碳新篇：女性科学家的能源探索专辑_中国煤炭行业知识服务平台

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碳新篇：女性科学家的能源探索专辑

来源：中国煤炭行业知识服务平台

近些年，“她力量”已撑起科研“半边天”，在煤炭领域做出卓越贡献的女性科学家们，她们的力量为学术领域的海洋激起的不平凡的浪花，于期刊发展的道路上也在贡献自己的力量。

煤炭行业知识服务平台聚焦煤炭行业中的女性科学家，盘点2022—2025年部分女科学家的论文。

行业视野: 其他
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高矿化度矿井水的膜蒸馏处理

作者(Author)：郭强, 李井峰, 刘兆峰, 曹志国, 何瑞敏, 卞伟, 刘淑琴

摘要：我国西部煤炭主产区气候干旱水资源短缺，煤炭开采产生的矿井水普遍具有高矿化度高硬度等特点。目前高矿化度矿井水的零排放处理普遍存在工艺流程长、系统复杂和运行成本高等问题。为了缩短处理流程提高处理效率，针对高矿化度矿井水浓缩脱盐处理过程，采用真空式膜蒸馏技术替代现有多级反渗透膜浓缩技术，对经过石灰−纯碱软化处理后的西部矿区典型煤矿高矿化度矿井水进行不同浓缩倍率处理，并针对浓缩过程中的膜污染机理和膜清洗方法进行研究。结果显示随着浓缩倍率的升高，聚偏氟乙烯(PVDF)中空纤维膜的膜通量和脱盐率逐渐降低，而产水电导率缓慢升高，当浓缩倍率达到27倍时，膜通量为8.87 L/(m2·h)，脱盐率为99.7%，产水电导为26.6 μS/cm。膜蒸馏过程受矿井水中钙镁离子结垢导致的膜污染抑制，反冲洗和超声清洗等物理方式无法去除无机盐沉淀，连续运行96 h后PVDF膜的膜通量由12.85 L/(m2·h)下降到5.21 L/(m2·h)。预处理除硬工序对膜蒸馏过程钙镁结垢影响明显，当除硬率超过95%时，PVDF膜的脱盐率和膜通量衰减明显减弱。采用柠檬酸清洗剂可以有效去除钙镁沉淀引起的膜污染，在酸浓度0.87 mol/L、清洗温度38 ℃和清洗时间40 min的优化条件下，膜清洗效率可达到99.5%。采用原子力显微镜(AFM)和扫描电镜(SEM)对原始膜、污染膜和化学清洗后膜的微观形态和结构进行表征，结果显示清洗后膜表面沉积的污染物明显减少，但表面形态和微观结构都发生不可逆变化。

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煤炭学报

2023年第09期

343

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页岩气吸附过程中声波速度变化规律实验研究

作者(Author)：姜雨庭, 梁冰, 孙维吉, 赵航, 刘奇

摘要：吸附态为页岩气的主要赋存状态，为明确页岩气吸附特性与声波速度关系，以四川宜宾龙马溪组露头页岩气田的岩心为研究对象，利用氦气和氮气作为实验气体，借助声发射技术对岩样的纵波速度进行测定，分析孔隙度、孔隙压力、吸附量对页岩纵波速度的影响。实验结果表明：孔隙度在1.53%～3.65%之间的岩样，孔隙度每增加1%，纵波速度约降低0.5%；氦气所提供的孔隙压力越高，页岩纵波速度越大，但随着孔隙压力的逐渐增加页岩纵波速度的增长量随之降低；在6MPa吸附压力作用下，吸附氮气导致页岩基质膨胀是纵波速度升高的主要原因，且孔隙度越大的岩样其纵波速度受吸附量的影响越大。

辽宁工程技术大学学报(自然科学版)

2023年第03期

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外排土场宏观尺度的区域微气象因子影响特征

作者(Author)：马力, 徐甜新, 毕银丽, 彭苏萍, 薛飞, 李天翔, 刘晨东, 韩流

摘要：为了研究露天煤矿外排土场对周围微气象因子的影响关系，进而为矿区生态修复提供基础，以矿区周围气流运动及水分分布为影响因子，进一步探索外排土场尺度及形态的生态效应。以红沙泉露天煤矿为例，运用Fluent流体模拟软件，采用大涡模拟和组分传输模型，分别建立不同高度与角度的外排土场模型进行模拟。通过红沙泉露天煤矿所处地区气象站点，得到该地区2020年逐月温度与露点数据，从而得出该地区逐月凝结高度。分析不同条件下得到的气流速度云图，水分质量分数云图，获得不同外排土场尺寸对周围气流运动及水分分布的影响规律，并与该地区凝结高度进行对比。数值模拟结果表明：随着外排土场高度增加，气流爬坡速度缓慢增加，爬升最大高度也随之增长，迎风坡以及外排土场顶部的水分质量分数均增大，背风坡形成越来越明显的卡门涡街现象，涡流数量增加且影响范围变大，涡流区域内气流速度、水分质量分数均增加并达到最大值，外排土场角度增大对气流最大爬升高度影响较大，对周围微气象因子影响不大。在极限高度360 m条件下，当外排土场角度达到26°临界值时，会使气流最大爬升高度达到该地区夏季凝结高度；或在外排土场极限角度22°条件下，当外排土场高度达到380 m临界值时，会使气流最大爬升高度达到该地区夏季凝结高度，从而对矿区周围降水产生促进作用。

