为了提高可见光的光催化效率,以ZnCl2、Co(NO3)2·6H2O、NaOH为原料,利用共沉淀法合成高结晶性的钴掺杂摩尔分数为1%~5%的氧化锌粉末。利用X射线衍射、扫描电子显微镜、紫外-可见吸收光谱等手段对钴掺杂的氧化锌粉末样品的形貌、结构和光学性质进行表征。结果表明,合成的氧化锌粉末在整个可见光区都有吸收。当钴掺杂摩尔分数为3%时纳米氧化锌光催化活性最优,光催化反应速率常数为1.739 6×10-3 min-1。基于第一性原理计算了掺钴氧化锌晶体的能带结构,结果表明,位于650 nm的吸收峰来源于氧化锌中价带到杂质能级或杂质能级到导带的电子跃迁。掺钴氧化锌可增加可见光的光催化效率。
以石墨粉(G)为原料,采用改进Hummers法制备氧化石墨(GO),通过热剥离及氢氧化钾(KOH)活化制备出性能优异的类石墨烯多孔材料(GPM)。利用低温氮吸附、高压吸附、X射线衍射分析和拉曼光谱分析等测试手段对材料进行结构性能表征。结果表明,该材料具有类石墨烯结构,比表面积达2 465.76 m2/g,孔容为1.53 cm3/g,平均孔径为3.05 nm。在20℃、3 MPa下对CO2、CH4和N2的饱和吸附容量分别达到33.13、11.45 mmol/g和7.80 mmol/g。对于CH4/N2、CH4/CO2、CO2/N2的分离性能有所差异,分离系数依次为2.86、1.93、5.54,显示其在碳捕集及甲烷存储等方面具有良好的应用前景。
水中过量氨氮是导致水体富营养化的主要原因之一。通过超声波强化催化臭氧对含氨氮水进行降解,考察了Sr(NO3)2浓度及煅烧温度对负载活性Al2O3载体催化剂效果的影响。结果发现,以Sr(NO3)2浓度为0.10 mol/L、700℃下煅烧4 h得到的Sr/Al2O3作为负载型催化剂催化水中氨氮效果较好。超声使得Sr/Al2O3催化臭氧氧化降解含氨氮水反应时间从120 min缩短至60 min,而氨氮降解率从52.95%提高至83.20%,气态氮占比从37.40%提高至51.80%。SEM分析结果表明,经700℃煅烧得到的Sr/Al2O3呈粒子联结体,且大小均匀、表面粗糙、凹凸不平。因此,超声的引入促进了催化剂表面N—H键的裂解,有助于水中氨氮的降解。
采用溶胶-凝胶法制备了掺杂Sr2+、Ni2+的La2Mo2O9基固体电解质材料,通过扫描电镜、热重-差示扫描量热分析、X射线衍射、电化学阻抗谱等方法对样品进行测试表征。结果表明,所制备的电解质均已抑制了相变;在800℃烧结后能得到致密度高于95%的陶瓷烧结体;随着Sr2+、Ni2+掺杂量增加,氧离子导体电导率均呈现逐渐变小的趋势,σ(x=0.6) < σ(x=0.4) < σ(x=0.2);在温度T=800℃、掺杂Sr2+离子摩尔比为0.2时,电导率σ[La1.8Sr0.2Mo2O8.9]=0.028 S/cm、活化能Ea=1.32 eV、电导率σ[La2Mo1.8Ni0.2O8.6]=0.034 S/cm、活化能Ea=1.08 eV,其均有望应用于中低温固体氧化物燃料电池。
利用共沉淀法制备载体Al2O3-SiO2,采用等体积浸渍法考察了Cu/Al2O3-SiO2催化剂对大庆常顶油品30~80、80~135、135℃以上3种馏分下不同砷形式的脱除性能。BET、XRD、SEM、FT-IR表征及评价分析结果表明,以活性组分Cu2+担载介孔结构较为宽泛的Al2O3-SiO2对大于135℃馏分中主要以三乙砷、苯基砷形式存在的砷化物表现出最佳的吸附脱除效果。为进一步对其选择性吸附进行分析,采用密度泛函理论B3LYP方法,研究了金属离子Cu2+对不同有机砷形态的络合吸附性能,计算结果得出,当R-AS与CuO发生吸附作用时,随着R-基中碳原子数目的增加,AS-Cu键长缩短,砷化物与铜物种的相互作用能更小,形成的配合物更加稳定。
