Journal of Zhejiang University

Current Issue: <JZUS-A>

Journal of Zhejiang University-SCIENCE A (Applied Physics & Engineering)

ISSNs 1673-565X (Print); 1862-1775 (Online); CN 33-1236/O4; started in 2000,Monthly.

JZUS-A is a peer-reviewed physical and engineering journal, indexed by SCI-E, Ei Compendex, INSPEC, CA, SA, JST, AJ, ZM, CABI, ZR, CSA, etc. It mainly covers research in Applied Physics, Mechanical and Civil Engineering, Environmental Science and Energy, Materials Science and Chemical Engineering, etc.

Impact factor: 0.408 (2011), 0.527 (2012), 0.608 (2013), 0.882 (2014), 0.941 (2015), 1.214 (2016), 1.215 (2017), 1.369 (2018).

Journal of Zhejiang University SCIENCE A

ISSN 1673-565X(Print), 1862-1775(Online), Monthly

2018 Vol.19 No.1 P.1-94

<<< CONTENTS >>>

Special Issue: Air Pollution Control and Air Quality Management

Guest Editor-in-Chief: Xiang GAO

Editorial

Editorial: Air pollution control for a green future

Xiang Gao, Cheng-hang Zheng

DOI: 10.1631/jzus.A17EU001 Downloaded: 2188 Clicked: 4039 Cited: 0 Commented: 0(p.1-4) <Full Text>

Chinese summary <47> 大气污染治理助推绿色发展

概要:化石燃料尤其是煤炭利用过程中排放的二氧化硫、氮氧化物、颗粒物和重金属等污染物以及二氧化碳等温室气体已引起国内外的广泛关注,并已成为能源环境领域的研究热点.近几年,国内外在烟气污染物控制以及CO₂捕集和利用方面取得了显著的进展.然而如何进一步提高污染物的脱除效率、如何实现多污染物高效协同脱除以及如何实现污染物的资源化利用等方面尚需进一步研究;如何实现CO₂的资源化和循环利用也得到国际上的普遍关注,亟需基础研究支撑技术突破.本专辑收集了在该研究领域具有影响力的研究人员的最新研究成果和观点,介绍了该领域的最新研究进展,希望能帮助读者了解相关研究工作并促进研究人员开展讨论,推进该领域的基础研究和技术创新,为实现能源消费清洁化、低碳化和绿色化提供科学和技术支撑.

关键词组：化石燃料;大气污染物;二氧化碳;绿色化

Reviews

Review: Designing Pd-based supported bimetallic catalysts for environmental applications

Ewa Nowicka, Meenakshisundaram Sankar

DOI: 10.1631/jzus.A1700257 Downloaded: 2723 Clicked: 3282 Cited: 1 Commented: 0(p.5-20) <Full Text> <PPT> 1683

Chinese summary <39> 负载型Pd基双金属催化剂的设计及其在环境领域的应用

概要:负载型双金属催化剂在很多催化反应中都有着十分重要的意义,包括选择性氧化、加氢/氢解、重整、生物质转化等反应.这一类催化剂的活性、选择性和稳定性取决于颗粒尺寸、组成和形貌等结构特性.针对Pd基负载型双金属催化剂体系,本文讨论了其结构特性,并探讨了不同合成方法对结构性质的调控机制.同时,本文阐述了Pd基催化剂在环境催化反应中的应用,包括CO氧化、烃类氧化、加氢脱氯和NO_x分解等反应.尽管在这些领域的研究取得了一定的进展,然而还需要更先进的催化技术来应对一些重大的挑战,如环境修复等.最近,在材料、光谱、显微、催化化学以及工程领域的研究人员的共同努力下,通过先进表征方法、机理研究手段的采用以及构效关系的研究,针对双金属催化剂设计的研究取得了一些新的进展.本篇综述旨在激励相关领域科学家设计合理的新型催化剂体系,以用于未来的绿色及可持续发展.

