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有关不对称催化研究的论文

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有关不对称催化研究的论文

有机化学发展介绍及前景一.发展介绍1806年首次由瑞典的贝采里乌斯(—1848)提出,当时是作为无机化学的对立物而命名的。19世纪初,许多化学家都相信,由于在生物体内存在着所谓的“生命力”,因此,只有在生物体内才能存在有机物,而有机物是不可能在实验室内用无机物来合成的。1824年,德国化学家维勒(�hler,1800—1882)用氰经水解制得了草酸;1828年,他在无意中用加热的方法又使氰酸铵转化成了尿素。氰和氰酸铵都是无机物,而草酸和尿素都是有机物。维勒的实验给予“生命力”学说以第一次冲击。在此以后,乙酸等有机物的相继合成,使得“生命力”学说逐渐被化学家们所否定。 有机化学的历史大致可以分为三个时期。 一是萌芽时期,由19世纪初到提出价键概念之前。 在这一时期,已经分离出了许多的有机物,也制备出了一些衍生物,并对它们作了某些定性的描述。当时的主要问题是如何表示有机物分子中各原子间的关系,以及建立有机化学的体系。法国化学家拉瓦锡(—1794)发现,有机物燃烧后生成二氧化碳和水。他的工作为有机物的定量分析奠定了基础。在1830年,德国化学家李比希( Liebig,1803—1873)发展了碳氢分析法;1883年,法国化学家杜马(—1884)建立了氮分析法。这些有机物定量分析方法的建立,使化学家们能够得出一种有机化合物的实验式。 二是经典有机化学时期,由1858年价键学说的建立到1916年价键的电子理论的引入。 1858年,德国化学家凯库勒(—1896)等提出了碳是四价的概念,并第一次用一条短线“—”表示“键”。凯库勒还提出了在一个分子中碳原子可以相互结合,且碳原子之间不仅可以单键结合,还可以双键或三键结合。此外,凯库勒还提出了苯的结构。 早在1848年法国科学家巴斯德(—1895)发现了酒石酸的旋光异构现象。1874年荷兰化学家范霍夫('t Hoff, 1852—1911)和法国化学家列别尔( Bel,1847—1930)分别独立地提出了碳价四面体学说,即碳原子占据四面体的中心,它的4个价键指向四面体的4个顶点。这一学说揭示了有机物旋光异构现象的原因,也奠定了有机立体化学的基础,推动了有机化学的发展。 在这个时期,有机物结构的测定,以及在反应和分类方面都取得了很大的进展。但价键还只是化学家在实践中得出的一种概念,有关价键的本质问题还没有得到解决。 三是现代有机化学时期。 1916年路易斯(—1946)等人在物理学家发现电子、并阐明了原子结构的基础上,提出了价键的电子理论。他们认为,各原子外层电子的相互作用是使原子结合在一起的原因。相互作用的外层电子如果从一个原子转移到另一个原子中,则形成离子键;两个原子如共用外层电子,则形成共价键。通过电子的转移或共用,使相互作用原子的外层电子都获得稀有气体的电子构型。这样,价键图像中用于表示价键的“—”,实际上就是两个原子共用的一对电子。价键的电子理论的运用,赋予经典的价键图像表示法以明确的物理意义。 1927年以后,海特勒(—)等人用量子力学的方法处理分子结构的问题,建立了价键理论,为化学键提出了一个数学模型。后来,米利肯(—1986)用分子轨道理论处理分子结构,其结果与价键的电子理论所得的结果大体上是一致的,由于计算比较简便,解决了许多此前不能解决的问题。对于复杂的有机物分子,要得到波函数的精确解是很困难的,休克尔(ückel,1896—)创立了一种近似解法,为有机化学家们广泛采用。在20世纪60年代,在大量有机合成反应经验的基础上,伍德沃德(—1979)和霍夫曼(—)认识到化学反应与分子轨道的关系,他们研究了电环化反应、σ键迁移重排和环加成反应等一系列反应,提出了分子轨道对称守恒原理。日本科学家福井谦一(1918—1998)也提出了前线轨道理论。 在这个时期的主要成就还有取代基效应、线性自由能关系、构象分析,等等。二.21世纪有机化学的发展在21世纪,有机化学面临新的发展机遇。一方面,随着有机化学本身的发展及新的分析技术、物理方法以及生物学方法的不断涌现,人类在了解有机化合物的性能、反应以及合成方面将有更新的认识和研究手段;另一方面,材料科学和生命科学的发展,以及人类对于环境和能源的新的要求,都给有机化学提出新的课题和挑战。有机化学将在物理有机学、有机合成学、天然产物学、金属有机学、化学生物学、有机分析和计算学、农药化学、药物化学、有机材料化学等各个方面得到发展。 物理有机化学 物理有机化学是用物理化学的方法研究有机化学的科学。主要的研究发展方向有: 1.运用现代光谱、波谱和显微技术表征分子结构,探索其与性能(物理、化学、生理、材料……)的关系;新分子和新材料的设计和理论研究。 2. 反应机理(协同、离子、自由基、卡宾、激发态、电子转移……) 和活泼中间体。 3. 主—客体化学;分子间弱相互作用和超分子化学;分子组装和识别;功能大分子和小分子相互作用及信息传递。 4. 新的计算化学方法、分子力学和动力学、分子设计软件包的开发;与实验的互补与指导。有机合成化学研究从较简单的前体小分子到目标分子的过程和结果的科学。