强化脱氢动力学实现超低电池电压和大电流密度下抗坏血酸电氧化

当今社会日益严峻的能源危机进一步加速了生物质资源多层次转化利用的发展,现代生物质能源技术已成为研究热点.抗坏血酸是生物质平台分子之一,脱氢抗坏血酸作为抗坏血酸的氧化产物,不仅与抗坏血酸一起组成了生物抗氧化系统,而且还发挥着重要的生物医学功能,例如人体抗癌、抗病毒和抗衰老等.在众多的脱氢抗坏血酸制备方法中,抗坏血酸的电催化氧化提供了在常温常压条件下使用水作为氧化剂和电能作为能量输入生产脱氢抗坏血酸的机会.另一方面,在水体系内,较低的抗坏血酸理论氧化电位(E理论=0.390 V)使得抗坏血酸氧化反应/氢析出反应(AAOR/HER)电对可以在低电池电压下工作,降低了因高电压带来的能源消耗和设备要求等成本,实现低能耗条件下的化学品转化和制氢.本课题组通过简单的氧气等离子体在碳材料表面引入含氧官能团(OCGs),并揭示了OCGs和抗坏血酸分子脱氢动力学之间的关系,利用提升反应动力学的策略提高AAOR的电催化活性.得益于OCGs对抗坏血酸分子脱氢动力学的调控作用,所设计的氧气等离子体处理碳纸电极(PO-CP)可以在0.65 VRHE下驱动100 mAcm^(–2)的电流密度,明显优于原始碳纸(CP)和其他金属基电催化剂.此外,在PO-CP电极表面抗坏血酸制备脱氢抗坏血酸的法拉第效率超过90%,并且具备较好的稳定性(20 h).X射线光电子能谱(XPS)结果表明,随着等离子体处理时间的延长,碳表面的含氧量增加,最终呈现饱和状态.进一步利用氢气退火作为对照组去除表面的OCGs,发现退火过程中所有类型的OCGs含量都明显下降,其中羧基和羰基的含量变化明显,说明退火处理可显著去除碳表面的C=O键,进而影响其AAOR性能.电化学测试表明,OCGs的引入提升了碳材料的AAOR本征活性,氢气退火对照组性能急剧下降,进一步表明了碳表面的含氧官能团对AAOR性能的提升至关重要.结合XPS结果,分析其中C=O键可能对AAOR本征活性的提升发挥重要作用.为降低三维电极带来的传质影响及等离子体处理对碳表面清洁影响等,进一步选用商业碳粉(XC72)作为模型材料并在玻碳电极表面探究OCGs的影响,同时选择氧气等离子体刻蚀和电化学氧化方法作为OCGs修饰策略.电化学测试表明,XC72表面的电化学性能规律和碳纸表面类似,进一步表明了碳表面的OCGs对AAOR的性能提升至关重要.最后,通过密度泛函理论来对AAOR的各基元步骤的吉布斯自由能(Gads)进行了研究.结果表明,OCGs修饰后,虽然AAOR的决速步骤没有发生变化(第一步脱氢过程),但是ΔGads变化明显.相比于原始碳晶格(G(ads(C))=1.36 eV),不同含氧官能团修饰下的碳表面的吉布斯自由能变化为ΔG(ads(-OH))=1.33 eV,ΔG(ads(C=O))=1.55 eV,ΔG(ads(-COOH))=1.24 eV.由此可见,含氧官能团特别是羧基的引入,可以显著降低AAOR过程中脱氢能垒,通过增强脱氢动力学来实现高效的抗坏血酸转化.此外,还将AAOR和HER集成到质子交换膜型电解槽中,当PO-CP阳极和Pt/C阴极组装时,在0.98 V(80℃)的超低电池电压下获得了1.00 Acm^(–2)的电流,这是目前电催化有机物转化反应的一个非常有优势的数据.而且系统每产生1 m^(3)的氢气只需要1.54 kWh的电能,几乎是传统电解水(4.95 kWh)的三分之一.综上,基于抗坏血酸在PO-CP表面高效率的电化学转化,这项工作为电化学生物质转化升级和制氢提供了更环保更经济的策略,并为适应规模化生产的电极设计提供了参考。

