固定化耐酸曲霉对Pb2+的去除及机理研究

固定化微生物技术凭借处理效率高、投入成本低的优势在重金属废水处理领域应用颇为广泛,然而相关的重金属去除机理尚不明确。以从酸性矿山废水中筛出的耐酸曲霉Aspergillus sp.MF1作为研究对象,对其进行固定化处理,运用亚细胞分离技术以及五步提取法并通过SEM、FTIR表征初步揭示固定化Aspergillus sp.MF1去除Pb^(2+)的机理。研究结果表明,在pH为3.5,初始Pb^(2+)质量浓度为10 mg/L时,固定化Aspergillus sp.MF1对于Pb^(2+)的去除率最高可达78.26%。固定化Aspergillus sp.MF1去除Pb^(2+)的机理可归纳为两点,一是源于固定化Aspergillus sp.MF1载体的高比表面积、聚乙烯醇和海藻酸钠等材料表面活性基团对Pb^(2+)的吸附,二是归于Aspergillus sp.MF1细胞壁对于Pb^(2+)的螯合、吸附和离子交换作用,以及液泡和其他细胞器的隔室化作用。此外,固定化Aspergillus sp.MF1连续循环使用5次对Pb^(2+)的去除率均能达到30%以上,且在去除过程中未发生破裂、细胞泄露等情况。

无水草酸辅助硝酸铁热分解制备高饱和磁化强度γ-Fe_(2)O_(3)纳米粒子

采用硝酸铁和无水草酸为原料,通过简便的一步固相法焙烧制备γ-Fe_(2)O_(3)纳米粒子。采用XRD、SEM-EDS、N_(2)-吸附/脱附和VSM等表征手段分析了样品的结构、形态和磁性能。研究表明,在Fe(NO_(3))_(3)·9H_(2)O中添加C_(2)H_(2)O_(4),可以制备出饱和磁化强度为76.3 emu/g的棒状γ-Fe_(2)O_(3)。

一步法制备荧光开启传感器检测BRCA2

筛查乳腺癌易感基因2(BRCA2)基因突变对于乳腺癌患病风险评估、发病检测、早期诊断及基因治疗均具有重要临床意义。现有乳腺癌基因传感检测方法大多需要复杂的处理过程,成本较高且对单碱基突变识别能力较弱。为简化基因传感器制备过程,提高其应用可能性,文章通过DNA分子发夹结构设计,一步实现了BRCA2的检测。其中分子发夹茎部含BRCA2互补序列,茎与环连接处标记四甲基罗丹明荧光基团(TAMRA),环部5个G碱基通过光诱导电子转移猝灭部分荧光信号,降低背景荧光信号;待测BRCA2序列与发夹茎部序列竞争结合,发夹结构被打开,荧光信号上升,测量上升的荧光信号强度即可实现一步法定量检测靶基因。优化实验结果表明,分子发夹浓度不同时,传感器检测范围不同。当分子发夹浓度为150 nmol·L^(-1)时,对BRCA2的线性检测区间为1~50 nmol·L^(-1);浓度为300和600 nmol·L^(-1)时,线性检测区间分别为1~100和1~200 nmol·L^(-1)。三种浓度传感器检出限分别为0.54、0.72和1.81 nmol·L^(-1)。此外,传感器对BRCA2的特异性检测较为突出,尤其对单碱基突变的识别能力较强。该方法制备与检测过程简单且特异性突出,不仅可用于乳腺癌高危人群的早期筛查,还可拓展应用于其他种类的基因检测,为基因传感器的推广应用提供一种制备简单、操作便捷的新方法。

NiCo_(2)S_(4)/CNTs复合材料的制备及电化学性能

采用一步水热法合成NiCo_(2)S_(4)和NiCo_(2)S_(4)/CNTs复合材料,通过进行XPS、XRD以及SEM对NiCo_(2)S_(4)、NiCo_(2)S_(4)/CNTs复合材料进行物理表征,采用三电极测试体系在电化学工作站上进行电化学测试。测试结果表明:通过掺杂CNTs改变了NiCo_(2)S_(4)的形貌结构,NiCo_(2)S_(4)在1 A/g电流密度下,比电容可以达到830 F/g,在10 A/g的大电流密度下,比电容保持率仅为78.3%;而NiCo_(2)S_(4)/CNTs复合材料在10 A/g下的比电容保持率可达到78.6%,并且在3 A/g电流密度下循环1000次,比电容保持率高达98.2%。

