微化工技术在水处理化学品合成领域的研究进展

综述了微化工技术,特别是微反应技术在水处理化学品合成领域中的研究进展,重点对采用该技术合成聚丙烯酸、聚马来酸酐等聚羧酸类阻垢分散剂,苯并三氮唑、有机磷类缓蚀剂,有机硫、过氧化物类杀菌剂,以及清水剂、消泡剂等产品的研究进行了总结。指出微化工技术作为一种新的绿色合成技术,目前在水处理化学品合成方面仍以探索为主,成本上还不具有优势,距离实际工业应用还有距离,但其具有的绿色、安全、高效等优点,符合减碳,环保安全和生产集成化、自动化趋势,随着微反应器的技术进步、成本的进一步降低,以及社会发展的需要,微化工技术在水处理化学品合成方面将具有极大应用潜力并可能快速推动其技术进步。

MG@ZIF7-MIP的制备及对水环境中双酚A的电化学传感检测

为了解决常规双酚A检测分析方法无选择性、需要标准样品、预处理过程复杂等缺陷,以磁性石墨烯(MG)为基底、ZnO作为Zn源在MG表面原位生长ZIF-7,合成了高效导电复合膜MG@ZIF-7;选择MG@ZIF-7为载体、内分泌干扰物双酚A(BPA)为模板分子、丙烯酰为功能单体、二乙烯基苯为交联剂,采用表面分子印迹技术成功制备了分子印迹杂化膜(MG@ZIF7-MIP),并通过TEM、XRD、XPS、FT-IR等测试手段对其进行了分析表征;构建了以MG@ZIF7-MIP修饰电极为工作电极的分子印迹电化学传感器,对水环境中内分泌干扰物BPA进行选择性检测。结果表明:MG@ZIF7-MIP修饰电极对BPA的线性响应范围为0.001~0.100μmol/L(R=0.9763),响应平衡时间为4 min,检测限为9.84 ng/L(S/N=3),建立了一种快速响应、实用性强、高灵敏检测双酚A的分析方法。

钠离子电池用石墨烯掺杂多孔材料的电化学性能

为了增加硬碳电极材料的导电性,选取石墨烯作为添加剂,采用涂覆法制备了石墨烯掺杂多孔材料,通过SEM、XRD、BET、蓝电电池测试系统和电化学工作站等对所得石墨烯多孔材料的结构和电化学性能进行表征和测试,探究不同碳化温度对于石墨烯掺杂多孔材料电化学性能的影响。结果表明:石墨烯掺杂多孔材料显示出均匀、丰富的孔结构和增强的石墨化程度,可降低接触电阻,缩短扩散距离,增强电子的传导性,用作电池负极时可有效提高钠离子电池的可逆比容量、倍率和循环性能;当碳化温度为1100℃时,所制备的石墨烯掺杂多孔材料电极表现出363.8 mA·h/g的高可逆比容量,在100 mA/g的电流密度下,循环300圈后,其可逆比容量基本无损失,表明该石墨烯掺杂多孔材料具有优异的电化学性能。

Co/MOF-808(Zr)复合材料的制备及其对有机磷化合物的降解性能

为了解决普通单金属MOFs材料几乎不能直接将双(4-硝基苯)磷酸酯(BNPP)直接降解为毒性更低的对氨基苯酚(4-AP)的问题,通过油浴法制备出MOF-808(Zr)后,采用后修饰法将草酸钴负载于MOF-808(Zr)上,制备出Co/MOF-808(Zr)复合材料,并对所制材料进行XRD和TEM表征。结果表明:MOF-808(Zr)具有高晶体结构稳定性,Co/MOF-808(Zr)的粒径在250 nm左右且分布均匀;Co/MOF-808(Zr)通过级联反应成功将有机磷神经毒剂模拟物BNPP直接降解为毒性更低的4-AP,而非一般的毒性较高的降解产物对硝基苯酚(4-NP)。其最佳级联降解反应条件为:温度45℃,Co/MOF-808(Zr)剂量为2 mg/mL,底物BNPP为0.6 mmol/L,硼氢化钠0.06 mmol/L。实践得出,Co/MOF-808(Zr)在将有机磷化合物直接降解为毒性更低的4-AP方面表现出良好的应用潜力。

