利用代谢工程与合成生物技术对细胞内复杂的代谢网络和调控网络进行重构和改造,以建立合成新化合物或提高目标产物产量的微生物细胞工厂是当今绿色化工技术发展的方向之一。微生物代谢途径的调控受环境和遗传的双重影响,细胞通过全局转录因子、信使分子和反馈抑制等方式响应环境变化来维持细胞的内稳态;同时细胞还受自身遗传基因线路的调控,在转录、翻译以及翻译后修饰过程中调控特定基因的表达。核糖核酸开关是一类调控基因线路表达的RNA元件,通过与金属离子、糖类衍生物、氨基酸、核酸衍生物以及辅酶等特异性配体结合发生的构象变化,从而启动或阻断mRNA的转录、翻译、拼接等过程来调控基因的表达。核糖核酸开关作为天然的生物感受器和效应器通过人工设计可成为微生物细胞工厂智能化和精细化调控的分子工具,并在化工、医药、环保、食品等领域得到广泛应用。

表面张力的大小直接决定着熔盐的热传输能力。基于拉脱法测量表面张力的原理,改进了测量高温熔盐表面张力的实验系统;以化学纯LiNO₃进行标定获得了仪器系数,然后分别以NaNO₃和Solar salt混合盐验证了实验系统和拉脱法测量高温熔盐表面张力的可靠性。在此基础上,以KBr、LiBr、NaBr、CaBr₂为基础配制了4种不同组分的混合溴化盐,测量了4种混合溴化盐在不同温度下熔体的表面张力,拟合得到了4种混合溴化盐表面张力随温度变化的实验关联式。实验结果表明4种混合溴化盐的表面张力随温度升高呈线性下降,与已知熔体表面张力随温度变化规律一致。

制备了具有不同疏水区宽度和面积分率的疏水-亲水间隔规则排列的组合表面。观测常压蒸汽在组合表面上冷凝时疏水区液滴的特性(液滴移除方式和最大液滴半径),利用格子Boltzmann方法模拟组合表面上凝液的运动。考察疏水区、亲水区宽度和表面过冷度对组合表面强化蒸汽冷凝传热的影响。利用滴状-膜状组合传热模型分析组合表面蒸汽冷凝传热性能的影响因素,并与实验结果比较。发现疏水区液滴自发地向亲水区定向迁移,精细设计的组合表面可以实现蒸汽滴状冷凝传热的强化,实验中强化因子可达1.20。疏水区宽度约为0.55 mm时组合表面的传热性能最大。表面过冷度越大,组合表面强化传热的效果越差,模型分析与实验结果吻合良好。

燃气机热泵(gas engine-driven heat pump)是一种节能环保的供热系统。为了研究燃气机热泵的能源利用效率,利用构建的燃气机热泵实验台,通过理论分析和实验测试研究了燃气机转速、冷凝器进水流量、冷凝器进水温度对系统性能[供热总量、制热性能系数(COP)以及一次能源利用率(PER)]的影响规律。结果表明:燃气机热泵系统供热量随着冷凝器进水流量、燃气机转速的增加而增加,随着冷凝器进水温度的提高而减少。COP和PER随着燃气机转速和进水温度的升高而减少,进水流量对系统性能系数的影响较小。回收的余热占燃气机热泵系统总供热量的40%左右,在考虑余热回收的情况下,燃气机热泵的一次能源利用率在1.15~1.47之间。

对含不凝气体蒸汽射流在冷水中直接接触冷凝现象进行了实验研究,通过测量流场中的温度分布确定汽羽长度,进而推导其传热系数。实验使用直径为1.6 mm的圆形喷嘴,出口混合气体质量流量密度在100~330 kg·m^-2·s^-1之间,不凝气体的含量在0~15%之间,冷水温度在300~340 K之间。实验结果表明:不凝气体的加入,使喷嘴出口附近的温度下降减慢;汽羽长度随不凝气体含量的增加而变长,其受喷嘴出口质流密度和过冷度的影响规律与纯蒸汽射流一致;冷凝传热系数在0.7~2 MW·m^-2·K^-1之间,随过冷度的增大和不凝气体含量的增加而减小,受气体流量的影响较小。对实验数据进行拟合,获得了汽羽长度的关联式,并由此得到了冷凝传热系数关联式。

传统刚性搅拌桨通过对流体的剪切作用实现能量的传递,而刚柔组合搅拌桨可通过其多体运动行为强化能量传递。基于搅拌桨桨叶与流体之间的耦合运动作用,结合ANSYS Workbench仿真平台,采用双向流固耦合方法,模拟计算了刚性搅拌桨与刚柔组合搅拌桨桨叶的等效应力和总变形量,研究了流场的宏观结构;并通过测定混合时间和计算搅拌桨功耗对比分析了两种不同搅拌体系的混合行为。结果表明:刚柔组合搅拌桨使体系的混合时间缩短了近32%,搅拌桨功耗下降了7%,其桨叶尖端的变形量是刚性搅拌桨的10⁵倍,其应力比刚性搅拌桨增加了83%;与刚性搅拌桨相比,刚柔组合搅拌桨在流固耦合作用下对流体的作用力更大,能够更好地传递能量,增强流体运动,强化流体混合。

基于混沌对流原理设计了一种布置窄缝和挡板结构的被动式微混合器,并采用三维数值模拟和可视化实验对该微混合器内流体流动与混合特性进行了研究。窄缝和挡板的共同作用使微混合器水平面内形成了扩展涡和分离涡,垂直流动方向的截面内形成了对称的反向旋涡,多维度涡系显著提高了混合效率。窄缝和挡板的结构尺寸对流体流动和混合有重要影响。综合考虑混合强度和压降,利用场协同原理分析窄缝宽度、窄缝长度、挡板高度对微混合器综合性能的影响并得到了不同Reynolds数条件下的最优结构参数。

在一种新型高效的气液传质设备——水力喷射-空气旋流器(WSA)中,研究了第三相固体粒子对气液传质的影响。分别采用化学吸收法(CO₂-空气-NaOH体系)和物理吸收法(CO₂-空气-H₂O体系)测定了不同固含率c_s、进口气速u_g、液体喷射速度u_L下的有效相界面积a和液膜传质系数k_L,并由此得到总体积传质系数k_La和增强因子E。结果表明,随着粒子固含率增大,k_L、a、k_La和E先增大后减小,存在一适宜固含率。在不同进口气速和液体喷射速度下,加入微粒后,k_L、a、k_La均增大,但E随进口气速和液体喷射速度增加而减小。微粒加入后,主要从a、k_L和表面更新频率S这3方面强化了气液传质,但主要是通过增强表面更新频率S而实现的。

为了研究摇摆工况下窄矩形通道内的两相摩擦压降特性,进行了一系列的热工水力实验和理论分析。结果表明,摇摆工况下流体会受到附加惯性力的作用且实验回路的空间位置也会出现周期性的变化,两相摩擦压降梯度的波动振幅随着摇摆角度和摇摆周期的增加而增加;随着通道热通量的增加或者系统压强的减小,两相摩擦压降梯度的波动振幅和时均值逐渐增加。窄矩形通道内的质量流速随着两相摩擦压降梯度的波动而波动,且具有相同的波动周期,由于流体加速和压力传播的速度不同,流量波动和摩擦压降波动存在约1/4周期的相位差。

