对碱性材料和磷酸盐化学键合陶瓷材料(CBPCs)固化/稳定化处理电解锰渣(EMR)的效果以及固化机理等方面进行了综述。传统的碱性材料虽可有效固化EMR中的重金属离子,但处理后的EMR的物理化学性质不够稳定,固化体很容易因碳化而发生结构破坏,存在二次污染隐患。而用CBPCs固化EMR虽可实现Mn以及NH3-N稳定化控制,但施工操作性差,且反应原料MgO成本较高。利用富含金属氧化物(MgO、FeOx)的镍铁渣或铜渣等工业废渣代替纯MgO,不仅可降低材料处理成本、改善施工可操作性,同时可通过化学键合、物理包裹、吸附等协同作用实现EMR的有效固封。此方法可为EMR处理提供一种研究思路。
储量丰富的钠使钠离子电池在大规模储能领域得到广泛应用,但是钠离子电池的循环性能还需进一步改善。在1 mol/L NaClO4/EC/PC电解液中加入0.5%五氟乙氧基环三磷腈(FPN)添加剂,可以有效地调控P2-NaxCo0.7Mn0.3O2(x≈1.0)钠离子正极材料的界面稳定性,提高钠离子电池的循环稳定性。电化学和物化表征分析测试结果表明,FPN添加剂的加入可以在P2-NaxCo0.7Mn0.3O2(x≈1.0)正极材料表面形成一层富含NaF的致密正极电解质中间相(CEI),该CEI层可以明显降低电池的阻抗,抑制电解液的持续分解,使得电池在1 C倍率下循环200圈之后还可以保持92%的容量保持率,而没有添加FPN添加剂的基础电解液在1 C倍率下循环200圈之后的容量保持率只有75%。
腐植酸钾是以泥炭、褐煤或风化煤等为原料与氢氧化钾反应而生成的一种新型钾肥,在改良和修复土壤、刺激作物根系发育、提高作物产量以及改善作物品质等方面具有重要作用。利用昭通褐煤制备了腐植酸钾,以腐植酸钾产率为目标,考察了KOH浓度、反应时间、反应温度对腐植酸钾产率的影响。利用响应曲面法中的Box-behnken Design方法优化了昭通褐煤制备腐植酸钾的工艺,得到较优的数学函数模型,并使用此函数模型推断了昭通褐煤制备腐植酸钾的最优工艺条件为:KOH浓度为0.485 mol/L、反应时间为2.10 h、反应温度为100℃,此时腐植酸钾产率为56.60%。在优化条件下再次进行实验,得到的腐植酸钾产率为56.58%,与函数模型预测值相吻合。
以"膨胀-酸化"改性处理蛭石(VTM)制备的二维层状多孔纳米片(EXVTM-SiO2)为载体,采用浸渍法制备负载量不同的Ni/EXVTM-SiO2催化剂用于甲烷重整反应。通过BET、XRD、XRF、SEM、H2-TPR、TEM、TG等对催化剂进行表征,在常压750℃条件下进行300 min稳定性实验。结果表明,10% Ni/EXVTM-SiO2表现出较好的催化活性及稳定性,其CO2、CH4的初始转化率分别为92%、55%。这主要是由于10% Ni/EXVTM-SiO2催化剂具有大的比表面积、较好的金属分散性,从而使催化剂具有一定的抗积碳和抗烧结性。
以玉米淀粉(St)为原料、2,3-环氧丙基三甲基氯化铵(GTA)为醚化剂,利用湿法合成高取代度的阳离子醚化淀粉絮凝剂St-GTA。通过正交实验对St-GTA的合成条件进行筛选,结果表明,最佳合成条件为:n(CTA):n(St)=1.2:1、m(NaOH):m(St)=0.08:1、反应温度为70℃、反应时间为3 h。在该条件下合成的产物取代度可达0.717 3。以高岭土悬浊液为模拟污水,考察了絮凝剂投加量、絮凝体系pH、絮凝温度、絮凝时间对絮凝效果的影响。结果表明,对于质量分数为2%的高岭土悬浊液,当pH=7、絮凝温度为25℃、絮凝时间为0.5 h时,St-GTA的最佳质量浓度为8 mg/L,透光率可达92.81%。
通过筛选耐受高浓度Ca2+且钙化速率较高的藻株,分析初始Ca2+浓度对其生长和钙化效果的影响。从喀斯特地区湖泊水样分离得到多株微藻,筛选出钙化能力较高的斜生栅藻(Scenedesmus obliquus)B-7。收集藻细胞并进行扫描电镜观察和能谱仪(SEM-EDS)分析,发现细胞表面存在针状霰石形貌的钙化结晶,具有明显的钙化现象。进一步在不同Ca2+浓度下培养藻株B-7,测定细胞生长和培养基pH随时间的变化情况及Ca2+消耗量,结果表明,初始Ca2+浓度与细胞生长呈负相关。从细胞生长和生物钙化量综合考虑,400 mg/L Ca2+为藻株B-7进行生物钙化提供了适宜的环境;在此质量浓度下,生物钙化程度最大,生物钙化率达到86.09%。
