2,4-二氯苯氧基乙酸的光转化化学发光机理研究

实验发现,2,4-二氯苯氧基乙酸(2,4-D)经紫外光转化后与KMnO4在H2SO4介质中反应可产生化学发光。采用液相色谱-质谱联用技术(LC-MS)对2,4-D光降解产物进行分析,推断光降解主要生成了多酚类降解产物,如2-氯对苯二酚(CHQ)和4-氯邻苯二酚等。化学发光光谱研究发现,2,4-D经紫外光转化后,与KMnO4反应的发光波长为690 nm,与2,4-D的典型降解产物CHQ的化学发光光谱一致。此发光现象是氧化还原过程中生成的Mn?吸收反应所释放出的化学能成为激发态,再返回基态时产生的特征辐射峰。该反应体系可用于2,4-D的检测,当2,4-D浓度在0.01～10 mg/L范围内与发光强度呈良好的线性关系;检出限为3.0μg/L。

双碳时代下多源生物质热化学转化资源化利用研究进展

生物质是唯一的可再生碳资源,具有来源广泛、储量丰富等显著优势,利用先进的生物质热化学转化技术,可获得多种高值燃料、化学品和碳基材料,进而实现对化石资源的部分替代,在新能源领域具有重要的战略地位和发展前景。尽管生物质能源化利用技术已取得长足发展,但伴随社会与科技飞速进步,生物质的范畴已不再局限于传统农林废弃物,而是涵盖了农林源、工业源和生活源等多种来源的有机废弃物。复杂组成结构和差异化热分解特性为生物质的高选择性和大规模转化带来严重阻碍,如何实现其高值资源化利用仍面临诸多挑战。论述了生物质热化学转化技术发展现状,从多源生物质组成与热分解特性出发,针对热转化产物品质低和选择性差等问题,对比分析了当前选择性热解制备高值产物、热解重整制氢、新型气化等多种前沿资源化利用技术的最新研究成果与发展趋势。然而,要推动双碳时代下多源生物质热化学转化技术的进一步发展,仍需重点关注以下方面。首先,规模化利用是未来发展的必然趋势,开发高效的催化工艺与反应装备至关重要。通过突破催化剂效率瓶颈与循环再生技术,降低催化运行成本,同时研发新型热转化反应设备,优化传热与抗结焦性能,实现目标产物的定向富集,配合高效的原料收储运策略,从全流程提升生物质热化学转化工业化生产经济性。其次,全组分转化是实现生物质高值利用的关键。通过深入研究生物质不同特征组分分解机理和协同转化机制,开发耦合多重预处理、定向热转化和精准分离冷凝等技术,将生物质原料转化为富含高值化学品的生物油、高品质可燃气和高性能炭材料,实现热解多联产综合利用,有效提高技术资源产出率。最后,多能互补也是未来重要发展方向。通过将生物质与其他清洁能源与电力进行有效整合,充分发挥生物质热分解产物的长周期化学储能特性,构建灵活的多能互补供应体系,实现新能源产业的多维发展与经济效益提升。

镁合金表面化学转化涂层研究进展

作为最具潜力的轻量化材料,镁及镁合金具有密度低、比强度高、生物相容性好、电磁屏蔽强等优点,在生物医学、电子器件乃至建筑工程领域都受到了广泛关注。然而,镁在某些使用场景中容易发生腐蚀,因此找到最合适的使用场景以及在使用场景下提供足够的保护是镁及镁合金的重要研究课题。通过表面处理技术在基体上制备保护涂层是提高镁及镁合金耐蚀性的有效方法。现有的表面处理技术有很多种,如气相沉积技术、阳极氧化、电镀和化学镀、激光束改性技术、离子注入、化学转化技术等。其中化学转化技术具有成本低、制备简单、处理效率高等优点且不需要复杂昂贵的设备,对样品几何形状也没有限制。本文基于近年来国内外化学转化涂层的发展,综述了镁合金在生物医用、电子器件以及建筑工程领域化学转化涂层的研究现状,并对不同领域化学转化涂层的发展进行了展望。

