现代化工

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李文学, 张月丽, 杨亮亮, 杨卫兰, 郭士成

现代化工. 2024, 44(7): 1-9. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2024.07.001

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交通运输一直是世界石油需求的主要领域。由于能源转型加速、燃油效率提升,世界交通运输燃料需求将达峰值,石化原料需求将成为石油需求增长的主要动力。随着减油增化、新建乙烯等项目的推进实施,我国乙烯规模将继续高速增长,大宗基础化学品和通用合成材料规模也将大幅提升,结构性过剩压力日益增加。实施炼化结构调整,选择有竞争力的工艺流程、产品结构和工艺技术,采取节能降耗措施、加大降碳技术应用、提高低碳石化原料比例等手段已成为炼化企业高质量发展的必由之路。

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中国超高分子量聚乙烯行业分析与建议

于佳玉, 王殿铭, 贾曌, 费奕儒

现代化工. 2024, 44(7): 10-14. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2024.07.002

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超高分子量聚乙烯(UHMWPE)是一种性能优异的新型材料,一般指分子量在150万以上的线性长链聚乙烯材料。UHMWPE分子量大、分子链长的特点赋予其优越的抗冲击、耐磨损、高强度、抗化学腐蚀、耐低温等性能。对国内外超高分子量聚乙烯行业发展现状进行了分析,在此基础上对我国UHMWPE行业发展前景进行了展望并提出建议,力争提高我国UHMWPE行业竞争力,稳步推进产业发展。

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锂电池隔膜专用料市场分析及发展建议

严保石, 霍素芳

现代化工. 2024, 44(7): 15-19. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2024.07.003

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中国动力、储能以及3C消费锂电池市场的高速发展带动锂电池隔膜及其聚烯烃专用料需求大幅增长。介绍了中国锂电池隔膜行业概况,重点分析了锂电池隔膜超高分子量聚乙烯专用料和聚丙烯专用料市场供需情况,进而预测了锂电池隔膜专用料行业发展前景,指出专用料高度依赖进口等问题,从加强全产业链科研开发、加大上中下游深度融合、提高服务意识和品牌意识、合理规划装置布局和产品定位4个方面提出了相关发展建议。

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生物质水蒸汽汽化催化制氢研究进展

李卓, 王志伟, 陈高峰, 郭娜, 雷廷宙

现代化工. 2024, 44(7): 20-25. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2024.07.004

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综述了生物质水蒸汽汽化催化制氢的研究现状,明晰了汽化反应机理,梳理了物料特性和反应条件对制氢效果的影响。介绍了天然矿石、镍基催化剂、碱及碱土金属催化剂在生物质水蒸汽汽化制氢方面的研究现状。提出长寿命新型催化剂是生物质水蒸汽汽化催化制氢的关键因素,结合生物质原料特性确定最佳工况条件,以提高氢气产率,并减少副产物焦油生成。

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生物质基光热材料研究进展

李国庆, 王慧莹, 夏凯莉, 邵鲁鹏, 毛健贞, 杨桂花, 许凤, 王超

现代化工. 2024, 44(7): 26-30. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2024.07.005

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通过系统梳理生物质应用于光热转换材料的最新研究进展,具体归纳了生物质碳基材料、生物质复合材料、纤维素材料和木质素材料的制备过程和应用领域,深入阐释了光热转换性能和独特微纳米结构的构效关系,客观探讨了生物质基光热转换材料存在的一些理论问题和技术瓶颈,最后提出了对该领域未来发展的见解。

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自清洁材料的研究进展

祝子媚, 马兴涛, 吴菲, 许茂东

现代化工. 2024, 44(7): 31-35,40. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2024.07.006

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针对自清洁材料的构筑方法进行系统整理和归纳,围绕自清洁表面亲疏水性不同(分为超疏水、超亲水、超疏水/超亲水可转变)、表面构筑机制不同进行分类阐述和总结,并对自清洁材料目前面对的困境提出发展设想。

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微生物燃料电池催化转化甲烷的研究进展

李鑫钰, 张超, 包朋飞, 刘嘉欣, 卢静, 侯彬

现代化工. 2024, 44(7): 36-40. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2024.07.007

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介绍了甲烷的来源和现有催化转化方法,通过对微生物燃料电池催化转化甲烷机理的概述和影响因素的归纳分析,综述了微生物燃料电池催化转化甲烷的研究现状,并且对存在的问题和未来的研究方向进行了总结和展望。

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三维电极法处理染料废水的研究进展

唐吉萍, 刘瑾玥, 侯保林, 周赛军

现代化工. 2024, 44(7): 41-45. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2024.07.008

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介绍了三维电极法的基本反应原理,分析了电流密度、曝气量、粒子电极投加量、pH等关键实验参数对废水处理效率的影响,综述了国内外三维电极法处理各类常见染料废水的研究进展。基于粒子电极研发、水质特性、机理研究、技术联用和规模化应用5个方面,提出了目前三维电极法处理染料废水领域存在的问题,并展望了未来研究方向。

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石墨烯填充导热硅凝胶的研究进展

文芳, 王良旺, 郭华超, 李爽, 何立粮

现代化工. 2024, 44(7): 46-50,56. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2024.07.009

