羟基功能化有机材料的构筑及其催化性能研究

随着温室气体剧增对地球生命系统构成威胁,对于二氧化碳(CO_(2))的减排、替代、捕捉与转化受到各国的重视.目前,CO_(2)作为反应物应用在与环氧化合物环加成生成环碳酸酯是CO_(2)转化领域中最有前景的途径,生成的环碳酸酯可作为高沸点的极性溶剂、锂电池电解液等投入应用.有机多孔聚合物(POP)具有合成方式多样、高比表面积、低密度、高孔隙率、结构可调等优异性能,且引入合适的官能团可以更好地提高固定CO_(2)的能力,所以将其作为催化CO_(2)与环氧化物环加成反应的非均相催化剂有着不错的前景.以3,3'-二羟基联苯胺(DB)和四(4-甲酰基苯基)乙烯(TPE)为单体通过溶剂热法制备了DB-TPE-POP,通过红外光谱、^(13)C固体核磁共振波谱、氮气吸脱附曲线和扫描电子显微镜等表征,证实了DB-TPE-POP的成功制备,并将其应用在CO_(2)与1,2-环氧丁烷的环加成反应,转化率为85%,产物选择性达到99%.之后进行底物拓展,发现空间位阻对环加成反应有重要的影响,空间位阻越大,反应转化率越低;以卤素元素作为取代基的底物转化率均达到86%以上,说明DB-TPE-POP对这类底物催化效果优异.总体上看,不同的环氧化合物均有不错的转化率,并且产物选择性均在99%以上,证实DB-TPE-POP对CO_(2)环加成反应具有优良的普适性.最后探讨其催化机理,表明羟基是CO_(2)环加成反应中重要的活性位点.

环氧树脂乳液改性油井水泥的性能研究

随着油气井勘探领域的不断扩展和深入,油井水泥脆性较大的弊端越来越明显,在复杂的压力和温度条件下,水泥石容易产生裂缝从而造成强度损失,甚至会进一步导致水泥环的完整性失效,对油气井的安全生产有着严重的危害.为克服油井水泥的脆性,聚合物乳液因其能有效改善水泥的韧性、保水性而得到广泛应用.针对深井、超深井高温高压固井需求,制备了水性环氧树脂乳液改性水泥,并对其流变性能、稠化性能、抗折抗压强度和弹性模量等应用性能进行了研究,同时利用X射线衍射(XRD)、固体核磁共振(NMR)和热失重(TG)等表征手段探究了环氧树脂乳液体系在水泥中的作用机理.结果表明,环氧树脂乳液的加入改善了水泥浆的静态滤失性能,对水泥浆的流变性能和稠化行为没有负面影响.改性水泥石的抗折强度显著提高,尤其是当环氧树脂乳液掺量为15%时,90℃养护7 d、14 d和28 d的水泥抗折强度分别提高了25%、111%和100%.同时,与空白试样相比,环氧树脂乳液掺量为5%、15%和20%的水泥弹性模量分别降低了39.4%、42.8%和58.1%.环氧树脂乳液不会改变水泥的水化产物,只会在水泥水化早期起到一定的延缓和阻碍作用;环氧树脂在水泥基体中发生固化交联反应,在水泥水化过程中水化产物之间形成了联结,从而提高了水泥石的抗折性能,降低了水泥石的弹性模量.

CO_(2)催化加氢合成甲醇研究进展

热催化CO_(2)加氢制甲醇具有显著的减碳效应,能够有效储存可再生能源,具有广阔的工业应用前景。介绍了CO_(2)加氢制甲醇的反应网络及其热力学挑战,并概述了其工艺流程、国内外工业应用情况,系统综述了近年来不同活性组分催化剂的研究进展,从催化剂的制备方式、活性位点、反应机理及动力学等方面阐述Cu基催化剂、贵金属催化剂、氧化物催化剂以及其他新型催化剂存在的问题和优势。重点阐述Cu基催化剂的构效关系,包括其活性组分结构、载体性质和助剂对催化活性和甲醇选择性的影响,并展望CO_(2)加氢制甲醇催化剂的未来发展方向。

微生物合成乳酸的细胞工厂构建研究进展

乳酸目前广泛应用于食品、医疗和化妆品行业,并因其作为可生物降解塑料聚乳酸的原料而备受关注。微生物发酵合成乳酸具有光学纯度高和底物成本低等优点,因此,研究人员利用合成生物学和代谢工程技术构建了新型微生物细胞工厂,以实现乳酸的高效合成。在此过程中,代谢通路的构建与优化、氧化还原平衡的调节、底物谱的拓宽以及细胞工厂鲁棒性的提高等方面是需要考虑的关键问题。文章详细介绍了微生物合成乳酸的细胞工厂构建研究进展,并对当前面临的挑战和未来的研究方向进行了探讨,旨在为工业微生物高效合成乳酸提供借鉴。