从热力学过程出发,通过引入单相及两相流声速计算模型,提出了基于实际气体的圆柱形混合室喷射器设计方法。用该方法计算出的喷射系数能与实验值较好吻合,误差在±17%内。新设计方法预测出必定存在一个使喷射系数设计值最大的最优混合室出口压力,为方便且快速确定该最优混合室出口压力与喷射器设计工况的关系,引入了最优扩压室升压比倒数。分别计算了水蒸气、氨、R290、R134a和R22圆柱形混合室喷射器常见工况下最优扩压室升压比倒数与膨胀比、压缩比的关系曲线,进而拟合出最优扩压室升压比倒数与膨胀比、压缩比的关系式。在喷射器设计过程中利用这些关系式可迅速算出最优扩压室升压比倒数,从而确定最优混合室出口压力,设计出高效喷射器。

提出了一种求解对流扩散问题的积分方程法。在这一方法中,首先利用Laplace方程的级数形式的格林函数将对流扩散方程转化为积分方程,然后利用级数的正交性质,把积分方程进一步简化为代数方程组,求解该方程组即可得到对流扩散方程的级数形式的近似解。最后,分别利用Chebyshev多项式和Fourier级数求解了3个典型的一维和二维对流扩散问题。该方法和有限体积法、有限元法和迎风差分法相比,展现出非常高的精度并且避免了由解的不连续性造成的虚假振荡。

采用微通道反应器制备了铜锌催化剂,并利用透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)等手段进行了表征。HRTEM和XPS分析表明,微反应器样品中 CuO和ZnO之间的相互分散性更好,两者之间的接触更为紧密,液相合成气制甲醇实验表明其活性高于传统共沉淀法催化剂。对比微通道反应器和传统共沉淀法的反应历程表明,微混合器内强烈的湍动和极小的空间,使Cu²⁺、Zn²⁺的沉淀过程更为均匀,增强了铜锌相互分散,强化了铜锌相互作用;同时,Cu²⁺和Zn²⁺在微反应器内经历了更为均匀一致的反应历程,得到的催化剂在结构上更加均匀。通过研究稳定段长度的影响发现,铜锌催化剂前驱体形成后需要经过30 s的停留时间,其结构才能基本稳定。

采用共沉淀法制备了WO₃/TiO₂-ZrO₂脱硝催化剂,并用固定床反应器进行活性评价,采用BET、XRD、TPD、氨气吸附漫反射FT-IR进行表征。结果显示,ZrO₂掺杂增强了TiO₂的Lewis酸性;负载WO₃之后,位于3.1~1.7 nm之间孔隙的稳定性显著增强;NH₃的吸附与活化分别由TiO₂-ZrO₂载体和WO₃完成;WO₃中W元素强大的电负性,促进了NH₃的N—H键由共价键向离子键过渡,进而导致了NH₃的活化。脱硝活性结果显示:当WO₃含量为9%(质量)时,催化剂脱硝活性最高,并在320~420℃的温度窗口保持94%以上。(9%)WO₃/TiO₂-ZrO₂具有更加稳定的孔隙结构(4.4~1.7 nm),表面Brønsted酸中心数量增加,Lewis酸中心的强度和酸量增加的幅度最大,NH₃-SCR过程中的活性中间产物NH₂的吸收峰更加明显,这些特征可能是其脱硝活性最好的原因。

分别采用浸渍法和共沉淀法制备了负载金属氧化物的固体碱催化剂M_nO/Al₂O₃ (M=Na,K,Cs,Mg,Ca,Sr;n=1,2)和C-Cs₂O/Al₂O₃,测定了催化剂的碱量和pK_a值,分别采用CO₂-TPD、X射线衍射、N₂物理吸附表征了催化剂的物理化学性质。以异丁烯与多聚甲醛经Prins反应制备3-甲基-3-丁烯-1-醇(MBO)为体系考察催化剂活性。结果表明,催化剂的碱性和结构直接影响其催化活性,采用共沉淀法制备的Cs₂O/Al₂O₃催化剂具有更强的碱性,表现出了优越的反应活性,甲醛的转化率和产物MBO的选择性分别为100.0%和86.0%。探讨了固体碱催化反应的机理,发现碱性位可以活化异丁烯的a-H,促进Prins反应。

采用基于密度泛函理论的量子化学方法研究了气化法制备不溶性硫黄过程中硫黄(S₈)的开环裂解机理,建立了可能的反应路径,通过过渡态理论,计算了各个基元反应的活化能与反应速率常数,并对各个基元反应进行了动力学模拟计算,得到气体硫黄产物分布。研究结果表明,硫黄S₈优先裂解成·S₂·和·S₆·,反应能垒为209.45 kJ·mol^-1,气态硫黄S₈开环裂解后生成产物主要为·S₂·、·S₄·和·S₆·,与蒸汽密度法得到的组成分布相似,为进一步研究不溶性硫黄分子结构及聚合机理提供了参考方向。

利用同源氧化锌有利于ZIF-8结构的成核生长原理,采用粒径为1~2 mm 的负载型Pd/Al₂O₃微球作为核、ZIF-8膜作为外壳,ZnO诱导生长制备了Pd/Al₂O₃@ZIF-8核壳催化剂,用XRD、EDX、SEM、ICP等分析手段对其结构进行了表征,并采用不同大小分子烯烃加氢反应对其壳层连续完整性进行了性能测试。结果表明,Pd/Al₂O₃微球表面预先引入的ZnO纳米粒子层对外层连续ZIF-8膜壳层的形成,起到了很好的成核生长点和连接点的作用,诱导合成了连续完整的ZIF-8膜包覆的Pd/Al₂O₃@ZIF-8核壳结构材料,ZIF-8膜层的厚度可通过ZIF-8合成的次数进行调变。该Pd/Al₂O₃@ZIF-8核壳催化剂对不同分子大小的烯烃加氢反应表现出明显的筛分选择性,并对外加苯并噻唑作为毒物分子的反应体系具有良好的抗中毒性能和防催化活性金属Pd组分流失的功能。

过氧化苯甲酸叔丁酯(TBPB)对热不稳定,一旦在生产、储运过程中被H⁺或OH^－污染,可能会对其热危险性产生较大影响。采用绝热加速量热仪在“加热-等待-搜索”和“等温”模式下研究了H₂SO₄、NaOH存在下TBPB的热分解反应行为,从热分解特性参数、反应动力学参数、最大反应速率达到时间TMR、自加速分解温度SADT四个方面定量表征了H⁺、OH^－对TBPB热危险性的影响。采用“伪逆矩阵法”确定反应动力学参数,得到最不利条件下的热分解特征参数。采用Townsend算式,得到了考虑反应机理和反应物浓度的TMR推算式。基于Semenov理论,推算了0.5 L Dewar瓶和常用商业包装的SADT。结果表明:OH^-污染物使TBPB发生两次放热,第一次放热释放能量不足以维持热失控反应,但加速TBPB老化变质,从而导致第二次放热反应动力学参数升高,热危险性减弱;H⁺污染物降低TBPB反应动力学参数,加剧热危险性;TMR和SADT推算结果表明H⁺污染物降低了TMR对应的报警温度,降低了包装容器的SADT。