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综述了石墨烯在导热硅凝胶领域的应用及研究进展,介绍了石墨烯复合硅凝胶的导热机理,分析总结了石墨烯的尺寸及层数、填充量、共价键改性、非共价键修饰以及结构设计对石墨烯基导热硅凝胶的影响,展望了石墨烯基导热硅凝胶的应用前景,并为下一步的研究开发提供思路。

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新型二氧化碳化学吸收剂研究进展

王大勇, 谷小虎, 刘欧阳, 林雄超, 方梦祥

现代化工. 2024, 44(7): 51-56. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2024.07.010

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介绍了新型二氧化碳化学吸收剂的研究进展,主要包括相变吸收剂、离子液体吸收剂、低共熔溶剂、非水吸收剂和催化解析,指出相变吸收剂吸收能力强,但解析能耗高,并存在一定的腐蚀性;离子液体吸收剂具有低挥发性、高化学稳定性、可调控性等优点,但存在合成复杂、成本高、黏度大等缺点;低共熔溶剂蒸汽压极低、溶解性能好、结构和性质具有可调性,黏度低,但是吸收量低,不适应低浓度二氧化碳场景;非水吸收剂具有腐蚀性低、解析能耗低,但无法管道输送,成本高;还可以在吸收剂中调控催化体系,可快速诱导吸收溶剂再生,降低再生能耗,但催化剂稳定性有待进一步加强。最后提出未来二氧化碳化学吸收剂可通过精细地分子设计和合成、引入新的功能基团,制备出成本更低、环境影响更小、吸收性能更强和热稳定性佳、再生能耗低的产品。

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CFD辅助搅拌器开发的研究进展

刘会鹏, 杨闻, 邰燕翔, 宋来生, 洪厚胜, 郭会明

现代化工. 2024, 44(7): 57-62. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2024.07.011

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开发性能优良的搅拌器可以提高生化反应器的传质传热效果,降低工业生产成本。计算流体力学(CFD)技术作为强大的数值模拟工具,能为搅拌器的设计提供重要的理论依据,并克服因直接根据传统经验对搅拌器设计而带来的大量人力财力资源耗费的问题。概述了搅拌系统的各类CFD处理方法,并针对国内外利用CFD技术在涡轮式搅拌器、桨式搅拌器、推进式搅拌器和新型搅拌器的开发情况进行了综述。

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钨基复合材料光催化固氮的研究进展

李紫燕, 黄宇权, 陈国海, 程丽华, 王慧, 钱俊峰

现代化工. 2024, 44(7): 63-68. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2024.07.012

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总结了光催化固氮反应的基本原理与反应途径,归纳了改善钨基光催化剂性能的方法,并对钨基复合材料光催化固氮的未来前景做出展望。

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难熔高熵合金涂层制备及其应用进展

王哲昊, 杨光

现代化工. 2024, 44(7): 69-73. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2024.07.013

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概述了难熔金属和高熵合金领域的研究现状,介绍了难熔高熵合金涂层研发制备及其应用进展,总结了难熔高熵合金涂层面临的关键科学难题和工程应用挑战,并对后续发展方向进行了展望。

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单原子催化乙炔氢氯化的研究进展

任跃功, 李春耕

现代化工. 2024, 44(7): 74-78. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2024.07.014

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结合非汞催化领域的研究成果和多年的研究经验,论述了单原子催化剂在乙炔氢氯化合成氯乙烯中的研究进展和未来发展趋势,为绿色、高效非汞催化剂的应用开发提供技术支持。

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高等规聚丁烯-1晶型转变研究进展

杜改平

现代化工. 2024, 44(7): 79-83. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2024.07.015

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综述了聚丁烯-1晶型Ⅱ到晶型Ⅰ的转变机理,包括固-固转变理论、内应力-系带链分子理论和转变中间相(mesophase)理论;总结了分子质量、共聚单体、溶剂、共混物、成核剂和加工工艺等条件因素对结晶和晶型转变的主要影响。未来仍需深入研究共聚单体对晶型转变的影响机制,加强高分子类聚丁烯-1成核剂的开发。

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钠离子电池锰基正极材料的元素替位掺杂改性研究进展

舒伟平, 赵淑宁, 汪丽莉, 刘烨

现代化工. 2024, 44(7): 84-87. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2024.07.016

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为提高钠离子电池锰基过渡金属氧化物正极材料的容量保持率,有效抑制循环过程中不可逆相变的发生,采用过渡金属位替代(M'-M)、碱金属位Li替代(Li-A)、过渡金属位以及碱金属位Li双取代(Li-M、A)的锰基TMO制备过程,利用较低线性有序性对锰基TMO材料进行结构稳定改性。综合分析表明,锰基TMO材料经过不同元素过渡金属位替代、碱金属位替代、过渡金属位以及碱金属位Li双取代均不同程度抑制了Jahn-Teller效应。改性后的锰基TMO中过渡金属层间距和Na⁺扩散速率增大,容量保持率和结构稳定性得到显著提高,其中经碱金属Li元素掺杂后的锰基TMO容量保持率最高升至94.3%。

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硫铁改性生物炭对水中Sb(Ⅲ)和Sb(Ⅴ)的去除研究

张森, 曹莹, 高存富, 孟甜, 李强, 姜登岭

现代化工. 2024, 44(7): 88-95. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2024.07.017

