流动化学在卤化反应中的应用

有机物的卤化反应是有机合成中最重要的转化之一.传统釜式卤化反应存在高放热及选择性差等问题,且卤化试剂一般具有毒性和腐蚀性.流动化学在传质和传热方面具有显著优势,可精确控制反应温度及试剂用量,并且可在线淬灭危险试剂,避免其暴露.按有机化合物卤化反应分类,系统地归纳了流动化学在氟化反应、氯化反应、溴化反应和碘化反应中的应用进展,并展望了其发展趋势.     

利用局域光效应增强全光谱光催化的ZnO/PVDF反蛋白石结构薄膜

随着环境污染与能源危机的问题日益严重,利用清洁能源太阳能的光催化技术得到了研究者的广泛关注.然而,半导体光催化剂的带隙严重限制了其利用整个太阳光谱的能力.尽管通过能带工程、上转换等技术,已经有部分可见光可以被利用,但其本身的效率却并不高.太阳光谱中的近红外光有着显著的光热效应,可提高光催化反应的温度,促进光生载流子的分离,进而提升光催化的效果.光子晶体是一种周期性结构,通过调节其折射率以及孔径大小,可以对不同波段的光实现增强吸收或反射的效果.人们已制备了二氧化钛的反蛋白石结构用于光催化降解污染物,其光催化效率明显提高.但是,通过利用反蛋白石结构光子晶体增强近红外光的吸收,进而实现全光谱利用的光热协同催化目前还未有报道.本文以二氧化硅单分散微球为模板,制备了以苯胺黑-聚偏氟乙烯为基底、氧化锌为光催化剂的反蛋白石结构光子晶体薄膜,采用扫描电镜、XRD和XPS等技术表征了薄膜的结构,并通过透射光谱与镜面反射光谱验证了苯胺黑的加入可增强全光谱的利用率.结果发现,当苯胺黑掺量为0.5%时,微反应器中的薄膜温度在60 min内上升了13.6℃,而空气中的薄膜温度在2 min内升了24.5℃,表明苯胺黑在近红外光生热中起着重要作用.对比普通薄膜,Z0.5A-369在微反应器与空气中的温度分别提升了14.7和26.8℃,证实了光子晶体对于光谱吸收的增强效应.就光催化性能来看,Z0.5A-369比普通薄膜的效率提高了1.63倍,而微反应器也比普通反应器提升了5.85倍.可见,薄膜和反应器的设计实现了协同催化.光热协同光催化发现,利用近红外光的光热效应来提高光催化反应过程中的温度可有效促进光催化反应,是一种高效利用太阳光谱的方法.光子晶体因其多孔结构、高比表面积、限光效应和慢光效应而增强了对光的吸收,进一步提高了光催化效率.另外,微反应器通过其局域的热效应和缩短的传质路径有效地增加了反应速率.     

基于最小熵产率的碘化氢分解膜反应器最优构型

建立了使用高温氦气逆流方式加热的管式活塞流碘化氢(HI)分解膜反应器数学模型,利用有限时间热力学理论和最优控制理论以总熵产率(EGR)最小为目标求解了反应器的最优构型,最优反应器的总熵产率相比参考反应器降低了 15.8%。在改变氦气入口流率的情况下,设计了总熵产率与最优反应器相同的加长反应器。结果表明,两种优化后反应器总熵产率的减少主要是传热过程的不可逆性降低引起的,最优反应器局部熵产率分布更均匀。     

助剂对泡沫金属微反应器内二甲醚水蒸气重整制氢的影响

采用共沉淀耦合机械混合法制备了CuO-ZnO-Al₂O₃/HZSM-5双功能催化剂用于二甲醚水蒸气重整制氢的研究,结合BET、H₂-TPR、XRD、SEM等表征手段,在泡沫金属微反应器内考察助剂Cr、Zr、Ce、Co对双功能催化剂催化性能的影响。研究结果表明,加入Cr助剂后, 可以有效降低催化剂的平均孔径和还原温度,并抑制催化剂制备过程中氢氧化锌晶相的形成,催化剂的低温催化性能明显提高,二甲醚的转化率和氢收率在较低温度下即可分别达到99%和95%,表现出了良好的低温反应活性。考察了反应温度、空速和水醚比等条件对二甲醚水蒸气重整催化剂催化活性的影响,在250℃、空速3 884 mL/(g·h)、水醚比为5的条件下,CuO-ZnO-Al₂O₃-Cr₂O₃/ HZSM-5催化二甲醚水蒸气重整反应进行50 h,二甲醚的转化率维持在97%以上,催化剂的活性没有明显下降。     