设计合成了纳米、亚微米和微米级晶粒尺寸ZSM-5分子筛,并研究了其在两种反应温度下(510,650℃)对正庚烷催化制低碳烯烃反应行为。结果表明,在反应初始阶段,两种反应温度下晶粒尺寸对正庚烷转化率和产物选择性影响较小。但随着反应进行,纳米和亚微米ZSM-5在510℃下反应性能(低碳烯烃选择性及反应活性稳定性)相近且均高于微米ZSM-5;而650℃下,具有更短扩散路径和更大外表面积的纳米ZSM-5则体现出更高的反应性能。微米ZSM-5在两种温度下虽具有相对较高的低碳烯烃选择性,但其活性稳定性最低。进一步研究晶粒尺寸对费-托过程中石脑油催化裂解性能的影响发现,亚微米ZSM-5表现出最高的催化反应性能,这可能与反应原料的组成及相关反应途径变化有关。

研究了不同物相TiO₂对H₂O₂/O₃氧化效能的影响,目标有机物为羟基自由基探针化合物乙酸。结果表明,在初始pH为7.0和10.0时,加入TiO₂反而降低了H₂O₂/O₃的氧化效率,其中锐钛矿TiO₂比金红石TiO₂的减弱作用更为明显。当初始pH为3.0时,金红石TiO₂能显著提高H₂O₂/O₃的氧化效率,但锐钛矿TiO₂影响不明显。机理分析表明,H₂O₂浓度及其衰减速率与乙酸的去除效率有很大的相关性。在pH为7.0和10.0时,两种物相TiO₂均能加快H₂O₂的分解,其中锐钛矿TiO₂作用更为显著。此条件下HO₂^-能有效引发臭氧分解产生羟基自由基,故H₂O₂过快分解反而降低了乙酸的去除效果。在pH为3.0时,H₂O₂去质子化反应困难,故O₃/H₂O₂氧化效率极低,H₂O₂浓度也几乎不变。加入TiO₂能明显提高H₂O₂的分解速率,相比金红石TiO₂,锐钛矿TiO₂使H₂O₂在5 min内基本分解完毕,但其对H₂O₂/O₃氧化效率几乎没有影响。饱和臭氧水分解速度的批处理实验也有相似的结果。由此可见,合适引发剂浓度可能是保证臭氧类高级氧化技术较高效率的关键,否则只会导致氧化剂的无效过快分解。利用氯化硝基四氮唑蓝法对比分析了酸性条件下H₂O₂/O₃、锐钛矿TiO₂/H₂O₂/O₃和金红石TiO₂/H₂O₂/O₃体系产生超氧自由基(·O₂^-)的量,其大小顺序为:H₂O₂/O₃< 金红石TiO₂/H₂O₂/O₃< 锐钛矿TiO₂/H₂O₂/O₃,这与前面结果吻合很好。

活性炭表面物化性质是炭基催化剂催化TeCA脱HCl合成TCE反应性能的重要影响因素。采用酸、碱对活性炭进行调变处理,通过XRF、BET、Boehm滴定、GC-MS等对处理前后活性炭的物理结构、表面基团、无机氧化物种类和数量,以及反应后活性炭的物理结构和表面残留有机物的表征分析,研究了活性炭催化TeCA脱HCl反应性能与其表面物化性质的对应关系。结果表明:酸、碱等处理对活性炭物理结构和表面基团影响较小,但显著改变了无机氧化物种类和数量;反应后活性炭比表面积下降明显,表面残留有五氯丁二烯;活性炭中铝、铁氧化物与五氯丁二烯含量、孔道堵塞程度和失活速率呈密切对应关系。铝、铁与HCl生成的AlCl₃和FeCl₃ Lewis酸中心是促进TCE聚合进而导致孔道堵塞而失活的主要原因。

采用静态水热法合成了Me-OMS-1s(Me=Mg,Co,Ni,Cu)分子筛催化剂,对合成的分子筛进行了X射线衍射和电感耦合等离子体发射光谱表征,并系统考察了反应温度(318~338 K)、反应时间(0.5~6 h)和催化剂用量(1.67~8.33 mg·ml^-1)对Me-OMS-1s催化叔丁基过氧化氢分解制备叔丁醇反应性能的影响。研究结果表明,合成的分子筛均为钡镁锰矿型(todorokite)氧化锰;在选择的多相催化反应条件下,Me-OMS-1s均有催化叔丁基过氧化氢歧化分解的反应活性,反应物叔丁基过氧化氢具有较高的转化率,产物叔丁醇的选择性均为100%。Me-OMS-1s催化叔丁基过氧化氢歧化分解的反应活性顺序为:Cu-OMS-1 > Mg-OMS-1 > Ni-OMS-1 > Co-OMS-1。叔丁基过氧化氢的转化率随反应温度的升高、反应时间的延长和Me-OMS-1s用量的增大而显著增大。

研究了转炉渣中钴氧压硫酸体系选择性浸出过程的行为及其动力学。通过改变搅拌速度、反应温度、硫酸浓度、氧分压、物料粒度以及反应时间等浸出条件,考察钴浸出率的变化及影响,获得转炉渣中钴的浸出动力学规律。结果表明,钴的浸出率随着温度、酸度、氧分压的增加而增加;硫酸质量浓度大于0.4 mol·L^-1会导致铁大量溶出;浸出过程符合未反应芯收缩核模型,前期受化学反应控制,然后转变为混合控制,后期受固体产物层扩散控制。化学反应控制和固体产物层扩散控制过程的活化能分别为43.19 kJ·mol^-1 和10.49 kJ·mol^-1。化学反应控制过程对硫酸浓度、氧分压及粒度的反应级数分别为0.79、0.85和 -0.95。

为了提高CO₂分离膜的性能,将接枝了氨基的MCM-41分子筛(MCM-NH₂)添加到聚乙烯基胺(PVAm)水溶液中配制涂膜液,并将PVAm-MCM-NH₂涂膜液涂覆到聚砜(PSf)超滤膜上制备PVAm-MCM-NH₂/PSf混合基质复合膜。复合膜分离层较薄,有利于CO₂渗透速率的提高。接枝的胺基提高了分子筛与聚合物的相容性和膜内胺基含量,有利于膜渗透选择性能的提高。使用CO₂/N₂混合气(15% CO₂ + 85% N₂,体积分数)考察了不同MCM-NH₂添加量的PVAm-MCM-NH₂/PSf膜的渗透选择性能。当涂膜液中m_MCM-NH2/m_PVAm为0.2、湿涂层厚度为50 μm,测试温度为22℃ 、进料气压力为0.11 MPa时,膜的CO₂渗透速率可达4.66×10^-7 mol·m^-2·s^-1·Pa^-1,CO₂/N₂分离因子可达150。较高的CO₂/N₂分离性能表明PVAm-MCM-NH₂/PSf膜在烟道气碳捕集领域具有良好的应用前景。此外,考察了湿涂层厚度、热处理、添加小分子胺等条件对膜渗透选择性能的影响。

