针对细胞裂解液中的超螺旋质粒DNA(sc pDNA)的分离,以质粒pVAX1为典型对象、采用Capto PlasmidSelect作为混合模式层析介质,探讨了料液中主要成分sc pDNA、开环质粒DNA(oc pDNA)和RNA的吸附行为,优化了分离条件,实现了从成分较为复杂的料液中高效分离sc pDNA.考察了上述3种组分的静态吸附,发现在(NH4)2SO4浓度c(NH4)2SO4为1.9～2.5 mol·L-1时,sc pDNA均具有较高的吸附量,确定c(NH4)2SO4=2.5 mol·L-1的料液可直接上样,此时sc pDNA饱和吸附量为每克介质吸附3.3 mg.动态吸附实验发现,sc pDNA穿透略晚于oc pDNA,sc pDNA动态载量为每毫升介质负载2.00 mg,RNA吸附能力明显强于pDNA.进一步优化了洗脱、冲洗和上样量等分离条件,采用c(NH4)2SO4=2.5 mol·L-1上样、c(NH4)2SO4=1.9 mol·L-1冲洗、(c(NH4)2SO4=1.7 mol·L-1)+(cNaCl=0.3 mol·L-1)洗脱,sc pDNA纯度可达83.9％、同质性高达95.8％、收率为80.6％.结果表明,混合模式层析对sc pDNA选择性好、处理量较大,具有良好的应用价值.
为了进一步提高受限撞击流反应器内纳米颗粒结晶性能,在反应器中引入超声场来强化反应器内入射流撞击区域上方"三角区域"流动与微观混合过程.采用Villermaux-Dushman平行竞争反应体系对超声强化的受限撞击流反应器内微观混合过程进行实验研究,使用离集指数、微观混合时间以及达姆科勒数对反应器内微观混合性能进行表征.结果表明:低频超声场通过诱导超声空化效应能有效地强化撞击流反应器内微观混合过程,低雷诺数时效果更为明显.与未施加超声相比,在超声作用下离集指数减小10.9％～23.5％,微观混合时间从0.00016～0.00043 s缩短至0.00014～0.00033 s.研究发现该反应器在所有工况下达姆科勒数均小于1,表明该化学反应由微观混合过程主导.
非电解质固液平衡模型对石油化工流程模拟的结晶过程计算具有重要作用.采用2种不同体系的实验数据,从基于正规溶液理论和局部组成理论的6种非电解质固液相平衡模型出发,依次评价了它们对固相分率和固相组成的计算精度,并对相平衡计算模型进行改进.6种相平衡模型对固相分率计算结果的平均绝对偏差(AAD)介于2.58％～9.14％.研究发现,预测模型中的固液相焓差修正项影响固液相平衡预测结果的准确性.通过在Won、P-UNIQUAC和P-UNIQUAC(Ghanaei)相平衡模型中分别增加Pedersen、Ghanaei和DIPPR固液相焓差修正项改进模型并用实验数据进行评价.结果表明,9种改进的相平衡模型对固相分率的计算结果优于原始模型,对固相分率计算结果的AAD介于3.36％～6.31％.
为了提升洗涤冷却管内质热传递效率,利用不同壁面参数的波纹壁面取代原平滑壁面,以增强对洗涤冷却管主换热区域的液膜波动.在液相雷诺数ReL为8.3×103～3.14×104条件下,借助超声多普勒测速仪对波纹壁面上的液膜厚度和速度分布特性进行了研究.实验结果表明:在湍流降膜过程中,波纹壁面结构的存在加强了液膜的扰动,使得液膜平均厚度明显增厚,并促进了轴向方向上的液膜厚度分布的均匀性.波纹壁面结构扰动减少了大波出现概率,同时使得衬底液膜波动更为剧烈;但波纹壁面结构会产生一定的回流现象.
针对生物柴油产业中副产甘油过剩的问题,提出基于甘油直接制备高附加值有机胺的方法.采用γ-Al2O3为载体,以Co为主金属组分制备负载型双金属催化剂,对甘油催化氨化反应进行了探索性研究.结果表明,甘油氨化反应体系复杂,其中Co-Ni/γ-Al2O3更有利于催化甘油氨化生成伯胺,伯胺的选择性之和为54.2％.采用气相色谱-质谱联用技术对甘油氨化反应体系进行定性分析,建立了反应网络,明晰了直链胺类以及哌嗪类衍生物的合成路径,得出生成乙二胺和1,2-丙二胺反应分别有2条可能路径.利用Aspen Plus对甘油催化氨化合成二元胺—乙二胺和1,2-丙二胺的反应路径进行了热力学分析,根据结果确定甘油氨化合成乙二胺很可能按照以3-氨基-1,2-丙二醇为中间产物的路径进行;对于甘油氨化合成1,2-丙二胺反应,在较低温度下,2-氨基丙醇路径和1-氨基-2-丙醇路径2种反应路径并存,而随着反应温度的升高变为以1-氨基-2-丙醇路径为主.
