以丙烯酸丁酯(BA)和甲基丙烯酸甲酯(MMA)为单体,过氧化苯甲酰(BPO)为引发剂,邻苯二甲酸二烯丙酯(DAP)为交联剂,聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为分散剂,乙酸乙酯(EAC)为致孔剂,采用悬浮聚合的方法合成了丙烯酸酯类高吸油性树脂(POA树脂)。通过场发射扫描电子显微镜(FESEM)对树脂进行了表征,并通过正交试验系统性地考察了各反应因素对其吸油性能的影响。结果表明,在POA树脂的合成过程中加入乙酸乙酯能够在树脂的表面和内部形成微孔,进一步提高其饱和吸油率。各反应因素影响程度分别为:交联剂质量分数>单体质量比>致孔剂质量分数>分散剂质量分数>引发剂质量分数,合成树脂的最佳反应条件是:m(BA)∶m(MMA)=6∶4、w(BPO)=0.4%、w(DAP)=4%,w(PVP)=3%、w(EAC)=50%。
利用环糊精的衍生物6-CHO-β-CD和十八胺发生席夫碱反应形成具备pH敏感性聚合物6-β-环糊精十八烷基亚胺(6-β-CD-N-(CH2)17-CH3),以透析法制备紫杉醇(PTX)载药胶束。采用荧光探针技术测定其临界胶束浓度(CMC);测定了紫杉醇载药胶束的粒径、形态、包封率和载药量;利用紫外分光光度法考察载药胶束在不同pH条件下的释放情况。结果表明,胶束材料的临界胶束浓度CMC为3.98×10-2 g/L;载药胶束的包封率为(34.3±1.0)%,载药量为(1.97±0.3)%,平均粒径为261.6 nm,且形状为棒状结构。在酸性(pH 5.0)条件下药物的释放量明显高于生理环境(pH 7.4)介质中药物的释放量,且在72 h后有突释现象,可以实现在酸性条件下靶向治疗癌细胞的效果。聚合物6-β-CD-N-(CH2)17-CH3自组装形成的棒状胶束具有一定的pH敏感特性。
利用阳离子取代法制备阳离子掺杂的石墨相氮化碳样品,将共晶熔盐[m(KCl)∶m(NaCl)∶m(LiCl)=1∶1∶1]和三聚氰胺按照质量比10∶1的比例悬蒸干燥,同时加入氯化锰溶液使得锰元素的掺杂质量分数分别为0%、0.3%、0.5%、0.7%和1%,在温度520℃锻烧4 h后得到多种元素掺杂的纳米管材料,之后将样品酸处理3 h,去掉Na+、K+、Li+离子,最后将样品放入马弗炉中400℃煅烧2 h,可以去除Cl+和H+得到只有锰掺杂的氮化碳材料。该制备方法解决了传统离子掺杂氮化碳材料比表面积小、形貌不可控的问题。同时利用SEM、XRD、BET、UV-Vis、FT-IR和PL对阳离子取代法制备的锰离子掺杂的氮化碳纳米管的形貌和尺寸、孔结构、吸光范围和载流子分离效率等进行表征,并在可见光下对样品进行光催化产氢性能测试。
在凹凸棒石(ATP)表面依次负载金红石型纳米二氧化钛和二乙氨羟苯甲酰基苯甲酸己酯(DHHB)制备纳米TiO2/ATP@DHHB复合材料。通过XRD、FT-IR、TG-DSC、SEM和UV-VIS等技术对复合材料进行表征。结果表明,TiO2为金红石型,DHHB以物理吸附的方式存在于TiO2/ATP表面形成包覆膜层。引入ATP载体降低了TiO2的团聚,同时抑制了DHHB的自发结晶。TiO2/凹凸棒石@DHHB复合材料具有良好的疏水亲油性,并在290~380 nm的波长范围内显示较好的广谱紫外防护效果,UVB防晒系数(SPF)和UVA防晒指数(PFA)分别达到了12.31和11.56(PA+++)。