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以九水合硫化钠、七水合硫酸亚铁、生物炭为原料,采用共沉淀法制备硫铁改性生物炭材料(FeS-BC),并研究其对水中Sb(Ⅲ)和Sb(Ⅴ)的吸附性能,利用扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶红外光谱(FT-IR)、X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)对硫铁改性生物炭的形貌及结构进行表征。结果表明,在pH=7、质量浓度为1 g/L条件下对10 mg/L Sb(Ⅲ)吸附率达到80.26%,在pH=7、质量浓度为7 g/L条件下对10 mg/L Sb(Ⅴ)的吸附率达到89.48%;在最佳FeS/BC质量比、固液比的情况下对Sb(Ⅲ)和Sb(Ⅴ)最大吸附量分别为32.20、22.35 mg/g;pH对Sb(Ⅲ)去除率影响不大,在pH=10时对Sb(Ⅴ)去除率影响比较明显;CO₃^2-、PO₄^3-、SiO₃^2-对Sb(Ⅲ)和Sb(Ⅴ)的吸附具有不同程度的抑制作用;经试验模拟表面材料对Sb(Ⅲ)和Sb(Ⅴ)吸附符合准二级动力学和Langmuir等温模型。

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单线态氧主导的天然铁电气石粒子电极降解茜素红的机理研究

赵方源, 董发勤, 张伟, 周琳, 吕珍珍, 张星宇

现代化工. 2024, 44(7): 96-102. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2024.07.018

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为克服粒子电极制备成本高、投加量大的问题,利用天然铁电气石粒子电极对典型蒽醌染料茜素红进行了快速有效降解。考察了外加电压、初始pH、染料初始质量浓度和电解质种类及浓度对茜素红降解率的影响。结果表明,最佳实验条件为外加电压为3.5 V、初始pH=5、NaCl质量浓度为4 g/L、初始染料质量浓度为20 mg/L。5次循环后铁电气石具有较高的循环稳定性。在该体系中,O₂在电气石表面转化生成O₂^·-、¹O₂活性物质,与电气石结构中的h⁺协同降解茜素红,可实现72.78%的COD去除率、44.85%的TOC矿化率。该方法可作为一种低成本、绿色的染料废水处理法。

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人工智能助力Fenton法降解间甲酚废水的过程优化研究

张婧, 张橙, 卫皇瞾, 靳海波, 何广湘, 刘一楠, 马磊

现代化工. 2024, 44(7): 103-108. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2024.07.019

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采用Fenton氧化法进行人工智能芬顿氧化处理间甲酚废水实验,考察了Fe²⁺质量浓度、H₂O₂体积分数、初始pH、反应时间和间甲酚初始质量分数对降解间甲酚反应的影响,利用响应面法(RSM)和人工神经网络(ANN)分别确定降解间甲酚的最佳方案,同时对TOC去除率的关系进行拟合优化对比。结果表明,利用ANN模型并采用枚举法获取的最佳优化条件:Fe²⁺质量浓度为0.66 g/L、H₂O₂体积分数为6.00 mL/L、初始pH为3、反应时间为23.37 min、间甲酚初始质量分数为50 μg/g,此时,TOC去除率为48.14%,优于响应面法的32.16%。

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Ag/g-C₃N₄复合材料可见光高效催化降解盐酸多西环素体系的构建

刘玉娇, 王霞, 许明洋, 符袅, 王绍仙, 何洁丽

现代化工. 2024, 44(7): 109-115. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2024.07.020

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以三聚氰胺和硝酸银为前驱体制备了不同银负载量的氮化碳复合材料,通过TEM、XRD、UV-Vis、XPS、PL等技术对催化剂进行表征,结果表明,银的引入改变了氮化碳的结构和性质。以盐酸多西环素为污染物,考察了不同负载质量分数的Ag/g-C₃N₄的光催化性能,结果表明,5.0%的Ag/g-C₃N₄对盐酸多西环素具有最佳的降解性能,在可见光下,Ag/g-C₃N₄在 40 min内去除了85%的盐酸多西环素(20.00 mg/L)。与g-C₃N₄[k=0.172 L/(mol·min)]相比,Ag/g-C₃N₄体系[k=4.42 L/(mol·min)]的降解速率常数提高了25.7倍。化学捕获实验表明,超氧自由基和空穴是主要的活性物种。

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TA对基于DA/PEI的PVDF复合疏松纳滤膜的结构与性能影响的研究

张琪, 陈淑怡, 张晨, 蒋淑红, 陈红, 王军

现代化工. 2024, 44(7): 116-123. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2024.07.021

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为了对染料废水中染料和盐进行有效地分离与回收,以聚偏氟乙烯(PVDF)超滤膜为基膜,以多巴胺(DA)、单宁酸(TA)及聚乙烯亚胺(PEI)为共沉积物,以均苯三甲酰氯(TMC)为有机相,采用界面聚合法制备了PVDF复合疏松纳滤膜,探讨了DA与TA及PEI与TA的质量浓度比对PVDF复合疏松纳滤膜结构与性能及处理模拟RB5染料废水效果的影响。结果表明,当ρ(DA)/ρ(TA)与ρ(PEI)/ρ(TA)分别为2/8和4/6时,膜性能最佳,此时纯水通量较不添加TA时分别提高36%和114%;模拟RB5染料废水通量较不添加TA时分别提高37%和87%;染料截留率分别为95.5%、95.4%,盐(NaCl)的截留率分别为3.95%、3.15%。PVDF复合疏松纳滤膜在处理模拟RB5染料废水中运行稳定性良好。