二步煅烧法制备高热稳定性无定形SiO_(2)-Al_(2)O_(3)复合粉体

采用二步煅烧法制备了高热稳定性无定形SiO_(2)-Al_(2)O_(3)复合粉体。首先以十二水合硫酸铝铵和葡萄糖为原料混合煅烧制备无定形Al_(2)O_(3)前驱体,然后以正硅酸乙酯形式向无定形Al_(2)O_(3)中引入适量的SiO_(2),煅烧后即可获得具有高热稳定性的无定形SiO_(2)-Al_(2)O_(3)复合粉体。当SiO_(2)引入量为26%(质量分数)时,粉体经950℃下煅烧4 h仍为无定形结构;对前驱体进行研磨后,粉体热稳定性进一步提升,在1 020℃下煅烧4 h仍为无定形结构。研究表明,SiO_(2)引入量和前驱体混合均匀性对复合粉体的高温热稳定性有明显影响。

CO_(2)催化制备高附加值多碳含氧化合物的研究进展

将温室气体CO_(2)通过化学反应路径制备高附加值多碳含氧化合物如乙醇、乙酸、丙醛、丙酸、丁醇等具有挑战性。由于C-C偶联反应的复杂性和成键的不可控性,导致合成多碳高值含氧化合物困难。本工作总结了近期在连续流固定床条件下CO_(2)催化合成高附加值多碳含氧化合物的研究进展。首先归纳了CO_(2)加氢路径下可能的反应机理;其次总结了CO_(2)直接加氢(一步法、串联法)、CO_(2)与轻烃重整、CO_(2)氢甲酰化等不同反应路径下具有潜力的催化剂,包括金属碳化物、碱金属修饰的Cu、Fe、Co、Rh等单金属或二元金属制备多碳高值含氧化合物的特点,并进一步阐述了不同催化剂上的作用机制。最后对目前存在的问题和未来可能的解决方案进行了讨论和展望。

2-取代苯并恶唑衍生物的合成及其在药物合成中的应用

2-取代苯并恶唑是一类重要的杂环骨架,其在药物合成中受到广泛关注与运用。本文以廉价易得的邻氨基苯酚和芳香醛为原料,通过一锅两步法优化第一步与第二步反应条件,确定第一步二氧六环为溶剂,室温空气气氛反应5h;第二步2,3-二氯-5,6-二氰基苯醌为氧化剂,室温空气气氛反应1h,氧化环化合成一系列2-取代苯并恶唑衍生物,同时将该方法运用于药物Tafamidis的合成中。目标化合物结构经^(1)H-NMR、^(13)C-NMR和HRMS确证。该方法条件温和、操作简便、底物普适性广以及具有一定的实用性,为2-取代苯并恶唑化合物合成提供了一种新的思路。

一步水热法制备锰氮掺杂TiO_(2)及光催化降解室内甲醛

采用一步水热法,以四水氯化锰为锰源,尿素为氮源,制备了锰掺杂、氮掺杂以及锰氮共掺杂TiO_(2)光催化剂。采用X射线衍射仪、紫外可见漫反射光谱仪、透射电镜及X射线光电子能谱仪等对样品进行表征;以氙灯模拟太阳光照条件,以气态甲醛为目标污染物,测试了样品的光催化性能。研究结果表明:各掺杂样品均为锐钛矿相结构,吸收均出现不同程度红移,禁带宽度变窄;Mn/Ti掺杂最佳摩尔比为0.10%,N/Ti掺杂最佳摩尔比为50%,各最优掺杂比例样品光催化性能从高到低为Mn-N-TiO_(2)-50,N-TiO_(2)-50,Mn-TiO_(2)-0.10和纯TiO_(2),12 h内的甲醛降解率分别为81.67%,72.02%,62.39%,46.78%,共掺杂样品的光催化性能优于单掺杂样品与纯TiO_(2)样品,表现出明显的协同作用;5次循环后,Mn-N-TiO_(2)-50的甲醛降解率仍有73.82%,表现出良好的稳定性。

