针对近年来离子液体在吸收分离硫化氢(H₂S)气体方面的研究进展, 重点论述了H₂S在离子液体中的溶解度及对其他气体的选择性、H₂S-离子液体体系的热力学性质及模型。对离子液体吸收H₂S的机理进行了分析, 阐述了离子液体阴阳离子种类、结构以及取代基等对H₂S分离性能的影响规律, 简要提出了该领域存在的研究难点和未来的发展方向。

测定了常压下乙醇胺乳酸盐-水二元混合体系纯组分及混合液在303.15～333.15 K温度内的密度和黏度, 并对实验数据进行拟合, 通过Jouyban-Acree模型将密度、黏度数据与温度和组成进行关联, 得到关联参数。实验还测定了不同水分含量下该体系饱和吸收SO₂后的密度、黏度。结果表明:该二元混合体系的密度随着温度以及水含量的增大而下降;在水分含量低时该体系的黏度随着温度以及含水量的增大而急剧下降;在水分质量分数超过60%时, 含水量对黏度变化的影响较小。在相同条件下饱和吸收SO₂后, 该体系的密度和黏度比吸收前的略有增大。另外, 分别由密度和黏度实验数据计算不同温度及组成下该二元体系的超额摩尔体积V^E和混合黏度变化Δη, 结果均为负值, 产生了负偏差, 说明离子液体与水之间较强的相互作用。

在温度90℃, 压力1 MPa条件下, 研究[C₄mim]Cl-水溶液对纤维素的溶解和结构变化的影响。在离子液体含量为60%～95%时, 无定形纤维素可以部分溶解, 并且加去离子水后有纤维素再生。经过[C₄mim]Cl-水溶液处理一段时间后, 微晶纤维素的晶型并没有发生改变, 但纤维素的结晶指数和晶粒尺寸的大小都有明显的变化, 纤维素的分子内和分子间氢键相对强度也有明显变化。离子液体含量不同对微晶纤维素的作用程度不同。

采用紫外光谱和荧光光谱研究了木质素模型化合物愈创木酚(guaiacol)在[C₄mim]Cl-H₂O体系中的溶解行为。分析了[C₄mim]Cl-H₂O二元体系和[C₄mim]Cl-H₂O-guaiacol三元体系的谱图, 发现在不同[C₄mim]Cl浓度下, 紫外光谱中芳香环的K带与B带的变化不同, 对愈创木酚的溶解影响也不相同;愈创木酚的加入会使[C₄mim]Cl-H₂O出现荧光猝灭现象, 其原因在于愈创木酚与[C₄mim]Cl-H₂O形成氢键, 此弱分子间作用力影响了溶液的光谱行为。

利用衰减全反射红外光谱(ATR-IR)和二维相关红外技术研究2, 6-二甲氧基苯酚(2, 6-DMP)在1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐([C₄mim]BF₄)水溶液(离子液体摩尔分数x_IL=1.0～0.02)中的溶解行为。随着水量增大, 2, 6-DMP溶解度先增大而后急剧减小, 对应的x_IL阈值为0.1。2, 6-DMP与[C₄mim]BF₄之间存在强相互作用, 2, 6-DMP上的甲氧基是重要作用位点之一;当少量的水加入[C₄mim]BF₄(x_IL=0.1～1.0), 致密的离子簇结构被解离, 2, 6-DMP容易与[C₄mim]BF₄作用, 溶解度增大;随着大量水加入(0.02<x_IL<0.1), 离子簇完全解离为大分子水簇包围的离子对, 憎水的2, 6-DMP与[C₄mim]BF₄作用困难, 溶解度减小。这种由于水量改变引起的[C₄mim]BF₄水溶液微观结构变化影响2, 6-DMP溶解行为。

研究了自然对流条件下疏水表面结霜初期冷凝液滴的生长过程, 建立了考虑不凝气影响的液滴传热及生长模型, 分析了表面接触角和冷面温度对液滴生长的影响。结果表明, 液滴生长过程中的主要热阻为液滴内部导热热阻和相界面热阻, 随着表面接触角的增大, 这两个主要热阻均增大, 因此表面疏水性越好, 液滴生长越缓慢;而由于冷凝传热温差随冷面温度降低而增大, 因此冷面温度越低, 液滴生长越快。

