介绍了2017年美国总统绿色化学挑战奖获奖项目的概要、创新与价值。6个奖项的获奖者分别是:绿色合成路线奖授予默克公司(Merck),其创新贡献在于研制了一种实验性抗病毒药物Letermovir,在制药行业中,该生产工艺代表了可持续的、产业化工艺的最先进水平;绿色反应条件奖授予安进公司(Amgen.)和巴亨公司(Bachem),他们通过改进固相肽合成技术,开发了一种用于新一代肾脏药物Etelcalcetide的商业化绿色生产工艺;设计绿色化学品奖、特别环境效益奖同时授予陶氏化学(Dow)和Papierfabrik August Koehler SE公司,其贡献在于可满足连续成像技术的热敏纸的突破;小企业奖授予优能科技有限责任公司(UniEnergy Technologies),他们开发了UniSystemTM,用于电网规模能量存储的高级钒氧化还原液流电池;学术奖授予宾夕法尼亚大学的Eric J.Schelter教授,其贡献在于使用特定金属络合物从废弃材料中简单高效地回收稀土元素。
以基于CNT的微纳电子器件为基础,综述了近年来改善CNT与金属电极间电接触性能的研究进展,阐述了各种改善CNT与金属电极间电接触性能方法的原理和优缺点。通过超声波焊接处理、金属颗粒黏结、碳纤维辅助组装、包覆CNT等处理工艺,可以获得阈值电压低、发射电流密度高和稳定性好的CNT场发射器;采用原子层沉积法、溶液处理法、超声波焊接法、高温退火法等可以很好地改善CNT与金属电极间的电接触性能,进而提高CNT晶体管的迁移率、跨导率和通断电流比;化学机械抛光、电子束诱导沉积等处理工艺可以增加CNT和金属电极的接触面积,降低两者间的接触电阻,从而实现高承载电流的CNT互连线。
采用载体挤出成型的方法,通过改变胶溶剂硝酸的加入量制备不同γ-Al2O3载体,同时用过量浸渍法负载15% Ni和5% Mo,制备得到NiMo/γ-Al2O3。通过BET、XRD、SEM等手段对载体和催化剂进行表征,并进行催化脂肪酸甲酯加氢脱氧反应性能评价,探究了载体对催化性能的影响。实验结果表明,当胶溶剂硝酸的质量为拟薄水铝石质量的7.5%,NiMo/γ-Al2O3催化剂在反应压力为2.9 MPa,反应温度为355℃,液时空速为2.0 h-1时,具有较佳的加氢脱氧性能,原料的转化率为92.5%,液相产品中正构烷烃C15~C18的选择性可达到71.7%。
采用络合萃取法处理高浓度H酸废水,考察了萃取体系、萃取时间、萃取级数、萃取剂体积分数、相比(A/O)、油碱比对COD的去除效果的影响。最佳体系为:三辛胺为络合剂,煤油为稀释剂,正辛醇为助溶剂。以三辛胺/煤油/正辛醇体系进行萃取实验,得到最优工艺参数为:V(三辛胺)/V(煤油)=1/4,相比(A/O)=5/1,pH=2.3,萃取时间为30 min;当H酸初始COD为35 000 mg/L时,经两级错流萃取后COD去除率可达到83.4%。采用12.5%的NaOH溶液对萃取相进行反萃取,可回收并循环利用萃取剂。实验结果表明:络合萃取工艺处理H酸生产废水效果显著,达到了预处理的目的,有利于实现工业化生产。
利用自主设计的水合物抑制剂评价装置,分析比较了蒸馏水及气田高盐水环境中水合物的形成规律,重点评价了高盐水环境中PVP、NVC、Poly (VP/VCap)、PVCap 4种抑制剂的使用效果。结果表明,压力为7.0 MPa,温度为3℃的条件下,蒸馏水环境中水合物的形成时间为16 min;而高盐水环境中水合物的形成时间为45 min。质量分数为2.0%时,上述4种抑制剂在高盐水环境中的有效抑制时间分别为300、350、> 1 100、> 1 100 min;其中PVCap在质量分数为0.5%时抑制时间就超过1 100 min,其抑制性能最优,满足现有气田工艺要求。高盐水环境有利于抑制剂发挥抑制效果。动力学型抑制剂具有加量少、毒性低的优点。
