综述了近些年来快速发展的液滴微流控技术, 回顾了微流控系统中液滴的基本行为, 如液滴的生成、运动、聚并和分裂等研究进展, 重点探讨微液滴作为反应器其内部的流动、传质和反应过程, 以及液滴流微反应器已有的和潜在的重要应用价值。通过精确调控液滴在微尺度上的行为(产生、聚并与分裂、内部的混合与反应等), 使单个液滴成为新型受限空间内的微型间歇反应器, 而微通道内的液滴流进而形成了若干间歇反应器构成的连续流反应器新型式。除了微流控技术普遍具有的微小尺寸效应带来传质传热强化、易于放大等优势外, 液滴流微反应器还具有诸如避免试剂交叉污染、液滴内部可控混合、易于独立调控、便于高通量筛选或者制备等独特特点, 使得其在功能材料制备、化学合成以及生物化工方面有着广泛的应用。

催化裂化(FCC)工艺在重质油轻质化过程中发挥着重要作用, 而FCC提升管反应器的模型化是催化裂化新工艺与新装备的开发、催化裂化装置稳定操作与生产调优等常需做的工作。本文首先根据流动模型与反应模型不同的集成方式对提升管反应器流动-反应耦合模型进行了归纳与分类, 并回顾了国内外流动-反应耦合模型的研究历程, 指出了耦合模型的发展趋势;随后对当前研究较多的计算流体力学(CFD)流动-反应耦合模型进行了较为全面的阐述, 包括对耦合模型的应用场合、模型求解解耦方法的研究情况等均作了介绍, 同时还分析了该类耦合模型所存在的不足之处, 并指出工业提升管反应器在线采样技术的开发在耦合模型的验证工作上的必要性;最后, 对FCC提升管反应器流动-反应耦合模型研究进行了总结与展望, 以期能够为FCC提升管反应器模型化新方法的提出以及耦合模型的验证工作等研究给予借鉴和指导。

简述了分子筛催化剂上低碳烯烃异构化的单分子机理、双分子机理、假单分子机理及环状过渡态机理, 指出单分子机理和双分子机理更为大多数研究者所接受, 在低碳烯烃的异构化过程中单分子机理和双分子机理同时存在, 单分子机理是烯烃异构化的主要途径, 而双分子机理主要生成副产物。介绍了分子筛催化剂上低碳烯烃芳构化反应机理的研究进展, 指出低碳烯烃的芳构化是一个混合聚合的过程。另外, 介绍了低碳烯烃在金属改性的分子筛催化剂上的芳构化机理研究进展, 指出金属的引入导致了新的反应路径, 能有效提高烯烃的转化率和芳烃的选择性。

对近年来基于量子化学方法研究苯与短链烯烃烷基化反应机理的进展进行了综述。简要介绍了量子化学方法的相关软件及其应用。对于苯与短链烯烃发生烷基化时存在争议的协同机理和分步机理, 详细阐述了采用大小不同模型和计算方法对其进行研究的进展;由此可以展望量子力学/分子动力学(QM/MM)组合方法综合了量子化学理论和分子动力学理论的优点, 将成为研究化学反应机理的更有效方法。

对3D模型安全阀的超压泄放机理及气体动力学过程进行了模拟分析和试验验证。利用区域分组法和路径分析法, 对开启部件在超压泄放过程中的稳态流场参数进行了详细整理, 研究了速度、压力参数在内外流场选定路径上的分布以及开启部件的动态力平衡情况。对竖直(Y)方向各种力平衡问题的研究和比较, 证明了升力测试值为总力, 包括静态力和动态力两部分, 其中, 静态力占绝对优势;反冲(升)力中, 动态力起很大作用, 间隙力属于自平衡力系。动态力主要来源于密封面和反冲盘折边出口附近的高速气体流动。阀芯反冲(升)力也主要来源于静态力, 动态力影响较小。水平(X)方向力平衡参数研究结果表明, 对于反冲盘与阀芯分离结构, 阀芯处于严格的动态平衡中, 而反冲盘则可能存在水平方向的不平衡力, 可能导致阀芯开启和回座过程偏载。无论阀芯与反冲盘是整体还是分离式设计, 此偏载均可能导致开启回座偏差, 甚至引发颤振、频跳或密封面损坏。利用试验装置和新研制的传感器, 获取了试验开启过程中阀芯压力、升力、开启高度和反冲盘测点压力, 进一步计算了反冲盘和阀芯反冲(升)力的数值。试验和模拟结果对比表明, 数值模拟结果与传感器测试数据吻合, 为进一步研究内外流场及其动作机理奠定了基础。

用单纯形法对冷热电三联供系统用于办公楼宇时冬夏季典型日负荷下的运行策略进行优化, 优化目标分别为系统的一次能源消耗量最小、运行成本最小和二氧化碳排放量最小, 并对冷热电联产系统和分产系统进行了比较。结果表明:不同优化目标下, 系统的运行策略不同。冬季工况下, 以一次能源消耗量最小为优化目标时, 系统多采用以热定电的运行模式;在以运行成本最小或以二氧化碳排放量最小为优化目标时, 系统全天采用以电定热的运行模式;以三者加权最小为优化目标时, 系统多采用以热定电的运行模式。夏季工况下, 以一次能源消耗量最小为优化目标时, 分产系统的运行策略要优于联产系统;在以运行成本最小或以二氧化碳排放量最小为优化目标时, 系统全天采用以电定热的运行模式;以三者加权最小为优化目标时, 系统多采用以热定电的运行模式。