有机合成化学是有机化学的主要内容。70年代以来,有机合成步入了一个新的高涨发展时期。 有机合成的基础是各种各样的基元合成反应,发现新的反应或用新的试剂或技术改善提高已有的反应的效率和选择性是发展有机合成的主要途径。 合成反应方法学上的一个重大进展是大量的合成新试剂的出现,特别是元素有机和金属有机试剂。利用光、电、声等物理因素的有机合成反应也要给以适当的重视。 高选择性试剂和反应是有机合成化学中最主要的研究课题之一,其中包括化学和区域选择控制,立体选择性控制和不对称合成等。后者是近年来发展得较快的领域,包括了反应底物中手性诱导的不对称反应,化学计量手性试剂的不对称反应,手性催化剂不对称反应,利用生物的不对称合成反应和新的拆分方法等。反映过渡态反应部位的构象是反应选择性的关键因素 复杂有机分子的全合成一直是最受关注的领域,体现合成化学的水平,与生物科学相结合,重视分子的功能则是合成化学家的新热点。有机合成化学的发展方向有: Z n& V& a+ 1.合成方法学 新概念、试剂、方法、反应的运用,实用的在温和条件下经过较简单的步骤高选择性高产率地转化为目标分子。 2. 具独特性能(生理、材料、理论兴趣)的分子的(全)合成。 3. 资源可持续利用的无害原料、原子经济和环境友好的反应介质、过程和工艺路线、绿色安全的产品。 4. 学科新生长点、交叉点的扩展和手性、仿生等新技术的运用。化学生物学在分子水平上研究生物机体的代谢产物及其变化规律性;利用有机化学的方法研究调控生命体系过程的科学。化学生物学是顺应20世纪后半叶生物学日新月异的发展,在化学学科的原有的几个分支——生物有机学、生物无机化学,生物分析化学、生物结构化学以及天然产物化学的基础上提出的新兴学科。化学生物学研究目前大致包括以下几个部分:1.从天然化合物和化学合成的分子中发现对生物体的生理过程具有调控作用的物质,并以这些生物活性小分子作为探针和工具,研究它们与生物靶分子的相互识别和信息传递的机理。2.发现自然界中生物合成的基本规律,从而为合成更多样性的分子提供新的理论和技术。3.作用于新的生物靶点的新一代的治疗药物的前期基础研究。4.发展提供结构多样性分子的组合化学。5.对于复杂生物体系进行静态和动态分析的新技术等。金属有机化学研究金属有机化合物[各种不同类型的C—M(杂原子)]的结构、合成、反应及其应用的科学。主要的研究发展方向有:1. 金属有机化学基元反应及其机理;各种不同类型的C—H(C、杂原子)的选择性形成、切断。2. 导向合成化学和聚合反应的金属有机化学;金属有机化合物的新型高效催化作用及其应用。药物化学和农药化学药物化学是有机化学的一个重要分支,与生命科学密切相关。它是研究与人类疾病和健康、植物保护等生命现象有关的创新药物研制的科学。药物化学的发展领域:1. 高通量生物活性筛选;药物作用靶点和基于构效关系指导下的分子设计和组合化学学库设计。2. 生化信息学的应用和创新、仿生及先导药物的发现、开发。3. 非传统机制的药物合成、分析和功能测试。有机新材料化学有机材料化学是研究以有机化合物为基础的新型分子材料的开发的科学。现代科学技术突飞猛进的发展,尤其是信息技术的发展,对材料科学提出了更高的要求,迫切需要研究新材料。相对于其他功能材料,以有机化学为基础的分子材料具有以下的特点:1.化学结构种类繁多,给人们提供了很多发现新材料的机遇;2.运用现代合成化学的理论和方法,能够有目的的改变分子的结构,进行功能组合和集成;3.运用组装和质组装的原理,能够在分子层次上组装功能分子,调控材料的性能。有机材料化学的发展方向有以下:1. 有机固体、半导体、超导体、光导体、非线性光学、铁磁体、聚合物材料。2. 具有特殊和潜在光、电、磁功能分子的合成和器件有序组装。3. 功能分子的结构、排列、组合和物化性能、机制的关系,新分子材料的设计和应用。有机分离分析化学研究有机物的分离、定性定量分析和结构解析的科学。研究方向:1. 基于近代光谱、波谱、色谱技术的进步对微(痕)量有机物的高效分析鉴定。2. 复杂的生物活性大分子和混合物中的有效组份及环境样品的分离分析方法的建立。绿色化学面对环境保护的重大压力,绿色化学提出来一些新的观念,起基本点是,通过研究和改进化学化工反应以及相关的工艺,从根本上减少以至消除副产物的生成,从源头上解决环境污染的问题。以此为目的的研究所带来的新的高效化工工艺也会大大提高经济效益。可以看出,绿色化学是对世纪化学化工研究的重要发展方向,是实现可持续发展的重要保障。本领域的发展和研究:1.发展高效、高选择性的“原子经济性”反应其中,催化的不对称合成反应仍是获得单一性分子的方法之一,应加强有关的新反应、新技术、新配体及催化剂的研究,加强开发和改进与绿色有关的生物催化的有机反应的研究。2.开发符合绿色化学要求的新反应以及相关的工艺降低或者避免使用对环境有害的原料,减少副产物的排放,直至实现零排放。3. 环境友好的反应介质的开发和利用其中可包括水、超临界流体、近临界流体、离子液体等,以替代传统反应介质的研究。4.可重复使用材料、可降解材料和生物质的利用以及生活中废弃物的再利用。在我们的生活中,有机化学的身影无处不在。能否好好的利用和发展有机化学也将在一定程度上影响着我们生活水平的高低。相信随着科学理论的发展,更多的基础学科相互交融,将在更多的领域发挥更大的作用。

