基于密度泛函理论的燃煤飞灰未燃尽碳与烟气砷作用机理

基于密度泛函理论研究了燃煤飞灰中未燃尽碳（unburned carbon， UBC）组分对气态单质砷As及其氧化物AsO、AsO₂和As₂O₃的作用机理。结果表明，单质砷优先吸附于碳桥位，吸附能在（-5.95）-（-5.88） eV。AsO分子中的砷、氧原子分别与碳原子成键时，吸附构型最稳定，吸附能最低为-7.87 eV。当AsO₂在未燃尽碳表面解离形成一个AsO和表面活性氧时，体系最稳定，吸附能为-10.65 eV。当三角双锥As₂O₃分子以两个氧原子首先碰撞未燃尽碳表面时，将解离形成AsO和AsO₂小分子，并分别与表面碳成键，此时体系吸附能相较于未解离情形而言显著降低，达到-10.64 eV。飞灰未燃尽碳与AsO或AsO₂小分子的结合较紧密，局部倾向于形成特殊的五元环结构。毒性最强的三价态砷As₂O₃，相较于As、AsO和AsO₂而言，化学性质稳定，不易发生吸附。将其催化裂解为AsO、AsO₂小分子，有望成为可行的燃煤电厂烟气砷污染控制措施。     

生活垃圾流化床热处置中重金属迁移分布研究

在流化床实验装置上研究模拟生活垃圾热解、气化、焚烧等热处置过程中重金属Cd、Pb、Zn及Cu的迁移转化,分析氧化还原气氛及温度对重金属挥发特性的影响。结果表明,高温及还原性条件促进了Cd、Pb及Zn的挥发;而氧化性气氛有利于Cu的迁移。热力学平衡模拟结果表明,金属在氧化和还原气氛下的转化途径不同。在还原性气氛下,金属主要以元素态单质或硫化物的形式存在,其熔沸点高低决定了金属挥发程度。反之,CuCl_3等氯化物的生成促进了Cu在氧化性气氛下的挥发。金属基反应在氧化性气氛下得到加强,提高了Cd、Pb及Zn向气相产物转化的起始温度。进一步考察重金属在不同组分的分布及富集规律,大部分以气相形式挥发的重金属易在降温过程中冷凝并富集于飞灰。气流夹带亦是导致重金属迁移的重要原因,流化床的高气速特性对重金属分布有显著影响。     

三氧化二砷磁性纳米粒的表征及其在小鼠组织中的药代动力学

通过溶剂转移法制备了三氧化二砷铁氧体磁性纳米粒(As₂O₃-MNPs). 利用扫描电镜/能谱分析、红外光谱(IR)和差示扫描量热法(DSC)等技术对其进行了表征. 选择正常小鼠肝脏作为靶区, 在外加磁场的诱导下, 考察As₂O₃-MNPs在小鼠体内的组织药代动力学特征, 以此反映该磁性纳米粒的磁靶向性效果. 红外光谱分析结果显示, As₂O₃-MNPs中存在磁性材料MgFe₂O₄; DSC分析表明, 制备磁性纳米粒所用材料As₂O₃、乳酸羟基乙酸共聚物(PLGA)和铁氧体之间没有明显的相互作用, 可用于磁性纳米粒的制备; 能谱分析结果显示As₂O₃和磁性材料MgFe₂O₄ 不是吸附于纳米粒的表面, 而是包裹于其中; 磁场组小鼠肝脏组织中药物浓度-时间曲线下面积(AUC_0-∞)、达峰浓度(c_max)和消除半衰期(t_1/2)均明显大于非磁场组(P<0.05), 说明As₂O₃-MNPs在正常小鼠体内有良好的磁靶向性分布. 所制备的三氧化二砷磁性纳米粒稳定性好, 靶向性强, 在肿瘤治疗方面具有良好的应用前景.     

