以聚酰胺多胺(PPC)和2,3-环氧丙基三甲基氯化铵(ETA)为原料,硝酸铈铵为引发剂,通过亲核加成反应合成了一种新型阳离子聚酰胺多胺絮凝剂,通过红外光谱仪、核磁共振氢谱仪对产物的结构进行了表征。考察了PPC与ETA质量比、反应温度、反应时间、引发剂质量对产物特性黏数的影响,确定了最佳工艺条件为:m(PPC)∶m(ETA)=1∶1,引发剂质量为0.06g,反应温度为80℃,反应时间为6h,产物特性黏数达到4.31dL/g。探究了不同阳离子度、絮凝剂质量浓度对造纸废水体系絮凝性能的影响,得到最佳阳离子度为28%~32%,质量浓度为1.8mg/L,在此条件下CODCr的去除率可达90%以上,透光率达97%以上,与其他同类絮凝剂相比性能优异。
采用直接水热法制备得到花状氢氧化镍,研究了六水合氯化镍、氨水等因素对花状氢氧化镍形貌的影响。筛选形貌较好的制备条件,合成4种花状氢氧化镍。利用X射线粉末衍射(XRD)、场发射扫描电镜(SEM)、比表面积测试(BET)对4种氢氧化镍进行了分析表征。结果表明,制得的4种氢氧化镍均呈花状结构,且为纯度较高的氢氧化镍。以刚果红为模型污染物,比较了4种氢氧化镍样品的吸附效果,结果发现,4种氢氧化镍样品均有较好的吸附性能,其中制备条件为氨水质量分数为13%,六水合氯化镍浓度为0.2mol/L,尿素浓度为2.0mol/L,反应温度为120℃的氢氧化镍样品能够达到98%的吸附效果。
以马来酸酐(MA)为原料合成环氧琥珀酸(ESA),以过硫酸铵为引发剂,将ESA与衣康酸(IA)和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)共聚,得到同时含羧基和磺酸基的ESA/IA/AMPS三元共聚物。通过单因素试验和正交试验筛选出ESA/IA/AMPS的最佳合成条件:m(MA)∶m(IA)∶m(AMPS)=3∶1∶1,引发剂质量占单体总质量的12%,反应温度为95℃,反应时间为4h。并对ESA/IA/AMPS的阻垢分散性能进行了研究。结果表明:ESA/IA/AMPS三元共聚物的阻Ca3(PO4)2和分散Fe2O3性能与ESA/AMPS共聚物基本相当,但阻CaCO3效果明显优于ESA/AMPS和PESA。在加药质量浓度为30mg/L时,ESA/IA/AMPS对CaCO3阻垢率为80.9%,对Ca3(PO4)2阻垢率为100%。
以水稻秸秆为原料,采用微波辐射联合小分子有机酸预处理手段,考察了微波强度、酸质量分数、微波时间、固液比对木质素的移除和经预处理底物的酶水解效果的影响。通过正交实验确定了各因素的影响次序为:酸质量分数>固液比>微波时间>微波强度。在最佳的预处理条件下(柠檬酸质量分数为20%,固液比为1∶20,微波时间为8 min,微波强度为600W),酶水解96 h后的还原糖产率可达50.6%,比未处理的秸秆(22.5%)提高了28.1%。随后对最佳条件下处理的底物进行了一系列酶水解条件的优化,确定了酶水解的最优条件,即底物质量浓度为20mg/mL,控制添加的酶的总蛋白量为20mg,纤维素酶∶β-葡萄糖苷酶∶木聚糖酶蛋白量比为1∶1∶2,最佳表面活性剂吐温-80的质量分数为2%,此时的还原糖产率可达58.4%,比未优化的有明显的提高。
采用N-甲基氧化吗啉(NMMO)/H2O的纤维素均相溶解体系对羧甲基纤维素(CMC)的制备进行研究。通过1H-NMR方法测定了羧甲基在脱水葡萄糖单元(AGU)上的取代情况,研究了醚化剂摩尔比、醚化时间及醚化温度对取代度(DS)和取代基分布的影响。结果表明,较优的NMMO/H2O均相羧甲基化工艺条件为:醚化剂摩尔比为10∶1,醚化时间为120min,醚化温度为90℃,在此条件下取代度为1.26;羧甲基取代顺序表现为C(6)>C(2)>C(3),增加醚化剂用量和延长醚化时间可以促进C(2)和C(6)位的取代,提高反应温度更有利于提高C(6)的取代。与工业淤浆工艺所得的产品进行对比发现,NMMO/H2O均相体系制备的羧甲基纤维素产品具有更高的取代度和均匀的取代基分布。