Pt/COF-LZU1花状催化剂的制备及其对染料的催化性能

为了净化染料废水,采用简单的室温合成法和原位还原法相结合,制备了具有高活性和高稳定性的Pt/COF-LZU1花状催化剂,对催化剂的形貌和化学结构进行表征,并以亚甲基蓝(MB)为模型污染物研究了催化剂的催化降解性能。结果表明:该方法操作简便,可通过调控冰醋酸(HAc)浓度可以控制COF的形貌和尺寸。当HAc浓度为17.5 mol/L时,可以制备出形态良好、尺寸均匀的花状COF-LZU1载体,并且能够均匀负载铂纳米粒子;在中性条件下,Pt/COF-LZU1花状催化剂在150 min内对MB的脱色率达到90.05%,总有机碳(TOC)去除率为89.93%,速率常数为0.01585 min^(-1);此外,催化剂具有良好的稳定性和可重用性,在5个反应循环中表现出稳定的催化效率,在环境修复等领域具有应用潜力。

PEFT聚酯的制备及PEFT纳滤膜的截留性能

为了解决聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)材料制品使用后降解缓慢和聚2,5-呋喃二甲酸二甲酯(PEF)韧性差的问题,开发一种新型嵌段共聚酯聚2,5-呋喃二甲酸-乙二醇-co-对苯二甲酸酯(PEFT),可通过酯交换-熔融缩聚法合成,且PEFT拥有与PEF相媲美的热力学性能。利用FTIR及NMR等对聚酯结构进行表征,结果表明该方法成功制备了PEFT聚酯。通过TG、DSC和紫外光照表征,结果表明PEFT聚酯热学性能优良,且在紫外光照射下可快速降解。又将PEFT聚酯材料通过非溶剂致相分离法(NIPS)制备了不同铸膜液浓度的PEFT纳滤膜,用于对染料离子及金属盐溶液的截留,而后对其表面粗糙度、水接触角、荷电性、染料和金属盐离子的截留能力等方面进行了测试。结果表明:PEFT纳滤膜对甲基蓝(Mr=799.8)染料、酸性品红(Mr=585.4)染料都具有良好的截留性能,最高截留率可达99%和87.7%,并且纳滤膜经长期循环后仍具有较高的稳定性,但对金属盐(MgSO4)溶液截留性能不佳,截留率最高不超过35%。综合研究发现PEFT纳滤膜在染料截留方面性能突出。

高效降解盐酸四环素的CdS/BiOCl复合光催化剂的制备及性能

采用水热法制备了BiOCl超薄纳米片,并将CdS纳米晶体沉积于BiOCl表面制备CdS/BiOCl复合光催化剂。XRD测试结果证明CdS的沉积不会改变BiOCl的晶体结构。XPS测试结果表明CdS/BiOCl复合材料已被成功合成。SEM及HRTEM测试结果证明,CdS纳米晶体均匀沉积在BiOCl的表面。荧光光谱分析数据表明CdS/BiOCl复合材料的电子-空穴分离效果得到有效提高,均优于纯BiOCl材料,且随着Cd(Ac)_(2)·2H_(2)O添加量的增加,复合材料的荧光光谱强度呈现先减弱后增强的现象。根据紫外可见漫反射光谱及XPS价带谱测试结果,计算出复合材料的价带与导带电位。以盐酸四环素作为模拟污染物评价光催化剂的活性,结果表明,CdS/BiOCl复合材料光催化活性更高,仅需经过5 min的可见光照射后,优选的CdS/BiOCl(CB-8)复合材料对盐酸四环素的去除率可达70.6%,为纯BiOCl的16.2倍。最终,根据XPS价带谱和活性物种捕获实验结果推测了CdS/BiOCl复合光催化剂的光催化反应机理。

ZIF-8改性自具微孔聚合物膜的制备及其对CO_(2)的分离性能

为了提高自具微孔聚合物(PIMs)膜对CO_(2)的分离效果,对PIM-1膜进行功能化改性。首先,将PIM-1膜通过水解、置换等作用引入Zn2+离子,再将改性后的PIM-1膜浸泡在2-甲基咪唑的甲醇溶液中,于室温下在膜表面生长类沸石咪唑酯框架-8(ZIF-8)选择层,经过硅橡胶填补后得到无缺陷ZIF-8改性PIM-1膜(pZIF-8@PIM-1),并对其性能和结构进行测试和表征。结果表明:在离子改性后的PIM-1膜表面成功生长了厚度约0.8μm的ZIF-8选择层,晶体尺寸大小均匀,粒径直径在200 nm左右;与PIM-1纯膜相比,由于多价金属离子交联及ZIF-8选择层的存在,pZIF-8@PIM-1的CO_(2)扩散系数明显下降,CO_(2)/N_(2)扩散选择性有所上升,由0.89提升到1.01;ZIF-8中含氮有机杂环与CO_(2)之间的Lewis酸碱作用及2-甲基咪唑环上静电势对CO_(2)的亲和作用,使得pZIF-8@PIM-1的CO_(2)溶解度系数上升,且CO_(2)/N_(2)溶解选择性也得到提升,由18.56提升到20.31;改性后的PIM-1膜CO_(2)/N_(2)扩散选择性及CO_(2)/N_(2)溶解度选择性的双重提升共同促进了CO_(2)/N_(2)分离系数的提升,由原膜的16.57增加到20.43,具有良好的CO_(2)分离性能。

