藻类生物炭材料的设计合成及其在能源与环境领域中的应用进展

能源危机和环境恶化是人类社会面临的两大难题。多孔炭材料因孔隙发达、结构易调和化学性质稳定等特点在能源存储和生态环境治理等领域具有重要作用,其应用性能高度依赖碳源的选择及其合成方法和条件优化。生物质富含有机碳元素且具有成本低、可再生等优点,以生物质为碳源构建多孔炭材料符合绿色化学理念、具备实现大规模工业化应用前景,特别是藻类生物质因富含杂原子纤维组分被认为是构建杂原子掺杂多孔炭材料的优良前驱体。通过有效调控合成方法和工艺过程,设计具有孔径结构和表面化学性质可控的藻类生物炭材料并在能源存储和生态环境治理等应用领域表现出优异性能,有效实现能源资源与生态环境和谐共存,特别是有研究报道海带基多孔炭的比表面积高达4000 m2/g。本文系统评述了藻类生物炭材料的制备方法及其孔径结构形成机理,并着重介绍这类多孔炭材料在电化学储能和吸附等方面的研究进展及其性能调控策略。提出藻类生物质衍生多孔炭材料面临的新趋势与挑战,并对未来开发低成本、高效率的高性能生物质基多孔炭材料的探索方向进行了展望。

从生物质到火炸药：含能材料的生物合成

传统的化学法制备含能材料普遍存在原料供给不足、环境污染严重、副产物多、过程安全性差的问题。生物合成技术能够克服传统化学合成技术所存在的缺点,是含能材料制备领域技术变革的共性迫切需求。本文综述了生物法制备含能材料及其前驱体的最新进展,重点介绍了多元醇类和芳香族类含能材料前驱体的合成路线及目前的技术水平,探讨了生物硝化技术的现状,对未来生物法制备含能材料的发展方向进行了展望。附参考文献49篇。

离子排斥色谱法同时测定生物质液体燃料发酵液中的有机酸、糖、醇

建立了离子排斥色谱法同时分析生物质燃料乙醇发酵液中糖、酸和醇的方法.使用Bio-Rad AminexHPX–87H 离子排斥色谱柱,以5mmol/L H2SO4 为流动相,柱温为65 ℃,流量为0.6mL/min,用示差折光检测器对玉米秸秆发酵液中的纤维二糖、葡萄糖、木糖、阿拉伯糖、甲酸、乙酸、丁酸、乙醇进行定量分析.方法的加标回收率为97.5%～107.4%,相对标准偏差为0.27%～2.19%（n=6）,线性相关系数均大于0.999.该方法适用于生物质发酵制乙醇过程中发酵糖、有机酸和乙醇的测定.

基于PDMS的NMR中色谱技术的分离性能研究

以聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane,PDMS)作为NMR中色谱技术的虚拟"固定相",利用高分辨液体NMR中的DOSY技术考察其对正戊烷、1-溴戊烷和1,5-二溴戊烷这3种烷烃的分离性能.结果显示,在没有添加PDMS时,上述3种组分的扩散系数较接近,不能被分离;但当检测体系中含有PDMS时,3种组分的扩散系数相差较大,因而能被很好地分离.此外,还研究了样品温度和溶液粘度对分离性能的影响,其影响的趋势为:升高样品温度能改善混合物的分离;而增加溶液粘度则不利于混合物的分离.

傅里叶变换红外光谱对二氧化硅颗粒表面接枝含糖聚合物形成过程研究

在二氧化硅颗粒表面通过原子转移自由基可控聚合(ATRP)的方法接枝类天然碳水化合物簇,利用多个糖配体与多个蛋白受体的多价结合来获得稳定的相互作用,可以有效富集蛋白及其水解产物^([1])。基于此,设计了一种含糖聚合物单体2-葡糖酰胺基乙基甲基丙烯酰胺盐酸盐(GAEMA),通过ATRP的方法接枝到SiO_2表面,并通过湿法填柱,将木糖水解液实际体系注入。应用傅里叶变换红外光谱研究了含糖聚合物形成过程以及根据化学键的归属,对酰胺Ⅰ带进行解卷积处理,再对各个峰去指认,判断所属蛋白。

光谱法研究2-乙基-3-甲基-吡嗪与牛血清白蛋白的相互作用

利用荧光和紫外光谱法在模拟生理条件下,研究了牛血清白蛋白(BSA)和2-乙基-3-甲基-吡嗪(NEMP)的相互作用。应用Stern-Volmer方程、Lineweaver-Burk双倒数方程及F?rster非辐射能量转移理论,计算获得3个不同温度下(288、298、308 K)两者的猝灭常数(K_(SV))、结合常数(K_(q))、结合距离(r)和热力学参数(ΔH,ΔG和ΔS)等。结果显示:在不同温度下,BSA和NEMP均能相互结合生成新的复合物,且属于静态猝灭;结合距离小于7 nm;同步荧光显示NEMP对BSA的构象产生影响,主要是对其中酪氨酸残基有显著的影响;而在紫外光谱中BSA的最大吸收峰向较短波长偏移,BSA与NEMP之间形成了基态配合物。