通过调节铸膜液中聚砜浓度和非溶剂含量,浸没沉淀法制备海绵状结构的支撑膜,并在支撑膜上界面聚合制备聚酰胺反渗透复合膜。分别对支撑膜及反渗透复合膜的结构和性能进行表征,考察聚砜浓度对支撑膜结构和性能的影响,以及不同结构支撑膜对反渗透复合膜结构和性能的影响。结果显示,随着聚砜浓度的增加,支撑膜表面孔径和孔隙率下降,断面结构变致密,耐压性增强。在不同支撑膜上制备的反渗透复合膜具有不同的通量和脱盐率。综合考虑支撑膜及反渗透复合膜的性能,以聚砜浓度为15%制备的海绵状结构支撑膜更适于作为制备反渗透复合膜的支撑层。

利用基于聚丙烯中空纤维膜和聚丙烯中空纤维换热管的新型能量回收式膜组件(AGMD-HF),以70 g·L^-1的氯化钠溶液为研究对象,考察了膜组件长度和膜孔径大小对膜组件脱盐性能的影响。为直接衡量操作条件、组件参数以及温差、浓差极化现象对传质系数的影响,引入总传质系数,并研究进料温度和膜孔径对总传质系数的影响。实验结果表明,总传质系数随着温度的升高、膜孔径的增大而增大,提高膜孔径可有效提高总传质系数,同时可有效提高通量和造水比。通量随组件长度的增大而减小,而造水比增大,因此在应用过程中可综合考虑通量和造水比以便选择合适的组件长度。

氨碱法制碱过程中产生的大量蒸氨废液制约了纯碱工业的发展。本文对反应-萃取-结晶耦合工艺产物碳酸钙的晶型转变和结晶机理进行了研究。结果表明,在此耦合过程中,二氧化碳优先被有机相吸收,然后传递到水相进行反应,首先生成的是碳酸氢钙,之后迅速分解为无定形碳酸钙。温度对碳酸钙晶型影响显著,温度较高时,无定形碳酸钙优先转变为针状文石;温度较低时,无定形碳酸钙优先转变为球状球霰石。随后文石和球霰石均会通过溶解-重结晶作用逐渐转变为稳定的菱形方解石。常温下,反应过程中同时进行着新的球霰石的生成和球霰石转变为方解石两个过程,参与反应的二氧化碳浓度越高,晶体中球霰石的含量越高。

低挥发性有机酸不仅自身污染环境而且显著促进颗粒污染物形成,对其吸脱附性能的研究有助于这类物质的控制。采用程序升温脱附(TPD)技术对乙二酸、苯甲酸在活性炭(AC)上的脱附行为进行了研究。结果表明,吸附主要发生在粗微孔(0.7~2 nm)、细微孔(<0.7 nm)中,对应TPD曲线中的吸附位Ⅰ、Ⅱ。粗微孔对乙二酸、苯甲酸的脱附活化能为101.63、112.43 kJ·mol^-1,吸附量均大于总吸附量的91%。细微孔对乙二酸、苯甲酸的脱附活化能为118.01、130.87 kJ·mol^-1,吸附量均小于总吸附量的9%。细微孔吸附强度高于粗微孔,但吸附量远低于粗微孔,因为细微孔对吸附质的迁移阻力较大,仅少量吸附质能进入细微孔中。苯甲酸在迁移中受到阻力较乙二酸大,在细微孔中吸附量更小,表现为分子筛分作用。

在多种条件下研究了金属有机框架MIL-101(Cr)对阳离子型染料(亚甲基蓝、罗丹明B)和阴离子型染料(甲基橙、酸性铬蓝K)的吸附性质,主要研究了MIL-101(Cr)对亚甲基蓝和甲基橙的选择性吸附作用。结果表明,中性环境下无论在单组分还是双组分体系中MIL-101(Cr)对阴离子型染料的吸附能力均大于对阳离子型的吸附能力。在pH=3,T=300 K的条件下,选择性系数β可达5.9,但随着pH的增加,选择性系数逐渐降低。相比之下,温度对吸附的选择性影响不大。选择性吸附的机理可以解释为:由于表面带正电荷,MIL-101(Cr)对阴离子型染料产生静电吸引作用;相反,对阳离子型染料的排斥作用而降低了其吸附能力。另外,乙二胺改性提高了MIL-101(Cr)对阴离子型染料的选择吸附性能,而草酸改性降低了选择吸附性。

针对隔板塔中隔板两侧气体分配比难以调节的问题,提出了一种新型隔板塔气体调配装置。利用计算流体力学软件STAR-CCM+对该装置的性能进行了模拟分析,并经实验研究对模拟结果进行验证;对不同塔径下升气槽个数进行了模拟研究。结果表明:该气体调配装置能够有效地调节气体在隔板两侧的分配,并且气体通过该装置后分布较均匀,成功实现了气相在隔板塔内的分配控制,实验结果和模型模拟值符合良好。

针对醋酸与异丁烯加成酯化可逆反应温度低、精馏分离温度高的特点,采用带侧反应器的反应精馏集成过程(SRC)建立了低温反应与高温精馏集成的醋酸叔丁酯生产新工艺。固定塔釜上升汽化量100 kmol·h^-1,规定新鲜醋酸进料的转化率达到99.9%、醋酸叔丁酯选择性达到97.0%,采用过程模拟考察了进入侧反应器的精馏塔采出量、精馏段塔板数、侧反应器进出口间隔塔板数和侧反应器台数等参数对合成醋酸叔丁酯的SRC过程的影响。模拟结果表明,醋酸与异丁烯加成酯化生产醋酸叔丁酯的SRC过程中只有反应能力与分离能力达到最佳匹配才能使单位产品的生产成本最小。研究结果为醋酸叔丁酯生产新工艺的放大设计与优化奠定了基础。

理想操作条件下二元提馏式间歇精馏优化操作的汽化总量与最小汽化总量的计算是约束函数优化问题。本文采用罚函数法,将此约束函数优化转变为无约束函数优化,并采用固定双步长因子梯度法数值求解该函数的极值。计算表明:固定双步长因子梯度法具有良好的收敛性,同时,降低分段数较多时,数值截断误差积累对计算结果的影响。二元提馏式间歇精馏优化操作较恒残液组成操作的能耗低的原因如下:在理论板数相对较少(接近二元提馏式间歇精馏恒残液组成操作所需的最少理论板)时,优化操作通过控制再沸比提高了能耗效率;在理论板数相对较多时,优化操作通过控制再沸比,在保证过程的能耗效率较高的同时,可尽可能快地将物料移出系统,减少了精馏过程中塔顶贮槽内液体的混合熵产。通过对计算结果的归纳与外推,得到了理想操作条件下理论板数为无穷多时二元提馏式间歇精馏优化操作再沸比的变化方式以及最小汽化总量的计算公式。

