离子热法是一种以离子液体或低共熔物为反应介质、在低挥发性的离子态反应环境中合成沸石分子筛的方法。离子热合成可在接近常压下进行, 因此不但能够克服常规液相合成体系高压带来的操作困难, 而且为分子筛合成机理研究提供了便利, 同时便于与微波等电磁技术耦合。本文总结了离子热法在沸石分子筛材料合成及机理研究方面取得的进展。通过调变反应介质种类、反应物组成、晶化条件以及添加氟或有机胺等可以得到不同组成、结构的沸石分子筛产物以及AlPO、SAPO分子筛膜;在离子热合成过程中, 离子液体和低共熔物的阳离子、有机胺或铵盐、金属阳离子等能够独立或协同起到结构导向作用。预期离子热法可为分子筛器件的放大生产提供一条灵活、方便的途径。

作为重要的生物基平台化合物之一, 5-羟甲基糠醛(HMF)可通过可再生的生物质碳水化合物脱水制备, 已获得广泛关注, HMF可以催化合成一系列重要的有机化工中间体, 这逐渐成为研究热点。本文综述了5-羟甲基糠醛制备2,5-二甲酰基呋喃(DFF)、2,5-呋喃二甲酸(FDCA)和1,6-己二醇(HDO)三种典型HMF衍生物的研究进展, 并着重分析了HMF选择氧化制备DFF和FDCA的催化体系。介绍了该三种重要有机化工中间体的相关应用, 分析其制备过程中的问题与难点, 对其今后的研究方向提供了建议, 并指出目前HMF未大规模工业生产导致其价格昂贵, 是制约下游产品发展的重要因素。采用生物质为原料, 通过5-羟甲基糠醛催化合成下游有机化工产品的研究具有广阔的前景。

费托合成技术能将煤、天然气和生物质等含碳资源间接转化为液体燃料, 对于缓解我国油品资源短缺的现状具有重要意义。本文在介绍费托合成技术的原理以及微反应器优势的基础上, 对费托微反应器的相关研究工作进行了总结。在反应器的类型介绍部分, 分析了填充型和壁面涂覆型两大类微反应器各自的特点, 与壁面涂覆型微反应器相比, 填充型反应器有压降大、导热性能相对较差等问题, 而在整体式微反应器中应用的催化剂层壁面涂覆技术则可有效地避免这些问题。在数值分析方面, 指出费托合成相关的模拟研究主要集中在通过建立反应动力学模型, 对微反应器内的温度场和产物分布进行分析, 并对操作工况和反应器结构的设计提供依据。最后指出, 目前费托合成微反应器在反应板片和冷却系统的结构优化与匹配设计、反应单元的组装、催化剂的壁面负载技术以及微反应器中的传输现象等研究领域, 还有很多方面需要研究, 在未来微反应器中费托合成技术会得到更大的发展。

目前酶制剂生产过程中常用的浓缩方法存在工艺复杂、能耗较高、成本高昂等缺点, 并成为酶制剂工业进一步发展的关键步骤。本文综述了蒸发、超滤、吸附和冷冻等常用的酶制剂浓缩方法, 以及较新的离子液体和水合物浓缩酶制剂方法等, 并比较了这些方法的优缺点。蒸发浓缩酶制剂技术成熟, 但是能耗较高、酶失活率高。超滤和吸附浓缩酶制剂方法能耗较低, 但是膜和吸附材料成本较高、再生困难。冷冻酶制剂浓缩方法酶失活少, 但是浓缩率低。离子液体酶制剂浓缩方法具有保持酶活性、易于放大、可连续操作等优点, 但是技术仍不成熟。水合物酶制剂浓缩方法目前尚处于实验室研究阶段。因此, 开发出工艺简单、性能可靠、能耗较低、成本低廉的高纯度酶制剂浓缩方法依然是未来的研究方向。

改良西门子法是生产多晶硅的主流工艺, 四氯化硅的氢化技术是其改良的关键。传统的热氢化和冷氢化方法存在着能耗高和转化率低的缺点。本文介绍了四氯化硅制备三氯氢硅的等离子体氢化技术, 概述了热等离子氢化方法, 主要包括直流放电等离子体法、高压射频等离子体法、低压射频等离子体法、微波等离子体法等, 简述了冷等离子氢化方法, 并对介质阻挡放电等离子体法进行了介绍和实验探索。对各种等离子体氢化方法进行了综合性的分类和分析讨论, 指出了现存各方法的优缺点, 提出了等离子氢化技术在工业化时的关键难题, 并对各种方法的应用前景进行了展望。

为了实现煅烧石油焦在排料过程中余热的高效回收利用, 本文利用自行搭建的高温煅烧石油焦余热回收试验系统, 研究了煅后焦当量排料速度、换热管类型、换热器当量入口流速等参数变化对余热回收性能的影响规律。试验结果表明:利用余热回收换热器既可实现煅后焦余热的高效回收, 平均余热回收效率为78.9%, 又能实现煅后焦的均匀冷却, 温度不均匀系数仅为0.0757;随着煅后焦当量排料速度的增加, 内换热器和外换热器的传热系数均逐渐增加, 余热回收效率先增加后降低;翅片型换热器比光管型换热器的换热性能明显提高, 余热回收效率提高了7.4%, 同时换热器出口处煅后焦的温度不均匀系数减少了32.6%;随着当量入口流速的增加, 外换热器和内换热器的传热系数均逐渐增加。