螺旋钻机搅龙的设计和制作技术

针对螺旋钻机搅龙的设计制作费时费工、叶片焊接变形大、导致设备工作效率低的情况,总结出了一种搅龙螺旋叶片快速成型的设计和制作技术。文章介绍了搅龙螺旋直径的确定、搅龙机轴的选取和搅龙叶片的展开计算公式,简述了螺旋叶片的制作和叶片拉伸成型技术,该成型方法简单,易操作,成本低,完全能够满足设计要求。

套管螺旋钻机钻头控向系统的研究

鉴于在役套管螺旋钻机均无控向装置,管线敷设中常因穿越套管偏斜而无法施工的状况,研制了套管螺旋钻机钻头控向系统。该系统利用水平和垂直方向的铰接形成联轴器,以确保钻头的自由转动和偏移;采用水平和垂直传感器,将钻头相对初始值产生的偏移量变成电位量,传至操作面,由转换器将电信号通过液压伺服机械传至液压缸,对钻头进行实时监控。现场使用情况表明,带套管钻孔水平偏斜量小于1%,垂直偏斜量小于0·5%,符合管道穿越工程设计规范。

局域静电环境工程用于增强电催化生物质转化过程中羟基活性

作为一种可再生碳源,5-羟甲基糠醛(HMF)是一种重要的生物质平台分子,已被广泛用于制造医药前体、单体和精细化学品.HMF的电催化氧化反应(HMFOR)是一种在常温常压下实现HMF向2,5-呋喃二甲酸(FDCA)转化的高效绿色过程.但与传统的析氧反应(OER)不同,HMFOR相对复杂,需要经过6个电子的转移过程,分别涉及羟基和醛基的氧化.研究发现,NiO对羟基氧化具有较高的反应活性,但HMFOR反应途径受溶液pH值的影响,醛基以二元醇的形式优先在碱性溶液中被吸附和活化,从而导致反应活性较低.本文引入了导电聚合物聚吡咯(PPy),通过X射线光电子能谱(XPS)、原位红外光谱(FTIR)、高效液相色谱(HPLC)、密度泛函理论计算(DFT)、原位电化学石英晶体微天平(EQCM)等表征技术研究了PPy在引入NiO后对HMFOR的影响和催化性能差异的原因.X射线衍射结果表明,PPy引入的聚合过程没有破坏NiO的晶体结构,而FTIR显示出PPy分子中吡咯环的C-H弯曲振动及芳香胺分子中N-H的伸缩振动,说明PPy成功引入NiO表面.高分辨透射电镜结果表明,PPy以5 nm平均厚度薄层覆盖在NiO表面.此外,XPS结果证实了Ni,O,C和N元素的存在,吡咯氮(-NH-)物种在NiO-PPy电催化剂中占主导地位,而Ni 2p_(3/2)和O 1s的XPS谱中NiO和NiO-PPy且有相似的电子结构,说明PPy的引入并没有改变NiO的电子结构.线性扫描伏安曲线和电化学活性面积测试结果表明,PPy的引入显著提高了HMFOR的电流密度和NiO的内在活性.同时,NiO-PPy比NiO具有更低的Tafel斜率,表明PPy会提高HMFOR的反应动力学,加速HMF转化.电解测试中高效液相色谱分析结果表明,在前0.5 h内NiO-PPy催化剂上HMF转化率高于NiO催化剂,说明PPy的引入加速了HMF的转化.此外,分析中间产物发现,NiO催化剂上的HMFOR中间体主要为5-羟甲基呋喃-2-羧酸,而NiO-PPy上主要为2,5-二甲酰基呋喃.周期性测试结果表明,NiO-PPy表现出较高的HMF转化率和产物选择性,且具有较好的稳定性.运用开路电位和电化学石英晶体微天平检测了HMF分子在NiO和NiO-PPy上的吸附能力.结果表明,PPy涂层明显增强了HMF分子在NiO上的吸附能力.采用表面增强红外吸收光谱研究了电催化剂表面重要中间体的吸附行为.结果表明,NiO上HMFOR路径主要为HMFCA路径,而在NiO-PPy上新增2,5-二甲酰基呋喃,表明HMF分子的羟基和醛基同时在NiO-PPy表面被激活,进一步说明PPy的引入会选择性地提升羟基氧化的反应性能,进而提升了HMFOR活性.采用密度泛函理论研究了PPy的作用,结果表明正电性PPy分子会吸引电负性的羟基,缩短Ni与醛基之间的键长,降低醛基的反应活性,调节HMFOR反应途径,进而获得更高的HMFOR性能.综上所述,本文通过导电聚合物PPy修饰调控了电极界面微环境以及表面电性,从而调控了HMF分子的吸附构型和反应路径,获得更高的HMF电催化氧化反应活性.本文为HMF氧化高效电催化剂的设计提供了新的思路,并为HMF电催化氧化应用化研究提供借鉴.