浅谈金属催化有机反应中的碱效应论文

碱, 包括有机碱和无机碱, 在许多催化和计量有机反应中扮演极其重要的角色. 碱的存在不仅可以促进化学反应, 而且可以改变反应途径. 但化学家们对碱的作用的认识仍然不够明确, 缺乏系统的理解. 最近, 北京大学席振峰课题组对近年来涉及到碱的许多催化反应进行了系统分析, 概括出了影响碱作用的诸多因素, 其中包括碱性、溶解度、电离度、聚集度、溶剂、金属离子大小、金属离子Lewis 酸性、金属离子的“软硬”度、阴离子的大小、阴离子的配位作用等. 本文将对该文及相关文章中有关金属催化有机反应中碱的效应进行介绍.碱的强度可用不同的标准来衡量, 如夺取质子的能力及亲核性, 亲核性又与底物的性质相关. 目前, 大部分的研究认为碱在化学反应中的主要作用是去质子化和中和体系中的质子或酸.

有机碱的强度与取代基和结构有很大关系, 如常用的有机胺的碱性强度在许多文献中都有报道. 在有机溶剂中有很好溶解度的碱金属和碱土金属胺基化合物、烷氧基化合物以及其它金属有机化合物也常被看作有机碱, 例如叔丁醇钠, LDA 及M[N(SiMe3)2] (M=Li, Na,K). 典型的无机碱由金属离子和具有碱性或亲核性的负离子构成, 许多无机碱在有机溶剂中的溶解度较小, 常常需要使用极性大的有机溶剂来提高其溶解度. 无机碱的强度与很多因素有关, 其中最重要的因素是配对离子之间的静电作用及负离子的化学组成和结构. 在去质子化反应中, 影响反应效率的因素除了碱的去质子能力之外, 底物去质子后形成的碳负离子或其它负离子的稳定性也对反应产物收率有极大影响, 而后者的稳定性与金属离子密切相关, 因此无论是正离子和负离子的性质对反应的效率及其选择性的影响都是非常明显的. 例如,Kobayashi 等在2012 年报道了叔丁醇锂作用下的吲哚3-位羧基化反应该反应最初使用的是钯催化的体系, 反应中选择不同碱会使得反应收率有明显变化.当使用弱碱K2CO3 时能得到痕量的羧基化产物, 而当使用较强的Cs2CO3时, 反应收率有了显著提高. 碱性强弱的影响同样体现在叔丁醇类碱中——使用碱性较弱的叔丁醇锂能得到好的反应收率但碱性相对较强的叔丁醇钠则不能得到预期产物, 这很有可能与形成的碳负离子的稳定性相关. 由此可见, 无机碱中的正负离子的性质是影响反应的核心因素之一.

无机碱中的阴离子种类很多, 在有机合成中常用的阴离子包括碳酸根, 磷酸根, 烷氧基和胺基, 卤素及其他类卤素负离子等. 阴离子对反应的影响不仅体现在对反应速度和产率的影响上, 同时也有可能对反应的选择性产生影响 实验结果表明不同阴离子对反应结果的影响很大, 同时需要维持较低的碱阴离子浓度反应才能正常进行. 在这个特殊的反应中, 阴离子的种类对反应有很大影响, 而阳离子影响很小. Doucet等报道过对于相同的底物, 当使用不同的碱时, 会得到不同的产物.ClCF3[Pd] TBABbase, DMAcF3CNaOAc: 64%; KOAc: 61%; Na2CO3: 61%; Cs2CO3: 25%;CaO: 67%; t-BuONa: 3%; NEt3: 12%+ (2)阴离子也可作为配体与催化剂中的金属配位, 从而影响金属中心的反应性. 在许多Pd 催化的偶联反应中碱的作用很有可能是多方面的, 除了传统的促进转金属化, 其与催化剂作用从而提高活性中心的氧化加成能力也不可忽视, 同时金属中心与无机碱中的阴离子的作用, 也有可能提高阴离子的碱性. Fagnou 等[4]在研究Pd催化偶联反应中提出的.协同的“金属化/去质子化”(concerted metalation/deprotonation, 简称“CMD”)来解释碱的作用: 碱与金属中心Pd 配位, 使碱的去质子化能力提高, 从而可活化C—H 键.

催化剂金属中心和碱的匹配才能产生协同作用, 从而有效促进催化过程. 2014 年Norrby 等报道了碱在Buchwald-Hartwig Amination 反应中的作用. 他们研究了t-BuO-和DBU 在不同溶剂中对反应过程的影响, 并通过Eq. 3 所示反应进一步验证了理论计算结果. 在非极性溶剂中, t-BuO-可以有效地拔除和钯配位的吗啉上胺氢, 进而进行有效的C-N 偶联. 而中性碱DBU 效果不好, 需要在高温和微波下才能促进反应进行. 在极性溶剂中, 尽管计算表明相对非极性溶剂中DBU 参与的反应能垒变小了, 但是和t-BuO-相比效果仍然较差.阳离子在过渡金属催化的反应所起到的作用同样不可忽视. 在偶联反应中, 转金属化的速率与碱中的阳离子种类有很大关系[6]. 阳离子的大小、软硬度以及Lewis 酸性等[6]都有可能对反应结果造成影响. 阳离子也有可能影响反应活性中间体的结构及稳定性. Shibasaki等[8]在2009 年报道了不对称催化合成手性有机硼酯的反应, 叔丁醇锂、钠、钾都能促进这一反应的进行,但反应的收率和ee 值对应的碱都是t-BuOLi>t-BuONa>t-BuOK, 表明锂离子对该反应的特殊效应. 2010 年,Hayashi 等也提及t-BuOM (M=Li, Na, K)中阳离子会影响反应途径, t-BuO-是一个单电子供体, 配对阳离子如是Na 和K 离子时, 反应会涉及单电子转移(singleelectron transfer, 简称SET)过程.

总之, 碱在催化反应中的作用极其复杂, 在催化循环中的任何一步都有可能对反应结果造成影响, 碱的不同甚至会影响基元反应的本质, 这主要体现在碱对催化剂、配体以及底物和基元反应的影响都不可忽视, 从而使其效应更加复杂. 但碱在许多催化反应中的核心功能会逐渐更加清晰. 席振峰教授课题组通过对文献的分析, 提出了碱对反应影响的诸多因素, 使化学家对碱在催化过程中的复杂性有了新的认识, 这是一个极其重要的科学问题, 有待于化学家进行更加系统全面的研究.。

北京时间10月6日下午5点49分许,2021年诺贝尔化学奖揭晓。本杰明·李斯特和大卫·w·c·麦克米伦因“在不对称有机催化方面的发展”被授予2021年诺贝尔化学奖。

2021年的诺贝尔奖单项奖金为1000万瑞典克朗(约合736万元人民币)。

LIST, Benjamin

Benjamin List教授1997年于法兰克福大学获得博士学位,之后在美国 Scripps研究所做博士后研究并留所仼助理教授。2003年起, Benjamin List教授入职马克斯•普朗克煤炭研究所,并于2005年荣升为教授。Benjamin List教授主要从事有机催化与合成,是不对称有机催化领域的开创者之一,发展了一种新型不对称催化模式:手性抗衡阴离子导向的不对称催化(ACDC),目前共发表SCI论文200多篇。近年来获得的主要荣誉有 Otto-Bayer- Prize(2012),Horst-Pracejus-Prize (2013), Mukaiyama Award (2013), Arthur C. Cope Scholar Award (2014), Gottfried Wilhelm Leibniz- Prize(2016)等。Benjamin List教授目前担任Synlett 杂志主编,还在 Nature communications, Synfacts 等专业杂志担任编委。

David MacMillan

David MacMillan是美国有机化学家,美普林斯顿大学教授,曾获得阿瑟・C・科普学者奖、ACS Award for Creative Work in SyntheticOrganic Chemistry奖等多个奖项。其课题组一直从事不对称催化、新的反应方法学以及天然产物全合成研究,尤其在有机小分子催化和光催化氧化还原催化方面颇有建树,屡屡发表Nature、Science、JACS等高水平文章。

