该文设计了利用氢键调控低共熔溶剂碳捕集性能的教学实验。实验以四乙基铵4-氟苯酚盐（[Et_(4)N][4-F-PhO]）为氢键受体，以乙二醇（EG）和4-氟苯酚（4-F-PhOH）为氢键供体，合成了多种低共熔溶剂，用于捕集CO_(2)；测定了低共熔溶剂的碳捕集量；利用核磁共振谱和红外光谱研究了低共熔溶剂的碳捕集机理。实验结果表明，阴离子[4-F-PhO]~(─)与氢键供体之间的氢键作用强度对捕集能力有重要影响。本实验与热点问题相结合，有助于激发学生的科研兴趣，提升实践操作能力。

开设研究型综合实验是培养高素质技能型、创新型人才的有效途径。设计了"低温共熔溶剂[ChCl][Urea]n的合成及其性能研究实验"。采用红外光谱、核磁共振氢谱对其结构进行了确证,考查了低温共熔溶剂[ChCl][Urea]n的组成与黏度的关系。该实验集合成、波谱分析、性能测试于一体,可以作为大学低年级化学开放实验或准研究性实验,也可作为高年级的研究型综合实验。

【目的】为了解决木材矿化改性渗透难、矿化位点少等问题，本研究采用低共熔溶剂（DES）预处理速生杨木、打开木材渗透通道、构建活性位点，研究低共熔溶剂预处理对表面矿化木材性能的影响。【方法】本研究使用DES预处理杨木构建矿化位点，诱导SiO₂在木材表面实现原位矿化，再通过热压制备表面矿化木材，分析DES预处理对表面矿化木材物理力学性能的影响作用；以较优条件制备表面矿化木材，并分析其微观结构形貌和热性能。【结果】（1）表面矿化木材的密度、质量增长率和表面硬度均随DES预处理时间的增加呈先上升后下降的趋势；预处理为2 h时，较未处理材分别提高了35.25%、16.35%和51.53%；表面矿化木材的疏水性大幅提高，预处理0.5 h时初始接触角增大了74.08%。（2）DES预处理可以显著改善表面矿化木材力学性能；当DES预处理时间为2 h时，表面矿化木材的抗弯强度和弹性模量分别提升了20.53%和214.55%。（3）表面矿化处理向木材内引入SiO₂形成有机–无机杂化结构，提高木材阻燃性能；DES预处理2 h时，表面矿化木材的质量残余率相较于未处理材提高了70.81%，热释放速率降低了69.9 kW/m²，总热释放量降低了27.3 MJ/m²。【结论】速生杨木经DES预处理和表面矿化联合改性后物理力学性能提升，热稳定性和阻燃性能良好。

该实验设计将科研成果中的深共融溶剂——氯化胆碱/对甲基苯磺酸（ChCl/PTSA）作为反应的溶剂和催化剂，合成了3,4-二氢嘧啶-2(1H)-酮。深共融溶剂价廉易得，合成工艺简单，制备过程不产生任何废弃物，绿色环保，为3,4-二氢嘧啶-2(1H)-酮的合成提供了一个低成本、高效绿色的实验教学新方案，符合实验教学和绿色化学要求。该实验过程不仅涉及回流、抽滤、重结晶等基本实验操作，还包含结构表征、谱图分析、产物纯度分析等重要环节，有效提升了学生的综合实验技能和科研素养，有利于培养学生的绿色化学思维。

