共价有机框架材料在固定化酶及模拟酶领域的应用

共价有机框架(Covalent Organic Frameworks, COFs)是一类由轻质元素通过可逆共价键连接而成的晶型多孔有机材料。因具有高比表面积、低密度、规则的孔隙和易于功能化等独特的性能和结构,COFs在气体吸附、化学传感和非均相催化等领域有着广泛的应用前景。近年来,COFs逐渐显现出在固定化酶和模拟酶领域的应用潜力,由于可以轻松定制COF上的官能团以保持COF与酶之间的特定相互作用,因此COF成为有吸引力的酶固定基质。此外,COF的连续且封闭的开放通道为渗透酶提供了良好的微环境。同时,探索了COF模拟酶的特征,通过“从下到上”的方法或后修饰策略设计了COF模拟酶。这不仅扩展了固定化酶载体材料的研究和应用范围,还为模拟酶仿生催化提供了新的研究思路。本文综述了COFs固定化酶和作为纳米材料模拟酶(纳米酶)在生物催化领域的研究进展,详细讨论了COFs载体的合成和功能化策略、固定化酶方式,以及COFs纳米酶的设计理念、催化活性和选择性等内容。最后总结了目前COFs在酶催化领域所面临的挑战和未来发展的机遇。     

Fe-Al 柱撑膨润土的制备及其非均相Fenton降解橙黄II

通过离子交换方法制备不同Fe含量的Fe-Al柱撑膨润土,并且研究了其作为非均相Fenton催化剂降解橙黄II的性能.通过X射线粉末衍射(XRD),比表面积(SBET),傅里叶变换红外(FTIR)光谱,拉曼(Raman)光谱和扫描电子显微镜(SEM)研究其结构特征.结果显示,钠化膨润土的层间距为1.24 nm,经过柱撑之后,Al柱撑膨润土的层间距增大到1.77 nm,Fe-Al柱撑膨润土为1.72 nm左右,并且比表面积也有明显增大.XRD和Raman结果表明Fe/(Fe+Al)摩尔比达到20%时,样品中出现α-Fe2O3,膨润土未能形成柱撑.在橙黄II初始浓度为100 mg L-1,催化剂用量为1.0 g L-1,温度为40°C,pH为3.0,H2O2初始浓度为10 mmol L-1的条件下,考察了柱撑膨润土的Fenton催化活性.结果表明,Fe-Al柱撑膨润土的催化性能随着Fe含量的增多先增大后略有降低,当Fe/(Fe+Al)摩尔比为10%时达到最大,橙黄II溶液在4 h内色度去除率和化学需氧量(CODCr)去除率分别达到100%和87.73%,并且降解反应为非均相Fenton反应.研究了Fe-Al柱撑膨润土的重复使用性.催化剂循环使用4次,仍然具有良好的活性.     

NHPI, CoSPc和TBAB催化的乙苯液-液非均相绿色氧化反应研究

以水为催化剂溶剂与原料乙苯组成液-液非均相体系,以NHPI结合CoSPc组成催化体系,在TBAB为相转移催化剂的作用下,对乙苯的氧化反应条件进行了研究.研究发现乙苯在该催化体系中的最佳氧化条件依次是:水油体积比为3∶1;n(TBAB)∶n(乙苯)=1∶40;n(NHPI)∶n(乙苯)=1∶10,n(NHPI)∶n(CoSPc)=24∶1,反应温度110℃,氧气压力0.75 MPa,搅拌速率350 rpm,反应时间0.5 h.在最佳反应条件下乙苯转化率为60.6%,苯乙酮的选择性为95.2%,1-苯乙醇的选择性为4.5%,产物总选择性达到了99.7%.在此基础上延长反应时间并不能提高乙苯的转化率,苯乙酮的选择性也会下降,研究发现NHPI的分解是乙苯转化率不随反应时间的延长而提高的原因,而苯乙酮的过度氧化为苯甲酸是产物选择性下降的原因.     

Fe-Cu/AC非均相催化剂制备及CWPO法深度处理印染废水

采用浸渍法制备Fe-Cu/活性炭非均相催化剂,利用EDS、XPS、BET等测试方法对催化剂进行表征.结果表明,催化剂表面Fe和Cu主要以Fe₂O₃和CuO形式分布在活性炭的微孔内.Fe-Cu/活性炭非均相催化剂用催化湿式过氧化氢氧化法（CWPO）对印染废水进行深度处理时,CWPO工艺处理出水COD_Cr去除效率比普通AC/H₂O₂工艺高,去除率可从普通工艺的17.03%提高到34.84%,出水水质基本达到《污水综合排放标准》（GB18978-2002）一级B标准.得到的最佳处理工艺条件为:双氧水质量分数0.075%,水力停留时间（HRT）2 h,反应塔每周冲洗1次,每次冲洗3 h.     

