微生物修复技术因其具有绿色环保、成本低等特点,成为当前修复石油污染土壤的热门方法。但该方法在应用过程中受到诸多因素影响,导致修复效果存在差异。针对该问题,通过正交实验,考察了石油烃降解菌剂添加量、土壤石油烃浓度、土壤含水率、土壤改良剂添加量、温度和营养物质补加次数6种因素对土壤石油烃降解率的影响。结果表明,土壤改良剂添加量在降解初期对石油烃降解率影响显著,降解中、后期土壤石油烃浓度及石油烃降解菌剂添加量是土壤石油烃降解率的显著影响因素。70 d修复期结束后,土壤石油烃降解率最高达62.8%,且在不同修复阶段中各因素的重要性以及最优水平表现出显著差异。
在添加外源耐盐石油烃降解菌Staphylococcus 2-24的基础上,研究了1.0%、2.0%、3.0% NaCl与土壤中石油烃降解率、对应微生物数量、微生物菌群结构及优势菌变化的关系。结果显示,特定的菌群在高盐中(3.0% NaCl)的定殖能力强于低盐环境(1% NaCl);石油烃的降解率、可培养微生物总数及石油烃降解菌的数量与盐度呈负相关;菌群丰度及多样性在修复前期与盐度相关性较小,修复后期与盐度正相关;盐胁迫显著影响了菌群结构及优势属的相对丰度,盐胁迫下优势属为 KCM-B-112、Halomonas、Virgibacillus,菌群结构及优势属随修复时间的推移而变化。
以焦油渣为原料,利用热重-红外联用(TG-IR)仪在氮气气氛下考察不同升温速率对焦油渣热解的影响规律,基于Friedman理论、DAEM理论以及OFW理论对焦油渣热解动力学参数进行计算、分析对比。结果表明,焦油渣热解过程可以分为3个阶段:失水脱气阶段、主要热解阶段、缩聚反应阶段。随着升温速率的提高,热解产率增加,第二阶段的DTG曲线峰值对应温度降低,第三阶段的DTG曲线峰值则向高温区移动。通过红外分析研究了热解过程小分子气相产物的释放规律,CO和CO2在640℃达到析出量峰值,CH4则分别在173、370、590℃处有3个峰值;焦油渣热解反应活化能随着转化率升高出现先降低后增加的趋势;基于Friedman法计算,热解过程可分为低温、中温和高温3个阶段,对应的平均活化能分别为44.59、27.76、170.69 kJ/mol。
研究了硝酸法生产磷酸过程中反应时间、硝酸浓度、液固比、反应温度对重金属及氟在气液固三相中迁移规律的影响。Design-Expert优化结果显示,液固比对As、Ni、Zn迁移率影响最大,硝酸浓度对Cr、Cu、Pb、F迁移率影响最大。当反应时间为1.5 h、硝酸浓度为35%、液固比为12、反应温度为65℃时,As、Cr、Cu、Ni、Pb、Zn、F迁移率分别为82.51%、80.34%、80.39%、50.12%、86.88%、63.62%、81.75%,此时重金属及氟在气液固三相中的分布率分别为0、78.74%、21.14%和13.43%、86.14%、0.43%。
将纳米TiO2按照质量分数2%分散在乙醇溶液中,通过沉积法将TiO2沉积在泡沫铜骨架上,制备出纳米TiO2复合泡沫铜表面。通过环境扫描电镜(SEM)观察其沉积情况,发现随着TiO2沉积量的增加,泡沫铜骨架被覆盖的部分逐渐增加,其中沉积量为2.5 mL TiO2的泡沫铜表面覆盖效果最好,其骨架完全被TiO2颗粒覆盖且泡沫铜的孔隙没有被堵塞。以水为工质对复合表面进行沸腾性能测试,发现沉积TiO2乙醇分散液体积为2.5 mL时表面传热性能最佳,传热系数是未沉积有TiO2的泡沫铜表面的1.5倍,热通量增加了170 kW/m2。通过沸腾可视化图像可看出,TiO2沉积量为2.5 mL的泡沫铜表面产生的气泡数量多,且不易合并,说明沉积的纳米TiO2增加了表面的核化点,且提高了表面的毛细吸力,加速了液体回流。
