回顾了基于合成氨的氮肥在确保国家粮食安全中的战略地位,指出合成氨工业是不可替代的经典传统工业,它的转型升级、节能减排只能也必须依赖科技进步。分析了原料路线、企业规模、关键装备、催化剂和工艺等在产业转型升级中的作用。阐述了在各种含碳资源中含氢量最高的天然气是用于生产合成氨的最经济、最合理的原料。提出抓住原料和燃料消耗量最大的和动力消耗最大的三类关键机器和设备的技术改造,提高装备技术水平,采用高效催化剂,以及对现有合成氨装置进行节能工艺技术创新,就抓住了转型升级、节能减排的关键所在,同时,与煤化工和能源企业组成战略联盟等产业结构调整,实现转型升级、节能减排。

能源生产与消费革命是解决我国能源与环境约束矛盾突出问题、提高能源利用效率、保障新时期我国能源安全的重大战略举措。本文以习近平总书记关于积极推动能源生产与消费革命重要讲话和全国能源工作会议部署为指导,提出了推动我国能源生产革命的基本思路,重点对推动我国能源生产革命的途径进行了探讨分析,认为能源生产革命应立足我国当前能源资源禀赋条件,建立能源多元供应体系;应全方位加强国际合作,实现开放条件下能源安全;应大力推进煤炭资源清洁高效利用,实现主体能源利用的最大化;应把握能源消费发展趋势,实现能源生产与消费方式转变,同时,实现能源和环境的协调发展,确保能源高效合理利用、生态环境持续向好,为我国社会经济可持续发展提供有力保障。

近年来,纳米材料在化学反应过程中扮演着越来越重要的角色。纳米材料作为多相催化剂,具有高活性、高选择性、高稳定性而且易于回收利用等优点。将精心设计的纳米材料用于催化一系列反应,使其在常温下进行,可以促进资源的高效利用和节能减排,在化工领域有着广阔的应用前景。本文详细介绍了以下几种类型的纳米材料,即金属纳米粒子材料、固载型金属离子复合物纳米材料、金属氧化物纳米材料和固体酸纳米材料。并阐述了上述纳米材料的结构特点及在催化方面的优势,同时结合实例,着重探讨了上述纳米材料作为多相催化剂在氧化反应、还原反应、偶联反应等多种节能高效反应中的应用。纳米材料因其多方面的优点以及广阔的应用范围,是一种极具发展潜力的多相催化材料。

正渗透(FO)作为一种浓度驱动的膜技术,因其膜污染轻、能耗低和回收率高等优点而逐渐成为膜技术领域的研究热点之一。汲取质的反向渗透是正渗透过程中不可忽视的现象,但其研究相对比较滞后。本文主要介绍了汲取质反渗模型的研究进展,分析了渗透压差、膜表面流速、膜结构与膜材料、温度、汲取质种类、膜取向、离子水力半径等因素对汲取质反向渗透的影响情况,并发现汲取质的反向渗透通量可由其浓度或汲取液渗透压的一元多项式表达。总体而言,FO模式的汲取质反渗模型经过不断发展已相对比较完善,而压力阻尼渗透(PRO)模式的反渗模型则缺陷较大,有待进一步研究;此外,关于汲取质反渗过程影响因素及其影响机制的研究对于汲取质、膜材料的选择与开发,以及正渗透过程的优化均具有重要的指导作用,因此会引起越来越多的关注。

水合物安全流动技术作为一种新型的天然气运输管理方法具有广阔的发展前景,本文在综述国内外天然气水合物安全流动研究的基础上,分析了管道流动天然气水合物生成机理、特点和对油气管道的不利影响以及现有水合物安全流动研究存在的问题,包括实验管道长度较短、着重流动规律的研究而缺乏对流动边界的拓展等。进而对国内外天然气水合物低剂量抑制剂(low dosage hydrate inhibitor,LDHI)在保障天然气水合物安全流动、拓展天然气水合物安全流动边界以及螺旋流携带研究进行了总结评述;随后提出了利用螺旋流悬浮输送技术保障天然气水合物安全流动、拓展流动边界的新型方法。结合实验结果分析表明:螺旋流动从宏观上改变水合物浆体流动特点、有效提高水合物浆液的输送浓度并可拓展水合物安全流动边界。

近年来,亚临界水以其绿色、无毒、方便、高效等特点受到了学者们的广泛关注。在外加压力的作用下,水在100~374℃之间仍然可以保持液体状态,这种水即为亚临界水。本文对亚临界水的特性及优势进行了阐述,介绍了亚临界水中发生的反应类型,主要包括合成反应与降解反应,以及亚临界水对发生于其中的反应起到的作用主要有作为反应媒介、充当反应物或酸碱催化剂等;并简要介绍了两种亚临界水反应的装置。同时对于亚临界水反应的研究进展进行了概述,指出了在工业生产中可以利用亚临界水进行降解自然界中的大分子物质和进行合成反应,并对其今后的广阔前景进行了展望,提出亚临界水现阶段应用中所存在的问题,这些问题值得继续进行探索以期将亚临界水的应用推向更广泛的领域。

