氢能具有清洁环保、能量密度高等优势,被视为极具潜力的可再生替代能源,是实现国家"双碳"目标的重要支撑。目前的核心问题是用氢成本过高,与燃油车和电动车相比没有价格优势。从制氢-运氢-加氢的产业链角度出发,对近、中、远期氢能产业链进行了成本分析,发现在近期和中期,制约氢气价格下降的瓶颈主要在于加氢站,而加氢站氢气成本下降的核心在于提升加氢量、摊薄成本。如果氢燃料电池汽车数量提高,每日加氢量提升至一定水平,会迅速降低氢气成本,并为中、远期的CCUS、电解制氢等更为低碳的制氢技术留出足够的利润空间。同时给出了具体建议,包括通过政策引导大力增加燃料电池汽车数量以增加加氢量;合理规划,减少运氢距离;增加运氢压力以增加单次氢气运载量;优化加氢站工艺,减少日常运营成本等。
利用氯化锌、乙酸钾、碳酸钾和草酸钾4种活化剂对高硫石油焦进行化学活化,并对制得的多孔炭材料的微观形貌、石墨化程度、孔径结构等进行表征,探讨了各材料化学活化的过程和机理;将制得的石油焦基多孔炭材料用于HI(1 mol/L)和H2SO4(0.5 mol/L)混合溶液中HI电解阳极材料,并进行循环伏安、线性扫描和交流阻抗等电化学表征,考查电催化I-氧化生成I2/I3-的电化学性能。结果表明,碳酸钾和草酸钾2种活化剂活化的石油焦基多孔材料均具有较好的电化学性能,在电流密度为10 mA/cm2时电位较小,分别为238 mV和236 mV,接近于商业铂丝电极。
利用微通道反应器进行苯甲醛和氰乙酸乙酯的均相催化Knoevenagel缩合反应,以出口位置苯甲醛转化率为指标,考察反应温度、反应物浓度、反应物摩尔比、停留时间、催化剂摩尔分数和微通道几何尺寸对实验结果的影响。结果表明,微通道管径越小,反应物转化率越高;增加微通道管长或降低物料进口流速都会延长反应物的停留时间,当温度为335.15 K、停留时间为30 min时,反应器出口位置的转化率可达80.4%;保持停留时间不变,温度每提高10 K,转化率平均提高约10.8%。基于该实验结果进行Design of Experiment(DOE)试验设计,分析了各种条件对实验结果的影响,并建立了以转化率为指标的估算预测模型。微通道反应器能够在保证较高转化率的同时实现连续生产,具有良好的应用前景。
利用电化学氧化技术在泡沫铜基底上生长出纳米线,再进行退火氧化处理,使其具备高催化还原硝酸盐的性能。实验结果表明,该三维铜电极的比表面积高、传质效果好;用适度氧化后的电极以15 mA/cm2的电流密度,在120 min内基本上可将pH=7的水体中存在的30 mg N/L硝酸盐去除(去除率为99%);为了将生成的氨氮副产物去除,加入NaCl还原120 min,硝酸盐的去除率达91%,氮气选择性高于95%。5次循环实验后硝酸盐的去除率保持在91%~95%,氮气选择性为93%~95%。该材料与工艺的结合解决了水体中硝酸盐的污染问题,为实际水体污染提供了新的解决方案。
采用超声波辅助离子液体法从废弃棉杆中提取了木质素,探究了反应时间、反应温度、离子液体种类及水和离子液体体积比对木质素提取率的影响;对木质素进行结构与性能表征,并探究了其作为抗氧剂对聚丙烯树脂(PP)性能的影响。结果表明,当反应时间为2 h、反应温度为50℃、离子液体为[Bmim]Cl、V(水):V(离)=0:5时,木质素提取率为89.95%。红外光谱与工业木质素标准谱带基本一致,具有较好的热稳定性,微观形貌呈多孔球形。当木质素质量分数为0.5%时,PP的氧化诱导时间提高了78.72%,拉伸强度为37.50 MPa,断裂伸长率为654.97%,10 min静态毛细管流变性能保持最好。
通过RAFT聚合法制备含有二硫键的谷胱甘肽(GSH)响应型两亲性嵌段共聚物P(RhB-SS-MA)-PEG-PPBA,其在水性介质中自组装形成"核-壳"结构的纳米胶束,抗癌药物阿霉素(DOX)包裹在胶束的疏水性核中形成DOX@P(RhB-SS-MA)-PEG-PPBA纳米药物载体。利用1HNMR、TEM、芘荧光探针、UV-Vis等对聚合物及纳米胶束的结构、形貌、GSH刺激响应性等进行表征和分析,并对载药胶束的细胞内药物递送性能进行研究。结果表明,聚合物胶束外观形貌呈球形,平均粒径约50 nm,临界胶束浓度较低;载药胶束能有效地将DOX递送至B16F10鼠源黑色素瘤细胞的细胞核,且对模拟的肿瘤组织高水平GSH具有较高敏感性,在pH 7.4、10 mmol/L GSH环境下,24 h内DOX的累积释放率达到73.6%。