化学转化驱动杂质分离在实验教学中的应用——氟代扁桃酸的纯化新方法

基于“问题导向、兴趣驱动、自主探究”的综合实验教学理念,在有机化学实验教学中融入“化学转化驱动杂质分离”理论知识,设计创新综合实验。运用化学转化实现待纯化目标分子(α-氟苯基乙酸,简称“氟代扁桃酸”)与杂质(扁桃酸)的有效分离,产物纯度分别可达到98.7%和97.0%。整个实验中使用到的主要药品试剂价格低廉,易获取,且可回收再利用,充分体现了原子经济性和绿色化学思想。实验过程中,应用了多种有机化学实验的基本技能,包括减压蒸馏、浓缩脱溶、重结晶、过滤等必要实验技能,以及薄层色谱法、核磁共振等重要分析手段。熟练掌握这些重要的实验技能和分析手段,能够培养学生以基础理论指导实验、有效分离性质差异小的待测有机化合物、分析实验现象的能力,进一步提升本科生的学术修养、科学素养和综合运用知识解决实际问题的能力。

镁合金超疏水磷酸盐化学转化涂层的制备与耐蚀性能

目的研究超疏水改性处理对磷酸盐化学转化涂层耐蚀性的影响,利用PA和Ce3+的螯合作用及低表面能物质的修饰提升涂层的防护性能。方法将仿生超疏水技术和化学转化技术相结合,对传统的磷酸盐化学转化膜进行后处理改性,在镁合金基体上制备了具有超疏水效应的磷酸盐化学转化膜。通过扫描电子显微镜、红外光谱、接触角测试、电化学测试等方法研究改性后涂层的微观形貌、润湿性和耐蚀性。结果SEM结果显示,经过后处理改性后,磷酸盐化学转化膜(PCC)表面的缺陷被有效封堵,膜层致密性显著提高。接触角测试结果表明,改性后膜层的静态水接触角高达156.5°,滚动角低至5°,呈现出优异的超疏水性能。电化学测试结果显示,后处理改性后的超疏水膜层的防护性能显著提高;相较于PCC膜层,超疏水膜层的腐蚀电流密度降低了1个数量级,低频阻抗模值则提高了1个数量级,并且经过12 d浸泡后其低频阻抗模值仍然高于104Ω·cm^(2)。中性盐雾测试结果表明,改性后涂层的耐盐雾性能大幅提升,耐盐雾超过100h。结论该涂层展现出了优异的憎水性能和良好的自清洁性能,能够为基体提供高效且持久的腐蚀防护。

“双碳”目标下生物质热化学转化技术路径探讨

绿色低碳转型已成为不可逆转的主流趋势,“双碳”目标的提出促进了生物质能的多元化发展。生物质热化学转化技术因对满足全球可持续燃料的需求具有潜在的关键作用而被认为是一种很有前途的技术,但生物质热化学转化过程通常是复杂的、费力的和耗时的。为了充分了解生物质热化学转化过程的转化特性性能和产物产率的最大化,本文全面综述了生物质发电、生物质气体燃料、生物质液体燃料和生物质成型燃料方面的最新技术研究与应用进展,以及技术挑战,明确阐述了这些转化过程的技术原理和实施前景。进一步探索了生物质热化学转化技术多元化和综合利用路径,从经济和环境角度分析了热化学转化技术的可行性,发现生物质可持续制氢的热化学途径具有相当大的前景,可持续航空燃料的宏伟目标为液体燃料的商业发展提供机会。最后,在“双碳”目标下,展望了不同生物质热化学转化路径。

