利用金属还原菌Shewanella oneidensis MR-1在Fe3O4微球上原位负载钯纳米颗粒,成功合成了Pd/Fe3O4磁性复合材料并对其进行表征分析。Pd/Fe3O4磁性纳米复合材料能催化硼氢化钠还原对硝基苯酚等硝基芳香化合物,反应30 min后,对硝基苯酚(4-NP)的去除率可达98%。Pd/Fe3O4磁性复合材料在室温下具有超顺磁性,在外加磁场条件下即可快速从反应液中分离出来和重复利用,且重复利用10次后4-NP去除率依然超过86%,具有良好的稳定性。该生物合成方法不需要有害的试剂,而且解决了生物钯的回收和重复利用问题,为贵金属纳米复合材料的发展开辟了一条新的、环境友好的途径。
采用离子交换法在HZSM-5分子筛上引入Zn物种,探究了Zn改性ZSM-5分子筛对油酸催化裂化反应特性以及对液体产物成分中芳香烃的影响。利用XRD、SEM和BET对分子筛的理化性质进行表征,结果表明,Zn物种的负载使得HZSM-5分子筛的比表面积、孔容和平均孔径均降低;Zn改性ZSM-5分子筛提高了芳香烃的产率;与HZSM-5分子筛相比,使用 0.5 mol/L Zn-ZSM-5分子筛时,在反应温度为475℃、质量空速为6.99 h-1和剂油比为0.3的条件下,油酸转化率为56.58%,液体产物酸值为5.5(KOH)mg/g,液体产物芳香烃类质量分数从71.16%提高至97.64%,并且对甲苯和1,3-二甲基苯的选择性分别达到45.19%和31.02%。
甲苯二异氰酸酯(TDI)是制造聚氨酯的重要基础化工材料。目前普遍采用的重溶剂法生产TDI过程中会产生约5%的固体残渣,为了对该固废材料进行高效回收利用,通过红外光谱(FT-IR)和磁悬浮热重(TGA)分析了残渣的成分,采用固定床热裂解的方法对TDI残渣进行资源化回收利用,并通过气相色谱-质谱联用(GC-MS)技术分析热裂解产物并考察其经济价值。该工艺的TDI残渣的最佳热裂解条件为:残渣先与乙二醇混溶并回流1.5 h,之后蒸干至胶体;将该胶体于350℃下热裂解3 h,裂解收率可达82%(即固体残渣仅剩余18%),并得到间苯二甲酸二乙酯和邻苯二甲酸二乙酯等具有较高工业经济价值的产物。
为提高金属Rh纳米颗粒的催化性能,采用微波辅助加热法,以乙酰丙酮铱[Rh(acac)3]为前驱体、三缩四乙二醇(TEG)为溶剂和还原剂、KI和正丁胺(BA)为复合形貌控制剂、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为稳定剂,控制合成Rh纳米颗粒的形貌,并考察其催化硝基苯加氢的性能。结果表明,微波辐照80 s可成功制得形貌单一的超支化多级Rh纳米晶;反应体系中,最适宜n[Rh(acac)3]:n(PVP):n(KI):n(BA)为1:10:10:0.075;所制备的超支化多级Rh纳米晶催化硝基苯加氢,在50℃、0.5 MPa的H2压力下反应4 h,硝基苯转化率为100%,苯胺选择性为99.9%,重复使用5次催化效率不变。可见,采用微波法可快速合成超支化多级Rh纳米晶,且所合成的超支化多级Rh纳米晶表现出高的催化活性、选择性和良好的重复使用性。
通过简易的无焰燃烧法合成了LiMn2O4、LiNi0.08Mn1.92O4和LiNi0.08Cu0.05Mn1.87O43种正极材料。利用XRD、SEM、恒电流充放电测试等手段对合成材料的结构、形貌和电化学性能进行了表征。结果表明,所制备的3种正极材料均为立方尖晶石结构;Ni-Cu共掺杂提高了LiNi0.08Cu0.05Mn1.87O4材料的晶体结构稳定性,表现出比LiNi0.08Mn1.92O4和LiMn2O4材料较好的倍率性能和循环寿命。在室温和1 C倍率下,LiNi0.08Cu0.05Mn1.87O4样品的首次比容量为104.7 mA·h/g,循环200次后的容量保持率为81.38%;在较高的倍率5 C循环1 000次后,容量保持率为68.23%;即使在高温55℃和1 C倍率下,仍可获得较高的首次放电比容量,为110.8 mA·h/g,200次循环后的容量保持率为56.23%。CV和EIS测试结果表明,LiNi0.08Cu0.05Mn1.87O4具有较好的循环可逆性和较小的电荷转移阻抗。
