酯化反应中SO_4^(2-)/氧化物固体超强酸催化剂的研究进展

SO_4^(2-)/氧化物型固体超强酸催化剂在酯化反应中表现出较高的催化活性和重复使用性能,且该催化剂具有易于与产物分离、不腐蚀设备、绿色环保等优点,因此,近年来在工业生产中受到越来越多的关注。简述了固体超强酸的成酸机制及催化反应机制,简要概述了近年来国内外几种SO_4^(2-)/氧化物型固体超强酸催化剂在酯化反应中的研究进展,并对催化剂的制备、相关理论探索、工业应用研究方面进行了展望。

Ni/ZrO_(2)-SO_(4)^(2-)催化剂的制备及其催化甲烷与CO_(2)制乙酸性能

以Zr(NO_(3))4·5H_(2)O和Ni(NO_(3))2·6H_(2)O为原料、(NH4)2CO_(3)为沉淀剂,采用溶胶凝胶-硫酸酸化两步法制备了Ni/ZrO_(2)-SO_(4)^(2-)催化剂,采用XRD,FTIR,SEM,N_(2)吸附-脱附,H_(2)-TPR,NH3-TPD等方法对Ni/ZrO_(2)-SO_(4)^(2-)催化剂进行表征,考察了Ni的引入方式对催化剂的结构和性能的影响。实验结果表明,与共沉淀方式引入Ni制备的Ni/ZrO_(2)-SO_(4)^(2-)催化剂相比,采用溶胶凝胶方式引入Ni制备的催化剂的四方相ZrO_(2)占比更高,表面酸量更多,且具有良好的热稳定性和较强的L酸性;采用溶胶凝胶方式引入Ni制备的Ni/ZrO_(2)-SO_(4)^(2-)催化剂的乙酸生成量明显优于共沉淀方式引入Ni制备的Ni/ZrO_(2)-SO_(4)^(2-)催化剂。四方相ZrO_(2)、酸性位点和过渡金属Ni之间的协同作用促进了甲烷与CO_(2)直接反应合成乙酸。

SRB还原SO_(4)^(2-)影响因素的广义灰色关联分析

为探究影响硫酸盐还原菌(sulfate-reducing bacteria,SRB)降解污泥还原SO_(4)^(2-)的主要因素,构建广义灰色关联度评价模型,并对变量的重要度进行排序。研究结果表明:在一定条件下,SO_(4)^(2-)还原率随温度及初始pH值的上升呈现先增长后降低的趋势,随氧化还原电位的上升呈现不断降低的趋势;温度,初始pH,氧化还原电位的综合关联度分别为0.690,0.755,0.537,影响SO_(4)^(2-)还原率因素大小顺序为初始pH>温度>氧化还原电位。研究结果可为污泥处理过程中控制硫化氢的释放提供理论支持,并为避免或减少污泥产硫化氢导致的人员伤亡和财产损失提供思路。