采用光谱法研究了两种降血糖药物氯磺丙脲(CPM)和阿司匹林(ASA)分别与牛血清白蛋白(BSA)的作用机制,以及ASA对CPM与BSA结合的影响。荧光光谱法实验结果表明,ASA、CPM与BSA均形成复合物,其结合常数分别为1.60×104和1.11×103 mol/L。由热力学参数(ΔH、ΔS和ΔG)可知,ASA与BSA通过范德华力自发结合,而CPM与BSA通过疏水作用自发结合。ASA、CPM主要结合在BSA的SiteⅡ。紫外光谱法实验结果表明,ASA、CPM导致氨基酸残基周围的微环境发生了改变,当ASA存在时,CPM与BSA作用的结合常数减少、结合距离增大。
以聚乙烯醇(PVA)和羧甲基壳聚糖(CMCS)为原料、醛基环糊精(OCD)为交联剂,通过物理-化学交联制备了高强度、血液相容性良好的PVA/CMCS/OCD水凝胶,然后研究了多糖组分含量对水凝胶性能的影响。通过红外光谱仪和扫描电子显微镜表征水凝胶的微观结构,结果表明,PVA和CMCS通过动态亚胺键、氢键和网络缠结形成互穿网络,这不仅减小了水凝胶的孔径,还提高了水凝胶的网络稳定性。同时,力学性能和抗疲劳性能也因为"刚柔相济"的网络结构而得到加强,拉伸模量从0.54 MPa提高到0.76 MPa,性能更贴近天然血管。此外,PVA/CMCS/OCD水凝胶还具有良好的细胞相容性和血液相容性。细胞毒性和溶血率均符合医疗器械生物学评价要求,蛋白质吸附、血小板粘附测试结果表明该水凝胶具有良好的抗凝血性能;复钙化时间测试和动态凝血时间测试结果显示该水凝胶的内源性凝血程度低。因此,成本低廉、制备方法简便、综合性能良好的PVA/CMCS/OCD水凝胶有望用于人工血管。
通过添加羧基化石墨烯(GOC)、羟基化石墨烯(GOH)两种功能碳材料,改善MIL-101的吸附性能。对复合材料进行XRD、N2吸脱附、FTIR、SEM等表征及静态、动态吸附性能测试。结果表明,GOC、GOH的添加可以改善MIL-101的比表面积、孔容,提高对苯的吸附量,同时抑制对水的吸附,其中MIL-101-GOH10表现出最高的苯吸附量,可达1 336.09 mg/g。对低压条件下的测试结果进行动力学拟合,准二级动力学更能反映苯在复合材料上的吸附过程,说明吸附过程以化学吸附为主。石墨烯的复合可极大提升MIL-101的低浓度苯捕获能力,提升程度与添加量密切相关。
选取典型工业微塑料聚甲基丙烯酸甲酯和聚苯乙烯的混合物(PMMA/PS)为研究对象,研究了溶液pH、微塑料的投加量与粒径、盐度和共存离子对PMMA/PS微塑料吸附典型放射性重金属U(Ⅵ)的影响,并采用傅里叶红外光谱和X射线光电子能谱等手段分析PMMA/PS与U(Ⅵ)的互作机理。结果表明,PMMA/PS对U(Ⅵ)的吸附容量随溶液pH的升高呈先增大后减小的趋势,并于pH 7达到峰值(4.00 mg/g)。此外,高盐度和共存金属离子可以强化PMMA/PS对U(Ⅵ)的吸附作用。PMMA/PS对U(Ⅵ)的吸附由化学吸附控制,且是多层、自发进行的吸热过程。PMMA/PS与U(Ⅵ)的作用机制主要包括静电作用、孔隙填充和表面络合作用。