采用液膜流动测定及CO₂吸收实验较为系统地考察了固体壁面与丝网壁面液膜流动差异, 以及网孔尺寸对降膜流动及传质影响, 结果表明:在较低Re下, 丝网结构对液膜波动存在一定抑制作用。两种结构的壁面液膜波动振幅整体上随Re及距进口位置的增加而有所增加, 相比于固体壁面, 丝网壁面在沿流动方向不同位置处平均膜厚及波动振幅差异更小, 且在较低Re(<80)下, 液膜波动对液量更为敏感。不同孔径丝网板液膜流动观测结果表明, 液膜瞬时波动振幅及波动频率随丝网孔径的增加均出现了先增加后减小的变化趋势;在不同物系下, 当网孔尺寸≤2 mm时, 膜厚随网孔尺寸的增加逐步增大, 后随着网孔尺寸的进一步增大, 膜厚逐步减小。此外, CO₂吸收实验结果显示, 随着丝网孔径的减小, 测试板传质性能提升明显, 但单位面积网丝对传质贡献减少。

研究了VO²⁺在Nafion117质子交换膜中的传质过程, 重点考察了不同操作工况下浓度场和电场的协同作用。定量了电场对钒离子透膜传质过程的影响大小, 并根据实验数据拟合出了VO²⁺在Nafion117膜中的表观电迁移率。结果表明:电场对高浓度电解液的离子透膜过程影响较大, 升高温度和增加电解液对流均强化了电场作用在钒离子透膜传质的影响, 加入的正向电场越强, 跨膜渗透越剧烈, 且电场因子随着时间的增加而增加。反向电场有利于缓解钒离子透膜传递过程。

选用HiFire-1锥体部分作为研究对象, 采用顺序耦合方法, 对飞行器锥体的流-热-固耦合场进行了研究分析。在外流场的数值模拟中采用Transition k-kl-w湍流模型准确计算出了转捩位置和热流数值, 在温度场和应力场的数值模拟中计算了气动加热1 s时温度场和应力场的分布, 温度最高点和变形最大处均出现在头锥顶端, 温度在轴线方向上呈现环状的分布, 沿轴线逐渐降低, 整体结构的弹性变形和温度正相关, 且主要变形区域集中在前端高温区。

制冷剂闪蒸瞬态喷雾冷却在激光治疗血管性皮肤病手术中得到广泛应用, 主要用于激光照射前选择性地冷却表皮。本文搭建了喷雾冷却实验台, 设计不同长径比膨胀腔新型透明喷嘴, 应用薄膜热电偶瞬态温度快速测量技术和杜哈梅尔定理计算方法对比分析了膨胀型喷嘴和传统直管型喷嘴应用低沸点的新型制冷剂R404a的闪蒸瞬态喷雾冷却表面动态传热特性。应用高速摄像仪和采用背光法对新型喷嘴膨胀腔内部制冷剂流动形态进行观察, 发现制冷剂液体在膨胀腔内首先发生一次闪蒸破碎, 剧烈相变产生大量气泡, 可导致液滴温度在喷嘴内部大幅降低, 而直管型喷嘴制冷剂只在喷嘴喷出后才形成闪蒸喷雾并降温。因此, 膨胀腔型喷嘴比直管喷嘴具有更佳的冷却效果, 能够产生更低的冷却温度, 更高的热通量、传热系数和换热量。膨胀腔长径比是影响此类喷嘴喷雾冷却效果的关键因素, 在长径比1:2时其冷却能力最强、有效冷却时间最长。

为了利用共轭梯度法的计算精度高和收敛速度快的优点, 避免传统共轭梯度法在求解非线性热传导反问题中的微分处理、复杂的推导过程等问题, 给出一种改进的共轭梯度法, 即将复变量求导法引入传统的共轭梯度法, 准确计算了各灵敏度系数, 进而对瞬态非线性热传导反问题进行求解, 并对边界条件进行辨识。算例验证了本文方法的有效性与精度。与传统共轭梯度法相比, 在处理非线性问题方面, 本文方法具有操作简单和精度高的优点。

圆球堆积床内孔隙分布影响其内部流场及温度场分布, 且小管径-球径比堆积床由于壁面限制, 内部孔隙率变化剧烈, 其内部流动和传热不均匀现象明显。针对D/d_p为3的圆球无序堆积床构建了3种非等直径圆球复合堆积结构:径向分层复合堆积、轴向分层复合堆积以及随机复合堆积结构, 并采用DEM-CFD方法建模计算, 从径向及整体角度分析比较不同复合堆积床内流动换热特性及其流场和温度场分布的均匀性。结果表明:孔隙率及孔隙大小分布共同影响堆积床内流场和温度场分布;相对于单一等直径圆球堆积, 采用复合堆积结构能使堆积床内部孔隙率分布更均匀, 其内部流场和温度场分布也更为均匀;对于D/d_p为3的堆积通道, 径向分层堆积结构对于提高整体流动换热性能及改善内部流动换热均匀性都有显著效果。