部分浸泡再生混凝土Mg^(2+)-SO_(4)^(2-)-Cl^(-)复合盐侵蚀耐久性损伤特征与机制

为系统研究与揭示西北地区部分掩埋再生混凝土(RAC)结构耐久性损伤特征与机制,以浓度为20%的复合盐溶液为侵蚀介质,开展了14种掺辅助胶凝材料RAC部分浸泡于复合盐溶液的耐久性试验,综合分析RAC动弹性模量、宏观与微观形貌、侵蚀产物物相组成与相对含量的经时变化规律。部分浸泡RAC沿纵向高度分为饱和区、气-液两相界面区、水分传输区及干燥区。侵蚀初期气-液两相界面区损伤程度高于饱和区;侵蚀中后期饱和区的损伤持平或超过气-液两相界面区,水分传输区损伤初现。饱和区侵蚀状态由初期的化学侵蚀转变为中后期的化学-物理双重侵蚀,气-液两相界面区在侵蚀期间均呈现出化学-物理双重侵蚀。化学侵蚀产物为水镁石、硬石膏/石膏、钙矾石、Friedel盐及碱式氯化镁;物理结晶盐包含氯镁石、白钠镁矾、氯化钠、水合硫酸镁、Na_(2)SO_(4)及芒硝,各侵蚀产物与结晶盐的相对含量均随浸泡时间延长而改变。侵蚀后期,Na_(2)SO_(4)和芒硝相互转化使RAC物理力学性能急速退化。粉煤灰-矿渣复掺RAC抗侵蚀性能整体较好,粉煤灰-硅灰复掺最差,后者在浸泡时间180 d时抗压强度损失率高于60%。矿渣-硅灰-偏高岭土三掺RAC耐久性显著高于粉煤灰-矿渣-偏高岭土三掺,后者在侵蚀180 d时已经溃散。四掺辅助胶凝材料RAC性能衰减速度均匀,但抗侵蚀性能仍处于较低水平,相同浸泡时间下,其耐久性指标均与粉煤灰-矿渣复掺RAC差距较大。

湖南省新田县富锶岩溶水矿物饱和指数特征,Sr^(2+)、SO_(4)^(2-)来源及开发潜力

【研究目的】湖南新田县发现大型富锶矿泉水田,然而锶元素来源及锶矿泉开发利用潜力研究相对薄弱,此外探究富锶岩溶水水化学特征及锶元素来源可为岩溶区寻找富锶地下水提供一定的理论支撑。【研究方法】通过开展水文地质调查,富锶地下水水化学指标检测分析,利用PHREEQC软件、水化学计量法、端元法、水文地质参数等揭示富锶岩溶水矿物饱和指数特征,Sr^(2+)、SO_(4)^(2-)来源及富锶地下水开发潜力。【研究结果】方解石在下降泉和机井中均主要处于饱和状态,白云石由下降泉中未饱和状态转为机井中的饱和状态,菱锶矿在机井中出现饱和状态,石膏在下降泉和机井中均为未饱和状态。下降泉中矿物饱和指数随泉水溶解性总固体增加而升高,两者呈较好的正相关关系,但在机井中两者相关性较差。下降泉SO_(4)^(2-)和大气降水SO_(4)^(2-)具有较好的拟合关系,根据Ca^(2+)、Mg^(2+)、Sr^(2+)、HCO_(3)^(-)、SO_(4)^(2-)化学计量关系,机井中SO_(4)^(2-)可能来源于石膏溶解。下降泉中Sr^(2+)主要来源于石灰岩中以类质同像置换钙的锶,机井中Sr^(2+)较大可能来源于含水层中菱锶矿。研究区85.2%水点的地下水符合国家生活饮用水卫生标准,超标水点多为单指标超标。经计算,枯水年富锶地下水天然补给资源量、可开采资源量和地下水资源潜力分别为3.83×10^(7)m^(3)/a、1.05×10^(7)m^(3)/a、7.28×10^(6)m^(3)/a。【结论】新田县富锶地下水中锶主要来源于泥盆系佘田桥组地层含锶矿物(类质同像置换钙的锶和菱锶矿)的溶解,富锶地下水资源量及资源潜力可观,具有较大的开发利用潜力与价值。

316L不锈钢在Cl^(-)与SO_(4)^(2-)协同作用下的腐蚀行为研究

为了降低腐蚀对海洋油气管道正常运行的危害,利用电化学试验中的交流阻抗技术以及循化极化技术研究了模拟南海海洋环境中Cl^(-)与SO_(4)^(2-)的协同作用对316L不锈钢腐蚀行为的影响,并结合扫描电子显微镜(SEM)对316L不锈钢表面的腐蚀形貌进行表征。结果表明,当SO_(4)^(2-)含量恒定时,Cl^(-)含量的升高会使容抗弧半径、极化电阻R_(p)以及点蚀电位E_(b)均降低,当Cl^(-)含量从0升至50 g/L时,316L不锈钢表面出现了明显的腐蚀情况。当Cl^(-)含量恒定时,SO_(4)^(2-)含量的升高会使容抗弧半径、R_(p)以及E_(b)值均减小,同时试件表面的腐蚀坑直径扩大,深度出现逐渐加深的情况。