在分析蜡沉积过程的基础上, 基于一定的假设条件, 建立了蜡沉积厚度随时间变化的模型。通过提取蜡沉积厚度随时间变化曲线的数据, 拟合了模型中的待求常数, 并对模型计算值和实验值的吻合程度进行了分析。结果表明:对数模型、指数模型及动平衡模型均能反映蜡沉积厚度随时间的变化趋势, 对数模型与实验值的吻合程度最好;指数模型和动平衡模型所得的结果与实验结果的吻合程度相当, 在沉积初期, 指数模型的吻合程度高于动平衡模型, 但当沉积时间接近实验规定时间时, 动平衡模型的吻合程度高于指数模型;所建立的模型简单实用, 能够反映沉积厚度随时间变化的增长快慢趋势, 不同实验数据应用时仍需对各模型的计算精度进一步验证, 从而使得选用模型能更好地符合实际。

为了探究机械式蒸汽再压缩(MVR)系统中蒸汽罗茨风机的运行性能, 采用计算流体动力学Fluent软件, 在设计工况条件下对空冷和逆流冷却三叶渐开线型罗茨风机设计的内部流场、出口流量、压力、温度的脉动性能进行了研究;同时, 对逆流冷却罗茨风机在不同升压、不同转速变工况下的脉动特性进行了分析。研究表明:逆流冷却罗茨风机可避免蒸汽回流, 降低了气动力噪声, 流场均匀性和脉动性能均优于空冷罗茨风机, 出口温度和压力能很好地满足MVR系统的工艺设计需求;在升压6.4～19.2kPa范围内, 其绝热效率比空冷罗茨风机高1.2%～1.7%, 综合性能更优。逆流冷却罗茨风机在不同升压、不同转速变工况下运行时, 有着良好的稳定性, 出口流量和温度可以各自调节满足生产需要, 通过调节变频电机转速可实现流量调节;通过调节预进气蒸汽温度可实现蒸汽出口温度调节;逆流冷却罗茨风机的出口温度模拟值与实验值吻合较好。

目前针对微细管管外同时有自然对流和周期横向振动存在情况下的混合对流问题鲜有研究。为了探究这种现象, 进而开发一种新型的换热器, 本文提出了一种由4根冷热微细管组成的微管阵列, 将其平行放置于有中间流体的圆形腔体内, 并对管束施加微小横向振动的混合对流传热机理进行研究。详细描述了实验系统及实验方法, 以及后期对实验数据的处理方法, 得到了传热Nu数随管间自然对流强度Ra数, 强迫振动Re_v数等量纲为1参数的变化曲线;揭示了该结构形式下传热特性随冷热管温差、振动频率、微管振幅等传热规律。结果表明, 横向振动在小温差情况下传热强化效果更为明显。将本文实验数据与Lemlich单管振动实验中的数据进行对比, 表明了振动对4根微管阵列的强化传热效果比单根管更明显。

精馏作为过程工业中最重要和最常用的分离手段, 是耗能最大的单元操作。精馏塔一般从再沸器输入热量, 从冷凝器取走热量, 利用某些塔高温位的冷凝热加热其他塔的再沸器, 并将单塔节能技术与过程集成相结合, 实现塔系的热集成, 可充分挖掘系统内部的节能潜力, 达到减少公用工程消耗的目的。本文通过对某化工厂的苯乙烯装置精馏塔系的分析, 通过各个塔的温焓图之间的关系, 提出了精馏塔系内部热集成的措施, 包括直接热集成、调压热集成和双效精馏与间接热集成耦合等3种方案。对于后两个热集成方案, 采用Aspen Plus模拟改造后精馏塔的变化并验证了方案的可行性。结果表明, 苯乙烯装置采用该热集成措施能明显节省高品位蒸汽的消耗, 降低能量费用。

液体脱气是工业生产环节不可缺少的部分。脱气式旋流器能够在线、快速地进行脱气工作, 但目前发展处于初期阶段, 对于其脱气性能影响因素的探究还不全面。本文采用计算流体动力学(CFD)的方法, 运用流体力学软件Fluent, 在H₂O-CO₂的两相体系、湍流模型采用Reynolds应力模型、多相流模型采用Mixture混合模型的条件下, 对不同柱径比的液体脱气式旋流器进行数值模拟, 利用旋流离心场的离心力和压力梯度对微小气泡进行分离, 获得了对5～50μm不同直径气泡的分离性能以及进口流速对气泡分离性能的影响关系。研究发现, 在一定条件下, 随着柱径比值的增大, 脱气效率总体上先逐渐增大, 超过一个极限值后迅速减小, 但柱径比越大, 越有利于小气泡颗粒的迁移分离;分离效率随着进口流速增加而增加, 到达极限之后效率降低。

天然气水合物开采过程中水合物饱和度的变化会引起储层渗透率的相应变化, 对开采过程造成影响。为研究天然气水合物对多孔介质渗流特性的影响, 本文基于孔隙网络模型模拟研究了水合物生成于壁面与中心两种方式下, 多孔介质渗流特性变化, 并与相关模型进行比较。结果表明, 水合物生成于中心时绝对渗透率小于生成于壁面时;水合物饱和度相同时多孔介质孔径越大, 渗透率越大;水合物生成于中心时两相相对渗透率等渗点小于生成于壁面时;当水合物饱和度变化时两相相对渗透率几乎不变。说明了储层渗透率与水合物饱和度之间有相对应的关系。

