胺化超高交联吸附树脂的制备及其吸附热力学

超高交联树脂上负载不同的胺基,制备了3种不同质量摩尔浓度的胺基修饰的吸附树脂,研究了其对水体系中苯酚和苯胺的静态吸附行为和热力学性质.结果表明:树脂对苯酚和苯胺的吸附量均随着胺基质量摩尔浓度增加而下降,但树脂对苯胺的吸附量下降更大.回归方程的相关因子都大于0.99,表明Langmuir和Freundlich方程均能较好地描述苯酚和苯胺在3种树脂上的吸附行为,对苯酚的吸附是物理吸附和氢键吸附的共同作用,而对苯胺的吸附以物理作用为主.所有Freundli-ch拟合方程的指数均大于1,对苯酚和苯胺的吸附均为优惠吸附.热力学数据表明:吸附均是放热过程,吸附质在树脂表面的吸附是自发过程.吸附嫡变绝对值随树脂中胺基质量摩尔浓度增加而增加,胺基使吸附质与树脂结合更为紧密.     

邻甲氧基苯胺修饰超高交联吸附树脂的合成及其性能

用甲氧基和氨基共同修饰制备了超高交联吸附树脂(HPAMMA),研究了其对水体系中苯胺和苯的静态吸附行为,考察了双官能团修饰对超高交联吸附树脂吸附能力的影响.结果表明:HPAMMA对苯胺的吸附量明显大于对苯的吸附量,树脂对苯胺的吸附是物理吸附和氢键吸附共同作用的,而对苯的吸附以物理吸附为主.在相同条件下,双官能团修饰的树脂氢键吸附辅助作用明显大于单官能团修饰的树脂.Langmuir方程能较好地描述苯胺的吸附过程,而苯和苯胺在HPAMMA上的吸附等温线均符合Freundlich方程.所有等温吸附方程的相关因子均大于0.98,拟合方程中的指数因子n1,对苯和苯胺的吸附均属于优惠吸附.HPAMMA对苯胺的吸附选择性系数随吸附质初始质量浓度的增加呈先减小后趋于定值的趋势,而随温度增加呈逐渐减小的趋势.     

胺基化树脂对水溶液中对甲苯胺的吸附性能

通过静态吸附实验,研究了超高交联吸附树脂NKA和胺基化超高交联吸附树脂NDA-8对水溶液中对甲苯胺的吸附性能.结果表明:2种树脂吸附对甲苯胺均符合Freundlich等温吸附方程,NDA-8树脂表面叔氨基与对甲苯胺之间的氢键作用可有效强化吸附能力,在平衡浓度均为5 mmol/L的情况下,其吸附容量达到NKA的1.5～1.6倍.对甲苯胺在2种树脂上的吸附均为自发的放热过程,树脂的表面化学性质是影响树脂吸附性能的重要因素.对甲苯胺在2种树脂上的吸附容量随溶液pH值的升高而增加,溶液中无机盐的存在对树脂吸附影响较小.     

真空变压吸附提浓煤层气甲烷的均压过程

采用以活性炭为吸附剂的两床真空变压吸附实验装置,研究了均压过程对煤层气甲烷提浓的影响.结果表明:均压过程可以快速提高吸附塔内压力,提高吸附压力,增大甲烷气体含量;最好的均压方式为既有上均压又有下均压,上均压0.4s、下均压0.2s后,解吸气中甲烷气体的含量达到最大值,此时两吸附塔之间仍有一定压差.分析了从不同均压压力升压到一定吸附压力的能耗情况.均压压力为93.8kPa时比120.4kPa时的能耗降低了31%.     

固定化细菌胞壁多糖对铅和镉吸附的研究

以固定化细菌胞壁多糖为研究对象,系统地研究了固定化细菌胞壁多糖对重金属铅和镉离子的最佳吸附条件.比较了固定化细菌胞壁多糖对铅和镉离子的吸附能力,以及初步探讨了其对重金属铅和镉的吸附机理.结果表明:固定化细菌胞壁多糖对铅和镉离子的最佳吸附条件均是:吸附平衡时间为2 h,pH6.O,吸附温度为20℃,离子强度为1μmol/L.固定化细菌胞壁多糖对铅离子的吸附能力大于对镉的吸附能力;并且,共存离子的存在均影响固定化细菌胞壁多糖对铅和镉离子的吸附.Langmuir和Frendlich方程均适合描述固定化细菌胞壁多糖对铅和镉离子吸附的热力学过程.Elovich和Temkin方程均可以较好的描述固定化细菌胞壁多糖对铅离子和镉离子的吸附过程.     