甲苯模拟VOCs吸附试验研究

以除杂提纯后膨润土为主要原料,经过n(OH-)/n(Al3+)=2.7的羟基铝柱撑液柱撑和添加碳源晶化改性后,膨润土吸附效果得到改善。与活性炭对比分析可知,当吸附时间为160 min时,穿透曲线吸附平稳期A-C>Al-C-Bent>Al-Bent>R-Bent,A-C吸附平稳期最高为87 min,AlC-Bent为63 min。不同葡萄糖碳源添加量对Al-C-Bent吸附效果有较大影响。当葡萄糖添加量为0.16 g/g Al-bent时,晶化反应后,改性膨润土吸附平稳期达到70 min左右,该吸附剂的平均吸附率为16.38%。当总气体流量不变时,温度对吸附效果有较大影响。Al-0.8C-Bent在50℃条件下吸附过程穿透时间较短,吸附平稳期为56 min,吸附率基本保持不变。

甲羟戊酸途径的代谢支路调控策略的研究进展

萜类化合物作为一大类重要天然产物,在食品、化工、医药和能源等领域广泛应用。微生物法合成萜类化合物因具有生产周期较短、可规模化生产等优点,是目前研究的热点。但是生产效率低严重制约着微生物法合成萜类化合物的工业化发展,而代谢调控是解决上述问题的主要有效手段之一。目前,多数学者集中于主路径的代谢调控研究,忽略了对于萜类化合物的生产至关重要的支路径。本文中,笔者围绕支路径调控直接相关的前体物质供应和辅助因子的协调、竞争途径的调控以及间接对代谢调控产生影响的宿主体的进化三个方面,综述萜类化合物甲羟戊酸途径的代谢途径支路调控策略研究进展,并对代谢路径支路调控的发展方向做进一步展望。

β-蒎烯合成酶(QH6)在大肠杆菌中的表达及其产β-蒎烯的研究

蒎烯是一种重要的平台化合物,可以用来合成高密度燃料、精细化学品及材料。将来源于黄花蒿的β-蒎烯合成酶基因与外源杂合甲羟戊酸(MVA)途径一起整合到BL21(DE3)中共表达,通过气相色谱-质谱(GC-MS)和气相色谱(GC)对发酵产物进行了定性及定量检测。通过发酵条件优化,对影响发酵产β-蒎烯的因素(诱导温度、诱导剂浓度和N源)进行了考察。结果表明:来自黄花蒿的蒎烯合酶可以在宿主细胞内高效表达,且能高效催化β-蒎烯的合成。通过对重组菌进行发酵条件优化得到最佳培养条件:诱导温度为28℃,IPTG浓度为0.1 mmol/L,最佳有机N源为MD牛肉粉。在此条件下,检测出β-蒎烯产量达到22.89 mg/L,比优化前(4.60 mg/L)提高了3.98倍。

响应面法优化α-蒎烯发酵培养基

利用响应面法对α-蒎烯发酵培养基进行优化。先利用单因素实验法筛选出MD牛肉粉为最有利于发酵产α-蒎烯的N源。此后用Plackett-Burman(P-B)实验方法对相关影响因素效应进行评估,筛选出有显著效应的3个因素:柠檬酸用量、牛肉粉用量以及培养基初始pH。然后用最陡爬坡实验逼近以上3因素最优水平。最后由中心组和实验设计法及响应曲面分析法确定主要因素的最佳条件。在优化后的培养条件下,发现α-蒎烯产量从1.710mg/L提升到7.053 mg/L,发现产量提高了3倍左右。

CH_2NH_2^+体系在高激发态上的非绝热动力学理论研究（英文）

CH_2NH_2^+对于理解分子的光激发问题来说是一个典型的分子体系。到目前为止,关于CH_2NH_2^+的非绝热动力学理论研究大部分都集中在它从低激发态出发的动力学上。然而,更高的激发应该也会对CH_2NH_2^+的动力学有潜在的影响。因此,在本次工作中,用即时轨线面跳跃(TSH)方法,在含时密度泛函层面上研究了CH_2NH_2^+分子体系从高激发态上出发的非绝热动力学。通过TSH方法,模拟了从单重激发态(S3/S4/S5)出发的动力学。动力学结果分析表明CN和CH/NH的解离很难同时发生。随着激发态的升高,CH/NH解离的增多导致了体系能量的减少并且使CN键解离减少。另外,扭转运动在从高激发态出发的TSH动力学中并不占主导地位。