球形颗粒的运动速度与局部强内热源移动球床通道内温度分布有着必然联系。通过理论推导分别得到了含有强内热源移动球床中球形颗粒运动速度与加热区出口和通道出口平均温度之间的关联式。运用数值方法获得了含有局部强内热源移动球床三维模型的温度分布, 通道出口温度的数值结果与理论关联式计算结果吻合良好, 两者相对误差小于8%。在此基础上, 进一步对比分析了3种不同运动速度下的内热源加热区出口温度、球床通道中心温度和出口温度的分布特点。通道中心温度沿颗粒运动方向先升高后降低, 最高温度出现在加热区出口处。随着颗粒运动速度增大, 内热源加热区出口温度、通道出口温度和通道中心温度逐渐降低且径向温度梯度也随之减小。

针对直流蒸汽发生器二次侧复杂的流动与换热过程, 为准确研究其内热力参数空间分布规律, 将其分为预热段、过冷沸腾段、饱和核态沸腾段、强制对流蒸发段、缺液段、过热段, 基于分布参数法建立了直流蒸汽发生器一维均相流数学模型, 并自主开发了可实现自动分段计算的直流蒸汽发生器MATLAB仿真程序。仿真结果表明, 基于传热分区的模型能准确预测不同工况下壁温飞升的幅度、位置及各传热区域传热管的长度, 得到直流蒸汽发生器工作恶劣区域。所得结果可为预防直流蒸汽发生器超温爆管等事故提供理论支持。

根据多孔介质热质传递原理, 基于有限元的方法数值分析了具有表面热辐射的部分填充吸湿性多孔介质的封闭腔体内部自然对流流动及热湿耦合传递过程, 探讨了表面发射率、Rayleigh数和Darcy数等参数对封闭腔体内部自然对流流动及热湿耦合传递过程的影响, 研究结果表明, 壁面热辐射的作用可以提高多孔介质内部的温度, 而且随着表面发射率的增大, 多孔介质内部的水分逐步向其右上角迁移和聚集。另外, Darcy数、多孔介质与空气的热导率比对方腔内部多孔介质的热量传递和水分迁移影响较小。

对毛细力比为-1时环形液池内二元混合溶液的双扩散毛细对流进行了三维数值模拟, 液池内、外壁维持恒定温度和浓度, 工质Prandtl数为5.54, Lewis数为25.8。结果表明, 当温差较小时液池内会出现二维轴对称稳态流动;随着温差的增加, 流动会失稳, 深宽比为0.15时流动失稳的临界热毛细Reynolds数为231.6, 临界频率为10.6;流动失稳后将转变为周期性振荡流动。液池内流体的流动随深宽比的改变将分别出现周期振荡、亚临界非稳态及三维稳态等流动状态。

针对冷库结霜严重制约其经济性的问题, 化学固体吸附除湿防霜技术逐渐得到重视。本文将对水吸附能力较强的金属卤化物与容易定型且传热传质性能较好的分子筛相结合, 制成复合吸附剂, 建立了低温情况下吸附材料的吸湿性能测试系统, 并进行了大量测试, 给出了多种材料在-5℃、-10℃、-15℃下的吸湿量及吸湿速率变化, 实验结果表明复合吸附剂的吸附性能与单纯的分子筛相比有了明显的改善, 13X型分子筛浸渍浓度20%的NaBr溶液所得试样吸湿量和吸湿速率性能优越, 复合过程中损失较少, 成本低, 可作为复合吸附剂应用于冷库除湿系统中。

用Fluent软件模拟仿真分析了FTW型涡轮空气分级机内部流场的动态压力、湍动能、流动速度的分布, 对比分析不同加料速度对分级机内部流场的影响。结果表明:加料速度增加, 动态压力降低, 但分布曲线的对称性更好;湍动能降低, 但分布更为均匀;径向速度增加, 切向速度和轴向速度都降低, 且分布更为均匀, 其中轴向速度较大, 对流场影响更大;有利于流场稳定, 更有利于物料分级。实验测试了分级粒径分布部分支持这些效果。

利用有限元分析软件ANSYS对4000 m³大型球罐进行整体建模, 对其在不同操作工况下进行应力分析。同时研究球罐模型的建模方法、各种载荷的施加方法, 并采用ASME规范对球罐支柱和球壳连接处等多个部位进行应力评定, 总结出完整的应力分析方法, 从而为球罐的结构设计提供指导。经计算, 组合工况, 自重+设计压力+25%风载荷+地震载荷应力结果最大, 球壳上最大应力点发生在支柱与球壳连接处的最高点。球罐的最大应力值发生在支撑和球壳的连接部位, 说明支撑与球壳的连接处是薄弱点, 设计时应给予关注, 增加支柱与球壳连接长度能有效降低应力集中水平。

