以铁基离子液体[BMIm]FeCl4和木质纤维类生物质废弃物为前驱体,采用离子热碳化方法制得铁/氮共掺杂生物炭(Fe-N/BC)催化剂,并对其性质进行了表征。研究了Fe-N/BC催化剂活化过一硫酸盐(PMS)处理有机污染物罗丹明B和双酚A的性能,并对Fe-N/BC催化剂进行了吸附实验、催化动力学实验和自由基淬灭实验。结果表明,Fe-N/BC为包覆有铁金属纳米颗粒的氮掺杂石墨化碳材料,空泡结构和发达的孔隙结构使其具有很强的吸附性能,60 min后才达到吸附平衡,吸附50%的双酚A;加入氧化剂过一硫酸盐后,30 min后对双酚A的降解率达到95.5%,远远快于氮掺杂生物炭(N/BC)材料和生物炭(BC)。Fe-N/BC活化PMS降解双酚A过程中对pH不敏感,反应方式主要通过非自由基路径实现。
采用烷基偶联剂水解法制备(Ni/MgAl2O4)@SiO2催化剂,探究Ni、SiO2质量分数对催化剂的甲烷干气重整(DRM)反应活性和抗积碳性能的影响。在常压、750℃、V(CH4):V(CO2):V(N2)=5:5:1、GHSV=26 400 mL/(gcat·h)条件下进行DRM反应,(10Ni/MgAl2O4)@5SiO2催化剂表现出最好的反应性能,CH4转化率为77%,CO2转化率为90%。通过TEM、SEM等表征发现,SiO2可以包覆在Ni/MgAl2O4催化剂表面,阻碍Ni晶粒团聚,增大催化剂的抗积碳性能。将该催化剂在严苛条件[V(CH4):V(CO2):V(N2)=8:2:1]下进行450 h稳定性测试,结果发现催化剂反应活性稳定,平均积碳速率仅为0.10 mg/(gcat·h),具有较好的工业应用前景。
以苯胺为目标污染物,研究HCO3-活化过硫酸钠(PDS)对苯胺的降解效果及机制,分别考察了HCO3-、PDS、苯胺质量浓度和初始pH对HCO3-/PDS体系降解苯胺的影响。结果表明,HCO3-可显著活化PDS降解苯胺,当HCO3-与PDS的投加摩尔比为5:1、初始pH为8.3时,10 mg/L苯胺240 min降解率为94.8%。过量HCO3-会与苯胺竞争活性氧(ROS),从而抑制苯胺降解;增加PDS浓度可进一步提高苯胺降解速率;20~100 mg/L苯胺降解率均大于87%;在pH 3.0~11.0范围内苯胺降解率在90.0%以上。自由基捕获和GC-MS分析结果表明苯胺降解机制为:在HCO-4和1O2作用下,苯胺被转化为对二苯酚和对苯醌,最终被矿化为CO2和H2O。
以氯铂酸为Pt前驱体,分别以丙酮、水及氨水为溶剂,采用等体积浸渍法制备了质量分数为0.3%的Pt/ZSM-5催化剂,考察了不同溶剂对Pt/ZSM-5催化剂在高压、低水、低氢及低甲苯甲醇比的反应条件下的甲苯甲醇烷基化反应稳定性的影响。利用XRD、SEM、N2吸附-脱附、NH3-TPD和TG等表征方法对催化剂进行了表征。结果表明,以丙酮为溶剂负载Pt,不会影响对二甲苯的选择性,但Pt的加氢能力较差、稳定性欠佳,反应55 h后,活性仅为初始活性的54.4%;以水为溶剂负载Pt,对二甲苯选择性略微降低,其加氢能力增强,反应55 h时可保持初始活性的78.0%;以氨水为溶剂负载Pt,对二甲苯选择性略微降低,其Pt物种分散度更高,距离活性中心更近,故其加氢能力最为优异,稳定性显著提高,反应200 h仍可保持初始活性的81.4%。
电池在充放电过程中,锰基材料会发生材料体积膨胀、锰的溶解、锌的腐蚀以及水的分解等副反应,从而减少电池使用寿命。为抑制二氧化锰体积膨胀,通过一步水热反应合成了由纳米纤维组成的微球嵌钾化合物(KMn8O16)。结果表明,在3 mol/L ZnSO4和0.1 mol/L MnSO4组成的电解液中加入40%(体积分数)的乙二醇(EG),能一定程度上抑制析氢副反应,同时,EG可以作为低温电解液使用。KMn8O16纳米纤维微球作为锌离子电池正极材料表现出优异的倍率性能和高的比容量。电流密度为200 mA/g时,经过100次循环,容量约为200 mA·h/g,即使在1 000 mA/g大电流密度下循环200次,容量仍能达到150 mA·h/g。