溶解度的实验和计算是固-液相平衡热力学研究的基础, 为工业结晶分离过程优化提供重要参数。本文以对乙酰氨基苯甲酸为目标溶质, 在标准压力下, 通过激光动态法在277.95~323.35K温度范围内, 测量其在甲 醇+乙醇混合溶剂中(乙醇质量分数0、20%、40%、60%、80%、100%)的溶解度, 分析了溶解过程中的热力学现象。实验数据用Modified Apelblat、修正的Jouyban-Acree两种热力学模型进行了关联计算。结果表明, 两种模型对对乙酰氨基苯甲酸的关联效果都很好, 其中Modified Apelblat、修正的Jouyban-Acree方程的计算值与实验值的平均相对偏差分别为0.702%和1.105%。通过热力学理论分析, 计算得到对乙酰氨基苯甲酸在混合溶液中溶解焓Δ_dH_m和溶解熵Δ_dS_m, 结果发现该溶解过程为放热过程, 焓变对溶解过程影响较大。

采用COMSOL-Multiphysics软件, 针对Fe基催化剂费托合成反应动力学特性, 建立了耦合流动、传热、传质、化学反应多物理场的二维数值计算单元模型, 研究微通道内的费托合成反应。重点研究了催化剂涂层厚度、冷却介质流速对微通道内传热传质、费托反应产物分布的影响规律。模拟结果表明:沿反应通道轴向方向, 催化剂涂层温度呈先升高后降低的趋势;随着催化剂涂层厚度的增加, 温度峰值出现的位置逐渐远离出口, CO转化率提高, CH₄的选择性增大, 而C₅₊的选择性逐渐减小;提高冷却介质流速有利于实现较好的温度控制, 显著降低CH₄的选择性, 提高C₅₊选择性;对于截面尺寸为0.6×0.6mm²、长度为200mm的微通道结构, 较佳的催化剂涂层厚度为0.1mm, 随着冷却侧冷却能力的增强, 较佳的催化剂涂层厚度变大。

研究了78.5L气升式环流反应器内部结构对流动性能的影响规律, 并给出最佳区间来为工业装置提供理论指导。利用Fluent软件建立数学模型与实验装置作对比, 模拟了不同气液分离区高度与外筒高度比、导流筒长度与外筒长度比和筒内外直径比对流动行为的影响规律。结果表明:数学模型和实验结果误差较小, 可以用来预测气升式环流反应器流动行为。气液分离区高度与外筒高度比值过大会导致环流阻力增大, 从而不利于流动, 比值为0.34~0.36时流动性能最佳;导流筒长度与外筒长度的比值增大可增加气含率和环流液速, 但是比值过大会引起气泡的聚合, 从而影响流动性能, 当比值为0.60~0.62时流动性能最佳;在一定范围内增加内外筒直径比会改善流动效果, 但环隙面积过小会增加环形阻力, 内外筒直径比为0.73~0.77时流动效果比较理想。

基于计算流体力学(CFD)方法, 应用Fluent软件中雷诺应力模型和离散相模型, 对重分散相颗粒分离旋流器壁面的磨损情况进行了模拟研究。结果表明, 旋流分离器壁面的磨损以局部磨损为主;在入口环形区域, 颗粒对壁面的主要磨损为冲击磨损;在圆筒体和圆锥体区域, 颗粒对壁面的主要磨损为磨削磨损;磨损最严重的部位在旋流分离器的底流口。入口环形空间磨损最严重的位置在圆周方向上100°~110°;圆柱筒体壁面的磨损成螺旋向下的带状分布;越接近锥体末端, 圆锥体壁面的磨损越严重, 在底流口处达到磨损峰值。旋流分离器内部颗粒浓度高的部位磨损严重;同时入口速度增加, 旋流分离器壁面各个部位的磨损率也会相应增大。这些结果为旋流分离器的设计及应用提供了一定的指导。

利用电厂循环流化床锅炉现有的结构和设备, 搭建提升管高度60m、内径400mm的超高循环流化床冷态实验台, 重点研究了流化风速和颗粒密度对提升管内轴向和径向空隙率分布的影响。实验结果表明:空隙率分布形式与流化风速和物料密度密切相关, 对于一定的床料高度, 在底部密相区一直有床料堆积的情况下, 随着流化风速的增加, 提升管底部密相区空隙率增大, 上部稀相区的空隙率减小并且其在径向的分布变得更加不均匀;在一定的流化风速下, 密度较小的物料将更多的被带入上部稀相区, 上部稀相区的空隙率减小, 其在径向分布将变得更加不均匀。

旨在开发一种热电制冷装置(TEC), 实现微电子设备芯片低于环境温度的冷却, 解决芯片超频运行后的散热问题。为了研究该装置的制冷效果, 将其串联在传统液冷散热系统中。通过搭建实验测试平台, 对该装置在不同环境温度、芯片不同热流密度、不同工况和不同制冷效率下的制冷性能进行了实验研究。研究表明, 维持热源表面温度与环境温度相等、TEC工作电压48V、风速3~5m/s的条件下, 散热能力可达7W/cm²。散热器工作在高环境温度(35℃)下, TEC能有效降低散热阻力, 提升最大散热量。当热流密度为23.78W/cm²、风速为5m/s时, TEC工作在16~48V电压值下, 热源表面温度最大降低5.4℃。实验研究同时显示, 传统液体散热系统对提升TEC能效比(COP)有较积极的作用。维持热源表面温度比环境温度高10℃、TEC输入电压4~48V、风速3~5m/s情况下, 最大能效比达3.5, 最大热流密度达到15W/cm²。