过去6年诺贝尔化学奖得主名单

2020年——法国和美国科学家Emmanuelle Charpentier、Jennifer A. Doudna获奖,获奖理由是“开发出一种基因组编辑方法”。

2019年——美国和日本3位科学家 John B Goodenough、M. Stanley Whittlingham、Akira Yoshino获奖,获奖理由是“在锂离子电池的发展方面作出的贡献”。

2018年——美国科学家Frances H. Arnoid获奖,获奖理由是“研究酶的定向进化”;另外两位获奖者是美国的George P. Smith和英国的Sir Gregory P. Winter,获奖理由是“研究缩氨酸和抗体的噬菌体展示技术”。

2017年——瑞士、美国和英国3位科学家Jacques Dubochet、Joachim Frank和Richard Henderson获奖,获奖理由是“研发出冷冻电镜,用于溶液中生物分子结构的高分辨率测定”。

2016年——法国、美国、荷兰3位科学家Jean-Pierre Sauvage、J. Fraser Stoddart和Bernard L. Feringa获奖,获奖理由是“分子机器的设计与合成”。

2015年——瑞典、美国、土耳其3位科学家Tomas Lindahl、Paul Modrich和Aziz Sancar获奖,获奖理由是“DNA修复的机制研究”。

诺贝尔化学奖小知识

——截至2020年,诺贝尔化学奖共颁发了112次,没有颁发的8年分别是1916、1917、1919、1924、1933、1940、1941和1942年。

——1901年至2020年,共186人次获奖,实际获奖个人为185人,因为英国科学家Frederick Sanger于1958年和1980年两次获奖。

——112次颁奖中,63次为单独获奖者,24次为2人共享,25次为3人共享。

——最年轻的获奖者是法国科学家Frédéric Joliot,1935年因“合成新的放射性元素”与妻子Irène Joliot-Curie一起获奖,时年35岁。

——最年长的获奖者是美国科学家John B. Goodenough,2019年因“在锂离子电池的发展方面作出的贡献”获奖,时年97岁。他也是迄今为止所有诺奖得主中获奖时最年长的一位。

——185位诺贝尔化学奖得主中,有7位女性。分别是1911年的居里夫人(居里夫人另外还获得1903年的物理学奖)、1935年的Irène Joliot-Curie、1964年的Dorothy Crowfoot Hodgkin、2009年的Ada Yonath、2018年的Frances H. Arnold,以及2020年的Emmanuelle Charpentier和Jennifer A. Doudna。

与催化相关的期刊有哪些

光催化的核心期刊推荐--催化学报

催化学报

大核心期刊、CSCD核心期刊、统计源期刊收录。催化学报主要报道能源、环境、有机化工、新材料、多相催化、均相催化、生物催化、光催化、电催化、表面化学、催化动力学等学科领域的基础性和应用基础性的最新研究成果。

2.光学学报

是国内外公开发行的光学学术刊物,反映中国光学科技的新概念、新成果、新进展。 《光学学报》内容主要包括量子光学、非线性光学、适应光学、纤维光学、激光与物质相互作用、激光器件、全息和信息处理、光学元件和...

3.应用光学

《应用光学》是一本综合性技术类期刊,综合因子为:,被北大核心期刊、CSCD核心期刊收录。应用光学重点反映光电子技术国内外的发展状况、研究水平、应用情况,密切跟踪国外高新技术的研究动态。

普通期刊:

中国光学

基础光学、发光理论与发光技术、光谱学与光谱技术、激光与激光技术、集成光学与器件、纤维光学与器件、光通信、薄膜光学与技术、光电子技术与器件、信息光学、新型光学材料、光学工艺、现代光学仪器与光学测试、光...

1. 万方、维普、EZ,2. ACS RSC Elsevier Wiley Springer3. 专业/方向: 不对称合成常用数据库:中国期刊网 ,美国化学学会全文数据库,Elsevier/SCIRUS,John Wiley,Springer Link, The Royal Society,Taylor & Francis,网络版的CA, 4. 专业/方向: 有机合成常用数据库:ACS、 Sciencedirect 、RSC、Johnwiley期刊:Synlett, Synthesis, . , Heterocycles, Journal of Heterocyclic Chemistry .5. 专业/方向: 催化 常用数据库:万方、维普、中文期刊 镜像网。American Chemical Society Journals、Science Direct (Elsevie r)、Wiley InterScience、SpringerLink、Royal Society of Chemistry6. 专业/方向: 有机合成 常用数据库:ACS,Wiley,RSC,sciencedirect,scifinder,beilstein 7. 专业/方向: 有机合成部分高分子合成 常用数据库:ACS、 SD 、RSC、Willy期刊:Synlett, Synthesis, . , Heterocycles, Journal of Heterocyclic Chemistry .etal8. 专业/方向: 有机合成 常用数据库:ACS、 Sciencedirect 、RSC、Johnwiley 、scifinder beilstein 期刊:Synlett, Synthesis, . , Heterocycles, Journal of Heterocyclic Chemistry9. 专业/方向: 有机合成 常用数据库: ACS SD Willy 贝尔斯坦 Thieme RSC10. 专业/方向:应用化学常用数据库:ACS、 SD 、RSC、Willy 期刊:Synlett, Synthesis, . , Heterocycles, Journal of Heterocyclic Chemistry , chemical communications