关键词组：钯;钯合金;双金属催化剂;环境领域的应用

Review: Recent advances in dust collection technology and ISO standardization in bag filtration

Cheng-hang Zheng, Chikao Kanaoka

DOI: 10.1631/jzus.A1700072 Downloaded: 4033 Clicked: 4441 Cited: 1 Commented: 0(p.21-33) <Full Text>

Chinese summary <35> 除尘技术研究进展和袋式除尘ISO标准

目的:分析当前最新的针对烟气中颗粒物的高效脱除技术,包括静电除尘和袋式除尘的提效方法、原理以及所能达到的效果等;对研究现状进行评述和对未来发展做出展望,并介绍袋式除尘的相关ISO标准.
创新点:1. 总结了各参数对静电除尘器(包括低低温静电除尘、高温静电除尘和湿式静电除尘等)除尘效率的影响;2. 分析比较了不同结构形式的滤袋并总结了适应更高过滤要求的新型过滤材料.
方法:1. 通过数据分析,比较不同粒径、比电阻和温度对静电除尘器除尘效率的影响,并提出相关改进措施;2. 比较不同形式滤袋的收尘特点,结合ISO标准和当前工业需求,对袋式除尘进行展望.
结论:1. 为保证除尘效率,对于不同特性的粉尘,可采取不同形式的静电除尘器增效技术;2. 为满足更高的过滤要求,在袋式除尘器方面,急需开发新型过滤材料和优化清灰技术,以适应更高的温度和满足更高的清灰要求.

关键词组：除尘;静电除尘器;滤袋;ISO标准

Articles

Filtration of micro-particles within multi-fiber arrays by adhesive DEM-CFD simulation

Ran Tao, Meng-meng Yang, Shui-qing Li

DOI: 10.1631/jzus.A1700156 Downloaded: 3072 Clicked: 5130 Cited: 1 Commented: 0(p.34-44) <Full Text> <PPT> 1965

Chinese summary <37> 离散元-计算流体动力学耦合方法模拟多纤维阵列过滤微米级颗粒

目的:微米细颗粒在不同纤维排列所组成的滤料中的沉积和穿透行为仍然缺少研究.本文通过离散元-计算流体动力学耦合(DEM-CFD)双向耦合方法,研究前加密、后加密以及规则错列阵列纤维在过滤压降和捕捉效率方面的特性.
创新点:1. 使用DEM-CFD流固双向耦合方法,建立了适用于多纤维阵列过滤微米颗粒的数值模拟方法;2. 得到并对比了不同排列形式的过滤压降和捕捉效率.
方法:1. 通过数值模拟,得到顺列和错列排布纤维的过滤压降及捕捉效率(图2和3、表2);2. 通过数值模拟,分析前加密、后加密错列排布纤维与规则错列排列纤维的优劣(图6和7),并得出颗粒在滤料中的沉积分布(图8).
结论:1. 错列纤维比顺列纤维提前进入堵塞期,在沉积相同颗粒数时具有更低的压降,且在清洁滤料期具有更高的捕捉效率;2. 前加密错列排布比后加密错列排布更早进入堵塞期,且总体穿透颗粒数量更少;3. 前加密错列排布适用于工业滤料,而后加密错列排布适用于一次性个人防护用品.

关键词组：滤料过滤;纤维阵列;错列;离散元方法

Effect of relative humidity on non-refractory submicron aerosol evolution during summertime in Hangzhou, China

Ling-hong Chen, Biao Lv, Xian-jue Zheng, Kang-wei Li, Jian-dong Shen, Kai-ji Bao, Xue-cheng Wu, Cheng-hang Zheng, Fang Ying, Xiang Gao, Ke-fa Cen

DOI: 10.1631/jzus.A1700567 Downloaded: 2326 Clicked: 3714 Cited: 1 Commented: 0(p.45-59) <Full Text> <PPT> 1852