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含氟羧酸酯-马来酸酐原油降凝剂的合成及性能研究

王翔, 张国欣, 陆原, 胡廷, 魏强, 陈严飞

现代化工. 2024, 44(7): 124-129. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2024.07.022

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为了改善海上原油管输流动效果,以甲基全氟烷基乙基羧酸酯(GMA)和马来酸酐(MA)为单体、偶氮二异丁腈为引发剂合成聚(甲基全氟烷基乙基羧酸酯-马来酸酐)(GM),以其为主剂与乙烯-乙酸乙烯酯共聚物(EVA)复配形成含氟羧酸酯-马来酸酐原油降凝剂,并对GM合成条件、降凝剂降凝效果影响因素、加剂前后原油流变性和微观形态进行评价分析。结果表明,GM合成优化工艺条件为:GMA与MA摩尔比为5∶1、引发剂质量分数为0.6%、反应温度为75℃、反应时间为8 h;GM与EVA间存在协同作用,当w(GM)∶w(EVA)=6∶4、加剂量为400 mg/L时,原油凝点为5.5℃,降凝幅度为13℃;在温度为10℃时,加剂前后原油黏度从562.9 mPa·s降至93.1 mPa·s,降黏率达83.5%,原油屈服值从986.6 Pa降低至68.02 Pa,屈服值下降率达93.1%;加剂前后蜡晶形态由棒针状大聚集体堆叠变为小聚集体分散,加剂对改善原油低温流动状态具有明显效果。

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萘硝化合成一硝基萘安全工艺研究

刘祥, 吴绪伟, 薛洪来, 严生虎, 陈代祥, 沈介发, 张跃

现代化工. 2024, 44(7): 130-134. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2024.07.023

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针对萘硝化间歇式反应存在反应时间长、收率低和风险高等问题,以萘为原料、浓硝酸为硝化剂、二氯乙烷为溶剂,提出了微通道反应器内合成一硝基萘的连续流工艺。考察了硝酸与萘摩尔比、反应温度、硝酸质量分数、反应停留时间4个因素对微通道连续反应的影响,验证了最佳工艺条件下微通道连续反应转化率和收率的稳定性,并对比分析了间歇式反应与微通道连续流反应的反应严重度。结果表明,硝酸与萘摩尔比为2∶1、反应温度为40℃、硝酸质量分数为85%、停留时间为96 s时微通道连续流反应效果最佳;最佳工艺条件下,微通道连续反应稳定,萘的转化率达到99.1%,一硝基萘的收率达到96.3%;间歇反应、微通道连续反应绝热温升分别为103.25℃和1.5℃,表明微通道连续流的萘一段硝化反应风险更低。

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Ni基催化剂对苯乙酮选择加氢性能的影响

贺友, 迟姚玲, 董浩, 林世静, 李嘉璐, 张谦温

现代化工. 2024, 44(7): 135-138,144. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2024.07.024

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以六水合硝酸镍和九水合硝酸铝为前驱体,采用共沉淀法制备了以氧化铝为载体、Ni为活性组分的催化剂粉末;经过催化剂挤条、干燥、焙烧得到相应的固体催化剂。同时采用固定床反应器对该催化剂性能进行了评价。考察了催化剂焙烧温度、反应液体空速、反应压力、反应温度对苯乙酮选择加氢的影响,并利用XRD、BET、H₂-TPR、压汞仪对催化剂进行表征。结果表明,催化剂焙烧温度为400℃、反应温度为70℃、反应液体空速为2.5 h^-1、反应压力为5 MPa时,苯乙酮转化率和α-苯乙醇的选择性均高于95%。

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射频等离子体改性制备S₂O_2-8/SnO₂-Al₂O₃固体超强酸催化剂的研究

张旭东, 李秀兰, 朱长辉, 田保河, 朱文超

现代化工. 2024, 44(7): 139-144. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2024.07.025

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采用低温陈化法制备S₂O_2-8/SnO₂-Al₂O₃固体超强酸催化剂,利用射频等离子体技术对其进行改性后催化L-酪氨酸与甲醇的酯化反应。利用Hammett指示剂法、XRD、HRTEM、BET、FT-IR、Py-IR和NH₃-TPD等对改性前后的催化剂进行表征。结果表明,经射频等离子体改性后的催化剂颗粒分散性更好、粒径更小(4.32 nm)、比表面积更大(104.4 m²/g)、总酸量更高(142.9 μmol/g)。在温度为180℃、压力为1 MPa的条件下,射频等离子体改性后的催化剂催化L-酪氨酸甲酯化反应6 h后L-酪氨酸甲酯产率可达92%。

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铈掺杂对α-Bi₂Mo₃O₁₂纳米片催化剂丙烯选择性氧化性能的影响

张鑫, 杨艳艳, 周如金, 许松泠, 单书峰, 曾兴业

现代化工. 2024, 44(7): 145-150. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2024.07.026