红外显微化学图像技术在空心微球制备中的应用

在考察聚苯乙烯(PS)与聚乙烯基苄氯(PVBCl)相容性及干涉效应对测量结果影响的基础上,使用红外显微化学图像技术研究表征了PS与PVBCl混合物薄膜和微球的相分离情况,对比分析了不同处理条件下制备的微球半球壳中两种聚合物的相分离红外显微化学图像。研究结果表明建立的研究方法可以用来定性或半定量的分析球壳内PS和PVBCl两聚合物的分相情况,在测试中样品的干涉效应会对测量造成较大的不确定度,在不同温度下获得的聚合物微球样品中,40℃条件下两聚合物的分相情况更为理想。该研究为探索非均相双半球型聚合物微球制备条件以及红外显微化学图像法表征聚合物相分离提供了一种直观可行的表征方法,但受空间分辨率的影响,该方法不适合于6.25μm×6.25μm以下尺寸样品的分析。     

非均相类Fenton反应催化氧化脱色降解直接桃红12B

研究了以Fe-Ni-Mn/Al2O3为催化剂(FA催化剂),用微波促进非均相类Fenton反应催化氧化脱色降解有机染料直接桃红12B及相关机理。内容包括直接桃红12B溶液的浓度-吸光度工作曲线,初始pH值、H2O2用量、FA催化剂用量对脱色降解直接桃红12B的影响,微波单独脱色处理直接桃红12B、微波+FA催化剂脱色处理直接桃红12B、微波+H2O2脱色处理直接桃红12B、微波-FA催化剂-H2O2体系脱色处理直接桃红12B、阳光-FA催化剂-H2O2体系脱色处理直接桃红12B等对照试验研究。在优化条件下,比较了采用光助非均相类Fenton与微波促进非均相类Fenton反应的脱色效率,并探讨了微波促进非均相类Fen-ton反应的机理。研究表明微波可以明显加快非均相类Fenton法催化氧化脱色降解直接桃红12B溶液的过程。论文所用表征方法均为紫外-可见光谱法。     

水溶液中介孔分子筛MCM-41负载磷钨酸(PW)催化三组分Mannich反应研究

利用介孔分子筛MCM-41负载磷钨酸制备的非均相催化剂水相室温下催化了三组分的Mannich反应.简便高效地合成了一系列β-氨基酮类衍生物.所选溶剂绿色环保、反应条件温和、产率高、催化剂用量少且能多次循环使用等优点.     

分形介质上的化学动力学

经典的化学反应速率理论，在一定程度上讲只适用于均相反应，非均相反应的化学动力学还很不成熟。最近十几年来，人们开始利用分形的概念来描述非均相反应体系中十分复杂的介质形态，并着手研究分形介质上的化学动力学理论，得到了一些大大不同于经典理论的结果。本文综述了该领域的研究成果与现状。     

手性催化剂负载的一种新方法: 自负载策略

较系统地介绍了手性催化剂负载的一种新方法(即“自负载”策略)及其在非均相不对称催化反应中应用的最新进展. 与传统的负载模式不同, “自负载”策略中利用含双或多官能团的配体与金属通过自组装形成的有机-无机聚合物做为催化剂, 因此不需使用任何载体. “自负载”手性催化剂在若干非均相不对称催化反应中显示了优秀的催化活性和对映选择性并且能够简单回收再利用, 为手性催化剂的负载化提供了一个新的策略.     

NO2在NaCl表面的非均相反应研究

采用新的样品制备方法和气-固自由扩散的实验方式, 使用漫反射傅立叶转换红外光谱原位反应器, 结合离子色谱、X-射线光电子能谱、扫描电子显微镜等分析方法, 研究了NO₂在NaCl表面的非均相反应. 研究表明反应不只是发生在颗粒物表面, 体相也参与了反应; 颗粒物表面的活性点对反应起决定作用, 同时测定了反应级数为二级, 反应摄取系数为(1.54±0.70)× 10NO^−5.