313.15 K四元体系Na+// S O 4 2 - ， C O 3 2 - ， N O 3 - -H2O固液相平衡研究

采用等温溶解法研究313.15 K下四元体系Na⁺// \mathrm{S} {\mathrm{O}}_4^{2-} , \mathrm{C} {\mathrm{O}}_3^{2-} , \mathrm{N} {\mathrm{O}}_3^{-} -H₂O的固液相平衡关系。测定了平衡溶液的溶解度数据及物理性质数据,包括密度、黏度、折射率。根据实验数据,绘制了相应的干盐相图、水图及物理性质-组成图。实验结果表明：313.15 K下,此四元体系相图包括两个共饱和点,六条单变曲线以及五个单盐结晶区域(分别为NaNO₃,Na₂SO₄,Na₂CO₃·H₂O, Bur(Na₂CO₃·2Na₂SO₄),Da(NaNO₃·Na₂SO₄·H₂O)),其中Bur的结晶区域最大,最容易从混合溶液中结晶析出。实验中的物理性质(黏度、密度、折射率)随J(Na₂SO₄)的变化呈现相似性规律。该体系中存在复盐碱芒硝Bur(Na₂CO₃·2Na₂SO₄)、钠硝矾Da(NaNO₃·Na₂SO₄·H₂O),结晶水合物(Na₂CO₃·H₂O),没有固溶体存在,故该体系是一个复杂的共饱和型。实验所获数据和结论对煤化工过程产生的高盐废水结晶析盐工艺开发及实现资源梯级综合利用具有重要意义。     

真空变温吸附捕集干烟道气中CO2的模拟研究

为减缓气候变化,减少CO₂的排放,对真空变温吸附(TVSA)从干烟道气中捕集CO₂进行了系统的研究。以沸石13X为吸附剂,设计了实验室规模的4塔连续进料的TVSA工艺,并建立数学模型进行数值模拟。模拟结果表明,通过四塔TVSA可获得纯度为97.54%,回收率为96.79%的CO₂产品气,其产率为1.7 mol· ( \mathrm{k} \mathrm{g} \text{?} \mathrm{a} \mathrm{d} \mathrm{s} ) ^-1·h^-1,能耗为3.14 \mathrm{M} \mathrm{J} · ( \mathrm{k} \mathrm{g} \text{?} \mathrm{C} {\mathrm{O}}_{\mathrm{2}} {)}_{}^{-\mathrm{1}} 。此外,考察了进料量、循环回流步骤时间、真空度对产品气纯度、回收率、吸附剂产率和工艺能耗的影响,并且分析了塔内压力与温度变化,详细探讨了塔内气固相浓度随轴向的分布。良好的工艺效果表明,TVSA有潜力成为一种能够生产高纯度高回收率的CO₂产品气,并具有良好经济效益的捕碳工艺。     

成型条件对Co/ZSM-5催化剂催化分解N2O性能影响

采用挤条成型法制备Co/ZSM-5催化剂，通过X射线衍射、BET比表面积、氢气程序升温还原（H₂-TPR）、氨气程序升温脱附法（NH₃-TPD）和颗粒径向抗压碎（侧压）强度测试对催化剂进行表征，在固定床微型反应器中评价催化剂催化分解N₂O活性，对Co/ZSM-5(N-50)催化剂进行稳定性测试。结果表明，钴物种以Co₃O₄尖晶石氧化物形式存在于Co/ZSM-5催化剂中，胶溶剂种类显著影响催化剂抗压碎强度；黏合剂用量影响催化剂抗压碎强度、酸量、氧化还原性和催化剂催化分解N₂O活性；以硝酸为胶溶剂，黏合剂（SB粉）用量为30%和50%制备的催化剂，抗压碎强度大，分别为208N/cm和230N/cm，催化分解N₂O温度T ₉₅分别为485℃和500℃。在固定床微型反应器中，模拟工业尾气组成（ {\phi }_{{\mathrm{N}}_2\mathrm{O}} =11%、 {\phi }_{{\mathrm{O}}_2} =16%、N₂为平衡气），反应温度446℃、空速6000h^-1条件下，Co/ZSM-5(N-50)催化剂在1000h稳定性测试中表现出良好的催化活性和稳定性，N₂O转化率高于98%。     