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采用快速微波辅助水热法制备了4种不同的Bi_2-xCe_xMo₃O₁₂纳米片催化剂。在制备过程中通过调节铈的掺杂量可以改变合成催化剂的形貌和结构,成功地提高了Bi_2-xCe_xMo₃O₁₂纳米片催化剂的比表面积。结果表明,煅烧温度为500℃、pH为3、掺杂量x=0.05时制备的Bi_2-xCe_xMo₃O₁₂纳米片催化剂具有最高的丙烯选择性氧化性能,丙烯转化率为42.1%,丙烯醛选择性为88.3%。Bi_2-xCe_xMo₃O₁₂纳米片催化剂的性能与结晶度呈负相关。用XPS表征了Bi_2-xCe_xMo₃O₁₂的氧迁移率,Bi_2-xCe_xMo₃O₁₂的催化性能与其氧流动性呈正相关。

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镍钨基硫化态和氮化态催化剂对十氢萘选择性开环性能研究

袁利静, 马纪伟, 崔昇, 张莉, 王潇潇, 孟现洁

现代化工. 2024, 44(7): 151-155. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2024.07.027

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通过不同预处理方式制备镍钨硫化态和氮化态催化剂,利用X射线衍射、吡啶红外光谱、元素分析、CO滴定等技术对催化剂进行表征。以十氢萘为探针分子,利用固定床反应器考察不同预处理方式及负载量对催化剂十氢萘选择性开环反应转化率和寿命的影响规律。结果表明,氮化态催化剂初始转化率及选择性开环活性高,这与氮化态催化剂金属位活性高有关,但其稳定性低于硫化态催化剂,这是由于十氢萘在金属位脱氢后未能及时转移至酸性位开环,使其发生过度脱氢导致结焦失活。

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碱水热法制备Ti₃C₂-Ag₃PO₄光催化剂及其光催化性能研究

徐竞帆, 周绿山, 沈琪, 熊信洁, 刘丹, 李颖, 张玉, 唐佳文

现代化工. 2024, 44(7): 156-160,168. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2024.07.028

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通过碱水热反应合成了Ti₃C₂,并以其为载体制备了不同负载量的Ti₃C₂-Ag₃PO₄光催化剂。利用FT-IR、XRD、SEM、XPS等对光催化剂进行表征。结果表明,在240℃水热条件下,碱刻蚀法制备的Ti₃C₂为刻蚀程度较低的片层结构,同时材料中有微量的TiO₂存在,同时Ag₃PO₄以立方相的形式负载到Ti₃C₂载体表面。随着Ag₃PO₄负载量的增加,Ti₃C₂-Ag₃PO₄的光催化活性逐渐增大,在催化剂质量为0.01 g、反应时间为60 min时,Ti₃C₂-Ag₃PO₄-85%对亚甲基蓝的降解率达到95%。Ti₃C₂与Ag₃PO₄异质结的存在使其具有较强的电荷分离能力和优异的光催化性能。

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胶束修饰疏水缔合聚合物聚合机理及流变性能研究

文新, 王磊, 王嘉鑫, 姚传高, 杨蓉, 杨雯雯

现代化工. 2024, 44(7): 161-168. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2024.07.029

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以椰油酰胺丙基甜菜碱(CAB)为分散剂,将油酸(OA)、N,N-二甲基丙二胺(DMAPA)、氯丙烯(AC)合成的疏水单体KS-3与丙烯酰胺(AM)经自由基聚合得到聚合物RES。临界胶束浓度、TEM与粒径测试结果表明,KS-3与CAB在AM单体溶液中混合时呈现良好的协同效应,且可形成蠕虫状胶束。研究KS-3的胶束状态与AM的聚合机理发现,RES具有更好的热稳定性、更小的临界缔合浓度,同时分子聚集更加紧密,在水溶液中形成密度更高的网络结构。利用流变仪对RES进行耐温性、触变性及黏弹性测试,RES展现出优良的耐温性、更大的触变环及更好的黏弹性,且G'>G″,聚合物具有更强的缔合结构。

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负载缓蚀剂埃洛石纳米管/含硅聚氨酯复合涂层的防腐性能研究

刘成, 雷永林, 朱雪梅, 罗茜, 梁瑶

现代化工. 2024, 44(7): 169-174,179. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2024.07.030

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利用二价铜离子将缓蚀剂8-羟基喹啉封装在埃洛石纳米管内,将其加入含硅聚氨酯涂层(PU)中制备复合防腐涂层并涂覆在Q235碳钢表面。利用傅里叶变换红外光谱、热重分析和透射电镜对封装缓蚀剂的埃洛石纳米管(HNTs/8-HQ/Cu²⁺)形貌和结构进行表征。在3.5% NaCl溶液中,通过电化学阻抗谱和Tafel极化曲线表征质量分数分别为0%、0.5%、1%、1.5%、2%和2.5% HNTs/8-HQ/Cu²⁺的负载缓蚀剂埃洛石纳米管/含硅聚氨酯复合涂层(PU/HNTs)的耐腐蚀性。结果表明,PU/HNTs涂层相对PU涂层的耐腐蚀性能有显著提升,其中含PU/1.5% HNTs涂层的阻抗值达到8.0×10⁵ Ω·cm²,腐蚀电流密度降至(0.117±0.007) μA/cm²,缓蚀效率达到99.22%,浸泡30 d后涂层的阻抗值依然达到9×10⁴ Ω·cm²。