不同水力停留时间对含聚丙烯酰胺污水厌氧生物处理的影响

采用四格室厌氧折流板反应器(ABR)在常温下处理油田含部分水解聚丙烯酰胺(HPAM)的污水。通过优化运行参数,确定了对含HPAM污水处理的最适水力停留时间(HRT)和有机负荷(OLR)。在厌氧处理过程中,OLR为1、1.3、2和4kg COD/m3.d时对应的HRT分别为24、18、12与6h。研究结果表明,ABR在水力停留时间为24h时,系统对CODCr和HPAM的去除率达到最高,分别为0.945和0.662;当HRT为6h时,系统的pH、CODCr和HPAM的降解率明显下降,挥发性脂肪酸大量积累。通过对降解前后HPAM的红外光谱分析可知,ABR能形成对HPAM有较好降解效果的微生物群落,微生物菌落能够利用HPAM作为碳源和氮源供自身生长所需。     

Kinetic Model of Fixed Bed Reactor with Immobilized Microorganisms for Removing Low-Concentration SO2

On the basis of the analysis of the process of treating low concentrations of sulfur dioxide (SO2) gas in a fixed bed reactor, a kinetic model is proposed for this process after taking into consideration the effects of internal diffusion, cell concentration, and production yield of microorganisms but ignoring the effect of external diffusion. The results obtained from the model simulation show that this model can indicate the influence of the process factors, Cin,η,μmax, Cx,A, h, Km, and Q, on the removal of SO2 and that the prediction of the results by this model is also satisfactory. This kinetic model can also provide some very important indications regarding the preparation of immobilized microorganisms, selection and domestication of proper species of microorganisms, as well as the design of bioreactors.     

Studies on product distribution of alkali promoted iron catalyst in Fischer-Tropsch synthesis

The dependencies of hydrocarbon product distributions of alkali promoted iron catalyst in Fischer-Tropsch synthesis have been studied. The concept of two superimposed Anderson-Schulz-Flory distributions has been applied for the representation of the effects of Mg, La and Ca promoters on product distributions. The FTS performance of the catalysts was tested in a fixed bed reactor under the conditions 563 K, 1.7 MPa, H2/CO = 1 and space velocities 4.86 and 13.28 nl h-1 gFe-1 . The results indicate that approp...     

Hydrogen production from simulated hot coke oven gas by catalytic reforming over Ni/Mg（Al）O catalysts

Hydrogen production by catalytic reforming of simulated hot coke oven gas (HCOG) with toluene as a model tar compound was investigated in a fixed bed reactor over Ni/Mg(Al)O catalysts. The catalysts were prepared by a homogeneous precipitation method using urea hydrolysis and characterized by ICP, BET, XRD, TPR, TEM and TG. XRD showed that the hydrotalcite type precursor after calcination formed (Ni, Mg)Al₂O₄ spinel and Ni-Mg-O solid solution structure. TPR results suggested that the increase in Ni/Mg molar ratio gave rise to the decrease in the reduction temperature of Ni²⁺ to Ni⁰ on Ni/Mg(Al)O catalysts. The reaction results indicated that toluene and CH₄ could completely be converted to H₂ and CO in the catalytic reforming of the simulated HCOG under atmospheric pressure and the amount of H₂ in the reaction effluent gas was about 4 times more than that in original HCOG. The catalysts with lower Ni/Mg molar ratio showed better catalytic activity and resistance to coking, which may become promising catalysts in the catalytic reforming of HCOG.     

开槽管微波腔中微波场分布初步研究

开槽管微波腔已被用于铷原子频标,但是其中的微波场分布尚不清楚. 利用高频结构仿真软件(HFSS)获得了开槽管微波腔内微波场的分布,利用激光-微波双共振方法实现了微波腔场分布的实验测量,所得结果与理论结果一致. 研究结果表明,腔内微波场磁力线呈轴向分布,这表明该种微波腔是适用于原子频标的. 研究结果还表明,腔内微波场存在明显的空间不均匀性,这会导致一些区域的原子不能充分利用,限制原子的钟跃迁信号强度. 因此,现有的开槽管腔结构还有改进的余地.     

毛细管区带电泳用于酶微反应器酶解条件的研究

将氨基酰化酶通过戊二醛固定在毛细管内壁,制备毛细管酶微反应器,用毛细管区带电泳对毛细管酶微反应器的酶解产物进行分离,以生成物的峰面积优化底物N-乙酰-DL-蛋氨酸的酶解条件。实验结果表明,在温度37℃的条件下,10μg/mL N-乙酰-DL-蛋氨酸磷酸盐缓冲溶液(pH7.5)以4μL/min的速度通过15 cm长的毛细管酶微反应器,具有良好的酶解效果。利用毛细管酶微反应器对底物N-乙酰-DL-蛋氨酸进行酶解,每天酶解5次,10天后酶活仅下降了8.66%,说明制备的毛细管酶微反应器具有良好的稳定性。