基于扩散强化的Pickering界面生物催化系统构建及CO2矿化过程研究

CO₂的有效利用有助于解决环境和生态问题.碳酸酐酶(CA)等酶分子可精准活化CO₂分子以降低反应能垒,为CO₂的高效和高选择性转化提供了一种有前景的途径.然而,酶离开生物体后易失活,且难以重复利用.目前,包埋型固定化酶是常用且有效的提高酶稳定性与回用率的方法之一,但载体的存在会造成反应物CO₂内扩散阻力增加,降低反应活性.此外,CO₂酶促转化是一个气-液-固三相反应过程,反应体系中CO₂的外扩散性能也需要加强.金属有机骨架(MOFs),特别是咪唑酯骨架(ZIFs),常被用作酶固定化的载体.ZIFs的拓扑结构可被设计成不同形貌,进而通过ZIFs的结构工程来加强分子向其中的内扩散.Pickering乳液是指以固体颗粒代替常规表面活性剂而稳定的乳液.当固体颗粒具有催化活性时,催化剂颗粒会扩大液-液-固或气-液-固三相接触面积,从而有效协调反应物在不同相中的扩散时间.如果酶被用作这些颗粒的活性中心,所制备的Pickering乳液也可能具备类似的特性,可加强底物分子向酶的外扩散.本文选择两种具有不同结构的ZIFs(ZIF-L和ZIF-8),原位包埋CA后形成CA@ZIFs颗粒以稳定Pickeirng乳液.ZIF-L和CA@ZIF-L颗粒显示出独特的二维层状堆叠结构.ZIF-8和CA@ZIF-8颗粒呈棱角清晰的十二面体结构.与CA@ZIF-8颗粒相比,CA@ZIF-L颗粒显示出更大的孔径和更宽的孔径分布,这有助于CO₂从CA@ZIF-L颗粒表面扩散至酶活性中心.利用酶活测试来研究内扩散是否通过结构工程得到了加强,发现CA@ZIF-L颗粒的活性比CA@ZIF-8颗粒高22.3%,推测这是由于CA@ZIF-L颗粒特殊的十字花状结构会缩短CO₂从颗粒表面扩散至酶活性中心的距离.同时,十字花状结构可暴露更多的酶活性位点(CA@ZIF-L颗粒的暴露面积是CA@ZIF-8颗粒的~8倍),从而提升了反应物浓度并显示出更高的催化活性.本文还设计了吸附实验来进一步验证上述假设,发现BSA@ZIF-L颗粒对香豆素的吸附率远高于BSA@ZIF-8颗粒,说明与ZIF-8相比,酶包埋于ZIF-L具有更强的捕获小分子的能力,表明CO₂分子向CA@ZIF-L的扩散速度更快,即CA@ZIF-L的十字花状结构可强化系统的内扩散过程.进一步比较了PIBS和游离多酶体系的催化活性,将CO₂通入每个系统,在反应前20 min,PIBS的pH值下降速度比游离体系快得多,说明PIBS通过在气相和液相间构建更大的界面,缩短了CO₂向CA的扩散距离,从而提高了催化效率,促进了CO₂转化.上述假设也通过扩散动力学的计算得到了验证.为进一步研究PIBS的CO₂矿化能力,本文开展了CaCO₃矿化反应,发现PIBS的CaCO₃产量远高于游离多酶体系,表明构建的PIBS在强化内外扩散方面具有显著优势.最后,评估了PIBS在工业应用中的性能,由CA@ZIF-L和CA@ZIF-8颗粒构建的PIBS显示出较好的可回收性,在第8个循环后,PIBS仍可保持8.9 mg/5 min的CaCO₃产量.综上,PIBS可为CO₂的酶促转化和框架提供一个新方法和新平台.     

一种基于2,7-咔唑-芴交替共轭聚合物的荧光开启型汞离子光学探针

通过Suzuki偶合反应合成出一种主链中含2,7-取代咔唑的蓝光发射共轭聚合物,聚[2,7-(9,9-二辛基芴)-co-2,7-N-十二烷基咔唑](PF27Cz).随着I-(NaI水溶液)的加入,I-的重原子效应使PF27Cz溶液(THF)的荧光逐渐淬灭,其溶液的外观颜色由无色变为浅黄色.通过在相同条件下的对比实验可知其他阴离子的引入并未使PF27Cz的光学性质产生类似的变化.利用Hg2+与I-之间的高结合常数与络合配比,Hg2+的加入使PF27Cz-I-络合物的荧光逐渐回复,其外观颜色也由浅黄色回复至无色.通过对PF27Cz-I-在递增浓度Hg2+存在下的荧光发射性质进行分析可知其对Hg2+的检出限达约为1.6×10-8mol/L.通过对比实验可知背景金属阳离子的存在对Hg2+的光学响应并无明显的干扰.实验结果表明PF27Cz是一类具有较高灵敏度和抗干扰性的turn-on型Hg2+光学探针材料.     