聚酰亚胺复合膜的制备及其在沼气提纯中的应用

为解决沼气分离过程中单级膜过程产物CO_(2)纯度低及CH4的损失率较高等问题,通过界面聚合法制备了具有超高分离性能的具有聚酰亚胺分离层的复合膜,研究了操作温度、进料侧压力及切割比等因素对分离效果的影响。结果表明:该膜适用的温度及压力范围较广,不同操作条件下的膜均表现出了优异的分离性能,产出的CO_(2)纯度高,CH4的损失率低。低温、低压、低切割比有利于渗透侧高纯CO_(2)的输出;高温、高压、低切割比则有利于渗余侧CH4的回收。使用该膜模拟沼气分离,在切割比为0.1下操作,当进气压力为0.2 MPa、温度为25℃时,通过单级膜过程,渗透侧可得到99%的CO_(2),渗余侧CH4回收率可高达99%。在很宽的操作范围内,本文制备的复合膜在沼气中CO_(2)组分分离时,CH4损失率可控制在1%范围内,是理想的CO_(2)/CH4分离膜。

溶胶凝胶法铈锆锰基脱硝催化剂制备及性能

为了提高铈锆基脱硝催化剂的低温脱硝性能,采用溶胶凝胶法和溶胶凝胶法+浸渍法制备了一系列铈锆锰基脱硝催化剂,通过XRD、XPS、N_(2)-吸附脱附、NH_(3)-TPD、H_(2)-TPR、SEM/EDS等手段对催化剂进行了表征,对催化剂的脱硝性能进行了评价。结果表明:在100~350℃温度范围内,空速为220000 h^(-1)的条件下,采用溶胶凝胶法制备的CZM-0.2催化剂展现出最好的低温脱硝性能;CZM-0.2催化剂优异的低温脱硝性能主要与其较好的Mn分散度、较高的Mn^(4+)含量、较强的低温还原性能(MnO_(x)的逐步还原)和较多的弱酸位点有关。

g-C_(3)N_(x)@Zn_(x)O异质催化剂的制备与可见光催化活性

为了解决常规氧化锌光催化剂能带隙宽、量子产率低、稳定性差等缺陷,以g-C_(3)N_(x)为基底、以ZnO作为金属源在g-C_(3)N_(x)表面原位生长类沸石咪唑酯框架-8(ZIF-8),经高温煅烧后制得具有高稳定性和可见光催化活性的g-C_(3)N_(x)@Zn_(x)O异质催化剂;采用TEM、XRD、UV-DRS、瞬态光电流等测试方法对实验材料进行分析表征,并将g-C_(3)N_(x)@ZnxO用于水环境中亚甲基蓝有机物的可见光催化降解。结果表明:g-C_(3)N_(x)和ZIF-8的引入不仅使材料的光吸收能带隙变窄,而且显著提高了瞬态光电流响应信号,有效抑制了光生电子与空穴对的重组,从而增强了材料的光催化性能,g-C_(3)N_(x)@Zn_(x)O对亚甲基蓝的可见光降解率达到了98.45%。

不同形貌g-C_(3)N_(4)光催化剂的制备及性能

本工作制备了四种形貌的g-C_(3)N_(4)光催化剂,分别为不规则疏松片状g-C_(3)N_(4)-4、不均匀致密颗粒状g-C_(3)N_(4)-8、管状g-C_(3)N_(4)-24以及不规则管状g-C_(3)N_(4)-32。XRD和XPS测试结果证明四种g-C_(3)N_(4)光催化剂的成功制备。光电性能测试结果表明,中空管状g-C_(3)N_(4)-24具有良好的可见光响应、最小的阻抗及最佳的光电流响应,光生电子和空穴的分离效果最好。以碱性品红(Fuchsin basic)为模拟污染物,考察g-C_(3)N_(4)-24光催化剂的光催化降解性能,结果表明,在可见光的条件下,90 min内其对碱性品红的降解效果能达到86.7%。最后根据活性物种捕获实验对g-C_(3)N_(4)-24光催化剂的光催化机理进行研究,发现·O_(2)^(-)、h^(+)和·OH均为碱性品红降解过程中的活性物质,其中·O_(2)^(-)为最主要的活性物种。

