尾气净化用低温等离子体催化反应器的研制及实验研究

研制了用于尾气净化的低温等离子体催化反应器,该反应器由介质阻挡放电型低温等离子发生器和金属蜂窝载体催化剂组成.采用模拟配气的实验结果表明:低温等离子体催化反应器能明显改善在低温状态下对丙稀和一氧化氮的净化效果,在高温状态主要表现为催化剂的反应活性·

氧-氮等离子体表面改性石墨烯用于肉桂醛水相加氢反应

使用等离子体表面改性技术对石墨烯(GR)进行处理,通过优化气源、放电功率、放电时间和工作气压,制备了具有两亲表面的氮掺杂GR(NDGR),以其为载体制备了Pt纳米催化剂(Pt/NDGR)。采用FTIR、Raman、元素分析仪、TEM和光学接触角测量仪对催化剂进行了表征,并评价了其对肉桂醛(CAL)水相加氢反应的催化性能。结果表明,采用等离子体两步接枝工艺,即先以O_(2)为等离子体气源活化GR表面,再以NH_(3)为等离子体气源在GR表面接枝含氮基团得到的氮掺杂GR[NDGR(O_(2)-NH_(3))]具有最佳的表面性质。与GR负载Pt催化剂(Pt/GR)相比,在放电功率140 W、工作气压200 Pa、放电时间6 min的最佳条件下制备的NDGR(O_(2)-NH_(3))负载Pt催化剂[Pt/NDGR(O_(2)-NH_(3))]在CAL水相加氢反应中显示出优良的催化性能。在80℃、3MPa、Pt/NDGR(O_(2)-NH_(3))为催化剂、4 h的反应条件下,CAL的转化率达98%,肉桂醇的选择性约为84%,反应速率常数为(1.072±0.051)h^(–1),远高于Pt/GR为催化剂的(0.624±0.023)h^(–1);其反应活化能约为14 kJ/mol,仅为Pt/GR为催化剂的(约29k J/mol)的48.3%。Pt/NPGR(O_(2)-NH_(3))的高催化性能得益于GR表面接枝少量含氮基团后Pt纳米粒子锚定位点的增加、对底物的高吸附性能以及金属-载体间协同作用。

废气治理低温等离子体反应器的研究进展

低温等离子体技术用于废气治理成为近年来的研究热点,而低温等离子体反应器的研制正是其重要内容。本文详细介绍了用于废气治理的各种电晕放电反应器、介质阻挡放电反应器以及等离子体-催化反应器的结构特点和放电特性,综合比较了上述反应器在能量效率、降解产物的选择性和工业应用等方面的特点,并提出了今后的研究方向。

等离子体活化水耦合生物保鲜剂对牛肉的保鲜作用

为延长生鲜牛肉货架期,本研究设计了一种等离子体活化水(plasma-activated water,PAW)耦合ε-聚赖氨酸盐酸盐(ε-polylysine hydrochloride,ε-PLH)、乳酸链球菌素(Nisin)的保鲜方法,并辅以六偏磷酸钠作为保水剂,探究此保鲜技术对生鲜牛肉的保鲜效果以及对贮藏期间品质变化的影响。结果表明,经PAW-ε-PLH-Nisin处理的牛肉经真空包装并于4℃条件下贮藏28 d后,其菌落总数为5.1(lg(CFU/g)),仍在可接受范围内;其总挥发性盐基氮值在贮藏21 d后为18.3 mg/100 g,保持在二级鲜度标准。对样品在贮藏期间的红度、质构、感官评分、硫代巴比妥酸反应物含量、脂肪酸组成、总巯基含量、羰基含量等的检测分析发现,PAW-ε-PLH-Nisin处理能显著提高牛肉红色,保持牛肉质构和感官评分的贮藏稳定性,延缓牛肉脂质和蛋白质氧化,并维持脂肪酸贮藏稳定性。以上研究表明,PAW-ε-PLH-Nisin在生鲜牛肉保鲜领域具有较高的应用潜力与开发价值。

大气压交流辉光放电等离子体气-液相化学反应器

本文介绍一种大气压交流辉光放电等离子体气－液相化学反应器的结构、放电实验及应用结果。该反应器在气－液混合和大气压条件下顺利地产生了氢等离子体，并在常温、常压和无催化剂作用下，对液相Ｃ１８烯酸进行选择性加氢。结果表明，作为原料的Ｃ１８烯酸的碘值（ＩⅤ）降低了１０％，色谱分析不仅验证了这一结果，而且表明有较好的选择性。

