超临界水中硫酸钠结晶动力学的分子动力学模拟

在超临界水反应器中，硫酸钠是易造成堵塞的一种常见无机盐，研究其结晶动力学对于防盐沉积反应器的设计具有重要意义.本文采用LAMMPS分子动力学模拟软件研究硫酸钠在超临界水中的微观结晶过程，其中水分子采用SPC/E模型，离子-离子、离子-水分子相互作用采用Coulumb和Lennard-Jones联合势能函数.结果表明：水对离子的静电屏蔽作用随温度升高而增强、随密度减小而减弱；增大超临界水的温度和密度有利于离子扩散，进而促进离子相互碰撞、成核；在模拟的超临界水参数范围内，其成核速率的数量级为10²⁹cm^-3·s^-1，生长速率为(19.8~25.8) m·s^-1.     

超临界压力CO2在水平圆管内流动传热数值分析

采用SST k-w低雷诺数湍流模型对加热条件下超临界压力CO2在内径di=22.14 mm,加热长度Lh=2440 mm水平圆管内三维稳态流动与传热特性进行了数值计算.通过超临界CO2在水平圆管内的流动传热实验数据验证了数值模型的可靠性和准确性.首先,研究了超临界压力CO2在水平圆管内的流动传热特点,基于超临界CO2在类临界温度Tpc处发生类液-类气“相变”的假设,揭示了水平圆管顶母线和底母线区域不同的流动传热行为.然后,分析了热流密度qw和质量流速G对水平圆管内超临界压力CO2流动换热的影响,通过获取流体域内的物性分布、速度分布和湍流分布等详细信息,重点解释了不同热流密度qw和质量流速G下顶母线内壁温度Tw,i分布产生差异的传热机理,分析结果确定了类气膜厚度d、类气膜性质、轴向速度u和湍动能k是影响顶母线壁温分布差异的主要因素.研究结果可以为超临界压力CO2换热装置的优化设计和安全运行提供理论指导.     

超临界水流化床内煤气化过程建模与仿真(2):气化反应动力学模型及气化规律

本文成功建立了煤超临界水气化动力学模型,其中包括煤在超临界水中热解、液化、固相残碳及液化产物的蒸汽重整等均相和非相反应。该动力学模型能准确反应煤在超临界水中气化特征。在前述第一部分工作的基础上,耦合该气化动力学模型,对煤在超临界水流化床中气化过程进行了建模。通过该模型研究了宽温度参数范围下反应器内典型反应速率、反应组分分布演变规律,揭示了反应器内部化学反应特征与气化规律。研究加深了对超临界水流化床内煤气化过程的认识,对超临界水流化床反应器的优化、放大以及实际运行具有指导意义。     

超临界水中钾对甲醛降解过程影响的研究

为掌握生物质中钾对生物质超临界水降解过程的影响,选择生物质气化转化过程中生成的重要小分子中间产物甲醛作为研究对象,研究不同工艺条件下(反应温度400～650℃、压力23～29 MPa、停留时间4～12 s),单一钾成分(KHCO₃/K₂CO₃/KCl)或混合钾成分(KHCO₃、K₂CO₃、KCl)对甲醛超临界水降解气体产物的影响。结果表明,KHCO₃、K₂CO₃、KCl、混合钾均降低了气体产物中CO的体积分数,提高了CO₂的体积分数,但KCl的影响程度弱于其他三种钾成分。此外,由于不同钾成分均不利于气体产物中CO和H₂体积分数的提高,从而使得气体产物的热值降低。KHCO₃、K₂CO₃、KCl、混合钾均降低了H₂、CO、CO₂的产率以及气化率,其对H₂产率以及气化率的抑制程度从大到小依次为:混合钾、KHCO₃、K₂CO₃、KCl,且提高反应温度、延长反应停留时间时抑制气体生成的作用相对越明显。而当反应压力改变时,钾成分对H₂产率及气化率的影响程度变化较小。较高反应温度、较高反应压力、较长停留时间时,混合钾中各成分出现协同作用,明显抑制了气体产物的生成。     

超临界流体中制备微孔和介孔结构金属有机框架负载Ru及其催化性能

以柠檬酸为螯合剂,十六烷基三甲基溴化胺为表面活性剂,通过ZrOCl2·8H2O 与对苯二甲酸 (H2BDC) 反应制备了同时具有微孔和介孔结构的Zr基金属有机骨架材料(Zr-MOF),并在超临界CO2-甲醇流体中将 Ru 负载于 Zr-MOF 上, 制备了 Ru@Zr-MOF催化剂,采用傅里叶变换红外光谱、X射线粉末衍射、透射电子显微镜、热重分析、N2吸附-脱附、X射线光电子能谱和电感耦合等离子体发射光谱对催化剂进行了表征,研究了该催化剂在苯及其同系物加氢反应中的催化性能. 结果表明,Ru纳米金属颗粒均匀地分散在Zr-MOF载体上,平均粒径约为2.3nm,在苯及其同系物的加氢反应中表现出很高的催化活性和稳定性.     

