煤基费托燃料(FT)被认为是替代石油基航空煤油(RP-3)并可最早实现大规模应用的航空替代燃料,而氧化安定性是其能否应用于未来高性能发动机的一项重要指标。以RP-3为基准,研究了FT和50%质量掺混比的燃料(FT-RP-3 50%)在不同温度、时间下的热氧化安定性,并对氧化产物的色度进行了定量标定。采用层析方法分离并定性和定量了氧化产物中的有色组分。研究结果表明,燃料组成和反应温度是控制有色组分生成和转化沉积的主导因素。色谱分析结果表明,RP-3氧化产物中有色组分的成分主要为烷基萘(60.03%)和烷基苯酚(18.56%)类化合物,而FT氧化产物中有色组分的成分主要为含氧的脂肪族(81.06%)和脂环族(8.66%)类化合物。在RP-3中掺混FT,可使有色组分转化为沉积物的温度从175℃升高至250℃,明显改善了RP-3的热氧化安定性。
为满足印刷工人和产品使用者的安全,采用天然可食性材质大豆油、壳聚糖、栀子黄、黄原胶、葡萄糖等为原料,保持水油质量比为2∶1,分别将水基、油基、壳聚糖稀酸溶液混合搅拌制得可食性抗菌油墨。在不同质量分数的黄原胶、壳聚糖、栀子黄条件下对油墨进行测定与分析。结果表明,黄原胶与壳聚糖共同影响着油墨的黏度,而黄原胶对油墨黏度影响更为显著;黄原胶对油墨初干性及界面张力起决定性作用,而壳聚糖对其影响则较小;同时,随着壳聚糖用量增加,抗菌效果也不断增强,当壳聚糖的质量分数为0.4%时,对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌率达91%;当栀子黄色素的质量分数为0.4%时,印品色差相对于标准黄墨最小。因此,该油墨适合食品、药品等纸质包装印刷,具有很好的应用前景。
采用浸渍法制备了不同Ce与Mn质量比的Ce-Mn/ZSM-5催化剂,并研究其理化特性和NH3-SCR反应的低温脱硝性能。借助X射线衍射、扫描电镜、N2吸附/脱附、X射线光电子能谱和电感耦合等离子体光谱等手段对催化剂表征分析表明,活性组分分散良好,且主要分布在催化剂表面,其中Mn以其多种氧化物形态存在,Ce多以Ce3+的形式存在。脱硝性能测试表明,Ce的质量分数影响催化剂脱硝性能,当Ce与Mn质量比为0.4时,Ce-Mn/ZSM-5催化活性最佳,在100~300℃之内,脱硝效率一直保持在90%以上。适量Ce的引入增加了催化剂表面吸附氧含量,促使低温下反应加速进行。
采用氯化铜刻蚀的方法在铁片表面构造出具有微-纳米尺度的粗糙结构,并用硬脂酸作为低表面能物质进行疏水化改性,制备了具有超疏水特性的铁表面。对影响超疏水铁片表面粗糙结构和润湿性能的各种因素进行了讨论。采用接触角测量仪、扫描电镜、原子力显微镜等对材料的表面进行表征,同时探讨了其在自清洁中的应用,并用Cassie理论对表面的润湿性进行分析。结果表明,当CuCl2浓度为0.005 mol/L、刻蚀时间为15 min、硬脂酸质量分数为0.5%、修饰时间为10 min时,表面具有超疏水性,其水接触角达153.6°。该表面在温度0~100℃、pH<11范围内能保持超疏水性,有良好的稳定性,并且对水滴的粘附力极低,且具有良好的自清洁性能。
以Ir(acac)3和H2PdCl4为前驱体,三缩四乙二醇(TEG)为溶剂和还原剂,抗坏血酸(AA)为共还原剂,聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为稳定剂,KI为形貌控制剂,微波辐照120 s,得到形貌单一、大小均匀的Ir-Pd双金属三八面体纳米晶。反应体系中Ir(acac)3∶H2PdCl4∶AA∶KI∶PVP最适宜摩尔比为1∶3∶2∶10∶15。利用透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)、X-射线粉末衍射(XRD)、X-射线光电子能谱(XPS)对其结构进行了表征。所合成的Ir-Pd双金属三八面体纳米晶催化甲酸电氧化的活性约为商业Pd黑的2.5倍。