利用乙二胺(EDA)对碳酸丙烯酯(PC)的胺解开环反应制备非异氰酸酯聚氨酯(NIPU)单体,通过NIPU的端位羟基(—OH)与丙烯酰氯(AC)发生酯化反应,合成同时具有氨基甲酸酯键(—NHCOO—)和碳碳双键(C=C)的非异氰酸酯聚氨酯丙烯酸酯(NIPUA)单体。将合成的NIPUA单体与丙烯酸丁酯(BA)、丙烯酸(AA)等丙烯酸类化合物在过氧化苯甲酰(BPO)和N,N-二甲基苯胺(DMP)作用下发生加聚反应,制备出一种新型非异氰酸酯聚氨酯丙烯酸酯胶黏剂,并继续固化。利用红外光谱对合成产物的结构进行表征,结果表明,该胶黏剂在一定的条件下能发生C=C双键的加聚固化反应。通过研究单因素对胶黏剂固化性能的影响,获得胶黏剂固化的最佳工艺。
以粉煤灰、黏土和催化活性组分TiO2为原料,炼油废水生物处理过程中产生的剩余活性污泥为造孔剂,经造粒、高温焙烧制备出污泥陶粒催化剂,对催化剂的活性组分种类、活性组分和剩余活性污泥的添加量、焙烧温度进行了研究。结果表明,TiO2的催化活性优于CeO2、锰盐、铜盐和铁盐;以TiO2为活性组分的陶粒TiO2的最佳添加质量分数为6%;随着污泥添加量的增大,陶粒的催化活性逐渐增强,污泥添加量为20%时催化活性最好;最佳的焙烧温度为1 100℃。最优条件下制备的污泥陶粒催化剂催化臭氧反应25 min,即可将含盐炼油废水生化尾水中的COD从105.16 mg/L降至45.31 mg/L,达到新修订的国家排放标准。该催化剂重复使用活性无明显衰减,满足工业应用要求,具有良好的应用前景。
在FTO导电玻璃上采用磁控溅射法和阳极氧化法制备高度透明TiO2纳米管(TNT)阵列薄膜,然后溅射沉积Pt纳米粒子,退火后获得半透明负载Pt的TiO2纳米管阵列薄膜(TNT-Pt)。通过扫描电子显微镜、X射线衍射、X射线光电子能谱对薄膜的微观形貌和组成成分进行表征,证实了TNT-Pt薄膜中Pt纳米粒子的存在。测试结果表明,相对于纯TNT阵列薄膜,TNT-Pt薄膜的光吸收边缘明显发生红移,可见光照射下的光电转换效率提高到35倍。此外,鉴于薄膜的半透明性,TNT-Pt薄膜的正面和反面在可见光照射下均进行了光电流测试,薄膜表现出非对称性光电性能,即反面照射时的光电性能明显优于正面照射。
针对废水中氟喹诺酮类抗生素盐酸环丙沙星(HCIP)的污染,以离子液体和二甲基亚砜(DMSO)共混溶液为溶剂,通过相反转技术制备了氧化石墨烯-纤维素复合膜(GOCE)和磁性氧化石墨烯-纤维素复合膜(FGCE)以除去HCIP。同时研究了氧化石墨烯质量分数、纳米Fe3O4质量分数、HCIP浓度、溶液温度、溶液pH、共存阴阳离子、水质以及再生次数等因素对复合膜吸附HCIP性能的影响。结果表明,氧化石墨烯和磁性纳米Fe3O4质量分数(相对于微晶纤维素质量)分别为5.0%和4.0%的复合膜FGCE对50 mg/L的HCIP溶液的平衡吸附量可达21.67 mg/g。当HCIP溶液质量浓度为10 mg/L时,其吸附率为91.97%。
