新工科背景下化工专业研究生实践教学模式探索——以浙江大学工程师学院衢州分院为例

化学工程专业学位研究生和卓越工程师培养是我国化工行业创新、绿色、提质发展的重要保障,如何开展工程实践教学,提升研究生的工程能力,已成为当今工程专业学位研究生培养的重要课题。文章以浙江大学工程师学院衢州分院为例,基于高端化学品先进制造项目,重点剖析基于“产教融合、科教融汇”的专业学位研究生工程实践教学模式在高层次化工人才培养中的主体地位,并详细介绍该模式的具体实施思路和举措。

二甲苯异构体吸附分离研究进展

二甲苯异构体的分离与纯化是石油化学工业的重要过程之一,但二甲苯异构体的结构和性质极其接近,常规精馏和深冷结晶法分离能耗高、生产效率低。模拟移动床色谱是主流的二甲苯异构体分离技术,但作为吸附剂的分子筛在吸附容量和分离选择性两方面均存在不足。金属有机框架和超分子材料具有组装自由、结构多样和性质可调等优点,可通过构建极性孔环境或精准设计孔道尺寸与形状实现二甲苯异构体的高效辨识与分离。本文综述了金属有机框架和超分子材料在二甲苯异构体吸附分离中的研究进展,从静电作用、尺寸筛分和形状筛分等方面探讨了二甲苯异构体分离的内在机制,总结了金属有机框架在二甲苯分离领域存在的问题和局限,并对未来发展方向进行了展望。

芳香烃/环烷烃吸附分离材料研究进展

吸附法由于其节能环保的特性有潜力替代萃取精馏成为分离同碳数芳香烃/环烷烃的新方法,目前采用的吸附分离材料已从传统的沸石分子筛发展到包括金属-有机框架材料(MOFs)、共价有机框架(COFs)和多孔分子晶体(PMCs)在内的新型多孔材料,体现出优异的选择性、优先吸附芳香烃或环烷烃的能力。本文综述了近年来MOFs、COFs和PMCs在苯/环己烷和甲苯/甲基环己烷分离中的研究进展,重点介绍了三类材料结构的设计思路、吸附分离性能及其机理,包括热力学平衡、分子排阻等两类不同的机理。在取得较大研究进展的同时,该领域也存在一些较为突出的问题,如对吸附质扩散传质规律和混合物固定床分离性能研究不足、对材料稳定性和杂质敏感性关注较少、多孔材料结构复杂、经济性有待提升等,在未来的研究中需予以重视。

热塑性聚酰胺弹性体合成研究进展

热塑性聚酰胺弹性体(TPAE)是一种由聚酰胺为硬段和聚醚或聚酯等为软段构成的多嵌段共聚物,具有密度低、热稳定性好和耐磨性优等优异性能。TPAE的硬段和软段主要通过它们之间不同类型的端基反应连接,包括羧基与羟基、羧基与氨基、异氰酸酯基与羧基、酰氯与氨基、异氰酸酯基与氨基等官能团之间的缩合反应。本文综述了TPAE合成的研究进展,系统介绍了缩聚反应法、聚加成反应法、原位聚合反应法及其它合成TPAE的方法的反应机理与特点,并分析讨论了它们的优缺点。

层状双金属氢氧化物(LDH)去除磷酸盐的性能研究

我国水体特别是湖泊的富营养化与氮磷营养盐的超标排放有关.如果集中式污水处理厂的除磷效果不理想,将易引发尾水总磷超标,因此对污水处理厂二级处理过程的效能挖潜是当下污水处理厂提标改造的重点.层状双金属氢氧化物(LDH)是新型纳米吸附剂,可实现水体中磷元素的高效去除.研究中采用共沉淀法制备Mg/Al层状双金属氢氧化物(Mg/Al-LDH)及其煅烧产物(Mg/Al-LDO),通过扫描电子显微镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、红外光谱(FTIR)和Zeta电位等方法表征其组成和微观形貌,借助吸附动力学和吸附等温线探究Mg/Al-LDH和Mg/Al-LDO对磷酸盐的吸附特点和作用机理.结果表明:①当磷酸盐的初始质量浓度为10 mg/L(以P计)时,Mg/Al-LDH和Mg/Al-LDO对磷酸盐的吸附在2 h内快速增加并完成90%的吸附率,且它们的拟二级动力学模型(R^(2)值均大于0.999)比拟一级动力学模型能更好地模拟磷酸盐吸附过程,因而可以认为Mg/Al-LDH和Mg/Al-LDO的除磷过程主要通过化学吸附或化学键合来实现.②由于Mg/Al-LDH和Mg/Al-LDO的等温吸附数据更符合Langmuir等温吸附模型(R^(2)值均大于0.994),说明溶液中的磷酸根应以单分子层方式吸附在Mg/Al-LDH或Mg/Al-LDO上,它们在298 K下的最大饱和吸附量分别为84.5和122.7 mg/g.③Mg/Al-LDO在pH为3.0~11.0范围内具有的界面正电性,以及吸附磷酸盐后部分恢复原有层状结构的能力,使得Mg/Al-LDO在宽pH范围内具有比Mg/Al-LDH更强的脱磷能力.研究显示,Mg/Al-LDH和Mg/Al-LDO可实现含磷水样的高效快速去除,从而为今后市政污水处理技术的革新提供新思路.