采用水解法合成了核壳型Fe3O4@SiO2载体,用等体积浸渍法在磁性Fe3O4@SiO2载体表面负载CuCl2,得到Fe3O4@SiO2-Cu磁性纳米粒子吸附剂。采用XRD、TEM、FT-IR、XPS、N2吸附-脱附和振动样品强磁计(VSM)等表征手段对制备的吸附剂进行表征,考察了吸附剂对模型汽油中不同硫化物的脱硫性能。结果表明,核壳型Fe3O4@SiO2载体的比表面积为246.5 m2/g,同时饱和磁强度为44.6 emu/g。负载铜离子后,Fe3O4@SiO2-Cu的饱和磁强度为43.9 emu/g。Fe3O4@SiO2-Cu吸附剂可有效吸附噻吩类硫化物,硫容可达1.42 mg(S)/g(吸附剂)。采用先醇洗后焙烧的方法对失活吸附剂进行再生,吸附剂循环使用5次后仍能保持良好的再生稳定性。
通过陈化前预置载体、更新合成液改进的水热法与传统的原位水热法分别在α-Al2O3载体上制备NaA分子筛膜。通过XRD和SEM对2种方法合成的膜进行表征,并利用渗透汽化装置来检测其渗透蒸发性能。实验结果表明,改良的水热法优于传统水热法。改良的水热法制备的NaA分子筛膜晶体量大、覆盖率高,乙醇/水的分离因子为20.2,远远高于传统水热法合成的膜。将在α-Al2O3载体上制备的NaA分子筛膜应用于吡啶脱水实验,结果表明,当进料为ω(吡啶)=95%的吡啶水溶液、进料温度为96℃、处理量为1 720 mL/(h·m2)时,可以得到ω(吡啶)=99.61%的吡啶水溶液。
以N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)和碘甲烷(CH3I)为原料合成N-乙烯基-N-甲基碘化吡咯烷酮(CVPnI)离子液体。借助引发剂过硫酸钾(KPS)将带有不饱和双键的苯乙烯(St)单体和CVPnI离子液体在季铵化聚乙烯醇(QPVA)水溶液中原位引发聚合,然后以戊二醛(GA)为交联剂将QPVA中的羟基交联形成网状结构,将上述线性嵌段聚合物"锁定"在QPVA的网络结构中,制备了一系列具有半互穿网络结构(Semi-IPN)的阴离子导电膜。同时,考察了离子液体在膜中所占质量比对该导电膜的含水率、溶胀率、机械性能以及电导率的影响。结果表明,当离子液体的质量占膜总质量的20%、导电膜的含水率和拉伸强度分别为197%和22.7 MPa、70℃时,该膜电导率为1.08×10-2 S/cm;热稳定性测试结果表明,该膜具有良好的热稳定性,最低分解温度高于200℃。
采用高温煅烧法成功制备了块状g-C3N4和g-C3N4纳米材料,利用XRD、SEM、FT-IR、UV-Vis、PL等方法对材料进行表征,并研究其降解头孢曲松钠的光催化活性和机理。当降解时间为120 min、头孢曲松钠质量浓度为10 mg/mL、半导体材料的加入量为0.1 g时,块状g-C3N4和g-C3N4纳米材料的降解率分别为67.74%和85.84%,g-C3N4纳米材料的光催化活性高于块状g-C3N4;对催化机制研究发现,空穴(h+)和羟基自由基(·OH)起主要催化作用,超氧自由基(·O-2)次之。对g-C3N4纳米材料的稳定性进行评价,3次循环催化后材料稳定性良好。
通过不同载体并采用浸渍法制备了KOH/CaO、KOH/MgO以及K2CO3/CaO 3种负载型固体碱催化剂,并应用于催化二甲基乙二肟脱水制备3,4-二甲基呋咱反应。考察了催化剂质量分数、反应温度、反应时间对催化剂性能的影响。实验结果表明,在3种催化剂活性组分质量分数为10%、反应温度为160℃、反应时间为60 min的条件下,3,4-二甲基呋咱的收率依次为92%、65%和63%。对KOH/CaO催化剂的催化条件进行了正交实验优化,结果表明,在催化剂质量分数为8%、反应温度为160℃、反应时间为50 min的最优条件下,3,4-二甲基呋咱的最高收率可达92%。KOH/CaO催化剂在重复使用3次后,仍有较高的催化活性。
以阳离子表面活性剂(CTAB)为介孔模板,单分散聚苯乙烯微球(PS)为大孔模板,合成了一系列分级孔磷钨酸(HPW)/TiO2复合材料,并将其用于燃油深度氧化脱硫。采用X-射线衍射、氮气吸脱附、扫描电镜、红外光谱及紫外光谱等技术对催化剂的结构及形貌进行表征。结果表明,该催化剂具有无序大孔、有序介孔的结构,Keggin型结构HPW高度分散在TiO2基质中。在优化的反应条件下,该催化剂对苯并噻吩(BT)、二苯并噻吩(DBT)、4,6-二甲基二苯并噻吩(4,6-DMDBT)的脱除率分别达到100%、82%和86%。由于该催化剂的分级孔结构缩短了介孔的传输距离,同时催化剂的高比表面积使得更多的活性中心位点暴露,因此提高了催化剂的催化氧化脱硫性能。此外催化剂循环使用5次后性能仅稍微降低。