CO_(2)化学转化碳酸二甲酯/乙二醇的能量集成和碳流分析

CO_(2)化学转化可获得高值化学品,实现CO_(2)资源化利用,是解决“碳中和”问题的理想方法之一。两步酯交换法生产碳酸二甲酯(DMC)、副产乙二醇,是实现CO_(2)高值化利用的有效途径。针对该过程面临的CO_(2)活化难、生产成本高的技术难题,本文采用碳酸乙烯酯一步吸收环氧乙烷、离子液体催化剂、反应精馏实现酯交换以及变压精馏分离碳酸二甲酯和甲醇共沸物等过程强化方法实现CO_(2)两步转化。本文首先利用AspenPlus完成全流程模拟,再采用BP神经网络和第二代非支配排序多目标遗传算法(NSGA-Ⅱ)优化酯交换过程参数,基于夹点技术对酯交换过程进行能量集成并对全过程进行严格的碳流分析。能量集成结果表明,酯交换过程热公用工程用量降低40.34%;碳流分析结果表明,全过程总碳原子利用率达到99.81%,考虑能源消耗的间接碳排放,碳原子利用效率为86.90%,净CO_(2)排放量0.314kgCO_(2)/kgDMC。与文献报道的工艺相比,本文工艺流程所得DMC产品纯度较高(99.9995%)、能耗更小(1.10kW·h/kgDMC),可为CO_(2)化学转化碳酸二甲酯和乙二醇提供技术指导。

AZ91D镁合金表面钼-钛-锰导电膜化学转化工艺及其性能研究

[目的]对镁合金进行表面处理可获得兼具导电性和耐蚀性的膜层,进而满足电子通信领域的使用要求。[方法]采用以(NH_(4))_(2)MoO_(4)、H_(2)TiF_(6)和KMnO_(4)为主成分的溶液,在AZ91D镁合金表面通过化学转化技术制备了钼−钛−锰(用MTM表示)导电膜。研究了前处理工艺和化学转化液的KMnO_(4)质量浓度对MTM膜层外观、形貌、组成、耐蚀性和导电性的影响。[结果]对AZ91D镁合金进行打磨、碱洗、酸洗、表调等前处理后在含4.2 g/L KMnO_(4)的转化液中处理所得的MTM膜层表面拥有最大面积分数的β相导电斑点,耐蚀性较好,导电性最佳(禁带宽度和接触电阻分别为2.556 eV和0.428Ω/in^(2))。[结论]本工艺制备的MTM膜层耐蚀性和导电性良好,在电子通信领域具有很好的应用前景。

槽电压对CaCl_(2)基熔盐电化学转化CO_(2)制备碳材料的影响

以氯化钙基熔盐为电解质,将CO_(2)电化学转化为碳材料,考察了槽电压、熔盐组成对碳材料制备的影响。借助X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱(EDS)、激光显微拉曼光谱(Raman)等分析手段对碳材料的物相、形貌结构、元素分布、石墨化程度等特性进行表征。结果表明:在800℃CaCl_(2)-5%(质量分数)CaO熔盐中,槽电压为1.9 V的电解产物形貌为薄片状,碳质量分数为98.24%,随着槽电压升高,产物倾向于形成棒状结构且棒状产物长度增加;采用熔点更低的CaCl_(2)-NaCl-KCl-5%(质量分数)CaO三元熔盐进行电解,降低了制备碳材料的能耗,减轻了阳极的腐蚀,所得产物主要形貌为纳米管状、颗粒状和球状。槽电压对产物形貌的影响显著;高槽电压使得反应过程电流更大,电化学反应动力学加快,所得碳材料的石墨化程度更低。

耦合生物质氧化转化的CO_(2)电化学还原

化石能源的大规模使用使得大气中CO_(2)的含量不断增加。发展生物质能源等可再生能源,结合CO_(2)的转化利用对降低化石能源的依赖和减少碳排放具有重要的意义。利用可再生电能驱动CO_(2)的电化学还原生成燃料和化学品是CO_(2)转化利用的一个有效途径。本文对CO_(2)电化学转化以及耦合生物质氧化转化新路线的主要研究进展进行了综述。重点介绍了CO_(2)电化学还原的催化剂、反应系统、反应机制等方面的最新进展,以及阳极耦合生物质及其衍生醇类、醛类等氧化转化的新技术。可再生电能驱动的生物质氧化转化与CO_(2)电还原相耦合不仅可以获得高值化学品,而且可以显著减少CO_(2)的净排放。因此,本文可为生物质和CO_(2)转化提供新的思路。

