在从生物质合成的各种化学品中,乳酸以其多功能、高需求的特点,展现出巨大的市场潜力。区别于传统发酵的生产方式,采用Zn-Sn-Beta和In-Sn-Beta分子筛催化剂进行一步法催化结晶纤维素生产的研究,结果发现,Zn-Sn-Beta和In-Sn-Beta分子筛的催化效果要优于单金属催化剂Zn-Beta和In-Beta。在纤维素的质量为215 mg,水的用量为5 mL,催化剂质量为160 mg,反应温度为200℃,反应时间为4 h的最佳反应条件下,2种分子筛催化产生的可溶性有机物比率均接近60%,乳酸产率约为20%。其中,催化产乳酸产率最高达24.7%的In-Sn-Beta分子筛重复使用效果较好,3次使用过后仍能将产率维持在20%以上。利用双金属分子筛催化纤维素产乳酸为替代化石燃料的可持续发展途径提供了重要的基础参考数据。
以功能性疏水长链十八烷基二甲基烯丙基氯化铵(HM18)、丙烯酰胺(AM)和2-甲基-丙烯酰氧乙基-三甲基氯化铵(DMC)为原料,利用反相乳液聚合法合成了一种乳液型阳离子疏水缔合聚丙烯酰胺HAM-D。确定了其最佳合成条件:引发剂质量分数为0.04%(以单体总质量计),w(单体)=24%,反应温度为35℃,反应时间为6 h。通过红外光谱(FT-IR)、激光粒度仪、热重分析仪(TGA)和动态流变仪对HAM-D结构与性能进行表征。结果表明,HAM-D乳液粒径分布窄,稳定性好;与普通聚丙烯酰胺相比,HAM-D具有良好的耐热性;随着质量浓度的升高,HAM-D水溶液表观黏度逐渐上升,在5×104 mg/L矿化水中仍可达到163 mPa·s,表明HAM-D具有较好的增稠、耐盐性能;剪切300 s后,表观黏度由249 mPa·s降到236 mPa·s,表现出良好的耐剪切性能。
为了克服游离酶在实际工业生产中稳定性不好、活性易丧失、不易回收、重复利用率较低的缺点,对中性蛋白酶进行了固定化研究。将具有磁性的二氧化硅包覆的Fe3O4(Fe3O4@SiO2)材料作为载体进行中性蛋白酶固定化实验。考察了交联剂戊二醛的质量分数、交联时间、给酶量、固定化时间、温度和酸碱度对于固定化酶活力的影响,筛选出最佳固定化条件。结果表明,在交联剂质量分数为3%,交联时间为2 h,给酶量为0.20 g/g,固定化时间为3 h的条件下,固定化中性蛋白酶的活性最好。固定化酶的最适温度为50℃,固定化酶的最适pH为7.5,而且一定范围内其热稳定性和pH稳定性都比游离酶有所提高。
白炭黑(SiO2·nH2O)作为橡胶补强剂广泛应用于汽车轮胎工业。以硅烷偶联剂A171为改性剂对白炭黑进行表面改性,考察了改性温度、时间、pH和改性剂质量分数对白炭黑性能的影响,采用X射线衍射(XRD)、热重(TG)、红外光谱(FT-IR)、透射电镜(TEM)等对白炭黑进行表征。适宜的改性条件为:改性温度为90℃,改性时间为120 min,pH为2.5,A171质量为白炭黑湿凝胶质量的3.0%时,改性后白炭黑的活化度达100%,表面硅羟基下降,提高了传统白炭黑的疏水性。将白炭黑应用于丁苯橡胶时,300%、500%定伸应力较未改性提高了88.5%、86.3%,拉伸强度提高16.2%,体积磨耗下降12.6%,提高了硫化胶的力学性能和补强性能。
氧化预处理是褐煤制备腐植酸工艺中提高腐植酸产率的有效手段,以胜利褐煤为原料,腐植酸产率为目标值,考察了不同介质、氧化温度、H2O2质量分数及氧化时间等反应条件对氧化褐煤制备腐植酸产率的影响,对煤样和腐植酸产物进行了氧含量和含氧官能团的分析。结果表明,H2O2氧化褐煤可以明显促进腐植酸产率增加,H2O2和NaOH混合溶液对褐煤氧化时,腐植酸产率大于单一介质处理时的腐植酸产率;随着反应温度的升高,腐植酸产率逐渐增大;随着H2O2质量分数的升高,腐植酸的产率逐渐增加;随着氧化反应时间增大,腐植酸的产率在60 min时达到最大值。通过分析表明,氧化后腐植酸中氧质量分数明显增加,含氧官能团的种类没有明显变化,但是羧基和酚羟基质量分数分别增加了50.0%和33.7%。