曝气强度对SBBR同步生物脱氮及N2O释放影响

以生活污水为处理对象，采用碳纤维填料制成序批式生物膜反应器（sequencing batch biofilm reactor，SBBR），采用N₂+O₂联合曝气的方式，通过改变N₂和O₂的比例，稳定系统内DO浓度为1.5 mg/L，考察不同曝气强度（30、20和10 L/h）下系统脱氮性能及N₂O释放特性。异养菌和硝化菌共生于生物膜内，异养菌位于外层，硝化菌位于内层，曝气强度降低有利于外部异养菌大量增殖，生物膜厚度增加。曝气强度为30 L/h和10 L/h条件下，SBBR系统\mathrm{N}{\mathrm{H}}_{\mathrm{4}}^{+}-\mathrm{N}去除率分别为95%以上和79.2%±1.6%，同步脱氮效率分别为46.2%±2.6%和62.1%±2.3%，N₂O产率分别为6.25%±0.6%和2.93%±0.43%。缺氧阶段，反硝化过程和PHA（聚β–羟基烷酸酯）积累同时发生；好氧阶段，PHA呈先增加后减少的趋势。初始阶段增加的PHA为后续同步发生的反硝化过程提供了电子供体。AOB的好氧反硝化过程和异养菌反硝化过程均可导致N₂O的产生。曝气强度降低导致水力剪切力下降，生物膜内缺氧范围扩大，缺氧区N₂O停留时间延长，利于其反硝化减量。曝气强度由30 L/h降至10 L/h，微生物胞外聚合物（EPS）分泌减少，PS/PN（多糖/蛋白质）由8.59 mg/mg降至6.58 mg/mg,生物膜致密性降低，碳源和N₂O以扩散形式进入缺氧区域能力增强，N₂O释放量降低。     

CO耐硫甲烷化MoS2/Si-ZrO2催化剂的失活原因研究

采用等体积浸渍法制备MoS₂/Si-ZrO₂催化剂,并对其CO耐硫甲烷化的催化活性稳定性进行评估。结果表明在2H₂∶2CO∶1N₂（摩尔比）、反应压力2.5 MPa、反应温度 450℃、硫含量0.01%及质量空速 6000 ml/(g·h)的反应条件下,100 h后CO转化率下降11%。深入进行氢气程序升温还原(H₂-TPR)、X射线光电子能谱(XPS)、拉曼光谱(RS)、等离子体发射光谱(ICP-OES)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、热重分析(TGA)以及元素分析等表征后,发现反应后催化剂表面无明显积炭,但出现了明显的团聚现象。而催化剂失活的根本原因是硫流失的发生,导致具有催化活性的桥键 {\mathrm{S}}_{\mathrm{2}}^{\mathrm{2}-} 物种转变为S^2-物种和H₂S。     

矩形截面弯曲型微通道气液两相Taylor流压降的研究

主要测定了低分压CO₂（混合气相组成为5%CO₂和95%N₂，简写为CO₂/N₂）在矩形截面多弯头微通道中气-液两相Taylor流的流动压降。通过对比六个气液相体系，发现液相的物理性质对气液两相Taylor流压降的影响显著不同。表面张力变化组（CO₂/N₂-水、CO₂/N₂ -2%正丙醇水溶液和CO₂/N₂ -5%正丙醇水溶液）的气液两相Taylor流压降随液相流速的增大呈现线性增长趋势；黏度变化组（CO₂/N₂-甲醇、CO₂/N₂-乙醇和CO₂/N₂-正丙醇）的气液两相Taylor流压降随着 j_{\mathrm{L}}^{2/3} 变化而呈现规律性增大。重点考虑了弯曲通道二次流和液弹内循环的贡献，同时分析考虑了气泡的形状及其运动、通道特征参数和液相的物理性质，提出了新的气液两相Taylor流压降的表观摩擦系数模型，在±20%误差范围内获得了良好的预测效果。     

