固定床电化学反应器内电解合成丁二酸的研究

设计并制作了一种固定床电化学反应器用于电解合成丁二酸,通过改变固定床层中钛球的直径和填充个数以调控不同的阴极电流密度,对在该反应器内电解合成丁二酸的性能进行评价。结果表明,当固定床层中填充钛球的直径为8 mm,填充个数为133个,阴、阳极电流密度之比为1:4时,选取阳极电流密度1000 A×m^(-2),投入原料马来酸酐质量分数9.8%,硫酸质量分数5%,电解温度为50℃,可获得最佳的实验结果:平均还原收率可达93.7%,电流效率95.0%,槽电压范围2.6~3.0 V。与传统的箱式电化学反应器相比,平均还原收率可提高4.4%,电流效率提高3.5%,时空产率约为后者的1.6倍。

晶胶固载副干酪乳杆菌及合成苯乳酸的实验研究

针对生物法合成苯乳酸存在成本高、高产菌株缺乏、工业化困难,稳定性低等问题,利用阴离子交换晶胶对副干酪乳杆菌的吸附作用,在发酵过程中形成复合生物催化剂,用于苯乳酸发酵和转化合成。对复合催化剂微观结构、形成过程特性、发酵和转化性能进行了测定。结果表明:发酵时投入晶胶可形成固载细胞的超大孔复合生物催化剂,不仅促进菌体生长,使生物量达7.10 mg·mL^-1,是同条件下无晶胶时的2.5倍,而且通过减轻底物抑制,将苯乳酸产量由0.71 mg·mL^-1提高到0.95 mg·mL^-1;以浓度0.5、1和2 mg·mL^-1的苯丙氨酸为底物,采用复合催化剂转化生成苯乳酸的产量是相应全细胞催化剂时的3、2.5和1.5倍。

2-氯-5-三氯甲基吡啶电化学脱氯合成2-氯-5-氯甲基吡啶

对2-氯-5-三氯甲基吡啶(TCMP)采用电化学脱氯合成2-氯-5-氯甲基吡啶(CCMP),考察了支持电解质、阴极材料及目数、反应温度和电流密度等工艺条件对上述反应的影响和TCMP及其脱氯中间产物的脱氯电位。结果表明:在乙酸锂、氯化锂、高氯酸锂、氯化铵、四丁基高氯酸铵中,乙酸锂为最佳支持电解质。各阴极材料上CCMP收率从高到低次序为:铜>铅>石墨>银>锌>镍。在优化条件下〔阴极液:含10%(体积分数)乙酸+5%(体积分数)水+0.2 mol/L乙酸锂+0.1 mol/L TCMP的甲醇溶液;阴极:80目铜网;反应温度:30℃;电流密度:前期电流密度为333 A/m^2,后期为166 A/m^2〕,0.1 mol/L TCMP能较高效地转化为CCMP,其收率可达56.9%。TCMP脱氯成2-氯-5-二氯甲基吡啶(DCMP)的电位明显正于DCMP脱氯成CCMP的脱氯电位,后者与CCMP进一步脱氯的电位则非常接近。

新型鼓泡元件塔板的传质性能研究及工业应用

在内径600 mm的不锈钢塔内,以空气-水-CO_(2)为物系,F1浮阀塔板为基准,通过解吸实验研究了圆形固定阀塔板和齿边导向浮阀塔板的传质性能。实验结果表明,在一定的气、液相负荷下,圆形固定阀塔板的塔板效率与浮阀塔板相当;在较大的气、液相负荷下,齿边导向浮阀塔板的塔板效率比其他两种塔板更高,可操作范围比F1浮阀塔板更大。根据实验数据分别拟合出齿边导向浮阀塔板和圆形固定阀塔板的全塔效率计算关联式。圆形固定阀塔板和齿边导向浮阀塔板已成功工业应用。

