基于双功能催化剂的CO_2加氢耦合甲苯甲基化直接合成对二甲苯(p-xylene, PX)工艺具有原子经济性、可实现绿氢储存和有效利用CO_2等优点,该工艺尚未有完整的流程设计和优化策略等技术经济分析。该研究基于CO_2加氢耦合甲苯甲基化的选择催化结果,选取了高转化率、高二甲苯选择性和高PX选择性等3种甲基化催化剂及其实验结果,进行PX生产工艺流程设计与模拟。结果表明,在获得相同PX产量的基础上,高PX选择性催化剂工艺单位PX产品的原料消耗量仅为其他2种催化剂工艺的72.6%和58.9%;高二甲苯选择性催化剂工艺原料消耗率较高,并且具有最高的能耗,但借助异构化技术可实现最大PX生产潜力,展现了最优经济性。基于双功能催化剂的CO_2加氢耦合甲苯甲基化直接合成PX工艺可提高CO_2转化率、降低物料循环能耗,进一步提高二甲苯和PX选择性将极大地提升工艺的技术经济性。

生物质平台分子5-羟甲基糠醛(5-HMF)的高附加值转化利用是当前的研究热点.使用溶胶凝胶法制备加氢醚化双功能Cu-Co催化剂,在温和条件下实现了5-HMF加氢醚化到2,5-二(甲氧基甲基)呋喃(BMMF).在130℃,2 MPa H_2条件下反应2 h,得到最高85.9%的BMMF收率.双功能催化剂中Co_3O_4提供了路易斯酸酸性位点,同时还原得到的Cu_2O及Co~0提供了加氢氛围,最终实现了HMF一步加氢醚化制备BMMF.

以La_2O_3/MCM-22催化甲苯烷基化合成对二甲苯(PX)的研究过程为基础,设计了化工类专业综合实验。实验内容包括:通过浸渍法制备La_2O_3/MCM-22催化剂;通过N_2吸附脱附、XRD、吡啶吸附FT-IR和NH_3程序升温脱附(NH_3-TPD)等手段表征催化剂性能;通过固定床反应器上甲苯烷基化合成PX反应评价催化剂。该实验原料易得,操作简单,结果规律性明显,涵盖知识点丰富。通过该实验的训练,学生可以将化学、化工热力学、反应工程、化工工艺等课程知识连点成线,融会贯通,显著提升解决复杂化学工程问题的能力。

【目的】糠醛可通过选择性加氢转化为四氢糠醇，但常用的铜铬体系催化剂中，金属组分的流失会对环境造成较大危害，反应前催化剂需要高温预还原后方可使用，且反应时的温度和氢气压力条件相对苛刻，因此有必要研发制备和使用成本低、反应条件温和的高效催化剂应用于糠醛选择性加氢制备四氢糠醇。【方法】本研究采用溶剂热法制备了一种新型的NaNi/C非贵金属催化剂，用于温和条件下糠醛选择性加氢制备四氢糠醇，通过SEM、HRTEM、EDS、XPS、BET、XRD手段对催化剂的结构和性质进行表征，研究影响催化剂性能的因素。【结果】当使用12NaNi/C时，糠醛与催化剂的质量比为28∶1时，在温和条件下（130℃、1 MPa H_2）反应1 h后，糠醛的转化率达99.9%，四氢糠醇的收率达76.2%。结合多种表征结果发现：添加适量的乙酸钠可增强Ni和O的相互作用，增大催化剂的比表面积，减小FCC-Ni晶体的粒径，提高Ni的分散性和催化传质效率；由于Ni和O的化学环境发生变化，使得糠醛的醛基氧和呋喃环上的大π键更容易与Ni发生相互作用，从而提高了糠醛的转化效率。【结论】本研究以邻香草醛作为螯合剂，使用溶剂热法制备了一种新型的NaNi/C非贵金属催化剂，可直接用于温和条件下糠醛的高效选择性加氢制备四氢糠醇，为工业生产四氢糠醇提供了一种低成本的解决方案。

为了拓展计算材料学实验课程前沿内容，设计了基于第一性原理计算的电催化CO_2还原体系性能研究实验项目。实验包括电催化CO_2还原（ECO_2RR）体系基础学习、计算模型构建、任务提交及计算结果分析等内容。该文介绍了ECO_2RR体系的设计和模拟方法，通过在Mo_2CO_2 MXene基单原子催化剂表面构建电催化体系，对其CO_2吸附机理和还原机理进行了分析，并通过对比生成不同反应产物的反应能量研究了单原子催化剂与ECO_2RR活性和产物选择性的构效关系。

