油页岩是一种非常规能源,世界储量巨大,作为石油的补充能源,开发前景广阔.油页岩在隔绝空气条件下加热至500℃左右,会热解生成页岩油,经加工处理后可以制得汽油、柴油等油品.油页岩也可直接燃烧,产生蒸气、发电,目前利用油页岩燃烧发电的国家有爱沙尼亚、中国、德国等.本文介绍了世界主要油页岩国家的油页岩储量和加工利用情况,目前世界上利用油页岩干馏制取页岩油的国家主要有3个,中国(产量80万吨)、爱沙尼亚(产量50万吨)和巴西(18万吨),其他国家略有生产.中国页岩油产量一直居世界首位,目前有将近10座油页岩干馏厂投入运行,其中抚顺矿业集团年产页岩油35万吨,全国居首,该公司引进的日处理颗粒油页岩量6000t的ATP干馏工艺,目前已经在调试中阶段性运转,并逐渐延长连续运转时间,山东龙口等其他地方的油页岩加工利用也取得很大进展.美国目前没有进行油页岩干馏炼制页岩油的工业化生产,但有多所大学、公司和研究所已经对油页岩进行了长期的地上和地下干馏工艺的研究和开发.文中还介绍了国内外油页岩干馏的3种主要炉型,分别为块状页岩气体热载体干馏炉、颗粒页岩固体热载体干馏炉和粉末页岩流化干馏炉,并对比了不同国家的干馏炉型的优缺点.

中国油页岩资源丰富,换算成页岩油储量高达476亿吨.目前中国页岩油生产企业仍然采用以抚顺炉为主的干馏技术,该技术成熟稳定,但油收率不高.本文介绍了目前国内已投产运行和即将工业化的干馏技术以及曾经投入生产、后因多种原因停产的干馏技术.分析表明,我国油页岩产业正处于技术快速发展和产业成长阶段:为显著提高油收率,针对抚顺炉的改进技术已有一些进展,自主研发的成大气体热载体干馏工艺已经开始商业化运行,我国自主知识产权的固体热载体干馏技术出现.但依然存在诸多问题:国内干馏炉单炉处理量小、油收率偏低、半焦无法利用等问题亟需解决,国内固体热载体干馏自主技术依然处于试验阶段,引进国外先进的干馏技术尚没有实质性进展,国内页岩油回收技术亟待改进,油洗技术亟需完善和推广.

在发酵法生产氨基酸的过程中,需要后续工艺对发酵液进行分离纯化以提取目标产物.电驱动膜过程正逐渐成为该领域研究与应用的热点.本文介绍了近年来国内外普通电渗析(ED)、双极膜电渗析(BMED)、离子取代电渗析(ISED)、电复分解反应器(BMT)等常见的电驱动膜过程在氨基酸发酵液处理中的研究进展,简述了常见的膜堆构型及其工作原理、特点与应用实例.分析表明电驱动膜过程可以实现混合氨基酸分离、无机盐脱除以及氨基酸的制备,膜堆结构、操作参数的优化以及新型分离膜的研究与应用可以提高过程性能.同时也指出目前该领域的研究尚处于实验室研究阶段,研究对象以模拟发酵液为主,规模化应用的报道还不多见.但是可以预见高效、环保的电驱动膜过程将会在氨基酸发酵液处理中发挥重要作用.

对近几十年国内外剖分式机械密封的结构设计及理论研究状况进行了综述性研究,分析归纳得出:剖分面密封形式包括自然断口连接密封、填充密封垫密封以及光滑面接触密封;定位方式分为断口搭接定位、外力辅助定位、定位件辅助定位、密封环座定位以及安装工具辅助定位;剖分式弹性辅助密封圈则通过搭接式、插接式、扣式以及标准件组合式连接形成整环.深入分析表明:剖分式机械密封技术领域还存在结构设计不够优、理论研究不够深、测量方法不够准、性能指标未定制和制造技术需提高等问题,通过开展剖分式机械密封端面温度、变形及泄漏模型研究,建立设计方法,制定性能指标,开发有效的测试技术和高效可行的制造工艺,是解决上述问题的关键,也是未来一段时间的主要任务.

溶解度是物质十分重要的一种理化性质,其在化工过程、药物和环境等领域的重要性不可忽视.定量结构-性质关系(quantitative structure-property relationship,QSPR)在化合物溶解度预测中得到广泛的应用.本文介绍了QSPR方法建立溶解度预测模型的研究进展,在总结各类分子描述符和构建溶解度预测模型方法的基础上,分别归纳出三类分子描述符(组成描述符、试验参数及理论计算描述符)和建模方法(线性、非线性及两者联合法),并从不同角度分析它们各自所拥有的特点,比较三类建模的优缺点.最后论述了当前溶解度QSPR研究中存在的不足及未来溶解度预测模型的发展趋势,指出溶解度的预测模型精度有待进一步提高,今后应更关注对化合物在不同pH值、温度、溶剂等更复杂情况下的溶解度预测.

散热器的散热性能是影响电子元件使用寿命与安全性的重要因素,热管以其空间尺寸小、冷却能力高、无需消耗动力等优点在高热流密度元件的散热技术领域得到广泛应用.文中总结了热管散热器整体结构设计的创新尤其是热管的不同排布和组合,研究了热管元件性能的提高包括热管内部吸液芯的改进、复杂结构吸液芯的制造,分析了纳米流体工质的引入对换热效果的强化,介绍了散热器热性能分析和参数优化的相关方法.通过分析总结国内外研究成果,提出了新概念热管散热器的结构设计、纳米流体理论模型及复合吸液芯的加工制造等方面的发展趋势与展望.