为了有效处理铝灰渣终料工业固废,通过初筛-水解-过滤烘干-球磨过筛等工艺制备喷涂粉末,并对喷涂粉末的微观组织和流动性进行分析;通过正交试验法考察了等离子喷涂工艺的4个主要参数电压、电流、送粉电压和主气流量对铝灰渣终料涂层显微硬度、磨损率和结合强度的影响,并对优化工艺进行了验证试验。结果表明,优化喷涂工艺后的铝灰渣终料涂层的平均显微硬度达到601.32 HV,磨损率为9.68×10-3 g/min,结合强度为14.24 MPa。与45钢基体材料相比,显微硬度提高了约100%。通过对铝灰渣终料造粒后,粉末的流动性可以满足等离子喷涂设备的要求。喷涂工艺优化后能显著提高铝灰渣终料涂层的性能。
在聚乙烯醇(PVA)膜中分别加入质量分数为5%的戊二醛(GA)和冠醚(FDB18C6)形成P-G膜和P-F膜,再向P-F膜中加入质量分数为5%的GA形成P-F-G膜。利用傅里叶变换红外光谱、电镜和热失重分析分别对PVA膜、P-G膜、P-F膜和P-F-G膜进行结构、形貌及热稳定性表征,同时对上述样品分别进行机械强度、含水率、离子交换量和电导率等性能测试。结果表明,P-G膜相比PVA膜拉伸强度和断裂伸长率分别增加了6.58%和2.30%,含水率降低8.82%。P-F膜相比PVA膜的含水率降低了41.89%,离子交换量增长了54.84%,70℃时电导率从7.63 mS/cm上升到14.48 mS/cm。P-F-G膜相比PVA膜、P-G膜、P-F膜具有较好的机械性能、相对较高的离子交换量和电导率。
以餐饮废油为碳源,浓硫酸为磺化剂,在管式电阻炉中一步炭化和磺化制备得到一种新的炭基固体酸催化剂,并对制备的固体酸催化剂进行理化性能表征。将制备的固体酸催化剂用于催化油酸与甲醇酯化反应合成生物柴油。考查了废油炭化温度对固体催化剂活性的影响。结果表明,在餐饮废油/浓硫酸质量比为0.25、温度为220℃、N2流量为80 cm3/min、时间30 min时,制备的固体酸催化剂活性最高。此外,考查了酯化反应条件对油酸转化率的影响,结果表明,当反应时间为10 h、反应温度为80℃、甲醇油酸摩尔比为10∶1、催化剂质量为油酸质量的10.0%时,油酸最大转化率为95.8%。当催化剂循环利用第3次时,油酸转化率仍达到69.1%。
CaMnO3热电材料作为一种能直接实现热能与电能转换的媒介的环境友好新型材料而倍受青睐,但其较大的电阻率影响了热电性能的进一步提高。在钙位掺杂高价态稀土金属离子是降低其电阻率的有效途径。采用共沉淀法制备了一系列Ca1-xPrxMnO3(x=0、0.01、0.03、0.05、0.10)热电材料。利用XRD对材料的物相进行表征,利用四探针法同时测量了CaMnO3材料的电阻率。XRD结果显示,所有样品都为单相CaMnO3结构,且随着Pr掺杂量的增大,样品的晶胞参数和晶胞体积变大。样品的电阻率随着Pr掺杂量的增加而变小,Ca0.9Pr0.1MnO3的室温电阻率最小,为0.70×10-4 Ω·m。
以花生壳为原料,经溶胀、氯化和胺化改性制备SO2吸附材料。利用傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、扫描电子显微镜(SEM)、元素分析仪(EA)等分析手段对样品进行表征和测试,并探究了胺试剂种类、吸附剂含水率、烟气流速、吸附温度对SO2吸附效果的影响。结果表明,胺基改性花生壳吸附剂脱硫效果明显;改性后花生壳纤维分子中引入了胺基,含氮量增加,吸附剂表面卷曲粗糙,孔洞明显;改性后吸附剂硫容与吸附剂中含氮量有关;链状结构的乙烯胺改性剂效果优于带有支链的尿素。实验中三乙烯四胺基花生壳(PS-TT)在含水率为100%、烟气流量为400 mL/min、吸附温度为35℃的优化条件下,硫容能达74.6 mg/g。