以腐植酸钾(KHA)、纤维素(CEL)、丙烯酸(AA)、膨润土为主要原料,N,N-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂(MBA),过硫酸钾(KPS)为引发剂,通过溶液聚合法和响应曲面法制备得到一种增强型保水剂。利用FT-IR、XRD、SEM对材料进行表征及系列吸水性测试。FT-IR分析结果表明,KHA/CEL/AA和KHA/CEL/AA-膨润土型保水剂均产生了酯羰基(CO)等特征峰;XRD测试结果表明,聚合态晶型与各原料相比明显无定型,说明反应性较好;SEM表征结果表明,KHA/CEL/AA-膨润土较KHA/CEL/AA有更大比表面积,褶皱区明显。KHA/CEL/AA在最佳制备条件下的吸水率达到247 g/g,5 h后保水率为102 g/g。膨润土溶液(4%)加入质量为8.5 g时,吸水率达到297 g/g,保水率达到129 g/g。
以实验室自制纳米CaCO3为原料、样品吸油值为主要考察指标,筛选并确定DL-苹果酸为较适宜的改性剂,考察并确定了较适宜的纳米CaCO3改性工艺条件:DL-苹果酸质量分数为1.5%、改性温度为60℃、固液比为8:100、改性时间为120 min。优化改性条件下所制备改性纳米CaCO3样品的性能指标符合橡胶塑料专用纳米CaCO3国家标准(Ⅰ型)样品的指标要求。样品FE-SEM、XRD和FT-IR分析结果表明,改性前后纳米CaCO3样品均为方解石型和球霰石型的混合相;改性前后样品分散性较好,粒径约为20~50 nm;DL-苹果酸主要通过在纳米CaCO3颗粒表面附着进行改性,降低样品的吸油值,同时改变样品不同晶型间的含量。
采用原位聚合法合成了以氧化石墨烯/正十八烷为芯材、三聚氰胺-尿素-甲醛(MUF)树脂为壁材的相变微胶囊。系统研究了氧化石墨烯质量分数对微胶囊的影响,并通过FT-IR、SEM、XRD、DSC和TGA等手段对微胶囊的形貌、结构和热性能进行了分析。结果表明,经正十八烷基异氰酸酯(OI)改性的氧化石墨烯可以在油相中稳定分散,且其热稳定性明显提高。微胶囊呈现规整的球形,粒径约在10~25 μm,但当氧化石墨烯加入过量时出现团聚和粘连现象。微胶囊的熔融和结晶过程随着氧化石墨烯的加入而提前,但包覆率和热焓随着氧化石墨烯的增加而减少。氧化石墨质量分数为0.4%时,与纯相变微胶囊相比,导热系数增加了33.7%,说明氧化石墨烯的加入能提高微胶囊的导热性能,加快其热量的输出,提升微胶囊的应用性能。
利用N,N-二甲基乙醇胺、溴代咪唑制备了一种新型高效率、低成本的醇胺离子液体(ILs)燃料油萃取脱硫剂;将其与具备不同磁性金属中心的氯化物反应生成新型醇胺磁性离子液体(MILs),并用于模拟油中的二苯并噻吩(DBT)深度萃取脱硫。探究了油剂体积比、萃取时间、萃取温度等不同工艺条件下,醇胺磁性离子液体对DBT的脱除效率,得出最佳脱硫工艺条件,并分析醇胺MILs的脱硫机理。结果表明,油剂体积比为6:5、最佳萃取时间为40 min、萃取温度控制在50℃时,脱硫率达到93%。机理研究表明,醇胺磁性离子中Fe3+与DBT形成较为稳定的配位复合物,具有较好的脱硫效果。
以碱改性后的ZSM-5分子筛为载体,采用等体积浸渍法制备双金属负载型催化剂,并利用SEM、XRF、XRD、BET、FT-IR等技术对其进行表征,探究其催化臭氧对废水降解效果的影响。结果表明,以Fe、Co双金属为活性组分制备的Fe-Co/ZSM-5催化性能较好,其表面颗粒组分均匀分布,具有较大的比表面积及良好的孔隙结构。用于处理300 mL质量浓度为100 mg/L的苯甲酸钠废水时,当反应温度为50℃、溶液pH在6~7之间、臭氧质量浓度为4.0 mg/L、臭氧通量为2.0 L/min、催化剂投加质量浓度为1.0 g/L时,废水的降解效果最佳;在80 min时,苯甲酸钠的去除率可达93.8%,废水COD的降解率可达91.3%。