采用机械活化法对前驱体物料进行预处理,使纤维素和金属盐通过相互作用力稳定结合,经一步煅烧法得到结构稳定的纤维素基炭负载铜-铁复合材料Cu-Fe@C,将该复合材料用于光芬顿催化降解硝基苯。利用XRD、FESEM、FT-IR、XPS等对复合材料的结构性质进行表征,并探究了硝基苯初始质量浓度、溶液初始pH、催化剂质量浓度、H2O2浓度对催化性能的影响。结果表明,在初始质量浓度为50 mg/L、溶液初始pH 7、催化剂质量浓度为0.5 g/L、H2O2浓度为64 mmol/L的最佳反应条件下,硝基苯的降解率达91.1%,降解副产物为苯胺,有利于进一步被矿化。复合材料催化剂循环使用5次后,硝基苯的降解率仍在86%以上。
以八乙基镍卟啉(OEP-Ni)为模型物,探究聚乙烯基咪唑刷(PVIm@SiO2)、聚乙烯基吡咯烷酮刷(PVP@SiO2)和聚丙烯酸刷(PAA@SiO2)对OEP-Ni的脱除差异性。结果表明,当脱镍温度为110℃、时间为3 h、脱镍剂质量分数为6 000 μg/g时,PVIm@SiO2、PVP@SiO2和PAA@SiO2对OEP-Ni的脱除率分别为28.9%、15.7%和9.8%;同时,3种聚合物刷对模拟原油的脱除率分别为9.9%、6.8%和5.8%。DFT计算结果表明,3种单体对镍的螯合能力为乙烯基咪唑(VIm)>乙烯基吡咯烷酮(VP)>丙烯酸(AA),与聚合物刷对OEP-Ni的脱除效果一致。以四苯基镍卟啉(TPP-Ni)为模型物,研究PVIm@SiO2、PAA@SiO2和5%醋酸溶液对TPP-Ni的脱除效果,结果表明,PVIm@SiO2和PAA@SiO2对TPP-Ni的脱除率分别为7.6%和9.3%,而5%醋酸溶液脱镍率仅为1.6%,因此,聚合物刷是一种比传统小分子酸更有前景的脱金属剂。
采用水热法制备Bi/MCNOs电极催化剂,通过XRD、SEM对Bi/MCNOs催化剂进行表征,考察了Bi/MCNOs电极电化学还原CO2制甲酸的性能。结果表明,在水热过程中,MCNOs成功负载到Bi上,Bi/MCNOs具有更小的球状结构。Bi/MCNOs电极电化学活性表面积为Bi电极的3.4倍。Bi/MCNOs电极的电流密度是Bi电极的4倍,且具有更正的起峰电位。通过对KHCO3电解液浓度、还原电位对电化学还原CO2制甲酸的分析可知,KHCO3电解液浓度为0.5 mol/L、电势为-1.6 V vs.Ag/AgCl时,电化学还原CO2效果最好,具有较高的电流效率。由此可见,Bi/MCNOs电极具有更高的活性,可有效提高电化学还原CO2的催化效果。
将离子液体(IL)1-乙基-3-甲基咪六氟磷酸盐([EMIM]PF6)、氧化石墨烯(GO)、聚乙烯吡咯烷酮K30(PVP)、聚偏氟乙烯(PVDF)、二甲基甲酰胺(DMF)共混制备IL/GO/PVP/PVDF改性超滤膜。以IL/GO复合添加剂为变量,测试了膜对Cd2+、Pb2+、Hg2+ 3种重金属离子的截留率和抗污染率,并探究了离子浓度和pH对膜截留性能的影响。结果表明,IL/GO的添加降低了超滤膜接触角,有效提高了膜表面的亲水性。当IL/GO复合添加剂质量分数为4%/0.6%时膜的综合性能最佳,对Cd2+、Pb2+、Hg2+的截留率可达96.31%、97.72%、96.47%,受污染后通量恢复率为79.24%、85.70%、82.28%。