采用不同浓度的HCl处理H-丝光沸石,研究酸处理对H-丝光沸石结构及其催化异构性能的影响。通过XRD、N2吸附-脱附表征手段考察HCl处理后H-丝光沸石结晶度、比表面积、孔容的变化;利用Py-IR测定了经酸处理后沸石B/L酸的变化;通过α-蒎烯催化异构实验考察经HCl处理后H-丝光沸石的催化异构性能。结果表明,HCl热处理对H-丝光沸石比表面积有明显的影响,且增大了丝光沸石的微孔和介孔孔容;HCl热处理使H-丝光沸石含有的Br nsted酸和Lewis酸中心数量大幅增加;经HCl处理后H-丝光沸石催化α-蒎烯的转化率下降幅度为12.7%~37.8%,但苧烯选择性大幅提高22.7%~30.2%,莰烯选择性不变。
以乙酸盐为原料、柠檬酸为螯合剂,氨水调节pH,采用溶胶-凝胶法制备高容量的富锂锰基材料,并考察了滴加速度、压片处理和掺铌改性对富锂锰基材料性能的影响。通过X射线衍射和激光颗粒粒度分析表征了材料的晶体结构和颗粒组成,并制备纽扣电池,测试了材料的电化学性能。X射线衍射测试结果表明,材料具有完整的富锂锰基材料的晶体结构。压片处理和减慢滴加速度的材料首次放电容量为210 mA·h/g左右,而掺铌改性材料的首次放电容量是250 mA·h/g左右。压片处理和掺铌改性的材料在大电流下容量有所提高。通过优化合成富锂锰基材料的实验条件,为材料的量产提供了理论依据和工艺参数支持。
以聚砜为基础,通过在主链引入可交换氯制备氯甲基化聚砜(CPS),氯甲基分别与1,2-二羟基苯-3,5-二磺酸钠(BDS)和2-萘酚-6,8-二磺酸钾(NSK)反应,制备了苯磺酸型磺化聚砜PS-BS和萘磺酸型磺化聚砜PS-NS,并通过FT-IR和HNMR对其化学结构进行表征。采用溶液浇注的方法制备了PS-BS和PS-NS薄膜,探索了功能聚合物PS-BS和PS-NS结构与性能之间的关系。结果表明,PS和PS-NS膜在高吸水率下仍能保持很好的尺寸稳定性,在相同的条件下(离子交换容量和温度),PS-BS膜的尺寸稳定性更加优越。PS-BS和PS-NS质子交换膜都具备良好的阻醇性能。
为改善能源短缺,对新型光催化水解制氢材料进行了研究。通过改进Hummer法制备氧化石墨,溶胶-凝胶法制备锐钛矿型二氧化钛,采用浓碱法制得石墨烯-二氧化钛纳米管催化剂,考察了不同石墨烯的掺杂量对催化活性的影响。经过光解水制氢实验发现,掺杂不同质量分数石墨烯的催化剂催化活性得到了进一步提高,其中掺杂量为1%的产氢活性最好,产氢速率是纯二氧化钛纳米管的2.5倍。通过BET、XRD、UV以及FT-IR等方法对催化剂进行了表征。结果表明,石墨烯与二氧化钛纳米管成功复合,并且石墨烯的掺杂在一定程度上提高了催化剂的BET比表面积;催化剂对可见光的响应范围得到进一步扩大,这为催化剂光解水制氢性能的提高提供了有力的条件。
石墨相氮化碳(g-C3N4)较低的比表面积以及高的光生电子-空穴复合几率严重限制了其应用。以三聚氰胺[C3N3(NH2)3]为原料,采用模板剂法制备了高比表面积的石墨相氮化碳(p-C3N4),并通过热聚合的方式将硫掺杂于p-C3N4中制备硫掺杂高比表面积石墨相氮化碳(S-p-C3N4)。通过XRD、FT-IR、BET、UV-Vis、PL对催化剂进行表征。并在500 W氙灯(配以420 nm滤光片)照射下通过光催化降解罗丹明B、光催化还原CO2和光催化水解制氢3种方式对催化活性进行考察。结果表明,硫掺杂能够有效地降低光生电子-空穴的复合几率,提高光催化活性。其中1.5% S-p-C3N4表现出最佳活性,降解罗丹明B的速率是p-C3N4的15倍,生成CO和CH4的速率是p-C3N4的3.6、3.1倍,产氢速率分别是p-C3N4的4.83倍。且1.5% S-p-C3N4催化剂循环使用5次后依然具有很高的催化活性。