煤燃烧过程中有害痕量元素形态分布的化学热力学平衡分析

采用化学热力学平衡分析方法,应用真实煤质数据预测了煤燃烧过程中国内六种具有代表性的煤种有害易挥发性痕量元素As和Se的化学形态分布。计算中考虑了痕量元素和卤素（如氯元素）的相互作用,也考虑了痕量元素与主量矿物元素之间的相互作用。研究结果表明,不同煤级、不同产地的煤中痕量元素As的化学形态分布有较大差异。As的热力学平衡计算中,数据库中是否忽略AsO形态对结果影响非常显著,忽略AsO形态的限制性模拟结果似乎更能反映真实煤燃烧过程中As的化学形态分布。煤级和煤的产地对Se的化学形态分布没有显著影响。     

P、As为中心原子的杂多钼酸盐的合成、热稳定性及还原性研究

在合成(NH₄)₃PMo₁₂O₄₀和K₃PMo₁₂O₄₀的基础上,用改进的方法合成了(NH₄)₃AsMo₁₂O₄₀和K₃AsMo₁₂O₄₀,以FTIR、XRD、TG-DTA、ESR和TPR等手段对其结构、热稳定性和还原性进行了考查,当中心原子由P换成As后,杂多钼酸盐热稳定性下降,还原性提高.     

鱼露中砷形态分析

采用高效液相色谱-电感耦合等离子体质谱（HPLC-ICP/MS）联用技术对鱼露样品中砷形态进行分析。鱼露样品采用含0.45%H₂O₂的1%HNO₃溶液90℃热浸提3 h,8000 r/min离心过滤后,采用Hamilton PRP-X100阴离子交换柱（250 mm×4.1 mm,10μm）,以（NH₄）₂HPO₄溶液为流动相,梯度洗脱,HPLC-ICP/MS法进行分析。结果显示,在前处理过程中添加H₂O₂可准确测定鱼露样品中一甲基砷（MMA）和无机砷（i As）的含量;同时发现氧化后砷甜菜碱（As B）高的鱼露基质样品中少量的As B会转化为未知砷形态,影响二甲基砷（DMA）的准确测定。     

活性炭纤维吸附脱除NO过程中NO氧化路径分析

在小型固定床吸附实验台上开展了黏胶基活性炭纤维吸附脱除NO的实验研究。采用H₂O₂溶液浸渍以及热处理方法对活性炭纤维表面进行修饰,以获得表面孔隙结构接近而含氧官能团含量不同的样品;考察样品在惰性氮气气氛、含氧气氛下吸附脱除NO的效果,以及表面含氧含氮官能团的变化规律。探讨了含氧官能团在NO催化氧化过程中的作用及含氧气氛下O₂对于NO转化为NO₂的影响,分析了活性炭纤维表面吸附的NO向NO₂的主要转化途径。结果表明,在氮气气氛下活性炭纤维表面C-O官能团对吸附态的NO起到氧化作用,吸附态NO被C-O官能团氧化生成-NO₂官能团;在含氧气氛下活性炭纤维吸附NO后表面出现-NO₂、-NO₃官能团,通过长时间实验测定三种样品在含氧气氛下对NO吸附的效果,发现三种样品稳定时催化氧化效果一致,表明含氧官能团对初始NO的物理吸附影响较大,而对整个吸附过程影响较小。吸附在活性炭纤维表面上的NO与环境气氛中的游离态O₂发生氧化反应是NO转变为NO₂的主要途径。     

照相明胶与化学增感剂相互作用的XPS研究

本文采用X射线光电子能谱技术研究了两种照相明胶与化学增感剂相互作用的机理.当两种照相明胶样品在HAuCl₄溶液中反应5min后,明胶中的蛋氨酸、蛋氨酸亚砜均被氧化为蛋氨酸砜.与此同时,明胶吸附的大部分Au³⁺被还原为Au⁺,并且Au⁺以络合形态存在于明胶之中.根据与AuCl₃反应之后明胶中Au³⁺与Au⁺的比例,法国明胶的还原性略高于包头明胶.添加到明胶中的Na₂S₂O₃能将明胶大分子所含的蛋氨酸亚砜全部还原为蛋氨酸.S₂O₃^2-、蛋氨酸和蛋氨酸砜可以稳定共存于明胶体系之中,外加的S₂O₃^2-的还原性高于明胶中蛋氨酸、蛋氨酸亚砜的还原性.添加Na₂S₂O₃后的两种照相明胶均可以将其溶胀吸附的Au³⁺全部还原为胶态金.此时,参与氧化还原反应的主要基团是S₂O₃^2-而非明胶中的蛋氨酸残基.由于Na₂S₂O₃的添加,照相明胶对AuCl₃的还原能力增强.     