为了保证注水水质达标,油田污水站采用连续排泥工艺降低悬浮物和泥沙的含量,由此产生大量含水率高的污泥,造成运输费用及后续无害化处理费用的增加,因此,需要对污泥进行减量处理。以卧螺离心机为关键设备,设计了1套污泥离心脱水减量工艺。通过现场试验得到转速、差速、絮凝剂投加量、温度对减量效果的作用规律。在一定范围内,转速越高、差速越低、絮凝剂投加量越大、温度越高,处理后的污泥含水越少。采用正交试验方法优化得到工艺最佳运行参数:转速为2 500 r/min,差速为9 r/min,加药量为225 g/m3,温度为55℃。处理后,平均含水率从入口的97.37%下降到出泥口的59.17%,平均含固率从入口的1.73%上升到出泥口的33.72%。离心机出水口和出泥口分流比范围为24.14∶1~33.19∶1,对应的污泥减量比例为96.02%~97.08%,污泥减量效果很好。
采用水热法分别在酸性和碱性条件下合成了α-MnO2和δ-MnO2催化剂,利用XRD、N2-BET、Raman、H2-TPR对合成样品进行表征。将合成的α-MnO2和δ-MnO2催化剂用于催化废水中尿素水解,在不同水解温度、水解时间和催化剂质量浓度下比较了2种催化剂的催化活性。结果表明,δ-MnO2催化剂具有较高的催化活性。以δ-MnO2为催化剂,得到了尿素水解的最佳工艺条件:水解温度为165℃,水解时间为60 min,催化剂质量浓度为50 g/L。在最佳水解工艺条件下,尿素的降解率可达99.9%以上,此时水解液中剩余尿素的质量浓度仅为7.2 mg/L,达到了10 mg/L以下的排放标准。
以5,5-二甲基海因(DMH)、1,4-二溴丁烷为原料,合成了3-溴丁基-5,5-二甲基海因(BBDMH),并以柱色谱法分离提纯,薄层色谱法跟踪产物。利用傅里叶红外光谱(FTIR)、核磁共振氢谱(1HNMR)、核磁共振碳谱(13CNMR)、X-射线衍射(XRD)、元素分析对产物进行了表征。研究了缚酸剂的种类、反应时间、物料摩尔比、反应温度对BBDMH产率的影响。并在单因素实验的基础上利用响应面分析法中的Box-Behnke实验设计对合成工艺进行优化。制备3-溴丁基-5,5-二甲基海因的最佳工艺条件:缚酸剂为无水K2CO3且与DMH的质量比为4∶1,反应温度为50℃,n(1,4-二溴丁烷)/n(DMH)=2.67,反应时间为4.40 h。在此条件下,产率为92.89%,与回归模型的预测值很接近,相对误差仅为0.25%。
通过水热法合成Zn-MOF材料,并将其高温热解制备得到ZnO@CN纳米催化剂。通过X射线衍射谱、扫描电子显微镜表征了ZnO@CN的结构和组成。为了探究热解温度对ZnO@CN催化性能的影响,将制得的Zn-MOF材料在不同温度下热解分别得到ZnO@CN-600、ZnO@CN-700、ZnO@CN-800、ZnO@CN-900,通过氧还原反应测试其催化活性。结果表明,热解温度为900℃时制得的ZnO@CN-900起始电势和半波电势分别为0.890 V和0.780 V。动力学研究结果表明,ZnO@CN-900的电子转移数约为4,证明氧气分子在ZnO@CN-900催化剂表面还原采用四电子路径。
采用水热法在400℃的条件下煅烧并形成Co3O4微球,通过XRD粉末衍射、SEM等对Co3O4结构及形貌进行表征,并用循环伏安法(Cyclic Voltammetry,CV)和电化学阻抗谱法(Electrochemical Impedance Spectroscopy,EIS)对Co3O4的电化学性能进行表征。利用Co3O4修饰玻碳电极(Co3O4/GCE)并通过方波伏安法(Square wave voltammetry,SWV)检测邻苯二酚,在3.3~33 μmol/L的浓度范围内,邻苯二酚浓度和峰电流值呈线性关系,回归方程的相关系数为0.995,检测限(LOD)为0.42 μmol/L (3σ法),灵敏度为0.029 μA·(μmol/L)-1。同时进行了电极的稳定性实验,经10次循环,其峰电流的相对标准偏差(RSD)为0.25%。还对实际水样进行加标回收实验,该电极对实际水样的检测呈现出良好的性能。