丁二烯是一种重要的石油化工烯烃原料,由于其生产过程能耗高,因此节能降耗成为丁二烯生产工艺的研究热点。利用Aspen Plus模拟软件对丁二烯精制工艺的两套流程进行了模拟研究,考察了分壁式精馏塔(DWC)中内部互连物流连接位置、预分离塔气液相流量和回流比对分离效果和热负荷的影响,对比了相同分离条件下DWC分离流程和传统顺序分离流程的能耗,并根据两套分离流程中塔内液相丁二烯浓度分布情况,分析DWC的节能原因。结果表明,当主塔理论板数105,预分离塔理论板数56,进入预分离塔气相流量1020kmol/h,液相流量890kmol/h,回流比7800时,DWC分离效果最好,丁二烯质量分数可达99.7%,这为DWC精制丁二烯工艺的工业化提供了理论依据。由于DWC有效减少了精馏过程中的返混效应,提高了能量利用率,使其冷凝器可节能29.36%,再沸器可节能29.19%,存在明显的节能优势。

以一种板壳式换热器壳程为研究对象,建立了几何模型并进行了数值模拟,通过对各流道的流量偏差和相对标准差的计算,分析了壳程物流分配的特性,并总结了物流分配特性对换热器的传热效率、整体效能以及压降的影响。模拟与分析结果显示:换热器壳程存在严重的物流分配不均匀现象,这种现象会造成换热器整体效能的下降,同时造成压降的大幅升高,但是对于传热效率的影响很小,总换热量偏移不足3%。为了改善物流分配带来的影响,提高换热器的性能,通过在入口处设置封头和圆弧状条纹板对换热器壳程来进行优化设计。优化分析结果表明:该设计可以改善换热器物流分配不均匀性,并能使换热器效能下降明显降低,压降相对减小,可以为板壳式换热器的优化提供参考。

渣油加氢装置中原料油增压泵输送的介质具有高温、高压和易燃的特点,泄漏后会直接导致着火事故。本文应用危险与可操作性分析(hazard and operability analysis,HAZOP)方法对原料油增压泵自身故障及故障后对整个装置造成的影响进行了定性风险分析得出,泄漏事故发生频率高且后果严重。为了定量计算原料油增压泵泄漏的风险,本文提出了原料油增压泵多参数耦合定量风险计算方法:辨识原料油增压泵所在节点内部因素间的耦合关系,建立贝叶斯网络,对多因素导致机械密封失效、填料密封失效、壳体破裂等事件的可能性概率进行定量计算;调研当地全年平均风速和太阳辐射等级统计结果,针对常见和极端的大气稳定度、风速条件影响,利用过程危害分析软件工具(process hazard analysis software tool,PHAST)模拟定量计算了不同泄漏孔直径情况下,高温原料油泄漏导致的喷射火后果严重程度;基于可能性概率和后果严重度计算结果,制定可能性和严重度等级判定标准,构建风险矩阵,针对不同原因导致的泄漏事故进行了风险评级。分析得到原因事件风险等级,用于确定风险预防措施和建立应急计划。

基于计算流体力学(CFD)软件Fluent中的颗粒随机轨道模型(DPM),对两种入口形式的固液分离旋流器的壁面磨损进行数值模拟的比较,结果表明:单入口式固液分离旋流器顶板的最大磨损位于方位角140°~210°,环形空间壁面最大磨损位于方位角120°和190°,底流口附近壁面最大磨损在周向方向180°的底流口上方1~2mm位置;双入口式旋流器的壁面磨损呈对称分布,最大磨损在底流口位置,顶板壁面最大磨损在两个入口区域,顶板外层最大磨损位于方位角80°~110°和260°~290°,环形空间壁面最大磨损位于方位角120°和300°;相同条件下,双入口式旋流器顶板和环形空间的壁面磨损小于单入口式旋流器顶板和环形空间的壁面磨损;而对于底流口附近的壁面磨损,双入口式固液分离旋流器底流口附近的壁面磨损略大。

以廉价天然气中的乙烷和丙烷为原料的乙烯成本仅是石脑油等重质原料成本的30%,高压管输天然气进入城市门站分输需调压,调压过程中有大量压力能可利用。本文以某段高压管输天然气为原料,提出了处理量60×10⁴m³/h的轻烃分离回收工艺流程,综合考虑轻烃回收率、系统功耗、CO₂冻堵、冷箱传热温差等因素,优化操作参数,完成了系统能量的高效集成,实现了轻烃分离工艺的节能降耗。该方案C₂回收率达90%以上,可为乙烯装置提供优质的乙烷等轻烃原料50.75万吨/年,有利于解决乙烯工业发展的原料瓶颈,提高天然气、乙烯工业的整体经济效益。

为了研究低表面张力物系在高比表面积的规整填料塔中的流体力学性能和传质性能,选用正庚烷-甲基环己烷物系,在内径400mm的不锈钢精馏塔中对Mellapak 500Y和750Y型规整填料进行全回流精馏实验。通过测定气相负荷从小到大直至液泛的过程,得到了不同操作条件下的压降、泛点气速、传质效率的数据,给定了操作的极限。结果表明:750Y填料的传质效率优于500Y填料,但稳定性比500Y填料差,处理量比500Y填料小。且实验中气相负荷递增变化时的传质效率略低于气相负荷递减变化时的传质效率。同时,为了考察传质效率随塔高的变化,填料塔在不同高度处设置了4个取样口,测定了不同取样口中样品的组成。通过分析传质效率随塔高的变化,阐述了不同负荷范围内气相总体积传质系数沿塔高的变化规律。