大型DJ塔板弓形区的流场研究及工业应用

以空气-水为物系,在1600 mm×1400 mm的有机玻璃塔内,对大型DJ塔板弓形区进行气液两相流研究,着重考察了气液相共同作用下受液区流量分配和导流板结构对弓形区流场分布的影响,并从计算流体力学(CFD)模拟角度对实验结果进行理论分析。实验结果表明,溢流强度和空塔动能因子的增大有助于流场均匀;在较低溢流强度时,受液区的流量分配比为1∶0.5时的流场较1∶1时更均匀;贴合塔壁弧度设置的导流板也能使液相流场更均匀。通过CFD模拟进一步验证了实验结果,为CFD在大型塔板气液两相流场研究中的应用提供了基础,结构优化后的大型DJ塔板已经成功应用于中国石化某公司芳烃装置的二甲苯精馏塔中。

纳米纤维素嵌合型晶胶微球的多微管成形与模拟

利用多微管反应器,采用结晶致孔与低温聚合方法可实现纳米纤维素嵌合型晶胶微球的规模化制备。该过程中内嵌纳米纤维素的甲基丙烯酸羟乙酯单体溶液经多微管反应器的成形是首要条件,研究其成形过程的动力学特性具有重要意义。利用高速成像和计算流体力学(CFD)模拟方法对不同入口流速(6、8、10 mm·s^(-1))下内嵌不同比例(单体质量的1%、3%、5%)纳米纤维素的甲基丙烯酸羟乙酯液滴形成过程进行可视化研究,考察了纳米纤维素含量对液滴成形、液滴直径分布、颈缩线长度、液滴下落速度等因素的影响规律。结果表明,内嵌纳米纤维素的甲基丙烯酸羟乙酯液滴经多微管反应器的成形及滴落,会经历拉伸与压缩过程,最后稳定为球状,测得液滴直径和颈缩线长度与纤维素浓度呈正相关,纤维素含量的增加使得单体溶液黏度和表面张力系数增加,从而增大液滴尺寸和颈缩线长度,模拟得到的结果与实验基本一致,液滴直径差异为2.1%~6.3%,颈缩线长度差异为7.2%~11.9%;在对液滴成形的放大模拟中,10 mm·s^(-1)的入口流速下液滴平均直径为3.98 mm,平均颈缩线长为4.14 mm。最终,利用多微管反应器成功制备了纳米纤维素嵌合型晶胶微球,微球有效孔隙率可达80%以上,绝干孔隙率接近90%,是生物分离领域与微生物贴壁生长的理想载体。

透性化干酪乳杆菌细胞转化苯丙酮酸合成苯乳酸

苯乳酸是由乳酸菌属等微生物代谢合成的一种新型食品防腐剂。今利用透性化干酪乳杆菌(Lactobacillus casei B3)细胞转化苯丙酮酸,合成得到了苯乳酸,并通过单因素实验和正交实验,确定了适宜的转化条件,即:干酪乳杆菌在?20℃冷冻6 h后用于转化,苯丙酮酸浓度为8 g?L?1,葡萄糖浓度为14 g?L?1,菌浓度为100 g?L?1,p H值为8.0,温度为35℃,转速为75 r?min?1,转化时间为4 h;优化条件下苯乳酸的收率达65.5%,转化液中苯乳酸浓度达到了5.3 g?L?1。

离子液体中电活化CO_2合成有机碳酸酯的研究进展

综述了近年来离子液体介质中CO2电活化合成有机碳酸酯的研究进展,着重概述了电催化合成碳酸二甲酯(DMC)和环状碳酸酯的研究现状,并简述了CO2间接电活化和直接电活化技术,以及反应介质、电极材料等因素对反应产物的影响,对电催化还原CO2的关键技术和今后研究重点进行了探讨。离子液体具有不易挥发、可循环使用、导电性好、对CO2有较高溶解度等优点,在CO2固定和有机资源化研究中日益受到重视。电化学作为一种环境友好的绿色合成新技术,在CO2有机资源化方面有很好的应用前景,对缓解日益严峻的温室效应、实现CO2的资源化利用具有十分重要的现实意义。

