琥珀酸作为一种重要的化工原料被广泛应用于现代工业的各个领域,具有庞大的市场需求。利用生物法发酵生产琥珀酸因具有资源可再生利用、绿色清洁节能等方面不可替代的优势而成为当今研究的热点。本文从代谢调控的角度出发分析总结了一些产琥珀酸菌株,尤其是重组大肠杆菌在发酵生产琥珀酸中所应用到的方法和策略,如对代谢途径中关键酶的调控以及发酵生产中的关键因素(如氧化还原回复力调控、CO₂调节、代谢途径改造等),着重突出了代谢控制发酵生产方面的研究进展,并对今后的发展方向提出了一些设想。

采用等温溶解平衡法,研究了Na⁺, K⁺, Mg²⁺//Cl^-, SO₄^-2-H₂O, 五元水盐体系在-15℃下NaCl·2H₂O饱和时的相平衡关系,测定了溶解度和密度,并绘制出相应的相图。研究结果表明:该五元体系平衡相图中有3个四盐共饱点,7条单变量溶解度曲线及5个两盐结晶区,5个两盐结晶区分别对应于KCl+NaCl·2H₂O、Na₂SO₄·10H₂O+ NaCl·2H₂O、MgSO₄·7H₂O+NaCl·2H₂O、MgCl₂·8H₂O+NaCl·2H₂O、KCl·MgCl₂·6H₂O+ NaCl·2H₂O;所 得-15℃相图和25℃下相图相比,相图结构大为简化:K₂SO₄·MgSO₄·4H₂O、KCl·MgSO₄·3H₂O、Na₂SO₄·3K₂SO₄、Na₂SO₄·MgSO₄·4H₂O、MgSO₄·(4～6)H₂O、K₂SO₄·MgSO₄·6H₂O结晶区均消失,Na₂SO₄结晶区转变为Na₂SO₄·10H₂O且结晶区扩大,KCl、MgSO₄·7H₂O、KCl·MgCl₂·6H₂O结晶区缩小,MgCl₂·6H₂O结晶区转变为MgCl₂·8H₂O。在此基础上研究了不同组成的盐湖卤水在降温过程中的结晶规律,为低温盐田工艺的开发提供了理论依据。

制冷剂瞬态喷雾冷却是辅助激光手术治疗皮肤病的重要手段,目前采用的R134a制冷剂不易抵消深色人种表皮中的黑色素对激光能量的大量吸收,采用沸点较低的R404a制冷剂能更有效防止表皮的热损伤。使用带膨胀腔的新型喷嘴搭建了瞬态喷雾冷却实验台,采用薄膜热电偶快速测温技术对R404a瞬态喷雾冷却表面传热特性进行了研究。结果表明,R404喷雾冷却表面传热具有时间和空间的不均匀性,然而在喷雾中心半径2 mm的中心区域内存在高热通量的均匀冷却区域。在实际激光皮肤临床手术中,参考实验结果可保证喷雾冷却对治疗范围内的表皮进行均匀冷保护。

流态化制冰是一种新型的直接接触式动态制冰方式,通过建立联合连续和离散模型的CCDM(combined continuum and discrete model)全耦合模型,采用一种非结构网格颗粒搜索法,计算了流态化制冰过程所涉及的颗粒-流体多相系统的流动和传热特性。结果表明:基于CCDM模型计算出的结果与实验数据有较好的一致性,模型的准确度高;冻结程度关键值的提出,简化了颗粒间碰撞模型的判断和颗粒相表面传热量的等效计算;颗粒间的碰撞、聚并对颗粒粒径的作用,会进一步影响颗粒的运动速度、停留时间以及轴向浓度分布的变化,难以忽略其对于流态化制冰过程的多相流动与换热特性的影响。

采用Hilbert-Huang变换方法对流化床内的压差脉动信号进行分析,研究了不同工况下生物质和石英砂双组分颗粒的流动特征。在生物质质量分数为2%情况下对不同气速下压差脉动信号进行边际谱和能量分析,发现压差脉动信号频率主要集中在低频段(0～4 Hz),随气速的增加各阶IMF能量逐渐从高频段向中频段转移;在气速为1.01 m·s^-1情况下对不同生物质质量分数下的压差脉动信号进行能量分析,发现随生物质质量分数增加各阶 IMF能量逐渐从中频段向高频段转移;并借助高速摄影仪对流化床内的颗粒流动状态进行研究分析。结果为进一步研究流化床内气固两相流知识提供一定的理论依据。

为了研究渗流对地埋管换热器性能的影响,综合多孔介质中移动有限长线热源与钻孔内准三维传热模型建立了地埋管换热器钻孔内、外非稳态耦合传热的解析模型,并通过热响应试验数据验证了耦合模型的正确性。探讨了渗流作用下埋管出口水温及其周围土壤温度动态响应的变化规律,利用埋管换热能效系数和单位井深换热量两个指标的变化评估了渗流对埋管换热器传热性能的影响。结果表明:不同类型的土壤中埋管传热性差别较大, 若忽略渗流速度较大的砂砾层中渗流的影响将导致其中埋管的单位井深换热量设计偏差高达41%;渗流对埋管散热起到促进作用且散热达到稳定所需的时间随渗流速度增大而缩短;推荐采用埋管的进口质量流量流速大于0.4 kg·s^-1,但不宜过大;埋管进口温度对换热能效系数的影响可忽略。并对典型水文条件下各土壤中渗流对串联管群的换热能效系数的影响进行了对比,指出地下管群环路的换热能效系数由土壤物性、渗流速度及串联埋管的钻孔数量共同决定的。