负载型Pd-Cu催化剂的制备及富氢气氛下CO优先氧化性能

分别以Al₂O₃, SiO₂和C₃N₄为载体, 通过简单浸渍法制备了3种负载型Pd-Cu催化剂(PC-Al₂O₃, PC-SiO₂, PC-C₃N₄), 考察了其在室温下富氢气氛中CO优先氧化反应性能. 采用X射线衍射(XRD)、 傅里叶变换红外光谱(FTIR)、 氮气物理吸附仪(N₂-physisorption)、 氢气程序升温还原(H₂-TPR)、 二氧化碳程序升温脱附(CO₂-TPD)、 X射线光电子能谱(XPS)和原位漫反射傅里叶变换红外光谱(In situ DRIFTS)等手段对其进行了表征. 结果表明, 与PC-SiO₂和PC-C₃N₄相比, PC-Al₂O₃具有更高的CO优先氧化性能. 这是由于PC-Al₂O₃上形成了大量与Pd物种具有强相互作用的Cu₂Cl(OH)₃物种; 而PC-SiO₂中仅有少量的Cu₂Cl(OH)₃, 且与Pd物种相互作用较弱; PC-C₃N₄中Cu物种则更易与C₃N₄基质配位, 由此削弱了Pd, Cu之间的相互作用. 在反应气氛下PC-Al₂O₃表面还易形成具有更强CO活化能力的Pd⁺物种, 通过与大量Cu⁺物种紧密相互作用, 在一定程度上抑制Pd⁺被过度还原为Pd⁰, 从而维持了其催化活性. 与SiO₂和C₃N₄相比, Al₂O₃更适合负载Pd-Cu用于富氢气氛下CO优先氧化反应.     

氯化银T-颗粒乳剂制备专用的氧化明胶的研究

以往的研究表明:低蛋氨酸含量的明胶能制得晶体形态比较高的高氯T-颗粒乳剂.本文用氧化方法进一步降低明胶中的蛋氨酸含量.明胶经氧化剂(H₂O₂)氧化能得到不同的氧化明胶.用电位法测定氧化明胶的还原性;用氨基酸分析仪测定它们的蛋氨酸含量;用SDS-PAGE电泳法测定它们不同结构的组份含量.结果表明,还原性及蛋氨酸含量随氧化剂加入量的多少而变化;但氧化明胶的分子量分布与原胶相比变化甚小.     

O2对燃煤烟气中As2 O3均相反应生成途径影响研究

应用量子化学密度泛函理论研究了燃煤烟气中As和AsO与O_2均相生成As_2O_3的反应机理。首先计算确定了各反应物、中间体、过渡态和产物的结构和能量,然后运用热力学和动力学方法对As_2O_3均相生成过程进行分析。结果表明,由As和AsO与O_2均相生成As_2O_3的最大反应能垒分别为32.9和157.2kJ/mol,在烟气中由As转化为As_2O_3更为容易进行。在500-1900 K下,各反应的正逆反应速率常数均随温度的提高而增大,但不同反应过程受温度影响的程度不同。As与O_2反应生成AsO和AsO_2的两个反应过程的平衡常数在所研究的温度范围内均大于10~5,能完全反应,可以认为是单向反应。AsO与O_2反应生成AsO_2的过程平衡常数在所研究的温度范围内小于10~5,反应不完全,转化率低。AsO与AsO_2生成As_2O_3(D3H)构型的平衡常数极低,反应难以进行,而生成As_2O_3(GAUCHE)构型反应能垒低,可自发进行。     