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磁性石墨烯气凝胶复合材料的制备及其性能研究

罗祖云, 张嘉冰, 蔡雨晴, 刘昕悦, 吕燕根

现代化工. 2024, 44(7): 175-179. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2024.07.031

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针对石墨烯材料在吸波领域存在介电常数较大、阻抗匹配差等缺点,采用水热法调控石墨烯与Fe₃O₄的比例,制备一种兼具宽频带、轻质、高吸波性能的磁性石墨烯气凝胶复合材料(Fe₃O₄/GA)。对复合材料的形貌、结构及吸波性能进行表征和分析,结果表明,该复合材料呈三维多孔结构,Fe₃O₄纳米颗粒均匀负载在石墨烯表面;复合材料在较宽的频带上均表现出优异的吸波性能,且随着Fe质量的增加复合材料的吸波性能逐渐增强;当FeCl₃·6H₂O添加质量为0.42 g时,复合材料Fe₃O₄/GA-0.42的RL_min在15.6 GHz处达到-49.75 dB,厚度为3 mm时的有效吸收频带宽为7.12 GHz,具有良好的吸波性能。

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锰(Mn)钴(Co)双金属负载石墨相氮化碳活化过硫酸盐用于非自由基主导的高级氧化(AOP)降解污染物研究

庄立恒, 毛辉麾, 范郑洋, 王桂灵, 葛吕洁, 桂豪冠

现代化工. 2024, 44(7): 180-185. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2024.07.032

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采用两步煅烧法成功制备了钴锰双金属氧化物负载的石墨相氮化碳(CMCN)。锰氧化物主要以Mn₃O₄和MnCO₃形式存在,钴氧化物以CoO形式存在。由于g-C₃N₄的存在,金属Mn和Co都分布均匀没有出现团聚现象。XPS表征结果表明,Co和Mn都具有2个价态存在于CMCN中,并且保持了g-C₃N₄的结构单元。通过对罗丹明B降解评估催化剂CMCN的催化降解性能。结果表明,在Mn和Co的协同作用下,罗丹明B降解率在1 min可达到99%以上。电子顺磁共振和淬灭试验表明,非自由基氧化(¹O₂)在罗丹明B降解过程中占主导地位。

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温敏型纳米复合材料的研制及驱油性能研究

陈思齐, 郑学成, 樊维, 林小莎, 周雪峰

现代化工. 2024, 44(7): 186-192. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2024.07.033

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为提高纳米流体驱对油藏的适用性,满足高效开采的需求,设计了一种对温度能动态响应的纳米材料。将温敏性单体异丙基丙烯酰胺(NIPAm)和亲水单体衣康酸(IA)接枝在纳米SiO₂表面制备了温敏型纳米复合材料NIPAm/IA/SiO₂。通过红外光谱、动态光扫射等表征手段研究了NIPAm/IA/SiO₂的化学结构、热稳定性、形貌及粒径。结果表明,NIPAm/IA/SiO₂具有良好的分散性和热稳定性(初始分解温度为310℃),中值粒径为264 nm。当环境温度低于低临界溶液温度(LCST)时,NIPAm/IA/SiO₂呈现亲水性。温敏型纳米流体的润湿作用使岩石表面亲水性增强、毛细管力增大,NIPAm/IA/SiO₂提高采收率主要是通过渗吸作用完成;当温度高于LCST时,NIPAm/IA/SiO₂呈现两亲性,此时岩石表面趋于中性润湿,从而提高了油水两相的流动性,使孔喉中的油更容易被注入流体驱替。

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GO/PDMS-PU海绵负载Fe₃O₄活化过硫酸盐去除地下水石油烃的研究

周美春, 沈犇, 刘翠, 彭倩, 赵燕, 赵远

现代化工. 2024, 44(7): 193-198. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2024.07.034

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针对石油烃(TPH)在土壤中长时间不易分解造成地下水长久污染问题,研究了新型复合石墨烯海绵(GO/PDMS-PU)负载Fe₃O₄活化过硫酸盐体系在不同催化剂质量比、初始pH、过硫酸盐(PS)浓度、TPH浓度以及共存阴离子等条件下降解TPH的规律。结果表明,Fe₃O₄与GO/PDMS-PU的质量比为1∶2的复合材料降解效率最佳,为88%。当PS浓度为2 mmol/L、催化剂质量浓度为0.3 g/L时,在酸性和中性条件下更有利于TPH的去除,去除效率为85%。GO/PDMS-PU/Fe₃O₄+PS体系的自由基猝灭实验和EPR测试表明,自由基以·SO₄^-、·OH为主,存在一定量 ¹O₂。

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Ce改性Ni/MnO_x催化剂用于甲烷干重整的研究

施冰梅, 储伟, 蔡国兵

现代化工. 2024, 44(7): 199-204. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2024.07.035