针对传统化工安全实践教学中培训内容枯燥、安全性差、学生参与度低，以及近年来高校实验室安全事故屡发等问题，该文以柴油催化加氢小型实验装置为仿真对象，使用虚拟仿真技术和Unity3D引擎设计了虚拟孪生模型、仿真交互组件和工艺机理算法，开发了一套催化加氢实验场景的仿真培训系统，实现了动态交互操作、实验模拟和风险辨识信息展示等功能。该系统为安全系统工程、工业流程仿真与数字化信息技术的融合提供支撑，并为实验培训人员提供了高保真度、强沉浸感、高安全性和可动态模拟的培训手段。

以氯化亚铁为铁源,氯化铵和叠氮化钠为混合氮源,通过溶剂热法制备出氮化铁。以该材料为载体,采用浸渍法制备了Pt/氮化铁催化剂,用于氯代硝基苯催化加氢制备氯代苯胺。考察了Pt负载量及焙烧温度对催化剂结构及催化活性的影响;结合红外光谱、X射线衍射、比表面积及孔结构、热重分析等表征手段,研究了Pt/氮化铁催化剂的结构及物理化学性质的变化。结果表明,当反应温度为100℃、加氢压力为1.0MPa、反应时间为2h时,氯代硝基苯转化率可达99.9%,对氯苯胺选择性为99.9%。

研究制备了新型Ru.Zn.Cu/SiO2复合催化剂,并用于2-甲基呋喃液相加氢制2-甲基四氢呋喃反应。考察了Ru的含量,Na2CO3溶液浓度等催化剂制备条件,以及合成反应中反应压力、搅拌速率、反应温度等反应条件对2-甲基呋喃转化率和2-甲基四氢呋喃选择性的影响。结果表明:催化剂制备条件为Ru的含量为10%,Na2CO3溶液浓度为1.0 mol/l;合成反应条件为反应压力4 MPa,搅拌速率1 200 r/min,反应温度120℃;产品经气相色谱检测分析,2-甲基呋喃的转化率为100%,2-甲基四氢呋喃的选择性为87.6%。

[目的]研究对甲苯磺酸(p-toluenesulfonic acid,p-TsOH)耦合碱性过氧化氢(AHP)预处理对不同木质纤维素酶解率及乙醇产率的影响,为农林废弃物纤维素生物转化提供理论依据。[方法]以芒草秆、小麦秸秆和杨木为供试材料,分别采用p-TsOH处理(质量分数70%pTsOH水溶液于80℃处理20 min)以及p-TsOH耦合AHP两步处理(先用质量分数70%p-TsOH水溶液于80℃处理20 min,之后用pH 11.5、体积分数2%H_2O_2于50℃、120 r/min恒温振荡器中反应12h)2种方法对3种材料进行预处理,分析不同预处理方法对3种材料化学组成、形态结构(扫描电镜观察、傅里叶变换红外光谱、X-射线衍射、结晶度、保水值)的影响,并研究纤维素酶添加量(5,10,15FPU/g,以纤维素质量计算)及不同发酵工艺(同步糖化发酵、分步糖化发酵)对p-TsOH耦合AHP两步处理3种材料纤维素酶解率及乙醇产率的影响。[结果]采用p-TsOH处理以及p-TsOH耦合AHP两步处理后,芒草秆、小麦秸秆和杨木中的半纤维素和木质素含量明显降低,纤维素含量明显提高,其中p-TsOH耦合AHP两步处理的效果更明显,该法处理的芒草秆、小麦秸秆和杨木的木质素脱除率分别为97.01%,96.50%和94.01%,半纤维素脱除率分别为82.50%,84.21%和81.19%,纤维素保留率分别为87.97%,87.85%和90.53%。采用p-TsOH处理以及pTsOH耦合AHP两步处理后,芒草秆、小麦秸秆和杨木的微观结构、傅里叶变换红外光谱、X-射线衍射图谱发生了明显变化,结晶度及保水值均明显增加。纤维素酶添加量5 FPU/g、酶解72 h时,芒草秆和小麦秸秆的酶解率均超过90%,而杨木的酶解率为78%;纤维素酶添加量15 FPU/g、酶解12 h时,芒草秆、小麦秸秆的酶解率达到100%,杨木的酶解率为73%;纤维素酶添加量10 FPU/g、酶解24 h时,芒草秆、小麦秸秆和杨木的酶解率均达到95%以上。当底物质量浓度为130 g/L、纤维素酶加量为10 FPU/g、发酵96 h时,p-TsOH耦合AHP两步处理芒草秆、小麦秸秆和杨木同步糖化发酵的乙醇产率分别为92.63%,90.07%和88.00%,高于分步糖化发酵工艺的乙醇产率(86.40%,84.21%和78.09%)。[结论]p-TsOH耦合AHP两步处理可以在温和水溶液条件下选择性脱除原料中的木质素和半纤维素,得到富含纤维素的样品,对不同原料具有较强的适用性,应用前景良好。