盐碱土壤水溶性Cl^(-)、NO_(3)^(-)、SO_(4)^(2-)离子提取与离子色谱仪同时测定技术研究

为建立盐碱土中水溶性Cl^(-)、NO_(3)^(-)和SO_(4)^(2-)的提取与离子色谱仪同时测定的方法,选取采自新疆和宁夏2个盐碱地土样进行正交试验,优化土壤水溶性阴离子浸提过程,水土比例对水溶性离子的测定结果影响显著。选择浸提条件为水土比例5∶1,振荡时间为3 min,浸提液离心后过0.45μm滤膜,待测液Cl^(-)、NO_(3)^(-)、SO_(4)^(2-)采用离子色谱同时测定。结果表明,离子色谱法测定3种离子线性范围均为0.2~20 mg/L;方法检出限Cl^(-)为0.18 mg/kg,NO_(3)^(-)为0.12 mg/kg,SO_(4)^(2-)为0.38 mg/kg。3种离子6次测定结果相对标准偏差均<5%;加标回收率90.6%~104%;11种不同地点的盐碱土土壤水溶性盐浸提液中Cl^(-)、NO_(3)^(-)、SO_(4)^(2-)的测定结果分别与电位滴定法、连续流动分析仪法、硫酸钡质量法测定数值之间具有较好的相关性。本方法的检出限、准确度、精密度能满足盐碱土土壤水溶性Cl^(-)、NO_(3)^(-)和SO_(4)^(2-)离子含量的同时测定,省时省力。

离子色谱法测定油田水中Cl^(-)、SO_(4)^(2-)含量不确定度的评定及改进

利用离子色谱法进行油田水中无机离子含量的测定操作简便,分析结果准确,在油田化学行业检测实验室中得到了广泛应用。但测试过程中不可避免地会引入不确定度。依据CNAS-CL01:2018《检测和校准实验室能力认可准则》的要求,所有从事检测的实验室都必须进行测量不确定度的评定。本研究参考了CNAS-GL006:2019《化学分析中不确定度的评估指南》建立离子色谱法测定油田水中Cl^(-)、SO_(4)^(2-)含量的不确定度评定方法。依据SY/T 5523-2016《油田水分析方法》进行采样、运输和保存,依据GB/T 14642-2009进行油田水中Cl^(-)、SO_(4)^(2-)的测定,建立测量模型,确定不确定度来源,对各个不确定度分量进行评定,并计算合成标准不确定度。在95%置信区间下,油田水样品检测结果显示:Cl^(-)含量为(10.99±0.10)mg·L^(-1),SO_(4)^(2-)含量为(14.05±0.08)mg·L^(-1)。标准溶液配制过程中引入的相对标准不确定度和平行样重复性测定引入的相对标准不确定度较大,是提高该测定结果准确度的关键。

复合氧化物固体超强酸SO_4^(2-)/WO_3-ZrO_2的制备和分析

制备系列复合氧化物固体超强酸ＳＯ４２－／ＷＯ３－ＺｒＯ２，以流动的Ｈａｍｍｅｔ指示剂法测定其酸度。用Ｘ射线衍射法、差热－热重法、吸附吡啶ＩＲ等方法对其酸强度、物相结构与焙烧温度、钨锆原子比的相关性进行分析。结果表明，ＳＯ４２－与ＷＯ３的加入，延迟了ＺｒＯ２晶化，稳定了介稳的四方晶相，有利于超强酸中心的形成。该超强酸有Ｌｅｗｉｓ和Ｂｒｏｎｓｔｅｄ两种酸中心。