SSZ-13分子筛在二甲醚羰基化反应中的机理研究和空间限域效应

乙醇作为一种绿色清洁的燃料替代品和油品添加剂,在全球有广泛的市场需求.利用合成气经乙酸甲酯(MA)合成乙醇的工艺路线,因其原子经济性、产品选择性高、反应条件温和等优势而备受关注.其中,二甲醚(DME)羰基化是该路线的关键步骤之一.研究证实,具有8元环(8-MR)孔道结构的硅铝酸盐微孔分子筛可以在较低的反应温度下高选择性催化二甲醚羰基化反应.目前,研究者已经对丝光沸石(MOR)、镁碱沸石(FER)等分子筛进行了全面深入的分析,但对SSZ-13等菱沸石(CHA型)的研究有限,缺乏SSZ-13上主、副反应催化机理的阐释,并且忽略了沸石独特的笼状结构在反应中的空间限域效应.本文结合实验和理论计算确定了SSZ-13分子筛催化DME羰基化的活性位点,并探究了孔道的限域效应.通过负载具有不同尺寸的Na^(+)和Cs^(+)实现了对不同通道中Brönsted酸位点(BAS)的选择性屏蔽.酸性质表征和密度泛函理论(DFT)计算结果表明,在较低的负载量下,Na^(+)优先取代SSZ-13的6元环(6-MR)中的BAS,而Cs^(+)由于其较大的离子半径只能与8-MR中的BAS发生交换,从而实现了对SSZ-13不同孔道中酸分布的调控.负载不同金属量以及金属种类的样品活性研究表明,当6-MR中BAS减少时,DME转化率基本不变;而当8-MR中BAS被离子交换时,DME转化率明显下降.随后,将未经金属改性的、具有不同硅铝比的母体SSZ-13样品的MA生成速率与其8-MR中BAS的数量相关联,发现两者呈较好的线性关系,说明SSZ-13的8-MR中BAS为DME羰基化的活性中心.同时,DFT计算了DME在不同孔道BAS上的解离能,结果表明DME更容易在8-MR的BAS上解离从而进行后续反应.随后,探究了SSZ-13笼的空间限域效应对主副反应的影响机制.通过比较金属负载量相近的Na/H-SSZ-13和Cs/H-SSZ-13上CO插入甲氧基形成烯酮的反应势垒,证实了较大尺寸金属离子的引入增加了主反应速控步的能垒.为了揭示空间限域对副反应的影响,比较了反应后催化剂的热重、气质联用等表征结果,并利用密度泛函理论计算了副反应的关键物种(七甲基苯正离子)在Na/H-SSZ-13和Cs/H-SSZ-13上的吸附能,证实了SSZ-13的笼状结构体积是影响MA选择性的关键因素.金属负载后SSZ-13笼空间减少,可以有效地抑制副反应关键物种的形成,从而提高主反应选择性.综上,本文不仅对SSZ-13分子筛催化二甲醚羰基化反应机理进行了全面解析,并通过实验设计,改变了SSZ-13分子筛的孔道结构和笼结构空间,突出了分子筛限域效应在二甲醚羰基化反应中的重要作用.本文研究结果为设计具有较高选择性的沸石催化剂提供一定的参考.

细菌sRNA来源、作用机制及调控网络研究进展

通过发酵生产工业产品一直是细菌等微生物的研究热点,但是发酵过程中存在的代谢副产物和环境胁迫等问题,限制了工业菌株的发展。sRNA是细菌中普遍存在的一类调控性非编码RNA,它们与核糖开关、双组分系统、转录因子等其他调控元件共同构成了细菌中的复杂调控网络,在代谢调控和抗胁迫中都发挥着异常重要的作用。文章对细菌中sRNA的来源、作用机制以及在调控网络中的角色进行了详细总结,有助于更好地解析细菌的代谢途径及发酵过程中受到的环境限制,对构建低毒力、高鲁棒性菌株,助力工业产品的发酵生产有重要参考意义。