微型变压吸附分离空气制氧均压过程

通过切换压力、均压时间、高径比以及吸附塔进出口压力研究了微型变压吸附制氧均压过程.实验结果表明:在实验条件下,氧气纯度随切换压力的增加先增加后减小,且不同的均压时间对应的最佳切换压力相同;氧气纯度随均压时间的增加也是先增加后减小,存在一个最佳均压时间,此最佳值由吸附塔的结构决定;高径比大的吸附塔对应的最佳均压时间比高径比小的吸附塔对应的最佳均压时间长;均压过程中,进气吸附塔内的压力增加迅速,均压结束后,吸附塔内压力变化缓慢,且进出口压力曲线基本保持平行.     

真菌吸附重金属离子的研究

利用黑曲霉和简青霉制备生物吸附剂,研究了它们对重金属Pb2 离子和Cd2 离子的吸附、解吸行为以及实验条件对吸附的影响,包括吸附剂用量、溶液pH值、吸附时间以及共存离子等因素.结果表明,黑曲霉和简青霉吸附Pb2 离子的最适pH值均为5,吸附Cd2 离子时均为3.二者对Pb2 离子的吸附均在4 h达到平衡,吸附量分别为29.07 mg·g-1和36.65 mg·g-1.Cd2 离子吸附也在约4 h达到最大吸附量,分别为26 mg·g-1和26.5mg·g-1.溶液中Zn2 离子和Cd2 离子的存在都会降低Pb2 离子的吸附量.2种吸附剂对Pb2 离子的吸附都符合Langmuir等温线模型,而对Cd2 离子的吸附都较为符合Freundlich等温线模型.1 mol/L HNO3对吸附有Pb2 离子的黑曲霉和简青霉进行解吸,解吸率分别可达77.4%和92.3%.     

内蒙古部分河段表层沉积物对氨氮的吸附/解吸行为研究

通过实验室模拟的方法研究了老哈河、霍林河和乌梁素海(入湖口和湖中)的沉积物对NH~+_4-N的吸附特征.结果显示:(1)沉积物吸附氨氮的过程可以用Lagergren准二级吸附动力学方程描述,拟合得出平衡时最大吸附量为23.64 mg/kg;(2) Langmuir等温方程拟合的吸附等温线表明沉积物吸附NH~+_4-N的最大吸附容量范围是1428.75～3333.33 mg/kg,属于单分子层吸附.吸水过程及表面形貌可能对NH~+_4-N的吸附能力有影响.Freundlich吸附等温模型拟合得出常数0.8206(1/n)1.1100,说明沉积物对NH~+_4-N的吸附过程均易于进行;(3)采样点的吸附解吸平衡浓度均大于水体中的NH~+_4-N浓度,为"氮源",且对氨氮的吸附均属于不可逆反应.     

胺化超高交联吸附树脂对芳香酚吸附性能研究

制备和表征了胺基修饰的超高交联聚苯乙烯吸附树脂,结构特征研究表明树脂具有较高的比表面、丰富的微孔和碱性极性基团等优点.比较研究了树脂对水体系中两类芳香酚（苯酚和邻硝基苯酚）的静态吸附性能,结果表明吸附过程呈现放热特征,树脂对疏水性更强的邻硝基苯酚具有更优的吸附性能.吸附平衡数据均可采用Langmuir和Freundlich吸附等温方程进行较好的拟合,结果表明树脂对两类芳香酚的吸附均为优惠吸附,且呈现出物理吸附为主,弱化学吸附为辅的吸附机理.     

CoAlPO4-5分子筛对甲苯吸附性能的研究

用重量法测试了CoAlPO4-5分子筛对甲苯的吸附. 结果表明,不同温度下的吸附等温线均属典型Ⅰ型,可以用Langmuir方程来描述. 甲苯的吸附自由能变化随吸附量的增加而增加;吸附熵随吸附量的增加而减小,在吸附量大于0.65 mmol/g时变化较大,表明吸附相中分子间的相互作用开始加强;吸附熵与吸附温度无关.     

