来源:Processes 发布时间:2022/1/26 18:24:24
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Processes主编推荐文章系列 (二) | MDPI 编辑荐读

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Processes期刊发表的原创理论性和实验性研究成果涉及化学、生物、材料、能源、环境、食品、制药、制造及相关工程领域,旨在为广大研究学者提供一个开阔的交流平台。为此,Processes编辑部荟萃了6篇“主编推荐文章”,与读者分享相关领域的研究进展。

本期文章荐读,主题涉及生物聚合物合成模型、无铝炼钢、生物质气化、酸性气体吸附剂合成、冷冻干燥以及超声纳米乳化法合成纳米颗粒过程工艺设计及参数优化,希望为相关领域的学者提供新的研究思路和参考。

文章推荐

1. Advanced Kinetic Modeling of Bio-co-polymer Poly (3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate) Production Using Fructose and Propionate as Carbon Sources

以果糖和丙酸为碳源生成生物聚合物 (PHBV) 的先进动力学模型

Stefanie Duvigneau et al.

DOI:10.3390/pr9081260

图1. 二氧化碳排放值:以果糖为碳源 (左,+) 和以果糖和丙酸为碳源 (右,+) 及其插值 (实线)。

生物聚合物是一种绿色无毒、可降解的生物基材料,相比于石油基塑料具有广阔的市场前景。除了聚羟基丁酸酯 (PHB) 外,还有很多共聚物都具有广泛应用,其中最具代表性的就是有“绿色塑料”之称的PHBV (新型生物高分子3-羟基丁酸酯和3-羟基戊酸酯的共聚物)。本文建立了一个新的动力学模型,旨在分析以果糖和丙酸为原料合成PHBV的过程中工艺参数的变化 (如废气中CO2含量和进料速度) 对合成过程的影响。同时由于废气中CO2含量与生物质产量相关,因此该模型也可用于实时预测合成过程中PHBV的组成特性及产量。该模型是一种在优化微生物生产PHBV过程中极具应用前景的模拟工具。

2. Aluminum-Free Steelmaking: Desulfurization and Nonmetallic Inclusion Evolution of Si-Killed Steel in Contact with CaO-SiO2-CaF2-MgO Slag

无铝炼钢:硅镇静钢与CaO-SiO2-CaF2-MgO渣接触的脱硫反应及非金属夹杂物演化

Stephano P. T. Piva and Petrus Christiaan Pistorius

DOI:10.3390/pr9081258

图2. 加渣后与碱性炉渣接触的钢材化学成分随时间的演变。三角形标记代表[S],x标记代表[Mn],正方形标记代表[Si]。

在一些钢材的熔炼过程中,是不能有含铝非金属夹杂物的,因为他们会对钢的浇注性和产品质量产生影响。常用方式是在CaO-SiO2-CaF2-MgO体系中使用双饱和炉渣,在不使用铝的情况下,用Si作为脱氧剂对钢进行深度脱硫和脱氧。本文研究了感应炉系统的脱硫和非金属夹杂物的演化,并将结果与FactSage动力学模拟结果进行比较。从钢熔体中取出钢样品,用ICP-MS和燃烧分析进行化学分析,用SEM/EDS分析非金属夹杂物的数量、尺寸和成分。结果表明,此法制得的钢材深度脱硫,最终硫分配系数为580;脱硫的同时,Si从炉渣中还原出MgO,所得的Mg将液态锰硅酸盐夹杂物转化为镁橄榄石和MgO。对溶体进行再氧化后形成附加的镁橄榄石和MgO,由此表明钢材中溶解Mg浓度显著。

3. Bi-Functional Catalyst/Sorbent for a H2-Rich Gas from Biomass Gasification

用于生物质气化产生富氢气体的栓功能催化剂/吸附剂

Francesca Micheli et al.