以氧氯化锆溶液为前驱体、氨水为沉淀剂,通过沉淀法合成新型多孔ZrO2载体。利用正交实验考察了氧氯化锆浓度、分散剂质量、反应时间、焙烧时间等因素对ZrO2载体比表面积的影响,并得到合成多孔ZrO2载体的最佳工艺条件:氧氯化锆溶液浓度为0.6 mol/L、分散剂PEG-6000的质量为3 g、反应时间为30 min、焙烧时间为2 h。对该条件下合成的ZrO2载体进行BET、SEM、XRD和粒度表征,结果表明,合成的ZrO2载体粒度小、晶型完美、表面疏松、比表面积大,适合做负载型催化剂的新型载体材料。通过浸渍法载镍制得Ni/ZrO2催化剂,初步检测了其甲烷化催化活性,在470℃高温条件下,CO转化率高达90%,CH4选择性达98%,表现出较高的活性。
以1,5-二羟基蒽醌、4-硝基邻苯二甲腈、3,5-二甲基苯酚、β-萘酚为主要原料,合成了3种不同的邻苯二甲腈衍生物前驱体,再经1,8-二氮杂双环[5.4.0]十一碳-7-烯催化聚合成9(10),16(17),23(24)-三[3,5-二甲基苯氧基]-2(3)-(1,5-二氧基蒽醌)双核锌酞菁(D-CPc)和9(10),16(17),23(24)-三[β-萘氧基]-2(3)-(1,5-二氧基蒽醌)双核锌酞菁(β-CPc)。利用FT-IR、UV-Vis、1H-NMR、元素分析、循环伏安法对2种化合物的特性进行了表征。结果表明,D-CPc和β-CPc的Q带分别发生11、10 nm的红移,在400~600 nm范围内表现出明显的紫外光谱吸收,弥补了无取代酞菁在400~600 nm范围内无吸收的缺陷,并且在0.1×10-5~1.0×10-5 mol/L的DMF溶液中表现出良好溶解性。循环伏安法研究表明,D-CPc和β-CPc的ELUMO值分别为-3.17、-3.26 eV,EHOMO值分别为-5.16、-5.10 eV,与TiO2能级和氧化还原电对能级相匹配,满足能带间隙规则,能够实现染料的氧化还原。
通过浸渍法制备了不同负载量的Cu/SAPO-34和Cu-Ce/SAPO-34催化剂,探究Cu、Ce负载量对催化剂性能的影响。结果表明,4%负载量的Cu/SAPO-34催化剂表现出优异的NH3-SCR性能,在231~586℃时转化率均达到80%以上,最高脱硝效率达到98.79%。通过共负载过渡金属Cu和Ce元素,提高了催化剂的中低温NH3-SCR性能,拓宽了催化剂活性温度窗口。XRD、H2-TPR、NH3-TPD表征结果表明,掺杂Ce元素可以抑制CuO生成,同时可以促进活性较高的Cu2+生成。增加Cu负载量可以提高Cu/SAPO-34催化剂酸性位的数量,Ce元素的掺杂占据分子筛载体的B酸性位,造成催化剂的中强度酸性位数量减少,Cu/Ce物质的量的比为4:5时最佳。
以磺化腐植酸(SHA)、丙烯酸(AA)、聚乙烯醇(PVA)为原料,制备了SHA/AA/PVA有机保水剂。采用响应曲面法对SHA/AA/PVA的合成工艺进行优化,并研究了其表面形貌、吸水性能及保水应用性能。结果表明,0.5 g PVA、1 g SHA、5.08 g 70%中和度AA、0.06 g MBA、0.48 g KPS、反应温度75℃为SHA/AA/PVA有机保水剂的最优制备工艺,其吸水率为 483.29 g/g。保水剂具有明显的网状结构,有利于水的进入和养分的保存。保水剂吸水12 h后趋近于饱和,且在吸收一定量水分后可以对干燥环境进行缓慢释放,从而保持沙土湿润,为植物生长提供所需水分。
通过对改良Hummers法制备的氧化石墨烯(GO)进行磁性负载得到一种磁性氧化石墨烯(MGO),并通过β-环糊精改性制备了一种功能化磁性氧化石墨烯(MGO/CD),研究了MGO/CD对水体中Cd2+的吸附性能。通过形貌表征可以看出,GO被成功磁性负载,并接枝上了β-环糊精;磁强振动仪测试表明,MGO/CD的饱和磁化强度达到67.55 emu/g,吸附材料的磁性能良好。吸附实验表明,在温度为303 K,吸附量随着pH的升高而增大,最高可达到193.8 mg/g,吸附过程符合Langmuir等温吸附模型与准二级动力学模型。外加磁场分离并重复利用5次,MGO/CD的吸附率依然稳定在93%以上,是一种对Cd2+吸附性能优良的吸附剂。