旋转扭带是在固定式扭带基础上发展而来的, 因其特殊结构所以能在管内流体作用下产生自旋效果。本文对自旋式扭带旋转特性及强化传热特性进行研究。通过理论及实验研究管内自旋扭带旋转特性后得出:扭率越小, 扭带克服阻力起始旋转需要的流体速度越小;扭带转速与管内流体流速呈一次线性关系, 且扭带节距不变时线性比例基本保持不变。通过实验研究后得出:自旋扭带能达到很好的强化传热性能, 扭率越小其强化传热性能越明显, 同时阻力特性也越明显, 在雷诺数为4×10³～4×10⁴、扭率为3～8时, 换热管内摩擦因子增至1.7～3.5倍, 努赛尔数增幅为10%～37%。本文使用评估指标η对扭带进行综合评价, 得出扭率为7的自旋扭带具有最佳的综合性能。并分别拟合出摩擦因子及努赛尔数与雷诺数、扭率之间的关联式, 提出一种工程上自旋扭带选型方法。

本文通过建立包含动量、能量、质量以及化学反应的多物理场耦合数值模型, 以多孔介质模型表征催化剂层, 对工业转化炉管中的甲烷水蒸气重整制氢过程进行了详细分析。计算得到了转化炉管内甲烷重整过程反应物及产物气体的速度、温度及浓度场分布, 以此分析了甲烷重整制氢过程的反应特性, 并阐明了转化炉管的壁面温度、原料气入口水碳比以及入口速度对甲烷转化率的影响。结果表明:水蒸气重整在转化炉管的入口区域反应迅速, 沿着气体流动方向, 反应速率由于反应物浓度的不断降低而减小, 导致混合气体流动速度和温度也逐渐趋于稳定;水碳比和转化管壁面温度的增加以及原料气体入口流速的降低, 都会提高甲烷的转化率。本文所得到的结论对于优化实际生产中甲烷水蒸气重整制氢反应的工况条件具有一定的参考和借鉴意义。

利用有限体积法对冷热圆管在封闭方腔内不同垂直位置的自然对流现象进行了数值研究。讨论了瑞利数Ra和冷热圆管间距δ对方腔内自然对流流动与换热的影响, 其中瑞利数的变化范围为10³～10⁶, 圆管间距变化范围为0.3～0.6。为了揭示冷热圆管间的相互作用和圆管与方腔间的相互作用对自然对流换热与流动的影响规律, 比较分析了热圆管在上、冷圆管在下和热圆管在下、冷圆管在上两种情形下冷热圆管、方腔的自然对流换热能力的差异。研究表明:瑞利数的改变, 对方腔内温度场分布和涡流结构有显著影响;热圆管在下、冷圆管在上这种情形更有利于自然对流换热的进行;增加圆管间距δ, 热圆管和方腔的换热能力增强, 但冷圆管的换热能力却有所减弱。研究结果为核电站安全壳非能动余热排出系统的性能研究提供了理论依据。

机械蒸汽再压缩(MVR)蒸发系统是一种高效节能的蒸发体系。本文采用降膜蒸发器为蒸发主体、罗茨压缩机为蒸汽压缩机, 并以水为实验原料研究了一套MVR蒸发装置。实验中以总蒸发水量和单位能耗蒸发水量(SMER)作为MVR蒸发系统的性能指标, 分别研究了进料温度、蒸发压强、压缩机频率对其影响。结果表明:最佳进料温度是蒸发压强下的饱和液体温度;最适蒸发压强与具体系统的蒸发能力和压缩机效率密切有关, 在压缩机效率保持较高水平的前提下, 适当降低蒸发压强有利于系统的节能;压缩机的频率直接影响系统的蒸发量和压缩机的功耗, 在压缩机允许的范围内增大压缩机频率, 单位能耗蒸发量是增加的。

水力喷射空气旋流器(WSA)是一种利用液体射流在气体旋流场中雾化强化气液传质的新型传质设备, 可广泛用于废水、废气处理等环境工程过程中。为了优化水力喷射空气旋流器的分离空间结构, 本文通过废水氨氮吹脱实验对柱锥结合形WSA和柱形WSA分别进行了气液传质性能研究。研究结果表明, 分离空间结构对水力喷射空气旋流器的气液传质性能存在影响。在相同工作条件下, 与柱形WSA相比, 柱锥结合形WSA具有更好的气液传质性能和略高的气相压降, 后者吹脱氨的体积传质系数提高了约8%, 主要原因在于柱锥结合形WSA内部具有更好的射旋流耦合雾化作用和离心超重力强化传质的综合效果, 使得两相比传质面积增大, 传质效率增高。研究结果可为设计传质性能良好的WSA提供设计依据。

近年来二氧化氯生产方法和应用方面的研究已成为化工和环保的热点。本文从开拓二氧化氯的应用市场着眼, 并结合环境友好的理念, 以蔗渣浆羧甲基纤维素接枝丙烯酸制备的高吸水树脂为缓释基材, 琼脂为交联剂, 制成一种新型长效缓释型固体二氧化氯, 并考察了它的影响因素。实验结果表明:酸性活化剂的种类和用量、蔗渣浆纤维基质高吸水树脂的用量、温度、稳定性二氧化氯溶液的浓度是影响固体二氧化氯释放通量的因素, 且柠檬酸是最佳的缓释活化剂, 固体ClO₂及含固体ClO₂的产品应在低温下保存, 制备长效缓释型的产品, 稳定性二氧化氯溶液的浓度不宜超过l%。研究结果表明:新型缓释型固体二氧化氯制备工艺简单, 价格低廉, 使用安全有效;设计不同平均释放通量, 不同有效释放时间的固体二氧化氯产品可以根据使用环境, 添加不同浓度的稳定性二氧化氯溶液、不同数量的缓释基材、控制酸性活化剂的种类和加入量来实现, 对二氧化氯的广泛应用具有一定的理论和实践指导作用。