通过TEB雾化喷嘴制造流化床团聚结构,利用层叠筛分方法对原始颗粒、成核聚团、黏结聚团、糊状聚团4种结构加以尺度区分,成功地实现了不同团聚阶段的分区域辨识.实验选取团聚结构最为稳定的异质共存区域为研究对象,对其黏结过程的表观结构特性和组织特性进行了分析.研究结果表明:成核聚团是诱导黏结聚团产生及增长的基本元素,团聚结构的黏结增长导致结构孔隙度随之增加,随着注入液体对孔隙结构的不断填充,结构逐渐趋于饱和,共存区域内任何尺度的团聚结构黏结增长速率均相同;尽管在异质共存区域内的团聚结构处于同一流化条件下,成核聚团及黏结聚团两者的水分含量及固体体积分数却表现出了明显的差异.

目前,对离心萃取器的研究多采用计算流体力学方法,为定性研究;对其转筒区域的流场研究,特别是入口半径对分离效果的影响少有报道.为了解决一问题,本文采用了PIV技术对离心萃取器转筒内部流场进行测试,使用自制转筒,分别在转筒入口半径为7mm、10mm和13mm时,观察筒内距离转筒入口11mm处截面上的流场变化规律.研究发现:以地面为参考系时,流体的转速随着转筒半径的增大而增大,而以转筒为参考系时,在每个分离腔内都能形成涡流;当入口半径为10mm时,截面内切向速度绝对值比入口半径为7mm和13mm的要大,液体更容易流向转筒边壁,分离效果更好,同时其径向速度相对于转筒为正值时,基本处于最大值,说明液体进入转筒入口后能快速被甩至边壁处,更加有利于分离.

带精英策略的非支配排序遗传算法(NSGA-II)在与流程模拟软件Aspen Plus结合求解化工多目标优化问题方面耗时较高.为了解决这一问题,本文提出了一种种群分布式的并行遗传算法(populations distributed parallel genetic algorithm,PDPGA),将模拟计算任务分配给局域网的多台子节点计算机并行执行.以氯乙烯精制的多目标优化过程为研究对象,选取氯乙烯采出量最大化和系统总能耗最小化为两个目标,低沸塔和高沸塔的质量回流比、塔顶馏出率和塔压6个操作参数为优化变量.分别应用PDPGA和NSGA-II对上述过程进行优化求解,二者的种群规模均设为70,进化代数均设为70,PDPGA使用1主节点和2子节点共3台计算机.结果表明,与直接应用NSGA-II进行串行优化相比,PDPGA优化方法能充分利用闲置的计算机资源、有效提高解得质量和大幅降低优化计算的时间.

清洁提钒工艺中,熟料的湿法浸出是重要的操作单元.浸出搅拌反应器的合理设计与优化,可缩短浸矿时间以及提高浸矿效率.本文通过改变搅拌桨桨叶间的层间距、搅拌桨的安装层数以及安装导流筒等方法,对攀钢集团公司的浸出搅拌反应器进行优化和改进;并结合计算流体动力学(CFD)Fluent商业软件,分别模拟了原浸出搅拌反应器和改进后浸出搅拌反应器的宏观流场结构.结果表明:在层间距C₂为1100mm的原双层搅拌桨浸出搅拌反应器内,流体轴向速度较小,“死区”现象较严重;与原反应器相比,调整双层搅拌桨桨叶之间的层间距C₂为1800mm以及安装3层搅拌桨或导流筒,都可加强反应器内流体的轴向流动,减小“死区”范围,进而改善流场结构的均匀分布,有助于强化流体混合.

由于缺乏裂解产物收率绝对量信息,现有的乙烯裂解炉优化策略需要依靠裂解反应模型对裂解产物分布进行预测并依此进行开环优化计算,其优化结果完全依赖于裂解反应机理模型的精度.本文通过改进乙烯裂解炉裂解气取样系统实现了甲烷质量收率这一关键参数指标的在线测量,并在此基础上进一步提出一种裂解炉闭环优化运行新方法.该方法针对乙烯和丙烯收率和(简称“双烯”收率)最大这一优化目标,根据甲烷收率和双烯/甲烷比(烯甲比)的在线测量数据迭代求解获得最优炉管出口温度(COT).该方法采用闭环迭代寻优的方式,能够有效克服灵敏度函数的非线性以及在线分析仪表本身的测量误差,具有良好的鲁棒性;另一方面,由于不需要借助任何裂解原料与裂解反应模型,从而大大减少了裂解炉优化系统实施的投资,因此具有很好的工业应用前景.

目前微电子器件不断地向高密度、微型化、功能化方向发展,散热问题是制约技术进一步发展的瓶颈.本文拟利用纳米多孔表面优良的相变传热特性,解决电子器件微型化散热难的问题.文中以铝基Al₂O₃纳米多孔薄膜为传热表面,以去离子水为工质,常压下对其大容积池沸腾下的传热性能进行了实验研究.实验结果表明:与光滑表面相比,Al₂O₃纳米多孔表面在核态沸腾时汽化核心密集,产生汽泡体积小、数量多并能提高铝基传热表面的传热系数2～5倍,且能够在长时间内维持其较高的传热系数;以纳米多孔表面作为传热表面,可以有效降低微电子原件表面温度3～5℃,在核态沸腾阶段能够降低30℃以上,很好地起到了降低电子元件表面温度的作用.实验结果对微电子冷却有重要的参考作用.

