基于密度泛函理论的高覆盖氧吸附焦炭氧化机理研究

碳资源在能源、材料及化工等领域的清洁高效利用日益重要,而焦炭氧化特别是脱附产生CO₂/CO的机理研究并不充分。其中较高焦炭表面氧覆盖率相应于较低温度或较高压力的反应条件,对此,本研究基于第一性原理研究讨论了该情况下焦炭Zigzag结构碳环簇氧化脱附过程的反应路径。计算表明,表面吸附氧热解生成CO₂过程需要经过重排形成含O-C-O团簇的结构,最终至CO₂完成脱附需多个中间反应步,与对比文献中形成碳氧六元环再依次断掉两个C-O键而脱附CO₂不同,本研究得到了相关的两种路径,分别为形成CO₂-C-官能团再断掉C-C而脱附CO₂以及基于碳氧六元环结构直接断裂两个C-O键而脱附CO₂的可能反应路径。另外,研究了CO脱附过程的不同反应路径。模型计算结果与相关文献理论和实验结果具有良好的符合。     

无氧/低氧环境中zigzag型焦炭N的迁移转化特性

采用量子化学方法探究了还原区高浓度NO存在下zigzag结构焦炭氮中N的迁移转化规律，并通过构建含羟基焦炭N模型，从分子层面对氧存在下焦炭N的转化特性进行了系统的理论计算。结果表明，还原区NO的存在会与焦炭中的N结合为N₂释放；并且氧的存在增强了焦炭表面化学活性，进一步促进了焦炭中N的析出。还原区氧和NO的共存使得焦炭中N的释放与C的燃烧同时发生，表现为NO与焦炭中N结合为N₂的同时，伴随有氧将焦炭中C氧化成CO₂或CO。动力学计算C燃烧产物的限速步速率常数发现，低温低氧条件下C更容易氧化生成CO；随着温度的升高，CO₂生成速率明显增大，高温更利于CO₂的生成。     

N2O在焦炭表面异相生成和分解机理的密度泛函理论研究

选用合理简化的焦炭模型,对煤焦燃烧过程中N₂O的异相生成和分解机理进行了分子水平上的研究。采用UB3LYP/6-31G(d)密度泛函理论方法优化得到了反应路径上反应物、产物、中间体和过渡态的几何构型和各中间反应的活化能和反应焓变。NO与其预先吸附在焦炭表面解离生成的表面氮组分反应生成N₂O的路径有两个,需要克服的势垒分别为69.3kJ/mol和200.0kJ/mol;NO亦可直接与焦炭中的吡啶氮结合释放出N₂O,该反应路径所需克服的最大势垒为418.0kJ/mol。N₂O可在焦炭表面分解释放出N₂,异相分解反应为一步反应,计算所得活化能为100.8kJ/mol。N₂O的异相生成和异相分解反应均为放热反应。采用经典过渡态理论计算得到了各路径中速率控制步骤的反应速率常数。低温条件下,N₂O的异相分解反应速率略低于其异相生成速率,随着温度的升高,两者逐渐接近,说明高温条件有利于N₂O的异相分解。     

基于密度泛函理论的CO_2对NO异相还原影响的机理研究

为深入理解CO_2对NO异相还原的影响,本研究基于密度泛函理论,对CO_2参与下的煤焦-NO异相还原反应机理进行研究,并选取armchair苯环模型模拟焦炭表面。结构优化采用B3LYP-D3/6-31G(d)方法,单点能计算采用B3LYPD3/def2-TZVP方法。研究表明,CO_2吸附后形成的羰基与吸附态NO反应生成CO_2,继而CO_2脱附为后续NO吸附及N_2脱附提供邻近的碳活性位点。热力学研究表明,无CO_2参与条件下,反应放热853.9 kJ/mol,决速步能垒为297.0 kJ/mol;CO_2参与条件下,反应放出593.7 kJ/mol的热量,决速步能垒为214.1 kJ/mol。动力学研究表明,在298.15–1800 K的温度下,CO_2参与条件下的反应速率常数大于无CO_2参与条件下的反应速率常数。综合热力学和动力学研究结果发现,CO_2对NO的异相还原反应具有促进作用。     