弯管机夹头装置的设计和应用

针对夹头装置在管道弯管机中的作用特性,在其结构设计中,采用链轮机构实现夹头可动部分的自动升降;采用液压夹紧,使结构紧凑,驱动力大,安全可靠;采用燕尾夹块调整夹头直径,装卸简便、快捷。文章详细介绍了夹头装置的工作原理、构成与功能、主要设计计算。实践证明,该装置具有可靠性、实用性、先进性、安全性等特点。

大数据助推国家治理现代化：应用影响与政府对策

党的十九届四中全会指出“建立健全运用互联网、大数据、人工智能等技术手段进行行政管理的制度规则”,凸显了大数据等信息技术手段助推国家治理现代化的重要作用。大数据作为一种具有重要价值的战略资源,能够在国家治理领域中推动政府决策科学化、社会治理精准化和公共服务高效化水平的大幅提升。因此,应从组织领导、政策出台、数据中心建设、人才支持以及安全保障等多个维度加大大数据建设力度,助推国家治理体系和治理能力现代化。

家兔实验性尘肺肺磁场测试的研究

1973年美国麻省理工学院 D·cohen 首先报导了人体肺磁场的测试,之后 P.L.ka—llionake 等进一步开展了这项研究,国内于80年代也开始了这方面的研究,1981年初我们使用磁通门梯度计方法进行了人体肺磁场的测试。

API减速器齿轮承载能力计算方法

介绍了APISPEC11E规范所提出的齿轮减速器齿轮的设计准则、轮齿承载能力的计算方法,并对一种减速器(API640,我国73型),通过APISPEC11E和GB/T3480 1997两种方法进行设计计算和比较,表明,在进行API减速器设计时应考虑国内外处在材料、热处理等诸多方面存在的差异。

数字化管道的体系结构和各部分的功用

管道的数字化是管道工程及运营管理的必然发展趋势。文章结合石油管道工程的实际需要,对数字化管道体系的层次划分、数字化管道数据库分类及其选型、数据库数据表单的建立及其采用的各种软件、MIS系统的性能特点、GIS系统的种类和功能等进行了较为详细的综述。

大口径中频加热弯管机液压推进系统的研制

介绍了大口径中频加热弯管机液压推进系统的原理、构成和作用,给出了使用该系统生产出的部分弯管的检验数据,表明该液压推进系统设计合理,使用该系统弯制的弯管符合标准,满足使用要求。针对系统中压力、流量等参数的调节都只能是手动,不能实现远程遥控和自动控制的问题,提出了切实可行的改进措施。该系统具有自动化程度高、进给速度平稳、结构简单、易操作、安全可靠等特点,可大大提高弯管质量,降低劳动强度。