为了降低木薯酒精厂工程运行成本,提高副产品木薯酒糟的应用价值,以木薯酒糟为原料,采用全混式半连续发酵和沼液回流方式,研究不同有机负荷[2.3、2.8、3.4、4.0 kg/(m3·d)]条件下中温酸化(37℃)、高温甲烷化(50℃)木薯酒糟两相和高温单相厌氧发酵产沼气特性。结果表明,木薯酒糟中温酸化-高温甲烷化两相厌氧消化性能高于高温单相厌氧消化性能,中温酸化-高温甲烷化木薯酒糟两相厌氧发酵的最佳投料负荷为3.4 kg/(m3·d),甲烷体积分数在64%~68%,TS产气量为435.42 m3/t,容积产气率为1.49 m3/(m3·d)。高温单相厌氧发酵的最佳投料负荷为2.8 kg/(m3·d),甲烷体积分数基本在54%~62%,TS产气量为367.5 m3/t,容积产气率为1.05 m3/(m3·d)。实际沼气工程运行中,当有机负荷低于2.8 kg/(m3·d)时,可采用高温单相厌氧发酵工艺;当有机负荷高于2.8 kg/(m3·d)时,可采用中温酸化-高温甲烷化两相厌氧发酵工艺,以达到节省成本的目的。
针对气体分馏装置五塔分离工艺高能耗特点,在Aspen Plus软件模拟结果的基础上,分别采用易分离系数(CES)法和相对费用函数法各自筛选出最佳分离序列,再根据调优法的规划序列原则筛选出气体分馏工艺的最优分离序列。以筛选出的最优分离序列为研究对象,把多效精馏、MVR热泵精馏以及热集成等节能技术应用于气体分馏系统,提出了各种节能分馏工艺。选用软件中的RK-Soave物性计算方法,以能耗和年总费用(TAC)为评价指标,对以上提出的各种节能技术方案进行模拟与优化。研究结果表明,对于五塔气体分馏装置,最为节能的分馏工艺是:T202和T204分别采用MVR热泵精馏技术,T201塔底与T205塔顶构成MVR热耦合。与常规精馏工艺(分离序列2)相比,优化后的分馏系统能耗减少了75.9%,TAC节省了57.15%。
应用Aspen Plus软件对某工厂65万t/a催化裂化装置主分馏塔和吸收稳定系统进行全流程模拟,模拟结果与生产标定符合,在最小换热夹点温差20 K时,应用夹点技术进行分析,温度为363.15~393.15 K的物流直接采用冷公用工程冷却,浪费了大量低温热。针对主分馏塔塔顶油气的低温热,以R245fa为工质进行了有机朗肯循环(Organic Rankine Cycle)发电技术的模拟,以热效率和余热利用率作为评价模型,分析了运行参数对系统性能的影响。结果表明,热源温度为364.65 K、冷凝温度为305.15 K时,优化的ORC系统循环参数是夹点温差7 K,最佳蒸发温度339.15 K,此时输出功率485.6 kW,热效率5.26%,余热回收利用率35.6%。
利用Aspen HysysV9.0软件建立工艺流程,对二甲醚生产精制分离过程中塔的温度、压力等操作参数随塔板数的变化做了分析,经过二甲醚回收塔后乙酸甲酯的摩尔分数由原来的液相中的0.087 7提高到0.285 9,气相中的乙酸甲酯摩尔分数降低为0.000 1,二甲醚的摩尔分数由液相中的0.891 0提高为气相中的0.970 0,进而回收使用。经过乙酸甲酯精馏塔后,液相中乙酸甲酯的摩尔分数由原来的0.285 9提高为0.990 0,二甲醚精制塔最小回流比优化为0.12,塔顶温度为18.63℃,塔底温度为31.82℃,乙酸甲酯精制塔回流比优化后为0.10,塔顶温度为19.77℃,塔底温度为112℃。
为了测定烟用接装纸中异噻唑啉酮抗菌剂的含量,通过分散固相萃取-气相色谱-质谱(d-SPE-GC/MS)建立了烟用接装纸中2-甲基-1-异噻唑啉-3-酮(MI)和5-氯-2-甲基-1-异噻唑啉-3-酮(CMI)的定量分析方法。以萘-d8为内标物,分别考察了不同萃取剂、萃取时间、洗脱体积和净化方式对测试MI和CMI的影响。结果表明,MI和CMI的相对标准偏差(RSD)分别在3%和10%以内,回收率分别在96.33%-107.62%和92.59%-102.44%范围内,MI和CMI的检测限和定量限分别为0.007、0.024 μg/mL及0.012、0.039 μg/mL。结果表明,该法具有较好的重现性和准确性,可适用于烟用接装纸中异噻唑啉酮含量的测定。