致密砂岩储层孔渗低、物性差,必须经过水力压裂改造后才能具有较好的产能。为了降低施工成本和压裂液对储层的伤害,同时在高温条件下具有良好的耐剪切性能和破胶性能,需要研发一种耐高温、低伤害的压裂液体系。以改性纳米二氧化硅为交联剂,对新型耐高温超低浓度纳米二氧化硅压裂液性能进行了较为全面的评价研究。结果表明,该压裂液体系在135℃条件下剪切2h后平均黏度为100 mPa·s,具有良好的携砂能力。破胶液残渣质量为常规胍胶压裂液质量的37.2%,破胶液的表面张力小,具有良好的返排性,压裂液与地层水配伍性好。超低浓度纳米胍胶压裂液大幅降低了对地层的伤害程度,适用于低渗的致密砂岩储层。
以天然石墨(G)为原料,苯胺为含氮前驱体,采用Hummers法、原位引发苯胺聚合以及在氮气中高温热处理制备了氮掺杂石墨烯(N-G)。借助X射线衍射(XRD)、傅里叶转换红外光谱(FT-IR)、透射电子显微镜(TEM)、低温氮气吸脱附(BET)、热分析方法(TG-DSC)和电化学测试等手段对N-G的组成、结构、形貌和电化学性能等进行表征分析和评价。结果表明,在氮气中高温热处理聚苯胺修饰的氧化石墨烯(GO)能够有效地对其进行还原和氮掺杂,获得的N-G具有微孔结构,比表面积达到167.6m2/g,显示出高的热稳定性;在三电极体系中,N-G在0.1mol/L KOH中催化氧气还原反应(ORR)的起始电势为0.89V,主要以2电子反应途径进行,生成H2O2的选择性达到75%~95%,并且产生的电流密度较大。
以玉米秸秆粉末为原料,浓磷酸为反应催化剂,混合多元醇以及碳酸乙烯酯为液化剂,180℃条件下,在高压反应釜中对玉米秸秆进行催化液化实验。考察了聚乙二醇复配乙二醇、聚乙二醇复配碳酸乙烯酯以及聚乙二醇复配甘油3种不同混合液化剂对液化率和液化产物特性的影响。采用气质联用仪(GC-MS)以及傅里叶红外光谱仪(FT-IR)对液化产物和液化残渣进行表征。实验结果表明,以聚乙二醇与乙二醇混合溶剂液化时液化率最高,为97.83%。GC-MS分析结果表明,液化产物成分复杂,主要包括醇类、有机酸类、醚类、酮类、酯类和糖类等化合物。FT-IR分析结果表明,以聚乙二醇与乙二醇混合溶剂为液化剂时秸秆液化效果最好。
用新型双金属催化剂Rh-Ni@MOF-5对不同碳链长度的烯烃氢甲酰化反应进行研究。用直接法合成的MOF-5晶体作催化剂载体,将Rh、Ni元素负载在MOF-5上合成Rh-Ni@MOF-5。采用TG、XRD、SEM、TEM和FTIR等手段对其进行表征,结果表明,负载金属后的催化剂拥有规整的立方体结构且热稳定性较强。采用3种烯烃的氢甲酰化反应对其催化性能进行评价,结果表明,Rh-Ni@MOF-5对烯烃的氢甲酰化反应具有良好的催化作用并且解决了反应后催化剂的分离回收问题。在一定条件下,其反应转化率均高于70%。与单金属催化剂Rh@MOF-5进行对比发现,双金属催化剂具有更高的催化活性,其收率和选择性均较单金属催化剂有明显优势。以1-己烯氢甲酰化反应为例,考查了Rh-Ni@MOF-5的使用寿命,结果表明,多次重复利用后仍能保持稳定的晶体结构和良好的催化性能。
利用NaBH4将合成的ZIF-90晶种改性为ZIF-91,并用二次生长法在Al2O3支撑体上制备ZIF-90膜和ZIF-91膜。利用XRD、TGA、FT-IR,SEM、BET对合成的粉末及膜进行表征。以N2/n-C5H12模拟油气体系,将制备的ZIF-90/Al2O3膜和ZIF-91/Al2O3膜用于油气回收实验。考察了不同操作压力及温度下,2种膜在混合气中的分离性能,结果表明,当操作压力为0.06 MPa、温度为25℃时,ZIF-90膜和ZIF-91膜对N2/n-C5H12的分离因子分别为2.82、3.98,渗透性分别为5.02×10-8、2.35×10-8mol/m2·s·Pa,说明改性在一定程度上提高了膜的分离性能。
