生物液体燃料将在全球实现碳中和进程中发挥重要作用,未来需求空间较大。国内外石油公司将生物液体燃料作为新能源未来发展方向之一,积极扩大产业规模,并加大非粮原料技术路线的研发投入。中国生物液体燃料产业发展较慢,规模较小,原料供应不足、技术有待突破、产业政策不完善是主要的制约因素。随着中国提出"双碳"目标,交通领域能源转型加速,电动替代加快发展,发展燃料乙醇、生物柴油的迫切性有所减弱,而随着国际航空碳抵消和减排机制的实施,发展生物航煤、抑制航空碳排放增长较为迫切。中国应考虑将生物航煤作为未来发展的重点产业,加大非油料技术路线的研发攻关和政策支持,突破生产原料瓶颈,助力中国航空业可持续发展,保障中国能源安全。
采用液相无焰燃烧法在500℃反应1 h、600℃二次焙烧不同时间制备锂、镍共掺杂尖晶石型Li1.05Ni0.02Mn1.93O4正极材料。焙烧不同时间制备的样品均呈现出LiMn2O4的尖晶石晶体结构且均为单相,没有任何杂质相出现。延长焙烧时间有利于晶粒发育,提高合成材料的结晶性。二次焙烧9 h合成的正极材料具有良好的循环稳定性和倍率性能,在1 C倍率的首次放电容量为102.1 mA·h/g,500次循环后具有69.15%的容量保持率;在5 C释放出91.9 mA·h/g容量;10 C循环1 000次的容量保持率为76.35%。具有较好的循环可逆性、较小的电荷转移阻抗和较低的表观活化能。适量的锂、镍共掺杂可有效提高LiMn2O4的结构稳定性、抑制Jahn-Teller效应和缓解锰的溶解,使其具有更高的电化学性能。
以菌糠为原料,采用共沉淀法制备Fe3O4@P-AC复合材料。考察了溶液pH、初始质量浓度、吸附剂质量浓度和离子强度4个因素对吸附头孢他啶效果的影响,并进行等温吸附模型和吸附动力学拟合。结果表明,头孢他啶的吸附符合准二级动力学模型,吸附过程以化学吸附为主。与Langmuir方程相比,头孢他啶的吸附过程更适合用Freundlich方程进行描述,吸附过程以多分子层吸附为主。当溶液pH为6、初始质量浓度为50 mg/L、Fe3O4@P-AC质量浓度为2 g/L时吸附效果最佳。同时,通过SEM、FT-IR等对Fe3O4@P-AC进行表征,结果显示Fe3O4@P-AC表面疏松多孔且官能团丰富,说明有利于对头孢他啶的吸附。
利用人工湿地型微生物燃料电池(CW-MFC)处理六价铬[Cr (Ⅵ)]废水可实现同步产电。考察了不同电极间距下COD质量浓度、Cr (Ⅵ)质量浓度及水力停留时间(HRT)对处理含铬废水及同步产电的影响。结果表明,随着COD和Cr (Ⅵ)质量浓度的增大,CW-MFC的电压先增大后减小。电极间距越小,欧姆电阻越小,但当电极间距为10 cm时系统的输出电压和功率密度最大,同时COD和Cr (Ⅵ)的去除率最高。随着HRT的延长,产电性能和污水处理能力先增大后减小。电极间距为10 cm时,最大功率密度和COD最高去除率分别458.24 mW/m3和92.50%(HRT为2 d),Cr (Ⅵ)最高去除率为92.96%(HRT为3 d)。
以葡萄糖为底物,采用单池MEC反应器探究不同接种量下MEC阳极生物膜的氢气产率与阳极表面电活性微生物之间的关系。结果表明,无电解电压的对照组并未有阳极生物膜形成,对照组、20%、30%和40%接种量下产生的最大电流分别为0、7.5、13.6、0.7 mA,氢气产率分别为0.1、0.87、1.52、1.28 mol H2/mol-G,其中,30%接种量下的阳极膜表现出较好的氢气产率和微生物多样性。16S rRNA测序结果表明,各实验组阳极生物膜中占主导的产电菌均以Clostridium和Geobacter为主,30%接种量条件下阳极膜微生物种类、优势菌丰度及生物量都最丰富,其中电活性微生物丰度为64.9%,且相对丰度不受接种量的影响。
为了获得具有更佳电化学性能与更持久耐用度的低成本合金催化剂,运用旋转静电纺丝法制备了铂钴合金(PtCo)纳米纤维。对金属盐(六氯铂酸、乙酸钴)及聚乙烯吡咯烷酮(PVP)溶液浓度、纺丝器旋转速度、电场强度等参数进行了优化,并借助扫描式电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)等分析了PtCo纳米纤维的组织与成分,确定了其最佳的制备工艺参数组合;利用循环伏安法测试了铂钴合金纳米纤维催化剂的电化学性能。结果表明,当PVP溶液质量分数为10%、酒精与去离子水质量比为1:1、六氯铂酸与乙酸钴质量分数为2%、铂钴摩尔比为4:1、纺丝器转速为1 600 r/min、供应电压为13 kV、收集距离为12 cm、针孔孔径为0.21 mm时,制备出的PtCo合金具有最佳的纳米级纤维型态,此时纤维丝的平均直径为76 nm,偏差值为14 nm;当铂钴摩尔比为5:1时,PtCo纳米纤维的氢气吸附能力最强,总电荷值为3.031×10-3 C。