丙烯作为重要的基本有机化工原料, 其市场需求快速增长, 除蒸汽裂解工艺外, 流化催化裂化(FCC)是丙烯生产的另一重要来源。本文主要综述了国内外开发并应用的一系列催化裂化多产丙烯的工艺技术, 着重介绍了各生产工艺技术的特点、产品分布及其工业应用情况, 并从催化剂、操作条件和反应器三个方面对催化裂化多产丙烯的影响因素进行了分析。FCC多产丙烯工艺与常规FCC工艺相比较表明, 丙烯收率均有较明显的提高, 并指出通过FCC工艺技术改造增产丙烯已是重要技术路线。

利用自行搭建的固定床热反应器对稻壳进行热解实验制备热解油, 采用两种不同极性的石英毛细柱对收油后的二氯甲烷溶液进行GC-MS检测。实验结果表明:热解终温对热解油品的组分种类几乎无影响, 但热解油产率随热解终温增大呈先升高后降低趋势;热解油二氯甲烷溶液的水相部分化合物种类相对较少, 主要物质为甲酸、乙酸和1-羟基-2-丙酮, 油相部分有机物种类极为复杂, 主要物质为糠醛、糠醇以及酚类和酮类物质;可凝结的热解有机气体主要在500～600℃发生二次裂解;对稻壳600℃热解油油相检测时发现:在RTX-5MS柱检测条件下, 组分中前5种化合物是糠醛、2-丁酮、乙酸、苯酚和2-甲氧基苯酚, 而在RTX-WAX 柱检测条件下, 前5种化合物是苯酚、2-甲氧基苯酚、4-乙基苯酚、乙酸和3-甲基苯酚。

随着化石能源枯竭, 微藻生物柴油日益成为研究热点, 但对藻油的高效、高选择性萃取仍存在技术瓶颈。该文选择不同沸点、极性和油水分配系数的有机溶剂萃取微藻藻油, 并通过FTIR及GC-MS对微藻生物质结构及藻油组分差异进行明晰。结果表明:乙腈和正庚烷对藻油的提取率最高, 分别为22.10%和18.71%, 且与温度正相关, 但是溶剂的极性和油水分离系数对其萃取率无显著影响, 主要取决于所萃取产物的组分及结构;对微藻生物质结构及藻油组分研究表明不同溶剂对烃类、醇类、酯类等不同物质的萃取有较强的选择性;二氯甲烷和丙酮对烃类的萃取率高, 为72.74%和69.50%, 正庚烷对酯类的萃取率较高, 为80.46%, 乙腈对胺类的萃取率较高, 为58.52%, 乙酸乙酯对醇类的萃取率较高, 为24.65%。

在氮气气氛和600～1000℃条件下, 使用水平管式炉对龙坪无烟煤进行了热解制焦实验, 利用拉曼光谱分析了热解煤焦的微观结构变化, 使用热重分析仪(TGA)进行了无烟煤焦的程序升温脱硝实验, 研究了热解温度对无烟煤焦微观结构和脱硝特性的影响。研究结果表明:热解温度对无烟煤焦的微观结构有显著的影响, 随着热解温度升高, 煤焦的拉曼光谱G峰与D1峰的位置差逐渐减小, 谱峰积分面积逐渐缩小, 积分面积比值I_D1/I_G和I_D3/I_G先增大后减小, I_G/I_All先减小后增大。热解温度还对无烟煤焦的脱硝特性有明显的影响, 无烟煤随着热解温度升高由炭化向初步石墨化转变, 由于活性结构数量的减少和碳结构变得更加有序, 无烟煤焦的脱硝反应性不断降低, 脱硝反应活化能增大。

我国的煤炭种类多, 煤灰组成千变万化, 从中找到明确的矿物转变规律并非易事。为探索用模拟灰替代真实煤灰开展高温转变规律研究的可行性, 依据镇雄煤(ZX)煤灰化学成分, 利用FeS₂矿物和Fe₂O₃、SiO₂、Al₂O₃等分析纯化学试剂配制模拟灰, 测试灰熔融温度, 并借助热重红外联用(TG-FTIR)技术比较ZX真实煤灰和模拟灰在氮气气氛下升温过程中的质量变化及气态产物组成。结果表明, 模拟灰的流动温度接近ZX煤灰的流动温度, 最大相差49℃。当温度大于770℃时, 含有FeS₂的模拟灰与真实煤灰的TG-DTG曲线变化趋势一致。FTIR谱图显示两者释放的气体种类相同, 1080℃左右都产生SO₂气体, 此时的硫来源于黄铁矿的部分氧化产物FeS_x。含有FeS₂的模拟灰在高温下的变化更接近真实煤灰。

采用微波水热法(MWH)制备含磷W/Al₂O₃加氢精制催化剂, 分别以磷酸(PA)、磷酸三乙酯(TEP)和羟基乙叉二磷酸(HEDP)为磷源, 考察磷源、制备方法和磷含量对催化剂物化性质和加氢脱氮(HDN)性能的影响。结果表明, 使用HEDP为磷源不仅可减弱活性组分-载体间的相互作用, 其结构中的羟基还可与MWH产生的H₂WO₄形成氢键而吸附在H₂WO₄表面, 抑制H₂WO₄团聚, 从而实现WO₃的高分散。MWH快速均匀加热的特点可以有效抑制H₂WO₄的过度生长, 并促进其在Al₂O₃表面的均匀快速分散, 使得以HEDP为磷源制备的W/Al₂O₃中WO₃的分散度和HDN活性远高于浸渍法制备的相同磷源、磷含量和金属含量的催化剂。MWH法制备的磷质量分数为3%的催化剂兼具高的WO₃分散度和弱的WO₃-Al₂O₃相互作用, 有最佳的HDN活性。