以对苯乙烯磺酸钠为稳定剂,采用阴离子稳定分散聚合法一步制备了单分散聚苯乙烯(PS)微球。并以该微球为模板通过化学沉积和化学镀2种方法制备Ag/PS复合微球,研究了不同制备方法和银氨溶液浓度对复合微球形貌的影响。通过傅里叶红外光谱、X-射线衍射、扫描电镜、热重分析和紫外-可见光谱对微球的组成、结构、形貌、热稳定性及催化性能等进行了表征。结果表明:相比化学沉积法,化学镀法可以明显减少银粒子异相成核,提高微球表面包覆率;复合微球表面形貌可以通过银氨溶液浓度来调节,随银氨溶液浓度提高,制备的Ag/PS复合微球载银量和热稳定性提高;当银氨溶液浓度为3×10-2 mol/L时,得到的Ag/PS复合微球表面结构均一,载银质量分数约为33.1%,对硼氢化钠还原对硝基苯酚反应的催化活性最好。
采用微波强化过碳酸钠(SPC)/FeSO4体系催化氧化邻苯二甲酸异辛酯(DEHP)废水,考察了初始pH、温度、DEHP/SPC/FeSO4摩尔比、反应时间等因素对DEHP去除率的影响,研究了微波与SPC/FeSO4氧化体系之间的协同作用。实验结果表明:在初始pH为12.0,DEHP/SPC/FeSO4摩尔比为1∶100∶100,温度为90℃的最佳条件下处理初始质量浓度为400μg/L的DEHP溶液40min后,DEHP的去除率可达85.4%;微波水浴对比实验结果表明,微波除具有热效应外,还能在高温和碱性条件下促使亚铁形成铁氧体,并利用铁氧体对微波的强烈吸收作用和对有机物的吸附作用,与SPC协同氧化降解有机物。
在单因素法考察絮凝剂稳定性和絮凝性能的基础上,采用响应曲面法建立Box-Behnken Design(BBD)数学模型,优化聚硅酸铝铁-聚二甲基二烯丙基氯化铵(PSAF-PD)絮凝剂制备条件。结果表明,对响应值的影响顺序为:铝铁摩尔比[n(Al)/n(Fe)]>PD质量分数[ω(PD)]>反应温度(T),最佳制备条件为n(Al)/n(Fe)=2.33,ω(PD)=0.44%,T=41.12℃。PSAF-PD投加量为0.04mL/mL时,模拟液浊度、色度、木质素磺酸钠的去除率分别为96.89%、97.70%、89.02%。造纸废水絮凝实验表明,PSAF-PD投加量为0.8mL/mL,其化学需氧量(COD)、色度、浊度、UV254的去除率分别为78.88%、92.06%、96.07%、79.12%。PSAF-PD比某商品PSAF的投加量少,反应速率快,絮体紧凑,处理效果好。
采用共沉淀法制备改性铝碳酸镁,通过BET、XRD、FT-IR和SEM对催化剂进行表征。研究了n(NaOH)∶n(Na2CO3)及超声波处理等对改性铝碳酸镁催化活性的影响。结果表明,n(Mg)∶n(Al)=3∶1,n(NaOH)∶n(Na2CO3)=1∶1,超声波辅助共沉淀,焙烧制得的改性铝碳酸镁对大茴香醛与丙酮的缩合反应具有较好的催化活性与选择性;对改性铝碳酸镁催化下大茴香醛与丙酮经缩合反应合成亚茴香基丙酮的工艺进行研究,得到最佳的工艺条件为:催化剂质量分数为6%,反应温度为60℃,反应时间为10h,n(丙酮)∶n(大茴香醛)=9∶1,在此条件下,大茴香醛转化率为99.69%,亚茴香基丙酮收率为97.50%。
对分批和半连续模式下柱式和平板式光生物反应器中湛江等鞭金藻的生长和油脂积累特征进行了评估。分批培养时平板式反应器可获得更高生物质质量浓度(2.06 g/L)、生物质产率[22889 mg/(L·d)]和油脂产率[83.34 mg/(L·d)],且操作简单,易于放大,适于工业化培养。平板式反应器半连续培养虽然稳定期生物质质量浓度低于批次培养,但可获得更高生物质产率[342.83 mg/(L·d)]。气相分析结果表明,湛江等鞭金藻含有大量多不饱和脂肪酸。结果表明,平板式反应器中批次培养有利于湛江等鞭金藻油脂积累,半连续培养有利于生物质积累,可为工业化生产提供借鉴。