生物质再燃异相还原NO的分子模拟

基于密度泛函理论和过渡态理论,在分子水平上对焦炭异相还原NO以及碱金属钠的作用机理进行探究。结合单点能的零点能校正以及过渡态的虚频验证,发现钠能够有效促进焦炭对于第一个NO分子的吸附。尽管钠不能改变反应步骤,但可将焦炭异相还原NO决速步的活化能由121.04 kJ/mol降至100.62 kJ/mol;钠的存在使焦炭异相还原NO的指前因子增大且反应速率加快,增加了焦炭边缘的活性位点,强化了焦炭对于NO的异相还原性能。     

含酮基团对煤焦异相还原NO的影响

基于量子化学密度泛函理论和过渡态理论研究了含酮基团对煤焦异相还原NO的影响及其产物发生氧脱附的微观反应机理。计算结果表明，NO更易于吸附在含酮基团煤焦表面。椅形含酮基团强化了煤焦异相还原NO；锯齿形含酮煤焦表面与NO异相反应决速步能垒值（495.45 kJ/mol）大于锯齿形纯碳基煤焦表面与NO决速步能垒值（331.32 kJ/mol），基于锯齿形含酮煤焦模型中的氧浓度不在利于NO还原的范围内而不易于NO的还原。中间产物P1在无CO存在情况下，较纯碳基煤焦表面更易于发生氧脱附而产生表面缺陷；在CO存在条件下，含酮煤焦表面为氧脱附过程提供自由活性位点，降低了过程能垒消耗。     

焦炭催化CO还原NO的反应机理研究

利用密度泛函理论,研究了焦炭催化作用下CO还原NO的化学反应机理,优化得到了均相反应路径以及在Zigzag和Armchair型焦炭表面上的异相反应路径中所有驻点的几何构型与能量,并对三条反应路径进行了动力学分析。结果表明,均相NO还原反应的活化能为254.06 kJ/mol,而Zigzag型与Armchair型焦炭表面NO异相还原反应的活化能分别为86.94与52.16 kJ/mol,说明焦炭在NO还原反应中能够起到催化作用。在焦炭表面进行的CO还原NO的反应路径经历N_2形成、N_2释放及两步CO_2释放四个阶段,最终生成一个N_2分子与两个CO_2分子。此外,通过对比不同路径下异相反应的能量变化与动力学参数可知,焦炭表面结构对NO还原反应特性存在较大影响;与Zigzag型焦炭表面相比,基于Armchair型焦炭表面的NO还原反应决速步能垒值更低且反应速率更快,表明在Armchair型焦炭表面上的NO还原反应更易进行。     

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。     

分解炉内CO2浓度对煤焦燃烧NO释放的影响

利用高温气固悬浮实验台对水泥行业中两种典型煤焦在不同CO₂浓度下燃烧时NO的释放特性进行了实验研究,考察了不同CO₂浓度气氛下,温度变化和添加生料对煤焦炭氮向NO转化的影响。研究结果表明,随着气氛中CO₂浓度的升高,煤焦燃烧时NO的释放速率减小,体积浓度的峰值降低,焦炭氮转化为NO的转化率下降。水泥生料对焦炭氮向NO的转化具有正催化作用;温度升高也会促进焦炭氮向NO的转化。但随着气氛中CO₂浓度的升高,升高温度和添加生料对焦炭氮向NO转化的促进作用相对减弱。     

