采用溶剂热法合成了NH2-MIL-53(Fe)金属有机框架材料,以此绿色环保材料为吸附剂对醌类高毒性消毒副产物 2,6-二氯-1,4-苯醌(2,6-DCBQ)进行吸附,通过超高效液相色谱-紫外检测器(UPLC-TUV)检测方法对2,6-DCBQ含量进行测定,并表征其吸附性能。通过XRD、SEM、TEM、FT-IR和N2吸附-脱附实验对合成的NH2-MIL-53(Fe)金属有机框架材料进行表征,结果表明,制备的材料比表面积较高(130.3 m2/g)、晶粒形貌清晰、结晶度高;同时考察了温度、pH和2,6-DCBQ质量浓度对其吸附的影响,结果表明,在20℃、pH 7、2,6-DCBQ质量浓度为20 mg/L时吸附120 min,NH2-MIL-53(Fe)金属有机框架材料对水中2,6-DCBQ吸附率达到95%以上,且吸附过程符合准一级动力学规律。5次循环实验后,NH2-MIL-53(Fe)对水中2,6-DCBQ吸附率仍达到75%以上。
采用溶剂热法合成了MIL-100(Cr),通过双溶剂浸渍法负载Pd纳米粒子制备负载型Pd/MIL-100催化剂。以溴苯与苯硼酸偶联合成联苯为模型反应,考察了溶剂、碱助剂、温度等因素对Suzuki偶联反应性能的影响。结果表明,以V(EtOH)∶V(H2O)=2∶1为溶剂、K2CO3为碱助剂,在60℃反应0.5 h,溴苯转化率达到97%,目标产物联苯选择性>99%;催化剂对于对位和间位供电子基团取代的芳基硼酸具有良好的底物适用性;Pd/MIL-100催化剂循环使用3次仍保持良好的催化活性及稳定性。XRD、XPS、ICP及TEM表征结果表明,催化剂失活的主要原因是由于Pd纳米粒子在MIL-100表面发生了迁移团聚。
通过移动化学气相沉积法制备了木质素基碳纳米管/炭复合材料(L-CNT/C),并对其进行活化处理,获得高比表面积和发达的多孔结构的L-CNT/C电极。通过FESEM、TEM、Raman、FT-IR、TG等手段对复合材料的形貌、结构进行表征与分析,并考察了其作为电极材料的电化学性能。结果表明,温度升高利于碳管数量的增加,但过高的反应温度会导致复合材料石墨化程度降低。在三电极体系中,0.2 A/g电流密度下,L-CNT/C电极的质量比电容可达234.04 F/g,而木质素基炭材料的比电容仅为61.22 F/g。同时,L-CNT/C电极经过3 000次恒电流充放电测试后仍可保持初始电容的95.2%,循环稳定性优异。
为回收利用废弃选择性催化还原(SCR)催化剂,采用酸化伯胺N1923从钠化焙烧废SCR催化剂的浸出碱液中萃取分离钨(W),并对萃取参数进行了优化。结果表明,在溶液pH为10、N1923质量分数为10%、水相和有机相的相比为1、时间为4 min和温度为25℃时,W的单级萃取率高达99.28%;溶液中的其他元素P、V和Si的萃取率分别为55.44%、96.70%和55.00%;用硫酸洗涤除去共萃的杂质元素P、V和Si,W的损失可忽略不计,氨水可以从有机相中反萃出96.89%的W得到钨酸铵溶液。利用傅里叶红外光谱仪分析了萃取过程,N1923经H2SO4预酸化后转化为伯胺盐(RNH+3),通过阴离子交换萃取了WO2-4。
采用液相化学还原法制备纳米零价铁,并负载于膨胀珍珠岩上制备nFe@EP材料,用于去除水体中的磷酸盐。考察了溶液初始pH、温度、nFe@EP投加质量浓度和初始磷酸盐质量浓度的影响。结果表明,nFe@EP对水中磷酸盐有良好的吸附性,在温度298 K、pH 5.0、初始磷酸盐质量浓度为100 mg/L、nFe@EP质量浓度为3.0 g/L时,磷酸盐的去除率可达95.7%,吸附量达到31.9 mg/g。吸附动力学研究结果表明,伪二级吸附动力学模型能够更好地拟合nFe@EP吸附磷酸盐的行为,说明吸附过程是以化学吸附为主。热力学分析结果表明,吸附是自发放热的过程。