铝及铝合金化学转化技术的应用现状与研究进展

铝及铝合金是应用最广泛的有色金属材料,在国民经济建设的各个行业发挥了重要作用。为克服铝及合金表面耐腐蚀性的局限,扩大应用范围,并延长使用寿命,需要采取必要的防护措施。铝及铝合金的表面处理技术多种多样,其中化学转化技术是非常经济高效的。本文对铝及铝合金铬酸盐化学转化技术和无铬化学转化技术的应用现状与研究发展进行详细综述,并对铝及铝合金化学转化技术的研究方向进行了展望。

2198铝锂合金稀土铈化学转化膜的制备及耐蚀性研究

2198铝锂合金具有较高的比强度及比刚度,在航空航天领域有广泛应用,但其局部腐蚀敏感性较高,需进行适当的表面处理以提高其耐蚀性能。通过化学浸泡法将2198铝锂合金放入0.02 mol/L CeCl_(3)+0.029 mol/L H_(2)O_(2)水溶液中分别处理20、60 min,在其表面获得了稀土化学转化膜。使用扫描电镜(SEM)和能谱仪(EDS)观察和分析了稀土化学转化膜的形貌和成分;用X射线光电子能谱(XPS)分析了转化膜的元素价态;通过测试动电位极化曲线、电化学阻抗能谱(EIS)和Mott-Schottky(M-S)曲线研究了稀土化学转化膜在0.1 mol/L NaCl溶液中的腐蚀行为及耐蚀机制。结果表明:2198铝锂合金稀土化学转化膜由Ce^(4+)和Ce^(3+)的氢氧化物和氧化物、Al^(3+)的氧化物和少量的单质Cu组成,各元素在表面均匀分布;稀土化学转化膜由表面到内部氢氧化物含量减少,氧化物含量增加。处理20 min和60 min获得的稀土化学转化膜的厚度约为0.81μm和1.50μm。在0.1 mol/L NaCl溶液中,稀土化学转化处理能够抑制2198铝锂合金的阴极吸氧过程,降低合金的自腐蚀电流密度,提高合金的耐蚀性;在2198铝锂合金表面制备稀土化学转化膜能使合金的耐蚀性能提高;且与处理20 min的试样相比,处理60 min获得的稀土化学转化膜的耐蚀性较高。同时,稀土化学转化处理改变了合金的腐蚀机制,使与Cl~-吸附相关的感抗弧消失,这是由于具有n型半导体特征的稀土化学转化膜中的载流子密度降低,载流子密度呈现正电荷,不利于Cl~-的吸附。

AZ31B镁合金表面无机-有机复合化学转化与膜层性能

[目的]镁合金具有优异的加工性能、抗震性能、电磁屏蔽性能等,但较差的耐蚀性限制了镁合金的使用寿命,因此对其进行有效的表面防护处理具有重要的意义。[方法]通过化学转化法在AZ31B镁合金表面原位制备了无机-有机复合膜层。先通过正交试验得到较优的转化液配方,进而研究了转化处理时间对膜层形貌和耐蚀性的影响,并通过X射线光电子能谱(XPS)分析了较佳条件下所得膜层的成分。[结果]化学转化的较优配方和工艺参数为:植酸钠3 g/L,六氟锆酸3 g/L,处理时间40 s,温度25℃。所得转化膜主要由MgO、MgF_(2)、ZrO及有机氟化物组成,具有均匀的色泽、适中的厚度和致密的结构,展现出良好的耐蚀性。[结论]该无机-有机复合转化工艺可有效提高镁合金基体的耐蚀性。