采用光沉积法分别将Ag和MnOx有选择地负载到WO3/g-C3N4复合光催化剂的g-C3N4和WO3表面,制备出双助剂共同改性的Ag-MnOx/WO3/g-C3N4复合光催化剂,通过XRD、TEM、FT-IR、DRS对样品进行表征,考察了Ag-MnOx/WO3/g-C3N4在光催化降解罗丹明B (RhB)溶液的光催化活性。结果表明,Ag沉积在g-C3N4表面,MnOx沉积在WO3表面,有效地促进了光生电子和空穴的分离,在光催化降解测试中,Ag-MnOx/WO3/g-C3N4的降解速率是WO3/g-C3N4的1.87倍,且比负载单助剂的WO3/g-C3N4 NS和浸渍法制备的复合光催化剂降解速率更高。
针对大孔磺酸树脂催化FCC汽油组分烷基化脱硫和降烯烃的问题,研究了FCC汽油内部关键组分之间的反应规律。结果表明,NKC-9、D005-Ⅱ、Amberlyst 35和Amberlyst 36 4种大孔磺酸树脂中Amberlyst 36的催化效果最好,最佳反应温度是90℃。在Amberlyst 36催化下,与含硫化合物反应时,烯烃的活性顺序是:异戊烯 > 2,3-二甲基-2-丁烯 > 2,3-二甲基-1-丁烯 > 2-戊烯 > 1-戊烯 > 1-己烯。含硫化合物中硫醇反应活性最高,3-甲基噻吩反应活性大于噻吩。Amberlyst 36催化下,异戊烯、2,3-二甲基-2-丁烯和2-戊烯可以与异戊烷发生烷基化反应,降烯烃效果明显。而1-戊烯、2,3-二甲基-1-丁烯和1-己烯主要是发生自身异构化反应。
采用絮凝法对橡胶促进剂CBS废水进行絮凝实验,考察了絮凝剂的选择、PAC质量浓度、pH、沉降时间以及温度对絮凝效果的影响,确定了利用PAC处理废水的最佳絮凝条件。结果表明,PAC质量浓度为1.2 g/L、pH为4、温度为40℃时,COD去除率可达70%。在最佳条件下,PAC与PAM复合絮凝剂处理橡胶促进剂CBS废水是可行的,COD去除率明显优于使用单一絮凝剂。在光学显微镜下观察发现,PAC絮凝形成的絮体与复合絮凝剂形成的絮体形态不同,因此复合絮凝剂的絮凝效果优于单一絮凝剂。当PAM质量浓度为6 mg/L时,沉降时间缩短为15 min,静沉比降至4∶92,COD去除率可高达82%以上,有效地解决了CBS废水难以生物降解的难题。
采用聚乙烯醇(PVA)为包埋剂,制备了以火山渣为填充剂、过氧化钙(CaO2)为氧源的缓释氧剂,旨在为黑臭水体治理提供一种高效可行的方式。通过清水实验和黑臭水体实验,研究了缓释氧剂的释氧性能及其在污染物去除方面的作用。结果表明,相较粉末状过氧化钙,缓释氧剂的释氧得到有效控制,且对pH的影响相对减弱。在2 L的黑臭水体中投加6.08 g缓释氧剂后,DO峰值达5.16 mg/L,且19 d内仍维持在2 mg/L以上,COD由145.99 mg/L降至28.6 mg/L,总磷去除率达95%以上。表明缓释氧剂能显著改善黑臭水体上覆水的溶氧状态,且对COD和总磷的去除有积极的促进作用。
通过0.2 mol/L氢氧化钠溶液处理Beta微孔沸石制备多级孔道结构Beta沸石分子筛,并应用于正庚烷异构化反应。利用XRD、FT-IR、低温氮气吸脱附和NH3-TPD等表征方法对样品进行表征。考察了反应温度、反应压力、空速对异构化反应转化率和选择性的影响,并得出最佳的反应条件:反应温度为240℃、反应压力为101.3 kPa、质量空速为2.46 h-1。在该反应条件下对催化剂进行评价,结果表明,以多级孔道结构Beta分子筛为载体的催化剂的催化性能优于微孔Beta分子筛,这归结于多级孔道结构Beta分子筛集合了介孔结构优越的扩散性能和Beta沸石微孔材料优良的酸性质。
