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.     

食醋澄清效果评价与测定方法的研究

调味品是指能增加菜肴的色、香、味,促进食欲,有益于人体健康的辅助食品,食醋在调味品中占有重要地位,食醋浑浊已成为酿造行业十分棘手的问题[1-2]。食醋浑浊可分为生物性浑浊和非生物性浑浊。生物性浑浊可以通过加强工艺管理解决,但其不是导致食醋浑浊的根本原因。而非生物性浑浊,是目前食醋行业急待解决的难题[3-7]。研究表明:淀粉利用率不高、食醋中存在的多酚物质、蛋白质及铁离子可能是食醋非生物性浑浊的成因物质[8-9]。传     

高考化学实验考查与备考研究

实验复习是化学总复习中非常重要的一个环节,它不但可以巩固和强化化学实验知识,也对元素化合物、基本理论与计算等内容的掌握起到促进和深化作用。历年高考都非常注重实验能力的考查(分值约占15%~20%),因此,在平时学习与总复习过程中应给予足够的重视。1对实验考查的研究1.1实验考查内容分析我省近5年高考化学实验试题(见表1),可以发现,化学实验的考查内容一般涉及以下几个方面。表1高考理综卷Ⅱ化学实验综合题年份2002 2003 2004 2005 2006考查内容NH3的制取、收集、干燥、喷泉实验,由喷泉实验原理拓展新的实验方法由FeSO4晶体制取Fe(O…     

甲壳素-壳聚糖对皂土悬浮液的絮凝

研究了三种摩尔质量大体相同而脱乙酰度分别为93%、78%和62%的甲壳素-壳聚糖在pH=3～6范围内对皂土悬浮液的絮凝性质, 并与非离子型絮凝剂聚丙烯酰胺作了比较, 证明含自由氨基的甲壳素-壳聚糖在酸性溶液中形成阳离子聚电解质后. 对带负电的皂土悬浮颗粒有很好的絮凝能力. 通过对上述三种聚合物的絮凝能力、在皂土颗粒表面的吸附量等测定, 认为絮凝中桥连机制起了主导作用, 但聚合物所带正电荷则有利于被皂土颗粒所吸附, 电中和还降低了颗粒间的静电排斥, 这都对桥连絮凝起了促进作用. 聚丙烯酰胺分子在水中不带电, 故当介质pH升高使皂土颗粒双电层变厚时, 絮凝能力迅速下降.     

一种复合絮凝剂的絮凝性能及应用研究

以淀粉为原料，通过化学改性研制出同时兼含羟基、氰基、酰胺基和季铵盐基团的两亲型高分子絮凝剂(ASF)，然后加入铝酸纳和硅酸钠，以一定的比例进行复配，制得复合型高分子絮凝剂CF-1，并综合研究了CF-l的絮凝性能。结果表明，CF-1对印染、造纸、皮革、制药等工业废水具有很强的絮凝和脱色效果，废水的色度去除率达96％以上，SS去除率达95％以上，CODCr去除率达74％以上。而且其絮凝性能明显优于阳离子聚丙烯蠢胺(CPAM)、聚合氯化铝(PAC)、硫酸铝以及硫酸亚铁等絮凝剂。     

第一壁材料用纳米结构氧化物弥散强化钢制备工艺及其性能研究进展

近年来发展起来的纳米结构氧化物弥散强化钢(ODS钢),因其有优异的耐高温、抗辐照及力学性能,满足聚变堆第一壁结构材料的要求。本文主要简述了纳米结构ODS钢制备工艺及其性能的研究进展。     

多孔细径微肋管内CO2流动蒸发换热特性的研究

对亚临界二氧化碳在带有微肋的微细通道内的蒸发换热特性进行了实验研究.实验段为长0.6 m,内径1.7 mm的八孔带0.16 mm高微肋的铝制扁管.实验中参数的变化为:蒸发温度1～15 ℃,质量流速100～300 kg/m2s,热流密度1.67～8.33 kW/m2,干度0.1～0.9.实验结果表明,二氧化碳在带有微肋的微细通道中的蒸发换热系数高于其在光滑微细通道内的换热.二氧化碳的流动蒸发换热系数主要受热流密度和蒸发温度的影响,基本上是换热系数随热流密度及蒸发温度的增加而增加,但同时临界干度前移及滞后,而质量流速对换热系数的影响较弱;压力损失随质量流速和热流密度的增加以及蒸发温度的降低而增加.     

强化对流传热场协同唯象机制及其控制

根据对流传热强度与流体中存在的各种内场及其外场的关系,从唯象上阐明了降低温度边界层厚度、增加流体扰动和增加近壁面速度梯度的强化对流传热方法的物理机制,其本质是控制流体中内场及其外场之间的相互协同。给出了当流体中存在内场和外场时强化对流传热场协同控制方法,以此可指导发展强化对流传热单元的新方法。     

管内插入扭带的强化传热数值模拟

为了定性及定量研究管内插入扭带的强化传热方式,建立了以空气为传热介质的管内插入扭带强化传热的套管式换热器模型,进行数值模拟研究,并且与实验结果相比较,模拟值与实验值在Re＞5000时的偏差小于2%,由此可验证数学模型的正确性.从插入扭带管和光滑管的速度与温度的对比图中可看出扭带的强化传热作用.并定量地描述出扭转比以及摩擦阻力系数与传热效果的数值关系.     

利用固定化微生物技术强化降解TATB工业废水

综述九十年代以来固定化微生物技术用于难降解有机废水治理中的最新研究进展，提出了利用该技术强化降解TATB工业废水的新途径。