苯乳酸的微生物合成及分离研究进展

苯乳酸是一种高值有机酸和新型的天然防腐剂,可由乳酸菌等多种微生物代谢产生。苯乳酸有着较为宽广的抑菌谱,对大多数革兰氏阳性、阴性菌和真菌都有明显的抑菌作用,不仅作为天然抑菌剂可替代化学合成的防腐剂,而且可经聚合反应合成聚苯乳酸新型高分子材料,作为聚乳酸高分子的替代物。因此,苯乳酸在化工、制药、生物、材料和食品等领域有广阔的应用前景。本文从苯乳酸抑菌特性、微生物菌株、转化合成、代谢途径及下游分离纯化等方面,简述了其生物转化合成和分离的研究现状。微生物菌株是苯乳酸合成的关键,基因工程菌的转化能力虽然高效,但构建工程菌较复杂;从自然环境中筛选安全优良的菌株,可以简化转化合成过程,提高转化率和料液中苯乳酸的浓度;苯乳酸的分离纯化还处于实验室的规模,有待进一步探索以达到工业化的要求。

氮化钛纳米管作为钒电池负极对Ⅴ(Ⅱ)/Ⅴ(Ⅲ)的电化学性能（英文）

采用阳极氧化法在钛箔表面原位生长二氧化钛纳米管,随后在氨气氛围中氮化还原制备氮化钛纳米管,并将此电极直接作为钒电池的负极,研究其对V(Ⅱ)/V(Ⅲ)的电化学性能。通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)以及X射线光电子能谱(XPS)等材料测试手段对氮化钛纳米管的形貌、组成和结构进行表征。分析结果表明,氨气高温氮化后,前驱体TiO_2相转变为TiN和Ti_2N相,表面元素组成为Ti-N-O,Ti-N和Ti-O,且其形貌仍保持纳米管的微观结构。采用循环伏安,电化学阻抗和充放电测试表明,氮化钛纳米管对负极电解液中的V(Ⅱ)/V(Ⅲ)展现了优异的电催化活性和可逆性,这主要归因于氮化钛纳米管大的电化学真实表面积和快速的电子转移通道。

二元离子液体OMImBF4/HMImPF6中硝基苯的电化学还原

将离子液体OMImBF_4与HMImPF_6二元复合,研究了离子液体复合前后电导率、红外谱峰等的变化,在不同体积比的OMImBF_4/HMImPF_6体系中采用循环伏安法(CV)、计时电流法(CA)和电化学原位红外光谱法(In-situ FTIRS)等方法探究了硝基苯在铂电极上的电化学还原行为。研究结果表明,OMImBF_4/HMImPF_6的电导率随HMImPF_6体积比的增大而减小,红外谱峰较单一离子液体变化明显;硝基苯在体积比为3:1的二元离子液体OMImBF_4/HMImPF_6体系中的还原峰电位及还原峰电流均优于单一离子液体,且主要产物偶氮苯的选择性及硝基苯的转化率都要优于单一离子液体。硝基苯在此二元离子液体体系中的还原过程受扩散控制,扩散系数D为2.024×10^(-7) cm^2·s^(-1)。

[NH_2-emim]Br/[Bmim]BF_4离子液体中二氧化碳的电化学还原

以2-溴乙胺氢溴酸和N-甲基咪唑盐为原料合成了氨基功能化离子液体1-(2-胺乙基)-3-甲基咪唑溴盐([NH_2-emim]Br),用~1H NMR和IR对所制备的离子液体进行了表征,测得25℃下[NH_2-emim]Br的黏度26.691 Pa·s、电导率0.1130 m S·cm^(-1),CO_2的溶解饱和度82%(摩尔分数),将不同含量的[NH_2-emim]Br与[Emim]BF_4、[Bmim]BF_4、[Bmim]PF6组成二元复合离子液体,并用于CO_2电化学还原研究,循环伏安研究表明,CO_2在[NH_2-emim]Br(0.5%)-[Bmim]BF_4复合离子液体中的还原峰电位较[Bmim]BF_4正移0.4 V,还原峰电流增大9倍,黏度降低为0.08227 Pa·s,电导率增大至1.317 mS·cm^(-1),是一种较好的CO_2电化学还原离子液体体系。

氧化铅/石墨烯/活性炭的制备及电化学行为(英文)

将商业活性炭和石墨烯在饱和硝酸铅溶液中超声浸渍,并通过化学沉积结合高温煅烧制备了氧化铅/石墨烯/活性炭(PbO/GN/AC)复合材料.采用XRD、SEM、EDS等手段对复合物进行了物相及微观结构表征.测试结果发现,直径约200 nm的PbO颗粒均匀地分散在活性炭和石墨烯的表面.复合物表现出优异的电化学性能,具有较高的析氢过电位,比电容高达312.6 F·g-1,等效串联内阻仅为1.56Ω.6000次循环之后,复合物电极的电容保持率仍达到92.6%.将5%(bymass)的Pb(PbO)/活性炭材料加入到铅酸电池负极铅膏中制备相应铅炭超级电池循环次数达到18051次,是普通铅酸蓄电池的3.5倍.