采用溶胶凝胶法制备了一系列Mn-Ce/TiO₂催化剂样品, 并用比表面积及孔径分析仪(BET)、X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)等对催化剂进行了表征, 考察了活性组分Mn、Ce负载顺序对催化剂结构的影响, 并在固定床连续流动反应器上对其催化活性进行了评价。结果表明, 催化剂晶相均为锐钛矿型结构, Mn、Ce活性组分在载体表面高度分散或形成了无定形结构;Mn、Ce同时负载时催化剂表面活性组分分布均匀, 比表面积最大, 为97.6m²/g, 且催化剂孔径分布以中孔为主;Mn、Ce同时负载时催化剂活性最好, 反应温度为200℃时, NO转化率达到90%以上。

采用溶胶-凝胶法制备了TiO₂-Al₂O₃复合载体, 以柠檬酸(CA)为络合剂采用浸渍法制备了Ni₂P负载的TiO₂-Al₂O₃复合载体催化剂, 并用 X 射线衍射(XRD)、N₂吸附比表面积(BET)测定技术对催化剂的结构和性质进行了表征, 考察了载体焙烧温度、催化剂焙烧温度、还原温度、还原压力对其进行的二苯并噻吩(DBT)加氢脱硫(HDS)性能的影响。结果表明, 升高载体焙烧温度有利于催化剂表面上活性物种的分散, 但焙烧温度过高会导致催化剂烧结, 适宜的载体焙烧温度为550℃。当还原温度为500～550℃时, 磷化镍主要以Ni₁₂P₅相形式存在, 且随着还原温度的升高, Ni₁₂P₅的衍射峰强度逐渐增强, 还原温度为700℃时, 可得到单一的Ni₂P物相。载体焙烧温度为550℃, 催化剂焙烧温度为500℃, 还原温度为700℃, 常压还原制备的Ni₂P/TiO₂-Al₂O₃催化剂具有最好的活性。在360℃、3.0MPa、氢油体积比500、液时体积空速2.0h^-1的条件下, 反应4h时, DBT转化率为99.5 %。

基于偶氮苯的光响应型凝胶对光刺激可以保证连续性和精确性感知, 并在刺激过程中有显著的响应行为性, 是目前研究最多的光响应材料之一。本文将含偶氮苯的凝胶体系分成超分子有机凝胶、超分子水凝胶、超分子凝胶体系和有机无机杂化型体系, 较系统地综述了近三年来基于偶氮苯的光响应型超分子凝胶的结构特点和研究进展。重点阐述了凝胶因子的分子大小和形态, 涵盖了小分子、树枝状大分子、嵌段共聚物、超支化分子等;分析了发挥自组装驱动力的超分子之间的作用, 涵盖了氢键、静电相互作用、π-π作用、疏水效应等;总结了自组装聚集形态的构造, 涵盖了胶束、囊泡、纤维束、纳米棒等;最后展望了各类凝胶体系在光控开关、药物释放、生物材料等领域的应用前景。

通过反应挤出的方式, 采用衣康酸及其衍生物对聚烯烃进行接枝改性, 可以显著改善材料性能, 特别是与其他高分子材料的相容性。本文从影响聚烯烃接枝改性的各个因素:聚烯烃类型、引发剂类型以及添加剂出发, 详细论述了国内外研究者的研究进展, 重点阐述了各个因素对聚烯烃改性机理、产物链结构的影响, 认为反应挤出接枝产物链段结构以及螺杆结构对反应挤出的影响这两方面值得进一步研究。

基于超分子有机凝胶的纳米复合材料是集有机和纳米材料优异性能于一体的新型智能材料, 已成为近年来功能复合材料的研究热点之一。本文综述了该类复合材料的研究现状, 包括超分子有机凝胶分别与无机纳米粒子、金属纳米粒子以及碳纳米管等材料的复合, 分别从其模板效应、制备方法等方面进行介绍。纳米复合材料丰富的结构受控于超分子丰富的簇集体形貌, 这种模板效应主要依赖于超分子有机凝胶特有的三维网络结构, 其为纳米粒子成核、生长、排列等提供了优良的载体环境, 可以有效避免纳米粒子的团聚, 从而提高纳米粒子的稳定性, 并展望了该类材料在催化、传感、生物以及医学等领域的发展前景。

尖晶石型锂锰氧化物离子筛作为一种溶液提锂的吸附材料, 具有广阔的应用前景, 而在实际研究与推广应用进程中, 也存在着一些问题。文章结合已有的研究, 详细介绍了目前研究最多的三种锂锰氧化物离子筛前体(LiMn₂O₄、Li₄Mn₅O₁₂ 和 Li_1.6Mn_1.6O₄)和对应锰氧化物离子筛(λ-MnO₂、MnO₂·0.31H₂O和MnO₂·0.5H₂O)制备方法的比较;重点分析了三种前体和离子筛的晶体结构特征以及离子筛吸附性能的本质区别;对粉状离子筛的成型(造粒和成膜)作了详细阐述并与粉状离子筛的性能进行了比较;最后总结了目前锂锰氧化物离子筛实际吸附量与理论吸附量的差异和选择性以及离子筛溶损等现存的问题。随着离子筛成型技术的改善和掺杂新型离子筛的开发, 有望制备工业化应用的海水提锂吸附剂。