激光剥蚀-扇形磁场电感耦合等离子体质谱法同时测定锆石U-Pb年龄和微量元素含量

激光剥蚀-扇形磁场电感耦合等离子体质谱(LA-SF-ICP-MS)具有高灵敏度特征,被广泛应用于锆石等含U矿物原位微区U-Pb定年研究,但磁偏转式质量分析器的使用导致该质谱仪扫描速度相对较慢,可能影响U-Pb同位素与其他关键微量元素的同时采集。本文通过优化仪器信号稳定性和实验方法,对目前常用的7种锆石U-Pb标准样品进行U-Pb定年和Ti、REEs、Hf等关键元素同时定量分析,探讨了多元素同时分析方法的可行性及对于U-Pb定年结果的影响。实验结果表明,相对于LA-SF-ICP-MS仅检测U-Pb同位素方法,同时开展多元素含量检测可能会使U-Pb同位素信号强度稳定性下降,导致单点U-Pb年龄结果误差及离散程度增大。与仅测定U-Pb同位素年龄的测定结果相比较,根据不同锆石样品中U-Pb同位素含量高低,多元素同时检测获得分析点的206Pb/238U年龄和207Pb/235U年龄变化范围不同程度地增大,其中207Pb/235U年龄受影响明显,单点207Pb/235U年龄误差从~1.5%增大至~2.0%,单点年龄的相对标准偏差(RSD)从0.5%~1.3%增大至1.2%~3.3%。尽管如此,多元素同时检测方法对于各样品最终测定年龄没有明显的影响,相对于TIMS年龄,各样品的谐和年龄和206Pb/238U加权平均年龄偏差分别小于1.0%和0.7%,完全满足U-Pb同位素地质年代学测试要求。同时测定锆石样品中的关键微量元素含与其推荐值相对误差小于10%。因此,采用LA-SF-ICP-MS可以同时准确地测定锆石U-Pb年龄和微量元素含量,该方法亦可用于其他副矿物U-Pb年龄与关键微量元素同时测定。

针-板放电等离子体反应器结构参数对甲基橙脱色反应速率常数的影响

采用针-板放电等离子体反应器处理模拟甲基橙(MO)废水,研究了反应器结构参数对MO脱色反应速率常数的影响。实验得出最佳反应器结构参数:阳极为5根不锈钢针并联,针间距为17 mm,针电极长度为2 mm,电极间距为10 mm,O2流量为0.18 m3/h,阴极丝网目数为20目,在阳极上部设置5层间距为15 mm的不锈钢丝介质阻挡网。反应器在最佳结构参数下可使初始质量浓度为60 mg/L的MO模拟废水迅速脱色,处理12 min时脱色率已达97%;处理30 min时COD去除率达到41%。

射频等离子体改性制备S_(2)O_(2)-8/SnO_(2)-Al_(2)O_(3)固体超强酸催化剂的研究

采用低温陈化法制备S_(2)O_(2)-8/SnO_(2)-Al_(2)O_(3)固体超强酸催化剂,利用射频等离子体技术对其进行改性后催化L-酪氨酸与甲醇的酯化反应。利用Hammett指示剂法、XRD、HRTEM、BET、FT-IR、Py-IR和NH_(3)-TPD等对改性前后的催化剂进行表征。结果表明,经射频等离子体改性后的催化剂颗粒分散性更好、粒径更小(4.32 nm)、比表面积更大(104.4 m^(2)/g)、总酸量更高(142.9μmol/g)。在温度为180℃、压力为1 MPa的条件下,射频等离子体改性后的催化剂催化L-酪氨酸甲酯化反应6 h后L-酪氨酸甲酯产率可达92%。

微波消解-电感耦合等离子体质谱法测定食用菌中的重金属含量

利用微波消解-电感耦合等离子体质谱仪法建立同时测定食用菌中砷(As)、铅(Pb)、镉(Cd)、铬(Cr)和汞(Hg)含量的方法。在测食用菌样品中As、Pb、Cd和Cr的质量浓度为0.5~20.0μg·L^(-1),Hg的质量浓度为0.05~2.00μg·L^(-1)时,线性相关系数(r)均大于或等于0.9991,检出限分别为0.0010、0.0010、0.0020、0.0020、0.0003 mg·kg^(-1)。其中,Pb、Cd、Cr、As和Hg的加标回收率分别为93.5%~100.0%、94.2%~98.6%、97.00%~101.4%、90.1%~99.5%和90.0%~99.5%,相对标准偏差分别为0.86%~1.58%、0.18%~6.45%、0.39%~3.77%、0.27%~1.98%和0.39%~3.27%。说明该方法具有操作简单、重复性好、灵敏度高等优点,可以适用于食用菌中的As、Pb、Cd、Cr、Hg共5种重金属含量的分析检测。