采用重量法测定了胆酸在甲醇、乙醇、乙酸乙酯、冰醋酸和正丙醇中的溶解度数据,并采用Modified Apelblat模型、λh模型、二次多项式模型和三参数van′t Hoff模型对溶解度数据进行了拟合.通过修正的van′t Hoff方程分析溶解过程的热力学参数(吉布斯自由能变ΔmixG、焓变ΔmixH和熵变ΔmixS),并计算了焓相对贡献ζH和熵相对贡献ζTS.结果表明,二次多项式模型对溶解度的关联效果最好.在研究所采用的溶剂体系中,ΔmixH>0,ΔmixS>0,ΔmixG>0,说明胆酸的溶解是非自发、不可逆的吸热过程.焓的相对贡献 ζH远大于熵的相对贡献 ζTS,说明胆酸在所选的溶剂的溶解过程中,溶解焓变ΔsolH对溶解吉布斯能变ΔsolG的贡献大于溶解熵变ΔsolS.这些溶解度和热力学性质可为胆酸结晶工艺提供重要的依据.
为了解决氢化松脂蒸馏分离问题,采用带有搅拌桨的改进Ellis平衡釜和气相色谱分析方法,测定了在常压和温度为169.2～176.2℃下氢化松脂体系汽液平衡数据;采用NRTL、Wilson和UNIQUAC模型对氢化松脂体系汽液平衡数据进行热力学关联;由相对挥发度判断了单萜烃和倍半萜烃分离难易程度.结果表明,氢化松脂体系汽液平衡数据经Herington积分法检验,所得实验数据符合热力学一致性;采用NRTL、Wilson和UNIQUAC模型计算时,气相摩尔分数的平均绝对偏差为0.0121、最大偏差为0.0373,温度的平均绝对偏差为1.5℃、最大偏差为2.8℃,即3种模型对氢化松脂体系汽液平衡计算都适用;单萜烃与倍半萜烃相对挥发度范围为1.924～2.146,因而单萜烃与倍半萜烃分离有一定难度.
含油污水对生态环境造成了极大破坏,油水分离已成为亟待解决的环保难题.为了解决油水分离问题,通过简单浸涂法将纳米Fe3O4和漆酚协同修饰于两亲性三聚氰胺海绵(MS)表面,改性所得漆酚-Fe3O4-漆酚三聚氰胺海绵(UFeU-MS)材料实现了海绵基底从超亲水-超亲油到超疏水-超亲油的转换.由于漆酚含有邻苯二酚基团与15～17碳长烷基链,一方面使用一定浓度漆酚将Fe3O4与海绵进行黏附;另一方面借助长烷基链降低海绵表面能.通过对UFeU-MS进行表征分析验证,其表面水接触角高达160.9°±1.8°,满足超疏水-超亲油的要求;吸收有机溶剂和油类物质的质量大于其自身的21倍,10次吸附-解吸循环分离效率可以保持在97.77％;经不同pH溶液浸泡水接触角可以保持在147°以上,也适应于酸碱环境的油水分离.饱和吸附后的海绵既可经过简单的物理挤压回收溶剂,也可通过外加磁场远程回收.
针对低浓度氨水捕集CO2速率慢、再生能耗高的问题,利用Aspen Plus软件模拟高浓度氨水(质量分数为16％～22％)为吸收剂的燃煤电厂CO2捕集工艺系统,对比高浓度与低浓度氨水捕集CO2工艺的能耗特性与氨逃逸速率,揭示高浓度氨水脱碳过程中氨逃逸和能耗与氨水浓度、碳负载、解吸塔富液入口温度之间的关联特性.研究表明:再生过程中存在氨逃逸浓度转变的临界再生温度和贫液碳负载的限制,当氨水质量分数为20％ 时,再生温度不宜高于107℃,贫液碳负载率不宜低于0.25;与低浓度氨水(质量分数为4％～8％)脱碳相比,高浓度氨水脱碳工艺的CO2再生能耗可降低26.2％～32.2％,考虑氨回收能耗后的总体能耗仍可降低21.6％～25％,为低能耗氨法碳捕集工艺的开发提供了指导.