量子点敏化太阳能电池(quantum dot-sensitized solar cells,QDSSCs)由于其理论转化效率高(44%)、带隙可调、价格低廉和稳定性好等优点引起了广泛关注。本文就QDSSCs的结构组成、工作原理、量子点(quantum dots,QDs)的合成方法、限制效率的因素以及优化方法等进行了综述,总结了量子点的两种合成方法即原位沉淀法和非原位沉淀法。与此同时,分析了目前影响QDSSCs效率的主要因素,如电子-空穴对的复合、光阳极结构不完善、电解质性能不佳等,最后对如何提高QDSSCs光电转化效率的研究重点和方向进行了展望,指出可通过改性量子点敏化剂、优化光阳极半导体及改善量子点与半导体间的界面特性等方法提高转换效率。

乙二醇是一种重要的基本有机原料,与传统石油化工生产工艺相比,生物质原料路线不仅具有原料资源丰富、工艺路线灵活等优势,而且为拓展我国乙二醇产品来源提供了更多选择。本文综述了生物质经催化转化及生物转化制备乙二醇工艺的催化剂体系与反应机理,包括糖类加氢制乙二醇、纤维素直接催化转化制乙二醇、生物质发酵制乙二醇、生物质发酵经乙二醛还原制乙二醇工艺,介绍了木质纤维素原料的杂质影响与处理方法,并对该领域发展前景进行了展望,指出改善生物质原料处理方法、开发高效稳定的催化体系、优化工艺以提高乙二醇产品质量是未来的研究重点。

低温热解是低阶煤提质转化分级利用的一种重要技术。本文将近年来国内外所进行的催化热解技术分为四大类,从催化剂加入方式、与煤作用紧密程度及热解产物分布方面,对这四类技术进行了评述。指出这些技术因催化剂用量、煤料粒度、催化剂加入程序、催化剂作用方式其中一种或多种因素,应用于工业化规模均存在一定弊端。文中还介绍了一种低阶煤催化解聚新技术,以简单的喷淋方式将催化剂浸入煤中,在试验的近20种煤中,均实现了热解焦油收率增加1.3~2.17倍的效果,由此可望开发出一种提高煤转化效益的新工艺。

煤焦油深加工是提高煤焦油附加值的重要工艺。因超临界流体具有的特殊性质,近年来被广泛用于煤焦油深加工的研究中。本文综述了超临界流体技术在煤焦油萃取、提质、催化加氢等方面的研究进展,并提出了未来超临界流体技术在煤焦油加工中的研究重点:①加大对煤焦油在超临界流体萃取、轻质化、催化加氢的机理及其他相关理论研究;②通过选择新型超临界流体、添加新型夹带剂、高效催化剂及条件优化来提高煤焦油在超临界流体中萃取、轻质化及催化加氢的效果;③基于目前的研究结果开发出能够进行工业化的技术方案、工艺流程及相关配套设施。

通过建立包含动量、质量传递以及化学反应动力学方程的多物理场耦合数值模型,对以Ni为催化剂的甲烷二氧化碳重整制合成气过程中的积炭效应展开了计算。计算结果阐明了包含多孔介质催化剂段的反应通道中的速度场及压力分布,以及在通道中随气体流动以及沉积在催化剂表面的碳颗粒的浓度分布,分析了积炭对 催化剂孔隙率和渗透率的影响,并进一步讨论了甲烷浓度以及温度对积炭产生的影响,最后提出了消减积炭的方法。本文的结论对于进一步研究Ni基催化剂在CH₄-CO₂重整制合成气反应中积炭效应的消减有一定的指导意义。

模拟研究了泡沫铝、泡沫铜、网状聚氨酯泡沫的孔隙参数对多孔介质冰蓄冷板的融化过程的影响,得到了第三类边界条件下多孔介质冰蓄冷板融化过程的时间、温度分布、相界面移动等的规律。结果表明,多孔介质热导率越高,温度分布越均匀,相界面越模糊,冰蓄冷板融化时间越短;融化时间随多孔介质孔隙率的减小和孔密度的减少而缩短,孔隙率的影响程度大于孔密度;与纯冰相比,本研究中泡沫铜最多可将冰蓄冷板融化时间缩短15.2%。多孔介质热导率越低,冰蓄冷板的融化时间越长;融化时间随着孔密度的增加而缩短,随孔隙率的减小而略增;与纯冰相比,本研究中网状聚氨酯泡沫最多可将冰蓄冷板释冷时间延长11.8%。最后对填充泡沫铜和网状聚氨酯泡沫冰蓄冷板的融化时间进行了试验验证,试验结果与模拟结果较为一致。

研究考察了实验室制备的铜基催化剂对乙酸甲酯(MeOAc)催化加氢的催化性能,结果表明Cu/ZnO催化剂效果较差,而添加Al元素的Cu-ZnO/Al₂O₃催化剂效果较好。同时采用单管反应器研究了MeOAc催化加氢制乙醇的反应性能,采用30~60目Cu-ZnO/Al₂O₃(Ⅱ)催化剂,通过实验考察了温度、空速、进料配比和压力4个因素对反应活性和选择性的影响。结果表明,反应温度230℃,高H₂/MeOAc配比和低空速有利于反应,考察的压力范围对反应影响不显著,获得的最高转化率达0.954,对应的选择性为0.974,而获得的最高选择性达0.989,对应的转化率为0.920,具有工业开发价值。对于难分离的甲醇和乙酸乙酯,提出了低温分离的气相色谱方法,具有很好的基线分离效果。