采用3种方法成功制备了固载型磺酸功能化离子液体, 对其催化苯胺与甲醛缩合制备4, 4'-二氨基二苯甲烷(4, 4'-MDA)的反应性能进行了评价, 并考察了其重复使用性能。结果表明, 固载型磺酸功能化离子液体的催化效果与其固载量正相关, SiO₂@[HSO₃-ppim]CF₃SO₃-Ⅰ的固载量最高, 催化效果最好。以SiO₂@[HSO₃-ppim]CF₃SO₃-Ⅰ为催化剂, 4, 4'-MDA合成反应适宜的反应条件为:w(cat.)/w(HCHO)=1.5, n(AN)/n(HCHO)=4, 反应时间7 h, 反应温度80℃。在此条件下, 4, 4'-MDA的收率和选择性分别为74.9%和94.5%。通过酸碱滴定法测定酸量和红外谱图分析发现, 苯胺与离子液体的酸中心发生化学作用导致回收催化剂活性下降。利用CF₃SO₃H对回收催化剂进行酸化处理, 其活性得以恢复, 重复使用4次, 催化活性没有明显降低。

以磷钨酸盐离子液体为催化剂研究了温和条件下浮萍的催化水解制备还原糖性能。系统考察了离子液体类型、离子液体结构、催化剂用量、反应温度及反应时间等实验因素对还原糖、葡萄糖、木糖收率的影响。研究结果表明, 磷钨酸盐离子液体具有良好的催化活性, 在反应时间3 h, 反应温度140℃, 催化剂用量0.4 mmol的条件下, 浮萍水解后总还原糖收率可达到79.8%, 其中葡萄糖和木糖收率分别为339.8 mg·g^-1 和62.2 mg·g^-1。浮萍原料与水解残渣的傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、热重(TG)、元素分析(EA)对照分析结果表明:浮萍水解后纤维素和半纤维素含量明显下降, 残渣中木质素含量增加, 与分析结果一致。此外, 磷钨酸离子液体在此过程中也表现出优良的重复使用性能, 经简单分离, 可实现循环使用, 5次的重复使用后浮萍转化率未见显著降低, 还原糖收率仍可达70.1%。

以离子液体[Bmim][OAc]为反应介质和催化剂, 对聚乳酸 (PLA)丁醇醇解反应进行了研究。考察了反应温度、反应时间、离子液体用量、丁醇(n-butanol)用量对反应结果的影响。得到较佳工艺条件为:反应温度为150℃、反应时间为3 h、m([Bmim][OAc]):m(PLA)=0.2:1、n(n-butanol):n(PLA)=5:1。在上述条件下, PLA醇解反应转化率≥81%, 乳酸正丁酯收率≥70%。采用FT-IR技术对产品的结构进行了表征。 离子液体的回用性能结果表明:[Bmim][OAc]重复利用6次后, PLA转化率和乳酸正丁酯收率无明显变化。

在微波反应器中通过有机多胺与氯化1-氯乙基-3-甲基咪唑离子液体[CeMIM]Cl的烷基化反应, 合成了具有配位功能离子液体[N₃MIM]Cl, 以替换传统的有机配体, 与催化剂CuBr配位形成催化体系, 催化离子液体中的原子转移自由基聚合(ATRP)。研究了反应工艺对离子液体合成的影响, 结果发现采用微波反应器加热, 反应时间短, 产物收率高。当反应物配比1.5:1、反应温度为75℃、微波反应3 h时, 产物[N₃MIM]Cl的收率达98.6%。采用电喷雾质谱和红外光谱测定离子液体结构, 证明该离子液体为[N₃MIM]Cl。将所合成配位离子液体替代有机配体, 用于离子液体中MMA的ATRP反应, 结果表明:配位离子液体可提高催化剂在离子液体中的溶解性, 使过渡金属催化剂容易与聚合产物分离。

