纳米微晶纤维素的表面基团及其改性

纳米微晶纤维素(Nanocrystalline Cellulose,NCC)是一种纤维素经酸水解后获得的棒状晶体,由于其原料丰富、可再生、生物兼容性好以及机械性能优良等特点,已成为纳米材料研究领域的热点。本文为探索其进一步改性应用,重点分析了NCC表面存在的基团种类,对其化学改性方法进行了概括,并对其进一步发展应用进行了展望。     

超长群桩竖向承载特性的有限元分析

采用三维有限元程序对竖向荷载作用下超长群桩的承载性状进行分析。土体本构关系采用Dun-can-Chang双曲线非线性弹性模型,桩、承台采用线弹性模型,桩土界面采用刚塑性无厚度接触面模型。讨论了承台、桩底地层条件、桩长、桩距、桩数等对超长群桩承载形状的影响。得到了超长群桩承载形状的一些规律,对实际的工程实践具有一定的指导意义。     

负载羧基化球状介孔纳米颗粒TFN膜的研究

在薄层复合膜(thin-film composite membrane, TFC膜)中引入无机纳米颗粒,形成薄层纳米复合膜(thin-film nanocomposite membrane, TFN膜),近几年作为反渗透膜开始应用于水处理研究。但是无机纳米颗粒在TFC膜中的性能的不稳定性和膜的机械强度等变成了突出问题。合成制备了粒径约为110 nm修饰羧基的介孔氧化硅球状纳米颗粒(MSN—COOH),并将其成功地化学键合在TFC膜的表面功能层交联网络中。与TFC膜相比,键合有MSN—COOH的TFN膜,水通量提高了56.2%,保持高脱盐率;由于单分散介孔纳米颗粒表面亲水官能团的引入,使膜表面的亲水性有很大程度提高,单分散介孔纳米颗粒在基体中的有序排列,使膜表面粗糙度降低,提高了膜的抗污染能力。与普通TFN膜相比较,具有更好的稳定性和柔韧性,可以在长时间高压过滤操作下保持稳定。     

以风化煤为底物制取生物甲烷的潜力分析

我国拥有丰富的风化煤储量,因其高度被氧化的独特性质,可应用的领域极为有限,目前主要被作为改善土壤性质的肥料和制取腐殖酸的来源。以风化煤为底物制取生物甲烷是一种具有探索性的全新生物发酵工艺,探究其可行性及模拟实验过程中风化煤的物性特征变化有利于拓宽风化煤的资源利用和环境改善,并可以进一步丰富煤生物产气理论。实验选取内蒙古乌海和山西晋城两地不同风化程度煤样,以煤层矿井水为菌种来源,在适宜环境条件下开展模拟产气实验,通过生物产气模拟和红外光谱测试,分析不同风化程度煤的生物产气能力及其内在因素,以揭示其产气潜力及物性变化特征。结果表明:①随着煤的风化程度加深,可燃基CH 4产气量明显增加,两组煤样中可燃基CH 4生成量最高分别达到7.13,4.20 mL/g;②不同风化程度的煤样均出现了产气高峰,时间基本都出现在15~30 d,各组中随着煤样风化程度不断加深,产气高峰出现时间也越来越早;③随着煤的风化程度加深,煤中芳环被不断打开,大分子结构被破坏,同时煤中羟基、氨基等基团含量趋于降低,脂碳结构逐渐解体,含氧官能团成为主要结构,氧含量比例不断增高,更容易被微生物降解;④菌群鉴定表明风化煤不仅含有大量产生生物气所需的第1阶段和第2阶段细菌,更含有甲烷杆菌属、甲烷球菌属等多种类型的产甲烷菌群,具有把风化煤转化为生物甲烷的环境条件。实验结果最终反映了风化煤具有转化为生物甲烷的潜力,并有利于提高我国风化煤的资源利用率。     

倾斜基岩在动载作用下群桩桩顶的最大弯矩分布

倾斜基岩上的框架是山地,丘陵地区多见的一种结构形式,但以往对其抗震性能研究很少。本文针对一柱一桩,桩间设置地梁的基础形式,引入了多次透射边界以模拟场地的无限性,利用二次开发后的ANSYS对倾斜基岩上的框架在ElCentro波、Taft波作用下群桩桩顶的荷载分布进行了上下部共同作用分析,以定性的判断地震作用下不同位置桩的受力情况。为了探讨桩端不同约束方式对桩顶最大弯矩的影响,每个算例都分别计算了桩端铰接和桩端固接两种情况。对于倾斜基岩,在A类、B类土层情况下,各桩的最大弯矩分布形状仍呈U形分布,但长桩所受最大弯矩大于短桩所受最大弯矩。在C类土层情况下,各桩最大弯矩呈一形分布;当基岩斜率为9：24时,对于桩端固接的情况,长桩的桩顶最大弯矩大于短桩的桩顶弯矩;对于桩端铰接的情况,则长桩的桩顶最大弯矩小于短桩的桩顶最大弯矩,随着基岩斜率减小,长短桩之间的最大桩顶弯矩差异减小。     

