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.

固态二氧化氯消毒剂的制备与性能研究

反应型二氧化氯消毒剂是国际公认的A1级绿色消毒剂,其母体亚氯酸钠作为一种强氧化性试剂在运输和储存中都存在安全隐患.针对目前固态二氧化氯消毒剂的安全性问题,设计开发了一种安全高效的反应型固态二氧化氯消毒剂,将母体亚氯酸钠和柠檬酸分别采用真空负载的方式吸附到改性沸石载体上,按照一定比例混合并加入稳定剂,研究了改性方式对所选沸石载体的吸附能力的影响.结果表明:选择1 mol/L的氯化钠改性载体对亚氯酸钠溶液的吸附效果最好.采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、傅里叶红外光谱仪(FT-IR)和比表面积测定仪(BET)对改性前后的沸石载体进行了表征,结果表明:氯化钠改性使载体表面更加粗糙,比表面积增大更有利于负载而其骨架结构并未发生改变.采用悬液定量杀菌实验对该消毒剂做杀菌性能测试,并用原子力显微镜(AFM)分别对二氧化氯消毒剂作用前后的大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的细胞形态进行了观察,结果表明:当杀菌实验的作用时间为15 min时,消毒剂对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的杀菌效率均达到100%,经二氧化氯消毒剂作用后的细菌形态发生了变化,推测其杀菌原理是内含物流出而导致细菌死亡.通过54℃加速实验考察产品的稳定性,结果表明:当稳定剂的加量达到5%时,该固态二氧化氯消毒剂的有效期可达1年.

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.

提高乳杆菌属冷冻干燥存活率研究进展

乳杆菌是目前开发研究较为深入的一类重要的益生菌,是人类肠道中重要的生理菌,在食品应用方面有广阔的市场空间。通过冷冻干燥技术得到高存活率的乳杆菌菌粉是目前研究的热点。冷冻干燥过程中低温、渗透压等不利条件会对乳杆菌造成损伤,使得冻干后的乳杆菌菌粉存活率下降,有效活菌数减少。文章按照乳杆菌菌粉生产工艺流程,从乳杆菌生长培养基优化、胁迫预处理、冷冻保护剂的添加、预冷冻条件优化4个方面对目前关于提高乳杆菌冷冻干燥存活率的研究进行综述。

溶液结晶中的介尺度成核过程研究进展

成核作为溶液结晶的第一步,是决定晶体产品质量的关键因素。目前,成核理论主要包括经典成核理论和非经典成核理论。相比于仅以原子、离子或分子等均匀稳定结构为单元的经典成核理论,非经典成核理论以纳米级前聚体为单元,这类单元涵盖了聚集体、纳米粒子等介尺度非均匀动态结构,导致形成的非经典成核过程更为复杂,需在传统的化学、化学工程和过程系统工程研究方法的基础上,充分利用介尺度科学研究方法完成其核心规律的探究。为此,总结了二步成核理论、预成核团簇理论、粒子附着晶化理论以及其他新提出的非经典成核理论,分析了其中的介尺度结构及其时空动态行为,并探讨了利用介尺度数学模型对现有成核数学模型的修正和优化的思路,最后对溶液结晶中晶体成核的介尺度研究范式及理论发展进行了展望。

人参发酵菌种的筛选及皂苷转化能力研究

以人参皂苷Rb 1、Rg 3转化情况为指标,从78株植物乳杆菌中筛选具有人参皂苷转化能力的菌株。考察优选菌株在人参提取液中的发酵特性以及多种皂苷转化情况,采用人结直肠肿瘤细胞模型考察菌株发酵液的抗肿瘤作用。结果显示,78株菌株中植物乳杆菌581表现最优,Rb 1转化率达到75.41%,Rg 3提高倍数达13.59。经581菌株发酵的人参提取液风味有所改善,在发酵16 h后,pH为3.64,活菌数为2.1×10^(8) CFU/mL。与人参提取液相比,发酵液中皂苷Rb 1、Rb 2、Rc、Rd、Re、Rg 1的含量显著降低(P<0.01),5种稀有皂苷(Rg 3、Rk 3、F 2、C-K、Rg 6)的含量则显著升高(P<0.01)。581菌株人参发酵液对肿瘤细胞的存活抑制率为(59.16±1.26)%,显著高于未发酵前的人参提取液(P<0.05)。结果表明,植物乳杆菌581具有良好的发酵特性,通过转化生成多种稀有人参皂苷,提高了人参产品的抗肿瘤活性,可用于发酵人参功能饮料的开发。