电感耦合等离子体-质谱法测定枸橼酸三乙酯中7种元素杂质

目的建立测定枸橼酸三乙酯中镉(Cd)、铅(Pb)、砷(As)、汞(Hg)、钴(Co)、钒(V)、镍(Ni)7种元素杂质残留量的电感耦合等离子体-质谱法。方法采用在线内标法,载气为氦气,等离子体模式为HMI-8,载气、雾化气、辅助气流量均为0.8 L/min,等离子气流量为15.0 L/min,蠕动泵转速为0.10 r/min,雾化室温度为2℃。结果V,Co,Ni,As,Cd,Pb元素的质量浓度在0~20.0 ng/mL范围内,Hg元素的质量浓度在0~5.0 ng/mL范围内,与仪器响应值线性关系良好(r≥0.9995,n=7);精密度试验结果的RSD均小于3%(n=6);加样回收率分别为97.58%,96.12%,96.56%,100.25%,96.63%,99.80%,106.73%,RSD分别为1.11%,1.29%,2.43%,1.09%,0.89%,1.26%,4.48%(n=9)。23批样品中7种元素杂质含量均低于控制阈值。结论该方法操作简便、精密度好、结果准确,可用于枸橼酸三乙酯中痕量元素杂质的含量测定。

低温等离子体活化氯丁橡胶和乙烯-乙酸乙烯酯共聚物及其复配改性沥青的性能

为提升胶粉改性沥青的性能,以与基质沥青质量比为11/100的氯丁橡胶(CR)和3/100的乙烯-乙酸乙烯酯共聚物(EVA)为改性剂制备了改性沥青,采用低温等离子体活化CR/EVA以进一步提升复配改性沥青的性能,研究了单一改性、复配改性和低温等离子体活化复配改性沥青(A-CR/EVA-MA)的路用性能,并使用扫描电子显微镜、原子力显微镜和傅里叶变换红外光谱分析了各改性沥青的微观机理。结果表明,各改性沥青的路用性能均有提升,总体表现为活化复配改性优于复配改性和单一改性;A-CR/EVA-MA的针入度、软化点、延度、布氏黏度及抗车辙因子较基质沥青分别提升了46%、47%、95%、253%和278%,存储稳定性也得到了进一步提高;低温等离子体活化技术增加了改性剂的比表面积和表面官能团含量,提高了改性剂对沥青中轻质组分的吸附能力,促进了CR和EVA与沥青的紧密结合,有效提升了改性沥青的路用性能。

超声波辅助酶提取结合高效液相色谱-电感耦合等离子体质谱法测定富硒蔬菜中硒形态

该研究建立了利用高效液相色谱-电感耦合等离子体质谱法(high performance liquid chromatography-inductively coupled plasma-mass spectrometry,HPLC-ICP-MS)同时测定富硒蔬菜中SeO_(4)^(2-)、SeO_(3)^(2-)、SeMet、SeCys 2、MeSeCys等5种硒形态化合物含量的方法。蔬菜样品0.2 g加入4 mg蛋白酶XIV,加入5.00 mL pH为7.5的水溶液在37℃超声波提取80 min,微孔滤膜过滤,利用Hamilton PRP-X100阴离子交换柱,以25 mmol/L柠檬酸溶液(pH 6.0)为流动相,可在7 min内完成5种硒形态的完全分离。SeO_(4)^(2-)、SeO_(3)^(2-)、SeMet、SeCys 2、MeSeCys的线性相关系数为0.9993~0.9995,回收率范围为96.3%~104.2%,相对标准偏差小于7.6%。实验结果表明该法操作简便、快速、精密度及准确度良好,适用于富硒蔬菜中硒的形态分析。

