利用固定床热解炉在不同热解温度(400~900℃)下制得热解半焦,采用BET和XRD分析手段对不同热解温度的褐煤半焦理化性质进行表征。在高温高压(800℃、4 MPa)条件下,利用固定床反应器对呼伦贝尔褐煤半焦试样进行直接加氢制甲烷的研究。结果表明,呼伦贝尔褐煤半焦在高温高压加氢制甲烷的最优热解温度为600℃;热解温度在600~800℃的半焦加氢反应碳转化率可达82%,产品气中CH4的质量分数约96%;在400~800℃,半焦比表面积由8 m2/g增大到182 m2/g,半焦加氢反应碳转化率随比表面积的增大而增加,当热解温度高于800℃,半焦中碳结构的晶面间距d002减小,堆垛高度L002明显增大,d002/L002从0.472迅速减小为0.365,石墨化程度加深,导致其加氢反应碳转化率迅速下降。
采用并流共沉淀法合成了具有尖晶石结构的NiFe2O4载氧体,研究了其在化学链蒸汽重整制氢过程中的氧化-还原反应性能。并利用X射线衍射(XRD)、拉曼光谱分析(Raman)、扫描电镜(SEM)、H2程序升温还原(H2-TPR)和热重分析对NiFe2O4载氧体进行表征和分析。结果表明,还原态载氧体在水蒸气气氛中可恢复部分晶格氧,热重实验进一步发现合成载氧体的反应活性显著高于商业载氧体,且其在约14 h的连续实验中展现了优异的循环反应性能。固定床实验表明,载氧体能显著促进生物质挥发分中大分子中间热解产物转化为小分子气体,特别是初次焦油的催化裂解,从而明显改善气体品质。由于Fe-Ni协同效应,经CO还原后的载氧体具有较强的制氢能力,每克还原态载氧体可产生232 mL纯氢。由于热力学限制使还原态载氧体在水蒸气气氛中只能恢复部分晶格氧至Ni、Fe3O4和Ni1-xFe2+xO4的三元混合物相。
为了研究短期老化对胶粉改性沥青高温性能的影响,采用薄膜烘箱试验(TFOT)对胶粉改性沥青进行老化,通过动态剪切流变试验(DSR)、重复蠕变恢复试验(RCRT),从流变性角度分析了不同老化因素对胶粉改性沥青性能的影响,并结合扫描电镜(SEM)从微观层面对沥青及胶粉老化前后的表观形貌进行分析。结果表明,老化作用使得胶粉改性沥青G*提高、tan δ减小、沥青的高温抗变形能力提高,而老化温度与老化时间的提高则促进了沥青老化程度的加深;老化过程中胶粉仍存在强烈的溶胀与降解反应,两种作用共同促进了胶粉改性沥青的180℃特殊流变性;老化作用使得胶粉改性沥青(εP/εL)减小、沥青变形恢复能力提高,相比于老化温度,老化时间对胶粉改性沥青变形恢复能力的影响更为显著;沥青中的胶粉受老化影响较小,从而使沥青保持较好的弹性。
以城市污泥为原料,通过尿素活化和两段式热解制备生物质活性炭。结果表明,污泥与尿素的固液比、第1段和第2段的热解温度对污泥活性炭比表面积有较大影响。当活化液中尿素质量分数为20%时,干污泥与尿素的质量比为1∶2,活化时间为24 h,在氮气保护控制第1段热解温度为550℃、停留时间2 h,第2段热解温度为650℃、停留时间1 h,经自然冷却并酸洗干燥后的活性炭样品的比表面积可达到325 m2/g,高于未活化时相同工艺条件下所得到的炭样品(56 m2/g)。通过对第1段和第2段热解产物的X-射线衍射和热重分析发现,尿素在活化阶段能迅速到达污泥表面并在1段热解时参与污泥碳化而形成类石墨结构的C3N4,在第2段升温时氮化碳分解为氨气和二氧化碳并从石墨晶区中释放,从而在污泥碳基表面形成孔穴。
利用水热法合成了形貌相似、硅铝摩尔比不同的HZSM-5分子筛,通过XRD、SEM、XRF、N2-吸附/脱附、NH3-TPD和FT-IR方法对其进行表征,并在固定床反应器中对其催化裂解Lurgi甲醇制丙烯(MTP)工艺副产轻质油性能进行了评价。结果表明,硅铝摩尔比低的HZSM-5分子筛具有更多的B酸酸量、L酸酸量及总酸酸量,这是其具有低温高活性及较低的乙烯和丙烯产率的主因。提高HZSM-5分子筛催化剂的硅铝摩尔比,有利于增加乙烯和丙烯的产率,且芳烃产率降低。反应温度和重时空速对Lurgi MTP副产轻质油催化裂解产物有明显影响。乙烯和丙烯产率随着反应温度的提高先增加后降低。增加重时空速,催化裂解中间产物组成上也发生了较大变化。低的重时空速有利于多产低碳烯烃,适宜的重时空速在1.5~3.0 h-1左右,乙烯和丙烯产率达到最高值55.36%。