通过"傅氏后交联+表面氨基化"的工艺路线制备出一种胺基修饰高交联聚苯乙烯微球A-HPM,考察了A-HPM对溶液中对硝基苯酚(PNP)的吸附特性。结果表明,A-HPM具有比表面积高、纳米孔结构与胺基官能团丰富等特点,能够通过微孔填充、π-π和酸碱作用协同吸附去除溶液中的PNP。溶液pH对A-HPM去除PNP的性能有较大影响,弱酸性条件下(pH为5~6)A-HPM对PNP的最大吸附量可达153.9 mg/g(初始质量浓度为200 mg/L)。A-HPM对PNP的吸附属于放热反应,且吸附性能不受溶液中共存离子的影响。动力学研究表明,A-HPM对PNP的吸附可在1 200 min达到平衡。吸附饱和的A-HPM能够通过NaOH溶液进行高效再生,再生后A-HPM的吸附性能保持稳定,从而实现长期循环使用。
通过惰性气氛下高温热解沸石咪唑酯框架(ZIF-8)纳米颗粒得到氮掺杂多孔碳(NPC),再将其与植酸和铁源进行浸渍后,在氩氨混合气中进行二次煅烧,获得磷共掺杂改性的多孔铁氮碳氧还原电催化剂(Fe/PN/C)。考察了分步煅烧温度、煅烧气氛、植酸添加量等制备条件对其组成、结构及氧还原电催化性能的影响,并利用XRD、XPS、TEM、BET等对催化剂组成和结构进行表征。结果表明,性能最优的多孔氮磷共掺杂Fe/PN/C催化剂具有高达1 014.3 m2/g的比表面积,吡啶氮和石墨氮物种占比高。电化学性能测试结果表明,最优的Fe/PN/C电催化剂的半波电位为0.902 V,较商用贵金属铂催化剂高约22 mV,而未掺杂磷元素的对照样品Fe/N/C-900-900的半波电位为0.885 V,表明磷元素共掺杂可提高铁氮碳材料在碱性条件下对氧还原的电催化性能。
为改善聚丙烯酰胺类乳液减阻剂的溶解性和稳定性,合成了pH刺激响应型表面活性剂的乳化剂,并合成具有pH响应能力的改性聚丙烯酰胺乳液。研究了油水比、乳化剂质量分数对乳液稳定性的影响,使用反相乳液聚合法得到改性聚丙烯酰胺乳液,最佳聚合条件为油水比为0.82、乳化剂质量分数为3%。利用FT-IR及 1HNMR对表面活性剂及聚合物的结构进行表征。结果表明,0.5%的改性聚丙烯酰胺乳液在pH小于6或大于8的水中可迅速破乳并溶解,在30 s内便能迅速起黏,并在 1 min 内达到最大黏度。用pH 10的水配制质量分数为0.5%的聚合物溶液,减阻率能达到63%;在盐水中减阻率达到60%。
以钼酸铵为前驱体、亲水性SiO2为载体,采用等体积浸渍法制备了负载型MoO3-x/SiO2系列催化剂。利用X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)、紫外光谱(UV-Vis)、N2吸附-脱附、X射线光电子能谱仪(XPS)和氢气程序升温还原(H2-TPR)等技术手段对催化剂性质进行表征。以乙腈为萃取剂、过氧化氢为氧化剂的氧化脱硫反应中,研究了催化活性与催化剂表面性质的内在规律关系。结果表明,MoO3-x活性组分的团聚是抑制氧化脱硫活性的主要原因,适宜的焙烧温度有利于获得所需活性位点且分散性高的催化剂,可有效对H2O2快速活化,提高DBTs脱硫率。在焙烧温度为350℃、O/S摩尔比为3、反应温度为60℃的最佳脱硫条件下,苯并噻吩(BT)、二苯并噻吩(DBT)和4,6-二甲基二苯并噻吩(4,6-DMDBT)的脱除率分别为77.2%、99.3%、96.4%。该催化体系中DBT的脱除率可达到国家脱硫标准(<10 μg/g)。
以羧甲基纤维素钠(CMC)为原料、丙烯酸(AA)和丙烯酰胺(AM)为单体、偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐(VA-044)为引发剂、N,N-亚甲基双丙烯酰胺(NMBA)为交联剂制备了CMC-P(AA-AM)水凝胶,研究了聚合条件对其溶胀性能的影响,通过单因素试验确定最佳聚合条件;利用傅里叶红外光谱、热失重对水凝胶结构进行表征;重点考察了水凝胶在不同盐、pH及表面活性剂溶液中的溶胀性能。结果表明,CMC、VA-044、NMBA、AM占AA的质量分数分别为9%、0.7%、0.7%、33.3%时,水凝胶溶胀倍率最大,为253.2 g/g。CMC-P(AA-AM)在不同盐溶液中的溶胀性能差距较大,对重金属离子更为敏感。水凝胶在pH 5~9范围内保持了较高的溶胀性能,表现出良好的pH响应性能。CMC-P(AA-AM)在阴离子表面活性剂溶液中溶胀性能优于非离子、阳离子溶液,在油酸钠中的吸水倍率为210.0 g/g。