H_(2)O_(2)氧化对不同温度制备的污泥炭特性及重金属的影响

为探究污泥炭的生态风险,利用H_(2)O_(2)氧化模拟污泥炭的化学老化过程,探究不同浓度的H_(2)O_(2)对污泥炭理化性质及其重金属(Cr、Ni、Pb、Zn)总量和形态变化的影响,并利用风险评价指数法(RAC)对污泥炭中这4种重金属的生态风险进行评价。结果表明,随着H_(2)O_(2)浓度升高,污泥炭含C量总体下降,含O量总体上升,H/C比总体增大,芳香度降低。低浓度的H_(2)O_(2)(体积分数5%)氧化使得400℃制备的污泥炭比表面积降低,600、800℃制备的污泥炭比表面积增大,高浓度的H_(2)O_(2)(体积分数20%)氧化与之结果相反。与原污泥相比,热解后各重金属均富集在污泥炭中,BCR分级提取后发现,污泥炭中重金属生物有效态占比显著降低,且600、800℃制备的污泥炭重金属形态更不易受H_(2)O_(2)氧化影响。结合RAC分析,当热解温度为600℃时,污泥炭中4种重金属的生态风险最低,可为污泥的资源化安全利用提供参考。

Na_(2)O-CaO-SiO_(2)平板玻璃减反射功能化研究

随着光伏产业的高速发展,与之配套使用的减反射玻璃重新进入了研究者们的视野。本文采用湿化学二步刻蚀法制备了具有减反射性能的Na_(2)O-CaO-SiO_(2)平板玻璃,采用分光光度计、扫描电子显微镜、原子力显微镜和X射线能谱仪等测试样品的透过率、表面形貌和断面膜层厚度、表面化学成分、耐酸性和硬度,研究了反应温度和反应时间、玻璃膜层结构与透过率的关系。通过使用弱碱性的混合盐溶液对Na_(2)O-CaO-SiO_(2)玻璃表面进行化学刻蚀,使玻璃表面Si—O键断裂,在玻璃表面形成纳米膜层结构,当膜层厚度达到一定厚度时,一定波长的光在玻璃表面发生相消干涉,透过率最高可达到97.8%,刻蚀前后玻璃成分基本无变化,铅笔硬度达到3H。

2-甲酰基-1,1′-联萘手性醛催化剂的合成

目前报道的手性醛催化剂(3)的合成路线总收率较低,不适用于大量合成。通过对3的合成路线进行改进,以(S)-1,1′-联二萘酚((S)-BINOL)为原料,经磺酰化、插羰反应、偶联反应、硼化、氧化、甲氧基甲基保护、还原、氧化、脱除甲氧基甲基以及溴化10步反应合成了手性醛催化剂(3a~3i),其中大部分化合物的总收率大于20%。该合成路线可放大到10 mmol规模来进行,具有一定的应用前景。

NH_(3)-(NH_(4))_(2)SO_(4)体系隔膜电解铜电化学研究

PCB板(印刷电路板)剪裁铣削渣中含有金属铜和铝,且塑料含量高,采用电化学溶解隔膜电积工艺可以实现铜的剥离并得到高品位阴极铜。该工艺具有流程短、电流效率高、产品纯度高等优点,具有广阔的应用前景,但其电化学机理尚不明确,本文以PCB制造过程中产生的含铜固废作为阳极,采用钛板为阴极,在NH_(3)-(NH_(4))_(2)SO_(4)体系中采用隔膜电解工艺进行了一系列试验,包括不同铵盐体系、氨/硫酸铵体系中不同电极、氨/硫酸铵体系不同电解液组成的电化学行为曲线以及NH_(3)-(NH_(4))_(2)SO_(4)体系电沉积铜的控制步骤、成核机理等。结果表明,氨/硫酸铵体系中电积铜的起始还原电位最低,电积时电耗较低,且该体系中氢的析出电位均较负,可避免因析出氢气降低阴极电流效率的副反应;NH_(3)-(NH_(4))_(2)SO_(4)体系中Cu^(2+)在钛电极表面的电沉积反应为不可逆过程,且为双电子一步转移过程,控制步骤为扩散控制;Cu^(2+)在钛电极上的成核机理接近于瞬时成核。该研究成果可为NH_(3)-(NH_(4))_(2)SO_(4)体系隔膜电解铜工艺提供理论参考。