微通道内气液流动与传质特性的研究进展

微化工过程具有高效、安全、节能、体积小和高传热传质率等方面的固有优势,其在气液非均相传质与反应强化领域表现出巨大的发展潜力。本文系统论述了微通道内气液两相流动与传质特性的研究现状,总结了微通道内气液两相流型及分布情况,从操作条件和微通道设计等方面分析了影响两相流型的关键因素,并讨论了多种因素对传质与过程强化的影响方式,对目前研究的微通道内气液两相的传质模型进行了总结分类。以气液两相在主要流动通道的流动形态为基准,分类介绍了多种气液两相微反应器的最新研究进展。文中指出进一步探究微化工过程强化方式以及开发新型气液微通道反应器仍是未来微化工研究的重点发展方向。

鼠伤寒沙门氏菌的感染及治疗研究进展

鼠伤寒沙门氏菌是一种食源性致病菌,严重威胁畜禽养殖业和人类公共卫生安全。其依靠自身致病性岛和Ⅲ型分泌系统,能够在宿主体内存活、繁殖和扩散,从而引发全身感染。传统治疗鼠伤寒沙门氏菌感染的方法是使用抗生素,但多药耐药菌株的出现给其治疗带来了巨大的挑战,因此迫切需要开发新的治疗方法。近年来,小分子疗法、噬菌体疗法、减毒疫苗疗法等逐渐兴起,有望成为治疗感染的有效方法。该文旨在对鼠伤寒沙门氏菌的感染及其治疗措施进行综述。

光刻胶废剥离液中分离回收水和有机溶剂研究进展

光刻胶废剥离液中含有大量的水和有机溶剂,其中包含大量有回收价值的成分。从光刻胶废剥离液中回收水和有机溶剂可以减少对自然界的污染,实现资源化利用。综述了国内外几种从光刻胶废剥离液中回收水和有机溶剂常见分离方法及分离装置,并对不同情况下所产生效果进行分析比较。希望能为我国电子行业中光刻胶废剥离液的资源化处理提供借鉴。

生物质基高密度碳氢燃料制备研究

生物质基高密度航空航天燃料对保障国家能源安全具有重要意义。本文采用Ru/HZSM-5双功能催化剂,以愈创木酚为模型化合物,进行加氢脱氧反应制备环烷烃。考察了反应时间、温度和沸石分子筛载体酸性对反应的影响。证明了适宜反应条件为HZSM-5 Si/Al比为50,反应时间为2 h和反应温度为230℃。愈创木酚加氢脱氧反应转化率超过99%,环烷烃选择性为99.2%。

脱除废剥离液中金属离子的研究进展

电子产品的废弃液晶面板是废弃物资源利用的重要组成内容,其中回收废剥离液中的金属离子不仅可以减少金属离子对于环境的污染,还可以实现资源的回收利用。综述了废剥离液中金属离子脱除的研究现状、方法和技术,重点介绍了固液分离法、化学沉淀法、电化学提取法、膜分离法等方法的原理、优缺点和应用,总结了目前废剥离液中的金属离子的分离回收装置。这些方法和装置在废剥离液中金属离子的脱除方面具有显著的效果,但是在处理金属离子时存在着部分局限与挑战,寻找高效、绿色环保且经济效益显著的脱除方法及装置显得尤为重要。因此,需要进一步的研究和技术创新,以期实现废剥离液中金属离子的高效脱除和资源化利用,为环境保护和可持续发展作出贡献。

NF3与CF4分离纯化技术路线研究进展

在NF_(3)的工业化生产中,会与原料氟气(F_(2))一起引入不纯物质四氟甲烷(CF_(4)),严重影响了NF_(3)的品质。需要开发出具有经济效益成本的NF_(3)和CF_(4)分离纯化技术方法。CF_(4)和NF_(3)这两种气体具有非常相似的物理特性,很难通过传统的技术进行分离。因此,总结了NF_(3)中CF_(4)杂质的分离纯化技术研究进展,从纯度、效率、成本和安全等角度对比分析了包括低温精馏、吸附、膜分离、萃取精馏和吸收在内的5种纯化技术路线的优势和不足。低温精馏通常需要在-100~-192℃的低温下操作,而膜技术和使用沸石和分子筛的吸附技术过程在能耗、维护成本、连续化和处理能力等方面受到分离材料性能的显著限制。在此基础上,提出了克服当前工业挑战的潜在的分离纯化方法。指出基于吸收和萃取精馏的方法适用于从NF_(3)中纯化CF_(4)杂质的最佳的工艺技术路线。