利用超级电容器活性炭(S-AC)直接还原KMnO₄制备出复合比例分别为1:3、1:1和3:1的MnO₂/S-AC复合催化剂, 进而负载于泡沫镍上制得MnO₂/S-AC泡沫镍空气阴极。通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、能量散射X 射线谱(EDX)和比表面积(BET)及孔分布测试对所制复合催化剂表征可知, 随复合比例的增加, 在S-AC表面的MnO₂由纳米薄片聚集成粒径为300～500 nm的颗粒, MnO₂/S-AC的内部及外部表面积都有所减少。基于线性扫描伏安曲线、功率密度曲线和极化曲线分析微生物燃料电池(MFC)的阴极性能和产电性能。复合比例为1:3时, MFC最大功率密度达到321.2 mW·m^-2, 比阴极负载S-AC时提高了约20%, 这与其较高的比表面积和MnO₂良好的催化活性相关。MnO₂/S-AC复合催化剂控制在一定的质量比时, 可以有效提高阴极性能及MFC的产电效果, 有助于空气阴极MFC的的放大和工程应用。

合成了由吡啶、N-甲基咪唑、N-甲基-2-吡咯烷酮提供有机阳离子, 磷钨酸、对甲苯磺酸提供阴离子的6种离子液体。使用NMR、FT-IR和TG对离子液体表征, 并考察它们催化甘油与月桂酸酯化的催化效果。结果表明, 这些离子液体都具有较好的热稳定性, 以1-(丁基-4-磺酸基)-3-甲基咪唑磷钨酸盐离子液体的热稳定性最好。在最佳条件使用离子液体催化甘油与月桂酸反应时, 阴离子的种类对月桂酸的转化率影响较大, 以对甲苯磺酸为阴离子的离子液体催化反应时, 月桂酸转化率较以磷钨酸为阴离子的离子液体的高;1-(丁基-4-磺酸基)-3-甲基咪唑对甲苯磺酸盐离子液体做催化剂时甘油单月桂酸酯的产率最高。催化剂重复使用性方面, 离子液体重复使用5次催化活性没有明显变化。

选用泡沫金属(Fe-Ni)作为催化剂载体, 通过浸渍法制备了整体式催化剂(Pd/Al₂O₃/Fe-Ni)。然后使用该泡沫金属载体整体式催化剂在微小燃烧器中对低浓度甲烷进行催化燃烧实验, 分析了燃烧器温度、甲烷浓度以及流量对甲烷转化率的影响。结果表明, 随着燃烧反应器内温度的升高, 混合气体总流量的降低和甲烷浓度的增大, 甲烷的转化率增大;进一步分析表明温度是影响转化率最关键的因素, 当燃烧反应器内温度为550℃, 甲烷浓度为5%, 总流量为50 ml·min^-1时, 甲烷的转化率可以达到98.7%。

建立了一套放大脱硫装置, 利用该装置研究了乙醇胺乳酸盐([MEA]L)水溶液在不同条件下吸收SO₂的性能, 确定出了较优的实验条件, 并在该条件下进行吸收-解吸SO₂循环实验。研究结果表明:烟气中SO₂的去除率随[MEA]L中水分的增加而增加;SO₂的去除率随着气液比的减少而增加, 在气液比为420, SO₂浓度为2850～14280 mg·m^-3范围内时, 出口烟气中SO₂浓度均小于285 mg·m^-3, 满足排放标准;烟气中的CO₂对[MEA]L水溶液吸收SO₂没有影响;利用蒸汽对富液进行解吸再生, 解吸后的贫液可以继续使用, 并且仍具有很高的SO₂去除率。

采用季铵盐与酚形成低共熔溶剂(DES)从含酚的混合物中萃取分离酚是一种有效的油酚分离方法, 然而分离过程中, 中性油的夹带会影响分离效率。以含苯酚200 g·L^-1的甲苯溶液作为模拟油酚混合物, 氯化胆碱(ChCl)作为分离剂, 研究了氯化胆碱的加入量、萃取温度(25～55℃)及模拟油中直链烷烃的浓度等因素对酚的萃取分离及中性油夹带的影响。结果表明, 随着ChCl加入量增大, 酚萃取率升高, 中性油的夹带量减少;ChCl过量时, 酚的萃取量恒定且达到极大值, 中性油夹带量恒定且夹带量最小;萃取温度对酚的萃取率影响不大, 对中性油的夹带量在ChCl加入量不足时随温度升高而增多, 当ChCl加入量足量时与温度变化关系不大;模拟油中直链烷烃的浓度不影响萃取效率, 浓度越高, 甲苯夹带越少。以ChCl萃取含苯酚200 g·L^-1的甲苯溶液, 在萃取温度25℃、ChCl加入量大于0.6(与酚的摩尔比)的条件下, 苯酚萃取率达95%, 甲苯夹带率为15%, 70℃条件下氮气吹扫60 min内可将DES中甲苯完全去除。