国内铝合金无铬化学转化研究现状

综述了目前国内在铝合金无铬化学转化方面的研究现状,主要介绍了无机盐(锆、钛、钒和稀土盐)化学转化、有机物化学转化、溶胶-凝胶法和涂层法制备的转化膜耐蚀性能;简要介绍了转化后封闭处理的重要性及有效工艺。总结了现有研究存在的问题,并对铝合金无铬化学转化未来的研究工作作了分析归纳。

转化化学:医学驱动的化学前沿研究

本文围绕医学与化学的前沿交叉研究,基于第288期双清论坛的研讨内容,提出通过临床医学的问题和场景来启发化学的前沿研究,进而通过分子科学的创新推动医学问题的解决。这一研究思路有望推动“转化化学”的快速发展,促进化学和医学两个学科的协同创新。同时,本文还凝练了该领域的主要研究方向和若干关键科学问题,指出面临的技术瓶颈,思考未来5~10年的发展目标和资助重点。

以丹参茎叶总酚酸为底物的丹酚酸A化学转化研究及其抗氧化活性

目的:优选丹参茎叶总酚酸为底物转化丹酚酸A的工艺参数,并进一步评价其转化前后的抗氧化活性。方法:以丹酚酸A转化率为指标,考察不同酸、pH值、反应时间、反应温度、底物浓度(以丹酚酸B计)等因素对转化率的影响,结合正交试验结果,优选丹参茎叶酚酸部位化学转化工艺,对转化前后总酚酸的抗氧化活性进行评价。结果:优选的转化工艺为:盐酸调节pH值为3,底物浓度(以丹酚酸B计)15 mg/mL,反应温度135℃,反应时间2 h,转化率可达89%,转化后其化学构成发生改变,丹酚酸A、丹参素、原儿茶醛含量显著提高。丹参茎叶总酚酸转化后对DPPH·和ABTS自由基的IC_(50)值分别为(3.00±0.16)mg/mL、(16.88±0.32)mg/mL,FRAP法为(1.15±0.03)mmol FeSO_(4),较转化前表现出更优的抗氧化能力。结论:采用化学转化方法可有效实现丹参茎叶总酚酸高效转化为高附加值的丹酚酸A,提升其资源利用价值。

铁酸锶镧对CH_(4)化学循环转化中Mn_(3)O_(4)氧化还原性能的作用机制

通过水热合成法制备了MnO_(2),以其作为锰源通过热分解得到Mn_(3)O_(4),采用溶胶凝胶法制备了Mn_(3)O_(4)/La0.8Sr0.2FeO3,将Mn_(3)O_(4)和Mn_(3)O_(4)/La_(0.8)Sr_(0.2)FeO_(3)在900℃下与体积分数3%的CH_(4)和空气交替接触,模拟化学循环燃烧中的氧化还原过程,研究了Mn_(3)O_(4)和Mn_(3)O_(4)/La_(0.8)Sr_(0.2)FeO_(3)的氧化还原性能和长期稳定性。结果表明:温度的升高会提高Mn_(3)O_(4)/La_(0.8)Sr_(0.2)FeO_(3)的还原失重率;纯Mn_(3)O_(4)在10次氧化还原循环后反应性能降低,不适合作为化学循环燃烧的氧载体,而多次氧化还原循环前后Mn_(3)O_(4)/La_(0.8)Sr_(0.2)FeO_(3)的还原反应活性、稳定性、晶相、元素赋存状态和形貌基本不变。