氢在Ni(410)台阶面的吸附研究

应用嵌入原子模型(EAM)研究了氢在Ni(410)面的吸附和解离.首先计算单个氢原子在Ni(410)面上的吸附能Ead,吸附键长RH-Ni及吸附高度H0,发现氢在Ni(410)面上有3种相对稳定的吸附位:台面上的赝式四重洞位H1和H2位、台阶底部棱上的LB位和台阶一边棱位B.与低指数面Ni(001)相比,明显增加了台阶棱上的B位以及台阶底部棱上的LB位,相应洞位的吸附性也有增强.说明氢在Ni(410)表面的吸附性受到台阶的影响,从而台阶附近的吸附位增多且吸附性增强;然后计算了H2在Ni(410)表面解离吸附时的活化势垒Ea、吸附能Qad,氢-镍之间键长RH-Ni,构建了解离吸附等势面,计算结果表明台阶处是氢吸附和解离的活跃部位.     

钻井液氟碳润湿反转剂作用机理的量子化学研究

针对低孔低渗储层钻井过程中极易受到水锁损害的特点,对氟碳类润湿反转剂的作用机理进行量子化学研究。建立了两种模拟砂岩的原子簇模型。利用量子化学从头计算法(HF-3-21G)计算了两种不同分子结构的氟碳润湿反转剂与砂岩模型的相互作用关系;并计算了水分子与砂岩以及润湿反转剂模型的相互作用关系。结果表明,两种氟碳润湿反转剂均倾向于以HOMO轨道和砂岩的LUMO轨道发生结合,结合后氟碳链官能团向外伸展,对内部结构及砂岩起到了屏蔽保护的作用;水分子在砂岩模型表面的吸附势阱绝对值大约在40 kJ·mol-1左右,为氢键力作用,在氟碳润湿反转剂模型表面的吸附势阱均绝对值小于10 kJ·mol-1甚至更小,为物理凝聚;此外,水分子在润湿反转剂模型表面的吸附距离也远大于砂岩模型表面,说明钻井液与砂岩的接触过程中,氟碳润湿反转剂倾向于以不含氟官能团吸附在砂岩表面,且吸附后砂岩表面与水分子的作用力明显减弱。     

HCl气体在烧结矿表面的吸附机理及特性

基于密度泛函理论,对HCl气体在烧结矿表面的吸附机理进行模拟计算,并且通过实验研究了不同反应温度、烧结矿粒度和HCl气体流量条件下烧结矿表面吸附HCl气体的特性规律.结果表明：HCl在α-Fe2 O3(001)表面的最大吸附能为-175.91 kJ·mol-1,为化学吸附. Cl原子与基底表面的Fe原子发生反应结合成Cl-Fe键.吸附后Fe-O键长变短,Fe-O键能增加,结构更紧密. Cl原子与Fe原子结合成键后,削弱Cl原子与H原子的结合.温度对烧结矿吸附氯元素量的影响较大,随着温度升高,氯元素吸附量逐渐增多;随着烧结矿粒度增大,氯元素吸附量逐渐减少;随着HCl气体流量的增加,氯元素吸附量迅速增加.     

甲烷在石墨烯与活性炭上的吸附平衡

］为研制ANG新型碳基吸附剂,分别选用比表面积为2074 m2·g-1的椰壳活性炭SAC-02和345 m2·g-1的石墨烯,在温度区间263~313 K、压力范围0~6 MPa,依据容积法的原理测试了甲烷在其上的吸附平衡数据,并由吸附等温线和等量吸附热的比较,分析了甲烷在两吸附剂上吸附平衡.结果表明:甲烷在活性炭上的过剩吸附等温线为典型的Ⅰ型,而石墨烯上在压力2 MPa以下为Ⅰ型,2~6 MPa之间吸附量与压力接近线性关系.在273 K和6 MPa时,甲烷在石墨烯上吸附量为4.6 mmol·g-1,活性炭的吸附量为11.2 mmol·g-1;甲烷在石墨烯和活性炭上的等量吸附热分别为14.32 kJ·mol-1~2.66 kJ·mol-1和13.99 kJ·mol-1~17.57 kJ·mol-1,石墨烯表面对甲烷分子作用能强     

SiLi5+团簇的结构及储氢性能理论研究

SiLi_5~+团簇由于具有高稳定特性,并且SiLi_5~+可以最多有效绑定15个氢分子,其理论质量储氢密度达到了32.3 wt%.在B3LYP理论水平上,氢分子与SiLi_5~+相互作用过程中的平均氢吸附能在1.36～2.62 kcal·mol~(-1)之间,从平均氢吸附能看,此系统满足可逆吸氢反应的热力学要求,可以作为理想储氢材料的候选物.     