以海藻酸钠(SA)、羧甲基纤维素(CMC)和聚乙二醇(PEG6000)交联制备出SA-CMC-PEG复合膜,通过单因素实验和正交实验优化出最佳实验条件:SA-CMC-PEG投加量10.0 g/L、温度25℃、吸附时间120 min,在此条件下SA-CMC-PEG复合膜对Cu2+的吸附效率为98.2%。用SEM和FT-IR等对复合膜的结构、形貌等进行表征,结果表明,复合膜结构为多孔网状并含有C—O、O—H、COO—等官能团,说明该复合膜易于结合吸附溶液中的Cu2+。在最佳实验条件下探究了SA-CMC-PEG的解吸与再吸附性能,在0.1 mol/L的HCl溶液中解吸3次后其对Cu2+的去除率仍能达到91.2%,表明该复合膜是一种可多次利用且高效的吸附材料。
通过水热-退火法和溶剂热-退火法制备了4种钼酸铋样品,采用傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、X-射线衍射(XRD)、电子扫描显微图像(SEM)、能量色散光谱(EDS)和N2等温吸附-脱附等分析方法对其结构组成、表面形貌和比表面积进行了表征。在不同反应温度、催化剂(钼酸铋)用量、萃取剂(乙腈)用量、氧化剂(H2O2)用量、硫含量等条件下进行模拟油脱硫性能测试。结果表明,制备的钼酸铋均为纳米片状结构,水热-退火法制备的钼酸铋具有最佳脱硫性能;在反应温度为60℃、钼酸铋为0.025 g、乙腈为5 mL、H2O2为0.12 mL、反应时间为75 min时,对硫含量为500、800、1 100和1 500 mg/L的二苯并噻吩模拟油的脱硫率均可达99.2%以上。动力学分析表明,当反应温度在40~60℃时,拟合的反应速率方程线性关系良好(R2>0.99),推算得到的反应表观活化能为30.82 kJ/mol。
为了研究竹醋液清除恶臭气体中氨气的机制,分别对不同用量竹醋液清除定浓度氨气的性能进行了研究。结果发现,1 mL竹醋液对定浓度氨气的平均清除率最高可达到85.8%,5、10 mL竹醋液对定浓度氨气的清除率可达100%,显示竹醋液对氨气有良好的清除效果。采用顶空固相微萃取-气相色谱-质谱联用对竹醋液的化学成分进行了鉴定,结果发现竹醋液中含有挥发性有机物30种,其中,含量最高的3种成分是2-甲氧基酚(C7H8O2,18.60%)、乙酸(C2H4O2,10.57%)、苯酚(C6H6O,10.18%)。采用简缩福井函数对氨(NH3)分子与竹醋液中主要化学成分2-甲氧基酚、乙酸、苯酚中每个原子的亲电、亲核活性进行了量化计算,从原子层面揭示了竹醋液清除氨气的化学机制,为竹醋液在环境治理领域应用提供了理论依据。
为了增加燃煤烟气中氯化物的含量、提高选择性催化还原脱硝装置催化剂对零价汞(Hg0)的氧化效率,将模拟脱硫废水电解产物回喷至烟道内。将不同浓度HCl溶液(0~0.5 mol/L)添加到模拟脱硫废水中,随着HCl溶液浓度的增加,氯离子脱除量和脱除率均先增大后减小,在0.3 mol/L达到最大值;Cl2在电解产物中所占比例也是先增大后减小,在0.4 mol/L达到最佳值。将模拟脱硫废水电解产物回喷至烟道内,选择性催化还原脱硝装置催化剂对Hg0的氧化效率均有很大程度的提高,当将加入0.3 mol/L HCl溶液模拟脱硫废水电解产物回喷至烟道内时,Hg0氧化效率达到最大值94.9%。
以煤粉炉、循环流化床(CFB)锅炉和钢铁烧结机3种典型来源的干法脱硫灰为研究对象,采用扫描电子显微镜、全自动色差计、X射线粉末衍射、X射线荧光光谱、热失重分析仪等手段分析其形貌特征、化学组成及热稳定性。结果表明,3种干法脱硫灰是由脱硫反应产物、未反应吸收剂和粉煤灰组成的一类含水率低、粒径小的一般工业固废,与常见的钙类矿物理化特性相近。但3种典型脱硫灰的理化性质也存在明显差异:钢铁烧结机源的脱硫灰粉体松散细腻,白度最高,粒径分布最窄,平均孔径最小,比表面积最大,主要组分为半水亚硫酸钙和碳酸钙;CFB锅炉源脱硫灰粒径分布最广,D90达到了45.80 μm,有更为明显的颗粒触感,吸油值最小;煤粉炉源脱硫灰平均粒径最大,粉煤灰含量最高。这些差异与烟气来源、脱硫工艺密切相关,为干法脱硫灰综合利用的规范化和标准化提供了依据。