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采用氧化还原沉淀法制备了系列xCe(100-x)MnO_x(简记为xC(100-x)M,x分别为0、10%、30%、50%、80%、100%)复合氧化物,通过浸渍法负载Ni制备Ni/xC(100-x)M系列催化剂。以CH₄干重整反应制合成气为模型反应,研究Ce与Mn质量比对Ni/CeMnO_x催化剂活性的影响。结果表明,在Ni/MnO_x催化剂中引入Ce助剂,提高了催化剂的比表面积和表面碱性位点数量,改善了催化剂的还原能力。在系列Ni/CeMnO_x催化剂中,Ce与Mn质量比对反应活性有着显著的影响,Ce质量分数的增加有利于提高CH₄和CO₂转化率,在反应温度为700℃和V(CH₄)/V(CO₂)=1∶1的条件下,Ni80C20M催化剂的CH₄和CO₂转化率相对较高,CH₄转化率为73.90%,CO₂转化率为79.38%。

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高效磷酸银/碳球复合光催化剂的制备及可见光催化性能研究

樊苗苗, 樊国栋, 田海莹

现代化工. 2024, 44(7): 205-211. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2024.07.036

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采用水热法制备了前驱体碳球(CSs),将磷酸银(Ag₃PO₄)与CSs共沉淀复合制备了系列Ag₃PO₄/CSs-x%(x为0~0.8)复合光催化剂。通过XRD、FE-SEM、FT-IR、UV-Vis DRS和XPS等对所制备的光催化剂进行表征。结果表明,Ag₃PO₄有效地包覆在CSs表面,Ag₃PO₄的晶体结构不受影响。CSs的引入增强了Ag₃PO₄对可见光的吸收,增大了Ag₃PO₄和污染物的接触面积。复合光催化剂Ag₃PO₄/CSs-x%比Ag₃PO₄具有更高的活性,当m(CSs)∶m(Ag₃PO₄)=0.6∶100时,所得的Ag₃PO₄/CSs-0.6%光催化效果最佳,光照60 min时对苯酚的降解率可以达到99.4%。空穴(h⁺)和超氧自由基(·O₂^-)为降解反应的主要活性物种,并且光催化剂循环使用3次仍具有较高的光催化活性。

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氮掺杂CNT催化剂的制备及NH₃-SCR脱硝性能研究

韩洪轩, 烟征

现代化工. 2024, 44(7): 212-217. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2024.07.037

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通过球磨-煅烧的方法对碳纳米管进行氮掺杂改性。分别以尿素、吡啶、三聚氰胺为氮源,在不同碳氮质量比以及煅烧温度下进行氮掺杂,结果表明,600℃为最佳的氮掺杂煅烧温度;以三聚氰胺为氮源、碳氮比为1∶0.5时NO的转化率要高于其他氮源,350℃时转化率达到峰值。SEM、BET、XRD、FT-IR和XPS等表征结果表明,氮掺入后主要以吡啶氮、吡咯氮和石墨氮的形态存在,同时在碳纳米管表面引入了含氮官能团,改变了碳原子和氮原子的电荷状态,为SCR反应提供了更多的活性位点。

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微型反应器在沉淀硫酸钡生产中的应用

冯伦伟, 万洋, 张松, 张波, 陈周, 谢燕

现代化工. 2024, 44(7): 218-220. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2024.07.038

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针对传统沉淀硫酸钡生产过程中存在能耗大、反应过程难以控制、硫酸钡产品批次间差异大、杂质多、粒径分布宽等问题,创新采用微型反应器来改进传统芒硝法生产硫酸钡工艺。利用微型反应器具有高效传质与传热的特点,通过精准控制物料配比及反应条件,形成条件可控、高通量的物料微腔并流连续合成硫酸钡的生产技术。微型反应器体系内物料BaS和Na₂SO₄充分混合且受热均匀,保证了反应过程的一致性,具有产率高、稳定性好、产品一致性及均匀性好、能耗少、反应体积小等优点,能提高合成效率与产量,提升硫酸钡产品品质,实现大规模连续生产。

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燃煤锅炉改燃兰炭燃烧工艺及效益分析

何海军

现代化工. 2024, 44(7): 221-224. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2024.07.039

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兰炭因热值高、硫含量低的特点被广泛应用于散煤替代,燃煤锅炉改燃兰炭是实现资源合理利用、降低污染物排放和改善企业经济效益的有效途径。以河北某循环流化床锅炉改燃兰炭工程为例,燃烧系统采用掺烧灰渣的方法,解决改燃后机械未完全燃烧导致损失大和物料循环不稳定问题,确定了兰炭和灰渣的最佳掺混比为9∶1;配风系统采用控制总量并降低一次风率的方法,解决兰炭着火困难的问题,确定了最佳一次风比例为55%;换热系统采用增加锅炉尾部受热面的方法,解决因燃料热值提升较大产生的蒸汽超温和锅炉效率下降问题。改燃扩容后锅炉烟尘、SO₂和NO_x排放分别比原锅炉降低了73%、94%和55%,以原锅炉35 t/h的额定功率运行,每小时节约燃料成本5.51%,产吨蒸汽所需燃料成本降低6.47元。

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组合纳滤在煤化工废水分盐改造中的工程应用研究

赵鹏飞, 张彦海, 李超, 张波, 俞彬

现代化工. 2024, 44(7): 225-228. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2024.07.040