改进型机-电模型及脉冲等离子体推力器能量转化效率分析

最初机-电模型是针对电磁轨道炮的电磁加速过程提出的,脉冲等离子体推力器(pulsed plasma thruster,PPT)的工作原理也是通过电磁加速产生元冲量,因此机-电模型是PPT能量转化及元冲量产生机制的主要理论分析工具之一.但是作为PPT放电回路一部分的等离子体通道,其几何形态与目前机-电模型的电流片模型存在明显差异.PPT放电通道在离开推进剂表面向外喷出过程中多呈现弯曲形状,并不断变化,而非平直片状.结合PPT放电通道的实际形态,本文提出了PPT放电通道的二维形态电流片模型,建立基于二维电流片的改进型机-电模型.通过分析放电通道受力情况以及电磁加速过程,推导了PPT羽流的电磁加速动能与放电回路电感量随时间演变函数的关系.针对机-电模型电路方程,提出了分段拟合PPT放电波形获得回路电感量随时间演变函数的算法.形成了基于PPT放电波形分析得到羽流电磁加速动能的计算方案.将改进型机-电模型应用于PPT样机能量转化效率评价,通过分析PPT放电能量转化过程阐释了PPT机-电转化效率低的原因,提出了提高PPT机-电效率的一种探索思路.

纳秒脉冲等离子体处理玉米中单端孢霉烯族毒素的风险-受益评估

评估纳秒脉冲等离子体处理玉米中单端孢霉烯族毒素(trichothecenes,TCT)的风险与受益,是制定食品安全相关政策的重要依据。文中采用纳秒脉冲等离子体放电对玉米中的TCT进行不同时间的减毒处理,计算玉米中TCT降解率与脂肪酸消减率;并参考BRAFO模型,对等离子体处理后玉米中TCT与脂肪酸进行定性的风险-受益评估。结果表明,纳秒脉冲等离子体处理能显著降低玉米中的TCT含量,随处理时间的延长,TCT降解率逐渐升高,处理10minT-2毒素、HT-2毒素、雪腐镰刀菌烯醇(nivalenol,NIV)、脱氧雪腐镰刀菌烯醇(deoxynivalenol,DON)可降解39.5%、34.9%、69.67%、54.62%。虽然经等离子体减毒处理后的玉米中各类脂肪酸含量有所降低,但结合我国居民日常膳食中经玉米摄入的各类脂肪酸含量以及居民膳食脂肪酸推荐量分析可得,等离子体处理对玉米中各类脂肪酸含量影响极低,其影响低于膳食营养素参考摄入量的0.05%。因此脂肪酸含量变化值及其变化可能带来的健康影响可以忽略。这表明纳秒脉冲等离子体处理能显著减少玉米中的TCT含量,将有效降低TCT对人群的健康风险,受益明显大于风险。

动态反应池-电感耦合等离子体质谱法测定土壤中重金属元素

用微波消解/动态反应池-电感耦合等离子体质谱法测定土壤中的重金属。研究了微波消解以及影响测定的因素（多原子离子干扰及盐度等）,研究表明：引入动态反应气NH3可有效消除多原子离子干扰;盐度小于2.0 g/L测定结果比较可靠。方法检出限为0.008～0.32μg/L,回收率为92%～109%。已应用于土壤样品的测定。

大气压甲烷针-板放电等离子体中粒子密度和反应路径的数值模拟

甲烷针-板放电与重油加氢耦合形成甲烷转化重油加氢,可实现重油高效加氢并增产高附加值低碳烯烃,有实践应用前景和科学研究意义.建立二维流体模型,对大气压甲烷针-板放电等离子体进行数值模拟,得到电场强度、电子温度和粒子密度的空间与轴向分布,总结反应产额并提炼生成各种带电和中性粒子的关键路径.模拟结果表明,CH_3^+和CH_4^+密度与电场强度和电子温度的轴向演化接近且密切相关;CH_5^+和C_2H_5^+密度沿轴向先增大后减小;CH_3与H密度的空间和轴向分布几乎相同;CH_2,C_2H_4与C_2H_5的粒子密度分布在靠近阴极的区域内明显不同而在正柱区内较为相像;电子与CH_4发生电子碰撞电离生成的CH_3^+和CH_4^+,CH_3^+和CH_4^+分别与CH_4发生分子碰撞解离生成C_2H_5^+和CH_5^+;电子与CH_4间的电子碰撞分解是生成CH_3,CH_2,CH和H的主导反应;CH_2与CH_4和电子与C_2H_4发生的反应分别是生成C_2H_4和C_2H_2的关键路径;电子与CH_4间的电子碰撞分解反应和CH_2与CH_4发生的反应的产额各占H_2总产额的52.15%和47.85%.