在序批式反应器SBR中,用部分厌氧颗粒污泥和絮状污泥为种泥,进水为人工配水,采用逐渐减少污泥沉降时间的方法培养出好氧颗粒污泥,并研究温度、进水C/N比对其稳定性的影响。结果表明,好氧颗粒污泥培养时间仅为36 d,颗粒粒径在3 mm左右,SVI值为37 mL/g,沉降性能良好,表面有较多洞眼。低温(10℃)、常温(20℃)对好氧颗粒污泥形态影响不大,但低温条件下出水水质指标波动较大,COD、氨氮、总氮的去除率均低于常温。C/N对COD去除率的影响不明显,但对氮的影响较明显,当C/N ≤ 5时,好氧颗粒污泥开始失稳,TN、氨氮的去除率均低于60%;当C/N比降低至3时,颗粒污泥完全失稳。
利用改进的Hummers方法经冷冻干燥制备氧化石墨(GO),通过温和磁力搅拌、普通超声和大功率超声3种剥离方式,经一步水热法合成了3D掺氮石墨烯。通过FT-IR、XRD、FESEM、EDS、Raman、XPS、TGA、AFM对样品的微观形貌和结构进行表征。结果表明,通过不同的剥离方式可以得到不同形貌、不同尺寸、不同厚度、不同掺氮含量的掺氮石墨烯。温和磁力搅拌不会对片层结构有较大破坏,可制备微米级大尺寸掺氮石墨烯,厚度约为1.1 nm。在普通超声下,掺氮石墨烯片层开始产生孔状结构,厚度约为0.8 nm。在大功率超声波的空化效应作用下,片层剥离程度较普通超声更为明显,更易形成较小尺寸的3D多孔网络结构,厚度约为0.6 nm。
为克服常规制备聚醚胺需要高温、高压等苛刻反应条件的不足,制备了一种Pd-Mg-Ba/r-Al2O3型催化剂,探索了聚醚在常压下催化胺化的可行性。主要考察了催化剂活性组分质量分数、反应温度、氢气用量、氨气用量、进料速率对胺化反应的影响。确立了反应合适条件为:催化剂组成Pd (0.5%)-Mg (2%)-Ba (2%)/r-Al2O3,反应温度为200℃,氨气、氢气用量为n(聚醚):n(NH3):n(H2)=1:8:8,反应空速为0.3 h-1。同时,利用核磁共振波谱及化学分析对产品结构及性质进行了分析。结果表明,该常压工艺为后续工业常压生产提供重要依据。
以丙烯酸甲酯、二乙烯三胺为原料,甲醇为溶剂,采用ABx型单体自缩合法合成具有超支化聚酰胺基体HBP-NH2,通过丙烯酸钠对其进行端氨基改性,合成具有阻垢性能的端羧基超支化聚合物HBP-COOH。采用单因素法考察了单体反应时间、原料摩尔配比、缩聚反应时间、缩聚反应温度及丙烯酸钠投加量对阻垢效果的影响。得出最佳合成工艺:单体反应时间为4 h、n(MA):n(DETA)=1.5:1、缩聚反应时间为4 h、缩聚反应温度100℃,n(SAA):n(-NH2)=3.5:1。通过静态阻垢法对其阻垢性能进行初步评价,结果表明,HBP-COOH对CaSO4具有良好的阻垢性能,当投加量为8 mg/L时,其对CaSO4的阻垢率可达96.31%。
采用催化氧化和溶剂萃取方法对中大中国石油公司催化裂化柴油进行精制,富集含硫化合物的高硫柴油,然后经常压蒸馏和酸碱精制制备成合格的硫化切削油。考察了溶剂的选择、萃取温度、剂油质量比、萃取级数对催化裂化柴油精制效果的影响。结果表明,选用N,N-二甲基甲酰胺为萃取剂,在三级萃取,萃取温度为30℃,剂油质量比为0.3的条件下,脱硫率达80%,高硫柴油得到有效的富集分离,硫质量分数为13 218 μg/g。经常压蒸馏和酸碱精制后,高硫柴油的性质得到进一步改善,闪点为142℃,50℃黏度为20.2 mm2/s,硫质量分数为31 268 μg/g,且色度可以长时间保持稳定,可制备成合格的硫化切削油。
通过微撞击流反应器(MISR)结合加盐晶种法制备多级孔ZSM-5分子筛,探索硅胶流量、含晶种的铝源混合液流量、循环时间以及晶化时间对多级孔ZSM-5分子筛粒径大小和孔径结构的影响规律。并与传统方法合成的多级孔ZSM-5分子筛作为催化剂应用于甲苯与氯化苄烷基化反应中,从催化活性、选择性以及反应温度3方面进行对比。结果表明,利用微撞击流强化混合过程制备多级孔ZSM-5分子筛的最佳操作条件为:硅胶流量为40 mL/min,含晶种的铝源混合液流量为20 L/h,循环时间为5 min,晶化时间为6 h。在甲苯与氯化苄烷基化反应中对比发现,氯化苄的转化率都随着温度的增大而增大,但微撞击流反应器合成的多级孔ZSM-5分子筛的催化活性、选择性优于使用磁力搅拌器合成的多级孔ZSM-5分子筛。