固体酸SO_(4)^(2-)-/ZrO_(2)-γ-Al_(2)O_(3)的制备及其催化合成癸二酸二辛酯的研究

本研究采用沉淀-浸渍法制备了SO_(4)^(2-)/ZrO_(2)-γ-Al_(2)O_(3)固体酸催化剂,以癸二酸和异辛醇的酯化反应为探针反应,确定了SO_(4)^(2-)/ZrO_(2)-γ-Al_(2)O_(3)固体酸催化剂的最佳制备条件。实验分别考察了焙烧温度、焙烧时间、硫酸浸渍浓度、硫酸浸渍时间、陈化温度对催化活性的影响,并进一步考察了催化剂的循环使用性能。结果表明:焙烧温度为600℃、焙烧时间为5 h、硫酸浸渍浓度为0.6 mol/L、硫酸浸渍时间为9 h、陈化温度为-20℃时,制备出的SO_(4)^(2-)/ZrO_(2)-γ-Al_(2)O_(3)固体酸催化剂具有较好的催化活性,癸二酸的酯化率可以达到99.66%,催化剂循环使用5次后,酯化率降至90.54%。

完全浸泡再生混凝土Mg^(2+)-SO_(4)^(2-)-Cl^(-)侵蚀耐久性损伤规律与机理

我国西北地区的土壤与地下水中含有高浓度Mg^(2+)、SO_(4)^(2-)、Cl^(-),这些离子导致长期掩埋于地下的再生混凝土(RAC)结构耐久性严重退化。为了揭示Mg^(2+)-SO_(4)^(2-)-Cl^(-)侵蚀RAC耐久性损伤规律与机理,采用长期浸泡的方式,系统开展复掺辅助胶凝材料RAC耐久性试验,研究复掺辅助胶凝材料方式与取代率对RAC耐久性退化规律的影响。采用X射线衍射、红外光谱及热重等分析手段,表征RAC侵蚀产物物相组成与相对含量,揭示复合盐侵蚀RAC耐久性损伤机理。结果表明,10%粉煤灰(质量分数)+20%(质量分数)矿渣复掺RAC耐久性较高,硅灰或偏高岭土取代率高于10%时RAC的耐久性较差。侵蚀离子与RAC水化产物产生化学反应并形成晶粒极大的侵蚀产物,加速C-S-H分解向M-S-H转变;高浓度离子间相互作用形成物理盐结晶,促进裂缝的萌生扩展。化学/物理双重作用破坏RAC微观结构,加速离子扩散传输,形成化学侵蚀-结构损伤-离子传输过程。RAC界面过渡区及砂浆中遍布裂缝与孔隙,再生混凝土物理力学性能急速退化。

水热法改性氢氧化锆制备Pt-SO_4^(2-)/ZrO_2固体酸催化剂Ⅰ.水热温度的影响

通过水热法改性氢氧化锆制备了Pt SO2 -4 ZrO2 固体酸催化剂 ,并用低温氮吸附、X射线衍射、扫描电镜和差热分析等技术考察了氢氧化锆水热处理时的温度对Pt SO2 -4 ZrO2 固体酸物化性能及催化性能的影响 ,对水热改性的作用机理进行了讨论 .在连续微反 色谱装置上评价了催化剂对正戊烷异构化反应的催化活性 .用水热法对氢氧化锆粒子进行处理 ,可以使其形成较稳固的孔结构 .这种孔结构具有较高的热稳定性 ,可有效阻止焙烧过程中氧化锆粒子的烧结长大 .与室温老化制备的催化剂相比 ,由在 90～ 110℃下水热改性氢氧化锆所制备的催化剂的比表面积、硫含量和孔体积均有显著的提高 ,但催化剂的TOF下降 ;水热温度高于 13 0℃时 ,催化剂的TOF升高 .实验结果表明 ,由水热法得到的晶态水合氧化锆也可以制备SO2 -4 ZrO2