基因2型鹅星状病毒EvaGreen荧光定量一步法RT-PCR的建立与应用

目的:建立快速、灵敏、特异的基因2型鹅星状病毒(Goose astrovirus 2,GoAstV-2)检测方法。方法:以GoAstV-2 ORF2基因为靶标,设计特异性检测引物并构建含目标基因的重组质粒作为阳性质粒标准品,以其为模板优化建立一种EvaGreen饱和染料荧光定量一步法RT-PCR检测方法。结果:所建立方法采用dUTP/UDG酶防污染体系,其标准曲线在2.58×10^(1)~2.58×10^(7) copies/μL质粒模板量呈现良好的线性关系,斜率为-3.413,相关系数(R^(2))为0.995,熔解温度T_(M)为(85.5±0.5)℃;该方法对质粒标准品检测灵敏度下限为25.8 copies/μL;该方法特异性检测GoAstV-2,而新城疫病毒(NDV)、H5型禽流感病毒(AIV-H5)、禽呼肠孤病毒(ARV)等11种常见禽传染病病原检测结果均为阴性。重复性试验显示,组内和组间变异系数均小于2%,表明其具有良好的重复性。GoAstV-2感染病死鹅组织定量检测显示,心脏、肝脏、脾脏、肺脏、肾脏、腺胃、胰腺、小肠、大脑和肌肉组织均可检测出GoAstV-2,其中肾脏病毒含量最高(2.58×10^(11) copies/g),大脑和肌肉组织含毒量较低。32份临床送检病死鹅组织样品的检测显示,9份存在GoAstV-2感染,阳性率为28.1%。结论:EvaGreen荧光定量一步法RT-PCR能高效检测GoAstV-2,可应用于禽类GoAstV-2感染的诊断和净化检测。

Cu_(2)O纳米线阵列的制备与表征

Cu_(2)O纳米线阵列既保留了纳米线长径比高、比表面积大等优点,又具有规模效应及协同效应,在气敏、光伏等领域具有广阔的应用前景。以泡沫铜为基体,通过化学法制备Cu(OH)_(2)纳米线阵列为前驱体,并在N_(2)气氛中采用两步加热法制备Cu_(2)O纳米线阵列,利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)对Cu_(2)O纳米线阵列结构进行表征。结果表明:只需控制、优化Cu基底的曲率半径和弧度,就能制备出Cu_(2)O纳米线阵列,这为制备Cu_(2)O纳米线阵列薄膜提供了新的思路。

压缩机透平分轴布置的超临界CO_(2)简单回热循环动态特性

超临界CO_(2)布雷顿循环发电系统配合高温颗粒储热系统,被认为是新一代光热发电机组的重要技术路线之一。深入研究超临界CO_(2)布雷顿循环动态特性,是实现新一代光热发电机组高效、灵活设计和运行的重要基础。该文以西安热工研究院有限公司耦合颗粒换热器的超临界CO_(2)布雷顿循环机组为对象,构建了动态仿真模型,并进行动态仿真计算。该机组采用透平压缩机分轴布置的形式。结果显示:相对于颗粒/循环冷却水入口温度阶跃变化的工况,系统在颗粒/循环冷却水流量阶跃变化工况中响应更快、能够更快地达到新的稳定状态。压缩机转速扰动对系统流量影响迅速且明显,压缩机转速调节可以作为系统流量控制的重要手段。透平在不同流量下最优转速不同,当透平转速变化后更接近最优转速时机组循环净效率增高,反之降低。