在筛板塔的基础上,研发了一种新型板式塔——分散降液筛板塔,将传统筛板塔的弓形降液管改为均布于塔板筛孔间的多降液管结构,使整个塔板面成为均匀降液和受液的传质区,并新增淋降和喷溅传质区,在全塔空间内实现立体、连续的微分接触式气液传质过程,另外,塔板之间可以加装填料来强化传质,或装填催化剂以促进伴随化学反应的传质过程。以“氧气-空气-水”为体系,初步研究了分散降液筛板的传质性能及其影响因素,并与传统筛板进行比较,结果表明:分散降液筛板气液分布均匀,接触充分,在同等条件下传质效率比传统筛板提高了8.4%~9.7%。

裂解炉是石油化工产业中重要设备,优化裂解炉运行状态对提升乙烯装置绩效至关重要。由于裂解反应机理复杂,裂解炉模型难以确定且扰动频繁,运用传统优化方法难以解决裂解炉运行优化问题。提出将相关积分优化方法应用于裂解炉运行优化,以解决裂解炉优化需要裂解炉具体模型、传统优化方法的自适应性与抗干扰性不满足裂解炉优化需求的两大问题。首先,分析影响裂解炉运行的主要操作参数,选取合适的操作变量,并构建优化目标函数;然后,采集操作变量与优化目标函数数据,建立裂解炉历史数据库。最后,基于相关积分优化方法,利用历史数据进行迭代计算以对裂解炉进行优化。仿真结果验证了相关积分优化方法在裂解炉优化中的有效性。

无模型自适应控制(MFAC)不依赖受控系统的机理模型,只利用其输入输出(I/O)数据实现控制,近年来得到快速发展。本文用拟牛顿算法(BFGS)改进了MIMO系统MFAC算法的参数输入方法,以减少达到稳定操作的计算次数和调整时间,某30×10⁴ t·a^-1气体分馏装置的应用表明,面对操作波动,改进后的MFAC能较快地实现操作稳定和质量达标;且由于不超调,塔底再沸和塔顶冷却负荷小,因而能耗低。

滋扰报警是过程工业报警系统的主要问题,然而,目前报警优化方法一般敏感度低、可靠性差,根据报警变量之间的时间间隔和报警持续时间确定滋扰报警的形式,提出了自适应报警死区和报警延时器的计算方法,利用时间序列ARMA模型预测报警死区来处理高频报警,并利用报警间隔时间更新报警延时器参数n来处理低频报警。通过工业实例数据验证表明,所提出的方法能够有效减少滋扰报警的数量、提高报警系统的性能。

膜污染是导致反渗透海水淡化(seawater reverse osmosis,SWRO)系统操作成本增加和产水性能下降的重要因素。为了降低系统运行操作成本,本文针对卷式SWRO系统提出了一种新的膜清洗与更换策略优化方法。首先,根据反渗透和膜污染过程机理建立了膜污染情况下的SWRO系统性能模型;然后将生产过程中的总操作费用与膜清洗和更换规划联系起来,建立了以系统日均操作费用最低为目标、以膜清洗次数、膜清洗和更换时间等为寻优变量、以开放式方程模型为约束的优化命题,并通过联立求解等技术使得原本复杂的优化命题可快速方便地求解;在此基础上对SWRO系统进行了实例研究和分析。优化求解结果表明:(1)本优化策略可以大幅降低系统操作费用,并同时获得最佳膜清洗和更换时间以及膜清洗次数;(2)进料海水温度对最优膜清洗和更换策略影响很大,固定周期的膜更换策略并不合适。另外本优化方法还可得到不同条件下最优操作费用组成、以及最优目标下最优操作压力和操作流量曲线等信息,对优化SWRO系统运行和深入分析系统内部状态变化具有重要意义。

主元分析(PCA)是一种经典的特征提取方法,已被广泛用于多变量统计过程监测,其算法的本质在于提取过程数据各变量之间的相关性。然而,传统PCA算法中定义的相关性矩阵局限于计算变量间的线性关系,无法衡量两个变量间相互依赖的强弱程度。为此,提出一种新的基于互信息的PCA方法(MIPCA)并将之应用于过程监测。与传统PCA所不同的是,MIPCA通过计算两两变量间的互信息来定义相关性,将原始相关性矩阵取而代之为互信息矩阵,并利用该互信息矩阵的特征向量实现对过程数据的特征提取。在此基础上,可以建立相应的统计监测模型。最后,通过实例验证MIPCA用于过程监测的可行性和有效性。

生物表面活性物质的浓度对其溶液的泡沫性能有很大的影响。泡沫性能包括起泡性和泡沫稳定性。本文以初始泡沫高度和泡沫半衰期分别表征了起泡性和泡沫稳定性。首先利用Szyszkowski扩展方程和Rosen的经验模型,导出了低于临界胶束浓度(CMC)时,两种表面活性物质混合溶液的初始泡沫高度与其各自浓度的关系式;然后根据泡沫相中溶液的重力势能和表面能随气泡破裂而减小的规律,建立了低于CMC时两种表面活性物质混合溶液的泡沫半衰期与其各自浓度的关系式;最后用牛血清白蛋白(BSA)和溶菌酶(LZM)作为实验物系考察了这两种关系式的准确性。结果表明这两种关系式能准确预测BSA和LZM混合溶液的泡沫性能。在BSA和LZM混合溶液中,BSA能显著影响溶液的泡沫性能,而LZM对溶液泡沫性能的影响小。

微细加工技术是伴随着微制造的出现而产生的一类新型现代化制造技术,它实现了微小尺度范围内的机械加工和装配。化学蚀刻技术是微细加工技术主要的加工方法之一,包括浸泡、鼓泡、喷淋等方法,其中浸泡式蚀刻方法相对来说设备简单、操作方便、节约成本。本文采用单因素浸泡式方法对不锈钢板蚀刻进行了实验研究,研究了蚀刻时间、蚀刻液组分浓度及温度等因素对化学蚀刻质量的影响。结果表明,蚀刻液中FeCl₃浓度、H₃PO₄浓度、温度等对蚀刻速度、蚀刻均匀性、侧蚀及粗糙度有较大的影响。研究结果对流体微细通道的制造提供了初步工艺参数。

发动机燃油碳烟颗粒不可避免地会进入润滑油中,引起润滑油黏度的增长,从而影响发动机的润滑特性和使用性能。借助傅里叶红外光谱仪、X射线光电子能谱仪、全自动微孔物理吸附和化学吸附分析仪、光学法接触角/界面张力仪、Zeta电位仪等仪器,对比分析了生物质燃油碳烟颗粒(BS)和0^#柴油碳烟颗粒(DS)的表面特性,探讨了BS和DS对液体石蜡(LP,润滑油基础油的模拟物)和碳烟分散体系的黏度的影响及碳烟表面特性对黏度的影响机理。结果表明,40℃时油品的相对黏度随碳烟浓度的增加呈指数函数增加,并且相同碳烟浓度下DS污染的油品相对黏度更大,高浓度碳烟污染的油品呈明显剪切稀化行为,DS污染的LP的黏度受剪切转速的影响更大。BS和DS表面主要元素是碳和氧,且BS氧含量高于DS,表面均带有一些含氧官能团。 表面特性分析显示,DS的比表面积大于BS,表面能高于BS,亲油性弱于BS,致使DS在LP中比BS更易团聚成大颗粒,这是DS对润滑油黏度的影响大于BS的主要原因。