采用一种新的信息熵理论分析了气液两相流流动结构动力学特征。首先考察了典型混沌时间序列的多尺度复杂熵因果关系平面特征,然后将该方法应用于气液两相流3种典型流型(泡状流、段塞流及混状流)的电导传感器波动信号处理,结果表明单尺度复杂熵因果关系平面能够对不同流型线性识别。此外发现多尺度复杂熵因果关系平面能够描述流动结构信息随尺度增加的连续丢失过程,反映了气液两相流流动结构稳定性及复杂性,是理解两相流流动结构非线性动力学特性的一种有用分析工具。

利用平面激光诱导荧光(PLIF)技术对水平对置双向液体撞击流流场进行了实验研究,考察了等动量下撞击面驻点在不同喷嘴间距、不同进液流量下的稳定性和振荡特性。结果表明,撞击面驻点的振荡并没有一个固定的周期,并且频率主要集中在低频,而其幅度集中在0.1d～0.5d范围内:在L∈[1d,3d](L为喷嘴间距,d为喷嘴直径)范围内,振荡幅度随着L的增加而增大;在L∈[3d,5d]范围内,振荡幅度随着L的增加而减小。同时,撞击面的振荡幅度并不会随着流速的增大而一直增大,而是在达到一个峰值后逐渐降低。撞击面驻点的这种振荡特性对混合和传质具有一定的促进作用。

以甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)和甲基丙烯酸甲酯(MMA)的交联共聚微球GMA/MMA为基质,经过几步大分子反应在微球表面合成与固载了N-羟基邻苯二甲酰亚胺(NHPI),形成固载有NHPI的聚合物微球GMA/MMA-NHPI。将GMA/MMA-NHPI与Co(OAc)₂组成共催化体系,用于分子氧氧化苯甲醇的反应过程。研究结果表明,GMA/MMA-NHPI与Co(OAc)₂所构成的共催化体系在温和条件(65℃和常压氧气)下可有效地实现苯甲醇的分子氧氧化过程,将其深度氧化为苯甲酸,显示出较好的催化活性和高的选择性(苯甲酸的选择性为96%)。主催化剂GMA/MMA-NHPI固载的NHPI与助催化剂Co(OAc)₂适宜的摩尔比为20:1;主催化剂所含NHPI的摩尔分数为底物的10%时催化剂的用量比较适宜。固体催化剂GMA/MMA-NHPI还具有良好的再循环使用性能。

采用共沉淀法分别制备Ti、Co、Cu掺杂Fe₃O₄的非均相类Fenton催化剂,在小型实验台架上进行非均相类Fenton反应脱汞的实验研究。利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)对催化剂的晶体结构和形貌进行了表征。实验考察了掺杂前Fe₃O₄和掺杂后Fe_2.59Ti_0.41O₄、Fe_2.52Co_0.48O₄、Fe_2.44Cu_0.56O₄催化剂的类Fenton脱汞性能,并通过电子顺磁共振技术(EPR)分析了非均相类Fenton脱汞的机理。结果表明:Ti、Cu掺杂后的催化剂具有较高的催化活性, 的强氧化作用是类Fenton脱汞的主要原因。

通过等体积浸渍法,制备得到碱金属(Li、Na、K、Rb、Cs)改性的SAPO-34催化剂。并在常压连续固定床反应器上评价了各催化剂的甲醇制低碳烯烃(MTO)的性能,同时对催化剂进行了XRD、FT-IR、NH₃-TPD等表征分析。结果表明,碱金属负载量为2%时,除Cs离子改性的催化剂低碳烯烃的选择性和寿命有所降低外,其他碱金属离子改性的SAPO-34催化剂低碳烯烃的选择性和寿命都有了明显的提高,尤其是Li离子改性的催化剂乙烯+丙烯的选择性达77%左右,寿命相对延长了2.5倍;将该催化剂再生3次后乙烯、丙烯的选择性几乎保持不变。

粉煤灰浓硫酸焙烧法提取Al₂O₃工艺中焙烧过程十分重要,研究发现适当提升硫酸浓度、酸灰质量比和温度可增大Al转化率,而延长焙烧时间影响并不显著;在硫酸浓度80%、酸灰质量比1.5:1、温度270℃和时间60 min条件下,Al转化率可达92 %～95%。TG/DSC与XRD分析表明,焙烧过程反应主要分为3个阶段:80～206℃时形成中间产物Al(HSO₄)₃及H₂O气化;206～241℃时生成Al(HSO₄)₃及Al₂(SO₄)₃·H₂O;241～304℃时由Al₂(SO₄)₃·H₂O和Al(HSO₄)₃二者分解转化成Al₂(SO₄)₃。由Kissinger微分法与Ozawa积分法分别计算出3个阶段表观活化能后取二者平均值,分别为52.61、74.11、96.08 kJ·mol^-1,并获得频率因子、反应级数和动力学方程,所获结果可为粉煤灰硫酸焙烧法提取Al₂O₃焙烧工艺设计和过程优化提供理论参考和基础数据。