[目的]研究氯化胆碱/乳酸(choline chloride/lactic acid,C hCl/Lac)低共熔溶剂(deep eutectic solvents,DESs)对杨木的预处理效果,及稀酸、稀碱和水在ChCl/Lac预处理杨木过程中的协同效果,为利用杨木制备可发酵糖提供依据。[方法]以粉碎的杨木原料为试验材料,采用ChCl/Lac(物质的量比为1:2)及质量分数1%H_2SO_4、质量分数1%Na_2CO_3和去离子水分别协同ChCl/Lac预处理杨木,每种预处理方式均设置120,150和170℃3个温度,分析不同预处理方法对杨木化学组成、结构形态及酶水解效率的影响。[结果] ChCl/Lac预处理及1%H_2SO_4、1%Na_2CO_3和去离子水分别协同ChCl/Lac预处理对杨木中的半纤维素和木质素均有比较好的脱除效果,其中在反应温度大于150℃时,1%H_2SO_4协同ChCl/Lac预处理可以使杨木中的半纤维素和木质素的脱除率分别达到96%和71%以上,效果最好;与ChCl/Lac预处理相比,去离子水协同ChCl/Lac预处理对木质素的脱除反而有抑制作用。与杨木原料相比,各种预处理方式均提高了杨木样品的结晶度和纤维素含量,并增强了杨木样品的热稳定性。1%H_2SO_4协同ChCl/Lac在150℃预处理后可使样品72 h酶水解的葡萄糖得率达96.3%,是杨木原料(16.8%)的5倍以上。与ChCl/Lac预处理相比,1%Na_2CO_3和去离子水协同处理对酶水解效率没有明显促进效果。[结论]1%H_2SO_4协同ChCl/Lac预处理可明显提高杨木中半纤维素和木质素的脱除率及杨木的结晶度、破坏杨木的纤维结构、降低结构强度、影响热稳定性,进而有效提高杨木酶水解效率。

该文设计了基于1-乙基-3-甲基咪唑胸腺嘧啶盐（[Emim][Thy]）的离子液体溶剂体系溶解腺嘌呤教学实验。将[Emim][Thy]分别与二甲基亚砜（DMSO）和乙二醇（EG）混合获得两类溶剂体系[Emim][Thy]-DMSO和[Emim][Thy]-EG用于溶解腺嘌呤。在25℃时，测定了[Emim][Thy]-DMSO和[Emim][Thy]-EG对腺嘌呤的溶解量，并研究了溶剂中[Emim][Thy]含量对溶解性能的影响。利用核磁共振波谱和红外光谱研究了溶解机理。结果显示，[Emim][Thy]-DMSO对腺嘌呤的溶解量远高于[Emim][Thy]-EG，溶解度随着溶剂中[Emim][Thy]含量的增加逐渐增加。[Emim][Thy]-DMSO中的阴离子[Thy]─易与腺嘌呤形成氢键，从而使[Emim][Thy]-DMSO对腺嘌呤具有较好的溶解能力。[Emim][Thy]-EG体系的EG与[Thy]─具有较强的分子间氢键，使[Thy]─不易与腺嘌呤形成氢键，使得腺嘌呤在[Emim][Thy]-EG中的溶解度较小。此外，还研究了[Emim][Thy]-DMSO体系中[Thy]─与腺嘌呤的分子间氢键作用。该实验属于生命科学与化学的交叉领域，实验现象有趣，有助于拓宽学生视野，提升学生的科学研究能力。

碳捕集技术的发展对于实现碳达峰与碳中和意义重大。有机胺作为一种常用的二氧化碳(CO_2)吸收剂备受关注,然而常用的有机胺溶剂仍存在化学吸收反应动力学较差等问题。该文提出一种集成反应动力学模型与数学规划方法的计算机辅助碳捕集有机胺溶剂设计框架。首先,基于量子化学方法,构建可调控有机胺化学吸收CO_2的活化Gibbs自由能的反应动力学模型。其次,利用过渡态初猜结构生成方法,集成反应动力学模型与数学规划方法,自动、反向及优化设计有机胺分子结构,使有机胺分子结构的活化Gibbs自由能最小且满足其他性质要求。最后,通过相互作用区域指示函数验证有机胺设计结果在反应动力学方面的合理性。相比于工业上常用的乙醇胺,该框架设计得到的最优有机胺活化Gibbs自由能降低了10.7%,具有更快的化学吸收反应动力学速率。研究结果验证了设计框架可行有效,有助于碳捕集有机胺的研究。