使用了两步加氢-超临界提质以及一步超临界提质两种方法对生物油进行提质,并进行了溶剂回收利用。实验结果表明经过这两种提质方法,生物油的物化性质均得到有效提升,提质后生物油中酸、酮和酚的相对含量明显下降,而醇、醚和酯类等理想产物的相对含量有显著上升。根据每步产物的GC-MS结果,对提质过程中所发生的反应进行了推测。相对于一步法提质所得到生物油,两步提质法所得到的提质生物油中醇和醚类的相对含量略高而酮、酚和酯类的相对含量略低。同时,相比于一步超临界提质,两步加氢-超临界提质过程中乙醇的消耗量有所降低。溶剂的回收利用在降低生物油提质所需要的乙醇含量的同时提高了提质产物中酯类的相对含量,这表明在较低的醇油比条件下超临界提质仍然是一种有效的生物油提质方法。

煤催化气化由于可以大幅度降低操作条件,实现定向转化,目前正受到国内外重视。本文综述了碱金属、碱土金属、过渡金属催化剂与复合催化剂在煤催化气化过程中的活性、优缺点、反应机理等。对影响煤催化气化的各类因素如煤阶、矿物质、催化剂添加方式、添加量、气化条件等进行了分析。介绍了当前催化气化工业化进程以及合成天然气甲烷和催化气化制氢两种工艺。当前研究的难点是兼顾催化剂的效率与经济性,煤催化气化未来将以开发高活性、易回收且廉价的催化剂为研究方向。

钯催化卤代芳烃进行氨解反应是构建C—N键的重要方法,由于该方法所需的催化剂量少、反应条件温和、应用范围广和操作简单,因而被广泛应用于芳香胺类化合物的制备与生产。本文对该反应机理进行了简介,对近年来钯催化卤代芳烃与氨、伯胺、仲胺和其他含氮化合物的氨解反应研究进展进行了综述。指出迄今为止高活性和高选择性的催化剂依然有限,氨作为氨解剂和低廉的氯代芳烃作为氨解底物的使用都还不够广泛。寻找新的配体、设计新的催化体系、提高反应选择性和改善反应对敏感官能团的容忍性,是钯催化卤代芳烃氨解反应领域未来的发展方向。另外,仔细研究反应机理将会加深对反应的理解。

通过等体积浸渍法分别将Ni(NO₃)₂、NiCl₂、NiSO₄ 3种镍前体浸渍于A1₂O₃或SiO₂载体上,然后通过H₂高温还原法制备了负载型镍基催化剂,考察了镍前体、载体种类、镍负载量、反应条件等对镍基催化剂苯酚加氢性能的影响。结果表明,对比3种镍前体,在H₂高温还原体系中Ni(NO₃)₂最容易被还原,制备的镍基催化剂苯酚加氢活性最高。SiO₂负载的镍基催化剂活性远高于γ-Al₂O₃催化剂。适宜的Ni负载量有助于活性组分的分散和催化活性的提高。镍基催化剂的苯酚加氢产物以环己醇为主,相对缓和的反应条件更容易生成环己酮。在非极性溶剂正庚烷或环己烷存在下,苯酚加氢反应速率远远高于极性溶剂水或乙醇存在下的结果,而且环己酮的选择性更高。

镍基钙钛矿分解氨制取氢气虽有稳定性好、价格低廉的优点,但也有完全分解温度偏高的缺点。为降低完全分解氨制取氢气的温度,实验采用柠檬酸络合法,通过改变A位掺杂离子与掺杂量对LaNiO₃改性,并改变载体及负载量,制备一系列的催化剂。采用XRD、SEM、TEM表征技术进行表征,考察了Ba 含量对催化剂结构与性能的影响。实验表明在催化剂装填量为1mL、空速为10000h^-1、原料气为纯氨的条件下,氨分解的最佳电子助剂离子为Ba、最优催化剂为w(NiO)=20%的La_0.9Ba_0.1NiO₃/MCM-41,氨气完全分解温度由650℃降为575℃。随着Ba掺杂量的增加,催化剂活性先增加,在x=0.1达到最大值,之后减小,掺杂Ba过多催化剂的结构由钙钛矿变为非钙钛矿,非钙钛矿结构的催化剂活性不如钙钛矿。

电解水制氢将成为未来绿色制氢工业的核心技术。研究新型阴极材料以有效降低阴极过电位,对降低电解水能耗和设备成本、提高生产稳定性和安全性,具有十分重要的现实意义。本文主要对碱性水溶液电解制氢工业的析氢阴极材料进行综述。围绕电极结晶结构设计和尺寸结构设计两个主要的电极发展方向,重点介绍了3类基于电沉积制备技术的Ni基电极材料:合金析氢电极、复合析氢电极、多孔析氢电极。分析了当前析氢电极在实验研发与工业应用中存在的问题。指出采用电沉积法,制备催化活性更高且适用于工业电解环境的多元复合电极材料将是今后析氢电极发展的趋势。