采用改进型Wicke-Kallenbath稳态扩散池,在373～413 K及0.4～1.0 MPa条件下测定了氢气在某工业催化剂CuO/ZnO/γ-Al₂O₃内部的有效扩散系数。实验采用逐步增加环己烷流量至某最大值而后逐步降低回到初始点的方法,测定了催化剂孔内发生毛细凝聚时氢气有效扩散系数随环己烷蒸气相对压力的变化。实验结果表明:在 373 K下环己烷蒸气相对压力为0.42时开始发生毛细凝聚,而在413 K下则延迟到0.6才开始出现这一现象。此外,滞后环宽度随着温度的升高而变窄,并且氢气的有效扩散系数随环己烷蒸气相对压力变化出现多重滞后环。建立了催化剂部分润湿时氢气的有效扩散系数与内部润湿分率的关联式,与实验测量值符合较好。

很多实际工业过程数据都具有高维、非线性且不严格服从高斯分布等特点。为处理数据维数高且是高斯分布和非高斯分布的混合体等问题,实现高效的过程监控,提出了一种基于LTSA和联合指标的非高斯过程监控方法。首先采用局部切空间排列(LTSA)算法从正常样本数据中提取低维子流形以实现维数约减;然后基于非高斯-高斯两步策略建立统计模型并得到非高斯统计量和高斯统计量,再对其进行加权得到新的统计量以实现对过程的监控;最后将该方法应用于田纳西-伊斯曼标准测试平台和实际乙烯裂解炉的过程监控,说明了所提方法的有效性。

针对复杂工业过程中由于存在未建模动态和不确定干扰,导致关键变量的软测量精度下降的问题,提出了一种基于稳定Hammerstein模型(H模型)的在线软测量建模方法。H模型的非线性增益采用带有时变稳定学习算法的小波神经网络模型,线性系统部分采用基于递推最小二乘的ARX模型,基于输入到状态稳定性理论证明了H模型辨识误差的有界性。其中小波神经网络具有表征强非线性的特性,稳定学习算法可抑制未建模动态和不确定干扰的影响,改善了模型的预测精度和自适应能力。以典型非线性系统和实际污水处理过程为例进行了仿真研究,结果表明,基于稳定H模型的软测量方法具有较高的在线软测量精度。

针对聚合物生产过程重要质量控制指标或状态变量的软测量问题,提出了一种基于改进Kalman滤波算法的多模型融合建模方法。将混合核函数主元分析(K₂PCA)与人工神经网络(ANN)相结合,建立一种基于K₂PCA-ANN的数据驱动模型;利用改进Kalman滤波算法实现K₂PCA-ANN模型与机理模型融合,构建一种并联结构的混合模型;协调二次滤波(线性滑动平滑)和方差更新对混合模型进行优化处理,使混合模型的估计性能尽可能地达到最优,使混合模型的预测稳定性得到有效改善。将该多模型融合建模方法应用于氯乙烯聚合过程聚合速率软测量中,应用研究结果表明:与单一的机理模型或K₂PCA-ANN数据驱动模型的预测性能相比,该建模方法建立的聚合速率模型具有更佳的预测性能。该建模方法的运用为进一步开展聚合物生产过程优化与控制等研究提供基础条件。

实际化工过程采集得到的数据往往维度较高,直接建模比较复杂。主元分析(principal component analysis,PCA)方法可以提取原始数据主要特征,得到低维数据,但传统的PCA过程监控方法仅保留了方差较大的主元,会造成信息缺失,这将大大影响过程监控性能。针对这一问题,提出了一种新的基于全变量信息(full variable information,FVI)的子空间监控方法。首先,依据每个变量与主元空间(principal component subspace,PCS)和残差空间(residual subspace,RS)相似性的高低,将原始数据空间划分为3个维度较低的子空间,3个子空间保存了全部过程变量,可以更充分地利用过程信息。其次,在每个子空间中,分别建立监控模型,并利用贝叶斯推断整合子空间的监控结果。最后,通过数值仿真及Tennessee Eastman(TE)过程仿真研究验证FVI方法的有效性。

针对传统最小二乘支持向量机非稀疏化解问题,提出了基于遗传算法的最小二乘支持向量机稀疏化及参数优化方法,稀疏化的基本思想是给训练样本赋予一个概率值,将概率值小于0.5的样本作为测试样本,从而将总的训练样本集分成测试样本集和保留的训练样本集。定义了包括稀疏率、训练误差及测试误差在内的适应度函数。种群个体的前N维表示每个样本对应的概率,后m维表示要优化的参数。通过选择、交叉和变异操作对所有参数进行整体优化,取适应度最小的个体对应的保留的训练样本及优化参数建立最小二乘支持向量机模型。并用该方法用于PX氧化过程4-CBA含量的软测量中,工业数据仿真结果表明,用本文提出的方法稀疏化率达到87%,核参数选取自动完成,与稀疏前建立的模型相比推广能力更高。