螺旋焊管波浪压痕的消除

简要介绍和分析了螺旋焊管生产过程中产生的波浪压痕及其成因,并给出了消除方法。通过生产实践证明,在螺旋焊管生产过程中,经过理论计算,只要能准确地给出成型器1～3号微型辊组的位置参数,就能够消除焊管管体的波浪压痕。     

2-溴苯酚合成工艺的优化研究

2-溴-4-叔丁基苯酚与甲苯的叔丁基转移反应可以形成重要的有机中间体2-溴苯酚。考察了催化剂及反应条件对叔丁基转移反应的影响,结果表明,三氯化铝及其与叔胺盐酸盐的复合盐对叔丁基转移反应的具有较好的催化活性,27AlNMR的分析表明催化活性中心可能是三氯化铝与水解产生的氯化氢反应形成的氯铝酸。进一步研究表明,氯化氢及溴化氢可提高三氯化铝的催化活性,降低三氯化铝的用量。优化后的工艺条件：在二氯甲烷溶剂中,4-叔丁基苯酚与溴素在0℃反应选择性形成2-溴-4-叔丁基苯酚,加入摩尔分数为30%的AlCl3及600%的甲苯,30℃“一锅法”反应制备2-溴苯酚,2-溴-4-叔丁基苯酚反应的转化率及选择性可达96.5%、99.6%。     

Preparation,Characterization and Properties of Novel Cationic Gemini Surfactants with Rigid Amido Spacer Groups

A series of novel cationic gemini surfactants with rigid amido groups inserted as the spacers, named C ₁₂ ‐PPDA‐C ₁₂ , C ₁₄ ‐PPDA‐C ₁₄ and C ₁₆ ‐PPDA‐C ₁₆ , were synthesized by a two‐step reaction with dimethyl terephthalate, N,N‐dimethyl propylene diamine and alkyl bromide as raw materials. The chemical structures of the prepared compounds were confirmed by IR, ¹H and ¹³C NMR and element analysis. Surface activity properties of the synthesized compounds were investigated by surface tension, electrical conductivity and fluorescence. Increasing the number of carbon atoms in the hydrophobic alkyl chain, decreased the critical micelle concentration (CMC), surface tension at the CMC and the minimum surface area. Other relevant properties including foaming ability and emulsion stability were investigated. The results indicated that the synthesized gemini surfactants possess good surface properties, emulsifying properties and steady foam properties.     

羟基(—OH)对煤自燃侧链活性基团氧化反应特性的影响

针对煤结构及其氧化反应机理不明等问题,以羟基(—OH)和煤自燃侧链活性基团—OCH,—CHOHCH 3和—OCH 3为研究对象,采用密度泛函理论(DFT)的B3LYP-311G(d,p)方法,构建出了羟基(—OH)处于侧链活性结构邻位的小分子结构模型。基于前线轨道理论和量子化学理论,采用Gaussian 16软件对小分子模型的静电势、前线轨道的能级和电荷分布及煤氧复合反应过程中的热力学参数进行了模拟计算,探究了侧链活性基团的低温氧化特性和羟基(—OH)对其的影响。计算结果显示,在侧链活性结构中,氢原子周边呈强正电势,为亲核反应活性位点,而氧原子附近呈强负电势,为亲电反应活性位点。当羟基(—OH)处于侧链活性基团邻位时,会削弱侧链活性基团的亲电反应能力,增加—CHO和—CHOHCH 3的亲核反应能力,而使—OCH 3的亲核反应能力消失;通过分析各活性基团最高占据轨道(HOMO:Highest Occupied Molecular Orbital)和最低未占轨道(LUMO:Lowest Unoccupied Molecular Orbital)可知,侧链活性基团的稳定性与其前线轨道的成键能力并不一致,而活性基团与氧气发生复合反应的难易程度主要取决于该基团前线轨道中LUMO的成键能力,成键能力越强,复合反应越容易发生;由于羟基(—OH)改变了侧链活性基团前线轨道上的电子特性,故当其与侧链基团共存时,会使—CHO和—CHOHCH 3与氧气的复合反应更容易发生,而使—OCH 3与氧气的复合由自发的放热反应转变为非自发的吸热反应。该研究成果可为揭示煤自燃微观作用机理和研发煤自燃新型高效阻化材料提供参考。