催化剂的研究与发展论文

给楼主参考:水产品在有机废弃物利用摘要:综述了当前水条件下有机废物水解产气和有氧制酸两方面的资源化研究前沿,并分析了目前水氧化法在有机废弃物资源化应用中存在的主要问题,展望了该方法的应用与理论研究前景。关键词:水产品氧化 有机废物 资源化利用伴随着经济发展与工业进步,资源短缺与环境污染的瓶颈性问题日益突现。人们的关注目光已经从环境污染控制的“末端治理”转向了兼顾污染控制和预防,以及循环经济的实现途径上来。有机废弃物的资源化研究已经成为环境领域的新热点。在水(Supercritical Water,简称SCW)存在条件下实现有机废弃物资源化更是引起学者的广泛关注。它主要是利用状态下水与溶解的氧和有机物发生反应,将各种有机废物和废水彻底处理,最终得到CO2、N2、纯净的水,以及少量的无机盐。SCWO技术以其独特的优势受到广泛的关注[2,3]。氧化技术首先应用于废水中有机物特别是难降解有机污染物质的去除,已经在含酚污水、印染废水和污泥等处理方面取得了一定的成果[4,5]。同时许多学者[6~24]在水的条件下,针对有机废物与水互溶的特点,通过水解反应来降解有机废物以制得H2等气体。水存在的条件下有机废物资源化的研究刚刚起步,主要集中在水存在条件下有机废物水解气化及氧化生成有机酸等方面。本文主要对近年来的相关研究进展进行综述。1 水条件下有机废物的气化在SCW条件下,通过控制反应条件和加入催化剂等能够实现有机废物的气化,以制得H2、CO及CH4等气体。许多学者[6~11]对以纤维素为代表的有机废物的SCW气化进行研究认为,体系的温度、压力、有机废物的组成和反应器的类型对产气量及气体组成具有一定影响。SWC有机废物气化的过程如图1所示。图 1 条件下有机废物气化示意图(以纤维素为例)在条件下,以纤维素为主体的有机废物首先水解生成葡萄糖和果糖等,然后发生水解反应,解聚和降解生成短链的有机酸和醛类,以制得气体。同时也有糠醛和苯酚类化合物生成,它们一部分降解生成有机酸和醛类,另一部分生成焦炭等高分子产物成为反应的沉渣。Kruse[6]等在330~410℃,30~50 MPa,15 min的条件下,通过测定葡萄糖和纤维素降解的主要中间产物如苯酚类、糠醛和酸类等考察了有机废物降解过程中的化学反应,利用产物中总有机碳和气相的成分组成来反映氧化进程。研究证明在下水不仅作为溶剂而且是反应物,与传统气化反应相比,有机废物的降解速度更快,H2产量增加,同时CO产量降低。有机废物复杂的组成对其在条件下的气化过程影响很大。Takuya等[7]在623 K、25 MPa和20 min条件下对纤维素、木聚糖和木质素的混合物进行气化,试验证明木质素的含量对产气量有明显影响,纤维素和木聚糖为木质素供氢,反应生成的中间产物导致H2量的减少。文献[8]在480~750 °C、28 MPa 和10~50 s的条件下研究葡萄糖的气化,试验证明在温度高于660°C时,H2的产量会随着温度的升高明显升高,而CO的产量反而下降,在700℃时C的转化效率能够达到100%。SWCO反应有连续式和间歇式两种类型,主要有管式、罐式和蒸发壁式反应器。反应器类型的不同会导致气化效果差异很大。Hao[9]采用连续式管状水气化体系来对葡萄糖进行气化反应,在 K、25 MPa和 min的条件下能够使得葡萄糖完全气化,并且无焦碳产生,改变反应温度和压力能生成不同比例的H2、CO和CO2及少量的C2H4和C2H6,反应的气化率能够达到95%以上。Kruse等[10]利用连续搅拌反应器(CSTR)对干物质质量分数在 %的有机废物进行气化反应,试验证明干物质量的提高,能够增加产气量和苯酚量,同时影响气体组成和有机碳含量,而间歇反应器不存在这样的情况。Ayhan[11]在条件下对果皮进行气化产H2试验,结果表明H2产量随着压力和温度的增加而升高,后者影响更为明显。与热解和蒸汽气化方法相比,该法具有无需干燥和气化率高等优点。Yukihiko[12]以水葫芦为例,对甲烷化和水气化在能量、环保和经济方面进行了比较,试验证明水气化较甲烷化有一定优势,但其产气的消耗较大,通过增强热交换器的效率能够提高水的气化效果。水条件下有机废物气化需要高的温度压力,无催化剂条件下H2产量一般较低,副产物增多。因此引入适当的催化剂以缓和反应条件,提高反应速率和H2产量,优化反应途径成为研究热点。水作为一个特殊的环境,需要稳定性和催化活性兼备的催化剂,研究发现,Mn、Ni等重金属的氧化物、碱性化合物如KOH、K2CO3以及碳等能够表现出很好的催化活性。Calzavara等[13]评价了条件下有机废物气化制H2,认为焦碳的生成是反应过程的主要问题,选择合适的催化剂能够增加H2的产量和减少焦碳的生成。Ali等[14]研究了不同的催化剂条件下葡萄糖的气化。试验证明对于质量分数为5 %的葡萄糖水溶液,催化剂的存在影响葡萄糖气化中间产物的生成。采用重金属及其氧化物作为催化剂已经成为水条件下有机废物气化普遍采用的方法,并取得很好的效果。同时SWC装置普遍采用的镍基材料等耐腐蚀性材料本身对有机废物气化具有一定的催化作用。Takafumi等[15]在条件下以不同的金属催化剂对烷基酚进行催化气化,试验发现气化产物主要是CH4、CO2和H2。研究可知在钌/ç-氧化铝催化剂存在的条件下能够产生丙烷酚异构体,并发现不同的异构体产量各异。Takuya [16]在673 K、25 MPa的条件下对木质素和纤维素及其混合物进行镍催化气化,试验证明纤维素和软木木质素反应生成的中间产物降低了催化剂活性,但随着催化剂用量的增加,气化效果变好。Takuya [17]采用高温分解、氧化和催化组合的流化反应体系来气化葡萄糖和葡萄糖-木质素的混合物。在673 K、 MPa和1 min的条件下,生成物主要是H2和CO2,气化效率为96%。Boukis等[18]在镍合金Inconel625的连续管状反应器中来气化甲醇,主要生成产物是H2,还有少量的CO、CO2和CH4,气化率达到了99%,试验表明在反应器内壁的重金属对反应过程起催化作用,反应器内壁的氧化能够提高反应产率和降低CO的生成。研究表明,K2CO3和KOH等碱性化合物的加入能够增加H2产量,提高C的转化率和缓和反应条件。Jayant [19]在Inconel 600管状反应器中,通过重整甲醇来制H2。试验表明随着压力的增加,反应时间的增长和气碳比的降低,CO和CO2发生甲烷化,从而导致H2的损失。通过增加K2CO3和KOH能够降低甲烷化率和提高H2的产量。Schmieder[20]在管状连续反应器研究有机废物的气化过程,试验发现在600°C、250 bar和KOH或K2CO3存在的条件下,有机废物气化完全,同时生成大量的H2、CO2及少量的CO、CH4和C2–C4化合物,碳的转化率能够达到96%。Andrea[21]利用间歇反应器和管状反应器来研究芳香族化合物和木质素制H2过程,试验表明随着KOH的加入,增加了H2和CO2的产量,同时CO的产量降低。Wang[22]采用Ca(OH)2为催化剂对低品质煤在条件下进行气化。Ca(OH)2在中间产物降解和残碳的的气化过程中起到很大的作用,同时它可以作为CO2的扑收剂。在混和物的Ca/C为、690℃和30MPa时,反应生成H2、CH4及少量的CO2。研究采用碳作为水条件下有机废物气化的催化剂,通过优化反应条件增加了催化剂的使用寿命,取得了很好的效果。文献[23]利用管状连续式反应器在650 ℃、22 MPa的条件下,采用碳作为催化剂来气化玉米、马铃薯和木屑,气相产物主要包括H2、CO2、CO、CH4和少量C2H6。在最高温度条件下得到的气量大于2 L/g,氢气含量是57 %。Xu等[24]研究了碳催化剂对有机废物气化的影响,试验证明,在600℃、 MPa和22 h-1时,葡萄糖(质量分数为22%)能够气化生成富含H2的气体,碳的气化效率能够达到100%,碳的比表面积并没有对其催化效率产生很大影响。试验中通过反应器入口处安装漩涡生成器以增加催化剂的使用寿命。2 水氧化有机废物制酸水氧化有机废物过程中可产生醋酸、乳酸等中间产物。近年来,研究者通过控制反应条件来使反应停留在有机酸中间产物生成的环节上,而不是将其彻底的氧化为CO2气体和水排放出来,这样既可获得有价值的有机酸原料,同时能够降低反应的能耗。试验一般采用H2O2或O2为氧化剂,同时试验研究可知,在碱性存在的条件下能够增加有机酸等中间产物的生成。金放鸣[25]利用H2O2为氧化剂对胡萝卜和牛油的SCWO氧化,初始阶段反应迅速并能够生成稳定的醋酸,以后反应趋于平稳,而反应速率取决与此。