碟式离心机分离性能试验及数值模拟研究

碟式离心机作为高效分离机械广泛应用于食品、化工、制药等行业生产.为探究碟式离心机的内部流场及分离效率,进行了现场试验,并根据Σ理论建立了具有20层碟片的简化三维物理模型,利用FLUENT软件对转鼓内的流场及分离过程进行数值模拟.试验结果表明,转速和进料量对碟式离心机分离效率影响较大,提高转速、降低进料量均能提高离心机的分离效率,通过分析进出口物料的粒径发现,在试验工况下,粒径大于6μm的颗粒均能被有效分离,改变操作参数主要影响粒径为2~5μm的颗粒的分离.模拟结果表明:在碟片间隙内,物料对碟片的跟随性良好,压力与半径呈现出二次型正比关系,周向速度与半径成正比关系,在沉渣区域物料明显滞后于转鼓转动,这导致离心液压和周向速度均小于理论值,同时随着转速的提高,沉渣区域物料的滞后性更加明显;由于上升通道存在,在碟片间隙内局部位置存在明显轴向速度,从而对碟片内的流动产生干扰,导致碟片大端位置的周向速度和离心液压分布不均;在两相分离过程中,颗粒自液相中分离,沉积于上碟片的下表面,并滑落至转鼓沉渣区,固相颗粒在碟片间隙内主要堆积于定距条前侧,在相邻两个定距条之间,固相体积分数沿顺时针方向减少.研究方法与结果为碟式离心机分离性能模拟计算提供了参考,对碟式离心机的设计与结构优化提供了数据指导.

BiOCl/CdSe复合材料的制备及可见光催化性能研究

异质结的构建是提高光催化剂性能的有效途径.通过两步法,以BiOCl为基底原位生长CdSe纳米颗粒成功制备了一系列BiOCl/CdSe复合材料.利用XRD、SEM、TEM等对材料进行表征,结果证明CdSe在BiOCl表面均匀分布,并且BiOCl与CdSe之间成功构建了有效的异质结.在可见光照射下,与纯BiOCl和CdSe相比,复合材料在光催化降解四环素方面表现出优异的性能.其中,BC-1在1h内可有效降解81.7%的四环素.更重要的是,通过循环套用证明,该复合材料重复使用4次后仍有较高的稳定性.自由基捕获实验证明,空穴(h+)和超氧自由基(·O_(2)^(-))在降解过程中起着主要作用.

阳离子交换树脂催化合成乳酸甲酯动力学研究

工业化生产乳酸甲酯需要特定催化剂的动力学数据进行模拟计算.本文研究了在大孔阳离子交换树脂DA330的催化作用下,乳酸和甲醇生成乳酸甲酯的反应动力学.乳酸甲酯是一种重要的化工生产基础原料,多用来作为合成香料和农药的原料.随着化石能源紧缺和环保要求提高,具有可降解和可再生特性的乳酸甲酯及其高聚物的需求也在与日俱增.乳酸甲酯的连续化生产是提高乳酸甲酯产量的关键,具有广阔的研究前景.采用固体大孔阳离子交换树脂代替传统浓硫酸作为催化剂,需要对动力学方程进行重新测定.本文针对乳酸甲酯反应体系外扩散影响、内扩散影响、酯化反应动力学、水解反应动力学分别进行了实验.采用气相色谱对反应体系中的乳酸甲酯含量进行测定.研究发现内、外扩散在实验条件范围内对反应速率无明显影响:以酯化反应为例,搅拌转速达400 r/min以上时体系内催化剂颗粒悬浮程度达到峰值,外扩散不影响酯化反应速率;在催化剂颗粒悬浮程度达到峰值之后,催化剂粒径大小不影响酯化反应速率.反应温度在实验范围内对反应速率呈现显著的正相关影响,酯化和水解实验数据拟合均符合Quasi-Homogeneous模型,最终得到DA330催化条件下的反应动力学.