聚酯合成催化技术的研究进展

聚酯工业的进步离不开先进的催化技术。本文对聚酯合成催化体系的研究进展进行了评述。着眼于目前占主导的金属催化剂,对锑、钛、锡、锗、铝等催化剂在活性、副反应等方面所开展的金属复合、配体改性、载体负载等工作进行了总结,介绍了有机物、离子液体、酶等非金属催化体系的研究进展,并对促进聚酯合成的电、光、微波等催化辅助技术进行了评述。催化能力强、副反应少、聚合条件温和催化体系的开发有助于聚酯品质的提升,将先进的表征手段、模型研究以及聚酯构效关系规律探索结合到催化体系的研究中,可加速高效聚酯催化技术的研发。

离子液体强化不饱和键差异化合物分离的研究进展

结构相似物的分离是物耗和能耗最集中的化工过程之一。对于具有不饱和键差异的化合物而言,它们的物化性质极为相近,高效分离极具挑战。离子液体因其特殊的理化性质、结构可设计以及多重分子间相互作用位点等特点而广泛应用于不饱和键差异化合物的分子辨识分离。本文综述了离子液体强化不饱和键差异化合物分离的研究进展,重点介绍了常温常压下为气态的低碳烃、液态的中等碳链烃及固态的天然活性同系物等代表性体系的分离,突出了离子液体分离不饱和键差异化合物的构效关系、分离机理及分离工艺流程评价,并展望了离子液体强化不饱和键差异化合物分离的未来方向。

乙烯基共价有机框架材料研究进展

共价有机框架(COFs)是一类基于共价键连接的多孔晶态有机聚合物,因其结构的多样性和丰富的功能化位点使得其在诸多领域展现出良好的应用潜力。然而基于可逆共价键设计的COFs材料有限的化学稳定性限制了此类材料的进一步应用。近年来,由于化学稳定性的提升,基于C=C双键构筑得到的乙烯基COFs(V-COFs)逐渐成为研究热点。本综述旨在通过系统总结此类新兴V-COFs材料的合成方法和应用情况,深入分析其研究进展,对V-COFs材料的未来发展提出展望。

聚苯基甲基硅氧烷分子量-折射率模型研究

聚硅氧烷是应用广泛的一种特种有机硅材料,折射率是衡量聚硅氧烷性能的重要指标。应用基团贡献法建立了适用于聚苯基甲基硅氧烷体系的分子量-折射率模型,结合自由体积理论对模型进行了修正。修正后的模型能够根据分子量和温度有效地预测聚苯基甲基硅氧烷的折射率,相对误差在±0.2%范围内。根据修正后的模型阐述了分子量、温度对折射率的影响:折射率随着分子量的增大而升高,最终趋于一定值;折射率随着温度的升高明显下降。研究结果可为高折射率聚硅氧烷的设计与合成提供参考。

动态化学交联聚烯烃类弹性体研究进展

聚烯烃类弹性体是由乙烯与丙烯或其他高碳α-烯烃共聚而成的高端聚烯烃材料,具有出色的化学稳定性、耐候性和电绝缘性,广泛应用于光伏、汽车、电缆等领域。通过动态化学交联可在保证其加工性的前提下,进一步提高其力学性能与热稳定性,拓展应用范围。综述了动态化学交联聚烯烃弹性体的制备工艺,包括一步法直接交联和功能化后再交联(多步法)。详细介绍了后功能化、乙烯与功能化单体共聚等功能化方法。讨论了动态化学交联聚烯烃类弹性体的表征手段及其链结构、聚集态结构和性能之间的关系。展望了动态交联聚烯烃类弹性体的未来发展。为动态化学交联聚烯烃类弹性体的可控制备、构效关系研究以及高值应用提供理论指导与技术支持,推动高端聚烯烃材料的创新和发展。