对于胡萝卜来说,多聚糖首先水解成葡萄糖,葡萄糖迅速发生氧化。对于牛油来说,首先是甘油脂水解成甘油和羧酸,然后发生氧化反应。从TOC降解可以看出,在前3 min反应速度很快,而在以后的7 min反应速度趋于平缓。两者的TOC降解率能够达到。Anikeev[26]利用连续反应器在对硝基甲烷、硝基乙烷和1-硝基丙烷进行SCWO试验,试验表明随着碳原子数的增加,脂肪族硝基化合物降解速度降低,但氧化速度升高。温度恒定时,反应速率常数随着压力成指数增加。Lourdes[27]利用H2O2为氧化剂,对纤维素、椰子油和酿酒厂和牛奶厂的排除废液进行制酸研究,试验证明在400 ℃, MPa和5 min的条件下有稳定的醋酸产生,同时生成蚁酸、乙二醇和乳酸。当H2O2 过量时,95%的碳转化到气相之中,只有15%的相应的酸类产生,加入催化剂TiO2及H2SO4不能够增加有机酸的产量。但在250℃、 MPa和NaOH存在条件下,却有77%的葡萄糖转化为醋酸(17%),乙醇酸(22%)和蚁酸(38%)。Motonobu[28] 利用间歇式和半连续反应器对垃圾中兔肉进行水氧化处理,反应产物中的可溶性部分主要是有机酸和葡萄糖。间歇反应器中可溶性产物最大能够达到50%,有机酸主要是醋酸()和乳酸(),在523 K时葡萄糖的最高产量为33%,而在473 K时半连续反应器葡萄糖的最高产量仅为。Jomaa[29]对污泥、木屑和生活垃圾进行水氧化处理,试验表明木质垃圾的处理较其他两种困难,通过改变试验条件来平衡降解和氧化,从而在祛除COD的同时实现可溶性有机物的积累。Armando[30]在状态下将有机废物氧化生成低分子羧酸,试验获得的有机酸包括醋酸、蚁酸、乳酸和琥珀酸等。随H2O2的增加,从每克干鱼内脏获得的醋酸量从26 mg上升到42 mg,从每克葡萄糖中获取29 mg的醋酸。结果还表明,温度对主要中间产物醋酸的稳定性有一定的影响。Selhan[31]在碱性条件下催化处理木质有机物,催化效果依次为K2CO3 >KOH>Na2CO3 > NaOH,催化作用下固态剩余物大为降低。非催化条件下有机废物的主要产物是呋喃衍生物,而在催化条件下主要产物是酚类化合物。Jin等[32]通过控制反应条件来提高醋酸产量,实验采用两段法,第一步反应是加速生成HMF、2-FA和LA,在第二步反应中,通过加入H2O2氧化第一步产生的呋喃和乳酸以生成醋酸,通过两段法来生成醋酸产率大约是85%~90%,而呋喃和乳酸生成醋酸的比例大约是2:1。利用该法产生的醋酸与工业废物Ca、Mg来生成无腐蚀的CMA融雪剂,CMA的转化率能够达到99%。3 水氧化处理有机废物存在问题及发展前景SCWO技术存在的问题限制了其在有机废物处理过程中的大规模的工业化应用,现在研究还基本处于实验室阶段。首先,影响SCWO反应进行的影响因素众多,原料的浓度、成分、密度、pH等的监测和目的产物实时快速控制难以实现,从而直接影响整个氧化反应速率和目的产物的生成。其次,在状态下,反应过程中产生的活性自由基及强酸或盐类的加入对反应器设备的腐蚀很严重,高分子有机物降解过程中和处理含有卤素及S、P等元素的有机物时产生的酸类物质时更加剧了腐蚀作用[33]。再者,因金属离子及无机盐在水中的溶解度低,由此而产生的无机盐和金属氧化物的沉积问题,极易造成设备堵塞。此外,氧化反应器的密封问题也是困扰反应正常进行的重要因素。水氧化处理有机废物在现实应用中除了存在高投入、腐蚀和反应器堵塞等问题,尚存在以下急待解决的问题。首先是SCWO动力学的研究问题。有机物的氧化需要在不同的压力、温度条件下进行,在设备中的停留时间也不相同。现行的研究主要集中在典型污染物在氧化条件下的动力学模型的建立上,主要研究有机物的去除率和反应产物的生成,仅以此建立的反应动力学是不全面的,不能够反映复杂有机物在状态下反应过程,所以有必要建立TOC及COD的消失动力学等来全面反映氧化进程。同时SCWO反应机理也成为研究者关注的对象[34]。在SCWO状态下水的特殊性质,有机化合物的复杂性,使得降解的机理会存在一定的变化,而且随着反应条件的不同,分析手段的各异,对反应机理的认识存在差距。再者,在状态下的处理有机污染物质成为CO2和H2O及其他产物,需要高温高压的反应条件,因此引入催化剂来缓和反应条件,加速反应速率和提高目标产物的产率目前已经成为新的研究热点。综上所述,水条件下有机废物资源化研究已经在水解产气和氧化制酸等方面取得了一定的成果,但作为一种新兴的资源化技术,水及其氧化反应技术还尚未成熟,加强动力学、反应机理、催化剂和腐蚀堵塞等问题的研究,必将为其带来广阔的资源化应用前景。参考文献1. Modell. Processing methods for the oxidation of organics in supercritical water. US Pto 4,338,. Peter K, Eckhard D. An assessment of supercritical water oxidation (SCWO) Existing problems, possible solutions and new reactor concepts. Chemical Engineering Journal. 2001, 83: 207~2143. Marc H, Philip A M, Glenn T H, et al. Salt precipitation and scale control in supercritical water oxidation—part A: fundamentals and research. Journal of Supercritical Fluids. 2004, 29: 265~2884. Chien Y C, Wang H P, Lin K S, et al. Oxidation of Printed Circuit Board Wastes In Supercritical Water. Wat. Res. 2000, 34(17): 4279~42835. Jeffrey T H, Phillip E S. Potential explanations for the inhibition and acceleration of phenol SCWO by water. Ind. Eng. Chem. Res. 2004, 43: 4841~48476. Kruse A, Gawlik A. Biomass Conversion in Water at 330~410 °C and 30~50 MPa. Identification of key compounds for indicating different chemical reaction pathways. Ind. Eng. Chem. Res. 2003, 42:267~2797. Takuya Y, Yoshito O, Yukihiko M. Gasification of biomass model compounds and real biomass in supercritical water. Biomass and Bioenergy. 2004, 26:71~ 788. Lee I G, Kim M S, Ihm S K. Gasification of glucose in supercritical water. Ind. Eng. Chem. Res. 2002, 41:1182~11889. Hao X H, Guo L J,Mao X et al. Hydrogen production from glucose used as a model compound of biomass gasified in supercritical water. International Journal of Hydrogen Energy,2003, 28:55~6410. Kruse A, Henningsen T. Biomass Gasification in supercritical water: influence of the dry matter content and the formation of phenols. Ind. Eng. Chem. Res. 2003, 42:3711~3717