利用微流控技术成功制备了以石蜡(RT27)为芯层、共混多壁碳纳米管(MWNT)的聚乙烯醇缩丁醛(PVB)为鞘层的核-鞘型MWNT/PVB 复合相变纤维。系统研究了MWNT 的含量对复合相变纤维的形貌、力学性能、热性能、导热性能的影响。研究结果表明,MWNT 的加入显著提高了MWNT/PVB 复合相变纤维的力学性能和导热性能。随着MWNT 含量增加,MWNT/PVB 复合相变纤维的断裂强度先增大后减小。当MWNT 含量为0.5%时,复合相变纤维的断裂强度最大,比未添加MWNT 相变纤维的断裂强度提高了28.27%。在42℃高温下,比较缠绕MWNT 含量为4%的复合相变纤维和缠绕未添加MWNT 相变纤维的模型帽子的内部温度,前者从相同的初始温度17℃升温到达石蜡RT27 的相变温度(27℃)所用的时间比后者减少了25%。研究结果为制备具有良好导热性能、高强度和稳定、快速调温性能的相变纤维提供重要的实验参考和指导。

基于双膜分散技术与水热法相结合的思想,在较低温度条件下,短时间内合成了还原的氧化石墨烯(rGO)/CoFe₂O₄纳米复合材料,并研究了rGO/CoFe₂O₄的吸波性能。通过 XRD、SEM、EDS、TEM、TG/DSC、IR测试手段对rGO/CoFe₂O₄进行表征,采用矢量网络分析仪测定了复合材料在2~18GHz范围内复介电常数和复磁导率的变化,并利用计算机模拟材料在不同厚度下电磁波的衰减性能。结果表明:在透明绢丝状石墨烯的表面及边缘负载了粒度均匀的纳米CoFe₂O₄粒子;单一纳米CoFe₂O₄的反射率损耗为-3.59dB。而mCoFe₂O₄:mGO为10:7的样品的吸波层厚度在2~3mm之间变化时,微波吸收效果显著增强,厚度为3mm时,出现最大微波衰减值-9.2dB,并且微波吸收峰随着吸波层厚度的增加而向低频移动。相比于单一纳米CoFe₂O₄粉体,rGO/CoFe₂O₄纳米复合材料对电磁波的吸收效果有了大幅度的提高。

基于乳液成膜技术,以硅溶胶为填充剂,制备了硅溶胶聚二甲基硅氧烷/PDMS杂化膜,用于分离水中正丁醇。对膜进行了FI-IR分析及形貌、热稳定性、接触角和力学性能表征;研究了硅溶胶的加入对膜渗透汽化性能的影响。结果表明,硅溶胶与PDMS基质结合良好,没有明显相界面,膜的渗透汽化性能明显提高。在料液质量分数为1%、操作温度为40℃时,随着膜中硅溶胶含量的增加,膜的分离选择性和对丁醇的渗透性均呈现先升高后下降的趋势;在硅溶胶含量为3.75%时,分离选择性高达9.03;在硅溶胶含量为7.5%时,膜对丁醇的渗透性高达2.9×10⁶Barrer。

1,3-丙二醇是合成聚乳酸的主要原料,以甘油为底物的生物法制备1,3-丙二醇是以绿色化学为特征的技术。但1,3-丙二醇极性很强、微生物发酵液成分较复杂,产品收率偏低,质量难符合制备高性能聚对苯二甲酸丙二醇酯的要求,故1,3-丙二醇的分离提纯成为了生物法合成技术的关键。对于1,3-丙二醇发酵液,提纯过程包括发酵液预处理、脱盐和浓缩提纯。本文讨论了用于1,3-丙二醇提纯的主要技术,包括采用离心、过滤、絮凝脱大分子物质,用离子交换、电渗析、双水相萃取或有机溶剂沉淀等方法脱盐类,及通过精馏、萃取、吸附对发酵液浓缩提纯,或是以上某几个分离工艺的组合。提出整个分离工艺仍存在很多问题,对各工艺路线不断进行优化,开发新的经济高效的分离提取工艺路线,是目前实现规模化生物法生产1,3-丙二醇的技术重点。

利用静电喷射技术,以西咪替丁作为模型药物,混有药物的壳聚糖水溶液作为喷射液,甲苯/正己醇的混合溶液作为接收液,成功制备得到可在酸性条件下溶解并突释给药的壳聚糖载药微颗粒。系统考察了交联剂含量对壳聚糖微颗粒的药物包封率以及载药量的影响,并研究了壳聚糖微颗粒在酸性条件下的溶解特性以及在体外的突释给药效果。结果表明,当交联剂质量分数为2%时,壳聚糖微颗粒的包封率及载药量最大,分别为80%和3.8%。由于对苯二甲醛与壳聚糖交联形成的Schiff-base结构,使得壳聚糖微颗粒能够在中性条件下保持结构完整,而在酸性条件下由于Schiff-base结构的不稳定性致使微颗粒迅速溶解。因此,体外释药实验结果显示,在pH = 2、37℃的模拟胃酸溶液中,1min内壳聚糖微颗粒即可达到最大释药效果,而在pH = 6.4、37℃的水溶液中,壳聚糖微颗粒可以较长时间保持稳定,药物释放缓慢。这种具有酸致突释释药性能的壳聚糖微粒载体在胃部给药系统方面有良好的应用前景。