利用酚化方法对木质素进行修饰,使其接入活性基团,考察了不同的酚单体对木质素改性效果的影响,优化了漆酶催化改性碱木质素和对甲苯酚的共聚反应过程,并对共聚产物进行了表征和性能测试。研究表明,邻苯二酚改性后的碱木质素的酚羟基质量摩尔浓度增加最显著,由6.95mmol/g提高到10.83mmol/g,提高了55.83%。共聚反应的最佳反应条件为:反应体系的最适质量分数为80%丙酮溶液,反应温度为30℃,pH3.5,最适碱木质素与对甲酚质量比为0.5/1,最佳酶浓度为300U/mL,反应时间为16h。在最适条件下,共聚物产率显著提高,可达93.6%。邻苯二酚改性后的碱木质素和对甲酚聚合后的产物分子质量明显增加,由2770g/mol提高到20481g/mol,增加了约10倍,热稳定分析表明聚合产物的热学稳定性比改性前有所提高。
通过直接吸附纳米颗粒的方法制备一系列负载量极低的Pt/γ-AlOOH催化剂,并探究了催化剂对苯、甲苯、二甲苯的催化氧化性能和对不同类型VOCs(CVOCs)的普适性能。其中,0.02% Pt/γ-AlOOH表现出优良的催化性能。在质量分数为1000μg/g、空速为24000mL/g·h时,对三苯系95%转化率的温度分别为190、176℃和185℃。在200℃条件下,对甲苯持续反应100h转化率仍然保持在100%。对催化剂进行XRD、TEM、BET表征的结果表明,金属颗粒在载体表面分散良好,粒径在2.5nm左右,载体形貌无明显改变。XPS和H2-TPR结果显示,催化剂的活性中心主要是高价态的铂(Ptδ+)并以PtOx形式存在。
以焦炭为原料,KOH为活化剂制备改性焦炭。采用原位氧化沉淀法制备磁性Fe3O4/改性焦炭催化剂,利用BET、SEM、FTIR、XRD和VSM对样品进行表征,并研究其降解罗丹明B的性能。结果表明,经过三因素三水平正交试验获得最佳比表面积为298m2/g的改性焦炭,三因素对催化剂催化性能影响程度依次为:碱炭比(KOH与焦炭的质量比)>活化温度>活化时间。磁性Fe3O4/改性焦炭催化剂中Fe3O4最佳负载量为40%,具有超顺磁性,易于磁分离。在催化剂质量浓度为1.0g/L、H2O2初始浓度为50mmol/L、pH为3.0、温度为25℃的条件下,该催化剂对罗丹明B降解符合拟一级反应,降解100min后去除率达到96%以上。改性焦炭与Fe3O4之间存在协同作用,可促进对罗丹明B的降解。
采用化学还原法制备了负载型Ru-B/γ-Al2O3非晶态合金催化剂,并将其应用于对苯二酚液相加氢制备1,4-环己二醇反应。采用X射线衍射仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、热重分析(TGA)、物理吸脱附技术对催化剂的性能进行了表征。研究了Ru负载量、反应温度、氢气压力、反应时间对催化剂性能的影响。结果表明,在对苯二酚加氢反应中,最佳优化反应条件为:Ru质量分数为1.0%,反应温度为140℃,反应时间为3.5h,氢气压力为3.0MPa。此时,对苯二酚转化率为86.23%,目标产物1,4-环己二醇选择性为86.54%。且该催化剂具有较好的热稳定性,具有良好的工业化应用前景。