介绍了制备功能化聚烯烃接枝共聚物的意义及近年来功能化聚烯烃接枝共聚物的设计与合成中的应用研究新进展, 重点评述了制备功能化聚烯烃接枝共聚物时所采用的3种方法, I偶合接枝法;II引发接枝法:①阴离子聚合;②硼氧自由基存在下的控制自由基聚合;③原子转移自由基聚合(ATRP);④氮氧自由基存在下的控制自由基聚合(NMRP);⑤可逆加成-裂解链转移活性自由基聚合(RAFT);III直接接枝法, 并对上述方法进行了简单的优缺点对比。随后介绍了功能化聚烯烃接枝共聚物的应用。最后对功能化聚烯烃接枝共聚物的未来发展趋势进行了展望, 认为对新型、高效、实用的制备方法的探索以及实际应用将是功能化聚烯烃接枝共聚物领域的主要研究方向。

伴随环境和资源紧缺问题日益突出, 开发绿色可持续发展的新材料, 拓展植物材料的应用空间具有重大的意义。本文对丝瓜络纤维的天然特性如形态、密度、孔隙率、纤维直径、化学组成和力学性能进行了概述;同时结合近年来国内外的研究成果, 重点综述了丝瓜络纤维在环境保护、增强复合材料、纳米纤维素制备、细胞固定化载体及生物反应器等领域的综合利用研究进展。针对目前国内在开发丝瓜络纤维新用途和高附加值利用方面的研究现状, 提出了今后丝瓜络纤维在拓宽其应用范围和加快工业化应用步伐方面的建议, 并对丝瓜络纤维的开发利用前景进行了展望。

以氯甲基化聚苯乙烯树脂(PS-Cl)和氯乙酰化聚苯乙烯树脂(PS-Acyl-Cl)为母体, 引入三乙烯四胺(TETA)制备两种胺化聚苯乙烯树脂PS-TETA与PS-Acyl-TETA。用红外光谱和表面孔径吸附仪对树脂进行表征, 并用于对硝基酚(PNP)的吸附研究。静态和动态吸附实验结果表明, 两种树脂对PNP的吸附过程都可以用准二级动力学方程来描述;液膜扩散为吸附PNP的主要控制步骤;吸附符合Freundlich等温方程, 为多分子层吸附;吸附为自发的放热过程, 属于以物理吸附为主的吸附过程;PS-TETA与PS-Acyl-TETA对PNP的饱和吸附量分别为157.87mg/mL、90.77mg/mL, 穿透体积为165BV、80BV, 动态脱附率为98.4% 、98.9%。

以甲苯、苯甲醇和氯甲醚为基本原料, 一锅法合成了极性超高交联吸附树脂HH-1;利用树脂HH-1上残留的大量未反应完全的氯甲基, 加入苯胺对树脂HH-1进行了后交联反应, 得到比表面积更大的超高交联吸附树脂HH-2。并对两种树脂进行了分析表征, 分析结果表明, 树脂HH-1和树脂HH-2的比表面积分别为67.85m²/g和555.22m²/g, 平均孔径分别为1.882nm和1.105nm。以亲水性小分子水杨酸作为吸附对象, 研究了两种树脂对水杨酸的吸附行为。结果表明, 交联后树脂HH-2对水杨酸的吸附能力是交联前树脂HH-1的5倍。主要原因是二次交联后, 树脂的比表面积得到了大幅度提高。

为了提高特种炸药爆轰合成纳米氧化铈的纯度, 采用酸洗方法提纯, 设计正交实验研究了提纯温度、时间, 硝酸、蒸馏水和聚乙二醇(PEG)加入量对提纯结果的影响。利用X射线衍射仪、X射线荧光光谱仪分析氧化铈提纯前后的晶型及杂质含量, 以氧化铈纯度为判定标准, 确定最佳提纯参数。结果表明:提纯温度过高会导致硝酸浓度降低, 时间过长会使过多氧化铈溶解;利用透射电镜观察颗粒表面, 加入PEG可改善纳米氧化铈颗粒团聚现象。最佳提纯参数为:温度80℃, 时间24h, 硝酸量0.333mL/g, 蒸馏水量6.666mL/g, PEG量16.666mg/g, 利用此参数提纯后的纳米氧化铈纯度为99.59%。分析杂质残留的原因为爆轰高温条件使Fe₂O₃和Al₂O₃转化为α-Fe₂O₃和α-Al₂O₃, 导致0.12%Fe₂O₃和0.17% Al₂O₃杂质残留。

针对吸附材料在太阳能吸附空调系统中的应用, 对变色硅胶和ZSM-5沸石对水蒸气的吸附脱附特性进行了实验研究。结果表明, 在一定温度下, 两种吸附材料对水蒸气的吸附速率随相对湿度增大而增加, 但增加幅度逐渐减小。环境温度对材料的吸附脱附性能有重要影响, 低温下易吸附, 高温时易脱附。温度升高, 材料的吸附脱附速率增加, 但平衡吸附量降低, 平衡脱附百分比升高。比较两种吸附材料的吸附特性发现, ZSM-5沸石具有较快的吸附速率, 但是其平衡吸附量低于变色硅胶。与变色硅胶的渐近线型吸附等温线不同, ZSM-5沸石的吸附等温线呈S型。比较两种材料的脱附特性发现, 在温度低于100℃时, ZSM-5沸石的脱附百分比大于变色硅胶。此外ZSM-5沸石能够在高温下进行脱附, 而变色硅胶在高温环境下会失去结晶水而变质, 因此脱附温度必须控制在120℃以下。