Matrixisolation von AsOCl und SbOClMatrix isolation of molecular AsOCl and SbOCl

The molecules AsOCl and SbOCl are formed by reactions of silver with mixtures of AsCl₃ and O₂ or SbCl₃ and O₂ respectively at about 1300 K. After condensation in an argon matrix at 15 K the two stretching vibrations of AsOCl can be observed in the IR spectrum: 984.4 cm⁻¹ [ν(AsO)] and 378.7 cm⁻¹ [ν(AsCl)]. This assignment is confirmed by the measured ¹⁶O/¹⁸O and ³⁵Cl/³⁷Cl isotopic shifts. The calculated AsO force constant shows that there is a real AsO double bond in this molecule.

We failed in the characterisation of SbOCl by the same method, because this molecule is only stable at 1350 K in the presence of gaseous Sb₄O₆ and therefore the absorptions of SbOCl are superimposed by the very strong bands of Sb₄O₆.     

矿物质氧化物对燃煤烟气中砷/铅的吸附特性研究

选取典型的矿物质氧化物为吸附剂，在两段式固定床反应器中研究了模拟烟气气氛下吸附剂吸附As₂O₃、PbO的特性，吸附反应的原子态密度、吸附位、吸附能等通过密度泛函理论（DFT）计算获得。结果表明，CaO的砷吸附容量最大，900 ℃吸附砷容量为5.25 mg/g；其次是Fe₂O₃、MgO、Al₂O₃，吸附的砷以As³⁺和As⁵⁺的砷酸盐形式存在，高岭土和飞灰具有较大的PbO吸附容量，最大吸附容量分别为6.69和2.75 mg/g；其次是SiO₂和Al₂O₃，并且50%SiO₂/50%Al₂O₃ 混合吸附剂的铅吸附容量高于单一氧化物，吸附剂表面O原子是As₂O₃的吸附活性位点，吸附剂暴露的不饱和Si和Al原子是PbO的吸附活性位点，此外温度、烟气气氛对吸附容量和吸附产物有显著影响。     

The vapour pressure of di-arsenic pentoxide (As2O5)

The arsenic oxide pressure of As₂O₅ has been studied using mass spectrometry and a transportation method. Mass spectrometry revealed the presence of the species As₄O⁺₆, As₄O⁺₇, and As₄O⁺₈ in the vapour. The existence of volatile species up to As₄O₁₀(g) as a result of the reaction As₄O₁₀(g) As₄O_(10−y) (g) +1/2yO₂(g) has been assumed.

The oxygen pressure of this equilibrium builds up very slowly. The equilibrium pressure can be expressed by log(p_O2/atm) (880−952 K) = −(13940±930)/T + (14.53 ± 1.01)

A stationary arsenic oxide pressure has been measured using the transportation method. Since the oxygen pressure in the transportation gas did not influence the arsenic oxide pressure, it is assumed that only the As₄O₁₀(g) pressure has been measured. The results can be expressed by the linear function log(p_As4O10/atm) (865−1009 K) = −(15741 ± 410)/T + (13.87 ± 0.42).     

Preparation and Investigation of Arsenic Trioxide-loaded Polylactic Acid/Magnetic Hybrid Nanoparticles

In order to improve the therapeutic index and reduce the side effects of As2O3 so as to expand its clinical utility to solid tumors,As2O3-loaded polylactic acid（PLA）/magnetic nanoparticles（PAMNs） were prepared and the preparation conditions were optimized by the improved double emulsion solvent-evaporation method to obtain as a drug delivery system with a high As2O3 encapsulation efficiency and homogeneous nanosized particles.Successful loading of magnetic nanoparticles into the nanoparticles was confirmed by Fourier transform infrared（FTIR） spectroscopy.The drug loading,encapsulation efficiency and releasing properties of As2O3 in PAMNs were investigated by atomic fluorescence spectrometer analysis.Subsequently,the in vitro antitumor efficacy of free As2O3 and As2O3-PAMNs against SMMC-7721 cell line was investigated.Finally,confocal fluorescence microscopy was conducted to reveal the celluar uptake of As2O3-loaded PAMNs by SMMC-7721 cell line.     