采用星点设计-效应面法优化天然低共熔溶剂(NADESs)提取栀子中绿原酸、栀子苷、西红花苷Ⅰ、西红花苷Ⅱ的工艺,合成了15种NADESs,在单因素实验的基础上优选出最佳提取工艺并进行验证。筛选出氯化胆碱(ChCl)-醋酸为最佳提取溶剂,提取工艺经优化后得到最佳提取条件为:ChCl与醋酸摩尔比为1∶2、含水量45%、固液比(栀子粉末与NADESs的比)1 g∶15 mL、超声时间45 min、超声温度55℃。此条件下绿原酸、栀子苷、西红花苷Ⅰ、西红花苷Ⅱ的提取率分别为1.46、48.44、6.17、0.81 mg/g,总得率为56.88 mg/g,与模型理论值57.21 mg/g的相对误差为0.58%,证明建立的模型能较为准确地预测实验结果。
以水生植物凤眼莲为原料,采用一步浸渍-焙烧法制备了一种载镁生物炭复合材料并进行吸附实验。利用多种表征技术(SEM、EDS、XRD、FT-IR、BET)对载镁生物炭的结构和性质进行了分析,发现改性后的生物炭负载了大量的镁氧化物及氢氧化物。通过对比考察了pH、吸附温度、吸附时间、吸附剂投加量等因素对载镁生物炭吸附Cu2+、Pb2+的影响。结果表明,载镁生物炭对Cu2+、Pb2+的吸附效果远优于原始生物炭;pH对吸附行为有显著性的影响。载镁生物炭复合材料对Cu2+、Pb2+的吸附行为更符合准二级动力学模型,吸附等温线更符合Langmuir模型,通过热力学参数可知吸附反应为自发吸热过程。
以废弃烟末为原料、无水乙醇为夹带剂,以香料萃取得率、主要香味成分为衡量指标,分别考察了萃取模式、物料含水率、夹带剂体积分数及用量、萃取压力、温度、时间和CO2流量等因素对萃取效果的影响,并用多元统计分析比较各因素对香味物质萃取率影响的大小。结果表明,增大压力可提高高级脂肪酸的萃取得率,并萃出较多的香味化合物;升高温度可促进美拉德反应物迅速增加,2,3-二氢-3,5二羟基-6-甲基-4(H)-吡喃-4-酮(DDMP)的萃取量在85℃后呈指数增长;各类香味物质 3 h 时萃取率均超过90%,其中酸类、醛酮类、杂环化合物1 h内萃取率可达95%以上。多元回归分析结果表明,各因素对香料萃取得率的影响依次是:萃取温度>CO2流量>萃取压力>夹带剂用量;对总香味成分萃取得率的影响依次是:萃取温度>萃取压力>夹带剂用量>CO2流量。
采用共沉淀法制备了不同Cu/Zn摩尔比的Cu-Zn/Al催化剂,利用N2-吸脱附、XRD、SEM、H2-TPR和NH3-TPD等手段对其进行一系列表征,并评价其催化甲醇裂解为原位氢源再用于乙酸甲酯加氢制乙醇的效果。结果表明,Cu/Zn摩尔比对催化剂的比表面积、铜物种的分散度和表面酸性起着调控作用;n(Cu)∶n(Zn)为1∶2的Cu-Zn/Al催化剂表现出优异的催化活性,在280℃、3 MPa、LHSV为1 h-1、n(MeOH)∶n(MA)=3的条件下,乙酸甲酯转化率为91.1%,乙醇选择性为83.6%;经过200 h的稳定性测试,催化剂并没有表现出明显的失活。
