从我国能源消费现状入手,介绍了碳排放"双控"进展,分析了水电、核电、风光电等作为主力能源的短板以及氢能的主要特性。从国内外视角出发,着重阐述了氢能发展的机遇和加快替代化石能源的紧迫性。以案例法对电解水制氢主要成本组成、相互关系以及不同电价、不同年利用小时数对制氢成本影响的敏感性进行研究,对化石能源制氢增加"碳捕捉与封存技术"后成本变化进行比较,针对性地提出降低绿电制氢成本、开辟氢能生产新渠道、破解关键技术、扩大氢能化改造等解决方案。结论认为,以政策扶持为动力、以多方联动加快试点示范为方法、以"绿电+储能+氢能"组合弥补清洁能源的短板是实现"双碳"目标和绿色发展的首选路径。
围绕2023年美国绿色化学挑战奖获奖项目的概要、创新与价值进行了分析与介绍。其中绿色合成路线奖授予SOLUGEN公司,其贡献在于物理分离二氧化碳的显著成效;绿色反应条件奖授予Captis Aire公司,其开发了一种创新化学吸附减排技术(CAIRETM);设计绿色化学品奖授予高乐氏公司,其开发了Clorox EcoCleanTM消毒清洁剂;小企业奖授予现代牧场公司(Modern Meadow),其开发了由Bio-AlloyTM提供动力能源的现代牧场品牌Bio-FREEDTM;学术奖(Academic Award)授予密歇根大学Richard Laine教授,其贡献在于对大量农业废弃物的回收与产业化利用;环境特别奖授予Air Company,他们开发了 AIRMADETM碳技术,用光合作用激发的二氧化碳转化为可持续的航空燃料和酒精。
采用溶剂蒸发法制备聚(2,5-苯并咪唑)/磺化聚醚醚酮(ABPBI/SPEEK)高温质子交换复合膜。考察了SPEEK的掺入对ABPBI/SPEEK质子交换复合膜的结构及性能的影响。结果表明,ABPBI膜和ABPBI/SPEEK复合膜在高温下的热稳定性能良好;随着SPEEK的掺入,ABPBI/SPEEK复合膜有更好的氧化稳定性和机械性能,ABPBI/SPEEK(20%)复合膜在芬顿试剂中96 h后的质量损失为0.84%,其拉伸强度为120.51 MPa,相较于Nafion 117膜明显提高;ABPBI/SPEEK(20%)复合膜的酸掺杂率为186.68%,该膜在160℃、0% RH时的质子电导率为3.4 mS/cm,约为ABPBI膜的1.78倍。
以气相SO3作磺化剂,设计了合成十二烷基苯磺酸(DBSA)的气液微磺化系统。依据响应面法分析各因素间交互作用;通过高速摄像机对微通道内伴有磺化反应的气液两相流型进行表征,并测量液膜厚度;通过湍流扩散系数考察湍流对传质的影响,并以此计算液相传质系数和Hatta数。结果表明,微通道内伴有反应气液两相呈带波浪环状流,液膜平均厚度在90~160 μm之间;增加液相流量会增大湍流扩散系数,从而增大传质系数。同时,传质系数会随十二烷基苯(DDB)转化率的增加而显著降低,表明随着反应的进行,特别是在反应后期,反应产物将严重阻碍传质过程;此外,Hatta数计算结果表明,其值均大于3,表明微通道中磺化反应仍然是一个快速但受扩散控制的反应。
为比较白芍不同极性部位的抗氧化活性,考察了其与总萜质量分数之间的相关性。将白芍提取物分为石油醚、乙酸乙酯、正丁醇、95%乙醇、65%乙醇和水6个不同极性部位,采用总还原力和DPPH、ABTS自由基清除能力3个指标评估其抗氧化性,并用显色法测定各部位的总萜质量分数。最后用SPSS 19.0软件分析白芍提取物抗氧化活性与总萜质量分数之间的相关性。实验结果表明,白芍95%乙醇提取部位的抗氧化性最强,其次是65%乙醇提取部位、正丁醇提取部位、乙酸乙酯提取部位、水提取部位、石油醚提取部位;此外,各部位总萜质量分数与抗氧化性强弱之间呈正相关,且与清除ABTS、DPPH自由基相关性达到显著。