为了探究热流密度、真空度和流量对升膜蒸发器传热性能的影响,以及对升膜加热管内流体流型进行观测和分析,本文建立了升膜蒸发系统传热实验平台,对升膜蒸发器的传热特性和流体流型进行实验研究.实验所用升膜管管长2200mm,升膜管采用镀透明导电膜石英管,工作介质为水;升膜管蒸发侧采用电加热方式;研究了热流密度(6.71kW/m²≤ q≤ 26.79kW/m²)、流量(20L/h≤ M≤ 100L/h)和真空度(0≤ P≤ 15kPa)对升膜加热管流体流型和传热特性的影响.结果表明:通过电加热的方式可以实现石英管内溶液的升膜蒸发,并能观测到泡状流、块状流、弹状流、柱塞流、环状流和雾状流;热流密度低于6.71kW/m²时无法形成升膜蒸发,随着蒸发侧热流密度的增大,升膜管内环状流长度增大,管内传热系数增大;随着流量的增大,升膜管内液体湍流强度增大,管内传热系数增大;真空度对流体流型影响较大.

目前装配式输油管线与成品油管道对接时,需要使用压力调节阀进行节流、减压来保证装配式管线的安全.为了确定一种新型压力调节阀能否安全可靠地工作,本文采用了数值模拟分析的方法对其进行研究.利用计算流体力学软件对压力调节阀内部流场进行仿真,通过模拟不同开度下的流场情况得到速度、压力分布的可视化图像,并分析得出调节阀的理论流量特性曲线.在此基础上对该调节阀在实验台进行了试验,得到的试验结果与模拟结果误差为11.5%,进一步验证了模拟结果的准确可靠性,得到了该调节阀的流场速度、压力云图及近似快开型的流量特性.研究结果表明:该新型压力调节阀具有比较好的节流、减压能力,能够安全可靠地应用于两种管线对接的工作状况中.

合成气直接转化制混合燃料醇等清洁燃料是能源化工领域的研究热点,过程涉及醇合成和费托合成步骤,体系非常复杂,而高性能催化剂和高效分离工程的开发是混合燃料醇工艺大规模应用的关键技术.本文综述了合成气制混合燃料醇的典型反应工艺和当前催化剂的最新研究进展,系统总结了改性甲醇合成、改性费托合成、硫化物及其他类型催化剂体系的研究现状,指出通过调控活性相结构与组成、提高催化剂稳定性和产物中混合醇的选择性是合成气制混合醇催化剂的发展方向,提出了通过多反应、多过程耦合实现合成气定向转化制混合醇及C₂₊醇的应用前景.

随着空气污染的日益严重及环保法规的逐步完善,车用燃料清洁化生产已势在必行.作为一种新型脱硫技术,电化学脱硫近年来研究较多.车用燃料电化学脱硫技术包括氧化脱硫及还原脱硫.相对于传统加氢脱硫,电化学脱硫具有反应条件温和、选择性高、工艺流程简单及易于自动控制等特点.本文综述了国内外车用燃料电化学脱硫的研究现状,从反应机理、实验方法、脱硫效果等方面详细介绍了电化学脱硫的研究进展.提出了深入研究反应机理、寻找新型电极材料、配制复合电解液以及开发电化学组合脱硫工艺是未来车用燃料电化学脱硫的发展方向.

煤焦油加氢精制生产车用燃料是提高煤焦油附加值及煤焦油清洁利用的有效手段,煤焦油中含氮化合物复杂多样,如何高效脱出含氮化合物中的氮原子是开发煤焦油加氢脱氮催化剂的研究重点.本文简述了煤焦油中含氮化合物的分布情况及特点,综述了煤焦油中吡啶、喹啉、吲哚等典型含氮化合物的加氢脱氮反应网络的研究现状;加氢脱氮催化剂的研究现状从加氢脱氮反应机理、活性组分、载体、助剂4个方面进行了论述.最后针对煤焦油中含氮组分复杂多样的特性提出了研发高效煤焦油加氢脱氮催化剂的一些新方向.

在传统化石能源日益枯竭的趋势下,微藻生物柴油作为第三代绿色可再生的替代型能源越来越受到人们的重视.在微藻生物柴油的产业链上,油脂的提取是影响其推广应用的一个关键环节.本文实验利用有机溶剂提取微藻油脂,探究在不同的条件下微藻油脂的提取效果,并特别研究了先后使用甲醇和石油醚两种有机溶剂对微藻油脂提取率的影响.研究结果表明:温度、液料比、浸提时间对提取效率都有一定的影响,并且使用甲醇和石油醚两种溶剂分步提取时会使微藻油脂提取率明显提高;在液料比为15mL/g、提取温度为45℃、提取时间为5h时,使用石油醚作为提取剂的提取率为58.71%;使用甲醇溶剂提取后再使用石油醚提取时,在液料比和提取时间相同的条件下,温度为35℃时提取率即可达87.90%

综述了几类萘加氢催化剂的研究进展,重点介绍了传统的非贵金属Ni、Mo、Co、W等加氢催化剂和贵金属加氢催化剂,阐述了上述催化剂在萘加氢过程中的应用,并比较了各自在萘加氢活性、选择性和耐硫性等方面的优缺点,简单介绍了过渡金属碳化物、氮化物、磷化物、硅化物加氢催化剂的研究进展,并与前述两种催化剂进行了比较,通过对现有文献的总结指出了萘加氢催化剂的发展方向,提出新型加氢催化剂的研发仍然是实现萘及其他多环芳烃高效利用的根本出路.