以偶氮二异丁腈(AIBN)为引发剂、甲苯为溶剂,采用甲基丙烯酸十八酯(SMA)、N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)、马来酸酐(MA)、茴香烯(TA)为原料合成四元聚合物用作降黏剂,并通过单因素实验得到最优合成条件:n(SMA)∶n(NVP)∶n(MA)∶n(TA)=6∶2∶3∶3,引发剂加量为单体质量的0.65%,反应温度90℃,反应时间5 h,单体浓度30%。通过傅里叶变换红外光谱仪验证其结构与最初设计结构一致。降黏剂在50℃下、加量为500 mg/L时,对稠油的降黏率可达66%;通过扫描电子显微镜对降黏前后的沥青质胶质进行观察,发现含茴香烯降黏剂可以更好地打破稠油原有的堆积结构,从而起到更好的降黏效果。
传统的骨组织修复材料存在与骨组织界面之间的结合能力差、愈合效果差等问题。目前研究的骨粘附性复合水凝胶具有良好的生物活性、骨传导性、骨诱导性以及生物相容性等特点。以纳米羟基磷灰石(HAp)、还原氧化石墨烯(rGO-T)、单宁酸(TA)和丝素蛋白(SF)为原料制备SF/TA/rGO-T/HAp复合水凝胶。通过红外光谱和X-射线衍射光谱分别对rGO-T、HAp、SF、TA、复合水凝胶的结构进行表征,用扫描电镜表征复合水凝胶的表面形貌;对复合水凝胶的流变性能、力学性能、抗湿粘附性能测试表明,复合水凝胶具有良好的抗湿粘附性、黏弹性和拉伸强度,溶胀性能和降解性能测试表明其适合植入生物体。
以(甲基)丙烯酸酯和N-(3-二甲氨基丙基)甲基丙烯酰胺(DMAPMA)为主要单体、乙醇为溶剂,利用自由基聚合制备得到了两者的共聚物;利用氯丙醇对共聚物进行季铵化改性,得到了系列阳离子型高分子表面活性剂;考察了酯单体种类、酯单体与DMAPMA质量比、N-羟甲基丙烯酰胺(HAM)引入对产物水溶性和表界面活性的影响。结果表明,当酯单体与DMAPMA质量比在2∶1~1∶2范围内时,季铵化聚丙烯酸酯表面活性剂具有良好的水溶性,而季铵化聚甲基丙烯酸酯表面活性剂水溶性较差;季铵化聚丙烯酸酯能够降低水的表面张力,具有一定表面活性;季铵化聚丙烯酸酯具有良好的界面活性,当酯与DMAPMA质量比为1∶1时,300 mg/L季铵化丙烯酸异辛酯-DMAPMA的油水界面张力可降低至1.3×10-2 mN/m。
以使用R134a为工质的空气源热泵为基础,耦合真空泵、板翅式换热器搭建了一套蒸发浓缩系统,在不需要新鲜蒸汽输入的情况下,能将物料产生的蒸汽回收利用再次加热原料,不仅降低了能耗,而且提高了系统的制热性能。在保持其他实验变量不变的条件下,探究了不同真空度以及不同环境温度对系统性能的影响。结果表明,随着真空度的提高,系统的蒸发温度降低,压缩机的功耗减少,系统的制热量明显提高。在蒸发罐真空度为0.07 MPa下,热泵系统的能效比(COP)可以达到6.0,系统蒸发速率为22 kg/h;随着环境温度的升高,系统的制热量、蒸发速率及COP均增加,制热量由0℃时的9.7 kW上升至20℃时的17.7 kW,增加了83%,在20℃环境温度中,热泵COP达到5.38,系统蒸发速率达17.71 kg/h。
通过乙基己二醇-三氯甲烷萃取姜黄比色法对市面上销售量较大的3种(超轻黏土、水晶泥、史莱姆)15批软泥类玩具中的硼元素含量进行了测定。结果显示,当硼元素质量浓度在0.037~0.187 μg/mL范围内时该方法线性良好,相关系数R为0.997 9,平均回收率在85.52%~106.99%之间。检测结果表明,超轻黏土类样品中硼元素含量在654~694 mg/kg之间;水晶泥类样品中硼元素含量在324~371 mg/kg之间;史莱姆类样品中硼元素含量在314~381 mg/kg之间。在所有检测的几类软泥玩具中,只有超轻黏土类样品符合欧盟标准EN 71-3∶2019中规定的硼限量要求。