在丙酮丁醇发酵中共同添加0.001g/L ZnSO₄·7H₂O和4.0g/L CaCO₃时,丁醇及总溶剂产量达到14.41g/L和23.69g/L,发酵终点乙酸和丁酸浓度为2.33g/L和1.02g/L。当共同添加0.001g/L ZnSO₄·7H₂O、4.0g/L CaCO₃和0.8g/L MnSO₄·H₂O时,丁醇的比生成速率为0.48g/(g·h),相对于共同添加Zn²⁺和Ca²⁺条件下的丁醇比生成速率0.23g/(g·h)提高了108.69%,而发酵终点乙酸和丁酸浓度分别为1.99g/L和0.54g/L,同比分别降低了14.59%和47.06%。Zn²⁺、Ca²⁺和Mn²⁺ 3种金属离子对丙酮丁醇发酵具有正向协同调控作用。

脂肪酶是一种应用广泛的重要生物催化剂,它对手性底物具有良好的立体选择性,而且能适应包括疏水有机溶剂在内的多种非天然反应介质。提高脂肪酶在非天然环境中的立体选择性已经成为关于脂肪酶的研究热点。然而已有研究在提高选择性的同时,往往伴随催化活力的降低。本文提出一种基于计算机模拟的理性改造方法,能够在不降低脂肪酶活力的情况下大幅提高其在有机介质中的立体选择性。以洋葱假单胞菌脂肪酶(Pseudomonas cepacia lipase,PcL)在正己烷中催化手性仲醇的转酯化反应为模型,借助分子动力学模拟,预测 N-乙酰咪唑(NAI)修饰 PcL的效果。蛋白质谱证实产生主要影响的是位于 PcL活性口袋内的 Tyr²⁹ 残基。进一步通过实验验证,发现经 NAI 修饰酪氨酸残基(Tyr)后 PcL催化拆分手性仲醇的对映体选择性最高从 E = 12.6 提高到 48.1,同时催化活力也有所提高。

甲壳素及其衍生物资源来源广泛、具有生物安全性,在材料、食品、化工等领域拥有良好的应用前景。本研究首次尝试采用经表面活化的甲壳素为包埋材料对产腈水解酶的G. intermedia游离细胞进行固定化,对固定化条件进行了初步优化,选取甲壳素质量分数3%,三聚磷酸钠质量分数7%,固定化时间5 h,固定菌体浓度为20g/L时催化活力达到最高。对固定化细胞的催化应用特性进行了表征,结果表明固定化细胞对4-氰基吡啶转化反应的最适反应温度为50℃,最适pH值为7.0;最适底物浓度为125mmol/L,最大产物耐受浓度为400mmol/L,均明显优于游离细胞。探索了将制备的固定化细胞直接应用于4-氰基吡啶生物转化合成异烟酸,固定化细胞可重复利用14批次,而相应游离细胞仅为3次。

在松香中引入杂环,可赋予松香特殊的生物和光学等活性,而松香基含氮杂环衍生物则是在松香中引入含氮的杂环,是松香基衍生物的重要组成部分。本文以羧基改性、菲环改性和综合改性为主线,根据羧基上的还原、胺化、酰基化、缩合、闭环等反应和菲环上的氧化、亲电取代反应(溴代、选择性硝化)、重氮化、缩合和闭环等反应类型,由18位羰基酰化改性、18位烷基碳原子成环改性、18位烷基相连氮原子成环改性、11,12位碳成环改性、12,13位碳成环改性、13,14位碳成环改性和综合成环改性分类,系统综述松香基咪唑啉、噻唑、 唑、呋咱、喹啉、吲哚、吖啶等含氮杂环衍生物的研究现状,详细归纳了该类衍生物的生物活性、缓蚀活性、荧光活性和表面活性的性能应用,并对松香基含氮杂环衍生物的合成和应用研究趋势进行了展望。指出该类化合物在有机金属催化材料和染料敏化太阳能电池等功能性化合物开发中具有重要发展潜力。

大气中逐年升高的二氧化碳浓度对全球环境产生了严重的影响。通过可再生能源得到的H₂与CO₂反应生成低碳烯烃,不但可以使CO₂得到资源化利用,还能减少低碳烯烃的生产对于石油资源的依赖。该技术还有望实现从海水中得到燃油。本文主要对CO₂加氢合成低碳烯烃的热力学、反应机理和催化剂研究进行了综述。目前,该反应中使用的催化剂以Fe系为主。文中简要介绍了直接转化催化剂中的载体、助剂和双金属活性组分对反应性能的影响以及经甲醇路线制低碳烯烃的双功能催化剂在该反应中的应用。高性能催化剂的设计以及反应机理的探索是CO₂加氢合成低碳烯烃未来的发展方向。