构建Cu台阶位促进电催化CO_(2)还原制醇类化学品的研究

电催化CO_(2)制备高附加值的化学品是解决当前碳排放问题的可行技术路线之一.其中,合成醇类化合物因具有广泛用途和高价值而备受关注.在电催化CO_(2)还原合成多碳醇反应中,关键中间体*CH_(2)CHO容易发生热力学有利的脱氧反应而生成C2H4,降低了醇类产物的选择性.由于电催化CO_(2)还原是一个表面结构敏感的反应,因此可以通过设计Cu基催化剂的特定表面结构,实现对反应路径的有效调节,从而提升醇类产物的选择性.本课题组前期通过密度泛函理论(DFT)计算和主成分分析法等对Cu基催化剂的构效关系进行解析,说明配位不饱和的台阶位点有望高效地促进醇类产物的生成.本文进一步从实验角度,证明了配位不饱和的台阶位点是生成醇类产物的活性位点.本文采用CO分子作为还原剂制备了CuO衍生的金属Cu催化剂(COD-Cu),利用CO分子对Cu表面的重构作用,获得了具有丰富台阶位点的Cu催化剂.而通过H_(2)还原制备的金属Cu催化剂(HOD-Cu)对照样表面则多为平面位点.X射线衍射和原位拉曼光谱结果表明,CuO前驱体经过CO或H_(2)还原后被完全还原为金属态,并且在电化学还原条件下依旧呈现金属态,排除了催化剂价态对反应的影响.扫描电镜结果表明,两种催化剂的形貌没有明显区别,排除了催化剂形貌对反应的影响.高分辨透射电镜结果表明,COD-Cu表面因为CO的重构作用,产生相较于HOD-Cu更多的台阶位点,这与CO原位红外光谱结果一致(COD-Cu催化剂在2080 cm~(–1)波数处具有明显的台阶位点CO吸附峰).电化学CO_(2)还原活性测试结果表明,COD-Cu表现出更高的醇类产物选择性,相较于HOD-Cu,法拉第效率与部分电流密度均提升了5倍以上,醇类产物的法拉第效率达到40.5%,部分电流密度达到56.3 mAcm~(-2),产物中醇/烯烃比值为2.2.这表明台阶位点对调控反应路径促进醇类生成具有重要作用.结合原位衰减全反射表面增强傅里叶变换红外吸收光谱的阶跃电位和Ar气吹扫实验结果表明,COD-Cu因具有更多的台阶位点而表现出更高的催化CO_(2)到*CO反应活性,并有效促进后续的C–C偶联反应.通过热退火实验制备了具有不同台阶位点含量的COD-Cu催化剂,其台阶位点的含量与醇类产物的选择性保持良好的线性关系,进一步验证了台阶位点是促进醇类产物生成活性位点的结论.DFT结果也表明,台阶位点可以有效的提升关键中间体*CH_(2)CHO中C–O键强度,从而抑制C–O键断裂,促进醇类产物的生成.综上,本文提出了一种通过催化剂活性位点设计调控电催化CO_(2)还原反应路径的有效策略,为解析催化剂构效关系、明确活性位点提供参考.得益于催化科学的快速发展,具有高活性的CO_(2)还原电催化剂不断涌现,未来可在发展活性位点精细化调控方法、开发新型原位瞬态表征技术、创新催化剂失活机制原位研究方法等方面做出更多的努力.

Pb(Sc_(1/2)Ta_(1/2))O_(3)铁电陶瓷的制备及热膨胀性能研究

由于Pb(Sc_(1/2)Ta_(1/2))O_(3)弛豫铁电陶瓷较高的烧结温度易导致Pb挥发,固相法制备难。首先,采用钨锰铁矿法合成纯相结构的ScTaO4和Pb(Sc_(1/2)Ta_(1/2))O_(3)粉体。其次,分别采用直接埋烧法、PbO过量法、两步烧结法对陶瓷的制备工艺进行探索。最后,对陶瓷的热膨胀性能进行分析。结果表明:直接埋烧法和PbO过量法产生了大量焦绿石相和钽氧化物,合成的主晶相较少。两步烧结法有效抑制了Pb的挥发,制备的陶瓷以立方钙钛矿相为主。随温度升高,热应变呈现升高趋势,在-150~150℃内,其值为正。热膨胀率与温度的关系图为V型,约为-30℃时热膨胀系数最低,其值为负。