以圆盘反应器的开发和放大为背景,通过理论分析将液膜更新频率与液膜变形相关联,运用VOF模型研究竖直旋转圆盘液膜更新频率空间分布特性;将量纲分析与数值模拟相结合考察影响普通圆盘液膜平均更新频率的相关因素;从表面更新的角度研究自由膜与附壁膜的差异,优化圆盘结构。结果表明:圆盘表面液膜加速区液膜更新频率最快,较其他区域高150%,较平均值高75%;获得了普通圆盘液膜平均更新频率表达式;圆盘开窗形成自由膜,更新频率比附壁膜高40%以上;相同面积圆形窗区域自由膜更新频率比扇形窗自由膜高34%,但是扇形窗自由膜对附壁膜强化作用更明显。

在全自动垫片综合性能试验台上分别进行了316L和A3钢作为骨架材料的金属波纹复合垫片的泄漏率、压缩回弹性能和应力松弛试验,考察了柔性石墨覆盖层厚度、骨架材质和垫片应力对垫片密封性能和力学性能的影响,分析了不同覆盖层厚度和垫片应力下的金属波纹残余高度。结果表明:覆盖层厚度对垫片的密封性能有重要影响,厚度为0.6 mm时该类垫片的综合性能最佳;金属波纹复合垫片具有良好的承载能力和密封性能,尤其适宜压力波动、温度剧变等场合的密封,预压缩处理更能真实反映出复合垫片优异的回弹性能;此外,与A3钢作为骨架材料的复合垫片相比,316L复合垫片的密封性能和压缩回弹性能随垫片应力的增加逐渐显现,且其抗松弛能力和抗蠕变性能也得到了显著提高。

鉴于可调控型气膜润滑密封(R-GLS)静压效应对密封性能的重要影响,开展该种密封端面静压结构的研究。基于气体润滑理论,采用有限元法求解了R-GLS端面间气膜的雷诺方程,研究了不同转速条件下静压结构对平衡膜厚、气膜刚度、泄漏率和摩擦功耗等密封性能的影响规律,并开展了该种密封静压结构的优化分析。对比了相同工况下静压式、泵出式和泵入式3种R-GLS的密封性能。结果表明:当节流孔直径0.05 mm< d <0.2 mm,量纲1均压槽深度0.005< H <0.015,量纲1均压槽宽度0.02< W <0.05时,R-GLS能获得较佳的密封性、气膜稳定性和较低的摩擦损耗;当量纲1节流孔位置0.3< R <0.6时能获得较大的工作间隙和较优的密封性,0.1< R <0.3或0.55< R <0.7时能获得较好的气膜稳定性;泵出式密封能在保持较大平衡膜厚、优秀气膜刚度的同时兼具较低的泄漏率;泵入式密封可以实现调控气向外零泄漏。

利用可再生的纤维素原料生产燃料乙醇是国内外研究的热点。但纤维素原料一些预处理过程产生的乙酸对酿酒酵母细胞生长和乙醇发酵产生强烈抑制,因此,提高酿酒酵母细胞的乙酸耐受性是提高纤维素乙醇发酵效率的重要手段。本文研究了谷氧还蛋白家族中GRX5p的编码基因的过表达对酿酒酵母在乙酸胁迫条件下细胞生长和发酵性能的影响。结果表明,过表达GRX5的重组菌株在含有5 g·L^-1乙酸的平板中生长优于对照菌株;在含有5 g·L^-1乙酸的培养基中进行乙醇发酵,过表达GRX5的重组菌株可在48 h基本消耗培养基中所有的葡萄糖,发酵周期比对照菌株缩短了12 h。过表达GRX5菌株的乙醇生产强度为0.897 g·L^-1·h^-1,比对照提高了28.5%。代谢物分析结果表明,过表达GRX5的重组菌株可产生更多的保护性物质海藻糖和甘油,有利于增强菌株胁迫耐受性。

对硝基酚(PNP)是一种有毒难降解有机物,是生产农药、医药、炸药、合成染料的重要中间产物,其污染控制与消除是国内外研究的热点与难点。土壤含水层处理(SAT)系统具有低耗高效、操作简单等优点,既是当前应用广泛的污水处理系统,也是地下水人工回灌的基本水质处理技术。通过建立一维土柱实验模拟SAT系统,研究非生物与生物强化条件下对硝基酚在SAT系统中的迁移规律及去除效果,并探讨SAT对地下水环境的潜在二次污染风险。研究表明:两种条件下的SAT系统中,PNP浓度在从下至上迁移过程中均逐渐降低;非生物条件下,SAT通过吸附作用去除PNP,土壤层有效处理厚度为60 cm,粗砂、中粗砂、细砂3种介质的去除率为10%左右;生物强化条件下,SAT通过吸附与生物降解共同去除PNP,去除率提升至88.5%。