基于化学爆炸模式分析方法的乙烯对冲扩散火焰熄火机理

重点探讨了化学爆炸模式分析(CEMA)在熄火机理研究中的具体方法理论及可行性,研究了化学反应/热质混合相互作用对熄火的影响,并利用爆炸因子和分叉因子的概念,确定出主导乙烯火焰熄火极限的关键反应动力学因素。结果表明：具有正特征值的CEM首次出现在熄火极限附近火焰化学当量等值面处,因此它可作为判断熄火的重要依据。火焰的熄火极限是放热与链分支、中断反应综合作用的结果,链分支反应R32(H+O₂ \stackrel{\mathrm{}\mathrm{}\mathrm{}\mathrm{}\mathrm{}\mathrm{}\mathrm{}\mathrm{}}{?} O+OH)和放热反应R81(OH+CO \stackrel{\mathrm{}\mathrm{}\mathrm{}\mathrm{}\mathrm{}\mathrm{}\mathrm{}\mathrm{}}{?} H+CO₂)对乙烯熄火极限的影响最显著,增大这两步反应速率能极大地扩宽燃烧稳定范围;而增大链中断反应R49(H+HCO \stackrel{\mathrm{}\mathrm{}\mathrm{}\mathrm{}\mathrm{}\mathrm{}\mathrm{}\mathrm{}}{?} H₂+CO)的速率会缩小燃烧稳定范围。基于CEMA方法与爆炸因子、分叉因子的概念,可系统地揭示详细反应动力学对熄火的影响机理。     

离子液体[Mmim][DMP]与DMSO/乙腈二元体系的密度和黏度

离子液体因其特殊的内在结构及性能,使得其在纤维素预处理应用过程中展现出良好的效果,其相关体系的物性研究是推进工业化进程的基础必要数据。因此选用甲基咪唑和磷酸三甲酯合成了离子液体1,3-二甲基咪唑磷酸二甲酯([Mmim][DMP]),并测定了[Mmim][DMP] (1) + DMSO (2) 和 [Mmim][DMP] (1) + 乙腈 (2) 两个二元体系,在293.15~323.15 K时,全组成范围内的密度和黏度。计算了体积性质和超额性质数据。通过比较分析二元体系的超额摩尔体积(V ^E)、表观摩尔体积( V_{?} )、无限稀释表观摩尔体积( V_{?}^{\mathrm{\infty }} )和偏摩尔体积( \stackrel{\text{?}}{V} )数据,以及分子模拟手段讨论了离子液体与溶剂之间的作用形式,包括离子液体与溶剂之间形成的氢键对溶液性质的影响。     

卤醇脱卤酶催化合成(R)-1-氯-3-苯氧基-2-丙醇的工艺优化

以卤醇脱卤酶重组湿菌体E. coli BL21（pET28a-HHDH）为催化剂,催化外消旋的1-氯-3-苯氧基-2-丙醇的动力学拆分可以获得光学纯的(R)-1-氯-3-苯氧基-2-丙醇。本文系统地研究了卤醇脱卤酶催化合成光学纯(R)-1-氯-3-苯氧基-2-丙醇的影响因素,对反应pH、反应温度、菌体浓度、亲核试剂 {\mathrm{N}}_{\mathrm{3}}^{-} 浓度和底物浓度进行了探究。结果表明,卤醇脱卤酶催化合成(R)-1-氯-3-苯氧基-2-丙醇的最佳工艺条件为：pH为7.0,反应温度为28℃,菌体浓度为22.5g/L,亲核试剂NaN₃的浓度为50mmol/L,底物外消旋1-氯-3-苯氧基-2-丙醇的浓度为10mmol/L。在此工艺条件下,(R)-1-氯-3-苯氧基-2-丙醇的ee值和收率分别为100%和16.97%。     

氧化石墨烯表面同步合成与固载酞菁及其光催化性能

首先在氧化石墨烯（GO）上键合邻苯二腈前体,然后通过“同步合成与固载”的方法在含邻苯二腈的GO表面键合醛基钴酞菁（CoAlPc）,制得GO负载化的钴酞菁复合催化剂CoAlPc/GO。通过红外光谱仪（FTIR）、透射电镜（TEM）、紫外-可见光分光光度计（UV-vis）等对其结构、形貌进行表征。以有机污染物亚甲基蓝（MB）为目标降解物,研究所制CoAlPc/GO复合催化剂在可见光下的光催化性能。重点考察了pH和CoAlPc/GO投加量对亚甲基蓝降解率的影响及其循环稳定性。结果表明,通过共价键合的方法能够成功在GO表面固载醛基钴酞菁（CoAlPc）,得到负载化酞菁光催化剂CoAlPc/GO。所制备的CoAlPc/GO电荷转移阻抗较CoAlPc大大减小,从而表现出良好的光催化活性。可见光照射60min,在一定量H₂O₂存在下,较低的CoAlPc/GO用量（0.003g）便能有效催化MB降解,其降解率高达99.9%。MB在 \text{·} {\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}^{\text{-}} 、·OH和空穴的共同作用下氧化降解。此外,CoAlPc/GO还表现出了很好的重复使用性,循环使用7次仍具有较好的光催化活性。     