Sn、P共掺杂MoS_(2)纳米花的制备及电催化析氢性能研究

掺杂被证实是激活MoS_(2)面内析氢活性,从而提高其析氢性能的有效手段,但是大多数研究都局限于单一的金属或非金属原子掺杂。本工作通过一步水热法成功制备出一种新型的Sn、P金属-非金属原子共掺杂的MoS_(2)纳米花(Sn,P-MoS_(2))。通过XRD、Raman、XPS、SEM和EDS对材料的结构、形貌和成分进行表征,结果表明Sn和P原子成功共同掺杂进入MoS_(2)晶格且均匀分布。与纯MoS_(2)和单一的Sn金属原子或P非金属原子掺杂MoS_(2)相比,Sn,P-MoS_(2)纳米花在0.5 mol/L H 2SO 4溶液中展现出更优异的电催化析氢性能:在10 mA/cm 2的电流密度下过电位仅为277 mV,塔菲尔斜率为50.2 mV/dec。Sn,P-MoS_(2)纳米花优异的析氢性能可归因于Sn、P原子之间存在协同作用,促进了面内析氢活性位点的形成,同时减小了边缘活性位点的氢吸附自由能。这种金属和非金属原子共掺杂策略为MoS_(2)基析氢电催化剂的广泛应用提供了一条可行的途径。

α-Ga_(2)O_(3)基SBD场板结构与电流台阶的关联研究

作为典型的超宽禁带半导体,氧化镓(Ga_(2)O_(3))逐渐以新型功率器件优选材料的身份成为研究热点。近年来它的亚稳态α相因具有相对最宽的带隙,且与蓝宝石、氮化镓相似的六角晶格而受到关注。研究了α-Ga_(2)O_(3)基肖特基二极管器件,在TCAD仿真结果中发现反向偏置的I-V特性中出现了电流台阶。通过调节可能影响电流台阶的主要因素:漂移区厚度、掺杂浓度和场板结构,发现击穿特性中的电流台阶随着漂移区厚度的增加而变长,但对掺杂浓度变化的依赖性较弱,解释了漂移区在反偏电场作用下的耗尽过程是电流台阶的产生机制。采用分段场板结构可以优化漂移区的电场分布并提高器件击穿电压,器件击穿的最大电场强度超过10 MV/cm。对电流台阶机制的分析结果有助于抑制器件泄漏电流,提高耐压范围。

红辉沸石两步水热制备高品质X型分子筛及其高效吸附Cd^(2+)、Ni^(2+)性能研究

本研究以红辉沸石为原料,经两步水热法制备高品质的X型分子筛,探究了n(H_(2)O/SiO_(2))、n(Na_(2)O/SiO_(2))、n(Al_(2)O_(3)/SiO_(2))、陈化时间、晶化温度、晶化时间等因素对红辉沸石转化为X型分子筛的影响,以及考察了X型分子筛对Cd^(2+)、Ni^(2+)的吸附性能。研究表明,X型分子筛的最优转化条件为:n(H_(2)O/SiO_(2))=55、n(Na_(2)O/SiO_(2))=1.1、n(Al_(2)O_(3)/SiO_(2))=0.33、陈化时间48 h、晶化温度82℃、晶化时间4 h。红辉沸石溶解后解聚为低聚态Si物种且在体系中保留参与分子筛的生长,使得所合成的X型分子筛相对结晶度达100%、n(Si/Al)值为1.14,并缩短了晶化时间和降低了晶化温度,其中所合成的X型分子筛对Cd^(2+)和Ni^(2+)的吸附容量分别达到173.553 mg/g和75.897 mg/g。因此,本研究将为天然矿物快速转化为高品质的X型分子筛设计与制备提供理论基础和技术支持。