[目的]本文旨在利用天然低共熔溶剂(NADES)高效去除大米粉中重金属镉,并对其机制进行探索。[方法]以加热法合成的15种NADES为洗脱剂,采用洗脱的方式,深入探讨NADES去除大米粉中重金属镉的效果及其机制,并以2种革兰氏阳性菌(金黄色葡萄球菌和单增李斯特菌)和2种革兰氏阴性菌(沙门氏菌和大肠杆菌)为指示菌,研究NADES的毒性。同时,通过吸附动力学和吸附热力学的方法研究NADES去除重金属镉的机制。[结果]15种NADES对大米粉中镉表现出较好的去除效果,镉去除率达到51%~96%。NADES毒性试验表明,除3种有机酸基质NADES由于其过低p H值对细菌生长造成影响之外,其余12种NADES表现出良好的生物相容性。初步去除机制试验表明,Freundlich等温吸附模型和拟二级动力学模型能很好阐明NADES的吸附机制。[结论]NADES是一种能高效去除大米粉中重金属镉的新型绿色溶剂。本研究建立了一种绿色高效去除镉污染大米粉中重金属镉的方法,为其他农产品重金属去除提供了思路。

[目的]以天然低共熔溶剂(NADES)作为低温保护剂,研究其在冷冻干燥期间对嗜热链球菌活力的影响。[方法]通过透射电子显微镜观察嗜热链球菌冷冻期间的损伤机制,并利用平板计数法测定嗜热链球菌的存活率。采用控制变量法分析嗜热链球菌细胞的最优裂解条件,测定嗜热链球菌中乳酸脱氢酶(LDH)和β-半乳糖苷酶活性,同时通过低场核磁共振仪测定NADES中的水分活度。[结果]嗜热链球菌冷冻后细胞中的细胞膜部分消失,细胞内的细胞质聚集成团,细胞间的链状结构消失,细胞表面蛋白完整。当体系中含有50%NADES时,嗜热链球菌的存活率明显高于体系中含有80%NADES的。在冷冻干燥后,只有氯化胆碱与山梨糖醇形成的NADES显著提高了嗜热链球菌冷冻干燥后的存活率(88.28%)。最优的裂解条件为:在1.2 mg·m L-1溶菌酶和0.5%(体积分数)Triton X-100的溶液中37℃裂解30 min。NADES对胞内LDH和β-半乳糖苷酶没有显著的保护作用。嗜热链球菌在含有氯化胆碱类的NADES中冷冻干燥的存活率较高。[结论]在冷冻期间细胞内冰晶对细胞膜和细胞质的损伤是主要的损伤机制,使用氯化胆碱和山梨糖醇形成的天然低共熔溶剂能显著提高嗜热链球菌冷冻干燥后的活力,嗜热链球菌的存活率与NADES中的水分活度有关。

【目的】马尾松松针富含多酚、黄酮类化合物,具有多种活性功能。通过对马尾松松针的低共熔溶剂(DES)提取物的制备及其抗氧化活性进行研究,深度开发林下资源,获得与传统提取方式相比更加绿色环保、活性优良并且高效的制备方法。【方法】采用超声波技术辅助低共熔溶剂提取马尾松松针中活性成分,首先通过对比提取效果对3种低共熔溶剂进行了筛选,进一步在选定的低共熔溶剂(氯化胆碱/葡萄糖)基础上,进行液料比、超声温度、超声时间、超声功率对提取效果影响的单因素试验。在单因素试验基础上,以多酚、黄酮得率为指标,响应面法优化主要工艺参数,对比提取物与传统醇提物对DPPH·、ABTS~+·的清除能力以及还原能力的差异。【结果】马尾松松针提取物的最佳提取工艺为:液料比为10 mL/g,超声温度为48℃,超声时间为60 min,超声功率为300 W。在此条件下,多酚得率为7.387%,黄酮得率为10.377%,回归模型拟合良好,与醇提物相比,低共熔溶剂提取物的抗氧化活性整体优于醇提物。【结论】采用超声波技术辅助低共熔溶剂提取的马尾松松针提取物的得率显著高于普通醇提法,通过显著性分析比较得出DES提取物抗氧化活性显著优于醇提物。该方法绿色环保,可实现高效提取马尾松松针成分,并充分保持其生物活性,在提升马尾松的资源利用方面具有一定的意义。