[目的]研究对甲苯磺酸(p-toluenesulfonic acid,p-TsOH)耦合碱性过氧化氢(AHP)预处理对不同木质纤维素酶解率及乙醇产率的影响,为农林废弃物纤维素生物转化提供理论依据。[方法]以芒草秆、小麦秸秆和杨木为供试材料,分别采用p-TsOH处理(质量分数70%pTsOH水溶液于80℃处理20 min)以及p-TsOH耦合AHP两步处理(先用质量分数70%p-TsOH水溶液于80℃处理20 min,之后用pH 11.5、体积分数2%H_2O_2于50℃、120 r/min恒温振荡器中反应12h)2种方法对3种材料进行预处理,分析不同预处理方法对3种材料化学组成、形态结构(扫描电镜观察、傅里叶变换红外光谱、X-射线衍射、结晶度、保水值)的影响,并研究纤维素酶添加量(5,10,15FPU/g,以纤维素质量计算)及不同发酵工艺(同步糖化发酵、分步糖化发酵)对p-TsOH耦合AHP两步处理3种材料纤维素酶解率及乙醇产率的影响。[结果]采用p-TsOH处理以及p-TsOH耦合AHP两步处理后,芒草秆、小麦秸秆和杨木中的半纤维素和木质素含量明显降低,纤维素含量明显提高,其中p-TsOH耦合AHP两步处理的效果更明显,该法处理的芒草秆、小麦秸秆和杨木的木质素脱除率分别为97.01%,96.50%和94.01%,半纤维素脱除率分别为82.50%,84.21%和81.19%,纤维素保留率分别为87.97%,87.85%和90.53%。采用p-TsOH处理以及pTsOH耦合AHP两步处理后,芒草秆、小麦秸秆和杨木的微观结构、傅里叶变换红外光谱、X-射线衍射图谱发生了明显变化,结晶度及保水值均明显增加。纤维素酶添加量5 FPU/g、酶解72 h时,芒草秆和小麦秸秆的酶解率均超过90%,而杨木的酶解率为78%;纤维素酶添加量15 FPU/g、酶解12 h时,芒草秆、小麦秸秆的酶解率达到100%,杨木的酶解率为73%;纤维素酶添加量10 FPU/g、酶解24 h时,芒草秆、小麦秸秆和杨木的酶解率均达到95%以上。当底物质量浓度为130 g/L、纤维素酶加量为10 FPU/g、发酵96 h时,p-TsOH耦合AHP两步处理芒草秆、小麦秸秆和杨木同步糖化发酵的乙醇产率分别为92.63%,90.07%和88.00%,高于分步糖化发酵工艺的乙醇产率(86.40%,84.21%和78.09%)。[结论]p-TsOH耦合AHP两步处理可以在温和水溶液条件下选择性脱除原料中的木质素和半纤维素,得到富含纤维素的样品,对不同原料具有较强的适用性,应用前景良好。

科研成果转化为实验教学内容,对学生创新能力的提高具有重要的意义。将光催化研究领域的纳米TiO_2转化为切实可行的实验项目,设计了包括基础化学、材料化学、分析化学等内容的综合实验,学生亲自动手组装光催化降解装置。通过该实验,加深了学生对基础化学、材料化学等课程的认识并提高了学生综合运用知识的能力。

【目的】探究不同盐胁迫后的棉花基因组DNA甲基化变化情况,并比较分析叶片和根部DNA甲基化变化差异,进而探究DNA甲基化与棉花耐盐性之间的关系。【方法】以陆地棉耐盐品种中9806和盐敏感品种中S9612为试验材料,分别用NaCl和Na2CO3(浓度均为0.4%)处理。提取对照和处理材料的DNA,进行双酶切、连接、预扩增和选择性扩增,然后采用MSAP技术(甲基化敏感扩增多态性)分析棉花幼苗在盐胁迫前后的DNA甲基化情况。从聚丙烯酰胺凝胶中回收纯化多态性片段并进行测序,通过NCBI进行比对分析;设计引物,用实时荧光定量PCR对多态性片段在棉花幼苗中的表达量进行验证。【结果】盐胁迫分析表明不同类型盐...

为了开拓学生的科学眼界，加深学生对于催化剂以及电催化反应的理解，本综合实验设计开发了基于金属-有机框架物（Metal-organic Frameworks，MOF）衍生NiSe_(2)的制备及电催化析氢的综合性实验。实验通过制备MOF纳米片作为前驱体，进一步二次煅烧制备核壳结构的NiSe_(2)@NC催化剂，通过X-射线粉末衍射(Power X-ray Diffraction，PXRD)、X射线光电子能谱(X-ray Photoelectron Spectroscopy，XPS)和透射电子显微镜(Transmission Electron Microscope， TEM)等分析手段对产品进行表征，最后考察材料的电催化析氢性能。通过本综合实验，学生不仅可以了解相关科技前沿，而且可以更好的掌握MOF及其衍生催化剂的合成方法、电催化性能测试以及电化学工作站等仪器的使用操作技能，为将来从事相关科研或实践工作打下基础。