利用聚砜(PS)制备氯代酰基化聚砜(CPS),并与8-羟基-1,3,6-芘三磺酸三钠(HBS)小分子试剂通过亲核取代反应制备磺酸基团键合量不同的芘磺酸型磺化聚砜PS-BS。通过流延成膜法制备相应质子交换膜,考察温度对其吸水率、吸水溶胀性、质子传导率等性能的影响。结果表明,由于侧链末端磺酸基团运动能力随温度升高而增强,相应质子膜的性能也随温度升高呈现正增长,其中磺酸键合量为1.51 mmol/g的PS-BS-4膜在25℃和85℃的吸水率分别为29.6%和42.1%,相应的吸水溶胀性仅为9.4%和24.3%,而PS-BS-4膜在85℃的质子传导率达到0.147 S/cm,非常接近商业化Nafion115膜的性能。
穿梭效应导致锂硫电池(LSBs)充放电性能衰减、寿命短,阻碍其成功进入商业化。穿梭效应的抑制策略可阻止聚硫负离子移动和减少可溶性Li2Sx浓度。前者对穿梭效应的抑制存在饱和现象,因此在优化锂硫电池正极材料中,引入过渡金属催化剂加速聚硫化锂的转化是进一步抑制穿梭效应、提高电池寿命的可行方案。通过优化碳复合材料设计制备了氧化亚锰(MnO)@空心碳球复合材料,两面三点(物理:多孔笼状结构的阻碍;化学:极性材料共价吸附和催化剂加速多硫化锂转化)协同抑制穿梭效应。结果表明,该优化材料能有效提升锂硫电池充放电性能、改善循环寿命,且倍率性能良好。在0.5 C倍率下,其初始放电比容量达到1009 mA·h/g,经过200次循环之后,其比容量为853 mA·h/g,容量保持率达到84.5%。
为比选出基于GLSP乙烷回收流程的最优制冷工艺,首先针对丙烷制冷与膨胀机联合制冷、复叠式制冷、混合冷剂制冷3种制冷工艺进行能耗分析。研究表明,GLSP流程中制冷工艺能耗最低的是丙烷制冷与膨胀机联合制冷工艺,比最接近的复叠式制冷工艺低626 kW。对3种制冷工艺进行GFDA3分析后表明,GFDA3损失量最大的设备是脱甲烷塔,占总GFDA3损量的29.04%。可通过调节物流进料位置和塔板数,让塔内温度变化更为平稳、连续,从而减小脱甲烷塔的GFDA3损失。最后通过经济效益分析得出,3种制冷工艺中丙烷制冷和膨胀机制冷的联合制冷工艺的经济效益最为显著,比最接近的混合冷剂制冷工艺年收益多437万元。
在一定的浓度范围内,利用紫外分光光度法可快速准确地同时测定模拟蒽油中蒽、咔唑、芴和苊的含量。用二氯甲烷作溶剂,在220~400 nm范围内分别对蒽、咔唑、芴和苊的不同浓度标准溶液进行光谱扫描,选择359、292、266、230 nm 4个波长分别作为它们各自的测定波长。结果表明,蒽、咔唑、芴和苊分别在0~10×10-6、0~8×10-6、0~12×10-6、0~5×10-6范围内,浓度和吸光度呈现良好的线性关系,能较好地符合朗伯比耳定律。为了验证该法的可行性和准确性,对上述4种物质分别进行加标回收实验,蒽、咔唑、芴和苊的相对误差分别为1.7%~4.8%、0.133%~1.9%、0.7%~7.4%、2.967%~9.7%;回收率分别为95.2%~98.3%、98.1%~99.867%、92.6%~104.33%、102.967%~109.7%。
以氯金酸(HAuCl4)为金原子前驱体、半胱氨酸(L-Cys)为还原剂和保护剂,在60℃、8 h下采用"一步法"合成荧光性强、分散性好的金纳米簇(L-Cys-AuNCs),考察了金纳米簇的稳定性及对水中Cu2+的荧光响应规律。实验表明,L-Cys-AuNCs置于80 mmol/L NaCl溶液中25 d内不老化,化学稳定性好;L-Cys-AuNCs探针对Cu2+的选择性好,不受水体中常见阳离子的干扰,与Cu2+的荧光响应快,稳定时间短;L-Cys-AuNCs探针荧光强度与Cu2+浓度在5~200 μmol/L范围内呈良好的线性关系,Cu2+回收率在95.2%~105.3%,检测限为0.48 μmol/L。L-Cys-AuNCs作为Cu2+探针应用,方法简单、测试快捷、选择性高、稳定性好,有望用于水体中Cu2+的定性、定量检测。