采用立体光固化(Stereo Lithography Appearance,SLA)3D打印技术制备了直通道圆孔蜂窝、波纹通道方孔蜂窝与金字塔斜边框架拓扑3种不同结构的α-Al2O3支撑体。各项物理参数表明金字塔斜边框架拓扑结构的α-Al2O3支撑体以最小的质量(1.90 g)达到了最大的表面积(8 342 mm2),实现了催化剂的轻量化。通过浸渍法在3种支撑体表面负载硝酸镍并煅烧后得到NiAl2O4(镍铝尖晶石)结构催化剂。结果表明,在甲烷干重整反应(DRM)中,金字塔斜边框架拓扑NiAl2O4结构催化剂表现出最优的催化性能,在950℃时对CH4、CO2的转化率可达97.50%、99.07%。
制备了4种锌系杂多酸离子液体催化剂,利用FT-IR、UV、TGA及SEM对其进行表征与测试。将4种杂多酸离子液体用于催化戊二酸二甲酯与碳酸乙烯酯反应合成聚戊二酸乙二醇酯,并利用FT-IR、TGA、DSC、CTM、GPC对聚戊二酸乙二醇酯进行测定分析。结果表明,[Bmim]6ZnW11TiO39(H2O)催化剂催化效果最佳,在220℃、4.5 h、戊二酸二甲酯与碳酸乙烯酯的投料摩尔比为1∶1.5、催化剂质量为总投料质量的0.8%的条件下,聚戊二酸乙二醇酯的预聚物收率达到59.27%,选择性达到63.59%。缩聚反应的温度为235℃时聚酯分子质量达到最高,且具有良好的热稳定性能、拉伸性能及可生物降解性能。
采用高温热解法成功制备了掺氮碳纳米管包覆FeCo合金颗粒的催化剂FeCo/NCNTs-3∶1。利用透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)对催化剂进行表征与分析,并对其进行电化学测试。结果表明,该催化剂为中空竹节状碳纳米管结构,利于O2输送、电解液扩散和电子传递;催化剂中FeCo合金的形成利于提高催化速率;催化剂中含有丰富的Fe/Co-N-C活性位点,利于促进催化反应;FeCo/NCNTs-3∶1对于氧还原反应(ORR)性能的半波电位为0.84 V;对于氧析出反应(OER),在10 mA/cm2电流密度下对应的电位为1.652 V;以其为空气阴极的锌空气电池,开路电压为1.49 V,功率密度为142.41 mW/cm2。
离子交换膜作为全钒液流电池(VRB)的核心组成,起到传输离子和阻隔钒离子渗透的作用。将全氟磺酸树脂(PFSA)和三乙烯基二胺(DABCO)盐离子化合物共混,对全氟磺酸树脂进行改性制备了两性离子共混膜。以DABCO-PFSA共混膜为研究基础,采用阴阳离子非共价相互作用的超分子交联方法制备的共混膜可以有效提高膜的综合性能。通过优化共混膜的二组分结构差异合成了聚阳离子PDABCO,并与PFSA共混,聚合物链间超分子交联赋予膜良好的机械性能和稳定性,降低了钒离子渗透,其中PDABCO-PFSA-7.5%膜的钒离子渗透率达到0.25×10-6 cm2/min。在VRB测试中,当电流密度为 160 mA/cm2时,PDABCO-PFSA-7.5%膜的库伦效率(CE)达到88.43%。
利用浸渍法将2,5-二甲基吡嗪(DMP)和氯化铜负载到活性炭上,在140℃、乙炔体积空速为50 h-1、氯化氢与乙炔摩尔比为1.05∶1的条件下,测试了其对乙炔氢氯化反应的催化性能。利用ICP-AES、红外光谱、XRD和TG等手段对催化剂进行表征。结果表明,加入2,5-二甲基吡嗪后,Cu表观质量分数为17%的催化剂的乙炔转化率可达74.02%,氯乙烯选择性可达97.19%。2,5-二甲基吡嗪提高铜基催化剂活性的原因在于其可以减少铜物种聚集,提高活性组分的分散度;可以产生Cu-N配位化学键,锚定铜物种使其稳定;可以抑制催化剂积碳,减少积碳引起的失活现象。