燃煤烟气中砷对V_2O_5-WO_3/TiO_2 SCR脱硝催化剂性能的影响

通过将商业V_2O_5-WO_3/TiO_2脱硝催化剂暴露于含As_2O_3烟气中,制备了砷中毒催化剂,并运用X射线衍射(XRD)、比表面积(BET)、NH3化学吸附、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、X射线光电子能谱等技术表征分析了砷对催化剂性能的影响,并提出了催化剂砷中毒机理。结果表明,砷对催化剂具有严重的毒害作用,As_2O_3会吸附在催化剂表面,并被催化剂氧化形成As_2O_5覆盖层,减小催化剂比表面积,减少催化剂V活性位,阻止催化剂对NH3的吸附,造成催化剂失活。     

复合聚并协同脱除燃煤颗粒物及颗粒态重金属的中试研究

燃煤颗粒物和其上富集的As、Se、Pb等重金属排入大气后危害环境和人体健康。本研究开发以湍流聚并、壁面回流吸附为原理的复合聚并器，研究了聚并前后对颗粒物和颗粒态重金属的聚并效果。首先采用数值模拟方法综合考虑压力损失、速度均匀性和颗粒物聚并效果，优选了折叶片作为复合聚并器的叶片类型。随后进行了不同流量的颗粒物聚并中试研究，发现复合聚并器对PM₁的聚并率可达32.84%，随着流量从11.1 m/s增加到17.6 m/s，PM_2.5聚并率呈现一定下降趋势，说明了流量增加导致颗粒停留时间缩短和颗粒物聚并率的下降。通过对比聚并前后颗粒物中As、Se、Pb的浓度变化，发现聚并过程增强了对气态重金属的吸附，也会聚集富含重金属的纳米级颗粒物，从而造成PM₁中重金属浓度的增加。聚并后PM₁内的As、Se、Pb绝对浓度的降低，显示了复合聚并器对颗粒物和颗粒态重金属的协同脱除效果。     

模拟烟气气氛下矿物元素组分对砷的吸附特性研究

利用气相砷吸附反应实验装置,研究了300-900℃条件下CaO、Fe₂O₃、MgO、Al₂O₃、K₂SO₄及钙铁混合吸附剂在模拟烟气气氛下的As₂O₃（g）吸附特性。结果表明,在五种单元素吸附剂中,CaO的吸附能力最强,K₂SO₄最弱;随着温度升高,CaO的吸附量先增加,在700℃时略微下降后又增加,Fe₂O₃的吸附量先增加后减少,MgO、Al₂O₃、K₂SO₄的吸附量一直增加;三种比例的钙铁混合吸附剂的吸附效果的实验值相比计算值至少提高了92%,Ca：Fe比为3：1时,吸附效果最好,达到7.91 mg/g。混合后烧结反应导致表面结构改变是吸附效果提升的重要原因。     

不同反应气氛下准东高钠煤中钠的迁移转化与积灰特性

为了获得循环流化床工艺下不同反应气氛对准东高钠煤中钠的迁移转化与积灰特性的影响,在0.4t/d循环流化床实验装置上开展了相同床温(950℃)下的新疆沙尔湖高钠煤的气化(还原性气氛)与燃烧(氧化性气氛)实验研究。结果表明,气化和燃烧气氛下飞灰与积灰中Na主要以NaCl的形式存在;气化比燃烧更容易将Na、Cl固留在底渣和飞灰中,相应的进入气相中的Na、Cl更少;燃烧气氛下,部分NaCl会被烟气中的SO_2硫化,生成稳定性更高的Na_2SO_4并冷凝在飞灰和积灰棒表面,燃烧过程中产生的飞灰粒径更细,积灰更严重;沙尔湖煤燃烧与气化过程中存在HCl对金属壁面的腐蚀。