绿色催化剂的应用及进展摘要]对新型绿色催化剂杂多化合物的研究进展进行了综述,主要介绍了杂多化合物在催化氧化、烷基化、异构化等石油化工领域的研究现状,并对其应用和发展前景做了总结和评述。[关键词]杂多化合物;绿色化工催化剂;展望随着人们对环保的日益重视以及环氧化产品应用的不断增加,寻找符合时代要求的工艺简单、污染少、绿色环保的环氧化合成新工艺显得更为迫切。20世纪90年代后期绿色化学[1,2]的兴起,为人类解决化学工业对环境污染,实现可持续发展提供了有效的手段。因此,新型催化剂与催化过程的研究与开发是实现传统化学工艺无害化的主要途径。杂多化合物催化剂泛指杂多酸及其盐类,是一类由中心原子(如P、Si、Fe、B等杂原子及其相应的无机矿物酸或氢氧化物)和配位原子(如Mo、W、V、Ta等多原子)按一定的结构通过氧原子桥联方式进行组合的多氧簇金属配合物,用HPA表示[3-6]。HPA的阴离子结构有Keggin、Dawson、Anderson、Wangh、Silverton、Standberg和Lindgvist 7种结构。由于杂多酸直接作为固体酸比表面积较小(<10 m2/g),需要对其固载化。固载化后的杂多酸具有“准液相行为”和酸碱性、氧化还原性的同时还具有高活性,用量少,不腐蚀设备,催化剂易回收,反应快,反应条件温和等优点而逐渐取代H2SO4、HF、H3PO4应用于催化氧化、烷基化、异构化等石油化工研究领域的各类催化反应。1杂多酸在石油化工领域的研究进展随着我国石油化工工业的快速发展,以液态烃为原料制取乙烯的生产能力在不断增长,而产生的副产物中有大量的C3~C9烃类,其化工综合利用率却仍然较低,随着环保法规对汽油标准中烯烃含量的严格限制,如何在不降低汽油辛烷值的情况下,生产出高标号的环境友好汽油已是我国炼油业面临的又一个技术难题。目前,催化裂化副产物C3~C9烃类的催化氧化、烷基化、芳构化以及C3~C9烃类的回炼技术已成为研究的热点。因此,催化裂化C3~C9烃类的开发与应用将有着强大的生产需求和广阔的市场前景。催化氧化反应杂多酸(盐)作为一类氧化性相当强的多电子氧化催化剂,其阴离子在获得6个或更多个电子后结构依然保持稳定。通过适当的方法易氧化各种底物,并使自身呈还原态,这种还原态是可逆的,通过与各种氧化剂如O2、H2O2、过氧化尿素等相互作用,可使自身氧化为初始状态,如此循环使反应得以继续。用杂多酸作催化剂使有机化合物催化氧化作用有两种路线是可行的[7]:①分子氧的氧化:即氧原子转移到底物中;②脱氢反应的氧化。将直链烷烃进行环氧化是生产高辛烷值汽油的重要途径之一。Bregeault等[8]研究了在CHCl3-H2O两相中,在作为具有催化活性的过氧化多酸化合物的前体的杂多负离子[XM12O40]n-和[X2M18O62]m-以及同多负离子[MxOy]z-(M=Mo6+或W6+;X=P5+,Si4+或B3+)的存在下,用过氧化氢进行1-辛烯的环氧化反应时,负离子[BW12O40]5-、[SiW12O40]4-和[P2W18O62]6-都是非活性的,并且许多光谱分析法表明它们的结构在反应过程中没有发生变化。[PMo12O40]3-表现出很低的活性,而[PW12O40]3-、H2WO4和[H2W12O42]10-都表现出高活性。反应中Keggin型杂多负离子[PW12O40]3-被过量的过氧化氢分解而形成过氧化多酸{PO4[WO(O2)2]4}3-和[W2O3(O2)4(H2O)2]2-,而这两种活性物种在环氧化反应中起到了重要的作用。烷基化反应石油炼制工业上,烷烃烷基化、烯烃烷基化及芳烃烷基化反应是生产高辛烷值清洁汽油组分的环境友好工艺。但以浓硫酸和氢氟酸作为催化剂的传统烷基化工艺因氢氟酸的毒性和浓硫酸的严重腐蚀性受到了很大的限制。C4抽余液是蒸气裂解装置产生的C4馏份经抽提分离丁二烯后的C4剩余部分,其中富含大量的1-丁烯和异丁烯。如何利用C4抽余液中的异丁烯和1-丁烯是C4抽余液化工利用的关键。异丁烯是一种重要的基本有机化工原料,主要用于制备丁基橡胶和聚异丁烯,也用来合成甲基丙烯酸酯、异戊二烯、叔丁酚、叔丁胺等多种有机化工原料和精细化工产品。1-丁烯是一种化学性质比较活泼的a-烯烃,其主要用途是作为线性低密度聚乙烯(LLDPE)的共聚单体,也用于生产聚丁烯、聚丁烯酯、庚烯和辛烯等直链或支链烯烃、仲丁醇、甲乙酮、顺酐、环氧丁烷、醋酸、营养药、农药等。