制备了加氢改质催化剂Pt/USY、Pt/1.0K-USY和Pt/2.0K-USY,并借助XRD、N₂等温吸附-脱附、NH₃-TPD和Py-FT-IR表征了这3种催化剂的结构和酸性,同时以预精制FCC柴油为原料,采用固定床反应器研究了上述催化剂的加氢改质反应性能.结果表明,在金属Pt负载量相同和催化剂孔道结构相似的情况下,催化剂的反应活性和选择性主要取决于催化剂的酸量和酸强度以及酸分布,相对而言,具有适宜酸性的Pt/1.0K-USY催化剂更有利于芳烃饱和与选择性开环反应,其加氢改质柴油满足国V标准要求.

采用固定床法考察了原料异丁烷中乙硫醇、甲醇、正丁烷和1-丁烯等杂质对Pt-Sn-K/Al₂O₃催化剂上异丁烷脱氢制异丁烯反应性能影响,反应产物使用气相色谱进行分析.实验结果表明,在异丁烷脱氢制异丁烯正常反应条件下,即温度580℃、压力0.1MPa、进料组成H₂/i-C₄H₁₀(体积比)= 2、总空速GHSV = 2000h^-1、GHSV(i-C4H10)= 667h^-1,乙硫醇、甲醇、正丁烷和1-丁烯对Pt-Sn-K/Al₂O₃催化剂的异丁烷转化率和异丁烯选择性均有较大的影响,且杂质含量越高,对催化剂的转化率和选择性影响越大.并对杂质造成催化剂失活的原因进行了分析.

二氧化钛纳米管因其特殊的形貌和高度有序的特性成为了目前研究的热点之一.本文系统回顾了近年来有关二氧化钛纳米管的相关研究,着重阐述了二氧化钛纳米管的制备方法,主要包括模板法、阳极氧化法、水热法;在此基础上,详细论述了掺杂、复合等对二氧化钛纳米管进行改性的方法;并简要介绍了二氧化钛纳米管及其复合材料在环境、能源等领域的应用.最后,展望了二氧化钛纳米管的主要研究方向是对形成机理、管形貌调控、表面改性等方面做进一步研究,以期为后续的研究提供参考.

表面增强拉曼光谱(SERS)由于其高的灵敏度、抗干扰能力强等优点,被广泛应用在表面科学、分析化学、物理学等领域,是研究表面和界面过程的重要工具,是定性鉴定化学组成相近化合物的有力手段.因此,高品质、高活性的SERS基底一直是科研工作者们追求和研究的重点.本文对SERS活性基底的发展进行了介绍,从金、银金属纳米粒子作为基底的拉曼效应的科学研究,又进一步总结了非金属纳米粒子ZnO、TiO₂、ZnS、Cu₂O、CdTe、CdS等SERS基底.今后,将贵金属与半导体纳米材料复合将是SERS基底的研究热点.SERS光谱目前可以在液相色谱分析的检测器、医学检测仪器、刑侦分析检测等众多领域得到应用.

弱凝胶体系调驱技术是通过降低油田高渗透层渗透率、提高水驱波及系数、改善水驱开发效果来实现原油稳产的重要手段.本文综述了近年来原油开采过程中用于调驱技术的弱凝胶体系基本组成,不同交联剂对弱凝胶体系的成胶机理和成胶条件及弱凝胶体系性能的评价方法.总结了稳定剂、杀菌剂、抗盐剂、延迟剂等助剂和温度、矿化度、pH值等环境因素对弱凝胶体系性能的影响;概述了弱凝胶体系的矿场应用技术现状和现有弱凝胶体系在调剖应用中仍存在的问题.提出在传统表观方法研究弱凝胶交联机理的基础上,利用激光光散射法、原子力显微镜和计算机分子动力学模拟等技术加强对弱凝胶交联微观机理研究,为开发新型长效且廉价的调剖剂提供理论依据.

反应喷墨打印技术作为喷墨打印电子技术的重要分支,因其可以在沉积材料的同时可得到器件而受到人们的广泛关注.本文详细阐述了反应喷墨打印技术在功能材料制备领域,特别是在金属材料、高分子材料、无机材料等方面的研究进展,说明了反应喷墨打印用墨水是未来喷墨印刷电子研究的关键技术之一,简要介绍了反应喷墨打印技术与三维打印的联系,指出其在金属电路、有机发光二极管等印刷电子产业领域有广阔的应用前景.

锂硫电池由于其高理论能量密度(2600W·h/kg)而受到了广泛的关注,是极具应用前景的电池体系.硫基正极材料作为锂硫电池的重要组成部分,是提高电池性能的关键.然而锂硫电池还存在一些问题,如硫的利用率低及正极结构的稳定性差等.本文综述了近几年锂硫电池硫正极复合材料的研究现状,分别从硫/碳复合、硫/导电聚合物复合、硫/氧化物复合3个方面进行介绍,指出了未来锂硫电池正极材料要注意结合硫/导电聚合物及硫/氧化物的优势并注重材料结构的设计,向核壳或类核壳结构方向发展的趋势,同时还要提高载硫量,提高循环稳定性,以获得高性能的锂硫电池.

