采用环氧树脂固化剂中的芳香胺类物质对部分还原的氧化石墨烯进行表面改性,胺基可与氧化石墨烯表面残留的环氧基团加成反应从而实现在石墨烯表面修饰胺基基团(rGO-NH2)的调控。通过红外光谱、拉曼光谱、X射线光电子能谱、透射电子显微镜、原子力显微镜对胺基改性石墨烯进行表征。结果表明,随着氧化石墨烯还原程度的不断加深,所得到的胺基改性石墨烯中胺基含量减少、碳原子晶格完整度提高且片层厚度稍有减少。对以rGO-NH2为填料制备得到的环氧涂层进行交流阻抗测试、极化曲线测试及盐雾腐蚀实验,结果表明,复合涂层低频阻抗模值比纯环氧涂层高了4个数量级,具有更低的腐蚀电流密度、更高的屏蔽性能,且调控石墨烯的胺基改性有效抑制了石墨烯的腐蚀并促进了其活性。
通过对石油烃降解菌Paenarthrobacter ureafaciens Thp2-23进行16S rRNA基因测序分析,利用MEGA 7.0构建菌株系统发育树,并采用二苯碳酰二肼分光光度法检测Thp2-23在不同条件下对Cr (Ⅵ)的还原率;采用SPSS 25.0对各组还原率进行统计学描述及方差分析,探讨pH、温度、石油烃、吐温80和铜离子对菌株还原Cr (Ⅵ)效果的影响。结果表明,菌株Thp2-23在pH 8.0、40℃的最优还原条件下,12 h对50 mg/L Cr (Ⅵ)的还原率为95%,24 h对Cr (Ⅵ)的还原率达到100%。石油烃和吐温80可抑制Thp2-23对Cr (Ⅵ)的还原,铜离子可促进Thp2-23对Cr (Ⅵ)的还原。
开发了一步纯化共固定老黄酶(OYE1)、醇脱氢酶(ADH-A)和葡萄糖脱氢酶(GDH)系统并一锅级联催化烯酮转化为手性醇类化合物,同时实现辅酶的原位再生。以镍离子金属螯合亲和层析介质(Ni-NTA)修饰的SiO2纳米花为载体,对带有His-tag的目的蛋白ADH-A、OYE1和GDH粗酶液进行一步分离纯化及固定化,并在优化的反应条件下进行反应,对手性醇产物的产率最高可达92.37%。固定化酶相比于游离酶的稳定性更加出色。在连续5次循环使用后,固定化酶在使用时仍有较高的转化率。同时,固定化酶OYE1&ADH-A&GDH@Ni-NTA@SiO2对环状、链状及芳香族烯酮类化合物均具有良好的催化性能。
将具有超疏水性能的氟化石墨烯(FG)与不同胶黏剂组合制备成复合膜,研究了抽滤、喷涂制备工艺以及胶黏剂的种类[聚苯乙烯(PS)、聚碳酸酯(PC)、聚丙烯腈(PAN)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)]对FG复合膜性能的影响,同时探究了FG对改性高分子胶黏剂的作用。利用扫描电子显微镜(SEM)、接触角测量仪、粗糙度测量仪对FG复合膜进行表征测试,结果表明,胶黏剂的分散性、化学结构、亲疏水性会影响到复合膜的表面结构、机械耐磨性、疏水性。以PVDF为代表的柔性疏水胶黏剂在胶黏FG成膜过程中显示出独特的优势。同时,FG与胶黏剂复合后薄膜具有更高的表面疏水性及导热性。
采用浸渍法将施氏矿物(Sch)负载于ZSM-5型分子筛制备Sch/ZSM-5复合催化剂。利用扫描电子显微镜、EDS能谱仪、比表面积分析仪、X-射线衍射仪和傅里叶红外光谱仪等对其矿相结构进行表征,并结合电化学阻抗谱和循环伏安曲线探究了Sch/ZSM-5活化H2O2去除水体中菲的有效性。结果表明,经ZSM-5改性后的Sch扩散程度提高、团聚减少、比表面积增大,可为反应提供更多活性位点。Sch/ZSM-5具有更高的电子转移速率,更易发生≡Fe (Ⅲ)和≡Fe (Ⅱ)的氧化还原,因此对菲的去除有更高的催化活性。当溶液初始pH为3.0、Sch/ZSM-5质量浓度为1.0 g/L、H2O2质量浓度为150 mg/L、反应时间为3 h时,1 mg/L菲的去除率可达96.13%。循环反应6次后,菲的去除率仍保持在91.24%,证明Sch/ZSM-5具有良好的可重复利用性和稳定性。