将一种典型的室温离子液体(ionic liquids, ILs)1-辛基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐作为替代溶剂用于盐湖卤水萃取锂。在该萃取体系中, 离子液体和磷酸三丁酯(TBP)分别用作萃取介质和萃取剂。详细考察了水相酸度、相比等因素对锂分离效率的影响。初步结果表明:与传统萃取体系相比, 该离子液体萃取体系能极大提高萃取效率。该体系最优条件包括: TBP/ILs=9/1(体积比), 相比O/A=2:1, 水相的pH萃取前不需要调节。在此条件下, 锂和镁的单级萃取效率分别为80.64%和5.30%。经过三级逆流萃取, 锂的萃取率高达99.42%。在温度为80℃, 反萃相比A/O为2的条件下, 锂和镁的单级反萃效率分别为98.78%和99.15%。反萃水相中的镁锂比(Mg/Li)降至3.03, 与初始值相比降低了93.41%。

为了研究离子液体对环境水体中氯酚类物质的萃取性能, 以治理氯酚类污染物。制备了1-辛基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐([Omim]PF₆) 和1-辛基-3-甲基咪唑氟硼酸盐([Omim]BF₄)两种疏水性离子液体。以超声波辅助萃取的方法, 研究了离子液体对2-氯苯酚(2-CP)、4-氯苯酚(4-CP)、2, 4-二氯苯酚(2, 4-DCP)和2, 4, 6-三氯苯酚(2, 4, 6-TCP)等化合物的萃取性能。考察了温度、时间、相比(V_IL:V_CP)以及溶液 pH 等因素对萃取效果的影响, 并对离子液体的重复使用性能进行了探讨。结果表明, 温度与相比对萃取效果影响显著。两种离子液体对氯酚均显示出良好的萃取性能。在308 K, 当相比(V_IL:V_CP)为1:3, 溶液pH=3, 萃取10 min的条件下, [Omim]BF₄对2-CP、4-CP、2, 4-DCP和2, 4, 6-TCP的萃取率分别为97.60%、95.20%、99.40%和87.20%;而以[Omim]PF₆为溶剂, 对氯酚的萃取率依次为95.80%、92.20%、98.20%和85.40%。研究发现, 与磁力搅拌萃取方法不同, 超声波辅助萃取的方法, 随温度升高离子液体对氯酚类物质的萃取率增大。

3种咪唑类离子液体:1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐([C₄mim][PF₆])、1-己基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐([C₆mim][PF₆])、1-辛基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐([C₈mim][PF₆])被作为绿色溶剂用于盐湖卤水分离镁锂, 建立了以离子液体(ILs)、磷酸三丁酯(TBP)分别为萃取介质和萃取剂的盐湖卤水锂萃取体系, 并与使用传统有机溶剂磺化煤油和氯仿的萃取效果进行了对比。研究发现, 该离子液体体系较使用传统挥发性有机溶剂的萃取体系有更高的萃取率。锂的萃取率随离子液体中烷基碳原子数的减小而增加。详细考察了溶液pH、离子液体浓度、相比对萃取效率的影响, 获得了离子液体体系萃取的最优条件。在最佳萃取条件下, 3种离子液体体系对锂的单级萃取效率均高于80%, 分离系数最高达到100以上。机理研究表明:离子液体体系是以阳离子交换实现对锂的萃取, Li⁺与TBP形成[Li·2TBP]⁺络合物进入有机相。

基于(火积)耗散热阻的概念, 分析了换热器网络中的传热过程, 并结合变频泵的性能分析和管网的阻力分析, 建立了换热器网络中结构参数、运行参数和用户需求之间的直接联系, 完善了换热器网络优化的数学模型。在此基础上, 构建了基于(火积)耗散热阻换热器网络优化的方法。最后以一个典型的有变频水系统的换热器网络为例, 阐释了基于(火积)耗散热阻的换热器网络优化方法。研究结果表明, 在给定换热器网络中各换热器热导的情况下, 通过优化计算可以获得使换热器网络中总泵能耗最小的运行参数。在变工况运行的情况下, 随着换热器网络换热量的增大, 各变频泵的运行参数出现不同程度的增大, 增大的速度与工质的性质和管网的阻力特性等因素有关。

通过添加光亮剂, 分别在AlCl₃-氯化1-甲基3-乙基咪唑(AlCl₃-EMIC)和MnCl₂-AlCl₃-EMIC离子液体中电沉积Al和Al-Mn镀层, 重点研究了光亮剂对镀层形貌、结构以及光亮性的影响, 探讨了镀层光亮的机理。采用扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)对镀层形貌和结构进行观察和分析, 以镀层对图案的反射能力大小对光亮度进行表征。结果表明, 添加光亮剂之后, 可以电沉积出具有镜面光亮的Al和Al-Mn镀层, 并且镀层的光亮度随光亮剂浓度的增加而增加。光亮Al镀层为具有择优取向生长的纳米晶体, 而光亮Al-Mn则是纳米尺寸的非晶颗粒。镀层光亮的产生是由于光亮剂细化了Al晶粒和Al-Mn非晶颗粒, 同时使Al晶体择优取向生长造成的。

