工业催化:选择性提升策略

工业催化直接或间接贡献了世界GDP的20%-30%,推动了产业变革和社会进步.对于工业催化,开发高活性、高选择性和高稳定性的多相催化剂至关重要,而选择性是最主要的挑战.因为实现催化选择性的精确控制是绿色化学的重要概念之一,更是工业催化可持续发展的重要驱动力;而且,选择性不仅决定了催化过程的原子经济性,也影响到后续分离过程的能耗.针对多数工业催化反应存在'活性越高、选择性越低'的相互制约与矛盾问题,本文以若干能源化工催化反应为例,试图总结催化选择性提升的一般策略,以期为有关工业应用的催化新过程提供科学参考.多相催化一般经历与反应物有关的步骤(反应物的外扩散、内扩散和化学吸附)、与反应有关的步骤(活化和表面反应)、以及与产物相关的步骤(产物脱附、内扩散和外扩散).本文依此归纳并举例说明提高选择性的一般策略.在汽油催化吸附脱硫中,主要利用了催化剂中零价镍-氧化锌耦合活性中心的选择吸附策略,使零价镍优先吸附含硫化合物,从而实现选择性脱硫而不饱和烯烃.在甲苯和甲醇侧链烷基化反应中,主要利用了特定空间分布的酸碱吸附位,实现吸附甲苯和稳定甲醛中间体的协同匹配.在乙苯脱乙基型二甲苯异构化反应中,主要利用了双床层对催化剂功能的分离策略,在不同的择形催化剂床层中分别进行乙苯脱乙基反应和二甲苯异构化反应,从而提高对二甲苯的产量.在苯选择加氢制环己烯反应中,主要利用强化产品脱附的策略,促进环己烯产品从亲水改性的催化剂表面脱附,实现环己烯选择性的提升.这些炼油与化工研究案例中同时存在多个连串-平行反应,主要是利用吸附中心、反应中心在时间或空间上的耦合、解耦或限域策略,调控不同途径的扩散能垒、反应能垒,实现了催化剂选择性的提升.多相催化多是复杂过程,基于提高选择性的初步认识,还要结合具体复杂催化过程,系统研究单策略以及多策略组合作用下的选择催化过程,实现在合理时间尺度、空间尺度上设计高选择性的催化剂,而这本质上是一种介尺度催化.     

用Matlab比较双缝干涉和双缝衍射

运用Matlab软件,对双缝衍射和双缝干涉、单缝衍射的光强分布和谱线特征进行了数值模拟,绘出实验中难以观察到的光强分布图,比较出双缝衍射与双缝干涉及单缝衍射的联系与区别。     

电桥法测金属电阻率的实验数据处理分析

用双臂电桥法测量了金属铜电阻随长度的变化,应用matlab软件处理实验数据得出了金属铜的电阻率,且给出了相对不确定度,为更好地开发大学物理实验数据处理系统打下基础。     

酸性品红褪色光度法直接测定食盐中的碘

在HCl-KBr的介质中,碘酸钾氧化酸性品红褪色的程度与碘酸根含量在一定范围内呈线性关系,从而建立了褪色光度法测定碘的新方法。试验结果表明,酸性品红的最大吸收波长为545nm,碘的含量在0.4—2μg·mL-1范围内时,符合比耳定律,表观摩尔吸光系数为3.7×104L·mol-1·cm-1。用于测定食盐中的碘,结果满意。     

用矩阵的方法来研究工件加工时间

通过构造特殊矩阵给出既定加工次序下加工零件所需时间表达式.     

ZSM-5／Silicalite-1核壳分子筛含氟水热体系的合成及表征

以圆柱形ZSM-5为核,用柠檬酸对其外表面进行预处理后,在含氟壳层晶化体系中二次生长合成核壳分子筛.通过X射线衍射、扫描电镜、透射电镜、N2吸附及氨程序升温脱附对分子筛进行了表征,并以甲苯歧化和1,3,5-三甲苯裂化为探针反应对分子筛性能进行了考察.结果显示,产物是以ZSM-5为核、silicalite-1纳米晶为壳的两相复合微孔分子筛材料;在含氟体系中ZSM-5外延生长出了致密壳层;全硅壳层的覆盖度约达到97%,核壳分子筛的外表面酸位随之减少,但基本保持孔道内的酸性。     

淀粉作用下沸石晶体的链状组装

采用淀粉辅助水热合成方法,得到了特殊的一维链状纯硅沸石分子筛。结果表明在淀粉作用下,多个分子筛晶粒在晶轴b方向的表面之间存在强的相互作用使得分子筛晶粒沿此方向自组织成一维链状结构,所得材料非常均匀,乙醇的加入会使得这些一维聚集体的侧向团聚增加。     

选择性测量H2O2浓度的光纤倏逝波生物传感器

为了实现对H₂O₂浓度选择性、准确的检测,研制了一种基于辣根过氧化物酶（HRP）的光纤倏逝波生物传感器。首先采用氢氧化钠溶液对去除部分纤芯的抗紫外石英光纤进行羟基化,接着利用3-氨基丙基三乙氧基硅烷进行硅烷化,其次将光纤浸入戊二醛溶液中进行醛基交联,再次将光纤移入对H₂O₂具有选择催化性的HRP溶液中进行HRP分子固定,最后将固定有HRP的光纤在室温下晾干,即可获得HRP固定化光纤生物传感器。实验研究了戊二醛、HRP的浓度和固定时间、H₂O₂溶液的温度对传感器灵敏度的影响,测试了传感器的响应时间、选择敏感性及检测下限,建立了传感器的理论模型。研究结果表明,传感器对H₂O₂有高选择敏感性,在4～20μmol·L^-1的H₂O₂浓度范围内传感器的输出信号与浓度间具有线性关系,灵敏度达到-8.164×10^-4μmol^-1     

Density functional study of the pressure tensor for inhomogeneous Lennard—Jones fluids

Based on classical density functional theory,an expression of the pressure tensor for inhomogeneous fluids is presented.This takes into account greater correlation between particles,especially for systems that are geometrically confined or involve an interface.The density and pressure components of Lennard-Jones fluids confined in hard and softened nano-cavities are calculated.A comparison between the results of this work and IK expression suggests that the agreement depends on temperature.The interfacial tension for hard sphere fluids agrees well with the Monte Carlo result when the bulk density is not too large.The results of the solid-fluid interfacial tension for Lennard-Jones fluids demonstrate that different types of external potentials modulate the interfacial tension in different manners.     

基于图论的防空兵力优化配置研究

应用图论将防空系统抽象成二维网络的拓扑结构图,通过指定点对间最小拦截概率的计算,得到防空拓扑图的子图,并应用复杂网络理论,建立了防空节点攻击价值的计算方法.在此基础上设计了防空兵力优化配置算法,给出了能够满足任务要求的兵力配置方案.