以A²O-生物接触氧化(BCO)工艺系统反硝化除磷活性污泥为研究对象,应用Central Composite Design(CCD)设计考察了起始COD浓度、硝酸盐氮浓度、反应温度和缺氧反应时间对反硝化除磷反应的3个响应值COD去除率(Y_cod)、N去除率(Y_n)和P去除率(Y_p)的影响。结果表明,起始COD对反硝化除磷反应中COD、N和P的去除都有重要影响,且缺氧反应时间对Y_n有较大影响,反应温度对Y_p有很大影响;3个响应值的模型方程均显著,R²分别为0.9853、0.9118和0.9972;当COD为316.95 mg·L^-1、硝酸盐氮为42.26 mg·L^-1、反应温度为27.19℃、缺氧反应时间为237.37 min时,Y_cod、Y_n和Y_p的模型预测值分别为93.54%、99.96%和99.56%,试验响应值分别为92.03%、91.15%和81.64%

选用小麦秸秆和金沟褐煤作为实验原料在间歇式高压反应釜中进行液化实验,考察了不同温度、不同秸秆/煤比例下添加离子液体时小麦秸秆与褐煤共液化产物分布情况及硫的变迁行为。研究结果显示:当小麦秸秆和褐煤在亚临界水中液化时,添加离子液体1-丁基3-甲基咪唑氯盐[Bmim]Cl会降低正己烷不溶组分收率,但可以提高气体收率与总转化率。添加[Bmim]Cl后,随着样品中小麦秸秆比例减少,液化油收率、正己烷不溶组分收率、四氢呋喃可溶组分收率、气体收率与总转化率均呈下降趋势。添加 [Bmim]Cl后残渣中硫的相对含量增加,其他产物中硫的相对含量减小;添加 [Bmim]Cl后残渣中有机硫的相对含量以及气相中COS和H₂S含量都随温度升高而增加。

采用室内饱和石英砂柱一维渗流模拟实验,研究离子强度相同、离子组成(钠吸附比)不同的电解质溶液对氧化石墨烯(GO)在地下环境中迁移行为的影响。通过测定GO穿透过程的沉积动力学曲线,结合数学模型与界面化学理论,对其迁移沉积机理进行分析。结果显示,当钠吸附比从0增加到∞时,砂柱出流最大浓度升高,GO回收率增加,穿透实验沉积速率、去除效率和吸附效率分别从0.356 min^-1、1.04×10^-2、0.054减小到0.039 min^-1、1.1×10^-3、0.003。研究认为布朗扩散是造成GO颗粒与石英砂粒相互接触的主要机制,Ca²⁺浓度变化是造成不同钠吸附比环境下GO不同迁移行为的主要因素,其机理在于Ca²⁺与GO发生电中和与桥接作用,改变了颗粒间的静电斥力与引力平衡,进而影响了GO颗粒粒度与形态,并最终强化了砂柱对GO的截留效应。

嗜盐混合菌生产PHB具有较好的成本优势。本研究接种入海口底泥发展嗜盐活性污泥,利用嗜盐活性污泥以两步法工艺生产PHB。在连续300 d的试验中从长期试验、发酵生产PHB以及表观动力学等方面探索了不同盛宴期/饥饿期(F/F)下筛选菌群的PHB积累能力。研究发现F/F作为重要的参数直接影响嗜盐活性污泥的PHB积累能力。在高F/F下非PHB积累菌群成为优势菌,而低F/F下促进高聚PHB嗜盐菌的选择和富集。在F/F≤0.33条件下筛选的嗜盐活性污泥最大PHB含量可以达到细胞干重的46.7%,PHB产率为0.358 mg PHB·(mg Ac)^-1。研究结果将对进一步实现嗜盐污泥生产PHB提供有益的指导。

以废弃CRT荧光粉为原料,在前期稀盐酸预处理工艺的基础上,通过进一步深入研究,开发出从废弃CRT荧光粉中提取稀土的完整工艺路线。结果表明:稀酸预处理后,盐酸酸浸剩余荧光粉固体的最佳浓度为5 mol·L^-1,最佳反应温度为80℃;酸浸后稀土浸出液净化除杂的pH控制为5.5,DDTC最佳用量比为6:1;稀土净化液经草酸沉淀后煅烧的最佳温度为900℃。从废弃CRT荧光粉中提取到稀土产物Y₂O₃和Eu₂O₃的总含量为99.2%,其晶粒由若干片状晶体密实堆积成多面体结构,晶粒之间相互嵌入,呈镶嵌式接触。