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煤炭科学技术

2023年第08期

220

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基于多过程模型融合的流化床配风解耦燃烧参数预测与优化

作者(Author)：狄子琛, 常成功, 杨凤玲, 吴海滨, 程芳琴

摘要：循环流化床广泛应用于矸石、污泥等低品位燃料转化,近年来随着其用途和需求变化,进行了广泛的适应性改造,准确模拟和预测流化床炉内燃烧状况可为此提供基础支撑。针对当前流化床模型复杂,难以兼顾多参数精准预测问题,构建了基于热力学和动力学的流化床模型,计算了燃料变化对需氧量的影响以及空隙率和温度随床层高度的变化。通过构建热力学模型,预测了碳含量为74.05%、17.71%、24.27%、34.01%的4种煤矸石,理论需氧量分别为15.17、4.00、4.47、6.20kg/h。计算结果关联了燃料类型与理论需氧量,可辅助风机功率、风量等参数设计;通过串联10个RCSTR动力学模块嵌入动力学模型,实现不同床层的空隙率、温度、气体分布等关键参数计算,单点参数误差低于15%。多过程模型融合方法的建立可实现不同类型静态指标分类预测,为燃料变换时调控流化床进风量、一二次风风口位置等参数提供理论依据和设计参考。

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洁净煤技术

2023年第08期

396

204
煤炭地下气化制氢技术路径

作者(Author)：刘淑琴, 戚川, 纪雨彤, 刘欢, 曹頔

摘要：氢气是未来国家能源体系的重要组成部分,是用能终端实现绿色低碳转型的重要载体。绿色经济的氢气规模化供给是未来能源体系发展的迫切需要。煤炭地下气化技术可将地下煤炭原位高效转化为富氢气体,并将产生的二氧化碳回注气化空腔进行地质封存,有望成为一种煤炭低成本供氢路径。重点解析了煤炭地下气化过程富氢气体的析出机制,总结了典型煤炭地下气化制氢工程案例,对比了不同制氢技术路线的氢气成本,深化了耦合CCUS的深部煤炭地下气化制氢路径。研究结果表明,煤炭地下气化过程富氢气体的析出包括煤层内的热解析氢、高温区的还原析氢以及低温气流通道中的水煤气变换。煤层内的中低温热解区范围较大,主要产生富氢气体H2与CH4,是产品气的重要组成部分;煤层富水特征和H2O(g)高气化活性使水蒸气还原制氢反应成为主导反应,低温长气流通道及气化灰渣的催化作用为原位水煤气变换制氢创造了条件。国内外典型示范项目运行数据验证了煤炭地下气化具有生产富氢气体的天然优势,其制氢成本远低于地面煤制氢和天然气制氢。气化空腔回注二氧化碳具有矿化固碳及物理碳封存的双重优势,深部煤炭地下气化制氢耦合气化空腔储碳,并联产化学品或协同深部驱油/驱替煤层气,有望形成二氧化碳近零排放的规模化低成本制氢技术路径。深部煤炭地下气化制氢耦合CCUS技术,对发挥新型能源体系支柱作用,解决化石能源制氢碳排放难题具有重要意义,是符合中国国情的化石能源清洁转型发展路径。

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洁净煤技术

2023年第08期

1217

465
土层重构模式下接种DSE对玉米根系形态及水分利用的影响

作者(Author)：毕银丽, 李明超, 柯增鸣, 杨伟, 薛超

摘要：干旱半干旱区煤矿露天开采破坏了地表形态，加速水土流失，水资源的缺失严重影响了露天矿排土场植被恢复的效果。土层重构与微生物修复技术为解决露天矿排土场植被缺水困境指明了方向，但目前对土层重构下植物根系形态特征与土壤水分利用的关系以及深色有隔内生真菌(DSE)在其中起到的重要作用缺乏足够的认识，因此，本研究旨在探究土层重构模式下玉米根系生长和水分利用情况以及DSE的作用机制。研究对象为玉米，在温室进行为期4个月的土层重构室内模拟试验。试验布设3组处理，分别为空白对照(N-CK)、土层重构不接种DSE(L-CK)、土层重构且接种DSE(L-DSE)。试验结果表明：① 与纯砂土处理相比，土层重构处理的玉米根系总根长度降低了39.7%，根系中小于0.3 mm细根的比例提高了8.86%，深层(50～70 cm)土壤水分的利用率提高了16.1%。② 与土层重构不接种DSE处理相比，接种DSE玉米的叶片脯氨酸含量提高了69.8%，30～50 cm土层根系根尖数、比根长分别提高了106.6%、38.5%，且深层水分的利用效率相较于纯砂土处理及土层重构不接种DSE处理分别增加了29.3%、11.1%。③ 玉米根系的根尖数与比根长是土层重构模式下实现对深层土壤水分高效利用的关键根系特征。综合研究表明，土层重构有助于优化玉米根系结构，提高细根所占比例及根尖数目，改善缺水环境下玉米的水分利用模式，且土层重构模式下接种DSE可以通过提高玉米叶片脯氨酸含量，优化玉米根系结构等途径提高对深层土壤水分的利用率，进而提高作物的长期抗旱能力。