石墨烯是碳原子以sp²杂化形成的单原子层厚度的具有二维空间结构的晶体,具有优异的力学性能、导电性能以及超大的比表面积,且耐高温和耐酸碱腐蚀,被认为是非常有潜力的新型碳材料.本文从石墨烯的特殊结构和性能出发,结合近几年国内外的研究发展现状,综述了石墨烯在生物材料、薄膜材料、催化材料、储能材料等领域的应用.对石墨烯类材料在实际应用中存在的一些问题进行了简单的分析,并对未来石墨烯在电子器件、复合材料等方面的发展进行了展望.

纳米银因其高效、广谱、不易产生耐药性、安全性高等优点,成为当前抗菌材料的研究热点之一,但目前对纳米银的抗菌机理仍有不同的认识.本文首先综述了国内外纳米银抗菌机理的研究进展和主要成果,主要从影响细菌生活环境、破坏细菌的细胞壁和细胞膜、抑制DNA复制、抑制酶呼吸作用和抑制其他酶活性5个方面分析了纳米银的抗菌机理.并且纳米银的抗菌过程受多种因素影响,文中详细阐述了纳米银的尺寸分布、形貌以及稳定剂、活性氧、菌种和培养基等因素对纳米银抗菌性的影响.最后指出纳米银的抗菌过程复杂,进一步研究其具体作用方式和机理以及影响抗菌作用的主要因素都将有助于纳米银抗菌材料的广泛应用.

呋咱类化合物因能量密度高、综合性能好、可作为炸药和推进剂等广泛应用于军事领域.3,4-二氨基呋咱(DAF)作为重要的前体化合物,其大规模合成为呋咱类高能量密度衍生物的应用奠定了基础.本文首先介绍了DAF的合成工艺及其氧化机理,并综述了以其为中间体得到的氧化物、大环、长链和稠环化合物的国内外合成方法及性能,表明呋咱类化合物爆轰性能优良,具有潜在应用前景;但是,不少硝基取代或多呋咱环衍生物存在安定性差、感度高的缺点.据此,提出设计合成新型钝感高能呋咱衍生物是解决上述不足的有效方法;DAF的合成工艺研究及增大呋咱类化合物开发力度是未来的发展重点.

制备了具有良好油溶性的O-磺化-N,N-双十二烷基壳聚糖(HSDLCS)和O-季铵化-N,N-双十二烷基壳聚糖(QADLCS),研究了HSDLCS/QADLCS混合单分子膜和自组装囊泡性质的关系.结果表明,混合单分子膜的崩溃压(46.14mN/m)和最大压缩模量(C_s,max^-1,98.85mN/m)较相应的单组分大;自组装形成球形囊泡的粒径在200～400nm;以维生素B₁₂ 为模型药物制备HSDLCS/QADLCS复合囊泡的载药量为0.1987mg/mg,包封率为38.25%,药物平衡释放率为23.68%.静电作用使得混合单分子膜的凝聚性和抗形变能力更强,复合囊泡药物通透性降低,结构更紧密.单分子膜的C_s,max^-1与其相应载药囊泡药物平衡释放率呈一定的线性关系.

纳米材料在有机相变蓄能材料中的分散稳定性对其整体性能的保持具有决定性作用.本文将具有高导热性的纳米材料(MWNTs、Al₂O₃、Fe₂O₃)添加到热导率较低的空调用有机相变材料(质量比为73.7:26.3的辛酸/肉豆蔻醇)中,制备了纳米复合蓄冷材料;利用测量热导率的高低来间接反映分散稳定性的好坏,研究了分散剂种类、分散剂浓度和超声分散时间对纳米复合有机相变材料分散稳定性的影响.实验证明:分散剂十二烷基苯磺酸钠(SDBS)对纳米复合材料的分散稳定效果最好;当添加的分散剂SDBS与不同纳米材料MWNTs、Al₂O₃和Fe₂O₃质量比分别为2:1、3:1和3:1时,所对应的分散稳定性能最好;超声分散时间为90min时纳米复合材料的分散稳定性能最优.为获得性能良好、稳定的纳米有机复合材料提供了新的评价方法和指导.

以不同的大分子多糖为骨架材料,通过三步反应以触须式引入季铵基团,从而制得4种具有高通量的强碱性阴离子交换树脂:淀粉基树脂、微晶纤维素基树脂、纤维素微球基树脂及琼脂糖微球基树脂.研究树脂对曙红Y的吸附,探讨了时间、溶液pH值和染料初始浓度对染料去除率的影响.结果表明,4种树脂在pH值为1～12范围内对染料的去除效果稳定;5min内4种树脂基本都达到了吸附平衡,其中琼脂糖微球基树脂按1g/L投放时,在2min内即可将200mg/L的曙红Y完全去除;通过拟合得知,4种树脂的吸附动力学符合拟一级动力学方程,等温线符合Freundlich等温线方程.这4种树脂尤其是琼脂糖微球基树脂在吸附速率及吸附量上均具有较大优势,但4种树脂的原料成本不一,可根据需求选用不同的树脂.

将碳纳米管引入到与生命息息相关的离子通道膜的研究逐渐成为热点,其中的关键是要了解受限在膜孔道(碳纳米管)中的水分子行为.采用分子动力学模拟的方法研究分析了水分子在(6,6)、(7,7)、(8,8)等不同孔径的单壁碳纳米管内的扩散,模拟表明常温下水分子在(6,6)型管内形成水分子单链,在(7,7)型管内形成相互交错的水分子双链,在(8,8)型管内形成四边形堆叠结构.模拟比较了(8,8)管中水与体相下水的扩散系数,结果显示,水在(8,8)管中的扩散系数比体相下水的扩散系数要高出两个数量级.