TMPSHSO_4催化N_2O_5/有机溶剂硝化2,6-二乙酰氨基吡啶-1-氧化物

以2,6-二乙酰氨基吡啶-1-氧化物(DAPO)为原料,在N,N,N-三甲基-N-丙磺酸基-硫酸氢铵(TMPSHSO4)催化条件下,采用N2O5/有机溶剂硝化2,6-二乙酰氨基吡啶制得2,6-二氨基-3,5-二硝基吡啶-1-氧化物(ANPyO)。考察了在TMPSHSO4催化条件下反应溶剂、温度和时间对ANPyO产率的影响,结果表明最佳反应条件为:反应溶剂为CH3NO2,反应温度为60℃,反应时间为5h,ANPyO产率为92.5%。用1H NMR,IR和MS对ANPyO的结构进行了表征。

SO_4^(2-)/TiO_2光催化氧化邻硝基苯酚

采用不同浓度的硫酸溶液浸渍处理TiO2,制得不同SO42-含量的SO42-/TiO2光催化剂.考察了光催化剂对邻硝基苯酚溶液的光催化行为.发现SO42-/TiO2的光催化活性高于TiO2的光催化活性,浸渍液中H2SO4的浓度和焙烧温度对SO42-/TiO2的催化活性有一定的影响,最佳浸渍H2SO4浓度为0.5 mol.L-1,最佳焙烧温度为500℃.

固体超强酸催化剂SO_4^(2-)/TiO_2的制备及其光催化氧化性能

采用沉淀-浸渍法制备固体超强酸催化剂SO2-/TiO2,并用XRD,BET,XPS,UV-Vis漫反射光谱等对其特性进行表征.以NO_2^(-)为降解目标物,考察了SO_4^(2-)/TiO2光催化氧化性能.结果表明,SO_4^(2-)/TiO2在高温下相结构稳定,TiO2的超强酸化可增大比表面积,同时产生较大的氧化还原势.与TiO2相比,其光催化氧化活性显著提高.焙烧温度600℃,SO_4^(2-)负载量8％时,SO_4^(2-)/TiO2的光催化氧化活性最好.

Pt-SO_(4)^(2-)/ZrO_(2)-WO_(3)固体超强酸催化剂的制备及其异构化性能评价

在Pt-SO_(4)^(2-)/ZrO_(2)固体超强酸中引入WO_(3)制备了Pt-SO_(4)^(2-)/ZrO_(2)-WO_(3)固体超强酸催化剂,采用N 2吸附-脱附、XRD、TPD、TPR和Py-IR等手段对所制备催化剂进行了分析表征;在5 mL连续固定床反应装置上,考察了WO_(3)含量对Pt-SO_(4)^(2-)/ZrO_(2)-WO_(3)催化剂作用下正己烷临氢异构化反应活性的影响。结果表明:WO_(3)的引入能够显著调节Pt-SO_(4)^(2-)/ZrO_(2)-WO_(3)催化剂中四方晶相ZrO_(2)含量、比表面积、孔体积、平均孔径和酸量等,使暴露在催化剂表面的活性中心明显增加;在反应温度240℃、反应压力2.0 MPa、体积空速1.0 h-1、氢气/正己烷体积比600的条件下,WO_(3)质量分数16%的Pt-SO_(4)^(2-)/ZrO_(2)-WO_(3)催化剂的异构化活性最高,正己烷转化率为82.27%,异构化率为81.32%,二甲基丁烷选择性为34.28%。