碳烟分散性能是柴油机油的一项重要性能指标,采用黏度法、斑点实验法及粒径分布法考察了生物质燃油碳烟(BS)和0^#柴油碳烟(DS)在液体石蜡(LP)中的分散性能及商用分散剂聚异丁烯丁二酰亚胺(T154)对其分散性的影响,并借助X射线光电子能谱仪和傅里叶红外光谱仪分析其分散机理。结果表明,BS和DS表面均带有一些含氧官能团且BS氧含量高于DS;DS对体系增稠作用大于BS,T154对BS和DS在LP中的分散性均有良好的作用,但对BS的分散效果更好。T154亦可作为BS在润滑油中的分散剂使用,因为BS表面含有羧基、酚羟基等含氧酸性基团,可与T154中丁二酰亚胺依靠酸碱作用吸附分散剂。同时,BS表面的极性基团与N-H单元产生氢键而吸附T154。

寻求来源广、价格低、纯度高的炭质原料是目前高性能石墨材料制备研究的一个重要方向。以陕北神府煤为原料,探讨了在高温及惰性气氛下,煤粉粒度、催化剂种类及添加量等因素对煤炭石墨化过程的影响,并通过X射线衍射、扫描电镜及拉曼光谱等技术对煤炭高温热处理产物进行了分析和表征。结果表明:当以低变质程度的神府煤为原料时,在2500℃、惰性气氛及一定催化剂存在的条件下,神府煤可以制备得到超细石墨粉;神府煤煤粉粒径越小,超细石墨粉的石墨化程度越高;氯化铁、硼酸等均可以作为神府煤高温石墨化的催化剂,并且当以硼酸作为催化剂,煤粉粒径D₉₀< 20 mm时,由神府原煤可制得石墨化度为80.35%的超细石墨粉。

采用直接接触式水合物反应釜,并在釜内初始水温为26℃和15℃以及充注压力为3.6～4.2 MPa的条件下制备CO₂水合物,研究其生长和蓄冷特性。实验结果表明:在初始水温为15℃、充注压力为3.6 MPa时,预冷时间较短(11 min),水合物开始生长时过冷度约为1.3℃,温升不明显,平均蓄冷速率和平均蓄冷效率分别为82.4 kJ·min^-1和4.34;在其他温压条件下,预冷时间较长(20～55 min),但随充注压力的升高而减小,过冷度较大(5.5～9.7℃),水合物生长迅速且密集,温升明显,并在充注压力为4.0 MPa时温升幅度最大,水合物平均生长速率、总蓄冷量、平均总蓄冷速率和效率随充注压力的升高而变大,其最大值分别为77和154 g·min^-1,3.725和3.791 MJ,64.1和99.5 kJ·min^-1,3.14和 4.91。水合物释冷分解是一个相变过程,相变温度一般在10～14℃。

采用间歇式水热预处理方法,考察了不同水热预处理温度和处理时间对玉米秸秆主要成分变化的影响以及水热预处理后的纤维素酶解效率。在180～220℃,10～25 min范围内,随温度升高和时间延长预处理后半纤维素移除率和纤维素损失率也随之增大,但木质素质量并未减少反而有所增加。在210℃,25 min时得到最大半纤维素移除率为86.0%。以半纤维素移除率、木质素移除率和纤维素损失率为因变量,处理温度和处理时间为自变量通过多元线性回归分析或二次方程(多元线性回归方程拟合度不佳时)拟合分别获得回归模型。模型显示处理温度和处理时间对三者均具有显著影响。分析敏感性显示处理温度对三种因变量的影响均大于处理时间。经210℃,20 min处理后,纤维素酶解率最高为76.2%,继续提高处理温度和延长处理时间半纤维素移除率提高,但纤维素酶解率下降。

利用自制恒温热重装置,模拟循环流化床富氧燃烧气氛,进行了石灰石同时煅烧/硫化实验,并通过对煅烧/硫化产物孔结构以及硫化产物电导率的测量,探讨了硫化反应机理。相比石灰石先煅烧成CaO再硫化,吸收剂孔隙更容易堵塞且更早进入到产物层扩散控制阶段;产物层扩散控制阶段固态离子扩散率更高,可获得更快的硫化速率和更高的最终钙转化率。烧结会极大影响CaO的钙转化率,尤其当温度高于950℃时;粒径效应显著,随石灰石颗粒粒径减小最终钙转化率明显提高;SO₂浓度提高有助于最终钙利用率的提高。建立了晶粒-微晶粒模型,对不同温度、粒径、SO₂浓度条件下石灰石同时煅烧/硫化特性进行了数学模拟,模拟结果与实验结果较为吻合。

降压法开采天然气水合物会受到储层传热的明显影响。降压联合井壁加热开采天然气水合物是将降压和热激两种方法综合使用,由此建立了天然气水合物降压联合井壁加热开采的数学模型,通过数值模拟手段对实验室尺度下的降压联合井壁加热法开采天然气水合物进行了模拟研究。模型得到了实验数据的较好验证。进一步的模拟结果表明:井壁加热能够给区域内提供热量并有效提高温度,有助于改善天然气水合物的产气,降压联合井壁加热开采方式下的产气优于纯降压开采情形。但同时由于传热方向和导热等限制,井壁加热的作用范围和对产气率的提高有限。不同井壁加热温度下的产气率变化较小,对产气率的影响几乎可以忽略。此外,联合开采方式下边界传热对天然气水合物的产气影响较大,可能影响此方法在低地热梯度环境下实际储藏的开采使用。