以普通硫黄为原料,考察了低温熔融法工艺条件、稳定剂的加入、填充油和萃取剂的选择对不溶性硫黄(IS)含量、收率及产品稳定性的影响.结果表明,适宜的聚合工艺条件为:聚合温度为260℃,聚合时间为1h,室温去离子水作为淬冷液,固化温度为60℃,固化时间为4h,硫黄聚合转化为IS可达40%以上;聚合产品的固化过程、提高萃取温度以及在淬冷、萃取、充油过程中稳定剂的加入能较显著提高产品的稳定性;溶剂SL可以替代二硫化碳成为新的萃取剂并确定了其相应的萃取工艺条件.确定了淬冷液、萃取剂、填充油中适宜的稳定剂及其添加量,最终IS产品120℃、15min时的热稳定性达到49%以上,居同类工艺领先水平.

封堵性是油基钻井液的一个重要评价指标,提高油基钻井液的封堵性有助于井壁稳定,促进快速安全钻井.本文通过使用砂芯漏斗来模拟页岩的微裂缝,建立了一种新的评价油基钻井液封堵性能的方法,利用该方法对自制的纳米材料CQ-NZC在钻井液封堵性及其与氧化沥青封堵剂的复合作用开展了实验研究.结果表明,CQ-NZC在与沥青类封堵剂复配使用时,能够更好地降低滤失量、提高封堵性能.通过微观形态分析发现,CQ-NZC与沥青类封堵剂可以在一定程度上聚结,形成堵孔粒子,提升了钻井液体系的封堵性能.

以冰乙酸作诱导剂,研究磷酸盐在溶胶-凝胶法合成纳米二氧化钛过程中对其微结构及其表面羟基密度的影响,并利用XRD、BET、EDS、SEM、FT-IR和TGA等方法对二氧化钛相变过程和表面结构变化进行表征.结果表明:合成过程中添加磷酸根可增加纳米二氧化钛的表面羟基密度,500℃、700℃煅烧6h,其表面羟基密度分别为10.74nm^-2、4.03nm^-2,而对照样在500℃煅烧条件下其表面羟基密度为4.95nm^-2;同时磷酸根的添加,有利于锐钛型晶相结构的热稳定性,锐钛型向金红石转变的相变温度达800℃.这可能是由于PO₄^3-与TiO₂晶相生长基元[TiO₆]八面体易发生多齿螯合,不利于金红石相形成.

淀粉酯因具有热塑性、成膜性、热稳定性等优点而被广泛应用于食品、造纸和废水处理等领域,但传统方法合成的产品存在酯化效率不高或取代度较低等问题.本文介绍了淀粉在二甲亚砜(DMSO),N,N-二甲基乙酰胺/氯化锂(DMA/LiCl)和离子液体(ILs)3种溶剂体系中均相酯化反应的研究进展,重点论述了不同溶剂介质中催化剂、反应温度、酯化剂浓度等对淀粉酯取代度的影响,简述了均相体系中长链脂肪酸酯和琥珀酸酯产物的结构特点及热力学特性,分析表明均相反应是淀粉酯化反应的有效改性方法;并从改性效果、经济性及环保等方面讨论了各种溶剂的优缺点,指出离子液体、无机熔盐等淀粉均相反应介质的研究是淀粉改性反应研究的发展方向.

全氟辛烷磺酸/全氟辛酸(PFOA/PFOS)由于存在有争议的环境污染和生物蓄积等问题,已经成为全世界关注的焦点之一,寻找能够替代PFOA/PFOS的新型含氟表面活性剂具有重要的意义.本文综述了可能替代PFOA/PFOS新型含氟表面活性剂的合成路线和方法,并按照分子结构进行了分类,着重介绍了以下4类:①端基为CF₃O或(CF₃)₂N系列表面活性剂;②短氟链系列表面活性剂;③基于VDF或TFP系列表面活性剂;④全氟聚醚系列表面活性剂;同时对4类新型替代物的表面活性、生物降解性及在乳液聚合中的应用进行了归纳总结.目前PFOA/PFOS替代物的研究趋势,主要朝着降低含氟表面活性剂中氟元素比例、含减少氟链“有效长度”及插入N、O等杂原子等方向发展,使得新型含氟表活性剂更易降解、更环保、更安全.

以天然生物腰果酚为原料,经过磺化和中和两步反应合成了两种腰果酚磺酸盐表面活性剂.FT-IR光谱证实两种腰果酚磺酸盐的化学结构.采用滴体积表面张力仪和全自动旋滴界面张力仪测定了两种腰果酚磺酸盐水溶液的表面张力和油水界面张力,结果表明,两种生物质腰果酚磺酸盐具有良好的表面活性和界面活性,25℃时侧链不饱和的腰果酚磺酸盐和侧链饱和的腰果酚磺酸盐的临界胶束浓度分别为38.1mg/L和28.2mg/L,此浓度下的表面张力分别38.54mN/m和37.35mN/m;饱和腰果酚磺酸盐质量分数高于0.8%时,可将油水界面张力降低至10^-3mN/m,但不饱和腰果酚磺酸盐仅能将油水界面张力降低至10^-1mN/m.侧链饱和的腰果酚磺酸盐的表面活性和界面活性均优于侧链不饱和的腰果酚磺酸盐.