细颗粒物对环境和人体都会产生较大危害, 传统除尘设备无法高效脱除。超重力旋转填料床复合了多种除尘机制, 除尘效率高, 能耗低。本文采用平均粒径为2.25μm的粉煤灰模拟细颗粒物, 错流旋转填料床为湿式除尘设备, 搭建了中试规模的实验系统。提出了使用激光粒度分析仪测量粉尘粒度分布并计算分级效率的方法, 通过实验考察了转速、液气比和气量对错流旋转填料床分级效率的影响。研究表明, 分级效率随转速、液气比、气量的增大而增大, PM_2.5的脱除效率可达到96%, 为超重力湿法除尘的工业化推广提供有力的数据支撑。对分级效率曲线进行拟合, 相关系数R=0.9808。对比发现, 错流旋转填料床的分级效率高于一般湿式除尘器, 对微米级粉尘也有很高的脱除率, 可以高效脱除气体中的细颗粒物, 应用前景广阔。

我国油页岩资源储量大, 开发油页岩可以缓解我国石油短缺问题。但迄今少有研究对现有的油页岩炼制的能量利用情况和经济效益进行系统量化分析。本文以油页岩典型炼制工艺:抚顺炉工艺和瓦斯全循环炉工艺为案例, 对两种工艺建模和模拟, 根据模拟结果分析两种工艺物流和(火用)流情况, 分析单元中质量损失和(火用)损失的组成和主要因素。基于物流和能流对两种工艺进行经济性能分析。结果表明:以油页岩处理量为418t/h为基准规模, 抚顺炉工艺的(火用)损失比瓦斯全循环炉工艺的(火用)损失高出19.5%;经济方面, 瓦斯全循环炉工艺投资费用为16.9亿元, 较抚顺炉工艺的投资费用高5.1亿元, 但是瓦斯全循环炉工艺多生产5.4t/h页岩油和84.8MW电力, 所以其投资利润率为18.6%, 较后者提高了10个百分点。

利用微波化学试验装置研究了油页岩微波热解过程中挥发分析出特性, 考察了微波功率、热解温度、不同热解温度阶段和催化剂对气体组成的影响。结果表明:微波加热能够提高油页岩热解气中H₂、CO和C₂H₄的析出, 降低CO₂的析出;50%(1600W)微波功率时烃类的析出量最大;在150~350℃的低温阶段热解气的析出量大, 主要由吸附气体的释放, 不稳定支链和基团的分解产生;温度升高, 气态产物的析出主要由脱氢、芳构化、缩聚和自由基反应产生。催化剂促进了气体的析出, 但不同类型催化剂对油页岩热解气组成的影响不同, 分子筛的吸附作用促进二次分解和缩聚反应;黏土类催化剂在质子酸作用下促进有机质催化裂解加氢反应, 加快断链和基团的稳定;金属类催化剂是强吸波性介质, 能够提高升温速率, 促进热解反应, 其次促进氢自由基的产生和转移。

采用实验室气流床反应器, 在H₂O、O₂及其混合气氛, 900℃条件下进行了胜利褐煤气化实验, 研究了气化半焦的孔隙结构特征。结果表明, 在所有气氛下, 半焦的吸附等温线均属于第II类型, 吸附回线为H3型, 褐煤气化半焦具有连续的较完整的孔体系, 孔隙结构类似。反应气氛影响气化半焦的孔径分布, 半焦中的大孔在3种气氛下均较少, 中孔从多到少的顺序是:H₂O > O₂ > H₂O+1%O₂, 微孔与之相反。在水蒸气气氛下, 随水蒸气浓度增加, 半焦的比表面积先增大后趋于稳定。添加1%O₂后, 比表面积提升30多倍。低浓度O₂气氛下, 随O₂浓度的增加, 比表面积呈线性增长。褐煤转化率与微孔容积和总孔容积的比值以及比表面积的关系式为X=0.196(V_m/V)+45.651, X=0.037S+48.066。

随着电炉炼钢的快速发展, 作为其原料的直接还原铁的需求量日益增大, 对直接还原特性和机理的研究变得越来越迫切, 过去的研究主要集中在工艺条件和节能减排方面, 对反应控速模型的比较相对较少。本文在950~1100℃的N₂气氛下, 研究了还原温度对含煤球团还原速率的影响, 并结合XRD技术对还原产物的物相转换进行了分析。同时基于热重实验, 应用不同控速模型方程计算了直接还原过程反应动力学参数, 并与实验结果进行了对比。结果表明, 温度对还原过程起着至关重要的作用, Fe₃O₄还原生成FeO在950℃以下已经开始了, FeO的还原主要发生在1000℃以上, 从950~1100℃还原速率迅速增加。通过模型对比, 认为还原过程由三维气相扩散控制。