针对现有弹状流理论模型忽略气泡破碎与融合效应而无法准确预测水动力学特性难题,建立基于破碎与融合效应的弹状流理论模型.分析泰勒气泡湍动能和表面张力能,推导泰勒气泡破碎的理论公式.基于气相质量守恒,提出气泡融合理论模型,结合破碎公式、融合模型以及经典的弹状流理论,形成了考虑气泡破碎与融合效应的弹状流理论模型.搭建弹状流实验装置,基于高速摄影法测量泰勒气泡速度,对比研究新建理论模型、传统模型与实验数据的吻合度.结果表明:新建模型与实验数据一致性好,误差范围为12％,较经典理论模型提高了7％.证明考虑气泡融合与破碎效应的新建模型较现有理论模型更合理.
为了研究烯烃催化裂解装置催化剂失活对系统的影响,优化催化剂再生周期,构建了考虑催化剂失活的反应与换热网络通用集成模型.基于反应和催化剂失活动力学、换热网络集成原理和公用工程迁移规律,构建了反应器-换热网络耦合集成模型,可确定反应器参数和换热网络目标能耗随催化剂失活的变化规律,以单位产品的平均能耗为评价指标优化催化剂再生周期.据此模型探讨了烯烃催化裂解装置催化剂活性变化对反应器出料组成、温度、换热网络最小公用工程用量以及单位产品平均能耗的影响规律,确定了催化剂的最佳再生活性为0.8,最佳再生周期约为4.5天.优化后,单位产品平均生产能耗可降低41.5％.
针对传统LiMn2O4(LMO)膜电极导电性差及提锂效率低等问题,引入一维碳纳米管(CNT)和二维氧化石墨烯(GO),制备新型CNT-GO-LiMn2O4膜电极(CNT-GO-LMO),CNT与GO通过π-π 键相互作用,实现了与LMO活性材料"互联互通"三维致密导电网络结构的构建,使CNT-GO-LMO膜电极具有优异的导电能力和提锂性能.采用扫描电子显微镜、拉曼光谱、X射线衍射等手段对膜电极进行表征,并考察了膜电极在高Mg/Li溶液中的提锂性能,结果表明,CNT与GO的引入有效提高了CNT-GO-LMO的镁锂分离系数和电流效率;与LMO、CNT-LMO膜电极相比,CNT-GO-LMO膜电极展现出更优的提锂性能:平均提锂容量为36.04 mg·g-1,提锂速率为1.085 mg·(g·min)-1,电流效率为94.73％.
为了研究撞击流混合器不同形状喷嘴的流场涡特性及混合效果,利用数值模拟方法对不同工况下的流场进行分析,得到不同喷嘴撞击流混合器的速度场、涡量场、涡结构以及浓度变异系数的变化规律,揭示不同形状喷嘴对撞击流混合器混合效果的影响.结果表明:喷嘴出口截面为圆形、等边三角形和正方形的撞击流混合器轴向速度为"V"形分布;喷嘴截面为圆形和正方形的撞击流混合器径向速度为"M"形分布.等边三角形截面喷嘴的撞击流混合器产生的流向涡数量多、强度大并且产生的涡旋结构的连续性更高,分布范围更广.相同工况下等边三角形截面喷嘴的撞击流混合器混合效果明显优于圆形喷嘴和正方形喷嘴混合器,最快达到混合均匀.
为了制备新型生物质基甘油缩酮,开发一种以生物质基平台化学品乙酰丙酸甲酯(ML)和甘油(GLY)为原料,分子筛催化合成乙酰丙酸甘油缩酮甲酯(MLK)的绿色工艺.考察β、USY、HZSM-5型3种分子筛的催化效果,筛选出HZSM-5为适宜的催化剂.在此基础上,采用Box-Behnken实验设计考察并优化催化剂用量、反应温度和反应原料物质的量比对MLK产率的影响,同时对反应前后的催化剂进行了表征.结果表明:在ML与GLY物质的量比为4.3,反应温度为121℃,催化剂用量为1.6 g的条件下,MLK产率达到92.09％.HZSM-5循环使用6次后,MLK的产率为87.89％,表明HZSM-5分子筛催化剂具有良好的催化活性和稳定性.
通过原位化学沉积在废弃口罩熔喷布表面负载均匀分散的二氧化硅(SiO2)纳米颗粒,进而接枝十八烷基三氯硅烷(OTS),得到具有多级粗糙结构的疏水膜.改性膜的水接触角达到142.5°,重力作用下四氯化碳通量达到12224 L·m-2·h-1,油水分离效率大于98％.结果表明改性膜能够在酸性、碱性、盐溶液以及超声等条件下保持性能稳定,具有很好的应用前景,为废弃口罩的绿色、低碳、资源化利用提供了新思路.