选用对苯乙烯磺酸钠(SSS)、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)、丙烯酰胺(AM)单体为原料,利用自由基聚合的方式,得到一种抗高温耐盐聚合物降滤失剂.通过傅里叶红外光谱分析(FT-IR)表明合成产物结构与设计结构相符.当降滤失剂加量为1.8%时,室温下和210℃下淡水基浆的滤失量分别为7.9mL和13.5mL;在25%NaCl和3%CaCl₂的盐水泥浆中,钻井液的滤失量分别为14.8mL和11.0mL.通过扫描电镜(SEM)可以分析钻井液形成的滤饼的微观结构,由此得到降滤失剂作用的机理是:当降滤失剂吸附在黏土表面时,降滤失剂可以使黏土颗粒在钻井液中分散,从而形成致密的滤饼来减少滤失量.

二元接枝改性阳离子淀粉(CS-DMDAAC)/凹凸棒土是一种新型复合絮凝剂,用于小球藻的絮凝采收环节,在环保、化工、材料等领域具有更广阔的应用前景.为提高小球藻的絮凝采收率,通过单因素实验考察阳离子淀粉(CS)和CS-DMDAAC对小球藻的絮凝效果,并对CS-DMDAAC与凹凸棒土进行复配,通过单因素实验探讨了pH值、CS-DMDAAC/凹凸棒土复配比、阳离子淀粉投加量及沉降时间对小球藻絮凝率的影响,在单因素实验的基础上,以正交试验法优化CS-DMDAAC/凹凸棒土对小球藻的絮凝工艺.用扫描电镜(SEM)对凹凸棒土、CS-DMDAAC/凹凸棒土和CS-DMDAAC/凹凸棒土吸附小球藻进行表征,实验结果表明最佳絮凝工艺条件为:pH=9,CS-DMDAAC/凹凸棒土复配比为1:9,阳离子淀粉投加量为0.04g,沉降时间为210min.在该条件下进行平行实验,对小球藻的絮凝率最高达到99.1%.研究结果对CS-DMDAAC的改性以及藻类的絮凝采收具有参考价值.

研究了以对甲氧基苯乙酮为原料,经硼氢化钠还原为1-(4-甲氧基苯基)乙醇,在管式反应器中经分子筛催化裂解脱水合成对甲氧基苯乙烯的新工艺,得到优化的工艺条件:汽化温度270℃,反应温度280℃,真空度-0.09MPa,进料速度1mL/min.目标产物经红外光谱(IR)、核磁共振波谱(¹H NMR)和质谱(MS)等表征.同时用色谱(GC)对产物进行了定量分析,在优化条件下对甲氧基苯乙烯纯度大于95%,收率达85%[以1-(4-甲氧基苯基)乙醇计].该路线原料易得,反应条件温和,操作控制简便,适合进一步工业化研究.

厌氧氨氧化(anaerobic ammonium oxidation,Anammox)工艺因其高效低耗的优势,在废水生物脱氮领域具有广阔的应用前景.该工艺在实际废水处理中的应用已成为国内外的热点.本文结合厌氧氨氧化菌的生境和菌种多样性,以及厌氧氨氧化工艺形式的多样性,并对一体式和分体式工艺运行条件进行了比较,重点综述了厌氧氨氧化技术在处理各类废水中的实验室研究和工程应用情况,主要包括:污泥消化液和压滤液、垃圾渗滤液、养殖废水、味精废水、焦化废水、生活污水、粪便污水、含盐废水等废水的水质特点、研究进展和应用障碍.最后,总结厌氧氨氧化工艺在处理实际废水过程中的潜在问题,并提出今后的研究重点是深入研究厌氧氨氧化的水质障碍因子及其调控策略,并在此基础上大力开发和优化组合工艺.

针对高浓度间甲酚废水难降解的问题,通过筛选获得一株高效降解间甲酚的菌株,并进一步探究其对间甲酚的降解特性和降解动力学.本文从某焦化厂活性污泥中经过驯化、筛选分离得到一株以间甲酚为唯一碳源的高效降解菌株,对其进行16S rDNA分子鉴定;通过测定培养液中间甲酚的剩余浓度,考察在菌株对间甲酚的最佳降解条件;并采用Haldane模型来模拟菌株降解间甲酚的动力学行为.将分离得到的菌株命名为SMC,初步鉴定为Bacillus cereus;在pH值为7.5、温度为30℃、摇床转速为150r/min的最佳培养条件下,菌株SMC在48h内对浓度1600mg/L的间甲酚降解率达97.81%,对间甲酚最大耐受能力为1900mg/L;经过Haldane模型拟合后的动力学参数为μ_max=0.01252h^-1,K_S=34.58mg/L,K_i=479.5mg/L(R²=0.932).菌株SMC对间甲酚有较强的降解能力,在高效处理含酚废水方面具有一定的应用前景.

将硅藻土经改性后作为异养硝化-好氧反硝化菌H1的载体,对负载条件以及固定化菌对环境的耐受性能进行了优化及研究.确定最佳吸附时间为24h,载体投加量为0.06g/mL(硅藻土/菌悬液).改性剂FeSO₄用量、pH值、温度不仅影响硅藻土载体吸附性,同时影响固定化H1活性.菌株经改性硅藻土负载后较游离菌对pH值及温度耐受性都有所增强,对溶解氧变化适应范围更广,当m(FeSO₄)/m(硅藻土)=3.5%、pH=7.5、温度为30℃、溶解氧为5.1mg/L左右时,固定化H1脱氮性能最佳.使用该固定化菌对生活污水进行连续式处理,8天后目标污染物的去除率趋于稳定,TN、NH₄⁺-N及COD去除率分别达到52.40%、55.64%与61.23%,表明改性硅藻土负载异养硝化-好氧反硝化菌在污水脱氮领域具有广阔的前景.