太阳能光解水制氢是太阳能利用的重要途径之一。a-氧化铁是极具潜力的阳极材料, 但是a-氧化铁光生空穴的扩散长度(20 nm)远小于其光子穿透距离(波长550 nm时为120 nm), 导致电子空穴对在参与光催化反应之前发生严重的复合, 从而极大地降低太阳能利用效率。提出一种a-氧化铁/银纳米孔阵列的超薄膜双层结构, a-氧化铁的厚度仅为20 nm, 且具有很强的可见光吸收特性, 因此光生电流比相同厚度的a-氧化铁光解水电池高238%。超薄膜光学吸收的机理包括亚波长干涉共振效应和局部表面等离子激元效应, 这两种强化光学吸收的机理也可以应用于光生电荷输运能力差的半导体太阳能光伏器件。

选取具有不同组分分离效果的离子液体1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐([Emim]Ac)和1-乙基-3-甲基咪唑氯盐([Emim]Cl), 并联用瞬间弹射蒸汽爆破(instant catapult steam explosion, ICSE)对水稻秸秆进行预处理。离子液体导致了组分的重排, 使纤维素更多地暴露于物料表面, 同时减弱了木质素对纤维素紧密交联的程度。ICSE的使用提升了离子液体的预处理效果, 酶解糖收率比单纯使用离子液体升高了14.83%([Emim]Ac)和13.14%([Emim]Cl), 其中ICSE联用[Emim]Ac的糖收率最高达97.00%。采用扫描电镜(SEM)和热重分析仪(TGA)进行物料结构分析, 证实了ICSE联用离子液体有助于破坏物料的致密结构, 增加无定形区, 从而提高酶解糖收率。

室内及车内环境中材料散发的挥发性有机化合物(VOC)是造成空气品质低劣的重要因素之一, 显著影响着人们的舒适度和身体健康。材料VOC散发特性由3个关键参数表征:初始可散发浓度C₀、扩散系数D_m和分配系数K。测定上述散发关键参数是研究材料VOC散发规律进而预测人体暴露和健康风险的基础。基于目前应用最广泛的直流舱中材料VOC的散发过程, 提出了同时测定C₀和D_m的浓度轨迹法。该方法通过预设K值, 然后对环境舱浓度的对数进行线性拟合, 根据斜率和截距获得关键参数C₀和D_m。敏感性分析表明, 不同的K值对测定的C₀和D_m值影响很小。通过对文献中的直流舱散发实验数据进行处理, 结果表明该测定方法具有较高的精度。

对含油污泥及其抽提油和热解油的组成进行分析。采用热重分析仪对含油污泥在空气氛下的热重特性进行实验研究, 考察不同升温速率下的热重(TG)和差热分析(DTA)曲线。采用Coats-Redfern积分法, 基于9种不同动力学机制模式函数分别对200～600℃之间的热重分析数据就ln[g (a)/T²]对1/T进行校正决定系数分析, 拟合反应动力学活化能和指前因子。实验结果表明:随着升温速率的增加, 油泥的TG和DTA曲线都向高温方向移动。含油污泥的热解阶段分为200～400℃和400～600℃两个阶段, 第一个阶段符合三维扩散反应动力学机制;第二个阶段含油污泥的热解反应符合一级反应规律。

离子液体能够富集空气中的半挥发性有机污染物。然而, 在采样管的研制过程中, 离子液体空气采样管出现了白雾和变黑的现象, 同时出现本底高、杂质多的现象, 严重妨碍了采样管的实际应用。为了弄清楚这些现象产生的原因, 实验采用自合成的1-乙酸甲酯基-3-甲基咪唑双三氟甲烷黄酰亚铵盐[CH₂COOCH₃MIM][NTF₂], 制成改进的空气采样管, 进行了一系列的研究。在保证离子液体采样管重复利用的基础上, 通过设计正交实验优化了二级脱附的条件:二阶段脱附模式, 脱附气体为氦气;第一阶段样品管脱附, 脱附温度220℃, 脱附时间15 min, 脱附流速50 ml·min^-1;冷阱捕集温度0℃, 第二阶段冷阱脱附, 脱附温度280℃, 脱附时间10 min, 升温速率40℃·s^-1, 阱前阱后均无分流;六通阀温度250℃, 传输线温度250℃;气相色谱质谱的条件为:初始温度为100℃保持1 min, 以10℃·min^-1的速率升至200℃, 再以5℃·min^-1的速率升至250℃, 保持4 min。并采用不锈钢网替代玻璃棉, 取得了很好的实际效果。