通过调控溶液的pH、选择不同速率热退火方式,以四点星DNA分子瓦为建筑模块,根据沃森-克里克碱基互补配对原则和Hoogsteen氢键配对连接,选择性地组装成不同的DNA多面体结构。非变性聚丙烯酰胺凝胶电泳表征结果表明,在酸性条件(pH 5.5)及退火时间5.0 h下,分子瓦自组装成DNA变形四面体(tTET)结构;在中性条件(pH 8.0)及退火时间24.0 h下,自组装形成DNA八面体(OCT)结构。在中性条件(pH 8.0)下,只改变分子瓦黏性末端碱基的数目,直至形成不同数目的碱基对来产生不同强度的作用力,也能类似地组装成不同的DNA多面体结构。该结果也由非变性聚丙烯酰胺凝胶电泳进行了表征。
为了生产第三代乙醇,通过限制营养、提高淀粉含量的微藻直接发酵生产乙醇是一种值得探索的方法。采用双因素设计考察莱茵衣藻在不同初始氮源和铁源下培养积累淀粉的情况。在最佳条件下培养莱茵衣藻,藻细胞干重达到1.9 g/L左右,胞内淀粉积累达到35.5%左右,经黑暗厌氧诱导,胞内淀粉在30 h内降解生产乙醇。在pH为7.5的0.067 mol/L磷酸钠-磷酸钾缓冲液中黑暗厌氧发酵效果最佳,产率为0.250 g/g。研究表明,当氮源缺乏时微藻会积累淀粉,但细胞生长远不如充足氮源时;含淀粉微藻在黑暗厌氧环境下能自发酵生产出一定的乙醇。因此,提出微藻三段法生产乙醇,即微藻细胞生长、淀粉积累和厌氧发酵,该微藻直接生产乙醇的过程简单可行。
研究了多种金属络合剂助剂对金属卟啉催化丙烯环氧化反应的影响以及相关反应条件筛选。结果表明,羟基对反应活性的影响明显,磷酸三丁酯为较优的助剂。考察了催化剂种类、催化剂浓度、反应温度、氧气进气速率、烯醛摩尔比和溶剂量对反应结果的影响。结果表明,以Fe(p-CH3)TPPCl为催化剂,在Fe(p-CH3)TPPCl浓度为1.2×10-5 mol/L、进气速率为0.1 L/min、丙烯用量为10 L、烯醛摩尔比为1:1.15、反应温度为100℃、溶剂用量为210 mL、反应时间为0.5 h的条件下,丙烯转化率为26.7%,环氧丙烷收率为25.6%,选择性为95.9%。
以TiO2/SiO2[n(TiO2):n(SiO2)=90:10]为催化剂,催化合成了低分子质量聚四氢呋喃二苯甲酸酯(PTMGDB)。采用单因素法进行条件筛选,借助响应面分析法建立连续变量曲面模型,优化反应工艺并预测最佳反应工艺条件为:反应时间为4 h、反应温度为202℃、催化剂质量分数为0.319%(占酸醇总质量)、n(苯甲酸):n(聚四氢呋喃)=2.077:1。预测的转化率为99.96%,实验重复3次,酯化率高达99.91%,相对误差为0.05%,并通过FT-IR、GPC对产品结构进行表征。结果表明,该模型能成功预测酯化反应结果。加入10% PTMGDB增塑后,PVA水凝膜熔点从183.5℃降低至116.9℃,热稳定性提高;拉伸强度由77.9 MPa降至38.4 MPa;熔体流动速率由0.005 g/min升至4.28 g/min。因此,低分子质量PTMGDB可提高PVA热稳定性、力学性能及熔体流动性,可解决PVA难以热塑性加工的难题。
以高芳烃含量的劣质催化裂化柴油为原料进行加氢转化工艺研究,考察体系压力、裂化温度、精制深度以及操作方式对催化柴油加氢转化工艺的影响。结果表明,随体系压力增加轻、重石脑油收率明显增加而转化柴油相应降低;随裂化温度增加汽油馏分明显增加且辛烷值有所提高,柴油馏分十六烷值呈先增加后降低的趋势;当控制精制油氮含量为35 μg/g时,加氢转化工艺得到的产品质量最佳,汽油馏分研究法辛烷值达90以上,为优质的清洁高辛烷值汽油调和组分;从产品质量方面考虑部分循环操作方式最佳,可得到辛烷值超过90的汽油组分与十六烷值在45左右的清洁柴油馏分,加氢转化工艺是劣质催化裂化柴油高附加利用的优质路线。
采用高场非对称波形离子迁移谱对二氧化硫进行分析检测,建立了动态气体浓度配气系统,考察了0.025×10-6~7.5×10-6范围内的FAIMS响应峰值、信噪比等信号参数,分析得出了二氧化硫在负模式下电离生成了一种产物离子(SO2)O2-(H2O)n-1,且峰值随浓度增大先增大后逐渐饱和,其中分离电场为45%时SO2产物离子峰峰值与浓度呈一定线性,线性方程为y=0.793 3x+0.059 2,线性回归率为0.971,FAIMS对二氧化硫的检测下限为3.5×10-9,证实了FAIMS灵敏度高的特性,并且可以对物质进行定量和半定量检测,对危险化学品事故应急侦检具有指导意义。