通过浸渍法制备MHZSM-5(M Fe,Zr,Co)催化剂,采用激光粒度分析仪、比表面积及孔径分析仪和X射线衍射仪(XRD)对催化剂的性质进行表征,并在立式两段加热炉上进行纤维素快速热解蒸汽的在线催化实验。对不同催化剂条件下的产物分布特性及生物油组成特性进行分析,结果表明,随着催化剂的引入,液相产率从52.06%最大下降至23.63%,气相产率从42.39%最大提高至70.84%,CoHZSM-5对于热解蒸汽的催化气化效果最为明显;纤维素快速热解生物油中以1,6-脱水-β-D-吡喃葡萄糖(左旋葡聚糖)为主,引入催化剂对纤维素热解蒸汽进行在线催化重整后,产物中芳烃类物质显著增加,以FeHZSM-5和ZrHZSM-5效果最佳;HZSM-5催化下生物油中左旋葡聚糖的含量提高至63.78%;催化后热解油中乙酸及丙酸含量均减少,但降低幅度有限。综合催化剂对产率及组分的影响效果来看,FeHZSM-5和ZrHZSM-5对纤维素快速热解蒸汽的催化调控作用较为显著。

利用分级冷凝手段对成分复杂的生物质热解气在不同冷凝温度下的分离特性进行研究,将成分复杂的混合物依据自身露点的不同,通过控制冷凝温度,实现生物油的分组富集。对热解气在不同冷凝温度(300℃、100℃、0℃和-20℃)下生成的各级液体产物的物理特性和化学成分进行系统分析。生物质热解气经过分级冷凝处理后得到4组生物油样品,其中0℃时得到的生物油产率最大,超过液体总量的50%;其次是100℃时的冷凝产物,为分子量80~200的有机物,以杂酚类物质为主;300℃冷凝得到的产物为沥青类物质,不含水分,状似固体碳,没有流动性。分级冷凝能够很好地将水分和有机酸成分从生物油中分离出来,几乎所有的有机酸和超过80%的水分都富集在0℃和-20℃冷凝组分中。结合各组分GC-MS的分析结果,对乙酸、苯酚、愈创木酚和多环芳烃等生物油中典型有机组分的分布特性进行分析总结,得到各类物质在分级冷凝过程中的富集规律。

市政污泥机械脱水前多采用化学调理,调理装置搅拌过程中的流场分布直接影响调理效果。采用多重参考系-流体体积模型对实验室污泥调理罐(内径为40 cm)的流场特性进行计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)模拟研究,验证了实验室调理罐模型气液两相分布情况。实验室调理罐的模拟结果表明:单层直桨叶调理罐的搅拌桨直径与调理罐内径比优化值为1:1.75,挡流板宽度与调理罐内径比优化值为1:20,可有效消除流体旋涡,增强湍动作用。在此基础上,对中试调理罐(内径为110 cm)的流场特性进行模拟并与实际测量值校验。该研究采用的多重参考系-流体体积模型可为同类污泥调理罐设计与优化提供参考。

为了研究封存CO₂注入过程可挥发性污染物的释放和迁移特性,本文建立了CO₂-水-残余油多相流驱替过程中的污染物迁移模型。采用数学模拟方法分析了多相驱替过程和污染物迁移过程,并研究了相间传质特性、初始油相分布和CO₂注入速率等对污染物迁移过程的影响。研究表明:CO₂驱替过程将促使可挥发污染物进入CO₂相并随之在地层中迁移,逐渐形成相间传质区域。相间传质区域的演化反映了污染物释放和CO₂裹挟污染物迁移的特性。可挥发污染物的传质系数越大,相间传质区域越窄,油相饱和度衰减越快;油相初始饱和度较大时,其饱和度衰减相对缓慢,对应的相间传质区域也较窄。当CO₂注入速率增大时,相间传质区域增大,油相饱和度衰减变快。本文模型可用于不同地质储层环境下封存CO₂时可挥发性污染物的迁移特性分析,并用于封存CO₂的风险分析与评价。

利用红外光谱、核磁共振和热重分析表征了1,8-二氮杂环[5,4,0]十一烯-7(DBU)和CO₂分别与C₃-醇,即正丙醇、异丙醇、1,2-丙二醇、1,3-丙二醇和甘油,反应生成的离子化合物的组成和结构,研究了伯羟基和仲羟基与DBU和CO₂反应的活性,以及空间位阻对羟基反应活性和生成的离子化合物的热稳定性的影响。结果表明,DBU+C₃-醇+CO₂体系中伯羟基比仲羟基具有更高的反应活性,反应产物更稳定。由于空间位阻和电子效应等影响,二元醇中第2个羟基的反应活性远低于第1个羟基。在DBU+甘油+CO₂体系中由于空间位阻和电子效应的影响,当DBU和甘油的摩尔比为3:1时,其中1位羟基的转化率可达100%,3位羟基的转化率约为34%,而2位的仲羟基反应很少。

为了寻求动力煤成分分布与煤质着火及稳燃特性之间的函数关系,根据燃烧学的热力着火理论,对国内大型电站煤粉锅炉燃用的166个典型的煤质分析数据进行了数学分析。分析了固态碳(C_gt)和当量气态碳(C_qt 3.67H_ar)比值随V_daf的分布规律及其对煤质着火的影响;根据文献中77个煤质的一维沉降炉实验数据,拟合出煤粉的着火温度与V_ad及A_ad的函数关系,计算分析了本文大数据样本煤质的着火温度及着火热的分布规律,提出将着火热和着火温度作为煤质着火特性的图像分辨新方法。据此分析了各类煤质的着火与稳燃特性。结果表明,本方法能明确地定量区分不同类煤质和同类煤质的着火特性差异,且在理论上给出符合宏观规律的合理解释。

以嗜盐混合菌发酵生产PHB具有免灭菌程序、易提取、产量高等优势而被广泛关注。本研究集中考察了嗜盐混合菌(MMCs)发酵生产PHB过程中调整容积负荷的方式对PHB生产的影响。在研究中通过比较恒定接种生物量改变底物浓度以及恒定底物浓度调整接种生物量两种调整方式下PHB发酵生产的最大细胞含量、PHB最大容积产率以及表观动力学,确定了MMCs的最佳OLR,以及两种变化方式的本质差异。研究结果表明,两种方式下随着OLR升高,细胞内最大PHB的积累量和PHB容积产率也随着增加。本研究发展的嗜盐MMCs最佳OLR 0.91 kg·(kg·d)^-1。在相同的OLR下,高的接种生物量始终具有高的碳源转化率和底物消耗速率。为此,采用高接种生物量发酵生产PHB可以提高PHB生产效率并降低PHB的成本。