以丙酮和乙酸乙酯为例,运用吸附处理工艺进行极性挥发性有机物(VOCs)组分在硅胶上的吸脱附研究。通过氮气吸脱附等温线测试发现,所用3种硅胶中1#硅胶具有最大的比表面积(766 m2/g),明显优于2#硅胶(513 m2/g)和3#硅胶(380 m2/g)。1#硅胶同时具有微孔和介孔结构,而2#和3#硅胶只具有介孔结构。通过丙酮和乙酸乙酯在3种硅胶上的吸脱附对比实验发现,在相同操作条件下,1#硅胶保持出口气体达标时间是2#和3#硅胶的2~5倍,1#硅胶最大的饱和吸附量是2#和3#硅胶的1.5倍左右。对应的脱附过程,1#硅胶的脱附气体浓度提浓2.5倍以上,而2#和3#硅胶未检测到明显的气体提浓。选择1#硅胶进行丙酮和乙酸乙酯的吸附处理是可行且合适的。
采用Aspen Plus流程模拟软件,探讨了新型水吸收-精馏工艺过程的丙酮和空气混合的VLA (acetone vapor laden air)丙酮体积分数、温度和吸收剂初始温度等对吸收过程能耗及吸收剂用量的影响,对精馏过程单塔和双塔模型进行了经济分析,并采用夹点技术对吸收精馏流程换热网络进行了设计与优化。结果表明,吸收灵敏性分析的数值模拟结果与工业化装置实际运行数据有高度一致性,最大偏差不超过3.16%,VLA进料冷却温度、吸收剂冷却温度以及VLA中丙酮体积分数对系统能耗的影响较大。在此基础上研究发现精馏过程的单塔模型相比双塔模型更具优势。基于夹点技术研究优化系统换热网络发现较大节能空间,可以节约公用工程冷量68%。
结合氯化钾结晶工序对蒸发工序氯化钾溶液出料温度的要求及多效蒸发最佳效数的确定原则,建立了以NaCl-KCl为溶质的浓海水提钾蒸发过程的四效错流蒸发模型。根据NaCl-KCl-H2O的水盐体系相图溶解度呈线性变化的特点,拟合出不同浓度范围的NaCl-KCl溶液的溶解度方程;通过实验测得常压下不同浓度NaCl-KCl溶液的沸点数据,并拟合出沸点随浓度变化的经验公式。对6种带有固相析出的四效错流蒸发过程进行模拟计算,并对计算结果进行经济性评价,得出最优蒸发工艺方案为Ⅳ-Ⅲ-Ⅰ-Ⅱ;在此最优工艺方案基础上得出本设计条件下的加热蒸汽压力在260~270 kPa为最佳。
基于氧化石墨烯修饰电极,通过简单的恒电位还原方式制备电还原氧化石墨烯修饰电极(rGO/GCE),采用循环伏安法(CV)和微分脉冲伏安法(DPV)研究了对苯二酚(HQ)、邻苯二酚(CT)、间苯二酚(RS)3种苯二酚异构体混合物在该电极上的电化学响应,并将检测条件逐步优化。结果表明,rGO/GCE可用于同时检测苯二酚的3种同分异构体,HQ、CT在rGO/GCE上的电位差为141.29 mV,CT、RS间的电位差为323.81 mV,线性范围分别为5.00×10-5~2.00×10-3、5.00×10-5~2.00×10-3、7.00×10-5~3.00×10-3 mol/L,检出限分别达到3.57×10-7、3.62×10-7、3.55×10-6mol/L。并将所制备电极应用于模拟水样,获得满意结果。
建立了一种采用分光光度计快速测定溶液中微浓度过氧化氢的方法。该方法采用10-乙酰基-3,7-二羟基吩噁嗪在过氧化氢酶作用下与过氧化氢快速反应生成9-羟基-3-异吩噁嗪酮,然后于570 nm下完成吸光度测定,根据吸光度值与过氧化氢浓度间的线性关系确定溶液中过氧化氢的浓度。结果表明,显色反应的最佳条件为:n(10-乙酰基-3,7-二羟基吩噁嗪)/n(H2O2)≥5.0,暗反应时长≥8.0 min;方法重现性测试的相对标准偏差为0.16%,准确性测试的相对标准偏差≤0.78%。该方法具有操作简单、反应灵敏且迅速、稳定性和重现性好及检测准确度高等优点,不仅适用于工业生产快速分析,也能满足检测低浓度过氧化氢的要求。