以分析纯试剂CaCO₃、Al₂O₃和Na₂CO₃为原料,在1350℃烧结1 h合成了Na₂O掺杂铝酸钙熟料,并采用XRD、SEM和EDS等方法研究了Na₂O掺杂CaO-Al₂O₃体系铝酸钙化合物的物相演变规律及熟料浸出性能。结果表明:当CaO和Al₂O₃的摩尔比为1.0时,CaO-Al₂O₃体系铝酸钙由CaO·Al₂O₃和12CaO·7Al₂O₃组成,而Na₂O掺杂铝酸钙熟料由CaO·Al₂O₃、12CaO·7Al₂O₃、Na₂O·Al₂O₃和Na₄Ca₃(AlO₂)₁₀组成。除形成含Na₂O化合物外,熟料中掺杂的Na₂O固溶于12CaO·7Al₂O₃中,而CaO·Al₂O₃中几乎不含Na₂O。随着熟料中Na₂O掺杂量的升高,12CaO·7Al₂O₃和Na₄Ca₃(AlO₂)₁₀的含量逐渐增加,CaO·Al₂O₃的含量逐渐降低;12CaO·7Al₂O₃和Na₄Ca₃(AlO₂)₁₀的结晶度逐渐降低,CaO·Al₂O₃的结晶度逐渐升高。Na₂O的掺杂提高了熟料在碳酸钠溶液中的浸出性能,并且使浸出渣中CaCO₃的空间群由R-3CH、P63/MMC两种转变为只含有R-3CH一种。

聚合物的热解过程涉及的化学反应较为复杂,难以通过测试表征的手段深入探究其机理。本研究在实验表征的基础上,结合ReaxFF分子动力学(ReaxFF-MD)模拟方法,研究了丙炔基双酚A醚硼聚合物(PB)的热解过程。通过观察升温过程中PB的结构变化,可得到其热解过程中的断键顺序。此外,采用ReaxFF-MD模拟,其研究结果不仅验证了实验中热重-红外光谱联用(TG-FTIR)分析所得的PB热解生成小分子的主要组成为CH₄、H₂O、H₂ 和 CO,并且通过追踪上述小分子的生成过程可得到其主要的生成途径。以上研究结果表明,ReaxFF-MD模拟方法不仅有助于理解PB聚合物的热解机理,直观地反映出其热解产物生成途径,而且对聚合物耐热性能的研究有所借鉴。

利用离子凝胶法和超临界强制分散悬浮液(SpEDS)技术制备具有核壳型结构的壳聚糖纳米粒(CS NPs)/聚乳酸-聚乙二醇-聚乳酸三嵌段共聚物(PLLA-PEG-PLLA)复合微粒,考察和优化了壳聚糖纳米粒和复合微粒的制备条件,并对二者的理化性质和细胞毒性进行研究。结果表明,壳聚糖纳米粒的制备优化条件为壳聚糖浓度2 mg·ml^-1、pH 5.0、三聚磷酸钠浓度1 mg·ml^-1。溶剂/非溶剂比为复合微粒粒径的显著影响因素,复合微粒的制备优化条件为油相浓度5 mg·ml^-1、水油比0.75:10.00、溶液流速2 ml·min^-1、溶剂/非溶剂比0.5:1.0。优化条件制得的复合微粒粒径为323.7 nm,透射电镜(TEM)显示其具有核壳型结构。理化表征结果显示壳聚糖与三聚磷酸钠发生作用,但制备工艺前后材料官能团未发生明显变化,而且复合微粒中PLLA-PEG-PLLA晶型更加均匀;不同浓度组的CS NPs/PLLA-PEG-PLLA复合微粒(0.25、0.50和1.00 mg·ml^-1)的细胞相对增殖率分别为105.3%、101.9%和100.9%,细胞毒性分级为0级,表明具有核壳结构的CS NPs/PLLA-PEG-PLLA复合微粒生物相容性良好,有望进一步应用于共载基因和抗癌药物的抗癌活性研究。

通过先合成脂肪氨基邻苯二腈再合成酞菁的工艺制备了一系列可溶性近红外吸收氨基酞菁。采用核磁共振氢谱(¹H NMR)、红外光谱(FT-IR)、溶解性实验、紫外吸收光谱(UV-Vis)、热重分析法(TGA)对氨基酞菁的结构和性能进行了表征。结果表明成功合成了不同结构的氨基酞菁。在酞菁外围a位取代脂肪族氨基以及采用Mn²⁺配位,可以得到较高溶解性的氨基酞菁。脂肪族氨基的供电子性能,尤其是a位取代,配合Mn²⁺,可使酞菁Q带出现较大红移,3, 3', 3", 3"'-四正丁氨基锰酞菁(a-TnBAMnPc)在三氯甲烷溶液中的最大吸收波长可达870 nm。研究了a-TnBAMnPc在聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和水性聚氨酯(WPU)中的近红外吸收性能,在PMMA膜片中,a-TnBAMnPc的添加量超过0.60%(质量分数)时,在862 nm波长处透过率为0;在WPU涂层中,a-TnBAMnPc含量超过0.40%(质量分数)时,在866 nm波长处透过率为0。