以苯基为中心, 通过 Suzuki 偶联反应引入两个电子给体(D)单元三苯胺和电子受体(A)单元菲并咪唑, 合成了新的 D-π-A 星型分子(Y), 其结构通过NMR、ESI-MS 及元素分析进行了表征;通过紫外可见吸收光谱、荧光光谱、荧光量子产率、理论计算以及 Z 扫描测试技术对该分子的三阶非线性光学性质进行了研究。结果表明, 分子Y的荧光量子产率 (ϕ) 可达 0.77, 双光子吸收截面 (σ₂) 为120GM, 三阶非线性折射率(n₂)为9.0×10^-7cm²/GW, 可见该化合物具有较好的非线性光学性质, 为非线性光学材料的分子设计提供了一定的思路。

以α-C₁₆H₃₂, SO₃和二甲苯为原料, 经磺化、烷基化和中和反应合成了二甲苯基十六烷基磺酸钠。采用红外和质谱等手段对产物结构进行了表征, 并对产品的表/界面活性和泡沫性能进行了评价。红外、质谱等表征结果表明合成产物为二甲苯基十六烷基磺酸钠。产物的临界胶束浓度为0.006mol/L;所配制的弱碱三元复合体系与大庆采油四厂原油的界面张力最低可达3×10^-5mN/m;90天稳定性实验结果表明, 由二甲苯基十六烷基磺酸钠配制的弱碱三元体系具有良好的界面张力稳定性;其在矿化度为150mg/L的硬水中的起泡性和稳泡性均优于蒸馏水。

以降冰片烯二酸酐为起始原料, 经水解中和和催化加氢制备了双环[2.2.1]-庚烷-2,3-二羧酸钠。通过研究催化加氢步骤中催化剂种类、催化剂用量、反应温度和反应压力等关键因素对双环[2.2.1]-庚烷-2,3-二羧酸钠的收率和纯度的影响, 获得了适宜的反应条件。实验结果表明:催化剂雷尼镍可代替文献报道的价格昂贵的钯/炭催化剂完成催化加氢反应, 在反应温度为60℃、反应压力为5MPa的条件下进行催化加氢, 双环[2.2.1]-庚烷-2,3-二羧酸钠的收率大于95%;红外光谱及核磁共振分析表明, 所得加氢产物与双环[2.2.1]-庚烷-2,3-二羧酸钠结构特征吻合。

以丙烯酸(AA)、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)和甲基烯丙基聚氧乙烯醚(HPEG-2400)为单体, 以过硫酸铵(APS)和亚硫酸氢钠为引发剂, N,N'-亚甲基双丙烯酰胺(NMBA)为交联剂, 采用溶液聚合法制备了耐盐性能较好的高吸水性新型保水剂, 并用FTIR对保水剂进行表征。研究了不同单体配比、交联剂用量、中和度及温度等因素对其保水性能的影响。实验结果表明:当固定引发剂质量分数为1%, 单体质量比为AA:AMPS:HPEG-2400=10:3:4, 交联剂质量分数为0.02%, 中和度为60%, 温度为60℃时, 合成得到的保水剂在1%氯化钾溶液中的吸水能力达201g/g, 对去离子水吸水能力达1787g/g。

碳质材料催化臭氧氧化(CMs/O₃)体系具有除污性能强、臭氧利用率高和无金属溶出的特点, 但受制于CMs催化性能的易失性, 该方法目前仍处于实验室研发阶段。本文系统阐述了CMs/O₃体系的反应原理, 并认为表面催化氧化与均相羟自由基(HO·)反应是去除水中溶解性有机物的主要途径;详细分析了影响非均相反应机理与体系处理效能的关键因素, 并指出在反应过程中, 碳表面碱性活性点位的消耗与酸性含氧基团的累积可导致其催化性能的降低, 而选择以中孔结构为主的碳质材料, 优化溶液pH值和臭氧相对投加量等操作参数, 将有利于降低CMs内部的传质阻力, 显著提高对目标污染物的去除率。基于新近发表的文献, 本文综述了CMs/O₃对多种有机污染物和实际废水的处理效能, 并认为多壁碳纳米管(MWCNT)的引入与新型固着、负载技术的使用, 有望提升CMs/O₃在微污染水体深度净化领域的实用化水平。同时, 努力将CMs/O₃与现有技术相耦合, 建立经济、高效的组合工艺也是当前应用研究的重要方向。

微生物油脂是一种应用前景广阔的新型油脂资源, 具有制备功能性油脂和生物柴油的优点, 因此越来越受到人们的重视。但微生物油脂生产时所用原料成本高, 导致微生物油脂的产业化发展受到制约。因此寻找廉价易得的发酵基质将促进微生物油脂生产的工业化进程, 同时解决了日益严峻的能源与环境安全问题。本文简述了各种工业废水、剩余活性污泥及餐厨废弃物等废弃物的特点, 总结了产油微生物利用该类废弃物生产油脂的研究现状及可能存在的发酵工艺及经济成本问题, 指出了未来的发展方向是开发附加值产品及廉价高效的絮凝剂以降低油脂成本、探究利用微生物前期处理降解剩余污泥中的毒性物质、探讨酶与酸碱联合水解餐厨废弃物的工艺等。

随着我国工业水平的不断提高, 含有乙酸的废水产生量越来越大。乙酸的含量一般在1%～30%(质量分数), 使废水不仅表现为强酸性, 而且化学耗氧量高, 不易直接排放。乙酸与水不易分离也使乙酸废水在工业上难以处理, 研究从废水中回收乙酸的方法具有重要意义。本文简要介绍了近几年国内外从工业废水中回收乙酸的进展, 主要包括膜分离法、吸附法、萃取法、萃取酯化法、精馏法, 并分析了每种方法的优缺点以及当前的研究水平。指出:双极膜电渗析和渗透汽化法适合乙酸质量分数在1%左右的废水处理;吸附法和反应萃取法适用于乙酸含量在10%以下的废水处理, 30%以下的乙酸废水可以借助反应精馏进行分离。最后分析了膜分离法和吸附法处理含乙酸废水的工业应用尚需解决的关键问题。