结合储层CO_2埋存技术，自主搭建了地层温度压力条件下CO_2埋存实验装置，开展了多介质辅助CO_2埋存实验研究。研究结果表明，乙醇-KOH体系能够有效进行CO_2矿化埋存，其中96%乙醇+3 g KOH 500 mL溶液捕集CO_2能力最强，是最佳的CO_2矿化埋存溶液配比。经CO_2矿化埋存后，低渗透岩心孔隙度平均降低7.07%，孔隙度变化率与孔隙度呈正相关关系，渗透率平均降低16.01%。因此，96%乙醇+3 g KOH能够加速CO_2在储层中的CO_2沉淀过程，缩短CO_2在储层中的矿化埋存时间。该研究可重复性、准确性和可扩展性较强，能够激发学生自主设计实验的积极性及创新意识，培养学生的独立思考能力，有利于学生将理论知识与实际工程问题相结合，实现科研能力与创新能力的相互促进。

2-巯基苯并噻唑作为一种重要的硫化促进剂,广泛应用于橡胶行业。对于溶剂法制备高纯2-巯基苯并噻唑,选择合适的结晶溶剂至关重要。传统溶剂的筛选方法为实验试错,需要耗费大量的时间和金钱。该文提出了一种基于计算机辅助分子设计的结晶溶剂设计方法。计算机辅助分子设计问题可以表示为混合整数非线性规划模型,该模型包括目标函数、结构约束、性质约束和过程约束,目标函数为产品纯度和收率,同时对熔点、沸点、闪点、溶解度系数和固液相平衡进行约束。其中与过程约束相关的活度系数采用基于片段活度系数的类导体屏蔽模型(COSMO-SAC)进行预测。采用分步求解法对混合整数非线性规划模型进行求解,得到10种候选溶剂,其中8种溶剂所得产品的性能优于目前工业水平。对部分候选溶剂进行实验验证,结果显示所得产品的性能与模拟结果较为一致,从而证明了模型的有效性。

该文设计了CO_(2)-水注入驱替致密油的仿真实验，引入分子动力学模拟方法，模拟了水驱、CO_(2)驱和CO_(2)-WAG驱替纳米孔道内致密油的微观动力学过程，研究了驱替过程中的气、水、油的流动行为、所受阻力及各组分之间的微观相互作用，分析了三种驱替方法的驱替效率、驱替速率和临界驱动压强。教学实践证明，学生通过本实验深刻理解了油气田开发的不同驱替方式的微观过程以及不同分子之间的相互作用对驱替过程的影响，掌握了研究油气田开发的分子动力学模拟方法，为进一步开展相关创新研究打下了良好的基础。

为拓展分子模拟实验课程内容，设计了该实验教学项目。实验包括泡排体系基础学习、计算模型构建及任务提交、计算结果分析等内容。文章介绍了泡沫体系模型的设计和模拟方法，分别利用CO_2响应型表面活性剂分子十二烷基叔胺（C12A）以及耐盐改性后的分子构建泡排剂体系，对其稳定机理与响应消泡机理进行了分析，并通过不同无机盐研究了高矿化度条件下泡沫体系的各种性能。

该文将密度泛函理论（density function theory，DFT）、溶剂化模型和化工过程分析与合成课程深度融合，针对乙腈-水二元共沸物萃取精馏设计分离进行仿真实验，使用类导体屏蔽片段活度系数模型（conductor-like screening model-segment activity coefficient，COSMO-SAC）溶剂化模型计算，基于乙腈对水的相对挥发度筛选目标离子液体（targeted ionic liquid，IL）。通过DFT计算及分子表面电荷密度曲线剖析离子液体与乙腈和水的微观相互作用，探究离子液体提升分离性能的作用机理。使用Aspen Plus和Matlab软件的遗传算法优化萃取分离离子液体工艺。该仿真实验融合了物理化学、化工热力学、化工原理和化工技术经济与管理等专业课程的前沿内容，将学科前沿理论与化工实践应用紧密结合，夯实学生专业基础，激发学生对学科前沿的兴趣，为培养化工复合型人才提供课程改进创新思路。