以丙烯酰胺和甲基丙烯酰乙基三甲基氯化铵为原料,采用反相乳液聚合法制备了应用于废弃油基钻井液的新型絮凝剂。通过红外光谱、热重分析等方法测定了絮凝剂分子的结构与热稳定性;通过特性黏度法测量了絮凝剂分子的分子质量;通过絮凝剂乳液及絮凝前后分散相的粒径变化规律,分析了该絮凝剂对废弃油基钻井液的絮凝率与絮凝效果。结果表明,该处理剂在油相中对于有用固相絮凝效果微弱,但可以高选择性地絮凝钻屑等有害固相,在絮凝剂最佳质量分数为2.5%时,固液分层效率最高(43%),絮凝效果最好(92.13%)。将该絮凝剂应用于湛江某井的废弃油基钻井液,絮凝率达到了97.92%,经固控设备处理后的废弃油基钻井滤液性能稳定,能满足现场使用要求。絮凝剂可以循环使用,有效降低了钻井液使用成本。
砷(As)及其他杂质元素是导致燃煤电厂废弃SCR脱硝催化剂失活的主要原因,借助Fenton反应对废弃SCR脱硝催化剂中的有害杂质元素As及Fe、Al进行氧化酸洗脱除,探究了酸洗液种类、酸浓度、氧化剂浓度、反应温度、反应时间、液固比等因素对杂质浸出率的影响。结果表明,最佳的杂质浸出条件为:反应温度为50℃、H2SO4浓度为1.5 mol/L、H2O2浓度为 1.5 mol/L、转速为500 r/min、反应时间为240 min、液固比为20 mL/g,此时As、Fe、Al的浸出率分别为99.58%、41.80%、39.60%。废弃催化剂杂质元素浸出机理为过氧化氢与被硫酸浸出的Fe2+形成了芬顿试剂,将As3+氧化为As5+,使其氧化溶出,提高了As元素的脱除效率。
为了解决单一的天然气深冷分离提氦工艺中设备能耗大、投资大、效率低的问题,将天然气深冷分离提氦工艺与膜分离提氦工艺结合以提高氦体积分数与回收率,同时结合天然气乙烷回收工艺实现冷能的最大化利用,建立了联产乙烷的天然气深冷-膜分离提氦工艺。利用HYSYS软件对联产乙烷的天然气深冷-膜分离提氦工艺与单一的天然气乙烷回收工艺和深冷-膜分离提氦工艺进行流程模拟。模拟结果表明,4种典型乙烷回收工艺中气体过冷工艺的乙烷回收率最高,可达90.13%;将天然气深冷分离提氦工艺与膜分离提氦工艺结合后氦体积分数由66.77%提高到了99.6%;联产乙烷的天然气深冷-膜分离提氦工艺可以有效地集成回收和利用冷量,相较天然气深冷-膜分离提氦工艺+部分干气循环工艺,总压缩能耗低23.10%,单位综合能耗低20.46%。
为寻找一种方便、稳定、快速的途径来评估抗氧化剂的抗氧化能力,采用一种简单、经济的方法制备负载普鲁士蓝(PB)的羟基氧化钴纳米片(PB-CoOOH NFs)。以对苯二甲酸(TA)为荧光探针研究了PB-CoOOH NFs酶促反应的机制,基于PB-CoOOH NFs/TMB/H2O2体系对10种常见的抗氧化剂进行了抗氧化活性测定(TMB为3,3',5,5'-四甲基联苯胺)。结果表明,CoOOH纳米片的过氧化物模拟酶活性随着普鲁士蓝的引入而增强。相比天然酶(HRP),PB-CoOOH NFs具有更小的Km值,对底物的亲和力更高。在一定浓度范围内,10种抗氧化剂测得的吸光度差与浓度呈良好的线性关系,相关系数(R2)均大于0.994,检出限为0.082~0.315 μmol/L,与其他检测抗氧化活性的方法相比灵敏度更高。
通过简单的还原反应构建了基于萘并2-氢-吲哚衍生物的具有微弱荧光的反应型铜离子荧光探针1,通过 1HNMR和MALDI-TOF MS对其结构进行了表征。研究结果表明,铜离子能够氧化探针1中N-乙基-2-氢-吲哚单元变为N-乙基-吲哚季铵盐单元,延长了探针1分子的共轭体系,产生卓越的光学性能变化;探针1对铜离子具有良好的选择性,且不受其他阳离子分析物的干扰,在弱碱性条件下探针1识别铜离子是非常迅速的过程,溶液颜色产生明显的变化,可以应用于"裸眼"识别复杂环境中铜离子;探针1溶液中逐渐滴加铜离子后荧光信号逐渐增强,且荧光强度变化与加入铜离子浓度呈现良好的线性关系,可以监测较低浓度水平的铜离子。