采用钙基吸收剂的烟气脱硫技术拥有95%以上的市场份额,基于钙基烟气脱硫工艺协同乃至同时脱除NO_x是最现实可行的技术方向。本文阐明了钙基脱硫工艺协同脱硝的可行性,并根据硫氮协同脱除反应所处的温度区段,将钙基吸收剂硫氮协同脱除技术分为炉内联合脱除、中温同时脱除和低温段协同脱除三类,针对每类技术的基本原理、研究现状和存在的问题进行了分析和总结,指出将NO氧化为NO₂在低温段实现SO₂和NO_x协同乃至同时脱除是最现实可行的技术方向,并针对该技术存在的NO₂在低温脱硫工艺中吸收效率低和钙基吸收剂利用率低的问题提出了研究方向。最后,对钙基脱硫工艺协同脱硝技术的发展进行了展望,指出了实施超净排放后基于低温脱硫工艺协同脱硝技术应具有广阔的工业应用前景。

废水氨氮污染已成为环境领域的热点问题。针对废水氨氮污染,国际上研发了一批高效废水生物脱氮技术。本文将3种典型工艺——同步硝化-反硝化(SND)工艺、短程硝化-反硝化(SHARON)工艺、基于亚硝氮的全自养脱氮(CANON)工艺归类并命名为一体化生物脱氮技术,分别对其原理、特征、效能和应用进行了分析评述,以期为该技术的深度研发提供参考。总结了与传统脱氮技术相比,一体化生物脱氮技术具有工艺流程短、系统操作易、占地面积小、运行费用低等优势。其中以氨氧化菌和厌氧氨氧化菌等自养型微生物作为脱氮功能菌的一体化自养型生物脱氮工艺的研发将成为一体化生物脱氮技术的研究前沿,一体化自养型生物脱氮工艺的研发将集中于优质菌种的培育和反应器的优化。

有色金属采选废水的有效处理已逐渐成为制约行业健康发展的瓶颈问题。本文简述了有色金属采选废水的来源成因、水质特征、污染危害及净化处理及资源化利用研究进展。分析表明,有色金属采选废水污染特征虽受时间、空间影响较大,但普遍含有悬浮颗粒物、酸碱、重金属和有机污染物等多类污染物,是典型的复合污染废水。不同处理方法均有各自的适用对象,某种单一方法难于实现复合污染综合净化去除。有色金属采选废水的综合控制应结合实际废水特征和方法适用对象,经技术、经济和环境分析论证,才能选择合适的净化方案。提出了未来发展中则应以减量化、无害化和资源化为思路,重点研究源头控制和末端治理技术的联合使用、清洁生产系统工程的运用以及复合污染同时去除新方法的开发和现有方法有机集成技术等。

船舶废气中含有的大量硫氧化物对大气环境造成了严重的污染,已成为国际社会广泛关注的焦点。本文首先介绍了国际海事组织和欧美发达国家有关船舶燃油硫含量的相关规定,然后综述了近年来船舶硫氧化物排放控制技术的研究进展,对比研究了国际主流船舶废气脱硫设备厂商的产品特点。分析结果表明,湿法脱硫是目前最具应用前景的排放控制技术,并着重介绍了该技术的分类、原理及优缺点。最后指出,随着针对船舶废气中其它有害污染物的减排规定的陆续出台,以及船舶朝向绿色环保发展的总体趋势,研发经济、高效的船舶废气多污染物综合处理系统将成为未来技术发展的重要方向,其中湿法脱硫与其他技术的协同运用在实现船舶废气综合处理方面具有很大的应用潜力。

目前在电化学氧化处理法降解苯酚废水的研究过程中,研究者多将重心放在活性电极的探索及制备上,而对于反应器的开发鲜有报道。就这一问题,本文研究了新型微流控反应器中苯酚的电化学降解效果。电化学氧化实验在装有Ti/SnO₂-Sb₂O₅阳极的微型流通池中操作进行,实验对循环体系的体积流率Φ_V、电极间距h的影响进行了考察。结果表明,当流通电解槽中的阴阳极间距采用微米级尺寸时,苯酚的阳极氧化反应取得了较快的氧化速度。在 em= 20 mA/cm²、Φ_V= 0.54 mL/min的电解条件下,电解2~3h苯酚去除率即可达到90%以上,相同流速下电极间距h越小降解速率越快。且由数据回归得到了苯酚的一系列随h的减小而增大的准一级反应的反应速率常数。这一结论表明微流控电解槽内的苯酚降解过程主要传质控制过程。

以鹤壁烟煤地下气化半焦为脱除剂,对苯酚模拟废水进行脱除实验研究。采用扫描电镜、低温氮气物理脱除仪和红外光谱仪对半焦的表面特性、孔结构和表面官能团进行表征,进一步考察了半焦投加量、震荡时间、实验温度对模拟废水苯酚脱除的影响。实验结果表明:气化半焦具有微孔(小于2nm)和层状结构,微孔孔径主要分布在1~5nm之间,表面有较丰富的含氧官能团;在模拟废水苯酚浓度为100mg/L、水焦比为10:1、震荡时间为2h、脱除温度为40℃时,半焦对苯酚的脱除率和吸附容量分别为65%和0.66mg/g,气化半焦的孔结构特性和表面含氧官能团对苯酚脱除有积极作用;半焦对模拟废水中苯酚的吸附为多分子层物理吸附,其Freundlich吸附等温式为Q=0.0546C^0.6286。