DOI:10.3390/pr9071249

图3. 实验设置:1:输气管道;2:气体质量流量控制器;3:水和甲苯高效液相色谱泵;4:反应釜;5, 6:六通阀;7:热电偶;8:色谱仪;9:电脑。

本文主要研究了作为CO2吸附剂的CaO相和以钙铝石 (Ca12Al14O33) 作为稳定相的双功能材料,在生物质合成气高温调节和清洁中捕获CO2的作用。并研究了不同CaO质量含量对吸附剂性能的影响,吸附剂中添加不同含量的镍会生成不同效果的双功能材料。结果表明镍含量6wt%的双功能材料与甲苯、甲烷、甲烷和甲苯混合物进行吸附增强重整的效果优于添加镍含量3wt%的双功能材料。而作为生物质气产生富氢气体的原材料,双功能材料对甲烷的吸附强化重整催化活性会在10-15 min后迅速下降,而对甲苯的重整可达到99%的恒定转化率。结果表明双功能材料更适用于甲苯的重整。

4. Capture of Acidic Gases from Flue Gas by Deep Eutectic Solvents

用低共熔溶剂从烟道气中捕获酸性气体

Yan Wang et al.

DOI:10.3390/pr9081268

图4. DESs粘度与SO2吸收量的关系 (此图版权归美国化学学会所有)。

迄今为止,人们研究了多种用于从烟道气体中捕获酸性气体的低共熔溶剂 (DESs)。本文从吸附机理、物理相互作用以及化学反应机制等方面综述了非功能化和功能化DESs对SO2、CO2和NO的捕获作用。介绍了提高吸收能力的新策略:例如,引入第三组分形成三元DESs,以抑制粘度增加,提高CO2吸收能力。DESs是卤素盐氢键受体和功能化氢键供体合成的,由于气体和DESs之间有物理化学相互作用,可用于吸附SO2和NO,具有吸附容量高,吸附后粘度低的特点。本文重点介绍了这些DESs对酸性气体的吸收能力、吸收机制以及提高吸收能力的方法。

5. Influence of Freezing Parameters on the Formation of Internal Porous Structure and Its Impact on Freeze-Drying Kinetics

冷冻参数对内部多孔结构产生的影响及其冷冻干燥动力学过程

Patrick Levin et al.

DOI:10.3390/pr9081273

图5. 从咖啡提取物到速溶咖啡的生产工艺过程。

本文以速溶咖啡生产过程为例,研究了冷冻工艺参数对内部多孔结构产生的影响,以及在冷冻干燥过程中,这些内部结构又是如何影响干燥动力学的。研究者首先在刮削式表面换热器 (SSHE) 中进行了一次冷冻,研究冷却温度、刮刀转速和温度循环次数等因素对冰晶结构产生的影响。第二次鼓风冷冻过程表明,咖啡饼厚度对冷冻速率影响显著。将最终所得的冷冻咖啡颗粒进行冷冻干燥,冻干动力学分析结果表明,低过冷度、高温度循环次数以及低凝固速率都会导致晶体尺寸增加,从而加快一次干燥速率,减少干燥时间。

6. Influence of Process Design on the Preparation of Solid Lipid Nanoparticles by an Ultrasonic-Nanoemulsification Method

工艺设计对超声-纳米乳化法制备固体脂质纳米颗粒的影响

Agata Pucek-Kaczmarek

DOI: 10.3390/pr9081265

图6. 超声-纳米乳化法制备固体脂质纳米颗粒原理图及表征。

近年来,脂基纳米体系已成为一类很有前景的纳米载体,可用于封装多种活性剂。固体脂质纳米颗粒 (SLN) 具有良好的稳定性 (胶体和物理稳定性) 以及较高的生物相容性,可以通过选择不同的组分和制备方法设计载体结构,从而获得目标所需的理化性质和生物学特性。本文选用磷脂酰胆碱 (具有生物相容性) 和非离子表面活性剂吐温60 (作为稳定剂),通过超声纳米乳化法合成了SLN,其中由单硬脂酸甘油酯组成的内部脂质相被食品和药物管理局确认可安全用于药物递送。作者对合成过程中的超声时间、振幅和循环次数等参数进行了优化并对纳米粒子粒径、形貌、胶体稳定性以及物理特性进行了表征后,结果表明这种新型固体脂质纳米颗粒在设计合成新型纳米传递系统方面具有很好的前景和应用空间。

Processes 期刊介绍

主编:Giancarlo Cravotto,University of Turin,Italy

领域涵盖化学、生物、材料、能源、食品、制药、制造、自动化以及相关过程系统工程领域,旨在鼓励领域内研究人士发表相关实验、理论、建模和模拟等方面的研究成果。

2020 Impact Factor: 2.847

2020 CiteScore: 2.4

TFD*: 14 Days

MPT*: 35 Days

*TFD: First Decision Time; MPT: Median Publication Time

 
 
 
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