本研究建立了3个有效容积为4.2L的有机玻璃材料反应器,培养驯化自养、异养和混合营养3种不同营养类型的活性污泥.通过分析3种不同营养类型污泥沉降性能的差异,旨在找出造成3种污泥沉降性能差异的微观原因,为改善污泥的沉降性能提供新的途径和理论依据.研究结果表明,自养污泥沉降性能最好,混合营养污泥次之,异养污泥最差;污泥的粒径对沉降性能无明显影响;Zeta电位和相对疏水性是造成3种污泥沉降性能差异的重要表面理化性质,Zeta电位值越接近于0,相对疏水性越强,污泥沉降性能越好;污泥胞外聚合物(EPS)中腐殖酸和多糖含量对污泥表面Zeta电位、相对疏水性和污泥沉降性能无明显影响;EPS中蛋白质含量直接影响Zeta电位值,进而造成3种污泥污泥沉降性能差异;而EPS总量和3种污泥沉降性能没有明显相关性.

利用热重分析方法,对由5种不同性质污泥在气化温度600℃、700℃和800℃下进行外热上吸式固定床空气气化时制得的9种污泥气化焦油的热解特性进行了研究.结果表明:9种气化焦油热解时均分为3个阶段,分别是水和低沸点有机物的挥发、有机物挥发分解以及残余物分解.污泥厌氧消化和污水处理工艺中的厌氧过程均使800℃下制得的气化焦油中低分子有机物含量增加,但对第二阶段挥发的轻质及重质非极性有机物总含量的影响很小,且使气化焦油的热解特性变差.气化温度对未消化污泥气化焦油热解时第一和第二阶段失重率的影响变化规律与消化污泥气化焦油的不同,且气化焦油的热解特性优于污泥热解焦油.热解动力学研究表明,9种气化焦油热解机理函数彼此不完全相同,且热解活化能均较低,具有良好的热解特性.

目前各种工业炉窑在生产过程中,都伴随有大量污染物的排放.鉴于这一问题,本文提出将低污染的天然气催化燃烧和炉窑相结合工艺流程.首先研究了天然气催化燃烧炉窑空烧时的炉膛温度分布情况和燃烧产生的烟气的污染物特性.结合唐三彩传统烧制工艺,得出天然气催化燃烧炉窑满足烧制唐三彩的温度要求,而且具有低污染物浓度的特性.然后,通过调节炉门的打开程度及改变炉窑的输入功率对炉膛温度进行控制,并测量烧制过程中烟气的各污染物含量,理论分析和多次实验相结合拟定烧制唐三彩的最佳工艺流程.研究结果表明,使用天然气催化燃烧炉窑及本工艺流程烧制的唐三彩胎釉紧密,色彩有不同程度的浸漫和流淌,手感十分光滑,开片均匀,烧制效果非常好,可与传统工艺相媲美,具有很高的艺术价值,同时烧制过程是低污染排放,是以后替代传统高污染工业炉窑发展的一种方法.

针对黏胶短纤维生产中的高能耗问题,通过分析黏胶短纤维生产工序的能耗,提出了酸浴调配系统节能的可行性.探讨了毛雷尔模式和兰精模式两种酸浴调配系统的优缺点,通过技术进步和创新,合理设计了节能改进的酸浴调配生产流程.研究开发了新型闪蒸装置,利用多级闪蒸落酸调节酸浴的温度,以多级闪蒸一步提硝装置替代传统的结晶焙烧提硝.优化设计后的酸浴调配系统,综合先进的闪蒸技术,简化流程,节省投资.经工业化运行表明,能耗可降低23%,节能效果明显.

以三氯氢硅合成过程中得到的主副产品混合物二氯二氢硅-三氯氢硅-四氯化硅为分离物系,提出采用隔壁塔代替常规精馏序列分离的新工艺.利用Aspen Plus软件对隔壁塔进行模拟,考察回流比、隔板位置、进料位置、侧线采出位置、液相分配比以及气相分配比对塔顶、侧线以及塔釜产品摩尔分数的影响,得到隔壁塔的最佳工艺参数,并通过模拟比较隔壁塔与常规精馏序列分离此混合物的能耗情况.模拟结果表明:当回流比为6、隔板位置为主塔的第8块板和第24块板、进料位置为预分馏塔的第10块板、侧线采出位置为主塔的第15块板、液相分配比为0.21、气相分配比为0.5时,隔壁塔的分离效果最佳,主产品三氯氢硅的摩尔分数为99.999%;相比于常规精馏序列,隔壁塔再沸器节能29.09%以上,冷凝器节能29.48%以上.

化工园区是化学工业的必不可少的载体,是由当地政府及企业组成的一个专业复杂系统,其运行中需要大量具有专业知识的领导干部、企业经营管理人才、专业技术专业人才及高级技能人才.这些人才作为化工园区发展的最重要资源,其引进机制、培育机制以及激励机制在本文进行了探索,认为化工园区专业人才的引进机制应注重岗位与人才相匹配,项目引进与人才建设并举,不断优化专业人才引进体系;化工园区专业人才的培育机制要坚持理论与实践培训相结合,采用“走出去,引进来”等多形式、开放性的人才培育体系,全面提升园区专业人才综合素养;化工园区的激励机制应坚持物质与精神激励相结合,不断提升专业人才的社会影响力,创造专业人才“扎根”化工园区的良好环境.