溶剂热浸渍法制备高稳定性Zn(OAc)2/SiO2催化剂及其催化合成苯氨基甲酸甲酯

Zn(OAc)₂对由碳酸二甲酯（DMC）和苯胺合成苯氨基甲酸甲酯（MPC）的反应具有优异的催化性能,但存在易失活、不能重复使用的缺点。为此,以DMC为溶剂,利用溶剂热浸渍法制备Zn(OAc)₂/SiO₂催化剂,并对其催化性能进行了研究。利用XRD、FTIR和TG-DTA等方法对其进行了表征,结果表明,Zn(OAc)₂/SiO₂催化剂表面存在Zn(OAc)₂和ZnO,且其在SiO₂表面分散较好;优化了Zn(OAc)₂/SiO₂催化剂的反应条件,当反应温度为190℃、反应时间为5h、苯胺与DMC的摩尔比为1∶20、催化剂与苯胺质量比为0.2时,苯胺的转化率为97.2%,MPC的选择性为89.4%。和等体积浸渍法制备的催化剂相比,溶剂热浸渍法制备的Zn(OAc)₂/SiO₂催化剂具有较好的稳定性,重复使用7次,苯胺的转化率下降至79.1%,MPC的选择性下降至79.2%。Zn(OAc)₂/SiO₂活性下降的原因是由于ZnO的生成,并对其进行了再生,再生后的催化剂活性与新鲜催化剂接近。     

稀土电解槽石墨内衬高温氧化过程中孔隙结构演化规律及其分形特征

针对稀土电解槽石墨内衬破损问题，采用显微CT研究稀土电解槽石墨内衬在不同氧化时间下内部微观孔隙结构演化特征，考察了孔隙率、孔喉尺寸、孔喉形状因子、孔隙分形维数等参数的变化规律。结果表明: 石墨内衬氧化0、1h、2h、3h后的平均孔隙率在逐渐增大，分别为4.02%、8.53%、11.18%、13.35%，孔喉尺寸为5～25μm与孔喉形状因子为0.02～0.05的孔喉数量从17903增加到39388。进一步应用分形理论分析发现：氧化不同时间的石墨内衬孔隙构造均符合分形规律，且随着氧化时间的增大，石墨内衬的氧化腐蚀越来越严重，石墨内衬孔隙分形维数从1.5722增加到1.6985。因此可以间接地用分形维数来判断石墨内衬的氧化腐蚀程度。最后建立了石墨内衬渗透率的分形表达式，由此计算氧化0、1h、2h、3h的石墨内衬理论渗透率分别为0.10 \mathrm{\mu } m²、0.25 \mathrm{\mu } m²、0.37 \mathrm{\mu } m²、0.52 \mathrm{\mu } m²。计算结果与其实际渗透率0.09 \mathrm{\mu } m²、0.18 \mathrm{\mu } m²、0.38 \mathrm{\mu } m²、0.57 \mathrm{\mu } m²相差不大，可以用此式来预测石墨内衬的渗透率。     

氨基MIL-101(Cr)强化CO2分离性能的混合基质膜优化制备

金属有机骨架MIL-101(Cr)是大孔径、高孔隙率的新型膜材料,可显著提升混合基质膜的CO₂渗透性,但其掺杂会明显降低选择性,有两方面原因：有机配体的CO₂亲和性较低;填料干燥活化后再分散性差,易团聚形成缺陷。对此,首先以氨基对苯二甲酸为配体合成氨基MIL-101(Cr),提高溶解选择性,再采用先浇铸-后活化的制膜工艺,减少团聚缺陷。红外测试表明氨基填料成功合成;扫描电镜表明膜中填料分布均匀。掺杂15%(质量)氨基MIL-101(Cr)的乙基纤维素混合基质膜,CO₂渗透系数达到200 barrer,比MIL-101(Cr)膜提高11.2%,较纯聚合物膜提高133.1%;同时,CO₂/N₂选择性达到23.9,比MIL-101(Cr)膜提高25.8%,较纯聚合物膜提高17.1%。综上,采用先浇铸-后活化的制膜工艺掺杂氨基MIL-101(Cr)填料,可同时提高混合基质膜的CO₂渗透性和选择性。