9%。此外,全电池Li_3.99Rb_0.01Ti₅O₁₂ // LiFePO₄在0.5 C条件下首次放电容量为144 mA∙h/g,经过150次循环后,容量保持率为78.8%。
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  生物质气化工艺废水特征及预处理实验研究

  谢建军, 陈程远, 杨文申, 郎林

  新能源进展. 2020, 8(3): 200-206. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2020.03.006

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  对生物质气化中试现场产生的废水进行了水质及水量特征分析,针对生物质气化工艺废水固体颗粒含量高、有机物浓度高、难生化降解、废水增量少的特点,采取减压蒸馏及芬顿氧化对生物质气化废水进行预处理。实验结果表明,在85 ~ 90℃、真空度 -0.07 ~ -0.095 MPa减压蒸馏条件下,废水COD、NH₄-N脱除率分别为74.38%、94.46%;在Fe²⁺-H₂O₂体系中,考察了H₂O₂与废水质量比、H₂O₂与Fe²⁺摩尔比、反应时间、H₂O₂浓度对COD、NH₄-N、TOC、TN等的影响,当H₂O₂与废水质量比为8.40%时,可将减压蒸馏蒸出液COD从2.05 × 10⁴ mg/L降至4.11 × 10³ mg/L,NH₄⁺-N从143 mg/L降至11.1 mg/L。
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  蒸汽再压缩技术研究现状与发展趋势

  张建军, 李帅旗, 陈永珍, 黎华玲, 陈小强, 冯自平

  新能源进展. 2020, 8(3): 207-215. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2020.03.007

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  干燥、浓缩等高能耗工序在消耗大量高压蒸汽的同时产生大量乏汽,这些乏汽因温度、压力过低无法被直接利用而排放,造成大量蒸汽潜热浪费。本文对可用来充分回收乏汽汽化潜热、提高系统热效率的蒸汽再压缩技术进行了介绍。经过蒸汽再压缩系统压缩后,乏汽的压力与温度同时被升高重返生产工艺,实现乏汽汽化潜热充分回收利用。首先对生产过程中不同蒸发方式的特点和不足进行了比较,如单效蒸发、多效蒸发及多效闪蒸等蒸汽利用技术;然后分析了实现乏汽升压的不同方法包括热力蒸汽升压技术和机械式蒸汽升压技术的应用现状及优缺点。对机械蒸汽再压缩（MVR）技术进行了详细介绍,在比较离心式蒸汽压缩、罗茨式蒸汽压缩和螺杆式蒸汽再压缩技术的基础上,详细分析了螺杆式蒸汽再压缩技术在蒸汽再压缩领域的应用及发展趋势。最后,简要介绍了蒸汽压缩技术在制冷、热泵领域的应用前景及蒸汽再压缩技术在干燥与浓缩等领域的应用概况,着重介绍了MVR技术在浓缩、干燥、海水淡化等领域的应用情况及节能改造措施。指出了未来蒸汽再压缩技术的发展趋势。
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  层状富镍过渡金属氧化物正极材料衰减机理研究进展

  殷志刚, 王静, 曹敏花

  新能源进展. 2020, 8(3): 216-226. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2020.03.008

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  层状富镍过渡金属氧化物正极材料因具有比容量高、价格低廉以及对环境友好等特性而受到广泛关注,并已在产品中应用。但其本身固有的一些缺陷,如在循环过程中结构稳定性较差、高温循环衰减过快、导电系数较低及储存性能不佳等,极大地限制了其在各个领域的广泛应用。本文对近年来高镍层状过渡金属氧化物正极材料在循环过程中容量衰减有关机理进行概括总结,并针对不同衰减机理给出简要改进方法。
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  海洋天然气水合物开发产能及出砂研究

  卢静生, 李栋梁, 何勇, 史伶俐, 梁德青, 熊友明

  新能源进展. 2020, 8(3): 227-233. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2020.03.009

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  海洋天然气水合物多分布在深水非成岩储层,其开采过程中易出现泥砂运移（出砂）的情况且难以避免,然而出砂条件下的水合物产能估算偏差较大。本文通过室内海洋水合物降压开采出砂实验数据和海洋水合物试采公开资料,首次推导了出砂条件下现场尺度海洋水合物储层产能情况：在相当于1 200 m水深覆压、30.5 m厚的水合物细砂储层和7寸垂直井不防砂的情况下,得到最大产气速率4.63 ~ 14.1 m³/s,折合40.01×10⁴ ~ 121.84×10⁴ m³/d,综合出砂率0.16% ~ 10.74%;泥质储层在不防砂垂直井和水平井单个半径12 mm射孔下,其最大产气速率达到79.95×10⁴ m³/d和170 m³/d,但其综合出砂率是灾难性的。由于时空限制,产气速率、综合产能和出砂率还有很大提升空间,在平衡综合出砂率（控砂精度）和产气效率（产能）的情况下,有望达到产业化规模。本研究为合理估算出砂条件下的海洋天然气水合物产能提供支撑。
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  多极子局域表面等离子体共振吸收体的制备和光热性能研究

  王海龙, 刘曼

  新能源进展. 2020, 8(3): 234-244. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2020.03.010

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  贵金属纳米材料的局域表面等离子体共振（localized surface plasmon resonance, LSPR）在入射光辐照时,形成强大的高温热点（hot-spots）,驱动周围介质快速发生汽化相变,快速产生高温光热蒸汽。LSPR吸收体的光学特性具有形貌依存性,LSPR吸收体的吸收光谱在紫外-可见-近红外光内可大范围调控,但单一形貌的LSPR吸收体的吸收光谱覆盖范围有限,影响其光热转换效率,改进和拓宽吸收体的吸收光谱一直是光热领域的难题。纳米簇、自组装等组合体和核壳等复合体形成的耦合增益效应,可以增强LSPR吸收强度或拓宽吸收范围。本文通过改进核壳的制备方法,首先在核表面负载Ag纳米晶作为壳层的生长基点,再通过外延生长形成非连续壳层,壳层的临近纳米晶产生耦合增益效应,形成多极子等离子体共振吸收峰,实现单个吸收体的多个吸收峰特性,拓宽吸收体的吸收光谱,为改进单个吸收体的光吸收体特性提供了一种可行策略。多极子共振吸收体的综合光热性能优异,室外光热实验表明,多极子共振吸收体可快速、高效产生高温过热蒸汽,同时宽吸收范围的多极子共振吸收体可高效俘获低能量密度的太阳光,日均综合光热性能优异,日均光热转换效率达65%以上。
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  双酸改性对低品位凹凸棒石吸附性能和白度的影响

  彭芬, 胡安, 张海荣, 郭海军, 姚时苗, 熊莲, 陈新德

  新能源进展. 2020, 8(3): 245-250. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-560X.2020.03.011

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  以低品位凹凸棒石为原料,采用双酸活化法,对原料及酸改性样品进行了SEM、XRD、XRF、BET表征及分析,以其对大豆油的脱色率为性能评价,探讨了双酸改性对低品位凹凸棒石吸附性能和白度的影响规律。研究表明,低品位凹凸棒石的改性方法采用双酸活化法——先硫酸酸化再盐酸酸化,得到的样品对大豆油的脱色率为76.83%,达到国家标准值,白度也较高,为71.8%。低品位凹凸棒石原矿中含钙物质的杂质较多,硫酸改性后吸附性能没有得到明显提高,可能是由于微溶的硫酸钙残留在样品表面或孔隙中。此外,低品位凹凸棒石及酸改性样品对大豆油除了物理吸附外,还存在一定的化学吸附。