采用溶剂提取法从玉米秸秆中提取木质素,以其为原料经碳化-活化制备木质素基固体活性炭,然后再经硫酸磺化合成木质素碳基固体酸(KLCS),并用于催化果糖制备5-羟甲基糠醛(5-HMF)。利用傅里叶变换红外仪、X-射线光电子能谱仪和元素分析仪等对KLCS进行表征与分析,结果表明,—SO3H基团已经成功连接到该固体酸表面。以该固体酸为催化剂,在二甲基亚砜(DMSO)和水(体积比为6∶1)组成的双相溶剂体系中190℃下反应10 min,5-HMF的产率达到91.7%,果糖转化率为100%。该催化剂经5次循环使用后,5-HMF产率仍能保持在81%以上,表明其具有优良的回收使用性能。
以聚砜为前驱体、氯磺酸和8-羟基-1,3,6-芘三磺酸三钠为小分子试剂,基于后磺化方法分别制备了主链型膜材MPS-SA和侧链型膜材SPS-SA,通过FT-IR表征了其化学结构,并制备了相应的聚砜阳离子交换膜,比较了2种阳离子交换膜的性能差异。结果表明,MPS-SA和SPS-SA阳离子交换膜均表现出优异的吸水率、尺寸稳定性和质子传导性能。在相同的离子交换膜容量(IEC)下,MPS-SA由于亲水位点数多,吸水性能更优越。相反,SPS-SA阳离子交换膜由于具备长的柔性侧链,侧链末端磺酸基团的活动能力更强,使得SPS-SA显现出更好的尺寸稳定性、质子传导率和阻醇能力,其中SPS-SA-2在25℃和85℃的吸水溶胀率仅为24.4%和40.2%,相应地质子传导率达到了0.089 S/cm和0.139 S/cm,甲醇渗透率仅为7.21×10-7 cm2/s。
以六水硝酸镍和钠水玻璃为镍源和硅源、碳酸钠为沉淀剂、聚乙烯吡咯烷酮为分散剂,采用共沉淀法合成了C9石油树脂加氢催化剂;对催化剂制备的搅拌方式、共沉淀温度、老化时间和剪切速率进行了研究,考察了反应条件对C9石油树脂加氢的影响。结果表明,与普通搅拌相比,在高速剪切下所制备的催化剂活性组分分散性更好,在共沉淀温度为70℃、老化时间为0 h、剪切速率为900 r/min下所制备的催化剂在高负载的同时比表面积达到472 m2/g,具有微-介-大孔的多级孔道结构,形貌为纳米片组成的蜂窝状不规则球体。在反应温度为270℃、H2压力为6 MPa、反应时间为2 h及C9石油树脂与溶剂质量比为1∶2时,C9石油树脂的氢化率达到96.59%,循环套用7次后氢化率仍然在95%以上。
采用亚临界水热法快速合成了MoVOx复合金属氧化物。考察了亚临界水热温度、n(Mo)∶n(V)对MoVOx复合金属氧化物晶相组成、形貌、比表面积、氧化还原能力的影响。研究表明,在亚临界水热体系下可制备以V0.95Mo0.97O5为主要晶相的MoVOx样品;当制备温度为240℃、n(Mo)∶n(V)为1∶0.8时,V0.95Mo0.97O5晶相质量分数可达到99.10%,且形貌为片状和棒状堆积结构;而当制备温度为280℃时,样品则呈现出明显的八面体结构。将所得MoVOx样品用于催化甘油氧化反应,考察了其催化性能,结果表明,片状和棒状结构的比表面积高于八面体结构,片状和棒状的高比表面积结构可以很好地将催化剂内的氧化还原中心暴露出来,因此催化性能较高。在制备温度为200℃、n(Mo)∶n(V)=1∶0.8条件下制备的MoVOx催化甘油氧化时,对丙烯醛和丙酮的选择性高达81.10%。