离子交换色谱法测定葡萄糖氧化反应液中的葡萄糖和葡萄糖酸

建立了一种利用阴离子交换色谱分离,以积分脉冲安培检测器同时测定葡萄糖氧化反应液中葡萄糖和葡萄糖酸的方法。采用Ion Pac AS11–HC阴离子交换柱,以5.0 mmol/L KOH溶液作为淋洗液,等度洗脱,流量为1.0m L/min,柱温为30℃,进样体积为25μL。葡萄糖和葡萄糖酸测定结果的相对标准偏差分别为0.66%,1.32%(n=6),线性相关系数分别为0.989 3,0.992 9,平均加标回收率分别为99.50%,109.0%。该方法可用于葡萄糖氧化反应液中葡萄糖和葡萄糖酸的同时测定。

原煤吸附净化含油污水的实验研究

通过室内模拟研究了各因素对原煤吸附净化含油污水的影响,并探讨了利用原煤吸附净化含油污水的可行性.研究表明,当吸附温度为20℃,pH为5,吸附时间为10 min,煤粒径为3 mm,投加浓度为0.075 g·mL-1时,原煤吸附除油的效果最佳,稳定性最好.结果同时表明,在最佳条件下,Langmuir方程可以较好地描述低浓度重质油在阳泉烟煤上的吸附过程,且可判知该反应较易发生,可使油组分的去除率达52.28%以上,出水均符合排放要求.研究结果为含油污水的治理提供了科学依据.

海南H382雪茄烟叶不同发酵周期细菌群落多样性表征及演替分析

【目的】探索海南H382雪茄烟叶发酵中细菌群落组成和演替规律,为揭示发酵机制提供依据,为筛选功能细菌提供参考。【方法】通过16S rRNA测序技术对海南H382雪茄烟叶不同发酵时期的细菌群落多样性及群落演替规律进行表征,并利用PICRUSt预测了不同发酵时期细菌群落的功能。【结果】(1)雪茄烟叶发酵中细菌群落多样性较丰富,7个样本共聚类299个OTU,属于27个属;不同发酵时期样本中OTU数目不同,发酵前期呈增加趋势,随后呈现下降趋势,以YB_3(样本-3)中OTU最多,共222个;(2)以细菌占比多少为标准,H382雪茄烟叶发酵过程中细菌群落演替规律为:含量最高由YB_2中的葡萄球菌属(Staphylococcus)到YB_3中海洋芽孢杆菌属(Oceanobacillus),随后为YB_4(样本-4)中假单胞菌属(Pseudomonas),最后为YB_5、YB_6和YB_7中的葡萄球菌属(Staphylococcus);(3)PICRUSt功能预测结果显示,样本间预测功能种类差异小,而样本间功能种类的丰度差异较大。【结论】H382雪茄烟叶发酵过程中细菌群落组成多样性丰富,优势菌群在本实验条件下是演替的。发酵过程中主要的细菌群落由发酵初期的Staphylococcus、Enterococcus和Pantoea,演变为中期的Oceanobacillus、Paracoccus、Staphylococcus和Bacillus,随后演变为Pseudomonas和Enterobacter,最后稳定为Staphylococcus和Terribacillus。根据细菌的功能预测,它们主要参与氨基酸运输和代谢、碳水化合物的运输和代谢等。

官能化碳纳米管负载Ru催化山梨醇氢解制备低碳二元醇

以不同官能化碳纳米管(原始MCN、氨基化AMCN和石墨化GMCN等)作为载体,通过浸渍法制备了Ru/CNTs催化剂,并应用于山梨醇氢解制1,2-丙二醇和乙二醇反应中。利用XRD、HRTEM、XPS和ICP-AES等方法对催化剂进行了表征,考察了官能团性质、碱助剂等因素对山梨醇氢解性能的影响。结果表明,与Ru/MCN或Ru/GMCN相比较,Ru/AMCN催化剂对山梨醇氢解有更高的活性,在205℃、5.0 MPa氢压条件下,以Ca(OH)2为添加剂,山梨醇的转化率可达99.5%,1,2-丙二醇(1,2-PD)和乙二醇(EG)的总产率为47.7%。催化剂重复利用五次,催化活性无明显下降。