通过改良的Hummers法制备了氧化石墨烯(GO),用GO负载抗菌药物甲硝唑(MTR),探讨了载药体系(GO-MTR)体外释放MTR的行为。GO经SEM、XRD、FT-IR和UV-Vis等表征表明,其褶皱较多、较薄,层间距为0.800 nm,具有石墨烯(001)晶面,在水中易分散,在紫外区230 nm有最大吸收;载药实验表明,增大负载体系的pH、升高温度均有利于GO吸附MTR,100 mL 1 mg/mL GO与0.500 g/L MTR等体积混合后,在pH为9.0、温度为40℃、振荡150 min的条件下,GO对MTR的负载量达494 mg/g,负载率为98.8%;释药研究表明,药物释放的突跃在8~36 h,释放时间较长,酸性体系有利于药物释放,pH为6时释药率可达58.7%。
以自制的六烯基单体TDED为交联单体、NaHCO3和K2S2O8为引发剂,与丙烯酰胺(AM)、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)和三乙基烯丙基氯化铵(TEAC)进行自由基水溶液聚合,合成了自交联聚合物弱凝胶PTAPT。FT-IR分析结果表明,其分子结构符合预期,并对其浓度-黏度关系、剪切稀释性和抗温性能进行了测定,实验结果表明,当PTAPT质量浓度为5 000 mg/L时,在复合盐水中的黏度为淡水中黏度的43.7%,在剪切速率为500 s-1下剪切5 min后的保留率约为86.5%,经180℃老化72 h后,淡水和复合盐水中的黏度保留率分别为28.8%和31.7%。基浆性能测定表明,质量分数为2.0%的PTAPT可使老化前后的淡水与复合盐水基浆的黏度大幅上升,老化后淡水基浆的FLAPI为7.8 mL,复合盐水基浆的FLAPI为12.8 mL。
采用二次生长法在无有机模板剂条件下水热晶化制备高质量纯相ZSM-5沸石膜。考察了Na2O/SiO2摩尔比和NaF/SiO2摩尔比对制备ZSM-5沸石膜及其结构、形貌与渗透汽化异丙醇脱水分离性能的影响。结果表明,在较低Na2O/SiO2摩尔比或NaF/SiO2摩尔比下制备的沸石膜膜层结晶度低;而在较高Na2O/SiO2摩尔比或NaF/SiO2摩尔比时,易转晶生成mordenite沸石晶体;仅在Na2O/SiO2摩尔比为0.17、NaF/SiO2摩尔比为0.9时,制备出高质量纯相ZSM-5沸石膜,其膜层平整、连续、致密且结晶度高,该膜在渗透汽化异丙醇脱水中具有最佳的分离性能,其渗透通量为3.88 kg/(m2·h),水对异丙醇的分离系数达10 000以上。
以铜藻发酵沼渣为原料,利用热重仪进行热重分析,并于350~550℃范围内进行热解实验,研究了沼渣在不同温度下的热解特性。利用GC、GC-MS等手段对裂解制得的生物油和裂解气进行组成成分分析。结果表明,沼渣失重分为脱水、蛋白质和纤维素分解、木质素热解及焦油二次裂解4个阶段。随着反应温度的升高,生物油产率先增后减,在450℃达到最大31.05%;同时,生物炭产率逐渐降低,裂解气产率逐渐增加。随着温度升高,生物油中酚类化合物质量分数显著增加,最高达到47.5%。因含氮和氧量较高,所得生物油并不适宜直接作为燃料油使用,但其中所含的酚类化合物和含氮化合物具有较高的应用价值。
通过异丙醇铝水解制备了高耐水性、高阻燃性的复合氢氧化铝-季戊四醇(ATH-PER),考察了水解温度、反应时间对复合产物溶解度和高温残重率的影响,利用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)和综合热分析仪(TG)对样品的微观形貌、表面元素组成以及热分解行为的变化情况进行探究,并对复合ATH-PER在膨胀型防火涂料中的应用进行了研究。结果表明,制备复合ATH-PER的最佳水解温度为70℃,反应时间为2 h。ATH-PER在20℃下溶解度为1.946 g/(100 mL水),较无包覆PER降低74.8%;高温残重率提升至44.69%。复合后ATH-PER表面粗糙,出现质量分数为5.52%的Al元素,C、O元素质量分数降低。将ATH-PER应用于膨胀型防火涂料中,浸水24 h后涂料炭层膨胀倍率为7.88,为改性前的368.2%,具有更加优异的耐水及耐火性能。
采用溶胶-凝胶法制备了纳米TiO2,并通过贵金属沉积法对其进行Pt掺杂改性,利用XRD、TEM对催化剂进行表征,结果发现,Pt/TiO2平均晶粒约12 nm。通过Pt的掺杂改性使光催化总产氢量得到明显提高,Pt的掺杂量为1%、质量浓度为0.20 g/L时,Pt/TiO2光催化产氢性能最好。用乙酸、丙酸、正丁酸为废水有机酸的牺牲剂,考察其初始浓度对光催化产氢性能的影响,乙酸、丙酸初始浓度为0.12 mol/L时,总产氢量达到最高,此时每摩尔乙酸、丙酸转化为氢气的量分别为4 288、3 710 mL;正丁酸初始浓度为0.16 mol/L时,总产氢量达到最高,此时每摩尔正丁酸转化为氢气的量为1 384 mL。