搭建了以自行研发的向心透平为膨胀机的ORC低温余热发电系统实验平台,研究了R123质量流量对循环系统的性能影响。结果表明:液压隔膜泵的温升和熵增均较小,所消耗的功率随流量的增加而增加。工质在蒸发器内的压降明显大于冷凝器内的压降,均随流量的增加而增加;向心透平的等熵效率随质量流量的增加先增加后减小,存在最佳流量0.215 kg·s^-1使透平等熵效率达到最大值0.775;系统输出的电功率随流量的增加而增加,流量为0.283 kg·s^-1时输出系统最大功率为2.009 kW;蒸发器的(火用)损率占系统总(火用)损率的比重最大,冷凝器次之,向心透平第三,在本实验最佳质量流量下,三者的(火用)损率分别为62%、32%、6%。

在小型反应釜上采用非极性有机溶剂四氢化萘(tetrahydronaphthalene, THN)对内蒙古锡林郭勒褐煤进行脱水,获取了不同温度下的脱水试样,运用傅里叶红外光谱(Fourier transform infrared spectroscopy,FT-IR)分析技术对比研究了在不同脱水温度下煤样中有机官能团的变化,通过FT-IR谱图的分峰拟合计算,对脱水煤样的化学结构变化特征进行半定量分析,并结合热重(thermal gravity analysis/differential thermal gravity,TG/DTG)和实验室固定床反应器(fixed bed reactor)考察了不同脱水温度下煤样的热解气化特性和热解气相产物分布规律,并对脱水煤样在最大失重速率区间的动力学参数进行了计算。试验结果显示:四氢化萘溶剂对褐煤的脱水提质是有效的,150~200℃时C O开始分解,而此时芳香环上的C C仍然相对稳定。随着脱水温度的升高,芳香类氢含量先减小后增大,脂肪类氢含量先增大后减小,芳香度和芳香碳在脱水温度范围内逐渐增大。煤样的脱水温度升高,热解气相产物H₂、CH₄、CO累积产率增大,CO₂累积产率减小;脱水煤样热解活化能随着脱水温度的升高而升高,进而导致脱水温度较高煤样热解失重率降低。

合成了一系列具有不同侧链长度的梳型聚羧酸盐(PC),研究了PC侧链长度对水煤浆的分散和流变性能的影响,使用X射线光电子能谱(XPS)分析了PC在煤水界面的吸附,并结合水煤浆Zeta电位及PC对煤颗粒的润湿性探讨了PC的分散作用机理,为设计制得高效的聚羧酸盐水煤浆分散剂提供依据。结果表明:长主链、短侧链和高阴离子基团含量的PC500(侧链聚合度)具有优良的分散性,所制水煤浆属假塑性流体。PC在煤表面呈单分子层吸附,其中PC500的吸附密度和吸附厚度均最大,分别为0.638 mg·m^-2和4.20 nm,其对煤粒润湿性也较好,所制水煤浆Zeta电位绝对值最高。侧链长度适中的PC500通过平衡吸附层厚度与Zeta电位发挥空间位阻和静电斥力作用分散水煤浆,其可有效地降低水煤浆Gibbs能,使煤粒间“团聚”减弱,浆体分散性提高。

风扇被用于空冷型PEMFC电堆的冷却和氧气的供应,空气流速的大小和分布对于提高电堆输出性能和内部温度的均匀性非常关键,可以通过改变风扇的工作电压(风扇工作在恒流模式)和风扇与PEMFC阴极入口的距离来调整。针对实验室自制空冷型PEMFC电堆进行实验来寻找风扇工作距离和工作电压对于电堆性能的影响,并利用多元回归拟合得到以电堆表面平均温度为因变量,以风扇工作电压和风扇工作距离为自变量的经验公式。研究结果表明:当风扇工作距离大于或小于其最优工作距离时,电堆性能均会发生衰减;当风扇处于最优工作距离时,电堆表面温度更加均匀,各单电池电压均匀性得到提高,并且此时所需的最优风扇工作电压更小。该研究对于提高空冷型PEMFC电堆输出性能、增加电堆运行稳定性、提高电堆系统效率等具有重要的指导和参考价值。

为弥补常规钠基吸收剂活性差、脱碳量低的不足,制备了多种表面氨基修饰的新型复合型钠基吸收剂并研究其脱碳特性。通过比较氨基流失率和实际脱碳量,选定二氧化硅的前驱物正硅酸乙酯为载体前驱物,以碳酸钠为活性成分,分别以3-氨基丙基三甲氧基硅烷(APS)、3-氨基丙基三乙氧基硅烷(APTES)、二乙烯三胺(DETA)、三乙烯四胺(TETA)为氨基前驱物,制备得到多种表面氨基修饰的复合型钠基吸收剂。探究各种吸收剂的孔隙结构与脱碳特性,结果表明,APS、APTES修饰后吸收剂孔隙特性较差,脱碳量较低,DETA、TETA修饰后吸收剂孔隙结构得到改善,脱碳量较高。

AAO-曝气生物滤池(BAF)是污泥龄差距较大的双污泥系统,可在低C/N条件下实现氮、磷的同步去除。本试验以低碳氮比的城市污水为处理对象,研究了处理量为40~100 m³·d^-1的大型中试级别的AAO-BAF脱氮除磷工艺的启动运行。通过先使AAO和BAF独立运行以分别培养驯化聚磷菌活性污泥和硝化细菌生物膜,待分别观察到AAO出水TP及BAF 出水NH₄⁺-N浓度稳定后,再将两部分连通运行的策略,使得在第58天时系统出水COD、 、TN、TP、浊度、SS分别小于50 mg·L^-1、5 mg·L^-1、15 mg·L^-1、0.5 mg·L^-1、5NTU、10 mg·L^-1,表明该中试系统已成功启动。与小试研究比较发现,分开运行更有利于聚磷菌的培养驯化;BAF中采用自然挂膜法较接种污泥法更方便,但增加了填料挂膜的时间。根据微生物群落多样性分析,发现AAO中的硝化细菌丰度少于3%,而BAF生物膜上的硝化细菌的丰度占到12%以上。本试验可为该工艺的实际工程应用提供一定参考。

为强化曝气生物滤池(BAF)的除磷效果,以石化二级出水为处理对象,研究了投加FeSO₄·7H₂O对BAF除磷性能的强化作用并对投量进行了优化,同时分析了FeSO₄·7H₂O投加对BAF除碳、脱氮和生物膜活性的影响。结果表明:投加少量FeSO₄·7H₂O(3~15 mg·L^-1)能有效强化BAF的除磷性能;BAF除磷的效果随FeSO₄·7H₂O投加量的增加而提高,但在投量高于9 mg·L^-1时增加趋势逐渐变缓,当FeSO₄·7H₂O的投加量为9 mg·L^-1时,TP的去除率达到57.0%以上,而同期平行运行的BAF除磷效率为7.1%。BAF中少量投加FeSO₄·7H₂O对COD的去除没有不良影响,COD的去除率比对比装置平均提高了5.4%左右,对相对分子质量较大的有机物去除明显。FeSO₄·7H₂O投加量低于12mg·L^-1时对 的去除没有不良影响,高于15 mg·L^-1时由于生物膜中微生物活性的下降 去除率有所降低。投加FeSO₄·7H₂O对TN的去除影响甚微。Fe²⁺的投加使得BAF中附着微生物的量有所降低,但在12 mg·L^-1以下时不会造成大的影响,FeSO₄·7H₂O投量在3~9 mg·L^-1时BAF中生物膜的脱氢酶活性和比好氧呼吸速率有所增加,可弥补生物量降低的影响,因此BAF的运行状况未受到影响。