阳离子交换纳晶胶分离乳过氧化物酶的研究

乳过氧化物酶(lactoperoxidase,LP)因具有重要的生物学功能及广谱的抑菌活性而在食品、医药和化工等领域受到广泛关注。针对目前LP分离纯化方法中普遍存在的选择性差、成本高以及分离材料易污染等问题,以甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)及聚甲基丙烯酸缩水甘油酯纳凝胶(PGN)为复合基材,利用低温冷冻聚合和结晶致孔原理制备了pHEMA/PGN纳晶胶基质,然后接枝功能单体2-丙烯酰氨基-2-甲基-1-丙磺酸(AMPSA)得到具有阳离子交换功能的pHEMA/PGN纳晶胶介质,以用于从乳清中层析分离LP。考察了纳晶胶介质的基础性能,并重点探究了缓冲液pH对层析性能的影响。结果表明:制备所得纳晶胶介质具有分布均匀的超大孔结构、优良的渗透性能和传质性能,对模型蛋白溶菌酶的吸附容量为4.41 mg·ml^(-1);在最优分离条件下所得目标蛋白LP纯度约为96.0%,比活力为27.03 U·mg^(-1),酶活性回收率为86.5%,分离效果良好,表明该纳晶胶介质在层析分离方面具有较大的应用潜力。

2,3-二巯基丁二酸在银表面的电化学表面增强拉曼光谱及电还原特性

采用原位电化学表面增强拉曼光谱(EC-SERS)和电化学还原方法,研究了内消旋-2,3-二巯基丁二酸(DMSA)在活化的银电极上的吸附行为。通过模型分子DMSA进行结构优化的密度泛函理论计算,得到了理论拉曼光谱。在相同的DMSA自组装时间条件下,其在Ag电极表面的覆盖度倒数与溶液浓度倒数成线性关系,说明DMSA单分子层在活性Ag表面的化学吸附遵循Langmuir等温吸附模型。在酸性介质中,DMSA浸置自组装50 min后,SERS峰强趋于稳定,达到了该浓度下的动态吸附平衡。EC-SERS信号随施加电位的负移逐渐减弱至基本消失。通过计算探针分子DMSA在不同电位下的增强因子(EF),指出较负电位下存在着还原/脱附作用,使得Ag表面的拉曼活性降低,尤其在小于-0.4 V的还原电位时,增强因子显著减小。

金电极上2,3-二巯基丁二酸镍配合物修饰膜的化学特性研究

采用非现场表面增强拉曼光谱(ex-situ SERS)与电还原等方法,对2,3-二巯基丁二酸(DMSA)及与Ni(Ⅱ)所形成的配位化合物DMSA-Ni(Ⅱ),在活性Au电极表面的修饰膜进行了研究。先由紫外吸收光谱测算了DMSA与Ni 2+形成的配合物参数,其配位比为1∶2,稳定常数为4.716×107,可知形成的配合物较稳定。研究表明,DMSA与活性Au发生了吸附作用,DMSA-Ni(Ⅱ)形成的是S—Ni—O配位键,DMSA-Ni(Ⅱ)在Au电极上电还原时出现了两个还原峰,认为:负扫出现的第1个还原峰是由DMSA-Ni(Ⅱ)配合物动态平衡中的DMSA与Au吸附键合的RS—Au基团产生,而第2个还原峰与配合物中的Ni 2+有关。通过Au表面DMSA-Ni(Ⅱ)修饰膜覆盖度的测定、分子面积的比对表明,DMSA-Ni(Ⅱ)在活性Au表面的分子排布状态可能是分散的或局部连接的单分子层,而非聚集在一起的致密层或分子间重叠的多层形式。