铜-硫共存对稻田土壤CH_(4)和N_(2)O排放的影响及其机制

为探究酸性稻田土壤中铜(Cu)和硫(S)共存对温室气体排放的影响,本研究模拟土壤淹水环境开展室内培养实验,以尿素为氮源分别设置CK、CuCl_(2)和CuSO_(4)(5,50,100mgCu/kg)、KCl和K_(2)SO_(4)(阴离子浓度分别与6种Cu处理一致)13种处理,考虑重金属在土壤中充分老化,共培养128d.结果表明:在长期淹水条件下,酸性土壤显著促进铜硫处理中有效Cu和易溶S释放(<0.05),释放量与初始Cu^(2+)和SO_(4)2-添加量成正比,Cu-S共存降低了彼此有效性.与CK相比,CH_(4)和N_(2)O排放在5mg/kg Cu处理、不同浓度KCl和K_(2)SO_(4)处理中均降低,降幅分别为19.4%~56.2%和36.1%~84.5%;在50和100mg/kg Cu处理下显著升高且与Cu浓度成正比(<0.05),增幅分别为28.9%~615.2%和97.5%~337.4%.与KCl处理相比,N_(2)O排放在中、高浓度K_(2)SO_(4)处理中显著降低(<0.05),分别减少74.1%和69.6%,CH_(4)排放未受影响(>0.05).与CuCl_(2)处理相比,CH_(4)和N_(2)O排放在中、高浓度CuSO_(4)处理中显著降低(<0.05),分别减少46.0%、66.0%和17.7%、37.3%.Cu-S作用机制表现为:与Cu单一处理相比,Cu-S共存在CH_(4)排放过程中通过降低产甲烷古菌功能基因(mcrA)和产甲烷细菌功能基因(16S rRNA-CH_(4))丰度减少CH_(4)产生;在N_(2)O排放过程中于培养前期(0~35d)增加氨单加氧酶功能基因(AOB amoA)丰度促进硝化过程N_(2)O产生,培养后期(35~128d)提高氧化亚氮还原酶功能基因(nosZ)丰度促进N_(2)O还原减少了N_(2)O排放.本研究表明变价阴离子可显著影响重金属阳离子参与的温室气体产生的微生物过程,该交互过程的研究对正确评价重金属污染背景下的农田土壤温室气体排放具有重要意义.

WO_(4)^(2-)插层的Zn-Al层状双氢氧化物对水性涂料防腐性能的提升

利用离子交换法制备了WO_(4)^(2-)插层的Zn-Al层状双金属氢氧化物(LDH-WO_(4)^(2-)),并将其添加到水性环氧树脂中以改善水性涂料的屏蔽性能与耐腐蚀性能。利用X射线衍射仪(XRD)、傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)和扫描电子显微镜(SEM)对LDH-WO_(4)^(2-)进行了表征,结果表明成功制得结构完整、尺寸均一的LDH-WO_(4)^(2-)。使用盐雾试验和浸泡试验研究了添加不同浓度LDH-WO_(4)^(2-)的水性涂料的耐腐蚀性能。结果表明,在水性涂料中添加适量的LDH-WO_(4)^(2-)可以有效提高水性涂层的屏蔽性能与耐腐蚀性能,当LDH-WO_(4)^(2-)的添加浓度为3%(LDH-WO_(4)^(2-)占水性环氧树脂的质量分数)时,水性涂层的防护性能最好。

负载量与SO_4^(2-)对V_2O_5/TiO_2催化氨氧化3-甲基吡啶反应的影响

以2种商品化的TiO2为载体,用浸渍法制备了一系列V2O5负载量不同的V2O5/TiO2催化剂,通过X射线衍射表征了V2O5在载体TiO2表面的分散情况,考察了催化剂对3-甲基吡啶气相氨氧化合成3-氰基吡啶反应的催化性能.结果表明,钒氧物种在TiO2载体表面呈高度分散时V2O5/TiO2催化剂表现出更优的催化性能,其中以Sigma公司生产TiO2为载体制备的5%V2O5/TiO2催化剂的性能最优,对应93%的3-甲基吡啶转化率和90%的3-氰基吡啶选择性;载体中含硫酸盐会降低催化剂催化活性.

SO_4^(2-)/TiO_2-Al_2O_3催化均四甲苯氧化副产物与异辛醇反应

以均四甲苯氧化反应副产物预处理后得到的混合酸和异辛醇为原料,在固体超强酸SO24-/TiO2A l2O3作用下进行合成混合酯的研究。考察了催化剂用量、异辛醇与混合酸的质量比、反应时间等因素对酯化反应的影响,确定了较佳的反应工艺条件:m(催化剂)∶m(异辛醇)∶m(混合酸)=0.01∶3.18∶1,反应时间为3 h,在此反应条件下预处理后的混合酸转化率可达到99.9%。