采用不同萃取液对新疆准东高钠煤进行逐级萃取实验, 分析了煤中钠的存在形式。分别检测了不同温度下五彩湾煤原煤以及815℃下不同萃取方式处理的煤燃烧后煤灰中钠的含量, 研究了五彩湾煤燃烧过程中钠的迁移释放规律。并且对传统灰分分析方法和微波消解-电感耦合等离子体原子发射光谱仪分析法(微波消解-ICP-AES分析法)测量煤中钠含量进行了比较。实验结果表明, 新疆高钠煤中钠主要为水溶钠。五彩湾煤燃烧过程中, 钠的释放主要发生在815℃之前, 并且以水溶钠和有机钠的释放为主。不同存在形式的钠在燃烧中存在转化, 主要表现为水溶钠向不可溶钠的转化以及不可溶钠向有机钠的转化。通过比较, 微波消解-ICP-AES分析法对煤中钠含量的分析更准确。

灰熔融特性对煤与生物质共气化意义重大。为探索生物质对褐煤灰熔融特性的影响规律, 向呼盛褐煤中分别加入不同质量比例的花生壳、玉米秸秆和松木屑, 采用ALHR-2型智能灰熔点测定仪对混合灰样的灰熔点进行了测定, X射线荧光仪(XRF)和X射线衍射仪(XRD)分析了灰熔融特性变化的原因。结果表明生物质能够在一定程度上降低呼盛褐煤的灰熔融温度, 这与生物质灰分含量以及混合灰样化学组成有关, 且生物质掺混比例与混合灰熔融特征温度呈现非线性关系;莫来石的生成和消失使花生壳与呼盛褐煤混合灰样和玉米秸秆与呼盛褐煤混合灰样的灰熔融特征温度出现了波动;高熔点硅线石含量的降低、低熔点钙长石含量的增加、以及低熔点白榴石和斜辉石的生成导致了松木屑与呼盛褐煤混合样灰熔融特征温度降低。

煤的催化气化在国内外已被广泛研究, Ca作为一种对煤气化反应具有催化作用的碱土金属催化剂也受到许多研究者的关注。本文总结了可作为煤气化反应催化剂的Ca的类型, 论述了Ca催化煤气化反应的机理, 分析了影响Ca催化作用的主要因素, 指出当Ca与其他物质共同作为煤气化反应的催化剂时, 往往可以产生协同效应, 更有效地催化煤气化反应的进行。同时提出了今后在Ca催化煤气化反应方面所应进行的研究内容, 认为进一步探讨Ca在煤气化反应过程中发生的催化机理, 开发使用廉价的石灰石、熟石灰, 并且与其他物质, 尤其是纸浆黑液共同作为煤气化反应的催化剂很有必要。

稀土异戊橡胶催化剂的活性研究不但具有实际应用价值, 也具有重要的理论意义。本文回顾了自稀土异戊橡胶催化剂面世至今的50年间, 其催化活性的实验研究与理论研究进展情况。分析表明, 虽然实验研究使活性提高了至少两个数量级, 但催化剂中稀土金属的利用率只有10%左右, 理论上活性至少还有9倍左右的提升潜力, 而近年来关于活性的实验研究进展不大;另外, 最近基于量子化学计算的催化剂活性理论研究表明, 密度泛函、相对论效应、有效芯势等理论与方法提高了镧系稀土化合物计算的准确性与高效性, 为其理论研究创造了条件。指出未来研究的发展方向是将实验研究与理论研究相结合, 建立催化剂活性与结构间的定量构效关系, 用以指导稀土异戊橡胶催化剂的优化设计。

CO₂催化加氢甲烷化反应是温室气体CO₂资源化利用的有效途径之一。本文回顾了CO₂催化加氢甲烷化催化剂的研究现状, 其中Ni基催化剂是研究最为广泛的CO₂甲烷化催化剂。重点介绍了Al₂O₃、SiO₂和La₂O₃载体及CeO₂和La₂O₃助剂等对Ni基催化剂CO₂甲烷化性能的影响, 阐述了载体的结构、电子性能、化学性能和助剂等对Ni基催化剂CO₂甲烷化性能的影响。结合几种非Ni基CO₂甲烷化催化剂的对比研究发现, 具有有序介孔结构的Co基催化剂也表现出了优越的CO₂甲烷化性能。由此表明, 催化剂新颖的结构也是影响CO₂甲烷化性能的重要因素, 通过催化剂结构、组成等的调变, 能实现CO₂低温高效甲烷化, 为CO₂甲烷化工业化进程奠定基础。

介绍了用于催化甲醇制烯烃的SAPO-34分子筛合成的研究近况。SAPO-34分子筛的合成过程是影响其晶粒尺寸、酸性强弱等物化性能的重要因素, 因而是影响其催化性能的关键因素。本文详细叙述了原料配比及其种类、模板剂、F^-等合成因素对SAPO-34分子筛物化性能及其MTO反应催化性能的影响。针对SAPO-34合成及其催化性能优化的新技术, 综述了SAPO-34分子筛的金属改性及其超声波、微波辅助合成的特点和效果, 指出通过研发新的模板剂及其助剂、改性或制备新工艺进而改善分子筛的酸性、提高其烯烃选择性、延长催化反应寿命、降低合成成本是SAPO-34今后研发的重要方向。