利用溶胶-凝胶法对密胺甲醛树脂微胶囊红磷(MRP)进行再包覆,制备硅凝胶-密胺甲醛树脂双层包覆红磷(Si-MRP)。通过傅里叶红外光谱、扫描电镜及X射线光电子能谱分析对MRP及Si-MRP进行形态表征。结果表明,通过溶胶-凝胶法在MRP表面包覆硅凝胶,包覆率达95.7%;Si-MRP表面形态相对于MRP更为光滑,样品表面存在少量二氧化硅微球结构。对MRP及Si-MRP进行吸湿性、热稳定性及感度表征,结果表明,硅凝胶包覆后的Si-MRP产物吸湿性下降,90%湿度条件下,10 d后的吸湿率为7.5%,而MRP的10 d后吸湿率为12%;Si-MRP热稳定性提高,着火点约为450℃,较MRP提升75℃;MRP的摩擦感度为34%,经硅凝胶包覆后,Si-MRP的摩擦感度下降至16%。
利用CFD软件STAR-CCM+对螺旋缠绕式湍流促进器的8种设计参数进行流场数值计算,以壁面剪应力和轴向压降为指标,比较不同参数的湍流促进器强化效果。建立了基于遗传算法优化的BP神经网络,使用神经网络对不同的设计参数进行流场效果预测,网络拟合精确度达到了0.99 718。以最小化轴向压降最大化平均壁面剪应力为目标,利用NSGA-Ⅱ算法进行多目标优化,计算出Pareto最优支配前沿,在最优支配前沿中寻找到合适的设计点,并对预测出的优化参数进行建模并模拟验证。结果分析表明,与初始设计参数相比,在中心杆直径选取为10.8 mm、螺距为6.5 mm时,流场的轴向压降增加了1.7%,平均壁面剪应力提高了9.7%。
使用PCA算法与MLR模型实证分解2002—2016年重载货车污染对北京市严重空气污染天气形成的作用路径与贡献度。由方差分析结果得知DHDT、DPM、DNO、DGTKM的方差贡献度均在50%以上,暗示省际公路货物周转需求是引起重载货车数量与行驶里程增加的关键因素,由此引起大量柴油消耗并显著提高北京市NO2与PM10、PM2.5浓度。系数估计结果显示,重载货车数量、省际货物周转量、NO2浓度与PM10、PM2.5浓度显著相关,重载货车污染综合变量与CO浓度、柴油消耗量每提高1个标准单位会使北京市重空气污染天数增加1.489个标准单位。因此,在重载货车污染因素中,重载货车数量、省际货物周转量、柴油使用量是北京市重污染天数增加的"元凶",NO2、PM10、PM2.5与CO的排放生成是主要污染路径。
采用萃取精馏的方法分离乙酸乙酯和丁酮共沸物系。选取乙二醇作为萃取剂,利用流程模拟软件Aspen Plus对流程进行模拟,分析不同萃取剂进料量、塔板数、回流比、进料位置等参数对产品质量分数及热负荷的影响。通过模拟发现,当乙二醇进料量为500 kg/h、萃取精馏塔塔板数为30、质量回流比为0.45、原料进料位置为17块板、萃取剂进料位置为5块板,溶剂回收塔塔板数为10、质量回流比为0.5、进料位置为第4块板时,可得到质量分数为99.91%的乙酸乙酯及质量分数为99.60%的丁酮。通过间歇萃取精馏实验对萃取精馏过程进行验证,发现萃取精馏塔塔顶可得到高达质量分数为98%的乙酸乙酯,证明了模拟结果的可靠性。
建立了简便、快速、灵敏的测定药物中吡哌酸的双波长负吸收光谱法。在pH 6.63的酸性介质中,吡哌酸与亮绿反应,在500~700 nm范围内生成具有2个较强负吸收峰的绿色二元离子缔合物,2个负吸收峰分别位于578 nm和648 nm,表观摩尔吸光系数(κ)分别为7.22×104 L/(mol·cm)(578 nm)和7.81×104 L/(mol·cm)(648 nm)。当用双波长叠加法负吸收光谱法测定时,其表观摩尔吸光系数(κ)可达1.50×105 L/(mol·cm),吡哌酸的质量浓度在0~5.5 mg/L范围内与吸光度绝对值(|A|)呈线性关系,并服从朗伯-比尔定律。将双波长法用于市售吡哌酸片和胶囊中吡哌酸的测定,加标回收率和相对标准偏差RSD(n=5)分别为97.2%~103%和2.3%~2.6%。