利用浸渍法制备了γ-Al2O3负载金属盐催化剂,考察了活性组分、温度、负载率对1,1,2-三氯乙烷脱氯化氢反应的影响。在γ-Al2O3负载2% CsF、180℃、0,5MPa优化条件下,1,1,2-三氯乙烷转化率达30%,偏二氯乙烯选择性达90%。用气-液-固三相反应器考察了沸腾鼓泡状态、添加阻聚剂苯醌对不同温度下CsF-γ-Al2O3液相催化1,1,2-三氯乙烷制偏二氯乙烯的寿命的影响。结果表明,在113℃、0.1MPa下,CsF-γ-Al2O3对偏二氯乙烯的选择性高达85%,寿命长达230 h。用高温凝胶色谱(GPC)和红外光谱(IR)对CsF-γ-Al2O3表面吸附物种进行表征,结果显示,苯醌由于其对偏二氯乙烯的阻聚作用而能延长催化剂寿命。
以苯乙烯、二乙烯基苯为原料,采用悬浮聚合法制备了凝胶型聚苯乙烯树脂球,经磺化、炭化、水蒸气活化,得到聚苯乙烯基球形活性炭(PACSs)。通过氮气吸附、二氧化碳吸附对球形活性炭的孔结构进行表征,采用固定床吸附探究其对低浓度丙酮的吸附性能。结果表明,球形活性炭的孔结构可以通过控制活化时间来调控,其比表面积和总孔容均随着活化时间的延长而增加,其中比表面积在789~2 022m2/g内可调,而微孔孔容所占比例(Vmicro/Vt)和比表面积所占比例(Smicro/SBET)则随活化时间的延长先升高后降低。活化时间为1 h时,球形活性炭对丙酮具有最大吸附量。同时,孔径在0.4~0.5nm的超微孔孔容是低浓度丙酮气体饱和吸附量的决定因素。
针对焦化粗苯中存在的非芳烃(NAH)、二硫化碳和噻吩与苯难以分离的问题,提出了卤化法精制技术。本工业化试验一方面以丙酮为共沸剂,采用共沸蒸馏的方式脱除焦化粗苯中的NAH和二硫化碳;另一方面以卤化反应为手段,将焦化粗苯中的噻吩转化为噻吩衍生物,结合蒸馏技术获取卤化精苯和噻吩衍生物。试验结果表明,经过共沸蒸馏后苯中二硫化碳含量可降低到0.1mg/kg以下,NAH的质量分数降低到0,1%以下;用KMnO,4和NaBr作为卤化剂可以将焦化粗苯中的噻吩转化为2-溴噻吩和2,5-二溴噻吩,通过减压蒸馏回收了高附加值的2-溴噻吩和2,5-二溴噻吩,相应产物的质量分数均大于98%。同时,经蒸馏获得的卤化精苯总硫含量小于1 mg/kg。
通过对中药药液ZY-3的低温蒸发过程的Aspen模拟,以模块化的方式先后确定了中药药液的露点温度,使中药药液蒸发和使溶剂蒸气冷凝所需的热量和冷量,通过其热量和冷量的计算匹配出相应的热泵系统,最终得出蒸发操作的适宜条件,即在0.01 MPa(绝压)的压力下蒸发,溶剂冷凝到20℃。随后组建实验设备,以实验的方法来验证Aspen模拟的可能性,通过对实验数据和模拟数据的采集、计算与分析,结果表明,选定的压缩机在正常工作条件下,其冷量和热量可以很好地与中药ZY-3药液蒸发所需热量和蒸气冷凝所需冷量相匹配;在操作压力为0.01 MPa(绝压)、操作温度为25℃的操作条件下,ZY-3药液的进料量为10.62 kg/h,可以蒸发9.94 kg/h溶剂,产品含溶剂质量分数约为26%,远远好于厂家对于产品指标的要求。
采用甘油作为萃取剂,基于NRTL活度系数模型,通过Aspen Plus软件对水-异丙醇共沸体系进行了萃取精馏过程模拟研究,在给定分离对象和分离要求的情况下进行操作参数优化,最终获得的操作参数为:精馏塔塔板数20块,水-异丙醇共沸体系的进料位置为第13块塔板,萃取剂的进料位置为第2块塔板,回流比为0.3,馏出率为0.87;闪蒸罐操作压力为15 kPa,温度为130℃;汽提塔塔板数为12块,空气流量为75 000 kg/h。此时异丙醇质量分数达到了99.74%,回收率为99.74%;甘油回收的质量分数为99.90%,回收率是99.33%;精馏塔能耗为2 579.2 kW,闪蒸罐能耗为343.6 kW,总能耗为2 922.8 kW。