一株耐受高浓度葡萄糖且产乙偶姻菌株的筛选及产物鉴定

为获得一株耐受高浓度葡萄糖且产乙偶姻的菌株,利用高糖培养基以及乙偶姻显色液从烟田土壤中筛选到一株全新菌株;将筛选出的菌株利用全基因组测序技术和16S rDNA序列比对分析对菌株进行鉴定,并利用不同浓度葡萄糖的培养基对菌株进行耐受实验;最后,利用GC-MS(气相-质谱)将菌株的发酵产物定性分析,并对菌株进行72 h的初步发酵。结果显示,筛选获得菌株为金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus),命名为PX03。葡萄糖耐受实验中,菌株PX03在含有500 g/L葡萄糖的培养基中依然能生长,OD600可达65;300 g/L葡萄糖浓度下生长最好,OD600可达100。GC-MS定性结果分析发现,该菌株可产大量的乙偶姻(22.51%)和2,3-丁二醇(21.29%),同时可产乙酸(13.97%)、3,4-二羟基-3,4-二甲基己烷-2,5-二酮(8.52%)、吡喃酮(5.24%)和3-甲基-丁酸(4.47%)等一些香气成分。对菌株的初步发酵结果显示,该菌株乙偶姻产量可达41 g/L。

天津市郊区土壤重金属的污染评价与来源解析

为了研究城市郊区土壤重金属的污染水平与来源,选取天津市郊区——西青区和滨海新区为研究区域,采集了农田、水塘/河边附近土地、道路绿化带、居民区和工厂附近土地等约2000 km^2范围内三类用地类型(农业用地、居住用地和工业用地)的286个土壤样品,调查了Cr、Ni、Cu、Zn、As、Pb和Cd 7种重金属的含量水平;通过多种污染和风险评估方法探讨土壤重金属的污染和风险水平;并通过多元统计分析方法进行重金属的来源解析。结果表明:该区域土壤中Cr、Ni、Cu、Zn、As、Pb和Cd的含量分别为71.47±20.49、32.15±19.66、27.77±12.77、99.78±53.20、17.59±8.69、30.27±9.72 mg·kg^(-1)和0.19±0.17 mg·kg^(-1);天津郊区土壤整体处于中度污染和低风险水平,以Cd和As为主要的污染物质;Cr和Ni主要为自然源,Cu、Zn、Pb和Cd来自自然源和人为源,As则主要为人为源。具有人为输入的土壤Cd和As占研究区土壤的半数以上,因此需要对当地土壤中的Cd和As进行重点监控。

拉曼光谱检测全细胞催化合成的3-氨甲基吡啶

[目的]利用拉曼光谱,建立全细胞催化合成的3-氨甲基吡啶的检测方法。[方法]20 L发酵罐大肠杆菌发酵培养,5 L发酵罐全细胞催化,通过拉曼光谱检测产物3-氨甲基吡啶。[结果]拉曼光谱利用偏最小二乘法建立检测模型,所建模型校正集和预测集中预测值与实测值的线性决定系数分别为0.9412、0.9810,校正集和预测集均方根误差分别为0.53 mmol/L、0.41 mmol/L。[结论]经过配对样本t检验,液相检测值与拉曼预测值在显著性水平下没有显著性差异,利用拉曼光谱能够实现了3-氨甲基吡啶的实时、快速检测。

非抑制性离子色谱测定蓝藻培养液中碳酸氢根含量

建立了一种非抑制性阳离子色谱,电导检测器测定碳酸氢根的方法。采用Optimix C18/SCX阳离子交换柱,用稀释1000倍除碳酸氢钠的蓝藻母液等度洗脱,流速0.2 mL/min,柱温30℃,进样体积50 uL。在最佳的分离条件下,在1到500 mg/L的范围内线性相关系数为0.99946和相对标准偏差<1%,n=8,加标回收率在100.15%-111.10%之间,最低检测限为0.5 mg/L。结果表明,该方法只需简单的前处理、无基体干扰、测定的准确度和灵敏度高,可应用于蓝藻培养液中的碳酸氢根的测定。

无缺陷环氧化反式-1,4-聚异戊二烯新型合成法与性能研究

在水相悬浮法的基础上,采用实验室自制的环氧化剂在弱碱性条件下合成环氧化反式-1,4-聚异戊二烯(ETPI),并且对实验的条件进行了探索,对合成出的ETPI的结构与性能进行了研究。结果表明,在反应体系中加入适当的乙酸乙酯或氯仿可以提高环氧度。其中,加入乙酸乙酯的体系中最高可获得32%的环氧度,加入氯仿的体系最高可以获得51%的环氧度。相比于传统法(采用过氧甲酸或过氧乙酸作为环氧化剂),本合成法合成出的ETPI产品均一,不会像传统合成法那样发生开环、链断裂和呋喃环形成等副反应。采用该法制备的ETPI生胶的最大拉伸强度在20MPa以上,远高于用传统方法制备的ETPI生胶(近7倍)。对ETPI的性能测试表明,随着环氧度的升高,ETPI的抗湿滑性不断提高,而滚动阻力变化不大。耐油实验表明,当环氧度大于15%时,ETPI的耐油性有明显提升。