摘要：单颗粒碰撞电化学已被用于纳米电催化过程的研究,但纳米催化剂与底物的碰撞时间较短限制了其催化性能的提升.在电催化过程中,需要延长单个纳米颗粒在电极界面电子隧穿区中的停留时间,从而提升单个纳米颗粒的催化效率.本文设计和制备了基于限域微通道的超微电极芯片,使单个纳米颗粒获得足够的界面“感受”电势,提高催化效率.以钯纳米颗粒电催化析氢为模型体系,探究了微通道对钯纳米颗粒随机碰撞电化学动态过程的影响.结果表明,当单个钯纳米颗粒运动至10μm尺度以下的微通道近壁区时,流体动力学限域作用使颗粒的布朗运动受阻,使得其在电子隧穿区的随机扩散速度降低.运动受限的钯纳米颗粒停留在超微电极界面的时间延长,有效地催化电极界面发生析氢反应.作为对比,钯纳米颗粒与传统金超微电极界面进行随机碰撞则难以催化析氢反应.此外,在电催化析氢的电压范围内,单个钯纳米颗粒在电极界面电子隧穿区内的停留时间随过电位增大而减小,这是由于在微通道两端施加电压会造成电渗现象,引起限域微通道中流体运动,从而带动溶液中钯纳米颗粒的运动,且电压升高使得电渗流增大,促使纳米颗粒快速远离电极界面.微通道限域增强的机制有助于调控流体动力学控制的催化剂动态扩散传质,从而增加单个纳米颗粒在电极界面的有效碰撞几率,有望促进单颗粒碰撞电化学在电催化领域的实际应用.

摘要：石墨烯是一种具有广泛应用前景的纳米材料,特别是由石墨烯片层自组装形成的二维纳米通道能够应用于物质的过滤分离.本文采用分子动力学模拟方法研究了原态石墨烯/羟基改性石墨烯狭缝孔道中水分子的微观行为,模拟计算了水的界面结构性质和扩散动力学性质,所研究的石墨烯孔宽为0.6–1.5 nm.模拟结果表明,在石墨烯狭缝孔道中,水分子受限结构呈现层状分布,在超微石墨烯孔道(0.6–0.8 nm)中水分子可形成特殊的环状有序结构,石墨烯表面可诱导产生特殊的水分子界面取向.在石墨烯孔道中,水分子的扩散运动低于主体相水分子的扩散运动,羟基化石墨烯孔道可以促使水分子的扩散能力降低.对于改性石墨烯狭缝孔道,由于羟基的作用,水分子可以自发渗入0.6 nm的石墨烯孔道内.模拟所得到的受限水分子的动力学性质与水分子在石墨烯孔道内的有序结构有关.本文研究结果将有助于分析理解水分子通过石墨烯纳米通道的渗透机理,为设计基于石墨烯的纳米膜提供理论指导.

摘要：乙酸异丙酯是一种重要的溶剂,以乙酸与丙烯为原料一步法直接酯化生成乙酸异丙酯是一条符合原子经济反应的绿色工艺路线。今研究了这一酯化反应的气液固三相体系的反应动力学,设计了一种在乙酸与丙烯加压酯化反应过程中自动测量丙烯消耗的装置,以获得动力学数据。在保持体系压力恒定的条件下,采用丙烯连续进料,质量流量计计量及数学积分计算获得了丙烯的瞬时流量及累积消耗量,在反应温度为110～150℃,反应压力分别为0.63、0.84、1.0和1.5 MPa下,在消除内扩散和外扩散阻力后,建立了拟均相反应动力学模型,并通过实验数据进行了参数估值,得到了各温度下的反应速率常数和亨利系数。该动力学模型的建立,为乙酸异丙酯绿色合成工艺的工业化应用提供了设计参考依据。

摘要：随着造纸行业的发展,新鲜水需求量和污水排放量剧增的问题日益突显。研究以膜生物反应器(membrane bio-reactor,MBR)处理造纸废水工艺,考察了膜孔径对过滤性能的影响并且对运行参数进行了优化,分析了膜的过滤行为和膜污染现象。结果选定膜孔径为300 nm,运行参数中优化的曝气量为1800 L·(m^2·h)^(-1),膜通量为19 L·(m^2·h)^(-1),悬浮固体颗粒浓度为6 g·L^(-1)。在此条件下运行105 d,膜性能稳定,气温的升高延长了MBR的运行周期,各项出水指标均优于原工艺二沉池水。化学需氧量、浊度、氨氮(NH_3-N)、总磷、色度和总有机碳的平均去除率分别为92%、99%、93%、73%、98%和88%。膜污染分析显示,造纸废水引起的主要污染为有机污染,但钙元素含量达9%,无机污染不可忽略。当跨膜压差升至40 KPa时,采用质量分数为0.5%的次氯酸钠(NaClO)和0.3%的柠檬酸,分别浸泡2 h,膜通量恢复率达到92%。