Chinese summary <34> 中国杭州夏季相对湿度对难溶性的亚微米级气溶胶演化的影响

目的:研究湿度对气溶胶的影响.
创新点:首次研究气溶胶中铵盐的存在形式,为研究相对湿度对大气中气溶胶的影响做了补充.
方法:1. 利用高分辨飞行时间气溶胶质谱仪采集的外场数据分析各组分时序浓度和粒径分布,并通过正矩阵因数分解模型进行来源解析.2. 通过研究各种物质和解析的因子随湿度的变化,探讨湿度对气溶胶演化的影响.3. 通过相关性处理探究铵在气溶胶中的存在形式.
结论:在相对湿度大于60%时,湿祛除效应对有机物中的二次有机气溶胶及硫酸盐的影响较大,而硝酸盐受液相反应生成作用影响更大.湿度从低到高时,气溶胶中铵的存在形式由硫酸铵向硝酸铵过渡.

关键词组：相对湿度;气溶胶组成;粒径分布;湿法去除;液相反应

Density functional theory study of the adsorption of elemental mercury on a 1T-MoS₂ monolayer

Xue-liang Mu, Xiang Gao, Hai-tao Zhao, Michael George, Tao Wu

DOI: 10.1631/jzus.A1700079 Downloaded: 2266 Clicked: 4153 Cited: 1 Commented: 0(p.60-67) <Full Text> <PPT> 1794

Chinese summary <32> 关于单层1T-MoS₂吸附元素汞的密度泛函理论研究

目的:探索1T-MoS₂(多型结构的二硫化钼)的除汞机制.
方法:1. 采用密度泛函理论(DFT)分析Hg⁰在1T-MoS₂单层上的吸附机理.2. 考察1T-MoS₂的不同吸附位置.3. 对不同的吸附构型,研究电子吸附前后的变化,从而进一步了解吸附过程.
结论:1. 化学吸附是Hg原子与1T-MoS₂单层吸附的主导因素.同时,在所有可能的吸附位置中,T_Mo(在钼原子上方)的位置是最强烈的吸附构型.2. 汞(Hg)原子在1T-MoS₂单层上的吸附受邻近的硫(S)和钼(Mo)原子的影响.3. 吸附的汞(Hg)原子在1T-MoS₂的T_Mo位置上会被氧化,其吸附能为−1.091 eV.4. 从局部态密度(PDOS)分析来看,Hg原子和1T-MoS₂表面之间的相互作用是由汞(Hg)原子的d轨道与硫(S)原子的s轨道及钼(Mo)原子的p轨道和d轨道重叠所致.

关键词组：单层1T-MoS₂;汞捕捉;吸附机制;密度泛函理论(DFT)

Co-benefit of hazardous trace elements capture in dust removal devices of ultra-low emission coal-fired power plants

Cheng-hang Zheng, Li Wang, Yong-xin Zhang, Wei-guo Weng, Hai-tao Zhao, Jin-song Zhou, Xiang Gao

DOI: 10.1631/jzus.A1700229 Downloaded: 2511 Clicked: 4756 Cited: 1 Commented: 0(p.68-79) <Full Text> <PPT> 2056

Chinese summary <30> 超低排放电厂除尘器对痕量重金属的控制作用

目的:燃煤过程中释放的痕量重金属迁移到大气中会对人体造成很大的危害.除尘器在脱除颗粒物的同时可以协同脱除重金属,研究超低排放除尘器对重金属的控制作用效果和影响因素,可以得到提升脱除重金属效率的手段和方法,利于实现燃煤电厂重金属的超低排放.
方法:1. 通过测试方法检测出重金属在煤、飞灰和底灰当中的绝对含量;2. 通过分析重金属在飞灰和底灰中占总输入量的比例,得到三种类型除尘器对重金属的脱除效果;3. 通过皮尔森相关性系数和灰色关联模型分析各影响因素对重金属在飞灰当中富集的影响作用大小.
结论:1. 低温电除尘器和电袋除尘器对于汞、砷和硒的脱除效果明显大于常规电除尘器;2. 电除尘器的入口烟气温度越低,汞、砷和硒在除尘器中的脱除效果越好;3. 煤中的硫含量对重金属在飞灰当中的吸附作用影响明显,其含量越高越不利于重金属的吸附;4. 与其他影响因素相比,飞灰当中的铁氧化物和钙氧化物对重金属在飞灰当中吸附的促进作用较为有限.