以氯化铜、三氯化铁、乙二醇为主要原料,采用一步水热法制备凹凸棒石/铁酸铜(ATP/CuFe2O4)纳米复合材料。通过TEM、EDS、XRD、FT-IR和BET等对ATP/CuFe2O4复合材料进行分析;将ATP/CuFe2O4纳米复合材料应用于硼氢化钠催化还原对硝基苯酚生成对氨基苯酚的反应,考察了不同催化剂、CuFe2O4包覆量、催化剂用量等因素对硼氢化钠还原对硝基苯酚的影响。结果表明,50% CuFe2O4包覆量的ATP/CuFe2O4材料具有较高的催化活性,当ATP/CuFe2O4质量为5 mg时,还原可在7 min内完成。通过对ATP/CuFe2O4纳米复合材料的重复使用和磁分离回收,表明ATP/CuFe2O4具有良好的磁分离性和循环稳定性。
通过共沉淀法在体积为200 L的密闭反应釜内采用连续工艺合成具有类球形形貌的层状前驱体Ni0.8Co0.1Mn0.1(OH)2,解决了间歇式生产工艺存在的效率低、批次稳定性差等问题。研究了合成过程中搅拌方式、反应温度、pH和络合剂用量对前驱体振实密度的影响,确定了最佳工艺条件。利用前驱体与LiOH·H2O通过高温固相反应合成LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2材料。用X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对材料的晶体结构和形貌进行表征,通过充放电测试研究材料的电化学性能。通过XRD分析可知该材料为典型的六方晶系a-NaFeO2结构;SEM测试发现产物粒子是由300~800 nm的一次小晶粒堆积形成的二次类球形粒子。电化学测试表明,在2.5~4.3 V电压范围内,在0.2 C倍率下首次放电容量和库仑效率分别为184.1 mAh/g和85.9%,20次循环后容量为166.3 mAh/g,保持率达到90.3%。
为研究和分析混炼硅橡胶生产工艺安全性,利用改进的道化学法和蒙德法,对潜在的火灾、爆炸和毒性风险进行定性和定量地评价。研究表明,危险性最大的捏合工艺单元的火灾、爆炸危险指数和毒性指标分别为178.82和6.97,工艺总体危险性等级为Ⅲ级。混炼硅橡胶生产工艺的火灾、爆炸风险远高于毒性物质职业接触风险。物料危险性主要在于含氢聚甲基硅氧烷的活性硅氢键易于产生氢气,以及硫化剂2,5-二甲基-2,5-双(过氧叔丁基)己烷潜在的火灾爆炸风险。今后的研究需要完善之处包括增加评价中人为因素系数的权重,考虑工艺所处的外部环境条件,以及制定关于含氢聚甲基硅氧烷的职业接触限值及检测标准等,从而得到更为精确的定量风险分析结果。
分析回收物系特性和实际生产任务要求,建立回收乙酸异丙酯的预精馏-萃取精馏-闪蒸工艺流程,采用Aspen Plus流程模拟软件对所建立流程进行过程模拟。以理论板数、回流比、原料进料位置、溶剂比、溶剂进料位置为操纵变量,以乙酸异丙酯和甲醇质量分数、回收率及萃取精馏塔再沸器热负荷为采集变量,采用Design Specs和Sensitivity工具,对预精馏塔、萃取精馏塔和闪蒸设备进行灵敏度分析。在满足生产工艺要求的优化工艺条件下,产品乙酸异丙酯质量分数为99.6%,回收率为99.7%,甲醇质量分数为95.6%,回收率为95.5%,实现了资源再利用,降低了生产成本。
建立了ESI负离子模式液相色谱-质谱串联法(LC-MS/MS)同时快速测定口服液类保健食品中糖精钠、甜蜜素、安赛蜜、纽甜、阿斯巴甜、阿力甜、三氯蔗糖7种人工合成甜味剂的方法。采用亲水性良好的ZORBAX SB-Aq(3.0 mm×100 mm,1.8 μm)为分离柱,以0.1%甲酸溶液(A)-甲醇(B)为流动相按梯度进行洗脱分离。实验结果表明,建立的实验方法在10~500 μg/L范围内相关性良好;方法检出限(S/N≥3)为0.05~0.5 μg/L,定量限(S/N≥10)为0.1~1.5 μg/L。在空白样品中选择3个不同浓度的标准溶液进行加标回收实验,得平均回收率为94.4%~101.2%,相对标准偏差为0.9%~3.2%。所建立的实验方法具有灵敏度好、准确性高且简单快速的优点,适用于口服液类保健食品中7种不同人工合成甜味剂的测定。