活性炭/二氧化锰纳米复合材料的合成及超级电容性能

以商业活性炭为载体,通过硝酸表面改性活性炭,引入含氧官能团,为棒状二氧化锰（MnO2）和活性炭的结合提供桥梁。采用化学沉淀法在炭表面反应生成纳米结构的棒状二氧化锰,制备二氧化锰/改性活性炭（MnO2/OAC）复合电极材料。采用扫描电镜（SEM）、X射线衍射（XRD）对其结构进行表征;采用循环伏安法、恒流充放电对其电化学性能进行研究。结果表明,生成的MnO2均匀地负载在碳的表面,颗粒的直径在20~50nm;在1mol/L的Na2SO4电解液中,MnO2/OAC6复合电极材料体现了极佳的比电容,达到369.7F/g。材料优异的电化学性能归功于活性炭发达的孔隙结构和MnO2提供的法拉第电容。

微泡吸收技术处理丙酮废气

微泡吸收技术是将有机废气在吸收剂中分散为尺寸微米量级的微气泡,利用微气泡气液接触面积大、传质迅速等优点实现有机废气吸收处理的方法。本文以水为吸收剂,采用孔径3-4μm的多孔微孔板形成废气微气泡,利用微泡吸收技术从空气-丙酮废气中吸收丙酮。利用高速摄影方法对不同条件下微气泡的直径分布进行了实验研究,并对丙酮的吸收效果进行了实验测定。结果表明,随着表观气速的增加微气泡的平均直径降低而数量增加;随着水中丙酮浓度的提高,微气泡平均直径逐渐降低,数量增加。当丙酮体积分数在1%-3%范围、表观气速为10.2m/s时,采用孔径3-4μm的多孔微孔板能产生直径为300-700μm微气泡。表观气速和废气中丙酮的质量浓度的变化影响丙酮的吸收率;一定表观气速下,吸收率随废气中丙酮质量浓度的增大而增大,空气-丙酮混合气体中丙酮质量浓度为1.56×10-3kg/m3和表观气速为10.2m/s时,吸收率达77.16%。

锌催化电还原脱氯合成2,3,5,6-四氯吡啶：反应机理和工艺优化

采用循环伏安法和恒电位电解法,探讨了含有ZnCl_2的乙睛水混合溶液中五氯吡啶(PCP)在不锈钢阴极表面电还原脱氯生成2,3,5,6-四氯吡啶(2,3,5,6-TCP)的反应机理;采用恒电流电解法对该电还原脱氯过程的各种工艺条件进行了优化。结果表明:该体系中PCP电还原脱氯生成2,3,5,6-TCP主要遵循以Zn/Zn^(2+)为氧化还原媒介的间接电还原机理;优化工艺条件下(阴极液含0.025 mol·L^(-1)HCl+15%(体积分数)水+0.2 mol·L^(-1)苯磺酸钠+0.16 mol·L^(-1) ZnCl_2的乙腈溶液;电流密度为1.25 A·dm^(-2)),0.08 mol·L^(-1) PCP能高选择性地脱氯生成2,3,5,6-TCP,2,3,5,6-TCP的收率和电解电流效率分别可达88.7%和59.1%。

一种增大气相通量DJ塔板的流体力学性能及工业应用

基于塔板与填料空中复合理论,设计出了一种将规整填料与带折边的固定阀(DJ-5型)塔板结合的新型塔板(DJ-5Plus塔板),在内径为600 mm的有机玻璃塔内,以空气-水为物系,对该新型塔板的流体力学性能进行了研究,着重考察了DJ-5 Plus塔板雾沫夹带特点,研究了干板压降、湿板压降、漏液等流体力学性能,并与DJ-5塔板进行了对比。实验结果表明,与DJ-5塔板相比,DJ-5 Plus塔板的雾沫夹带率低50%以上,而干板压降高3%～29%,湿板压降高2%～15%;且DJ-5 Plus塔板的漏液率低15%～20%。DJ-5 Plus塔板在流体力学性能方面表现优良,尤其适用于气相负荷较大的工况。DJ-5 Plus塔板已经成功应用于工业实践中的扩能增效改造,达到扩能提产增效的效果。