关键词组：超低排放;除尘器;重金属;影响因素

Conversion of CO₂ to useful substances with composite iron, nickel, and copper catalysts

Takashi Sagawa

DOI: 10.1631/jzus.A1700056 Downloaded: 2571 Clicked: 4377 Cited: 1 Commented: 0(p.80-85) <Full Text> <PPT> 2030

Chinese summary <31> 复合铁、镍、铜催化剂用于二氧化碳的资源化

目的:1. 对现有的CO₂重整系统中铁系催化剂进行改进以期获得更高的产率和产物选择性;2. 实现反应体系中催化剂的高效回收以延长反应体系的可持续性.
创新点:1. 开发复合铁、镍、铜催化剂用于水煤气变换反应,获得了更高的产物选择性;2. 提高了CO₂重整体系在常压条件下液态烃类的产率.
方法:1. 由核心沉淀法制得复合铁/氧化铝催化剂;2. 在固定床反应器中进行CO₂重整反应.
结论:1. 干、湿条件下的CO₂重整过程产生相同数量的CO;当温度高于500 °C时,CO的产率达到饱和.2. 采用镍作为铁催化剂助剂时,CO的选择性从85%降低到76%,但是产物中可检出9%的甲烷.3. 采用铜作为铁催化剂助剂时,尽管CO₂的转化率降低了一半,然而CO的选择性提高到了95%.

关键词组：铁催化剂;二氧化碳减排;水煤气变换;甲醇合成

In-situ characterization of gas-liquid precipitation reaction in a spray using rainbow refractometry

Xue-cheng Wu, Can Li, Jian-zheng Cao, Yong-xin Zhang, Ling-hong Chen, Gerard Gr�han, Ke-fa Cen

DOI: 10.1631/jzus.A1700240 Downloaded: 2604 Clicked: 4655 Cited: 1 Commented: 0(p.86-94) <Full Text> <PPT> 1864

Chinese summary <35> 彩虹折射法对喷雾气液沉淀反应的原位表征

目的:喷雾气液吸收化学反应广泛存在于能源、化学和环境工程中.比如在能源环境领域,湿法烟气脱硫(WFGD)中的碱性喷雾吸收脱除气体污染物,乙醇胺(MEA)吸收脱除CO₂酸性气体.对这类反应的表征,有利于控制和改善污染物脱除效率.本文尝试利用气液吸收沉淀反应过程中液滴折射率的变化来原位表征反应进程.
创新点:1. 基于彩虹折射法,首次对气液吸收沉淀反应的原位表征进行探究;2. 通过若干实验和详细的传热计算分析,成功验证了其可行性和有效性.
方法:1. 通过与Abbe折射仪对比,确定全场彩虹测量的准确性(图3和公式(5));2. 搭建全局彩虹技术(GRT)测量系统进行喷雾测量实验(图2),并记录反应过程中的彩虹图像和离线采样液滴用于显微分析(图4和5);3. 对涉及到的气液吸收沉淀反应进行传热计算和分析(公式(7)~(13)).
结论:1. 初步表明了利用溶液折射率表征Ca(OH)₂质量分数的可行性.2. 实验结果表明GRT的测量结果精确;反应后液滴折射率减少并趋向于水,反应进程可体现在彩虹角(即折射率)的变化上.3. 不同浓度Ba(OH)₂吸收CO₂的反应进一步证明了该方法原位表征气液吸收沉淀反应的可行性.4. 反应的传热计算和分析表明反应热所造成的温度升高可以忽略,验证了该方法的有效性.

关键词组：彩虹折射法;原位表征;折射率;气液吸收沉淀反应