双峰泡孔结构聚苯乙烯材料的制备

以超临界二氧化碳(Sc-CO2)为物理发泡剂,在高压釜中采用两种温度设定方式和降压对聚苯乙烯(PS)进行发泡,测试、分析发泡样品的泡孔结构、泡体密度和断面润湿性能.结果表明,仅通过降压只获得单峰的泡孔结构,而升温与降压协同作用可获得双峰的泡孔结构,大、小泡孔分别在升温和降压阶段成核形成;在发泡温度100℃、饱和温度30~70℃下制备的发泡样品中,大、小泡孔的平均直径分别为50~216和10~15μm.大泡孔的直径较大和密度较高都有利于降低样品的泡体密度,最低达0.15 g/cm3.单峰泡孔结构能在一定程度上提高样品断面的疏水性,使静态接触角(CA)从PS的本征值(87.1°)增大至138.8°;双峰泡孔结构可赋予样品断面更高的CA(155.1°),呈现超疏水特性.     

正癸烷与二甲苯在超临界压力下的热裂解

采用连续流动装置对正癸烷和二甲苯在超临界压力下的热裂解对比研究. 用气相色谱和色质联用仪对其气相产物和液相产物进行分析, 计算气相产物产率和裂解转化率, 并运用计算化学方法获得正癸烷和二甲苯不同化学键的键能, 从实验和理论上分析其裂解反应的难易程度和裂解规律. 实验结果表明, 在4 MPa和650、700、750 ℃条件下, 正癸烷比二甲苯更容易裂解, 正癸烷裂解产物以C₁-C₃小分子的烃类和氢气为主, 而二甲苯裂解产物主要为乙苯、甲苯和其它芳香类化合物; 键能计算结果表明, 正癸烷碳链骨架的C－C键能和C－H键能均较小, 裂解反应的诱发步骤应该是C－C键断裂, 而二甲苯苯环上C－C和C－H键能均较大, 裂解诱发步骤应该是侧链甲基脱氢反应. 因此正癸烷裂解反应以C－C键断裂和脱氢反应为主, 二甲苯裂解主要发生侧链甲基C－C键断裂和脱氢反应, 而芳环则比较稳定, 理论计算键能分析与裂解实验结果一致.     

尼龙6微孔发泡材料的制备及泡孔形貌调控

本文利用共混改性方法得到高熔体强度尼龙6基体,通过探索不同的工艺条件,获得不同倍率的尼龙6发泡材料,系统研究不同离聚体改性剂比例下对其熔体强度的影响.通过热性能测试和流变测试推测了其中微交联结构的存在.通过调节发泡工艺制备不同发泡倍率的尼龙6发泡材料,用扫描电镜(SEM)观测泡孔形貌.结果 表明,离聚体的加入大大提升尼龙6基体的熔体强度,实现了尼龙6超临界二氧化碳发泡的可能性,并获得了较大倍率的尼龙发泡材料.     

纤维素类手性色谱固定相的制备及其应用

对映体的分离、分析及检测是目前医药与生化领域研究的热点之一。使用手性固定相并通过高效液相色谱直接拆分手性消旋体是现行单一对映体获取最直接且有效的手段之一,其中长链多糖类化合物如纤维素衍生物具有较强的手性识别能力,以此作为手性识别体的手性色谱固定相占有广阔的市场。本文对现有纤维素类手性色谱固定相的制备方法加以分类,评述了近年来该类别涂敷型、键合型及杂化型手性固定相的制备新方法,总结了采用衰减全反射傅里叶变换红外光谱技术、X射线衍射、固体核磁、密度泛函理论模拟等手段研究其手性识别机理的研究进展,综述了其在制备型超临界流体色谱和模拟移动床色谱中的应用情况。今后,对纤维素手性固定相的研究将主要集中在改善手性识别性能、提高样品处理能力以及降低溶剂消耗等方面,因此新型手性识别体的开发和负载方式的优化革新将是新一代手性固定相的研究关键,同时,应用领域的拓宽也将是其重要的发展方向之一。     

超临界二氧化碳流体萃取法测定玩具中15种致敏芳香化合物

该文以欧盟新玩具指令中限用或禁用的15种致敏芳香化合物为研究目标,研究了超临界二氧化碳萃取压力、温度、夹带剂等条件对萃取效率的影响,建立了超临界流体萃取/气相色谱-质谱联用仪测定玩具中15种致敏芳香化合物的分析方法。最佳萃取条件为:萃取温度50℃,压力300 bar,二氧化碳流速30g/min,夹带剂甲醇含量3%,动态萃取30 min,静态萃取30 min。萃取物经DB-17MS色谱柱分离后,采用质谱仪进行检测,内标法定量。15种化合物在0.02~60μg/mL范围呈良好线性,相关系数为0.993 2~0.999 9,检出限(S/N=10)为0.02~0.09μg/mL。该法检测聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)塑料的回收率分别为79.6%~114.5%、75.0%~118.9%、72.7%~114.9%,相对标准偏差为3.2%~11.0%、0.6%~11.6%、3.5%~11.0%。建立的方法灵敏、环保,可用于玩具中致敏芳香化合物的检测。