MOF材料用于肉苁蓉总黄酮的富集研究

探究不同MOFs材料在富集分离肉苁蓉总黄酮的表现及最佳吸附解析条件。采用水热合成法合成[Zn(nicotinate)_(2)]_(n)、MIL-101(Cr)、MIL-101(Fe)、MIL-53(Fe)、MOF-5五种MOFs材料,通过PXRD、FTIR、SEM和TG等进行表征确保其准确合成,以不同条件下的吸附解吸量为指标,评价吸附解吸附性能,经过筛选得出烟酸锌配位聚合物[Zn(nicotinate)_(2)]_(n)([Zn(NA)_(2)])综合性能最佳,并确定最佳吸附解吸条件。结果显示最佳吸附条件为吸附时间6 h,样品原液pH值5.0,样品原液浓度2.20 mg/mL,此条件下[Zn(NA)_(2)]对肉苁蓉总黄酮的吸附量为62.91 mg/g。最佳解吸条件为30%乙醇溶液,解吸率为45.52%。吸附解吸后肉苁蓉中总黄酮纯度由9.33%提高到48.23%。[Zn(NA)_(2)]吸附解吸前后经PXRD表征晶型稳定。实验显示[Zn(NA)_(2)]表现出高吸附性能,对肉苁蓉中的黄酮类化合物具有高效的富集和纯化效果。因此,MOFs作为新兴的中药有效成分富集分离材料,具备广泛的应用前景。

超滤+纳滤双膜法处理铁法磷酸铁生产废水的研究

以铁粉和磷酸为原料的磷酸铁生产工艺因其废水排放量小、环保压力小逐渐成为主流的磷酸铁生产工艺。为进一步实现清洁生产、回收利用磷酸的目的,研究了“超滤+纳滤”双膜处理系统对磷酸铁生产工艺废水进行深度处理的可行性,并考察了进水压力、温度对纳滤膜分离性能的影响。结果表明:采用“超滤+纳滤”的集成工艺处理以铁粉和磷酸为原料的磷酸铁生产废水,超滤产水化学需氧量(COD)的去除率为72%,固体悬浮物(SS)的去除率为79%,纳滤对各金属阳离子的截留率均在96%以上,且磷酸渗透双膜效果较好,磷酸的截留率在5%以内,最终通过纳滤滤过液能得到净化后的磷酸,实现磷酸的回用;运行中的超滤预处理能够显著减轻纳滤膜污染,并提升纳滤膜的清洗效果,延长了纳滤膜使用寿命。此外,通过单因素实验得出纳滤的最佳操作条件为:进水压力为0.4 MPa、温度为30℃。该研究结果为实现磷酸铁生产废水的磷酸资源化回用奠定了技术基础,具有较好的推广前景。

环境响应纳米纤维的研究进展

环境响应纳米纤维是可以感知外界刺激变化并自身发生物理化学性能改变的智能材料。纳米纤维具有直径小、孔隙率大、比表面积高的优点,因此环境响应纳米纤维有更高的响应灵敏度,更快的响应速率,成为近年来的研究热点。综述了温度、pH、光、磁场等类型环境响应纳米纤维的研究现状,归纳了环境响应纳米纤维的制备方法和近几年的主要应用,如药物控释、传感器及分离纯化等领域,并对其研究前景进行了展望。

小孔径聚酰胺卷式超滤膜制备及分离性能

实现分子和离子的分离是当前膜技术领域的热点.超滤膜技术在有机物与无机盐分离领域具有广泛应用,但两者的选择性分离能力存在局限.开发能够分离小分子有机物与无机盐的超滤膜制备技术,是当前的重要需求.本研究提出了一种通过界面聚合法制备小孔径聚酰胺卷式超滤膜,可实现染料有机小分子与无机盐离子的高效分离.通过对“低浓度”下的聚酰胺薄膜合成条件进行优化,制备出了具有微小孔径的聚酰胺卷式超滤膜.该超滤膜的截留分子量为750,对刚果红(CR)的截留率为95%,对硫酸钠(Na_(2)SO_(4))的截留率低至10%,对CR/Na_(2)SO_(4)的分离度最高为9.4.所提出的界面聚合法制备小孔径聚酰胺卷式超滤膜工艺简单,易于工业推广.