采用溶液聚合的方法引发醋酸丁酸纤维素(CAB)形成自由基,进而与丙烯酸(AA)、丙烯酸丁酯(BA)和γ-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷(KH560)类单体接枝共聚合成KH560改性的醋丁纤维素水性乳液。考察了KH560质量分数和AA质量分数(占单体总质量)对涂层及其乳液各项性能的影响,并利用X射线衍射、动态机械分析和热重分析等测试方法对产物进行表征。结果表明,当w(KH560)=7.5%、w(AA)=26.8%时,所得乳液呈乳白色且泛蓝光,单体转化率为91.9%,平均粒径为347 nm,能自然存放超过3个月,涂膜吸水率为7.69%,抗拉强度为13.6 MPa,撕裂伸长率为306%,改性后的树脂综合了CAB、丙烯酸酯和KH560的三重特性。
采用铌钨氧化物(NWO)对SiO进行掺杂改性,并与用五氧化二铌(NO)、钛酸锂(LTO)、钛铌氧化物(TNO)改性的材料进行对比研究,分别记为SiO@NWO、SiO@NO、SiO@LTO、SiO@TNO。利用X射线衍射仪对改性后的材料进行测试。结果表明,SiO的首次放电比容量为1 980.6 mA·h/g,充电比容量为891.2 mA·h/g,充放电效率为45.0%;SiO@NWO的首次放电比容量为464.0 mA·h/g,充电比容量为327.1 mA·h/g,充放电效率为70.5%,首次充放电效率显著提升。交流阻抗测试结果表明,SiO@NWO的电荷转移阻抗Rct为113.5 Ω,显著小于SiO的213.7 Ω,表明材料的导电性能得到提高。
以氮气为氮源、氢气为放电气体,利用介质阻挡放电(DBD)等离子体成功制备了N掺杂缺陷二氧化钛材料,并通过TEM、XPS、EDS和FT-IR等表征方法对其进行分析。结果表明,改性后的二氧化钛在80 min内光催化降解亚甲基蓝溶液可达96%,光催化降解速率约为未经处理二氧化钛的3.5倍。经过4次重复使用后,光催化性能仍能达到80%。经过DBD等离子体处理后的二氧化钛材料形成了氧空位和N掺杂,氧空位能在导带下形成缺陷能级,N掺杂能够在价带上形成杂质能级,在两者协同作用下,禁带宽度从3.2 eV减小至2.88 eV,增强了可见光区域的吸收。同时,光生电子-空穴复合速率受到抑制,产生更多的羟基自由基,从而提高二氧化钛的光催化活性。
以2-香豆冉酮为原料、甲酸甲酯/NaH为甲酰化试剂、对甲苯磺酸甲酯为甲基化试剂,通过"一锅"反应得到3-甲氧甲烯基-2-香豆冉酮,进一步以N-羟基丁二酰亚胺(NHSI)为催化剂,3-甲氧甲烯基-2-香豆冉酮在甲醇中与4,6-二氯嘧啶反应得到嘧菌酯中间体2-[2-(6-氯嘧啶-4-基氧基)苯基]-3,3-二甲氧基丙酸甲酯。考察了碱、催化剂用量、反应温度等对产率的影响,优选的最佳反应条件为:反应温度为60℃、反应时间为6 h、n(甲氧甲烯基香豆冉酮):n(二氯嘧啶):n(碳酸钾):n(NHSI)=1:1:1.2:0.2,此时产率为84.5%。相比传统方法,该方法无需低温、无需使用甲醇钠、反应时间较短。初步放大实验中,反应扩大10倍后仍具有较高的产率。
针对氧化亚硅(SiO)负极材料充放电过程中体积膨胀较大、容量衰减较快的问题,采用米粉作为碳源对SiO进行包覆改性。XRD测试结果表明,SiO和糯米粉包覆改性材料SiO-NM均没有显著的特征峰,为非晶体结构。SiO的首次放电比容量为1 980.6 mA·h/g,首次充电比容量为891.2 mA·h/g,首次充放电效率为45.0%;糯米粉包覆改性材料SiO-NM的首次放电比容量为942.9 mA·h/g,首次充电比容量为490.4 mA·h/g,首次充放电效率为52.0%,首次充放电效率显著提升。交流阻抗测试结果表明,SiO-NM的电荷转移阻抗Rct为213.7 Ω,显著小于Si的465.4 Ω,表明材料的导电性能得到提高。