Ni/CeO2-SiO2催化剂的制备、表征及其甲烷部分氧化制合成气性能

以硝酸亚铈（Ce（NO₃）₃·6H₂O）和正硅酸四乙酯（C₈H₂₀O₄Si）为前驱体,采用溶胶-凝胶法合成了系列具有大比表面积的xCeO₂-（1-x）SiO₂（x = 0,0.25,0.50,0.75,1）复合氧化物载体,然后浸渍活性组分Ni制得用于甲烷部分氧化制合成气的Ni催化剂。运用N₂物理吸附-脱附、X射线粉末衍射、扫描电镜、紫外-可见漫反射光谱、氢程序升温还原、氨程序升温脱附和热重等手段对所得催化剂的组织结构、还原性、表面酸性和积炭行为等进行了表征;同时考察了催化剂的组成、焙烧温度和反应时间等对催化剂在甲烷部分氧化制合成气中催化性能的影响。表征结果表明,该系列Ni/CeO₂-SiO₂催化剂具有大比表面积,CeO₂晶粒较小,NiO的分散性好且易被还原,表面酸性弱,不容易积炭。当Ce/Si摩尔比为1：1,活性组分Ni的质量分数为10%,焙烧温度为700℃时,所制备的Ni/CeO₂-SiO₂催化剂表现出较好的稳定性、最高的CH₄转化率（~84%）和对产物CO及H₂的选择性（>87%）。     

基于发光二极管探测器的太阳光度计的研究

介绍了一种采用商用发光二极管作为探测器的新型太阳光度计。阐述了系统的结构以及该仪器在监测气溶胶光学厚度领域的应用,并与传统的太阳光度计进行了对比试验。试验表明,两种仪器具有很好的一致性。     

环境与健康新杀手--电子垃圾

介绍了电子垃圾的概念、现状,对环境与健康的危害,电子垃圾的未来和对策。     

十八烷基取代吲哚啉螺吡喃衍生物的合成及光谱性质

螺吡喃类化台物是一种重要的光响应分子,它在光信息存储技术中作为光盘材料具有广阔的应用前景。这类化合物在不同介质中的光谱、光电和光致变色性质引起了众多科学家的兴趣,并且已有大量研究工作报道。近年来,光致变色固体膜,特别是光致变色化合物的LB膜和超分子膜的特性引起了广泛的关注。因为在这种状态下,化合物分子具     

超高效液相色谱-四极杆飞行时间质谱测定动物饲料中3种巴比妥类违禁药物

建立了超高效液相色谱-四极杆飞行时间质谱(UPLC-O-TOF-MS)快速检测动物饲料中违禁添加的巴比妥、苯巴比妥和异戊巴比妥3种药物的分析方法.样品经甲醇振荡提取,再用C18固相萃取柱净化处理后,采用UPLC-O-TOF-MS分析检测.在电喷雾负离子模式和飞行时间模式下,以20mDa为提取离子窗口,输入各化合物的精确...     

光纤模式混合器在差分吸收光谱系统中的应用研究

差分吸收光谱技术(DOAS)已经发展为监测对流层痕量气体的重要技术，一般采用光电倍增管(PMT)作为探测器.由于光电二极管阵列(PDA)在多道探测及像元灵敏性方面的优势，采用PDA代替扫描探测装置将能改善系统剩余噪声，提高系统性能.但实际应用中由于使用收发一体Cassegrain望远镜造成灯谱与大气谱结构不统一，在消除PDA像元间差异的过程中给系统带来误差，从而导致剩余噪声的标准偏差达到1.4×10^-3.根据光纤扰模原理在系统中加入自制光纤模式混合器很好的解决了上述难题，在实际应用中起到良好的作用，系统剩余噪声的标准偏差为3.4×10^-4. 关键词： 差分吸收光谱 扰模 模式混合器 剩余噪声     

高温条件下材料固体桥力的测量

本文搭建了高温条件下材料固体桥力的测量系统,该系统最高温度可达1600℃,可测量材料在不同温度、压力及接触时间下的固体桥力。本文中采用玻璃为固体材料,对其熔点附近温度范围内的固体桥力进行了测量。实验结果显示,材料抗拉强度及脖颈抗拉强度均随着温度的升高而减小;通过与常温石蜡材料所获得的固体桥力计算公式进行对比,二者在数量级上相符合,绝对值偏差不超过38%,且明显优于传统的固体桥力估算方法。