一种基于聚集诱导发光机制的新型氨肽酶N荧光探针

氨肽酶N(APN)在人体中广泛存在,在肿瘤细胞表面大量表达,并在癌症侵袭、转移和血管生产过程中具有重要作用;体液中的APN可作为炎症、癌症的早期生物标志物.鉴于此,发展高灵敏度、高选择性的检测手段对APN进行实时检测及可视化成像将为APN相关疾病的诊断及病理生理学说明提供可能性.荧光探针因其选择性好、灵敏度高的优势,近年来已被广泛应用于生物酶检测.然而已报道用于检测APN的荧光探针多基于平面分子,易受聚集荧光猝灭(ACQ)限制.与基于传统平面分子的ACQ荧光染料相比,具有聚集诱导发光(AIE)效应的荧光分子能更好地应用于高浓度与高含水量的检测环境,为荧光探针技术的发展开辟了新的路径,而基于AIE机制的APN荧光探针仍鲜有报道.喹啉-丙二腈(QM)类化合物具有长发射波长,且生物相容性好、光稳定性优异,目前已有多种基于QM母体的AIE探针应用于细胞成像与各种活性物质检测.基于此,设计合成了以QM为母体的AIE荧光探针QM-Ala,探针具有99 nm的大斯托克斯位移、良好的稳定性、抗干扰能力和较快的响应速度,检测限(LOD)低至1.22 ng/mL.QM-Ala在3~7区间对pH有即时响应,并在体液pH条件下对APN质量浓度有良好的线性响应,因此有望应用于酶抑制剂筛选以及体液中的APN质量浓度检测.

多功能荧光探针用于次氯酸及微环境检测

次氯酸作为一种活性氧,在免疫系统中起着重要作用,但是过量的次氯酸会对生物体造成严重损伤,因此对次氯酸含量的检测十分有必要.另一方面,生物微环境的稳定是保持细胞正常增殖、分化、代谢和功能活动的重要条件,微环境成分的异常变化可使细胞发生病变.因此,极性和黏度,作为重要的微环境参数,对于其水平的监测是有意义的.在多种次氯酸和微环境检测方法中,荧光分析法由于灵敏度高、选择性好等显著优势受到广泛关注.虽然目前已经有多种探针用于次氯酸、极性或黏度的检测,但它们大多只能实现单一指标的检测.因此,开发一种用于次氯酸及微环境检测的多功能探针十分必要.通过合理的分子设计开发了一种基于香豆素-三苯胺衍生物的新型多功能荧光探针CAT.在设计策略中,将具有聚集诱导发光(AIE)效应的三苯胺衍生物作为供电基团引入D(电子供体)-π-A(电子受体)型分子中,以同时实现基于分子内电荷转移(ICT)效应的极性检测和基于AIE效应的黏度检测.实验证明,探针可以通过最大发射峰处的荧光强度变化实现对极性和黏度水平的监测.此外,选择香豆素衍生物作为次氯酸(HClO)的荧光基团,并以N,N-二甲基硫代甲酸酯作为其识别位点,成功实现了探针对HClO的快速选择性响应,且在中性与碱性环境中稳定.CAT为多功能荧光探针的开发提供了一种很有前景的策略.

分析传统化工工艺优化中节能减排措施的运用

随着时代的发展,人们的生活质量和思想道德素养逐渐地提升,在节能环保方面也有了不同的认知和理解。作为化工行业来说,也要在现有的工作基础上,全面遵循可持续发展战略思想,在传统工艺的基础上,进一步做好生产工艺的优化,严格落实节能减排的工作措施,秉承可持续发展的工作要求,减少能源的消耗以及污染物质的排放,加强生态环境保护意识的养成,实现管理模式的创新,提升化工行业的稳定发展,促使化工行业的稳健发展。本文通过对化工工艺节能减排优化的必要性分析,之后提出相关管理工作措施和管理工作要求,以求通过管理模式的优化和专业节能减排措施的应用,减少化工行业所产生的污染,促进产业结构调整,提升企业的市场竞争力。