针对管式太阳能集热器集热效率低的问题,提出将太阳能光热利用与植物培养相结合的太阳能综合利用新方法——光热农业,并设计动态集热器,搭建单元组合转子管式太阳能动态集热实验台。以贮水温度变化、瞬时效率和平均效率作为检测指标,对比单元组合转子对管式动态集热器光热转换过程的影响,同时比较流速、转子结构和转子颜色的影响。实验结果表明,低流阻黑色转子组在各个方面都展现出优异的性能,光热转换效率在转子作用下大幅度提高,其中平均效率比光管组高32.63%;与同结构的两叶片转子比较发现,黑色转子性能优于透明转子;不同结构的转子比较发现,低流阻转子优于两叶片转子。同时组合转子无需外加动力、自清洁,在光热农业中具有广阔应用前景。
使用物质替代法和物性估算法对紫罗兰酮混合物精馏分离过程进行模拟。当进料流股为质量分数15%的替代物质A和85%的替代物质B混合物,或质量分数为15%的α-紫罗兰酮和85%的β-紫罗兰酮混合物时,分别考察进料位置、塔板数、回流比、塔釜采出率等参数对塔顶、塔釜采出物质质量分数的影响。结果表明,在质量流量为100 kg/h的进料条件下,操作最优参数分别为进料位置12,塔板数60,回流比5,塔釜采出率0.66。此时可使塔顶α-紫罗兰酮(或替代物质A)和塔底β-紫罗兰酮(或替代物质B)的质量分数分别达到68%和96%。2种方法所得操作参数基本相同,且满足分离要求,能够为精馏塔设计提供可靠的依据。
以控制工程原理为基础,利用模糊-PID控制算法对液位控制数学模型进行分析,并以某污水处理厂的液位控制为研究对象,以进水流量为控制参数,将模糊-PID控制运用其中,通过液位控制对进水量进行调节,对该控制算法是否符合实际运行工况进行验证。结果表明,在液位控制系统使用前,由人工对进水量进行控制,造成液位、进水量具有较大的波动,其中液位最小值和最大值变化范围接近49.5%,液位具有较大的变化范围,并有最大值、最小值出现。在使用液位控制系统后,液位幅度变化趋缓显著,波动基本在设定参数范围内,进水量比使用前有非常大的改善,总体变化平稳,液位误差控制范围在9.5%左右,未有较大的波动出现,表明模糊-PID液位控制系统的鲁棒性、稳定性较好,控制效果达到了预期。
建立了磁性固相萃取-高效液相色谱串联三重四级杆质谱法分析环境水样中的磺胺类抗生素残留的方法。优化后的磁性固相萃取条件:将50 mg磁性萃取材料加入100 mL水样,调节水样pH至4,振荡萃取20 min后利用外加磁场收集磁性萃取材料,再用4 mL甲醇(含1%氨水)涡旋洗脱,分离洗脱液氮吹至干,用液相色谱初始流动相定容后进行高效液相色谱-串联质谱分析。4种磺胺类抗生素在5~500 μg/L范围内线性良好,相关系数均大于0.999,检出限为4.2~4.7 μg/L,加标回收率为72.3%~88.5%,相对标准偏差在3.5%~10.2%之间。该方法简单便捷、用时短、重现性好、有机试剂消耗少,能够应用于实际水样中磺胺类抗生素的检测。
建立了一种快速、准确测定药物中奥扎格雷钠的双波长吸收光谱法。在弱酸性的Tris-盐酸介质中,奥扎格雷钠与维多利亚蓝B反应生成具有2个明显正吸收峰的蓝色离子缔合物,最大正吸收波长位于668 nm,次大正吸收波长位于512 nm,表观摩尔吸光系数(κ)分别为2.14×104 L/(mol·cm)(668 nm)和1.95×104 L/(mol·cm)(512 nm),奥扎格雷钠的质量浓度在0.1~5.0 mg/L范围内服从朗伯-比尔定律。当采用双波长叠加法测定奥扎格雷钠时,其表观摩尔吸光系数(κ)可达4.09×104 L/(mol·cm)。该方法用于市售奥扎格雷钠药物中奥扎格雷钠含量的测定,结果满意。