含氮螯合树脂的合成及性能研究

首次以三乙二醇为起始剂,以二乙烯三胺(DETA)为交联剂合成含氮螯合树脂.考察了温度对树脂吸附性能的影响及树脂的等温吸附过程,在实验研究的浓度范围内,树脂对镍离子的吸附可用Freundlish等温方程来描述.根据Arrhenius经验公式求得平均表观活化能Ea=15.13 kJ.mol-1,指前因子A=0.102.通过红外光谱分析研究树脂的螯合机理.     

树脂D301M吸附草甘膦的热力学及动力学

通过静态吸附实验,研究了树脂D301M对草甘膦水溶液的吸附热力学和吸附动力学特性.测定了303.15～318.15K的等温吸附线和吸附动力学数据,并分别用Langmuir,Freundlich,Temkin模型拟合了树脂D301M吸附草甘膦水溶液的实验数据.结果表明,树脂D301M对水溶液中草甘膦的吸附符合Langmuir等温吸附方程,并根据热力学原理,计算出吸附热力学参数,其吸附焓值ΔH=58.42kJ.mol-1,ΔG0,ΔS0.树脂D301M的吸附过程符合准二阶动力学方程;采用Arrhenius方程计算出吸附的表观活化能Ea=165.22kJ.mol-1.     

低浓度萘在SBA-15上吸附等温线推算

为了获取低挥发性有机物的吸附等温线,基于Langmuir方程,提出一种推算低浓度低挥发性有机物的吸附等温线的方法.脱附活化能由改进的程序升温脱附模型进行动力学分析获得,由此获得的Langmuir方程中的平衡常数B,较经典程序升温脱附模型求算值更接近本征值,且不受是否发生再吸附现象影响;饱和吸附量可结合吸附剂表征结果可得到.此方法应用于低浓度萘在SBA-15上的吸附等温线的推算,脱附活化能为58.37 kJ·mol-1,平衡常数为0.01149 Pa-1,饱和吸附量为55.11 mg·g-1,相对误差约5%,与实验值较好吻合.     

螺旋手性SWCNT的尺寸对赖氨酸分子手性转变反应的限域影响

采用量子力学与分子力学组合的ONIOM方法,研究了两种构象的赖氨酸分子限域在螺旋手性单壁碳纳米管内的手性转变机理.结构分析表明:纳米管管径越小,限域在其中的赖氨酸分子骨架形变越明显,手性碳上的氢原子与氨基上氮的氮原子距离越小.势能面计算表明,两种构象的赖氨酸分子限域在SWCNT(6,4)时,旋光异构反应决速步的吉布斯自由能垒分别是194.72和170.08kJ·mol~(-1),分别由质子从手性碳向氨基氮和质子从手性碳向氨基氮与氨基上的质子向羰基氧双质子协同迁移的过渡态产生的.与裸反应的此通道决速步能垒252.6kJ·mol~(-1)相比较有显著降低.两种构象的赖氨酸分子限域在SWCNT(6,4)内旋光异构反应的表观能垒分别是160.00和178.59kJ·mol~(-1).他们限域在SWCNT(7,4)内时,旋光异构反应决速步的能垒分别是238.28和217.18kJ·mol~(-1);限域在SWCNT(8,4)内时,旋光异构反应决速步的能垒分别是253.00和250.11kJ·mol~(-1).结果表明:螺旋手性单壁碳纳米管的孔径越小,对赖氨酸分子手性转变反应的限域催化作用越好;限域在SWCNT(6,4)内的赖氨酸分子构象1更容易旋光异构.     

First-principles investigation on initial stage of 2H-SiC(001) surface oxidation

We present comprehensive first-principles calculations on the initial stages of SiC oxidation by atomic oxygen on the 2H-SiC(001) surface. In order to study the kinetics of oxygen incorporation at the 2H-SiC(001) surface, we investigated adsorption and diffusion of oxygen atoms and SiO₂ nucleation. The adsorption sites, corresponding to the local minima of the potential energy surface (PES) for isolated adatoms, were identified through a comparative study of the adatom binding energy at different locations. We found that the Bridge (siloxane) site is preferred over other adsorption sites. There is no energy barrier at 0K for oxygen insertion into this site. The diffusion energy barriers that the adatom has to overcome when jumping between two adsorption sites were calculated. The premises of silica nucleation were investigated by calculating the modifications of the oxygen atom binding energy due to the interaction with neighboring adatoms. Supported by Snecma Propulsion Solide (Contract FPR No. 0539298A), Natural Science Foundation of China (Grant No 50802076) and Flying Star Program of Northwestern Polytechnical University of China