湿法化学法合成三氢化铝研究概述

三氢化铝作为一种储氢材料具有十分优异的性能,例如:储氢密度大、放氢温度低、燃烧后产物绿色无污染等诸多优点,广泛应用于航空航天以及军工领域。综述了采用“湿法”合成时产生的中间体三氢化铝缔合物以及产品α-AlH_(3)的物理以及化学性质对制备过程的影响。α-AlH_(3)的常规“湿法”合成需要分两步合成,第一步缔合物制备,介绍了几种不同醚合物的制备方法;第二步脱溶剂化转晶,脱溶剂化转晶主要分为固相甲苯法、液体甲苯法、真空法,分析了各自存在的优缺点。最后提出了一些可以改进的方向。

干冰烟丝膨胀过程的机理研究

干冰膨胀烟丝(DIET)过程是烟草工业重要的制丝工艺,膨胀后烟丝含水率是表征该工艺的1项重要技术指标。本研究基于卷烟厂制丝车间的实际运行数据,以物料衡算和热量衡算为基础,考虑两相间对流传热系数的变化,并结合适当的工程简化,分别建立了DIET过程中烟丝出口温度、工艺气体回风温度和膨胀后烟丝含水率的数学模型。其中回风温度和膨胀后烟丝含水率数学模型的平均绝对误差分别为0.24%和1.99%,最大绝对误差分别为0.83%和6.33%,该模型可较好地描述工艺条件对二者的影响,对膨胀后烟丝含水率的调控有较好的指导意义。

碳纳米管表面等离子体改性活化过一硫酸盐性能研究

将简单高效的等离子体刻蚀方法应用于碳纳米管(CNTs)的表面改性,通过扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)和拉曼光谱(Raman)等对改性后的催化剂进行表征分析,结果表明经刻蚀得到的CNTs缺陷程度和氧含量均有较大提升。研究发现改性后的CNTs催化剂可有效提升过一硫酸盐(PMS)活化性能,在降解水中2,4-二氯苯酚(2,4-DCP)的性能研究中反应速率为未改性CNTs的3.2倍,30min内2,4-DCP去除率可达到97%,同时在实际水体和放大实验中也展现出良好的性能。淬灭实验和电子顺磁共振实验结果表明体系中主要的活性物质为单线态氧(^(1)O_(2))。本研究提供了一种简单制备高性能非金属活化PMS催化剂的方法,并在水体中有机污染物的去除中展现出良好的应用前景。

碳酸亚乙烯酯合成研究进展

碳酸亚乙烯酯(VC)作为一种重要的锂电池电解液添加剂,可以改善电池的高低温性能、降低电池的内阻、改善电池的循环性能等,其合成工艺一直是众多学者关注的焦点。本文着重对VC的合成路线和合成工艺进行综述,包括传统的两步法合成路线,即碳酸乙烯酯(EC)经过氯取代反应生成氯代碳酸乙烯酯(CEC),再经脱氯反应得到VC,以及由EC直接一步脱氢法合成VC的路线。同时,对目前VC的合成工艺进行了归纳总结,分类讨论了不同方法的特点,并对未来的发展趋势进行了展望。传统的两步法路线尽管存在环境和安全问题,但仍然是目前工业化合成VC的主要方法,而一步法合成路线仍需要对催化剂的开发、反应过程和机理等进行深入研究。

基于亚锡灭活及链端改性提高聚乳酸热稳定性的研究进展

聚乳酸(PLA)是当前人工合成的生物可降解材料中商业化程度最高的一类,具有良好的力学性能和优异的生物相容性。由于亚锡类催化剂具有催化活性高、价格低且不易发生消旋反应等优点,被广泛应用于PLA的工业化生产。虽然亚锡类催化剂的用量较少,但催化剂的微量残留仍会促进PLA制品的热降解,极大地影响制品的性能和使用寿命。首先综述了亚锡类催化剂促进PLA热降解的机制,而后从亚锡离子的螯合、亚锡离子的氧化和链端基改性3个方面出发,详细总结了提高PLA热稳定性的研究进展,以期为扩大PLA产品的应用范围和延长PLA产品的使用寿命提供指导。