丙烯气相直接氧化制环氧丙烷铜基催化剂研究进展

环氧丙烷(PO)作为一种用途广泛的有机化合物原料,主要用于合成聚氨酯塑料。聚氨酯塑料因其卓越的弹性、耐久性和多样性,在许多日用品及工业产品中发挥着重要作用。传统的环氧丙烷生产方法常常步骤繁琐并且效率不高,因此科学界持续寻找更为简洁和环保的合成路径。近年来,通过利用分子氧直接环氧化丙烯来合成环氧丙烷的技术引起了人们广泛的兴趣,因为这种方法有望简化生产流程,同时减少有害副产品的生成。通过介绍不同形貌(八面体、立方体、纳米管、纳米棒等)、不同粒径氧化亚铜的调节和制备方法,讨论催化性能的影响因素,例如氧化亚铜的形貌、载体、粒径等,探索不同元素(卤族元素、碱土金属等)掺杂对氧化亚铜催化性能的不同作用方式。在论述这些实验观察和结果的基础上,通过进一步讨论丙烯环氧化反应的可能机理和途径,针对环氧化反应提供详细的分子水平的视角。通过这项研究,希望能够更有效地设计催化剂,优化制备过程,并为环氧丙烷的绿色生产作出贡献,推动聚氨酯塑料行业的可持续发展。

双极膜电渗析资源化硝酸钠制酸碱

工业生产中产生的含有NaNO_(3)的高盐废水是一种可回收再利用的资源,通过双极膜电渗析(BMED)技术可制备出相应的酸和碱,对高盐废水的资源化利用具有重要的意义。采用三隔室双极膜电渗析膜堆,以NaNO_(3)溶液模拟高盐废水制备HNO_(3)和NaOH。选取能耗、电流效率、转化率作为评价指标,探究电流密度、原料液浓度、极液种类及浓度、酸碱室初始浓度对BMED制酸碱过程的影响。结果表明:随着电流密度的增大,盐转化率提高,能耗增加;随着原料液浓度的增大,电流效率增加,能耗降低,原料液浓度过高会导致电流效率明显降低;极液以3%(质量分数)的NaOH最宜;酸碱室初始浓度的增加可提高盐转化率,降低能耗。综合各因素最优参数进行实验,在电压为35 V、电流密度为700 A/m^(2)、酸碱室初始浓度为0.05 mol/L、原料液为12%(质量分数)的硝酸钠、极液为3%(质量分数)的NaOH的条件下,制得的碱浓度为2.227 mol/L,盐转化率可达93.42%,电流效率为60.83%,能耗为3.23 kW·h/kg。研究结果可为工业生产中NaNO_(3)高盐废水的资源化利用提供参考。

氧化物Zeta电位影响因素研究进展

文章主要探究了氧化物和过氧化物在固-液界面Zeta电位的影响因素,以及Zeta电位在颗粒悬浮液和液-液乳状液中的重要性。介绍了测定Zeta电位的方法和相关实验研究成果,包括表面活性剂、pH值、离子强度等因素对Zeta电位的影响。实验结果表明,pH值是影响Zeta电位的显著因素之一,与颗粒表面电荷分布紧密相关。不同的研究指出,通过控制pH值,可以显著改变如ZnO、TiO_(2)、CeO_(2)等材料表面的Zeta电位,进而影响在液体介质中的稳定性。表面活性剂的种类和浓度同样对Zeta电位有显著影响,通过选择适当的表面活性剂,可以有效调节悬浮液的稳定性。粒径和浓度的不同也会影响Zeta电位,粒径对电荷密度和电势分布有显著影响,对颗粒悬浮液的稳定性也至关重要。同样温度对表面或界面反应也对Zeta电位有影响,如官能团的解离和质子化及吸附过程。

锂氧电池Ti_(2)CT_(x)MXene基催化剂的表面调控

为了提高二维材料Ti_(2)CT_(x)MXene的催化活性,通过碱处理和热处理等表面处理技术对MXene进行调控,扩大MXene层间距,减少电化学活性差的-F端基,形成以丰富-O端基构成的t-Ti_(2)CT_(x)材料,并将其用作锂氧电池氧电极催化剂,研究其对电池性能的影响。结果表明:在100 mA/g电流密度下,t-Ti_(2)CT_(x)锂氧电池放电比容量为13150.2 mA·h/g,放电/充电过电位为0.17/0.65 V,均优于未处理的Ti_(2)CT_(x)电池性能。在电流密度为1000 mA/g、限容为500 mA·h/g条件下,t-Ti_(2)CT_(x)电池可稳定循环125次;限容1000 mA·h/g时可循环105次,且循环过程中放电电压均高于2.5 V,由此说明t-Ti_(2)CT_(x)锂氧电池实现了较好的电化学性能。