以钴、钯为活性金属, 分别采用浸渍法和溶胶-凝胶法制备了Co-Pd/TiO₂催化剂, 考察了不同制备方法制备的Co-Pd/TiO₂催化剂对CH₄-CO₂梯阶转化直接合成C₂含氧化合物的影响。利用XRD、XPS和N₂-吸附-脱附对催化剂进行了表征。结果表明:两种方法制备的催化剂反应前与反应后表面织构都存在较大变化, 且催化剂中均存在CoTiO₃物种, 这是活性金属Co与载体TiO₂之间发生强相互作用, CO²⁺替代TiO₂晶格中的Ti⁴⁺的结果;CoO和金属Pd可能是该反应的活性中心;反应前与反应后溶胶-凝胶法制备的催化剂的表面Co含量均低于浸渍法制备的催化剂, 而表面Pd含量则均高于浸渍法制备的催化剂, 且溶胶-凝胶法制备的催化剂各种产物的生成速率均高于浸渍法制备的催化剂, 因此, 与浸渍法制备的催化剂相比, 溶胶-凝胶法制备的催化剂具有更好的催化活性。

采用溶胶-凝胶法制备了HZSM-5分子筛负载SO₄^2-/TiO₂固体超强酸催化剂, 利用直接酯化法催化合成三羟甲基丙烷油酸酯。通过IR、XRD、BET、SEM对催化剂进行了表征, 结果表明TiO₂以纳米颗粒的形式附着于HZSM-5分子筛表面, 且负载后催化剂的比表面积高达309.2m²/g, 比HZSM-5分子筛提高了45.6m²/g, 且催化剂具有强酸性(-13.8< H₀ < -12.14)。探讨了沉淀pH值、焙烧温度、焙烧时间等催化剂制备条件对SO₄^2-/TiO₂-HZSM-5固体超强酸催化剂催化三羟甲基丙烷油酸酯酯化反应活性的影响。结果表明在沉淀pH=8、硫酸的浸渍浓度为0.5mol/L、浸渍时间为30min、焙烧温度为550℃、焙烧时间4h的条件下, SO₄^2-/TiO₂-HZSM-5固体超强酸催化剂催化活性最高, 三羟甲基丙烷油酸酯的酯化率高达97.6%;抗乳化性能良好, 油水分离时间为5min。SO₄^2-/TiO₂-HZSM-5固体超强酸催化剂在重复使用6次的情况下, 酯化率下降8.8%, 催化剂的重复使用性能良好。

聚苯胺/聚丙烯酸(酯)复合材料具有良好的可加工性、成膜性、附着力、电学性能以及防腐蚀性能。本文回顾了国内外在聚苯胺/聚丙烯酸(酯)混合复合材料和聚苯胺/聚丙烯酸(酯)聚合复合材料等方面的研究工作, 介绍了各种聚苯胺/聚丙烯酸(酯)复合材料的制备方法、性能及应用, 并比较了这些制备方法的优缺点。分析结果表明:混合复合法工艺简单、易于控制、适用范围广;聚合复合法将聚苯胺和聚丙烯酸(酯)在分子水平上结合, 使聚苯胺和聚丙烯酸(酯)的优异性能得以综合发挥;而互穿网络聚合法通过网络互穿实现了两种差别较大的分子链的强制相溶。提出在分子水平上的复合是聚苯胺/聚丙烯酸(酯)复合材料研究的主要发展方向。

两性聚丙烯酰胺属于两性聚电解质, 是一种新型功能高分子。本文首先阐述了两性聚丙烯酰胺的结构和特性, 包括等电点、电荷密度、分子链形态、浊度、黏度、吸附特性等;接着概括了目前较为普遍的两性聚丙烯酰胺的合成反应, 包括大分子改性、接枝共聚、阴/阳离子单体共聚, 以及丙烯酰胺与甜菜碱型单体共聚;还总结了两性聚丙烯酰胺的合成方法, 包括:水溶液聚合、反向乳液聚合、反向微乳液聚合、悬浮聚合、辐射聚合等;最后总结了其在各领域的应用, 尤其是在造纸工业中的助留助滤和纸张增强等应用。

植物纤维素是天然的可再生资源, 对纤维素的改性利用一直是研究的热点。本文简要介绍了纤维素的结构与性质, 综述了纤维素的改性方法, 包括物理改性、化学改性和生物改性等, 其中化学改性是最主要的方法, 包括酯化、磺化、醚化、醚酯化、交联和接枝共聚等, 通常涉及其结构中羟基的一系列反应。通过改性, 引进了一系列离子型基团, 有利于增强纤维素的亲水性。经改性后的纤维素与之前相比, 结晶度和聚合度明显降低, 可及度明显提高, 无论物理性质还是化学性质都表现出更大的优越性。其后回顾了纤维素衍生物在食品、造纸以及建筑行业中的一些研究应用成果, 阐述了其在医药及废水处理等方面的研究进展, 并展望了纤维素衍生物的发展前景。

MOFs核壳结构材料是近十几年来化工材料领域的研究热点, 其中MOFs可作核, 亦可作壳。本文从不同的核出发综述了以MOFs为壳的核壳结构材料的合成方法, 如外延生长法、后合成修饰法等;概述了其展现出优于核层与壳层的特性(如选择性分离、催化性、磁性等)及以 MOFs为壳的核壳结构材料在气体吸附、催化剂、磁性分离等应用上的研究, 这给MOFs复合材料的产业化带来很大的潜力;而内核主要包括单质金属及非金属类内核、氧化物类内核、MOFs类内核;最后对MOFs为壳的核壳结构复合材料合成方法的改进和拓展、结构均一稳定、多功能化的发展作了展望。