利用水热法制备金属有机骨架材料MIL-101(Fe),并用作模型药物左旋咪唑的药物递送载体。利用XRD、SEM、TEM、TGA、IR、Zeta电位和N2吸附解吸等温线对材料进行表征,通过MTT法评价材料的细胞毒性。结果表明,合成的MIL-101(Fe)为八面体结构的晶体,粒径约为1 μm。左旋咪唑质量浓度为5 mg/mL时MIL-101(Fe)载药量为22.20%。左旋咪唑释放研究在模拟肿瘤细胞酸性环境(pH=5.5)和模拟静脉内溶液(pH=7.4)2种不同pH的模拟体液中进行,体外释放72 h的结果表明,pH 5.5时释放率为57.31%,高于pH=7.4时的释放率;体外释放48 h后药物释放量趋于稳定,说明MIL-101(Fe)具有一定的缓释作用,MIL-101(Fe)对MCF-7细胞无毒。
对3种原料成本较低的有机液体储放氢体系(甲苯/甲基环己烷、苯/环己烷、萘/十氢萘)进行了加/脱氢工艺流程模拟,估算了加/脱氢环节的工程成本,发现原料费用是加氢环节成本的决定性因素,而脱氢环节成本取决于公用工程费用,其中萘/十氢萘体系的氢气储存单价最低。3种体系的运输成本分析结果表明,萘/十氢萘体系的氢运输成本也最低。与当前主流储运氢方式(气氢拖车、液氢罐车和气氢管道)进行了技术经济性比较,发现利用有机液体储运氢500 km时的氢气总成本(含加/脱氢及运输)为8.86元/kg,低于同样距离运输的气氢拖车和液氢罐车等的储运成本。因此,在需要大规模长距离运输、海运、长期储存等情况下,有机液体储运氢技术有着明显的经济性优势。
对某环氧乙烷装置聚合物进行FT-IR红外光谱和X射线荧光光谱分析,结果表明聚合物主要由不同聚合度的(CH2O)n以及微量的Na、K、Cl等杂质组成。采用多种无机多孔材料对环氧乙烷装置部分工段物料进行脱醛处理,其中以改性ZSM-5分子筛脱醛效果最佳。在床层温度25℃、压力1 MPa和空速10 h-1条件下,T320塔流出液经吸附后醛含量由27.47 mg/L降低至4.11 mg/L,并且吸附了3 000倍吸附剂体积后的流出液醛含量仍能保持在6 mg/L以下。对吸附饱和的分子筛进行再生处理,以过热水蒸汽再生后的分子筛脱醛性能与新鲜分子筛相当,可见改性后的分子筛具有较好的吸附脱醛效果。
以糖醇螯合钙为研究对象,建立了分离纯化与螯合率测定方法。研究了振荡、离心、超声等提取手段对丙酮分离提纯糖醇螯合钙效果的影响,比较了电导率法、分光光度法和乙二胺四乙酸(EDTA)配位滴定法测定中心离子螯合率的差异。结果表明,振荡提取效果优于离心和超声提取,最佳条件为振荡频率300 r/min、反应时间30 min,提取率大于99%;电导率法测定螯合率误差范围为0.22%~0.44%,重复性良好;分光光度法误差范围为1.27%~3.11%;EDTA配位滴定法误差为1%左右;3种方法均可用于糖醇螯合钙的螯合率测定,其中电导率法和EDTA配位滴定法为首选方法。
以百香果壳为原材料,采用水热法合成荧光碳量子点(CQDs),考察了碳量子点(CQDs)对Fe3+的检测效果。利用透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、红外光谱仪(FT-IR)、紫外-可见吸收光谱仪、荧光光谱仪等对碳量子点(CQDs)的形貌、结构、基团、光谱特性等进行了表征。结果显示,合成的碳量子点形貌和分散性良好,尺寸约为7 nm。在435 nm的激发波长下,其发射峰位于512 nm处。在反应温度为120℃,反应时间为12 h时,所得到的碳量子点的性能最好。Fe3+对CQDs荧光有明显的猝灭现象,而其他金属离子的加入不会改变CQDs的荧光强度及发射峰位置,说明合成的CQDs可以实现对Fe3+的特异性检测。
以4,7-二溴-2,1,3-苯并噻二唑为原料,设计合成以7-硝基-2,1,3-苯并氧杂GFDA1二唑(NBD)为荧光响应识别基团、4-(7-溴-2,1,3-苯并噻二唑)-苯酚为荧光发射基团的新型H2S反应型荧光探针(LO-NBD),经核磁共振氢谱(NMR)、红外(IR)、质谱(ESI-MS)和元素分析确证探针结构。紫外-可见吸收光谱和荧光发射光谱测试结果表明,在较宽的pH范围内(6.0~9.0),探针LO-NBD对H2S表现出高度专一选择性和高灵敏度,具有荧光增强显著、检测限低和实时检测等优点,检测限可低至0.17×10-6 mol/L。对现有工业废水进行加标回收试验,加标回收率在97.70%~101.75%。