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为实现结晶盐资源化,对某煤化工零排放项目采用组合纳滤技术+重结晶工艺进行改造。结果表明,组合纳滤可有效实现分盐及浓缩功能,当进水中Cl^-/SO₄^2-=0.37~0.98时,组合纳滤产水Cl^-/SO₄^2-=30.7~298.5(均值117.9),浓水中Cl^-/SO₄^2-=0.09~0.28(均值0.15),浓水中SO₄^2-浓度可达80 000 mg/L以上,截留率>99%,Cl^-平均截留率为-18.9%;产出合格NaCl及Na₂SO₄结晶盐,纯度均在98.5%以上,有效地实现了混盐资源化。

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电石渣与老卤制备镁质胶凝材料级氧化镁的研究

索智录, 董伟

现代化工. 2024, 44(7): 229-233. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2024.07.041

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利用老卤和电石渣反应合成氢氧化镁,再经煅烧形成氧化镁,达到将盐湖化工生产废弃物循环利用、减少盐湖废弃物直接排放的目的。根据试验室规模工艺研究结果,完成了年产500 t氧化镁装置设计及中试。

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小规模高含氮天然气脱氮-液化工艺模拟分析

俞徐林

现代化工. 2024, 44(7): 234-238. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2024.07.042

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对于含氮气约为10%、处理量为150 000 m³/d的原料气,当采用常规工艺液化时,不可避免地存在能耗高与LNG储罐安全隐患大等问题。为此,提出脱甲烷塔的塔底加热精馏、塔顶气增压冷凝回流和塔顶气冷凝回流3种脱氮-液化工艺,旨在比选出经济高效、适应性强的脱氮-液化工艺。采用HYSYS软件模拟分析3种脱氮-液化工艺的LNG质量、产量、能耗、排放尾气甲烷含量以及原料气含氮量变化对其适应性,结果发现,塔顶气增压冷凝回流脱氮-液化工艺的甲烷收率最高,达到97.2%;单位能耗最低,达12.81 W/m³原料气;经济效益最好,年收入增加2 076.78万元。因此,该工艺最适合研究原料气的脱氮液化,其分析方法可供类似规模的高含氮天然气脱氮液化工艺比选参考。

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碱解-离子选择电极法测定冰晶石总氟含量

李睿琪, 陈志华, 陈义平, 姚岢岢, 池汝安, 龙秉文

现代化工. 2024, 44(7): 239-243. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2024.07.043

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针对目前冰晶石总氟含量常规测定耗时长、操作烦琐、过程物质存在毒害性和测试成本高等不足,提出了碱解-氟离子选择电极法实现快速准确测定冰晶石中的总氟含量。样品预处理过程中,在200℃下采用过量氢氧化钠在镍坩埚中碱解 1 h,可将冰晶石中的氟完全转换为氟离子。溶液电位测量过程中,在样品溶液和氟离子标准溶液中加入TISAB Ⅳ总离子强度调节缓冲溶液来消除Al³⁺的干扰,同时在氟离子标准溶液中加入适量Na⁺和Al³⁺来保证样品溶液和标准溶液的总离子势和Na⁺浓度一致。实验结果表明,该方法与传统化学分析法一致性良好,平均相对偏差为0.40%,最大绝对偏差为0.32%,且5次平行测量相对标准偏差小于0.50%,适用于冰晶石总氟含量的快速批量测定,亦可推广用于其他氟化物中总氟含量测定。

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纳米银修饰ITO电极快速测定水中吡虫啉

张宗元, 赵佳, 杨远, 罗惠莉, 李启武

现代化工. 2024, 44(7): 244-248. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2024.07.044

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利用恒电压沉积纳米银制备了对吡虫啉响应良好的电化学传感器。采用扫描电镜(SEM)、电化学阻抗谱(EIS)对电极进行了表征。探讨了缓冲液pH、扫描速率、干扰物质对实验结果的影响。研究表明,最佳实验条件(0.01 mol/L、pH=7的PBS缓冲液,扫描速率100 mV/s)下,在10~100 μmol/L浓度范围内含吡虫啉线性伏安扫描的还原峰电流与其浓度呈线性关系(R²=0.980 0),LOD值为0.04 μmol/L。该修饰电极具有电稳定性良好、可重复使用等一系列优点。对河水的添加回收率为90.05%~103.1%,与液相色谱测定的结果相符,表明该传感器在实际样品检测和环境保护中具有良好的应用前景。

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二丙酸倍他米松有关物质的HPLC法测定

唐玲玲, 葛纪龙, 陶永新

现代化工. 2024, 44(7): 249-252. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2024.07.045

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建立了高效液相色谱法测定二丙酸倍他米松(1)中的有关物质,即倍他米松(2)、倍他米松17-丙酸酯(3)、二丙酸倍氯米松(4)、6α-溴倍他米松二丙酸酯(5)。色谱柱选用COSMOSIL 5C18-MS-Ⅱ(4.6 mm×150 mm,5 μm),以0.04%三氟乙酸-H₂O为流动相A、0.02%三氟乙酸-乙腈为流动相B,梯度洗脱;流速为0.8 mL/min,检测波长为254 nm,柱温40℃。结果显示,1和杂质2~5均分离良好,且在各自浓度范围内线性关系良好;2~5的平均回收率(n=9)为99.8%~104.2%,RSD为4.0%~6.1%。1、2、4的检测限为0.1 μg/mL,3和5的检测限为0.2 μg/mL。建立的方法准确性好、灵敏度高,各组分分离较好,可用于1中有关物质的测定。

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