低温等离子体与MnO_x/γ-Al_2O_3协同催化降解正己醛

研究了在低温等离子体和催化剂共同作用下低浓度正己醛的降解反应.结果表明,等离子体与γ-Al2O3之间产生了很好的催化协同作用,在低放电功率(2.8W)和低温(80℃)下,干燥空气气氛中,γ-Al2O3对0.12%正己醛的去除率为87.1%;当γ-Al2O3负载7.5%MnOx后,正己醛去除率达到96.5%,其效果与Pt/γ-Al2O3相当.7.5%MnOx/γ-Al2O3在实验条件下连续使用50h,其催化活性未见下降.

等离子体与催化剂协同催化CH_(4)选择性还原脱硝反应

研究了在低温等离子体和催化剂共同作用下,CH4选择催化还原(SCR)NO的反应.在所考察的金属氧化物催化剂中,γ-Al2O3表现出最高的催化活性.当等离子体放电功率为4.5W,反应温度为300oC时,NO转化率为56.5%;该条件下单纯等离子体反应和以γ-Al2O3为催化剂时NO转化率分别为28.9%和0,表明等离子体与催化剂之间发生了协同催化作用.进一步研究表明,在低温等离子体的SCR-NO反应中,催化剂活性随着介电常数的增加而下降,而催化剂多孔结构和表面酸性可明显促进反应的进行.

脉冲放电等离子体协同Mn/TiO_2-分子筛、Fe/TiO_2-分子筛、Cu/TiO_2-分子筛催化剂降解甲醛

为进一步提高脉冲放电等离子降解甲醛的效率,增加CO2选择性,降低O3产生量,研究采用放电等离子体和催化剂协同技术。实验以分子筛为载体,分别制备了Mn/TiO2-分子筛、Fe/TiO2-分子筛和Cu/TiO2-分子筛3种催化剂,并利用XRD、SEM、EDS、FT-IR方法对催化剂进行表征分析。进行了脉冲放电等离子体协同3种催化剂降解甲醛的研究,比较了不同催化剂协同等离子体对甲醛去除率、CO2选择性、O3产生量的影响。结果表明,3种催化剂与脉冲放电等离子体都存在协同作用,并能有效地提高甲醛去除率,增加CO2选择性,降低O3产生量。当脉冲电压为20k V、放电频率为40Hz、气体流量为0.5L/min时,Mn/TiO2-分子筛催化剂协同效果最佳,甲醛去除率为94.4%,CO2选择性为42.2%。催化剂表征结果显示Mn/TiO2-分子筛的活性组分颗粒分布均匀,锐钛矿相的TiO2和微晶状态的Mn Ox的存在有效促进了甲醛的氧化分解。研究还对放电等离子体协同Mn/TiO2-分子筛催化剂降解甲醛的机理进行了探讨。

高效液相色谱-电感耦合等离子体质谱法同时测定植物性富硒食品中7种硒元素形态含量

目的考察微波辅助下酶解法的提取效果,基于动态反应池(dynamic reaction cell,DRC),建立高效液相色谱-电感耦合等离子体质谱法(high performance liquid chromatography-inductively coupled plasma mass spectrometry,HPLC-ICP-MS)同时测定植物性富硒食品中7种硒元素(硒酸根、亚硒酸根、硒代胱氨酸、L-硒甲基硒代半胱氨酸、L-硒代蛋氨酸、甲基亚硒酸、硒代乙硫氨酸)形态的含量。方法样品经微波辅助胰蛋白酶酶解,高速离心后取上清液过水相滤膜。采用HPLC-ICP-MS仪,以甲烷为反应气体DRC模式消除质谱干扰,内标校正,以外标法进行定量分析。优化色谱和质谱条件,从酶的种类、酶的用量、萃取温度、萃取时间、加标回收率等方面考察前处理方法对待测物的提取效果。结果7种目标物在0.5~100.0μg/L范围内呈良好线性关系,相关系数(r)均大于等于0.9998,平均回收率为91.45%~102.75%,检出限为0.10~0.30μg/kg,定量限为0.30~0.90μg/kg,日间日内精密度(n=6)分别小于5%和9%。结论该方法准确、灵敏,适用于食品中7种硒元素形态的同时检测。