在水溶液中以V50为引发剂,以丙烯酰胺、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵为单体,合成一种分子构型为网状的阳离子高分子絮凝剂。通过考察不同因素对聚合反应的影响得出最佳合成条件:单体质量分数为20%,单体n(丙烯酰胺)∶n(甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵)为8.5∶1.5,引发剂V50质量为单体质量的1.5‰,水玻璃质量为单体质量的1.5%。将该阳离子絮凝剂与分子质量和阳离子度相当的普通阳离子絮凝剂进行对比发现,自制絮凝剂的处理效率更高。将自制的絮凝剂用于油田压裂返排液对比实验,结果表明,与市场上分子质量和阳离子度均要高的普通阳离子絮凝剂相比,自制产品CODGr的能力更强。
以Cu/Ni为主活性组分,γ-Al2O3球为载体,考察了Mn助剂对N,N-二甲基乙醇胺(DMEA)固定床连续催化胺化制备N,N,N',N'-四甲基乙二胺(TMEDA)催化剂性能的影响,并通过XRD、BET/BJH、H2-TPR、H2-TPD等对催化剂结构进行表征,结果表明,Mn能够抑制脱氢而促进加氢反应的发生,随着Mn含量的增加,选择性会提高,而活性相对会受到抑制,当n(Cu)∶n(Ni)∶n(Mn)=4∶1∶0.2时催化剂性能较佳。采用4Cu-1Ni-0.2Mn/γ-Al2O3球作为催化胺化催化剂,在反应温度为240℃,DMEA空速为0.15 h-1,胺醇摩尔比为1∶1,常压,氢速为30 mL/min时,DMEA转化率和TMEDA选择性分别达到92%和83%左右。
为提高介质阻挡放电(DBD)系统降解H2S的能量利用效率,以同轴DBD反应系统为对象,从谐振特性和功率特性两方面研究了DBD放电系统的电气参数和反应器几何参数对反应器能量输入和H2S脱除效果的影响。研究发现,放电频率与负载电压之间的谐振特性直接影响H2S脱除效率,在谐振频率点脱除效率最大。谐振频率的大小受负载电压和反应器几何参数的影响,其原因可以归结于介质层等效电容的变化。DBD放电有效功率与放电频率、负载电压和反应器几何参数间存在量化规律P=A·L·f·Vn,且在相同的负载电压下,谐振频率点的能量输入效率ηP最大。其他条件不变的情况下,放电区域长度越大,H2S脱除效率越高;放电气隙的大小存在最优值,本文中最优的放电气隙为5 mm。
针对传统的DMF回收工艺存在能耗高的问题,提出了双效提浓工艺流程。利用Aspen Plus化工软件进行模拟,选用NRTL热力学模型,分别研究了3种不同进料浓度相对应的提浓度对节能效果的影响。以年总费用最低为目标函数,模拟了双效提浓、双效提浓热集成和双效提浓MVR热泵工艺并确定最佳工艺条件。研究结果表明,处理浓度分别为10%、20%、50%的DMF废水时,最佳的提浓度分别为60%、60%、70%;与常规精馏相比,双效提浓热集成工艺的TAC分别降低了7.35%、12.91%、6.01%;双效提浓热泵工艺的TAC分别降低62.25%、65.62%、41.27%。
建立了碳捕集系统仿真模型和热力系统变工况模型,提出添加和不添加小汽机的碳捕集耦合方式,并从热经济性和技术经济性上对比2种耦合方案。结果显示,不添加小汽轮机而尽量多地采用低段抽汽时,脱碳机组相对于原机组出力降低113.06 MW,发电效率降低7.79%,发电煤耗增加33.09 g/kWh,发电成本增加0.191元/kWh,脱碳成本为270.33元/kWh。添加小汽轮机后,碳捕集机组的净输出功提高43.45 MW,发电效率提高3.23%,发电煤耗降低28.55 g/kWh,发电成本降低0.034元/kWh,捕碳成本降低48.58元/t。综上,添加小汽轮机从热经济性和技术经济性上占有优势。
针对乌鲁木齐燃气汞排放数据缺乏、汞含量测试技术要求高的情况,首先采用安大略法测试燃气锅炉烟气中的汞的质量浓度,然后利用天然气参数及用量,通过科学计算获得天然气中的汞的质量浓度、汞排放强度、汞排放量。结果显示,锅炉烟气中总汞质量浓度为2.521 μg/Nm3,均为气态汞,元素态汞为主要形态;锅炉汞排放强度为(0.000 79~0.000 93)×10-12 g/J,远小于燃煤电厂的汞排放强度(0.77~0.81)×10-12 g/J;天然气中汞质量浓度为26.62~31.44 μg/Nm3,属于中等偏低水平;2016年乌鲁木齐市全年天然气汞排放量为81.9~96.8 kg/a。另外,针对国内烟气汞标准测试方法中存在的问题,结合安大略法设计的新采样系统操作较为简单,可用于烟气中总汞、气态汞、颗粒态汞的测定。