胺基功能化的炭材料上二氧化碳吸附的密度泛函理论研究

本文利用色散作用校正的密度泛函理论研究了炭材料上含氮官能团对CO₂吸附的作用。通过计算比较了不同含氮官能团炭材料结构片段吸附二氧化碳后的结构参数和能量,由于较强的静电作用和形成弱氢键,含单个苯环的酰胺和吡啶类的吸附剂吸附二氧化碳的作用强于单个苯胺和吡咯类吸附剂。但当增加苯环数时,色散作用主导的吡咯型吸附剂的吸附能力显著增强。以上结果预示着酰胺和吡咯类将是大π体系中具有良好CO₂吸附性能的吸附剂。因而,色散作用在CO₂吸附过程中也占据着重要地位。计算得到的结果与我们之前的实验结果一致,并且将有利于筛选更有效的二氧化碳吸附剂。     

非靶标代谢组研究温度对黄曲霉菌代谢的影响

采用基于超高效液相色谱-高分辨质谱联用的非靶标代谢组学方法来研究温度对黄曲霉菌生理代谢的影响,使用交互偏最小二乘判别分析(Ortho PLS-DA)等化学计量学方法对代谢组数据进行多元统计分析,使用二级质谱信息和谱库检索定性黄曲霉菌代谢特征信息。使用内标结合混合质控样品的方法对非靶标代谢组方法进行质量控制。将该方法应用于研究温度对黄曲霉菌代谢组的影响,发现不同温度下有3 593个(T检验p0.01)差异表达代谢特征,筛选出20个候选差异代谢物。研究结果表明,温度显著影响三羧酸循环、脂肪酸、苯丙氨酸、色氨酸、络氨酸等生物合成路径,并调控黄曲霉毒素、黄匹阿尼酸、曲酸等次生代谢物生物合成路径酶活性。研究发现曲酸和黄曲霉毒素前体化合物与黄曲霉毒素的累积变化规律相似,可作为候选靶标进行验证。该研究为开展我国黄曲霉毒素风险评估和分子预警研究提供了新的路径和方法。     

DFT Study on the Effect of Hydrogen-bond Formation on the Adsorption of Aminotriazines on Graphene

DFT calculations have been performed to explore the aminotriazine adsorption on graphene surfaces.Relative energies,equilibrium geometries and electronic structures of monomer and dimer of aminotriazine molecules adsorbed at the surface were investigated and analyzed in details.It was found that the hydrogen atoms in the NH2 group of aminotriazine molecules are directed toward the graphene surface,and the adsorption energy increases as the NH2 group is added.The adsorbed aminotriazine molecules facilely form a dimer through the hydrogen bonding interactions,and the two aromatic rings of optimized structure of 2-amino-1,3,5-triazine(B) dimmer(denoted by B2) and melamine(D) dimmer(denoted by D2) are parallel to the graphene sheet.The large deviation of the averaged adsorption energy of B2 and D2 compared to monor adsorption may reflect the increase of π-π repulsion and the effect of hydrogen bond formation.The electronic structure analyses reveal that the formation of hydrogen bonds in melamine dimer has great influence on the adsorption mode at the graphene surface.     

Studies on Mechanism of Grafting of Polystyrene on Elastomer Backbone

The mechanism of grafting of polystyrene on a polybutadiene (PB) backbone during the preparation of impact-resistant polystyrene was studied by withdrawing samples during propolym-erization from beginning of the reaction to about 25% conversion. Good separation of the “elastomer and graft” fraction of the polymer from the free polystyrene part could be achieved by using 0.24 volume fraction of methanol in (MEK + benzene) + methanol solvent-nonsolvent. IR analysis of the grafted fraction showed that the microstructure of the elastomer remained unaltered. The unsaturation of the samples studied through the bromine number as well as by the perbenzoic acid number was also found to remain unchanged. Formation of free polystyrene started with the onset of polymerization and was faster. During prepolymerization, 80% of styrene converted constantly to form free polystyrene and 20% went into the grafted polymer. The results indicate that grafting is initiated through proton abstraction at the α-carbon of butadiene, most probably by initiator radicals. The grafted polystyrene chains possibly are shorter than free polystyrene chains.     