用N,N-二甲基甲酰胺(DMF)和甲酸作溶剂制备了Pebax/UiO-66-NH2混合基质膜。采用恒体积变压力的方法对膜的气体分离性能进行测试。结果表明,与纯膜相比,在DMF作溶剂时,填料的加入使CO2的渗透系数略微下降,但CO2/N2选择性却大幅提升;在甲酸中CO2渗透系数大幅上升,但CO2/N2选择性只有少量提升。在填料质量分数为2.5%时,DMF铸成的膜在25℃、1.0 MPa测得的CO2渗透系数和CO2/N2选择性分别为126.4 barrer和94.4;而在填料质量分数为7.5%时,甲酸铸成的膜在25℃、0.6 MPa测得的CO2渗透系数和CO2/N2选择性分别为103.5 barrer和104.3。
为了开拓镁资源高值化开发的新路径,以六水氯化镁为镁源,分别与D,L-酒石酸、D-酒石酸、L-酒石酸反应,在温和的条件下一步合成了3种酒石酸镁[Mg(D,L-tart)(H2O)2·3H2O(Ⅰ)、Mg(D-tart)(H2O)·1.5H2O(Ⅱ)、Mg(D-tart)(Ⅲ)]。结果表明,在常温水溶液体系中合成了产品Mg(D,L-tart)(H2O)2·3H2O(Ⅰ),最佳合成条件为反应温度-5℃、pH 8.00且体系中乙醇体积分数达到0.36时反应1 h;通过水-乙醇混合溶剂合成了产品Mg(D-tart)(H2O)·1.5H2O(Ⅱ),最佳反应条件为反应温度60℃、pH为6.00~7.00且体系内乙醇体积分数达到0.46时反应24 h;分别在温和的水热条件下或水-DMAC混合溶剂体系中合成无结晶水的产品Mg(D-tart)(Ⅲ),当DMAC体积分数达到0.55时产物Mg(D-tart)(Ⅲ)达到最佳产率超过94%。同时考察了合成条件对产物晶体形貌及收率的影响。
为提高蔗渣纤维素在汽车内饰上的应用,通过乙酸酐和微波-超声波法将蔗渣纤维素进行乙酰化和纳米化改性,制备出颗粒尺寸均匀、耐水性能和分散性好的乙酰化蔗渣纳米纤维素(ACNF)。通过浇铸成膜法将ACNF与聚乙烯醇(PVA)进行混合后制备出ACNF/PVA复合膜,利用量子化学计算方法分析ACNF/PVA复合物结构的作用类型。结果表明,在微波功率为100 W、时间为2 h、超声波功率为500 W、纤维素与乙酸酐比为1∶2(质量体积比)时,得到的ACNF颗粒尺寸在200 nm左右,乙酰化取代度为0.86,水接触角为36.5°。相较于PVA膜,该复合膜的拉伸强度从10.55 MPa提高至33.91 MPa,水接触角从56.44°增加到72.04°。在复合物结构中,作用类型主要为静电作用和分散作用。
合成了一种聚吡咯修饰的磁性纳米颗粒(Fe3O4@PPy),通过结合AIE荧光探针四苯基乙烯衍生物(TTAPE)建立了一种检测肝素药品中多硫酸软骨素的检测方法。肝素和多硫酸软骨素与TTAPE结合导致运动受限,进而释放荧光,而Fe3O4@PPy加入后可以猝灭其荧光。研究了肝素和多硫酸软骨素与TTAPE结合后荧光增强规律和Fe3O4@PPy对它们的荧光猝灭规律,建立了不同的猝灭曲线,进而同时检测肝素和多硫酸软骨素。实验确定了肝素和多硫酸软骨素的最佳荧光检测波长为 482 nm,Fe3O4@PPy的使用量为5 mg,检测浓度的线性范围为0~3.5 mg/L,肝素浓度的相对偏差在0.5%以下。肝素实际样品中多硫酸软骨素的回收率为90%和96.67%,相对标准偏差为4.4%和4.1%。
建立了离子色谱法测定水质中微量甘油的方法。在酸性条件下,使用高碘酸钠将甘油定量氧化成甲酸,再通过离子色谱法定量检测甲酸根含量,从而折算得到甘油准确含量。甘油衍生化样品用20 mmol/L KOH洗脱液淋洗,淋洗流量为 1.0 mL/min,Dionex IonPac AS15阴离子交换色谱柱分离,抑制型电导检测器检测。衍生化后的甲酸根检出限为0.015 mg/L,对水质样品衍生化后的甲酸根离子在0.5、1.0、2.0、3.0 mg/L加标水平的回收率为96.26%~99.68%,该方法的相对标准偏差为0.39%。结果表明,该方法前处理条件温和、反应速度快、副产物少、灵敏度高、准确度高、重复性好,适用于水质中微量甘油含量的检测。