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煤炭学报

2023年第08期

491

136
荒漠化矿区不同土地利用类型土壤呼吸及其影响因子

作者(Author)：刘英, 林家权, 岳辉, 毕银丽, 彭苏萍

摘要：深入了解荒漠化露天矿不同土地利用方式下不同深度土壤呼吸昼夜变化规律及影响因子，对评估生态脆弱的露天矿区生态系统碳循环至关重要。以红沙泉露天矿为研究对象，采用EGM-5便携式红外气体观测系统，监测获取不同土地利用类型下不同深度土壤昼夜呼吸速率并获取相关影响因子，分析得到各土地利用类型土壤呼吸变化规律与特征及其主要影响因素。结果表明：① 5种代表性地物类型之间的昼夜土壤呼吸差异显著，10和30 cm土壤呼吸速率日均值表现为人工林 > 红沙泉 > 排土场复垦区 > 柽柳林 > 南线，10 cm分别为5.72、0.98、0.34、0.08、−0.08 μmol/(m2·s)，30 cm分别为5.14、2.18、0.77、0.40、−0.05 μmol/(m2·s)，南线为碳汇，其余4种地物类型为碳源。② 土壤呼吸速率昼夜变化规律明显，排土场复垦区不同土层和红沙泉10 cm土壤呼吸昼夜变化呈“双峰”趋势，人工林、南线不同土层及红沙泉30 cm均呈“单峰型”，而柽柳林10和30 cm土壤呼吸昼夜变化呈“多峰型”。③ 在日尺度上，排土场复垦区、人工林和红沙泉10 cm土壤呼吸速率与土壤温度(P < 0.05)和土壤含水量(P < 0.01)呈显著正相关；土壤温度和土壤含水量能较好的综合解释矿区内5种地物类型土壤呼吸速率50.5%～97.3%的变化，而南线10 cm仅11.3%。土壤温度对柽柳林和南线土壤昼夜呼吸影响较弱，白天土壤温度限制土壤呼吸，而夜间及清晨土壤温度促进土壤呼吸。④ 柽柳林和南线土壤呼吸与土壤碳含量关系与其余3种地物类型不同，与无机碳(SIC)呈显著负相关(相关系数r=0.69, P < 0.01)，无机过程造成土壤呼吸速率为负值，SIC是土壤碳汇的关键影响因素；而排土场复垦区、人工林和红沙泉均与溶解性活性有机碳(DOC)呈较强负相关性，排土场复垦区和柽柳林土壤呼吸还与土壤有机碳(SOC)存在较强正相关性，SOC和DOC是土壤碳源的重要影响因子。综上所述，红沙泉矿区内不同地物类型和不同深度土壤呼吸速率差异显著，不同深度土壤呼吸对土壤温度等环境因子响应存在差异，初步阐明SIC是土壤碳汇的重要因子，SOC和DOC是土壤碳源的重要因子，为矿区碳排放、碳循环提供基础数据。

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煤炭学报

2023年第07期

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光热催化CO2还原制甲酸研究进展

作者(Author)：高慧敏, 荆洁颖, 李文英

摘要：CO2资源化利用是实现“碳达峰碳中和”目标不可或缺的环节。将CO2催化转化为甲酸是一种有效且最为原子经济的路径，但因CO2热力学性质稳定，导致其不易活化，反应转化率低。为了在温和条件下得到更高的甲酸产率，将光催化与热催化结合。光热催化主要体现在光活化上，通过激发载流子，调控电子注入位置和吸附位点有效活化CO2，热能则增强反应物CO2的吸附、电荷转移和反应速率，激活热活性位点，结合光催化的低能耗、反应条件温和与热催化高效率的优势提高甲酸产率及选择性。目前，光热催化CO2还原制甲酸的主要挑战在于CO2固有的化学稳定性使得CO2转化率低、产物不可控、选择性差等。基于目前对光热催化CO2转化技术的需求，分别介绍了光催化、热催化、光热催化的原理、优势及存在的问题，重点从催化剂改性、反应条件、反应器选择方面综述了光热催化CO2还原制甲酸过程中提高CO2转化率和甲酸选择性的策略，其中重点探讨对于催化剂的改性，包括提高电子−空穴分离程度、调控暴露面比例以及提高CO2的吸附，并阐述了光热催化CO2还原制甲酸需重点攻克的问题。未来研究应综合考虑反应器选择与催化剂设计，通过反应条件的优化，实现高产率甲酸的生产以及光热催化大规模工业应用。

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煤炭学报

2023年第07期

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