目前渤海湾反渗透海水淡化工程多采用新型的超滤膜法预处理工艺,为提高预处理效果,主要进行超滤膜材料和性能改进以及膜组件运行参数的优化,而对超滤膜前预处理的研究相对较少。本实验研究了超滤与混凝/超滤作为反渗透海水淡化预处理工艺的处理效果。考察了两种预处理工艺条件下浸没式超滤膜比通量(SF)、进水水质、产水水质,膜孔孔径变化、反洗效果及膜表面污染情况。结果表明,超滤与混凝/超滤两种预处理工艺都能达到产水SDI₁₅<2.0;混凝处理可以大幅度降低海水中颗粒数目,降低颗粒物在膜表面沉积和吸附的概率,减轻超滤膜的污染。当采用混凝/超滤工艺时超滤膜表面滤饼层疏松多孔,膜孔孔径变化较小,超滤膜比通量的衰减速度减缓,反洗时超滤膜比通量恢复率较高。

采用实验室小型二维砂箱对地下水流动过程中甲基叔丁基醚(MTBE)溶解过程进行模拟实验,主要考察了非离子型表面活性剂聚乙氧基油酸山梨糖醇(Tween80)、阴离子表面活性剂十二烷基苯磺酸钠(SDBS)与助溶剂乙醇对MTBE溶解过程的影响。结果表明,Tween80在其临界胶束浓度(CMC)以上能够对MTBE起到增溶的效果而且在所研究浓度范围存在最佳增溶浓度10g/L;低于临界胶束浓度条件下的SDBS并没有增强MTBE迁移反而会延缓MTBE的溶解;乙醇可以增大MTBE的溶出浓度,而且随着含量提高增溶效果加强。通过比较各种条件下最佳的MTBE累积去除率可以得出,当MTBE去除率达到80%之前,对MTBE溶解增强效果由大到小顺序依次为:非离子型表面活性剂Tween80> 助溶剂乙醇> 水> 阴离子表面活性剂SDBS;而去除率80%以后,增溶效果的顺序则为乙醇> Tween80> 水> SDBS。

在使用膜吸收装置脱除燃煤电厂尾气中二氧化碳的实际应用中,膜吸收二氧化碳系统装配于湿法烟气脱硫系统(WFGD)出口是最适宜的选择。经过湿法脱硫的烟气中含有一定量的细颗粒物,这些颗粒物可能会影响膜的性能,因此有必要揭示细颗粒物对膜吸收二氧化碳的影响。本文采用模拟实验装置,选取飞灰、硫酸钙、硫酸铵3种颗粒物,考察了它们对聚丙烯(PP)中空纤维膜吸收二氧化碳的影响。结果表明:3种颗粒物通过膜组件时,均会在膜表面沉积,导致二氧化碳脱除效率下降;膜吸收二氧化碳的性能与颗粒物沉积程度呈负相关;3种颗粒物对膜吸收二氧化碳的影响程度从大到小依次为硫酸钙、硫酸铵、飞灰;颗粒物在膜表面沉积后很难被气体反吹,这会使膜基本失效。

当前许多行业存在结垢问题,而利用超声波技术进行除垢得到了广泛应用,其除垢效果却受多种因素影响。为研究超声波频率对除垢性能的影响,本文采用20kHz、28kHz、40kHz 3种不同频率超声波对结垢试件进行了除垢实验,并通过MATLAB编程模拟作了对比分析。结果表明:不同频率超声波,除垢效果不同,并且同一频率下,除垢效率均是换能器中心垂直方向处最高,随着角度向两边发散,除垢效率逐渐降低,且换能器中心垂直方向处的除垢效率随频率的增高而增高,频率为40kHz时,此处的除垢效率最高,达91.11%;随着频率的增高,有效除垢范围逐渐缩小,并向换能器中心垂直方向集中,其中发生器频率为20kHz时,除垢范围最大。这也为在实际工程中合理选取超声波频率进行除垢提供了一定的参考依据。

塔河油田部分油井存在沥青质严重沉积堵塞井筒的问题,针对这一问题研制了一种高效沥青分散解堵剂,强渗透分散组分能够有效地渗透分散沥青质颗粒,油溶性阳离子表面活性剂能够吸附在沥青质颗粒表面增加稳定性,高效溶剂能够部分溶解沥青质。结果表明:沥青分散解堵剂能够有效地溶解分散沥青质,70℃下平均溶解效率为81.1%,高于其他市售药剂,现场试验取得较好的效果。

聚合物驱油在提高采收率的同时也会产生大量的采油污水,确定油田污水的组成及时高效的处理污水是油田高效、可持续开发的基本前提。本文通过采用红外光谱、扫描电子显微镜、酸溶-煅烧-原子吸收法以及X射线衍射法等表征手段,对油田集输系统的沉降节点、提温节点以及净化油缓冲罐节点的携带物组成进行全面分析,确定其携带物各组分的含量。采用比较分析法,比较各节点处的携带物组成及含量,分析各物质组成特性、差异和控制因子,为高浓度聚合物驱油采出液处理技术提供基本根据。结果表明沉降节点携带物的主要成分是硅酸盐;提温节点携带物的主要成分是碳酸钙、碳酸镁;净化油缓冲罐节点携带物的主要成分是有机物。通过对油田高浓度聚合物驱油采出液处理工艺进行评价和改进,确定最佳运行参数和清淤周期,提高污水处理效率降低生产成本。