采用碱活化过一硫酸盐(peroxymonosulfate,PMS)对水中三氯生(Triclosan,TCS)进行降解,考察了PMS浓度、pH、温度、共存离子和腐殖酸(HA)等对碱/PMS体系处理效果的影响,探究了体系主导自由基和TCS降解路径。结果表明,在PMS浓度为3 mmol/L、pH为10和温度为30℃的条件下反应3 h,初始质量浓度为5 mg/L的TCS降解率可达96.94%;Cl-对TCS的降解表现为低质量浓度抑制高质量浓度促进,NO3-和H2PO4-对TCS降解有促进作用,CO32-和HA则抑制TCS的降解。自由基捕获实验确定了碱/PMS体系的主导活性氧物种为单线态氧(1O2)和超氧自由基(O2·-)。LC-MS/MS鉴定了13种主要中间体,并提出了羟基化、醚键断裂、脱氯和开环4种相关反应途径。
针对煤基乙醇与甲苯烷基化制对甲乙苯反应,选用纳米聚集体HZSM-5分子筛作母体催化剂,利用浸渍法并分别采用Si、P、Mg单组分与多组分复合对纳米聚集体分子筛进行改性,在固定床反应器上考察了其催化反应性能。结果表明,与普通HZSM-5分子筛相比,纳米聚集体HZSM-5分子筛催化甲苯-乙醇烷基化反应性能更佳;纳米聚集体HZSM-5分子筛经Si、P、Mg单组分改性后反应产物对位选择性得到提高,经复合改性后对甲乙苯选择性进一步提升,其中Si、Mg复合改性催化剂4Si-2Mg/HZSM-5具有最佳的催化效果,其乙醇转化率为100%,甲苯转化率可达11%以上,对甲乙苯选择性高达99%以上;经100 h长运转后,甲苯转化率逐渐下降至6.8%,而对甲乙苯选择性仍接近100%。
以50 kW固体氧化物燃料电池发电系统工艺为计算基础,通过Aspen Plus软件搭建了SOFC工艺流程计算模型,设定了模型假设和初始输入条件,讨论了原料气组成、温度、压力、循环气比例等操作条件影响情况,分析了电堆温度控制手段的思路和效果。结果表明,水汽比例、阳极循环气比例、阴极空气量3种温度控制手段均能实现温度的调控,同时3种控制手段在操作条件和联锁方面分别具有不同调控范围和适用条件。水汽比例调节适用于发电系统全局性的调节,一旦确定尽量不要轻易调整,是系统维持稳定运行的保障;阳极循环气比例在调节燃料利用转化效率方面具有重要意义;阴极空气是目前最常用的调节电堆温度的首选手段。
制备了羧甲基壳聚糖-多巴胺水凝胶材料并用作电极修饰材料,成功实现了对Cd2+和Pb2+的同时检测。通过采用扫描电子显微镜、傅利叶红外光谱仪和各种电化学技术对材料的形貌及其电化学性质进行了表征。在最优条件下,构建的电化学传感平台对Cd2+和Pb2+的线性检测方程分别为I=0.40×logC(Cd2+)+2.10,R2=0.994、I=1.35×logC(Pb2+)+2.99,R2=0.993;线性范围分别为0.01~5、0.05~5 μmol/L;检出限分别为6、8 nmol/L。该水凝胶修饰电极具有良好的选择性、重现性和稳定性,在实际样品中的添加回收率为96%~106%,相对标准偏差不大于5%,添加回收实验结果令人满意。
为了实现亚硝酸盐的灵敏检测,利用溶液剥离法和水合肼还原法制备了MWCNT@rGONR复合材料,并通过SEM和XRD等测试手段进行材料表征。将制备的复合材料滴涂在玻碳电极表面,借助简单可控的电聚合方法将中性红修饰到电极上,最终制备了PNR/MWCNT@rGONR/GCE。采用计时电流法对NO2-进行定量检测,结果表明,氧化峰电流与亚硝酸盐浓度在1.0×10-7~1.9×10-3 mol/L范围内呈良好的线性关系,检出限为7.1×10-8 mol/L (S/N=3);同时,所制备的复合电极表现出良好的选择性和重现性。用此复合电极对某石化循环冷水进行实际水样的测定,回收率为93.26%~97.42%,相对标准偏差低于5.32%,结果较为理想。