油罐举升工艺的研究及应用

文中从浮顶油罐结构特点入手,讨论了浮顶油罐举升的工艺方案,结合15 000 m3浮顶油罐现场举升试验,介绍了举升工作的技术要求以及浮顶油罐举升的操作程序,并根据现场经验提出了举升工艺完善和改进的方向。

耐火矿物资源利用的前景探究

我国耐火矿物资源的数量十分庞大，并且每一种资源在使用功能、应用价值、处理方式等方面存在较大的差异，如何利用好这些宝贵的自然资源，对工业企业经营具有巨大的促进作用。

可控向水平螺旋钻机的研制与应用

根据管道工程建设及市场需求,研制开发了一种能实施控制钻头钻进方向的水平螺旋钻机。该钻机利用十字铰接的三层套管形成联轴器,确保钻头的自由转动和偏移;利用传感器和计算机等组成的数据采集系统对钻头的水平及垂直偏斜位置进行数据采集;利用液压伺服机构在钻头超出设定精度范围时进行即时控制和调节。该设备经过现场试验,取得了理想的效果,有效地解决了水平螺旋钻机钻进过程中控向的难题。文章介绍了该控向钻机的工作原理、构成、功用及其技术特点,通过论证及市场分析,该设备具有良好的应用前景。

卡拉胶与肉制品

随着人们生活水平的不断提高,食品行业有了突飞猛进的发展.几乎每天都有新的产品出现.而这一切与食品添加剂行业的蓬勃发展密不可分. 在众多食品添加剂中,卡拉胶以其具备胶凝游离水、与蛋白质反应两大特殊功能,在肉制品中起到胶凝、增稠、增黏、稳定等作用.成为改善肉制品质构,提高产品质量与档次,降低成本的主要天然食品胶.

ZYW—762型中频加热液压弯管机的研制与应用

为了满足甬沪宁原油管线及未来中石化管道储运事业发展的需要 ,研制了ZYW— 76 2型中频加热液压弯管机。详述了该型弯管机的工作原理及主要装置的组成、作用和结构特点 ,并对研究开发过程中出现的问题 ,如推进系统的设计、液压系统的控制以及与弯管质量密切相关的重要参数的控制等做了详细的阐述。实践证明 ,该弯管机所生产的弯管弯曲段的椭圆度、弯曲角度偏差、端面坡口度等技术指标均符合标准要求 ,产品质量可靠 ,完全能满足管道储运工程建设的需要。

套管螺旋钻机钻头控向系统的研究

套管螺旋钻机在钻进过程中 ,钻头的偏斜受多种因素的影响 ,在管线敷设工程中 ,常常因穿越导管偏斜而无法施工 ,通过试制和现场使用证明 ,利用套管自身的结构特点 ,数据采集系统和采用液控系统对钻头进行实时测量和控制 ,可以成功地解决这一难题。

我国矿物资源及开发利用现状分析

文章对我国矿物资源的发展现状与远景进行了分析，在矿物资源的开发利用中应做到从整个地区的经济发展规划和布置出发，对工作进行统一规划、统一管理、合理布局、综合利用。在统一规划指导下，推动矿物资源开发的商业化、规模化，开拓利用新领域，在实际运作中，实现管理规范化、法制化、科学化。

钢支架结构稳定性及其控制技术研究

随着国家经济发展步伐加快，对作为主要承重结构的钢支架的研究逐渐深入，在已知的高强度、轻重量、强韧性、塑性强的基础上挖掘更深层次的稳定特点。本文首先阐述钢之架结构稳定性具体表现，分析目前存在于钢之架结构研究的相关问题，最终找到钢之架结构稳定性设计的要点，力争寻求到最佳的控制技术。