以三硫代碳酸二(α, α'-二甲基-α-乙酸)酯(BDATC)为链转移剂, 以苯乙烯、马来酸酐、丙烯酸为原料, 通过可逆加成-断裂链转移(RAFT)合成了双亲嵌段共聚物PSt-b-P(St-alt-MA)-b-PAA。通过选择性溶剂N, N-二甲基甲酰胺(DMF)诱导聚合物进行自组装, 利用紫外-可见光光度仪、纳米激光粒度仪详细研究了共聚物中亲疏水嵌段长度、初始浓度、体系pH值对聚合物自组装行为的影响。通过化学交联的方法制备得到了聚合物交联胶束, 利用透射电镜表征了形貌与尺寸, 研究明确了其形状和尺寸的稳定性。结果表明, 上述因素均会影响共聚物的自组装行为和自组装胶束的形态, 经乙二胺交联得到的交联自组装胶束平均粒径为145.4nm, 并具有良好的形状和尺寸稳定性。

同轴静电纺丝法制备的聚乳酸-乙醇酸(PLGA)纳米纤维具有良好的生物相容性和生物可降解性, 加之其高孔隙率和高透氧率, 使其能成为优良的药物载体。本文初步摸索了PLGA的同轴静电纺丝的工艺条件, 并通过同轴静电纺丝法制备了PLGA载氟比洛芬酯(FA)的纳米纤维膜, 应用扫描电子显微镜、红外光谱分析观察纤维的表观形貌并确定其微观结构。重点探究了不同溶剂配比的混合溶剂对载药纤维膜药物释放性能影响。研究结果表明在U⁺为+15.00kV, U^-为-2.50kV, 接受距离为15cm, 壳层推进速度为0.4mm/min, 芯层推进速度为0.1mm/min进行静电纺丝时, 所制备的PLGA(壳)/PVP+FA(核)复合载药纤维膜壳核结构良好, 且成功载了约0.5%的FA。当改变壳层混合溶剂(DCM和DMF)和芯层混合溶剂(无水乙醇和DMF)体积比时, 纤维直径会随着DMF的减少而增大。

以K/γ-Al₂O₃作催化剂, 丙酸甲酯(MP)为原料高效合成了甲基丙烯酸甲酯(MMA), 考察了反应温度、MP质量分数、甲醛来源、K负载量、原料摩尔比及催化剂煅烧温度对反应的影响。结果表明, 反应的最佳工艺条件为:反应温度320℃, MP质量分数20%, 三聚甲醛作甲醛来源, 催化剂K负载量为12.5%, MP与甲醛的摩尔比为1:1, 催化剂煅烧温度为1100℃。在此条件下, MMA收率为39.2%, 选择性为76.1%。进一步研究表明, 随着焙烧温度的升高, Al₂O₃的晶型也发生转变, γ-Al₂O₃比α-Al₂O₃的活性高, K-O-Al键的生成有利于催化剂性能的提高。

丙交酯作为合成聚乳酸(PLA)的中间体, 其化学及光学纯度决定着PLA的品质。本文阐述了以乳酸为原料, 两步法制备丙交酯过程中温度、压力、反应时间、催化剂种类及用量等工艺条件对最终产品收率及纯度的影响。针对高温裂解所引起的问题, 提出采用新技术、新型反应设备及开发高效均相催化剂等方法使反应在较温和的条件下进行。同时, 对溶剂重结晶法、萃取法、精馏法及熔融结晶法在丙交酯提纯上的应用及特点作了介绍, 指出综合各种精制技术的耦合法精制工艺路线将具有较好的发展前景, 而将熔融结晶技术与其他方法相耦合则是一种更为绿色可行的技术路线。最后, 指出不断研发新的绿色提纯工艺技术, 仍是丙交酯合成技术的关键所在。

高取代度乙酸酯(DS>2)由于其热塑性及疏水性, 在高分子领域应用广泛。以大米淀粉为原料, 对甲苯磺酸为催化剂, 在冰乙酸/乙酸酐体系中, 采用了超声强化方法制备高取代度乙酸酯淀粉, 并用FTIR、XRD 和SEM对产物进行表征。考察了超声作用时间、超声温度、超声功率对大米淀粉乙酸酯取代度(DS)的影响, 并用响应面法对超声条件进行了优化, 得到的最佳工艺如下:超声时间为15.67min, 超声温度为31.33℃, 超声功率为85.60W, 在此条件下, 得到的乙酸酯淀粉的取代度为2.77。由FTIR图谱可知, 乙酸酯淀粉在1750cm^-1、1433cm^-1、1375cm^-1及1239cm^-1处出现了乙酰基的特征峰, 证明成功地制得了高取代度乙酸酯淀粉。XRD和SEM结果表明, 乙酰化后淀粉的结构完全被破坏。研究结果为高取代度淀粉乙酸酯的工业生产提供了依据。