合成一系列含有长醚链的PEG基咪唑对甲苯磺酸盐(PEG基功能化离子液体), 检测其脱硫与再生性能, 并测定其脱硫过程中物性(密度、黏度和表面张力)变化。结果表明, PEG基功能化离子液体具有良好的脱硫与再生性能, 而且该离子液体的脱硫性能随醚链增长而增强, 20℃时SO₂与离子液体摩尔比达到5.51以上, 吸收的SO₂在80℃条件下可彻底解吸。由¹H NMR图谱和Raman光谱分析结果表明, PEG基咪唑功能化离子液体对SO₂的吸收为物理吸收。脱硫后的PEG基功能化离子液体密度增大, 表面张力减小, 黏度较脱硫之前显著降低。

基于红外光谱分析和反应过程树脂黏度及泡孔结构的变化, 说明了三聚氰胺和甲醛为主要原料制备热固性泡沫的机理, 物理发泡过程还发生交联固化, 不同条件下制备不同泡孔大小和长径比的泡沫。为获得轻质、降噪和回弹好的发泡材料, 设计了正交实验优化工艺, 得到最佳工艺为:发泡液黏度1500 mPa·s, 树脂液、表面活性乳化剂、正戊烷发泡剂、固化剂质量配比为50:2:16:4, 微波加热60 s, 制得密度5 kg·m^-3的密胺泡沫。

热界面材料通常用于降低电子器件中固体界面的热阻。热界面材料的性质, 如热导率、界面材料与固体表面间的接触热阻, 对于电子器件的散热分析非常重要。然而, 这些参数通常难以获得。依据ASTM D-5470测试标准, 搭建了一个热界面测试系统。通过该系统测试了硅油和导热硅脂的热导率, 以及它们与固体基板间的接触热阻。经分析, 测试热导率和接触热阻的相对误差分别小于11.3%和41.3%。

以鱼鳞片石墨为原料, 浓硫酸作为插层剂, 高锰酸钾作为氧化剂, 采用化学氧化法制备石墨插层物, 再利用微波辐射石墨插层物快速制备膨胀石墨。膨胀后的石墨颗粒呈"蠕虫"状, 蓬松粗大。随着鳞片石墨尺寸的减小, 膨胀石墨颗粒变得更加纤细, 达到最大膨胀体积时高锰酸钾的用量也随之减少。最佳微波时间为30～60 s, 此时间段内石墨膨胀完全并且无烧蚀。对于3种不同尺寸的鳞片石墨, 颗粒度大于0.42 mm的鳞片石墨在混合质量比m(石墨):m(H₂SO₄):m(KMnO₄)=5:10:4时, 达到最大膨胀体积为285 ml·g^-1。

混合填充复合材料的导热特性好于单一填充。根据碳纳米管与纳米片状石墨在高分子基材中的分布形态, 将碳纳米管与纳米片状石墨的"桥状搭接"结构作为等效基材, 未搭接的"游离态"碳纳米管作为填料, 利用串并联热阻模型和Maxwell-Garnett等效介质法建立了混合填充复合材料的导热模型, 并通过数量级分析对热导率方程进行了简化。结果表明, 在混合填料质量分数不变的情况下, 等效热导率随纳米片状石墨的增多呈现先增加后减少的趋势, 表现出明显的协同效应;在质量分数配比不变的情况下, 等效热导率随混合填料的质量分数增大而增大。

在氯化1-烯丙基-3-甲基咪唑([AMIM]Cl)离子液体中, 采用AGET ATRP技术, 以VC为还原剂、CuBr₂/乙二胺为催化体系, 成功制备了微晶纤维素接枝聚甲基丙烯酸缩水甘油酯(MCC-g-PGMA)分子。研究表明:[AMIM]Cl对微晶纤维素有较好的溶解性, 最佳反应条件为GMA/乙二胺/CuBr₂/VC摩尔比为100:4:1:1, 反应温度25℃, 反应时间4 h, 接枝效率可达54.56%, 分子量分布较窄为1.48。通过FT-IR、TEM和SEM测试表明:成功合成了MCC-g-PGMA接枝共聚物分子, PGMA接枝微晶纤维素后表面形态变得粗糙, 接枝共聚物在丙酮溶液中可自组装成150～200 nm的球形结构, 在药物载体领域具有良好的应用潜能。