不等频率换热管流弹失稳特性实验研究

蒸汽发生器是压水堆核电站一、二回路的枢纽,承担将一回路冷却剂热量传递给二回路,产生高压蒸汽推动汽轮机组转动发电的重要作用.蒸汽发生器内部换热管呈现倒U形的结构,容易受到流弹失稳的作用而产生大幅度振动,导致管束的失效、破裂,造成经济损失.在其内部换热管的弯管段位置,弯管段通常利用防振条夹持的方式进行支撑,造成在夹持面的面内、面外方向换热管固有频率出现差异.伴随防振条的松弛与失效,会造成弯管段面内方向固有频率低于横流向.利用水洞实验方法,研究节径比1.33、转角三角形排列条件下,面内方向与面外方向固有频率比值分别为50%、60%、70%、80%的单根弹性管的流弹失稳特征,并与两方向固有频率一致换热管的实验结果进行对比.实验结果表明:等频率管在流速较低时呈现整体地小幅度振动,随着流速增大,顺流向、横流向均出现流弹失稳的现象;相较于等频率弹性管,不等频率弹性管也会出现由旋涡脱落主导的振动现象,但在旋涡脱落激振的过程中锁定区更长,振动幅度更大,且不等频率管仅在横流向出现流弹失稳现象,顺流向振幅微弱;在实验条件范围内可以认为,不等频率弹性管出现旋涡脱落诱发振动现象时的流速与弹性管在顺流向上的固有频率正相关;换热管的流弹失稳临界流速由换热管横流向的固有频率控制.

毒气泄漏和蒸汽云爆炸事故的人员疏散路线研究——以宁波某化工园区为例

为研究化工园区发生毒气泄露和蒸汽云爆炸事故时人员疏散路线问题,通过ALOHA软件对事故情景进行模拟。先将模拟得到的危险等级区域与基于GIS确定的化工园区受影响的实际道路结合形成由箭线和节点构建的疏散图,然后基于实际道路长度和伤害值的道路当量长度,借助Dijkstra算法求解多源点人员疏散总距离最短和总伤害值最小的疏散路线。结果表明:在毒气泄露和蒸汽云爆炸事故情境下,疏散总距离最短的疏散路线并不是最好的,总伤害值最小的疏散路线可有效减少事故对疏散人员的影响,可作为较为安全的路线用于化工园区应急预案修订与应急指挥决策等。

碳纤维增强聚合物基复合材料界面特性研究进展

与传统金属材料相比,碳纤维增强聚合物基复合材料(Carbon fiber reinforced polymer matrix composites,CFRPMC)在比强度、密度等方面优势明显,已广泛应用于机械制造、交通运输、航空航天等领域。除了碳纤维和聚合物基体,二者相互间的界面特性也对CFRPMC的理化性能有着重要影响,并成为复合材料技术领域倍受关注的研究热点。CFRPMC界面层是碳纤维与聚合物基体间的过渡区域,其受碳纤维表面特性、聚合物分子链极性等众多因素影响,目前尚不能对其直接定量、定性分析。但随着材料检测技术的进步,CFRPMC界面特性研究不断深入,相关技术如SEM、TEM、AFM、各种光谱、宏观表面分析和力学性能测试等已大量用于复合材料界面组成、结构形态和微观力学特性的研究。本文综述了碳纤维增强聚合物基复合材料界面特性研究的进展,详细论述了碳纤维和聚合物基体的界面理论、界面分析表征方法及界面性能的影响因素。通过对比与分析,总结了CFRPMC界面研究的最新进展,并对其未来的发展趋势进行了展望。

高直链玉米脱支淀粉包合维生素E的研究

维生素E(Vitamin E,VE)是人体必需的脂溶性营养素,但因化学性质不稳定,在食品加工中一般需进行负载保护。本研究以高直链玉米淀粉为原料,通过酶解法制备了脱支淀粉,然后对VE进行包合。以VE负载量为响应值,通过单因素及正交试验优化包合工艺参数,最后对包合物的结构进行表征。经正交试验优化,最佳包合工艺参数为:反应温度25℃、VE添加量30%、反应时间4 h。在此条件下,VE负载量为178.34 mg/g。XRD结果表明包合物呈弱B+V型。60℃贮藏7 d后,包合物中VE保留率比物理混合物高5.41%;60℃水浴2 h后,包合物中VE保留率较玉米脱支淀粉-VE包合物高9.64%,包合物的贮藏稳定性和耐湿稳定更强,对VE的保护效果更好。本研究可促进高直链玉米淀粉在食品和医药化工领域的应用。

球磨Gd的输运性质和双磁热效应研究

为了研究无序对稀土Gd磁性能的影响,采用机械球磨技术将无序态引入到稀土金属Gd中,并系统研究了其结构、输运性质及磁热效应。无序导致磁化强度急剧降低,室温附近的等温磁熵变为6.4 J·kg^(-1)·K^(-1),低于块体Gd(9.7 J·kg^(-1)·K^(-1))。但同时在33 K出现另一等温磁熵变峰值,该磁熵变与球磨后Gd在低温下出现的团簇冻结有密切关系;在稀土金属中首次观察到欧姆行为的负巨磁电阻效应,该效应主要起源于无序边界区域的自旋相关散射。