针对传统二氧化硅气凝胶在实际应用中存在的强度低、易吸水、各项性能难以兼顾等问题,以乙二胺(EDA)还原改性的氧化石墨烯气凝胶作为增强材料,以六甲基二硅氮烷(HMDS)作为疏水改性剂,以四乙氧基硅烷(TEOS)作为硅源,将二氧化硅前驱体溶液浸渍到还原氧化石墨烯气凝胶(rGOA)中,通过溶胶-凝胶法进而冷冻干燥获得还原氧化石墨烯-二氧化硅复合气凝胶(rGOSA).考察rGOA负载量对rGOSA的微观结构及其物化性能等的影响.结果表明:rGOSA表现出更强的热稳定性和疏水性,具有良好的机械性能和隔热性能.热分解温度高达400℃,水接触角高达143°,应变50％ 时的抗压强度为0.328 MPa,导热系数低至0.0390 W·(m·K)-1(30℃).
己糖二酸脱水环合制备2,5-呋喃二甲酸(2,5-FDCA)是一条有工业发展潜力的工艺.针对该工艺母液循环过程中杂质成分不确定、副产物糠酸分解反应动力学和机理不清楚等问题,在糠酸分解产物明确的基础上,测定了糠酸在4种催化体系中的分解反应动力学和分解产物的生成反应动力学.结果表明,在不同催化体系中糠酸的分解速率由快到慢依次为:10％H2SO4、3％HBr+2％MgBr2、3％HBr、3％HBr+2％LiBr(百分数均为质量分数).采用1级反应动力学拟合得到糠酸在2％HBr+5％LiBr催化下的分解反应活化能为98.74 kJ·mol-1.提出了糠酸分解的可能路径为糠酸先脱羧生成呋喃,呋喃再通过Diels-Alder反应生成相对稳定的2,3-苯并呋喃,2,3-苯并呋喃可与呋喃通过Diels-Alder反应进一步生成氧芴.
采用浸渍法制备同时具有碱性位点和氧化还原位点的MoO/VO-CD-T(CD为煅烧白云石,T为煅烧温度)双功能催化剂.结果表明,催化剂表面钼/钒氧化物主要由MoO3和V2O5组成;煅烧白云石与钼、钒氧化物之间形成不同的物相,可进一步调节催化剂稳定性和氧化还原性能.在空气气氛下CD-500负载的V2O5催化剂更有利于烯丙醇形成,主要是因为空气中氧气的存在会抑制高价态钒的还原;而CD-500负载钼的氧化物对烯丙醇的活性较低,因为Mo6+的还原能力弱.以质量分数为20％ 的甘油溶液为原料,在反应温度为320℃的条件下,2％VO-CD-500催化剂(2％ 为VO的质量分数)催化性能相对最佳,甘油转化率为52.4％,烯丙醇选择性为37.4％.
为了制备综合性能优异的固态聚合物电解质基材,通过碘转移活性自由基聚合(ITP)合成聚偏氟乙烯-b-聚甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯(PVDF-b-PPEGMA)共聚物.通过 1H-核磁共振和凝胶渗透色谱证明了共聚物分子的合成,采用红外光谱和透射电子显微镜分析共聚物的凝聚态结构,并测试共聚物/双三氟甲基磺酰亚胺锂(LiTFSi)固态聚合物电解质的电导率.结果表明:聚甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯(PPEGMA)链段的嵌段引入可促进 β 相聚偏氟乙烯(PVDF)结晶的形成;PVDF和PPEGMA链段热力学不相容,嵌段共聚物存在微相分离,随着PPEGMA嵌段比增加,共聚物由"海-岛"相结构向双连续相结构转变.PPEGMA质量分数为 25.5%的嵌段共聚物与锂盐混合(氧化乙烯与 Li+物质的量比n(EO):n(Li+)为 10:1)能达到 9.4×10-5 S.cm-1 的室温离子电导率.
为了降低六苄基六氮杂异伍兹烷(HBIW)氢解脱苄反应中钯催化剂的用量,提出沉淀-还原法合成钯基双金属催化剂的方法.对不同载体负载的催化剂进行筛选和优化,研究不同载体、金属助剂、催化剂中钯的质量分数、催化剂与原料HBIW的质量比对产物收率的影响.结果表明,在0.5 g HBIW、0.4 MPa H2、15℃反应8 h,随后升温至45℃,继续反应24 h的条件下,以Pd质量分数为5%的催化剂(记为5%Pd-Ni/γ-Al2O3)为最优催化剂、催化剂的质量为0.037 5 g时,催化HBIW的氢解脱苄反应,产物获得85%收率,此时催化剂中钯与原料HBIW的质量比为0.375%.在声共振强化下进行氢解脱苄反应,在加速度为392 m.s-2、0.5 g HBIW、0.4 MPa H2的条件下,反应时间缩短至100 min,产物仍保持了85%收率.