纳米材料对PHBV增韧改性的研究进展

聚(β-羟基丁酸酯-β-羟基戊酸酯)(PHBV)是一种拥有生物可降解性、生物相容性、压电性、光学活性等诸多优良特性的热塑性树脂,具有广阔的应用前景。但是PHBV脆性大,韧性差,导致其应用受到限制。本文综述了近年来国内外纳米材料增韧改性PHBV的进展。当纳米材料添加到PHBV时,可以起到异相成核剂的作用,改善结晶性能,从而降低PHBV的脆性。在众多的纳米材料中,纳米纤维素质量轻、强度高、模量大并可生物降解,有希望在不影响PHBV自身降解性的基础上提高其韧性。文章最后概括了目前纳米纤维素增韧PHBV存在的几点问题,同时对用纳米纤维素增韧PHBV的发展前景提出展望。     

镍激活EB病毒的研究

应用间接免疫荧光法和抗补体免疫荧光技术研究,证实在试管内1～40mg/L NiSO4.6H2O(Ni)显著增强携带Epstein-Barr Virus(EBV)基因组的三株类淋巴母细胞株的VCA、MA、EA、EBNA-2抗原表达.此外还发现1～20mg/L Ni能明显促进EBV转化人脐血B淋巴细胞的作用,当多次加Ni时促进效应更强,前者转化促进率为13.31%～46.6 1%,后者达22.70%～57.04%.以上结果表明,Ni具有激活 EBV的作用.EBV与鼻咽癌(NPC) 密切相关,广东 NPC高发区大米和饮水中 Ni的含量偏高,NPC患者血和头发中 Ni 的水平明显高于健康人.研究结果提示,EBV与 Ni相互作用可能是 NPC发生、发展过程中的一个协同因素.     

微量杂质对苯并三氧化呋咱(BTF)感度影响研究

苯并三氧化呋咱(BTF)是一种由三叠氮三硝基苯(TATNB)经脱氮反应制得的零氧无氢炸药,90℃～120℃温度范围内动力学参数计算外推得到其贮存寿命大约是太安的1．5倍,桥丝感度与太安相当,需要的能量较小,并使发火的电压降低,其起爆性能、输出能量、机械感度、热安定性均     

镁电沉积研究评述

Mg离子二次电池是有望用于电动汽车的“绿色”蓄电池，它比Li离子二次电池低价、较高的安全性和环境友好及可大电流、大容量放电。本文对迄今为止关于镁的电沉积及镁离子二次电池的电解质溶液的研究进行综述；并对今后的研究提出了设想。     

铅污染对幼儿健康影响的调查研究

对调查区和对照区共２０３名￣６岁幼儿进行了血铅汪洋的调查。结果显示，生活在不同环境下的幼儿，已受到程度不同的铅污染。工业相对集中的城镇（调查区）幼儿血铅含量为５．１５μｇ／ｄＬ，大于郊区（对照区）幼儿的血铅含量３．５４μｇ／ｄＬ，交通和工矿企业对周围环境的污染是幼儿体内铅的主要来源。     

壳聚糖固定L-天门冬酰胺酶的研究

研究了以壳聚糖为载体，戊二醛为交联剂，固定化Ｌ－天门冬酰胺酶的最适条件，并对固定化天门冬酰胺酶的理化性质进行了初步探讨。分别从不同固定化程序、缓冲液及保护剂等方面进行了固定化天门冬酰胺酶的条件优化；固定化酶的活力回收可达２０％左右。固定化酶的最适范围变宽，由游离酶的最适ｐＨ＝４～６变为ｐＨ＝６～１０。连续使用６次后仍可基本维持固定化酶的活力。固定化酶对胃蛋白酶的水解性也较游离酶大大提高。     

Effect of hydrogen on the aromatization of propane on H-pentasil

Translated from Izvestiya Akademii Nauk SSSR, Seriya Khimicheskaya, No. 8, pp. 1931–1932, August, 1990.