以十八烷基三甲基氯化铵(OTAC)协同纳米SiO₂制备Pickering乳液,碱性条件下引发D₄开环聚合制备线性聚硅氧烷(PDMS),然后加入交联剂KH560制备阳离子型水基硅橡胶乳液。考察了纳米SiO₂与OTAC用量对Pickering乳液性能的影响,通过zeta电位、TEM及SEM研究了OTAC在SiO₂表面的吸附状态,用FT-IR、²⁹Si NMR对水基硅橡胶的结构进行了表征,研究了KH560用量对橡胶膜对水接触角和邵氏硬度的影响。结果表明: w(SiO₂)=2.0%时,乳液流动性和稳定性最优;w(OTAC) = 1.75%时,OTAC在纳米SiO₂表面的单层吸附达到饱和,单体转化率为89%,粒径为617 nm,zeta电位接近零点,PDMS的数均分子量为16036,PDI为1.485;w(KH560)=5.0%时,KH560与PDMS充分水解缩合,硅橡胶膜憎水性和硬度显著提高。

纳米锑掺杂氧化锡(ATO)具有优越的光电性能,在制备过程中前驱体干燥处理至关重要。为掌握ATO前驱体的超临界CO₂干燥工艺特性,研究了超临界干燥的时间、温度、压力和CO₂流量等工艺参数对纳米ATO粒径、比表面积等的影响,进一步探讨了超临界CO₂流量对干燥动力学的影响规律,并拟合了干燥曲线方程。结果表明:温度35～40℃、压力10～14 MPa、CO₂流量1.2～1.8 L·h^-1、干燥5～6 h,最终能够获得平均粒径20～30 nm、高比表面积的纳米ATO材料;流量对干燥速率有明显影响,醇分比0.4为干燥速率由恒速转为降速的临界点,醇凝胶干燥动力学方程能够很好地描述ATO醇凝胶干燥工艺过程。研究结果可为湿法制备纳米材料的湿凝胶干燥工业化生产和控制提供参考。

通过聚合溶胶路线制备出稳定的Ti/Zr(摩尔比=1:1)复合溶胶。采用浸浆法,在平均孔径为5～6 nm的片状a-Al₂O₃/g-Al₂O₃载体上制备出完整无缺陷的Ti/Zr复合纳滤膜。详细考察了焙烧温度对Ti/Zr粉体的影响,并考察了Ti/Zr复合纳滤膜的性能。结果表明:在较高烧成温度下(500℃),Ti/Zr粉体依然呈无定形态且保持微孔结构。在400℃烧成温度下制备出孔径为1.49 nm的Ti/Zr复合纳滤膜,该膜的截留分子量(MWCO)为880,纯水通量为4.3 L·m^-2·h^-1·MPa^-1。在pH=6,压力0.8 MPa的条件下,该膜对0.005 mol·L^-1的MgCl₂、CaCl₂的截留率分别为85%和78%。

为解决悬浮相TiO₂粉体处理水中污染物后难以分离和回收利用的缺点并进一步提高纳米TiO₂对太阳光的利用率,采用溶胶-凝胶法制备了Pr³⁺:Y₂SiO₅粉体、TiO₂薄膜以及Pr³⁺:Y₂SiO₅/TiO₂复合膜。利用XRD、SEM等表征方法对样品进行表征。重点考察了Pr³⁺:Y₂SiO₅/TiO₂复合材料薄膜对亚甲基蓝的光催化降解效率与镀膜层数等因素的关系。结果发现涂覆5层Pr³⁺:Y₂SiO₅/TiO₂复合膜时,降解率可高达95.7%,其对应的第2次和第3次降解率分别为82.46%和74.94%;随着Pr³⁺:Y₂SiO₅/TiO₂复合膜薄膜面积的增加降解率先增加后降低,使用8张薄膜时降解率最高达96.43%;增加光照强度有利于提高降解率,但当光照强度增加到100 W时,降解率达到稳定值96.18%;随着初始浓度的增加,降解率逐渐降低。

基于气体具有可压缩性特点提出了可压缩气辅挤出概念,为探明气辅挤出中可压缩气体对聚合物熔体挤出成型的影响建立了熔体和压缩气体两相流模型,利用有限元计算方法对可压缩气辅的聚合物挤出成型进行了非等温黏弹数值模拟,并对比分析了传统无气辅和可压缩气辅挤出的物理场分布情况。研究表明,气辅挤出中的气体密度分布不是恒定值,而是随压力和温度空间分布变化,并且在引入气体层以及气体可压缩性后,可压缩气辅挤出与传统无气辅挤出方法相比在各物理场分布上存在较大的差异,当可压缩气体入口压力逐渐增大时熔体挤出收缩程度明显增大。该结果与实验一致,这些是传统无气辅挤出模拟无法体现出来的。