化工工艺中常见的节能降耗技术措施探析

化工企业是我国社会经济稳定发展之中的一项主要的行业,在推动技术进步的基础上,也为我国的综合国力提升奠定了坚实的基础,其本身的发展质量更是影响我国市场经济发展的主要影响因素。通过提升化工企业节能降耗技术的质量,可以帮助化工企业整体质量优化,在满足我国经济发展前提的基础上,符合了国家的核心发展要求,适应了可持续发展战略的工作目标,对市场经济稳健提升有着积极地推动影响力。为了更好地观察化工工艺手段对于生产工作产生的影响,判断化工工艺常见的节能降耗技术对节约资源提供的助力,本文针对当前化工工艺使用之中常见的节能降耗技术的使用特点,针对性地提出了具体的操作管理模式,在实现经济可持续发展的基础上,促进了科学节能降耗的探索分析,也为今后的化工行业发展奠定了基础。

合成生物学在肠道微生态疗法研发中的应用

肠道菌群是人体的重要“器官”。工业化世界的发展加速了对肠道菌群研究从“传统结构”向“工业结构”的转变,而纠正肠道微生态失衡已成为解决重大慢性非传染性疾病传播难题的核心策略之一。然而,目前开发的靶向调节肠道菌群结构与功能的传统微生态疗法,如益生元疗法、益生菌疗法和粪菌移植疗法,只有少数被用于临床多发难治性重大慢病的防治,且出现了可控性差、菌群遗传背景不清晰等安全问题。合成生物学技术手段的迭代发展推动了新型微生态药物的研发,成为对重大慢病进行精准识别和精准施策的关键。本文首先以消化系统疾病、代谢性疾病和精神疾病等重大慢性疾病的干预和治疗为切入点,回顾了基于合成生物学方法设计构建工程益生菌的研究进展,并对以工程益生菌为核心的微生态疗法在上述重大慢病中的应用进行了综述。同时,考虑到单一工程益生菌的负荷和抗干扰能力等问题,本文还提出了利用工程益生菌构建人工合成肠道菌群开发新一代微生态疗法的设想,分析了这一过程所面临的机遇与挑战,旨在为工程益生菌和人工合成肠道群落基础研究和临床应用的双向转化提供借鉴,从而推动新型微生态药物的研发。

3,5-二甲基苯酚合成工艺改进

以乙酰乙酸乙酯和乙醛为起始原料、无水碳酸钠为碱,经过 Robinson 环合反应得到 4-乙氧羰基-3,5-二甲基-2-环己烯-1-酮,收率为 95%。对无水碳酸钠体系催化的 Robinson 环合反应进行了应用拓展,在该体系催化下,脂肪醛和芳香醛底物均可转化为相应二取代环己烯酮产物。环合产物 4-乙氧羰基-3,5-二甲基-2-环己烯-1-酮经皂化脱羧过程可定量转化为关键中间体 3,5-二甲基-2-环己烯酮,收率为 99%。将 3,5-二甲基-2-环己烯酮直接脱氢芳构化,得到了目标产物 3,5-二甲基苯酚。采用;HNMR 和;CNMR 对产物及中间体结构进行了表征。在本文建立的工艺条件下,3,5-二甲基苯酚的总收率为 66%。该工艺适用于 3-甲基-5-丙基苯酚的合成,具有一定的普适性。

含硝废硫酸常压处理工艺的模拟及优化

以石英精馏设备为基础,结合含硝废硫酸物性及分离要求,建立了含硝废硫酸脱硝-浓缩常压处理工艺,并采用Aspen软件完成工艺模拟。以理论板数、进料位置、回流比、塔顶采出量为自变量,以脱硝塔塔底物料硫酸质量分数及有机物质量分数、浓缩塔塔顶及塔底物料硫酸质量分数为因变量,完成脱硝塔和浓缩塔的灵敏度分析,优化了工艺设计运行参数。脱硝后的废酸中有机物质量分数小于100×10^(-6),可避免硫酸浓缩过程有机物结焦;浓缩最终得到98%浓硫酸,硫酸回收率超过99.9%,实现了硝化废硫酸的资源再利用。