四环素类抗生素以其突出的抗菌性能和较低的副作用而被广泛用于细菌感染疾病的治疗和控制, 污水处理系统作为环境中四环素类抗生素及其抗性基因的一个重要污染点源, 已引起广泛关注。尽管如此, 目前关于四环素类抗生素在污水处理过程中的降解行为及影响因子, 及其对降解微生物抗药性的选择性效应方面的研究还较少。在分析总结国内外四环素类抗生素污染现状基础上, 对污水处理过程中四环素类抗生素的去除行为及影响因素等进行分析, 探讨了其抗性基因在污水处理过程中的污染特征, 同时分析了四环素类抗生素对其抗性基因的诱导、演变和传播的影响, 并对今后的研究发展方向进行了展望, 以期为从污水处理系统达到控制和去除四环素类抗生素及其抗性基因提供方向和依据。

基于分子管理理念, 对脱有机硫复配型溶剂进行组成设计。采用两维溶解度参数理论, 筛选出与甲硫醇溶解度参数接近的溶剂作为复配溶剂中提高甲硫醇脱除率的组分;并根据胺的碱性、空间位阻效应对其与COS反应速率的影响规律, 选择具有较小空间位阻效应和适当强度碱性的环状胺类作为提高COS脱除率的溶剂组分。根据原料气的有机硫分布特点, 将所筛选的溶剂组分按一定比例配入N-甲基二乙醇胺(MDEA)中, 获得了两种复配溶剂(UDS-I, UDS-II)。脱硫实验结果表明, 对于COS占有机硫总量94%的天然气, UDS-I溶剂的COS脱除率较MDEA高出近44个百分点, 其净化天然气质量满足一类气的指标要求;对于甲硫醇占有机硫总量79%的焦化液化气, UDS-II溶剂的甲硫醇脱除率较MDEA高出近50个百分点, 其净化液化气的总硫含量满足民用液化气指标要求。

采用静态吸附法系统研究了纳米腐殖酸对重金属铬的吸附, 考察了吸附剂用量、吸附温度、振荡时间、溶液pH值等因素对纳米腐殖酸吸附含铬废水的影响;用N₂吸附-脱附实验表征吸附剂的比表面积及孔径;绘制了静态吸附等温线及吸附动力学曲线。实验结果表明:最优吸附条件为纳米腐殖酸加入量50g/L, 吸附温度30℃, 振荡时间20min, 溶液pH=5.0, 得到吸附率及吸附量分别为97.5%和157.52mg/g;其比表面积及平均孔径分别为150.6m²/g和6.5nm;纳米腐殖酸对铬离子的吸附符合Langmuir模型, 为单分子层吸附, 吸附过程是自发且放热过程;吸附过程动力学符合准一级动力学方程;连续循环使用4次后, 对铬离子的吸附量无明显改变, 表明吸附剂具有重复使用性。

实验采用常见的聚合氯化铝(PAC)、聚合硫酸铁(PFS)、聚丙烯酰胺(PAM)通过烧杯混凝实验进行除铅, 比较了3种絮凝剂对矿坑涌水中铅的去除效果;进而比较了3种絮凝剂分别组合之后对铅的去除效果, 筛选出既高效又经济的混凝剂组合, 并最终确定混凝剂组合为PFS和PAM。并且考察了投加顺序和pH值对组合混凝剂除铅效果的影响。结果表明:分别在最佳PAC、PFS投药条件下与PAM混用, 对含铅矿坑涌水的处理效果要比单独使用PAC、PFS任何一种絮凝剂效果好, PAM有利于提高PAC、PFS对铅的去除率。PFS与PAM组合除铅最佳工艺条件为:pH值为9.5, PFS投加量200mg/L, PAM投加量1mg/L, 投加顺序为快速搅拌时投加PFS, 慢速搅拌时投加PAM, 混凝反应时间14min, 静沉15min, 含铅矿坑涌水经该工艺处理后, 铅去除率可达99.05%, 出水铅浓度降至0.238mg/L, 达到国家污水综合排放标准(GB8978—1996)。

为实现制药工业低浓度含乙酸丁酯废水的资源化利用, 通过考察生物质及乙酸丁酯的初始浓度、萃取温度、萃取时间、相比(萃取剂与含酯废水的体积比)等因素对萃取率的影响, 建立了以液体石蜡为萃取剂的对含酯模拟废水的萃取回收体系。结果表明:生物质浓度对萃取效果影响不大, 当相比为1:1、时间15min、温度25℃时, 对含酯0.7g/100mL的模拟废水, 液体石蜡的萃取率可达98%。利用多级萃取, 将已负载乙酸丁酯的萃取剂液体石蜡继续处理新鲜废水, 验证了萃取剂对乙酸丁酯的富集能力强而稳定。通过选取适宜相比进行多级萃取, 可将乙酸丁酯富集于液体石蜡中, 从而明显降低后处理的能耗。对萃取相进行减压蒸馏, 可将乙酸丁酯从液体石蜡中分离出来。经检测, 蒸馏液为质量浓度约98%的乙酸丁酯, 且含水量低于0.1%, 可回用作药物提取剂;同时液体石蜡得以再生, 且萃取效果良好。