选用无模板法合成的ZSM-5为催化剂母体,对其进行浸渍法改性,研究其在固定床上催化甲苯-乙醇烷基化合成对甲乙苯的性能。考察了Si、P、Mg单组分改性无模板ZSM-5所得催化剂的反应性能,研究了Si、P、Mg多组分复合改性所得催化剂的烷基化反应性能,并结合相关表征进行了分析讨论。结果表明,在甲苯-乙醇烷基化反应中,采用的无模板合成的ZSM-5催化剂具有与商业有模板合成的ZSM-5催化剂相当的反应性能;Si、P、Mg多组分联合改性的催化剂可以获得高对位选择性甲乙苯产品,8Si-9P-6Mg/HZSM-5催化剂具有很好地择形催化效果,其乙醇转化率为100%,甲苯转化率可达9%以上,对甲乙苯选择性高达99%以上。
为降低轮胎橡胶释放的挥发性有机化合物(VOCs)的质量分数,避免对环境和人体健康造成危害,采用超声溶剂提取、气相色谱质谱联用技术对轮胎橡胶及其原材料进行定性分析,对产品中挥发性有机化合物进行了溯源,并确定了主要的挥发性有机化合物。结果表明,轮胎橡胶中VOCs质量较多的是烯烃、酚类和含氮类化合物,其来源于增黏树脂、防老剂以及其他添加剂。通过更换VOCs质量分数较低的原材料得到低VOCs轮胎橡胶配方,使得最终低VOCs橡胶配方的VOCs质量分数降低了42.89%,并对其力学性能进行了测定。低VOCs配方的拉伸强度、撕裂强度和硬度都有不同程度的提高,新配方显示出良好的力学性能,满足使用要求。
以硅烷水解溶液电导率为考察指标,筛选并确定较适宜的硅烷CPTMO (3-氯丙基三甲氧基硅烷)水解体系为:乙醇水溶液体积分数为25%、V(CPTMO):V(25% EtOH)=1:40、体系pH为10、水解时间为2 h。采用原位合成法制得改性LDHs,以PP复合材料的阻燃性能与机械性能参数为考察指标,考察并确定适宜的LDHs以及复配协效阻燃剂Sb2O3的用量。样品检测与分析结果表明,原位合成改性过程中,由于硅烷水解产物硅醇的表面包覆作用,抑制了LDHs的生长,从而使原位合成改性LDHs样品的颗粒细化、吸油值下降、表面能下降,与PP聚合物基体间的相容性、分散性提高;样条燃烧过程中,协效阻燃剂Sb2O3与LDHs表面包覆的硅烷[Cl (CH2)3Si (OCH3)3]受热分解生成HCl反应中,生成了高效阻燃成分氯氧化锑、氯化锑,捕捉并稳定PP受热分解的·H等活性自由基,从而提高复合材料的阻燃性能。
提出了一种用于分离三元共沸体系苯/异丙醇/水的新型热集成双侧线萃取精馏方案。与传统方案相比,热集成方案可以进一步降低15.8%的TAC和18.88%的CO2排放。对2种工艺的动态可控性进行了进一步研究,并将开环和闭环相结合的方法应用到寻找温度控制板的工作中,针对传统的双稳态系统设计了一种高鲁棒控制结构(CS1);同时将旁路策略和添加额外小型换热器应用到热集成控制中,针对热集成双稳态系统设计了CS2和CS3两种鲁棒控制结构。通过添加±10%流量扰动和±20%组分扰动对控制结构的性能进行了测试,研究发现,CS1在进料流量扰动和组分扰动下具有良好的动态特性,CS2和CS3都能抵抗进料流量和组分扰动,但CS3的控制效果比CS2更优。
针对污油泥首次建立了微波消解-微波等离子体炬原子发射光谱法(MPT-AES)检测其中的金属元素,对其中的Ba、Pb、Cu、Zn、Mn、V、Fe、Sn 8种金属元素进行定量分析。采用微波消解法对污油泥进行彻底消解,考察了元素分析谱线波长、微波功率、载气流量及工作气流量的最适值,优化微波制样及元素分析检测条件。在最佳检测条件下对污油泥中的Ba、Pb、Cu、Zn、Mn、V、Fe、Sn 8种元素定量检测,各元素检出限分别为3.09、22.9、9.6、10.6、6.1、12.15、14.1、14.26 ng/mL;RSD值分别为1.14%、3.77%、1.06%、1.18%、3.71%、4.45%、2.52%、2.73%;加标回收率均在91%~110%范围内。实验结果表明,本方法安全便捷、准确高效,能满足污油泥中金属元素分析需求,同时为污油泥金属污染风险的评估提供数据支撑。