摘要：本文介绍了正渗透的基本原理,减压渗透在能源转化中的工作原理,并与反渗透进行了比较。阐述了正渗透实际的膜性能远低于预期的现象,以及造成该现象的理论基础;详细描述了非对称膜的浓差极化模型,指出了避免外浓差极化的方法;从膜材料的结构设计角度总结出了减弱内浓差极化的途径,从而为正渗透膜材料的制备和应用提供了理论基础。

摘要：建立了带多台侧反应器的间歇反应精馏过程,采用Aspen Plus模拟软件构建该过程的非稳态模拟方法。以甲苯氯化生产氯化苄为对象,研究了侧反应器台数、侧线采出率和采出位置、氯气分配、反应精馏时间及再沸器蒸发量等设计参数对间歇反应精馏过程的影响规律。模拟结果表明反应能力和分离达到最佳匹配的最优设计参数为:精馏塔塔板数8块、侧反应器2台、氯气分配7:3、从第3块塔板侧线采出、采出率85%、再沸器蒸发量25 kmol?h?1。在此结构参数和操作条件下完成50 kmol甲苯氯化所需时间为9 h,甲苯的转化率和氯化苄的选择性均可达到98.0%以上。

摘要：针对醋酸与异丁烯加成酯化可逆反应温度低、精馏分离温度高的特点,采用带侧反应器的反应精馏集成过程(SRC)建立了低温反应与高温精馏集成的醋酸叔丁酯生产新工艺。固定塔釜上升汽化量100 kmol·h-1,规定新鲜醋酸进料的转化率达到99.9%、醋酸叔丁酯选择性达到97.0%,采用过程模拟考察了进入侧反应器的精馏塔采出量、精馏段塔板数、侧反应器进出口间隔塔板数和侧反应器台数等参数对合成醋酸叔丁酯的SRC过程的影响。模拟结果表明,醋酸与异丁烯加成酯化生产醋酸叔丁酯的SRC过程中只有反应能力与分离能力达到最佳匹配才能使单位产品的生产成本最小。研究结果为醋酸叔丁酯生产新工艺的放大设计与优化奠定了基础。

摘要：采用改进型ROSE汽液平衡釜在100.47 kPa下测定乙酸乙酯(EA)-碳酸二乙酯(DEC)二元体系的汽液平衡数据,进一步得到的液相活度系数,经面积积分法检验符合热力学一致性。并借助化工过程模拟软件,同时采用NRTL和Wilson方程对实验数据进行关联得到模型参数,回归出不同模型下汽相组成与实验中的数据进行比较,平均偏差分别为0.007 8和0.006 8,结果表明2种模型都符合需要。研究结果将为有关工程设计提供化工数据。

摘要：在单因素法考察絮凝剂稳定性和絮凝性能的基础上,采用响应曲面法建立Box-Behnken Design(BBD)数学模型,优化聚硅酸铝铁-聚二甲基二烯丙基氯化铵(PSAF-PD)絮凝剂制备条件。结果表明,对响应值的影响顺序为:铝铁摩尔比[n(Al)/n(Fe)]>PD质量分数[ω(PD)]>反应温度(T),最佳制备条件为n(Al)/n(Fe)=2.33,ω(PD)=0.44%,T=41.12℃。PSAF-PD投加量为0.04 m L/m L时,模拟液浊度、色度、木质素磺酸钠的去除率分别为96.89%、97.70%、89.02%。造纸废水絮凝实验表明,PSAF-PD投加量为0.8 m L/m L,其化学需氧量(COD)、色度、浊度、UV_(254)的去除率分别为78.88%、92.06%、96.07%、79.12%。PSAF-PD比某商品PSAF的投加量少,反应速率快,絮体紧凑,处理效果好。

摘要：纳米尺度下的分子传递是以纳米先进材料为导向的材料化学工程学科所面临的关键科学问题之一.借鉴分子热力学的建模研究思路研究分子传递,从分子之间相互作用出发,结合分子模拟技术,有望最终建立理论模型,实现分子传递的定量预测.本文通过几个研究实例初步探索了如何从分子间相互作用出发开展纳米尺度下分子传递的研究,利用分子模拟手段解析纳米尺度下特殊的微结构,并以此为基础进而实现对分子传递行为的调控和预测,指导具有丰富纳米结构的膜材料以及催化材料的设计和应用.