卧式捏合反应器及其在聚合工业中的研究进展

卧式捏合反应器具有大的反应体积,优异的混合性能、表面更新性能、传热性能和自清洁性能,因而在本体聚合、缩合聚合和聚合物脱挥等领域具有广阔的应用前景。综述了几种捏合反应器及其搅拌特性研究,以及在聚合工业中的应用研究,指出捏合反应器具有非常复杂的几何结构,实验测量技术具有很大的局限性,计算流体力学(CFD)模拟为主要的研究方法;进一步指出具有自清洁特性的捏合反应器是聚合物搅拌设备开发的主要方向,高效、集约化、绿色、环保的先进工艺与装置是促进我国聚合工业发展的关键。

包覆低共熔溶剂的聚苯乙烯微胶囊吸附Li^(+)的性能研究

为实现绿色、低成本从海水中提锂的目标,采用同轴共流微流体技术结合溶剂挥发法制备包覆有低共熔溶剂(甲基三辛基氯化铵/癸酸)的聚苯乙烯微胶囊。所制备的微胶囊颗粒呈均一的球形。将该微胶囊用作萃取Li^(+)吸附剂,系统研究了吸附时间、吸附温度、溶液pH、初始锂浓度和固液比对Li^(+)吸附量和萃取率的影响。结果表明在吸附Li^(+)水溶液时,微胶囊对Li^(+)的最大吸附量为32 mg·g^(-1)。碱性条件时微胶囊对模拟海水中的Li^(+)吸附分配比为10.22 L·g^(-1)。

基于专利情报分析的锂离子电池用低温电解液的发展现状和研究进展

锂离子电池已在移动设备、电动交通工具和储能系统等领域得到广泛应用,随着信息化与军事现代化建设的快速发展,锂离子电池的使用需要适应更宽的工作温度区间,因此,开发能够在低温条件下稳定工作的锂离子电池,可以满足在高寒地区、两极地区,以及高空和近太空等区域对能量储存及释放的需求。电解液作为锂离子电池的一个重要组成部分,在电池中承担着锂离子的传输、在正负极界面生成固体电解质膜等重要作用,其低温性能会很大程度上影响锂离子电池的低温性能。由于电解液的优化在实际应用中更易于操作和实现,因而已成为该领域的研究热点。本文首先介绍了锂离子电池用低温电解液的研究现状和存在问题,然后从与市场和产业关系更为密切的锂离子电池低温电解液的相关专利申请入手,分析了其总体申请情况以及电解质盐、溶剂和添加剂等各技术分支的研究进展,并对重点申请人进行了分析,最后指出了国内创新主体在专利布局方面的不足之处,并给出了建议,为锂离子电池用低温电解液领域的研究提供参考。

链段序列结构对丙交酯/己内酯共聚物性能的影响研究

聚乳酸(PLA)是常见的生物基可降解塑料之一。通过共聚改性,引入柔性链段[如聚己内酯(PCL)],可以改善PLA质脆和韧性差的问题,但PLA共聚物链段序列结构与其结晶和机械性能的关系不明确。本工作制备了聚(丙交酯-co-己内酯)(PLCL)无规共聚物和PLA-PCL-PLA(L-C-L)三嵌段共聚物,研究分子链序列结构对共聚物结晶性能的影响。结果表明,随着己内酯(CL)比例的提高,PLCL中PLA链段的平均序列长度变短,其结晶速率和结晶度迅速降低,使其杨氏模量降低、断裂应变增大。与之不同的是,L-C-L的序列结构不变,其结晶速率和结晶度无明显变化,但杨氏模量降低、断裂应变增大,韧性提高。

基于专利情报和标准分析的生物炼制糠醛技术发展现状及我国对策研究

生物炼制是新时代应对能源危机和推动绿色发展的极佳策略,基于生物炼制可以将低值的生物质资源转化为各类高附加值产品。糠醛是一种来自生物质资源的高附加值平台化合物,在能源、医药、化工等领域具有重要应用。糠醛的工业生产技术已经比较成熟,但是目前工业生产过程中还存在不少问题。本文首先介绍了糠醛的性质及生产技术现状,然后对生物炼制糠醛的专利技术和国家标准进行梳理和分析,预测了该领域的发展趋势,为生物炼制糠醛方向的对策研究提供参考。