以异长叶烯为原料合成香料异长叶烯酮, 选取富氧空气中氧体积分数、气体通量、反应时间、反应温度4个因素, 采用L9(34)正交试验设计优化反应条件。利用Minitab软件分析确定适于工业化生产的最优反应条件为:富氧空气中氧体积分数35%, 气体通量60mL/min, 反应时间8h, 反应温度60℃;反应转化率达61.79%;目标产物收率达55.49%。此外, 考察了反应体系含水量对该反应的影响, 结果显示含水量对反应转化率及产物生成率有较大影响。本实验研究了该氧化反应的动力学过程, 确定该反应为一级不可逆吸热反应, 其反应活化能为64.92kJ/mol, 为该反应过程的工业化生产奠定基础。

以2, 4-二氯-1, 3, 5-三硝基苯(DCTNB)和2, 4, 6-三硝基氯苯(苦基氯)为原料, 在活化铜粉的催化下, 通过混合乌尔曼反应合成2, 2', 2", 4, 4', 4", 6, 6', 6"-九硝基三联苯(NONA), 利用柱色谱将目标产物与其他副产物进行了分离。采用红外光谱、质谱和核磁共振氢谱对目标产物及主要副产物的结构进行了表征, 结果表明目标产物为NONA, 主要副产物为六硝基二联苯(HNB)和十二硝基四联苯(DODECA)。利用DSC对NONA进行了热分解研究, 结果表明NONA的热分解温度为380℃, 证明合成的NONA具有良好的热稳定性。本工艺采用更加经济的DCTNB代替二溴三硝基苯作为原料更加经济, 反应条件更加温和, 具有良好的应用前景。

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。

高含固厌氧消化具有所需反应器体积小、能量需求低、沼渣产量少以及沼渣后续处理简便等优点, 是实现固体废弃物资源化的重要途径, 因此对高含固厌氧消化性能的认识非常重要。本文重点阐述了原料、接种、含固率、温度、碳氮比和颗粒粒径等影响高含固厌氧消化性能的主要因素及其研究进展, 指出这些因素通过改变启动性能、甲烷产量、挥发性固体(VS)降解率和系统稳定性等对高含固厌氧消化过程产生影响, 且每个因素对消化性能的影响都至关重要。此外还指出, 对污水厂剩余污泥的高含固厌氧消化将会成为我国颇具应用前景的处理技术, 并从各个影响因素出发对高含固厌氧消化技术的实施提供了运行参数和优化措施, 以期为高含固厌氧消化技术的进一步完善提供借鉴。

现有的薯蓣皂素传统生产工艺具有工艺简单、易操作的优点, 但在产率、能耗及环境污染等方面存在较大问题。本文综述了国内外薯蓣皂素清洁化生产工艺的研究进展, 介绍了两类清洁化生产工艺——传统无机酸水解改进工艺和非无机酸水解工艺, 着重概述了发展前景较好的非无机酸水解工艺, 包括离子交换树脂催化法、离子液体催化法、生物转化法以及热分解处理法, 并比较了不同工艺的优缺点。指出传统无机酸水解改进工艺虽能减少无机酸对环境的污染, 大部分还能提高皂素产率, 但废水废渣的问题仍然没有解决;非无机酸水解工艺几乎零污染排放, 但存在产率低、成本高等不足。本文同时简述了从黄姜提取皂素过程中废水废渣的综合利用方法, 总结了清洁化生产工艺和废渣利用中存在的问题, 提出未来应以提高非无机酸水解工艺的皂素产率为研究重点, 并对废渣的资源化利用不断进行探索和开发。

大量研究表明, 可溶性有机质因自身的醌呼吸结构能够作为氧化还原体来催化转化多种有机和无机化合物, 然而其影响机制尚未完全了解, 因此需要更深层次的研究以阐明限制可溶性有机质介导化学和生物转化有机污染物的机理。本文以硝基芳香化合物为例, 全面阐述了其化学和生物降解机理以及可溶性有机质作为氧化还原电子穿梭体对其还原转化过程介导作用的研究进展;回顾了各种因素影响可溶性有机质催化转化硝基芳香化合物的效果, 并寻求氧化还原效率较高的可溶性有机质促进污染物的消减, 从而提高可溶性有机质对催化降解硝基芳香化合物的实际应用性。

在鼓泡式CO₂吸收和再生装置中, 研究了N-甲基二乙醇胺(MDEA)/乙醇胺(MEA)、MDEA/乙醇胺基甘氨酸(MEAGLY)和MDEA/乙醇胺基肌氨酸(MEASAR)混合吸收剂的沼气CO₂吸收及再生特性。结果表明:混合吸收剂的沼气CO₂吸收速率随MEA、MEAGLY和MEASAR等添加剂添加量的增加而提高, 但再生速率却呈现下降趋势。再生过程中, 吸收剂在升温阶段均发生了CO₂再生, 且混合吸收剂再生效果要优于单一吸收剂。综合考虑CO₂吸收速率、再生速率和CO₂循环携带量, MDEA与活化剂质量配比为3:2时所组成的混合吸收剂的沼气CO₂吸收-再生综合性能最优。沼气CO₂分离成本对比分析显示, 与质量分数为30%的MEA相比, 总质量分数为30%的MDEA/MEAGLY(3:2)和MDEA/MEA(3:2)的CO₂分离成本可分别下降约12%和30%, 在未来具有替代MEA进行工程应用的潜能。