Co—N—C催化剂的构筑及其在亚砜催化氢化中的应用

利用N-乙酰-L-丙氨酸修饰改性的壳聚糖作为有机含氮配体,与钴离子配位形成前驱体,随后在不同温度下热解制备得到一系列的Co—N—C型催化剂(Co/CNAA-θ,其中θ=700、800、900、1000℃)。通过FTIR、TEM、XRD、ICP和XPS等表征手段,研究了热解温度对所制备的Co/CNAA-θ催化剂的形貌、结构、组成的影响,认为Co—N位点是催化活性中心,并评价了Co/CNAA-θ催化剂在甲基苯基亚砜催化氢化反应中的活性,探究了热处理温度对催化剂催化氢化性能的影响。其中,Co/CNAA-900在140℃、3 MPa氢压下反应11 h表现出最佳的催化活性,甲基苯基亚砜转化率达到97.2%,甲基苯基硫醚选择性100%。

基于升华结晶过程的分离精制方法

升华结晶作为一种无溶剂结晶方法,包含了升华和凝华2个过程,即涉及固体-气体-固体的直接相转变过程。其在高纯精品的分离精制、以及物质的新晶型筛选、高质量单晶制备等方面具有极大优势,但因其存在气体的复杂多变性,在理论研究、工业放大和升华设备标准化等方面还存在较大的挑战。针对升华结晶中的升华和凝华2个子过程,对现阶段升华结晶的机理研究进展进行了概括,进一步从晶型、共晶设计、晶体产品分离和纯化等方面总结了升华结晶在分离精制方面的应用,并介绍了几种代表性升华装置。同时,针对现阶段升华结晶的研究态势及所存在的问题,提出了关于深化机理、完善模型的新思路,探讨了升华结晶在高效分离、结晶过程精准控制方面的关键问题和发展方向。

3,4-环氧-1-丁烯的合成及其分离提纯工艺

采用液相法合成3,4-环氧-1-丁烯,经精馏得到纯度为99%的产品。该反应以乙腈为溶剂,TS-1沸石为催化剂,过氧化氢为氧化剂,并考察了反应温度、催化剂浓度和过氧化氢浓度的影响。当反应温度为50℃、催化剂浓度为4 g/L、双氧水浓度为0.945 mol/L时,反应效果最好。离心干燥后,将反应液进行真空蒸馏。为降低蒸馏温度,防止3,4-环氧-1-丁烯在高温下分解,减压蒸馏压力设为0.03 MPa。蒸馏柱1用于分离3,4-环氧-1-丁烯,蒸馏柱2用于在常压下回收乙腈以供重复使用。采用Aspen Plus模拟蒸馏过程,最终模拟结果与实验数据很好吻合。基于此,设计了高纯度3,4-环氧-1-丁烯的生产工艺。

多酚干扰细菌群体感应研究进展

多酚化合物是人类日常饮食中一类典型的天然产物,具有干扰分子信号通路、影响肠道菌群组成和保护人体肠道健康的功能。针对不同微生物群体感应(quorum sensing,QS)系统,多酚能够干扰细菌生物膜的形成和微生物致病性。介绍多酚的类型、来源和含量,总结多酚对多种QS相关表型,如菌体运动性、黏附性、生物膜形成和毒力因子的释放等具有的干扰作用,以及一些常见多酚对典型病原体的干扰作用,提出基于多酚的QS干扰在未来疾病治疗中面临的主要挑战。

鼠伤寒沙门菌入侵宿主细胞机制研究进展

鼠伤寒沙门菌(Salmonella typhimurium)是一种人畜共患的肠道病原菌,可引起肠道炎症。该病原菌主要通过其致病岛(SPIs)编码的Ⅲ型分泌系统(T3SS)分泌效应因子,包括促炎因子和抗炎因子。其在入侵肠上皮细胞时会释放促炎因子引发炎症反应,同时,为防止促炎因子过度破坏宿主细胞影响菌体的生存和繁殖,鼠伤寒沙门菌会产生一系列抗炎因子来调节细胞内信号通路,与宿主共同繁殖并最终全身扩散造成严重感染。旨在对鼠伤寒沙门菌利用T3SS效应因子入侵并调节宿主细胞信号通路机制进行概述。