对紫外光照射及不同纳米粒子(C、Cu、ZnO)对赤藻糖醇基相变材料的结晶过冷度、结晶进程以及过冷度不稳定性的影响进行了研究。结果表明,紫外光在改善赤藻糖醇过冷稳定性的同时可缓解结晶过冷度,过冷度最大可降低84.00%;当颗粒质量分数分别为0.05%、0.1%、0.2%以及0.3%时,添加石墨的纳米流体的结晶过冷度相对于同质量分数下添加铜(氧化锌)的纳米流体的结晶过冷度分别降低27.34%、27.16%、22.52%及12.90%(24.39%、19.91%、5.49%及1.22%)。C、Cu以及ZnO质量分数分别为0.1%、0.3%及0.2%时可以得到优质的纳米流体。
垃圾渗滤液具有毒性大、成分复杂、对环境危害大等特点,传统工艺路线难以对其进行有效处理,而膜分离技术具有低能耗、高效、稳定等优势,已成为渗滤液无害化处理的重要手段。将自制g-C3N4/TiO2/PVDF膜搭建为膜生物反应器MBR,并设计A/O+MBR+NF/RO串联工艺对垃圾渗滤液进行深度处理。A/O+MBR单元对COD、NH3-N和TN去除效率分别为87.84%、92.97%和89.95。纳滤对COD、NH3-N、TN的去除率分别高达85%、60.8%、63.14%,反渗透相应的去除率分别为87.7%、73.3%、72.4%,MBR+NF+RO组合工艺处理后渗滤液中的COD、NH3-N和TN含量分别降至16 mg/L、14 mg/L、22 mg/L,可达标排放。
采用Stöber法制备了形貌规整的SiO2,利用均匀沉淀法将CdS离散复合在SiO2表面,合成不同疏水性的CdS/SiO2复合粒子,以CdS/SiO2复合粒子为乳化剂制备Pickering乳液。通过SEM、EDS分析CdS/SiO2复合粒子,数码生物显微镜观察Pickering乳液液滴。结果表明,在CdSO4和硫代乙酰胺(TAA)质量摩尔浓度分别为0.01、0.01 mol/L时制备的CdS/SiO2复合粒子的疏水性随着CdS复合次数的增多而增大;在CdSO4和TAA浓度分别为0.000 1、0.001 mol/L时制备的CdS/SiO2复合粒子疏水性无变化。SEM分析结果表明,CdS的尺寸随着复合次数的增加而变大。用不同复合次数的CdS/SiO2复合粒子所制备的Pickering乳液均为O/W型,随着复合次数的增加,乳液液滴的数量和半径均增大,稳定时间也逐渐增大。
1,2,2,6,6-五甲基哌啶醇是合成受阻胺光稳定剂的重要中间体。以2,2,6,6-四甲基哌啶醇、多聚甲醛和甲酸为原料,水为溶剂,经还原甲基化反应合成了1,2,2,6,6-五甲基哌啶醇,并通过核磁共振氢谱、碳谱和红外光谱对产物结构进行了表征。单因素实验和正交实验结果表明,原料摩尔比对还原甲基化反应的影响最大,其次是反应温度,最后是反应时间。该还原甲基化反应适宜条件为:n(四甲基哌啶醇):n(多聚甲醛):n(甲酸)=1:1.05:1.05、反应温度为80℃、反应时间为2.5 h,溶剂水可以套用3次。在此优化条件下,产品平均收率为97.9%,纯度为99.6%。
为了实现C9芳烃中对甲乙苯资源的高效利用,以X型分子筛为吸附剂,以混合甲乙苯为原料,采用液相模拟移动床吸附工艺分离对甲乙苯(p-MEB)与邻甲乙苯(o-MEB)、间甲乙苯(m-MEB)。在操作温度为75℃、操作压力为0.25 MPa的条件下,在液相模拟移动床吸附分离装置上考察了操作条件对p-MEB吸附分离过程的影响规律,获得优化的p-MEB吸附分离工艺条件为:模拟移动床区域分布采用6-3-4-3模式,切换时间900 s,分配比1.1,循环比3.5,脱附剂比9.3。对于p-MEB质量分数为20.78%的C9芳烃,优化分离工艺条件下得到的p-MEB质量分数为94.52%,回收率达到90.86%。
利用Aspen Plus软件对乙腈和水的分离分别采用常规变压精馏工艺和变压热集成精馏工艺进行模拟,选用UNIQUE物性方法进行计算,以能耗最低为目标函数,满足乙腈和水的质量分数都不低于99%,对常规变压精馏和变压热集成精馏进行了分析,从而确定最佳工艺。对于常规变压精馏工艺,高压塔理论板数为14,进料板位置9,回流比1.1;常压塔理论板数为12,进料板位置8,回流比1.6。对于变压热集成精馏工艺,高压塔进料板位置为7,回流比为1.17;常压塔进料板位置为8,回流比为1.6。与常规变压精馏相比,变压热集成精馏再沸器能耗降低49.75%,冷凝器能耗降低51.53%,且无需增加再沸器和冷凝器。