聚氨酯是一种重要的合成材料, 其成分之一是甲苯二异氰酸酯(TDI)。在重溶剂法生产TDI的过程中, 每年会产生数千吨的副产物焦油残渣, 该残渣的回收利用十分必要, 具有较大的经济价值和生态价值。通过傅里叶变换显微红外光谱仪(FTIR)和磁悬浮热重分析仪(TGA)分析残渣的成分, 设计合理的实验, 水解残渣中的间苯二甲酸二乙酯(DEIP)得到高纯度的间苯二甲酸(IPA)产品。分别考察了影响IPA收率的多个因素:反应温度、反应时间、碱配比、原料颗粒大小等, 以及避免生成杂质的反应条件。拟合计算了焦油中DEIP的水解反应动力学参数:反应级数为3, 活化能为69.086kJ/mol。总结了工业生产的反应条件是:焦油残渣粉碎至平均粒径150μm, NaOH与残渣的质量比为0.3, 在90℃的水中反应3h。

臭氧氧化可以有效去除诸如药物及个人护理品(PPCPs)等新兴有机污染物, 但去除效果受污水出水水质波动的影响。本研究选择了腐殖酸(HA)、牛血清蛋白(BSA)和海藻酸钠(AGS)3种典型有机物作为模型污水出水有机物(EfOM), 从降解速率和矿化程度两方面出发, 考察了EfOM对臭氧氧化去除一种常用抗精神病药物残留舒必利(SP)的影响。结果表明, 臭氧氧化能有效降低水溶液中SP的浓度, 在各反应条件下, 反应8min后去除率均可达85%以上。然而, 在研究条件下, 臭氧氧化对SP的矿化效果不佳, 反应25min后的TOC去除率小于10%。加入HA和BSA后, SP的臭氧氧化反应受到抑制, 随着HA和BSA浓度的增加, 臭氧氧化SP的反应速率逐渐降低, 反应溶液的矿化程度有所提高;而浓度为0~3.0mg/(L TOC)的AGS对臭氧氧化SP的影响较小。

以H₄SiW₁₂O₄₀及可溶性淀粉为起始原料, 原位合成了H₄SiW₁₂O₄₀@C 光催化剂, 并采用SEM、EDS、XRD、FTIR、UV-vis、BET对其进行了表征。对 H₄SiW₁₂O₄₀@C协同UV/H₂O₂降解罗丹明B废水工艺进行了研究, 考察了不同因素对降解效果的影响及协同效应, 并探讨了催化氧化反应机理。研究结果表明:UV-SiW20@C-H₂O₂体系能高效快速降解废水中的罗丹明B, 产生了明显的协同效应。在优化工艺条件下, 即在250mL初始pH值为3、质量浓度为100mg/L的罗丹明B废水中, SiW20@C催化剂0.15g、H₂O₂浓度14mmol/L、温度25℃、高压汞灯功率500W、紫外照射70min条件下, 罗丹明B脱色率达到了95.78%。紫外可见光谱和HPLC结果显示, 罗丹明B分子结构被破坏, 分解成了含苯环结构等有机小分子。此外, SiW20@C催化剂还具有较好的重复使用性能。

浸取废弃电路板中铅、锡、锑等金属的主要方法是利用传统加热辅助湿法冶金, 但通常耗时长、效率低。为了解决这一问题, 本文提出了一种用微波代替传统加热方式、辅助湿法冶金浸取金属的新方法。结合氧化熔炼技术的原理, 采用微波辐射废弃电路板粉末, 探索了以下几个因素对金属浸出率的影响:氧化浸取过程中的NaNO₃用量、NaOH用量、微波功率、微波辐射时间、Na₂S浸取过程中的水用量、微波辐射时间。在实验研究基础上得到的最佳工艺条件为:氧化浸取过程中NaNO₃与金属粉末的质量比为3, NaOH与金属粉末的质量比为5, 微波功率为800W, 微波辐射时间为6min;Na₂S浸取过程中液固比为3, 微波辐射时间为20s;此时铅、锡、锑的浸出率分别是92.37%、94.4%、88.13%。较之传统氧化熔炼技术, 该方法反应速率加快, 金属浸出率提高, 产生废液少, 具有方便高效、绿色环保的特点。

介绍了当前电子废弃物中常用的浸金方法及其优缺点, 分析了电子废弃物中硫代硫酸盐法浸金的研究现状。针对这一研究现状, 本文采用碱性Na₂S₂O₃溶液中添加Cu²⁺的方法, 对废旧IC(integrated circuit)芯片中金的浸出进行了试验研究。通过对IC样品进行机械预处理、粒度分析、解离度分析、化学预处理和浸金试验, 探讨了Na₂S₂O₃浓度、Cu²⁺浓度、NH₃浓度、浸出温度、浸出时间和反应液固比6个因素对金浸出率的影响。试验得出最佳浸金条件为:Na₂S₂O₃浓度0.3mol/L, Cu²⁺浓度0.03mol/L, NH₃浓度0.5mol/L, 添加3.5g/L的Na₂SO₃作为稳定剂, 浸取温度50℃, 浸取时间2.5h, 液固比10:1, 在最佳浸出条件下, 金的最高浸出率为92.25%。与传统方法相比, 该方法具有浸出速度快、浸出液无毒、操作简单等优点, 是一种具有开发潜力的电子废弃物浸金方法。