异丙醇-丙酮-氢气化学热泵系统反应选择性调控的多尺度耦合研究

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基本信息

  • 批准号：
    21306192
  • 项目类别：
    青年科学基金项目
  • 资助金额：
    25.0万
  • 负责人：
    许闽
  • 依托单位：
    中国科学院工程热物理研究所
  • 学科分类：
    B0803.反应工程
  • 结题年份：
    2016
  • 批准年份：
    2013
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2014-01-01 至2016-12-31

项目摘要

Based on a reversible endothermic and exothermic reaction couple, the isopropanol-acetone-hydrogen chemical heat pump(IAH-CHP) can upgrade the low-level thermal energy, which is a promising process because of its advantages such as high upgrading temperature, possibility of energy storage, and low hazard.The exceptionally high selectivity to the appointed products are required for the application of the IAH-CHP system.To our best knowledge,however,the report on selectivities for the IAH-CHP system is rare. In this work, the experimental and numerical simulation study on the reaction pathways for the by-products and the regulation mechanisms of the reaction selectivity will be performed. Based on the reliable experimental study and quantitative detection, the multi-scale models of the endothermic and exothermic reactor, which begin with the molecular-scale study, will be developed step by step. Thus the heat and mass transfer as well as the performances of the selectivities in the endothermic and exothermic reactor will be investigated, and the synergistic and coupling effect of the different scales as well as their influences on selectivities will be revealed. At last, the effective measures to improve selectivities for the IAH-CHP system will be acquired. All these investigations will provide theoretical guidance and technical support for the optimal design, process control and operation of the IAH-CHP system.
异丙醇-丙酮-氢气化学热泵利用可逆的吸/放热反应，将低温余热以化学能的形式回收并在高温下放出，可以实现余热品位提升，它具有温度适应范围宽、温度提升能力高、具备能量储存功能等优点，具有广阔的应用前景。但该热泵系统对反应选择性要求苛刻，而目前针对化学热泵系统反应选择性的研究鲜有报道。本项目拟采用实验与理论相结合的方法，对化学热泵系统中反应副产物的产生机理和反应选择性的控制机制进行系统深入研究。在可靠实验研究与定量检测的基础上，从分子尺度开始逐级递进地建立多尺度耦合的反应器数学模型，系统研究异丙醇-丙酮-氢气化学热泵系统中热质传递与反应特性，深刻揭示不同尺度上的协同与耦合效应及其对反应选择性的影响规律，得出提高反应选择性的有效措施与方法，为化学热泵系统的优化设计、控制及运行提供重要理论依据与关键技术支撑。

结项摘要

异丙醇-丙酮-氢气化学热泵利用可逆的吸/放热反应，将低温余热以化学能的形式回收并在高温下放出，可以实现余热品位提升，它具有温度适应范围宽、温度提升能力高、具备能量储存功能等优点，具有广阔的应用前景。本项目针对异丙醇-丙酮-氢气化学热泵系统中反应选择性调控的关键基础科学问题，通过多尺度耦合的实验与理论研究揭示反应选择性的影响因素与调控方法。在分子尺度上揭示了反应副产物的生成路径，指出了丙酮在催化剂表面的烯醇异构是产生副产物的主要源头，提出采用铂铜合金催化剂可以有效抑制副产物的生成，并实验制备出了泡沫状铂铜纳米颗粒，获得了异丙醇脱氢和丙酮加氢反应动力学方程。在催化剂颗粒尺度上，建立了颗粒尺度上反应传递模型，研究了颗粒内扩散对反应选择性的影响规律，为催化剂颗粒的设计提供了指导。在反应器尺度上，建立了催化剂颗粒随机填充的反应器床层模型，详细分析了其中热质传递及其与化学反应的耦合协同机制，并提出了反应精馏、超声波强化和多级串联放热反应器等方法强化反应器及化学热泵系统性能。最终在以上研究的基础上建成了异丙醇-丙酮-氢气化学热泵系统小型样机，经试验测试在多次循环过程中，均未发现副产物的产生，为该体系化学热泵的工业应用奠定了基础，也为其他体系热化学利用过程提供了可借鉴的研究方法。

项目成果

期刊论文数量（9）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（0）
专利数量（0）
Role of Keto-Enol Isomerization on Surface Chemistry and Hydrogenation of Acetone on Pt(111): A DFT study
酮-烯醇异构化对表面化学和丙酮在 Pt(111) 上氢化的作用：DFT 研究
  • DOI：
    10.1021/ie404080x
  • 发表时间：
    2014-04-02
  • 期刊：
    INDUSTRIAL & ENGINEERING CHEMISTRY RESEARCH
  • 影响因子：
    4.2
  • 作者：
    Xu, Min;Huai, Xiu-Lan;Liu, Hui
  • 通讯作者：
    Liu, Hui
Ultrasound-assisted synthesis and characterization of ultrathin copper nanowhiskers
超薄铜纳米晶须的超声辅助合成与表征
  • DOI：
    10.1016/j.matlet.2015.08.092
  • 发表时间：
    2015-12
  • 期刊：
    Materials Letters
  • 影响因子：
    3
  • 作者：
    Min Xu;Wenping Peng;Jun Cai;Xunfeng Li;Zhigang Liu;Xiulan Huai
  • 通讯作者：
    Xiulan Huai
Performance evaluation of oscillating flow regenerators filled with particles, wire screens and high porosity open-cell foams
填充颗粒、丝网和高孔隙率开孔泡沫的振荡流再生器的性能评估
  • DOI：
    10.1016/j.applthermaleng.2016.10.125
  • 发表时间：
    2017-02
  • 期刊：
    Applied Thermal Engineering
  • 影响因子：
    6.4
  • 作者：
    Peng Wenping;Xu Min;Huai Xiulan
  • 通讯作者：
    Huai Xiulan
CFD study on thermal transport in open-cell metal foams with and without a washcoat: Effective thermal conductivity and gas-solid interfacial heat transfer
有或没有涂层的开孔金属泡沫热传输的 CFD 研究：有效导热率和气固界面传热
  • DOI：
    10.1016/j.ces.2016.12.006
  • 发表时间：
    2017-04
  • 期刊：
    Chemical Engineering Science
  • 影响因子：
    4.7
  • 作者：
    Peng Wenping;Xu Min;Huai xiulan
  • 通讯作者：
    Huai xiulan

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  • 通讯作者：
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  • 作者：
    黄彩凤;许闽;淮秀兰
  • 通讯作者：
    淮秀兰

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课题项目：调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要：

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题，其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子，其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而，TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用，影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法，探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用，为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义，并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路：

科学问题：TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达？
前期研究：已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应，但其具体机制尚不明确。
研究创新点：本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线：包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术：TRIM2与病毒RNA的相互作用分析，IFN-β启动子活性检测。
实验模型：使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
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