以NiCl2、Cu(NO3)2、Ce(NO3)3为原料,采用等体积浸渍法和KBH4还原法制备Ni-Cu-Ce-B/γ-Al2O3催化剂,研究了其催化苯酚选择性加氢制备环己酮的反应性能。考察了反应温度、反应压力、反应时间、液时空速、氢气/苯酚体积比、催化剂用量、不同助剂对反应活性和选择性的影响,通过正交实验筛选出了最佳的反应条件。结果表明,在反应温度为150℃、反应压力为1.0MPa、反应时间为1.5h、液时空速为2.0h-1、氢气/苯酚体积比为50/1时,反应活性达48.21%,反应选择性达29.16%。助剂Cu、Ce的加入和催化剂显碱性都有利于生成环己酮。
2-(2,4-二羟基苯基)-5-磺酸基苯并三唑(DPSB)是新型活性紫外线吸收剂的重要中间体。以邻硝基苯胺、浓硫酸和间苯二酚为原料,经磺化、重氮化、偶合及还原环化四步反应制得2-(2,4-二羟基苯基)-5-磺酸基苯并三唑(DPSB),偶合产物4-((2,4-二羟基-苯基)偶氮基)-3-硝基苯磺酸(DPANB)和还原产物2-(2,4-二羟基苯基)-5-磺酸基苯并三唑(DPSB)的结构用IR、NMR、MS表征。探讨了偶合和还原反应中各项条件对反应产率的影响,偶合反应的优化条件为:n(间苯二酚)∶n(HCl)=1∶4时,在温度为0℃下反应3h,产率为64.6%;还原反应的优化条件为:使用二氧化硫脲还原剂,在70℃反应1h,产率为87.7%。该物质在波长300~385nm范围内有较高的吸光指数,具有很好的紫外吸收性能,且水溶性得到很大提高。
以钴铜为主催化剂,镍锆为助催化剂,TiO2为载体,用浸渍法制备一系列负载型催化剂,并用XRD、IR对其进行表征。将催化剂用于对甲酚常压液相催化氧化制备对羟基苯甲醛(PHBA)的反应中,结果表明,n(Co2+)∶n(Cu2+)=3∶1,n(Co2+)∶n(Ni2+)=1∶0.06,n(Co2+)∶n(Zr2+)=1∶0.005时,催化剂的催化效果最佳。同时,考察了反应温度、氢氧化钠用量、反应时间、通氧量、甲醇用量对该反应的影响。在单因素实验基础上,采用正交实验优化出该反应较佳工艺:反应时间为5h,反应温度为75℃,甲醇用量为30mL,n(氢氧化钠)∶n(对甲酚)=5∶1,通氧量为50mL/min。以对甲酚计,PHBA的收率为92.58%。所制备催化剂在常压下对于对甲酚的催化氧化反应具有较高的催化活性和重复性。
为强化地下渗滤系统(SWIS)的脱氮效果,建立了1#土壤、生物基质分层装填和2#土壤、煤渣分层装填的2套SWIS,对比分析了煤渣和生物基质对SWIS污水处理效果的影响。2系统在20cm/d运行稳定后,1#装置的COD、总磷、氨氮和总氮的平均去除率分别为86.98%、98.24%、75.54%和71.05%;2#装置的分别为91.45%、99.35%、79.04%和65.65%。结果表明,填料中添加煤渣可提高SWIS的水力负荷及污染物去除效果,添加生物基质可为系统反硝化阶段提供碳源,从而提高地下渗滤系统的总氮去除效果,但本生物基质系统不适宜在20cm/d的高水力负荷下运行。
以离子液体1,3-二甲基咪唑磷酸二甲酯盐([DMIM]DMP)为萃取剂,分离乙醇和2-丁酮共沸体系。采用Aspen Plus流程模拟软件,对乙醇和2-丁酮体系的萃取精馏过程进行了模拟。考察了溶剂比、全塔理论塔板数、原料进料位置、萃取剂进料位置和回流比等因素对分离效果的影响,获得了萃取精馏分离乙醇和2-丁酮体系的最佳工艺优化条件为:萃取精馏塔的全塔理论板数为22,原料和萃取剂进料位置分别为第11块和第3块理论板,回流比为0.5,溶剂比为0.5。在此条件下,产品2-丁酮的摩尔分数达到99.98%,乙醇的摩尔分数达到99.99%,再生的萃取剂[DMIM]DMP的摩尔分数达到100%。说明以[DMIM]DMP为萃取剂萃取分离乙醇和2-丁酮共沸物具有很好的效果。