采用碱沉法制备的Si-FeOOH作为非均相类芬顿催化剂,研究其催化降解盐酸四环素废水的效能,考察了催化剂投量、pH、过氧化氢加入量对盐酸四环素降解效能和反应速率的影响。实验结果表明:在催化剂投加量3.0 g·L^-1、H₂O₂投加量9.9 mmol·L^-1、pH为3、室温[(25±1)℃]的条件下,盐酸四环素降解率为90%,一级反应速率常数为0.0504 min^-1。与催化剂FeOOH相比,类芬顿催化剂Si-FeOOH性能更卓越。同时采用探针化合物正丁醇、苯醌,证明了Si-FeOOH /H₂O₂ 催化体系中的氧化活性种主要为羟基自由基(·OH)和超氧自由基(HO₂·), 并推测了其催化反应机理。

在研究交联剂对聚乳酸(PLA)流变性能影响的基础上,采用间歇发泡方法研究交联PLA发泡材料的泡孔结构。结果表明,交联剂可提高低频区PLA的损耗角正切和复数黏度以及PLA的熔体强度和拉伸黏度。交联PLA的复数黏度高,使泡孔长大初期的长大速率较低;泡孔长大后期泡孔壁被拉伸时,熔体强度和拉伸黏度的急剧提高使泡孔壁强度增加而不会被撕裂,大大减小泡孔的合并,形成较均匀且较规则的泡孔结构。交联PLA高的熔体强度可明显减少发泡时二氧化碳扩散至空气中的量,从而增加PLA发泡样品的体积膨胀率;加入0.4 phr的交联剂时,样品的体积膨胀率最大(达41)。

在以丙酮法合成固含量约为50%的磺酸盐WPU乳液胶黏剂的研究基础上,以羧酸盐改性磺酸盐WPU乳液胶黏剂制备复合型胶黏剂,研究了羧酸盐改性对磺酸盐型WPU胶黏剂性能的影响。结果表明,当DMPA用量1.6%,A95用量1.8%,聚酯多元醇中n(PBA2000)/n(PBA3000)为4/6,多异氰酸酯中n(HDI)/n(IPDI)为4/6时,WPU乳液黏度适中,分散稳定,耐水性良好,力学性能及粘接性能优异。红外光谱分析表明,成功合成了复合型WPU;DSC分析表明复合型WPU熔融温度约为48.03 ℃,磺酸盐WPU熔融温度为45.52 ℃,复合型WPU成峰面积更大,结晶性能更优;TEM分析显示,两种WPU乳液粒子均呈球形,均匀分散,粒径分布分析显示复合型WPU乳液粒径分布较磺酸盐WPU乳液更宽;GPC分析表明两种WPU分子量接近,改性对相对分子质量的影响不大;TGA分析表明550 ℃时到达热分解终点,磺酸盐WPU耐热性能稍占优势;综合性能分析结果显示两种胶黏剂都显示出良好的耐热性,力学性能及粘接性能方面,复合型WPU乳液胶黏剂明显有较大提高,同时其性能相比传统方法合成的羧酸/磺酸盐WPU也有较大提高。

以聚碳酸酯为材料,利用自行设计带有压缩功能的模具,采用常规注塑成型(IM)和注射压缩成型方法(ICM)对比研究制品在常温和低温环境下的拉伸力学性能;基于单因素实验方法,研究熔体温度、模具温度、模板压缩距离、延迟时间和压缩力对ICM制品残余应力和低温拉伸性能的影响规律。结果表明:在相同的环境温度下,ICM制品较IM制品有较大的屈服应力和弹性模量;低温环境下样品的拉伸性能有所提升,并在-40℃附近出现了聚碳酸酯分子的次级玻璃化转变;残余应力是影响ICM制品低温拉伸性能的主要因素,较高的熔体温度、模具温度、模板压缩距离,以及较短的延迟时间,较小的压缩力会减小ICM制品的残余应力,提高制品的低温拉伸性能。

在氯化1-烯丙基-3-甲基咪唑([AMIM]Cl)离子液体中,采用原子转移自由基(ATRP) 法接枝改性微晶纤维素,合成了微晶纤维素-g-甲基丙烯酸二乙氨基乙酯(MCC-g-PDEAEMA)聚合物分子刷。通过加入助溶剂形成均相反应体系,解决了功能性单体甲基丙烯酸二乙氨基乙酯(DEAEMA)在[AMIM]Cl离子液体中的溶解问题。分别研究了离子液体中均相与非均相的反应机理,结果表明:在均相体系中,生成的反应副产物PDEAEMA较少,聚合物分子刷的接枝效率较高,分子量分布窄,ATRP反应可控性好。实验确定了均相体系最佳反应条件:CuBr/PMDETA/DEAEMA/乙醇的摩尔比为1:15:150:300, MCC-g-PDEAEMA的接枝效率可达78.1%。通过红外、核磁和GPC对聚合物表征发现,侧链PDEAEMA成功地接枝到微晶纤维素骨架上,生成的聚合物分子刷的分子量分布均匀。

常压干燥制备低密度气凝胶是促进高性能气凝胶发展应用的重要途径。以正硅酸乙酯为硅源,采用溶胶-凝胶和常压干燥工艺制备出低密度(<100 kg·m^-3)的疏水SiO₂气凝胶,通过工艺参数的控制制备出不同压缩模量的醇凝胶,探讨了反应物配比对醇凝胶压缩模量和气凝胶密度间的影响关系,获得了通过控制醇凝胶压缩模量制备低密度疏水SiO₂气凝胶的方法;发现将醇凝胶压缩模量控制在0.25~2.5 kPa范围内,可制备出密度小于100 kg·m^-3的疏水SiO₂气凝胶,该研究可以为低密度疏水SiO₂气凝胶的低成本常压制备及其控制方法提供指导。

苯并噁嗪(BZ)和双马来酰亚胺(BMI)按照不同的配比进行共混固化。用FTIR、DSC、凝胶化时间、DMA、TGA、万能电子拉力机分别研究了BZ/BMI共混体系的固化行为以及BZ/BMI固化树脂的热性能和剪切强度等。结果表明BZ和BMI除了发生均聚反应,还发生苯并噁嗪开环生成的酚羟基和双马来酰亚胺的双键生成醚键的反应。BZ和BMI共混后,固化温度比各自的固化温度都低。BMI的加入提高了共混树脂的热性能,BZ/BMI固化树脂的T_g达289℃,T_d5达387℃,T_d10达422℃,800℃的残炭率达55.3%。另外,BMI的加入提高了BZ/BMI固化树脂的剪切强度,当BMI的含量为60％时,BZ/BMI固化树脂的剪切强度为12.44 MPa。进一步,制备了玻璃布增强的BZ/BMI层压板,并对其力学性能和断面形貌进行了研究。结果表明,当BMI用量为40%时,BZ/BMI层压板的拉伸强度、弯曲强度、冲击强度分别达394 MPa、490 MPa、160 kJ·m^-2。