碱金属迁移转化对生物质灰沾污结渣的影响研究进展

生物质热化学转化利用过程会产生大量的生物质灰,其钾、钠等碱金属元素的含量高,导致其熔融温度低,在高温下极易熔融或挥发,进而对锅炉、管道或设备受热面造成沾污结渣、腐蚀等危害。为系统了解碱金属迁移转化对生物质灰沾污结渣影响的研究并预测其发展趋势,首先,归纳生物质热化学转化过程中由碱金属迁移转化引发的安全问题及危害;其次,回顾和总结近年来国内外生物质灰沾污结渣机理方面的研究进展,主要包括不同热化学转化来源生物质灰沾污结渣演变规律和碱金属迁移转化特性研究等;最后,预测生物质灰沾污结渣防治研究的发展趋势。研究结果显示:生物质热化学转化过程中碱金属的赋存形式和演化特征是影响灰熔融和沾污结渣特性的重要因素,不同热化学转化来源生物质灰的熔融和烧结规律是灰沾污结渣防治研究的关键。以往针对碱金属迁移转化特性的研究,大多只考虑生物质自身的燃料性质、矿物组成等,对不同热化学转化过程中碱金属迁移转化对生物质灰沾污结渣和熔融烧结的影响以及不同形式碱金属成分的影响研究仍不够深入和系统,尚未形成完善的理论体系,这将成为以后的重点研究方向。

过氧化氢对锌表面镨盐转化膜耐蚀性的影响

[目的]在以硝酸镨为成膜主剂的化学转化液中添加强氧化剂过氧化氢,以进一步提升膜层的耐蚀性。[方法]通过硫酸铜点滴试验、析氢试验、动电位极化曲线测量及电化学阻抗谱测试,研究了过氧化氢体积分数对锌表面镨盐转化膜耐蚀性的影响,并使用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)及X射线光电子能谱仪(XPS)分析了转化膜的微观形貌和成分。[结果]随着转化液中过氧化氢体积分数增大,所得镨盐转化膜的耐蚀性先变好后变差。当过氧化氢体积分数为35 mL/L时,镨盐转化膜的耐蚀性最佳,此时膜层较致密,主要由镨的氢氧化物和氧化物组成。[结论]在镨盐转化液中添加适量过氧化氢可在金属锌表面获得耐蚀性较好的转化膜。

30CrMnSiA钢表面镉镀层化学转化膜的电化学特性

目的通过研究镉镀层绿色化学转化膜的电化学性能,获得镉镀层最佳绿色化学钝化工艺。方法采用无氰镀镉工艺,在30CrMnSiA钢表面电镀镉。采用植酸和钼酸钠在镉镀层表面进行绿色钝化处理,构建复合化学转化膜。通过研究钼酸钠浓度、处理时间和植酸浓度对绿色钝化处理镀镉层在质量分数为3.5%的NaCl溶液中电化学性能的影响,获得最佳的镀镉层绿色钝化工艺。结果在处理时间为10 min、植酸的质量分数为1.0%的条件下,当钼酸钠的质量分数增至3%时,开路电压先从−0.7419 V增至−0.7397 V后,再降至−0.7611 V,电荷转移电阻R_(ct)从2.34 kΩ·cm^(2)增至8.79 kΩ·cm^(2),腐蚀抑制率从72.9%增至92.8%,自腐蚀电流密度J_(corr)从81.47μA/cm^(2)降至最低值(6.8872μA/cm^(2))。当钼酸钠和植酸的质量分数分别为2.0%和1.0%时,随着处理时间的延长,开路电压从−0.7559 V增至−0.7295 V,R_(ct)先增至6.68 kΩ·cm^(2),然后降至5.28 kΩ·cm^(2),自腐蚀电流密度从16.26μA/cm^(2)降至4.527μA/cm^(2)。当钼酸钠的质量分数为2.0%、处理时间为10 min时,随着植酸浓度的增加,试样的开路电压从−0.7393 V降至−0.7561 V,R_(ct)先增至6.68 kΩ·cm^(2),然后降低,自腐蚀电流密度J_(corr)呈现先降至最小值后再增大的趋势。结论与镉镀层相比,经化学转化膜处理后试样表现为高的开路电压、大的电荷转移电阻和低的自腐蚀电流。得到了耐蚀性好且成本较低的镉镀层表面绿色钝化工艺,钼酸钠和植酸的质量分数分别为2.0%和1.0%,处理时间为10 min。