特别是自20世纪70年代LLDPE工业化技术开发成功以来,随着LLDPE工业生产的蓬勃发展,国内外对1-丁烯的需求与日俱增,已成为发展最快的化工产品之一。刘志刚[9]等用浸渍法制备了Cs+、K+、NH4+的SiPW12杂多酸盐类和SiO2负载的SiPW12杂多酸,在超临界条件下评价了它们对异丁烷和丁烯烷基化的催化作用。结果表明,它们的活性和选择性大小顺序是当阳离子数相同时,Cs+盐>K+盐>NH4+盐。(NH4)尽管催化活性不高,但对C8产物的选择性达到%;具有很高的催化活性,但其对C8产物的选择性却只有。异构化反应汽油的抗爆性用异辛烷值表示,直链烃异构化是生产高辛烷值汽油的重要手段。C5~C6烷烃骨架异构化旨在提高汽油总组成的辛烷值,反应受平衡限制,低温有利于支链异构化热动力学平衡。为达到最大的异构化油产率,C5~C6烷烃异构化应在尽可能低的温度和高效催化剂存在下进行。烷烃骨架异构化是典型的酸催化反应,最近发现有较多的固体酸材料(其酸强度高于H-丝光沸石)可用于轻质烷烃骨架异构化,其中,最有效的有基于杂多酸(HPA)的催化材料和硫酸化氧化锆、钨酸化氧化锆(WOx-ZrO2)。2绿色催化剂绿色化学对催化剂也提出了相应的要求[1,2]:(1)在无毒无害及温和的条件下进行;(2)反应应具有高的选择性,人们将符合这两点的催化剂称之为绿色催化剂。由于一些杂多酸化合物表现出准液相行为,极性分子容易通过取代杂多酸中的水分子或扩大聚合阴离子之间的距离而进入其体相中,在某种意义上吸收大量极性分子的杂多酸类似于一种浓溶液,其状态介于固体和液体之间,使得某些反应可以在这样的体相内进行。作为酸催化剂,其活性中心既存在于“表相”,也存在于“体相”,体相内所有质子均可参与反应,而且体相内的杂多阴离子可与类似正碳离子的活性中间体形成配合物使之稳定。杂多酸有类似于浓液的“拟液相”,这种特性使其具有很高的催化活性,既可以表面发生催化反应,也可以在液相中发生催化反应。准液相形成的倾向取决于杂多酸化合物和吸收分子的种类以及反应条件。正是这种类似于“假液体”的性质致使杂多酸即可作均相及非均相反应,也可作相转移催化剂。陈诵英[10]等用二元杂多酸为催化剂,双氧水为氧化剂,醋酸为溶剂,催化氧化三甲基苯酚(TMP)合成三甲基苯醌(TMBQ),这与传统方法先用发烟硫酸磺化TMP,然后在酸性条件下用固体氧化剂氧化得到TMBQ相比,能减少排放大量废水以及10 t以上的固体废物,且其摩尔收率可达86%,大大提高了原子利用率。刘亚杰[11]等采用一种性能优良的环境友好的负载型杂多酸催化剂(HRP-24)合成二十四烷基苯。HR-24属于一种大孔、细颗粒、强酸性的固体酸催化剂,大孔和细颗粒有利于大分子烯烃的扩散,且不容易被长链烯烃聚合形成的胶质堵塞孔道,而强酸性可使催化剂在较低温度下就具有较高的催化活性。实验表明,在反应温度和压力较低的情况下(120℃和~ MPa),烯烃的转化率和二十四烷基苯的选择性都接近100%。Furuta等[12]采用Pd-H3SiW12O40催化乙烯在氧气和水存在下氧化一步合成了乙酸乙酯,简化合成工艺,与绿色化学相适应。刘秉智[13]以活性炭负载磷钼钨杂多酸为催化剂,用30%双氧水催化氧化苯甲醇合成苯甲醛,苯甲醛收率可达。与国内同类产品的生产工艺相比,其具有催化活性好,反应条件温和,生产成本低廉,催化剂可重复使用,对设备无腐蚀性,不污染环境,是一种优良的新型合成工艺路线,具有一定的工业开发前景。3展望虽然绿色化工催化剂理论发展逐渐得到完善,但大多数催化剂仍停留在实验阶段,催化剂性能不稳定,制备过程复杂,性价比低是制约其工业化应用的主要原因,但从长远角度考虑,采用绿色化工催化剂是实现生产零污染的一个必然趋势。环境友好的负载型杂多酸催化剂既能保持低温高活性、高选择性的优点,又克服了酸催化反应的腐蚀和污染问题,而且能重复使用,体现了环保时代的催化剂发展方向。今后的研究重点应是进一步探明负载型杂多酸的负载机制和催化活性的关系,进一步解决活性成分的溶脱问题,并进行相关的催化机理和动力学研究,为工业化技术提供数据模型,使负载型杂多酸早日实现工业化生产,为石油化工和精细化工等行业创造更大的经济、社会效益。求最佳答案

关于我国历史时期的水产加工与保鲜这一领域,以往学者涉及相对较少,除渔业通史著作中的相关篇节有所论及外[1],专题论述者多涉及冰鲜鲥贡等,专文论及明清时期水产加工与保鲜者较为少见。事实上,由于明清时期长江中下游地区各河湖水域渔业生产的兴盛,而鱼鲜之类极易腐败变质,故水产品的加工业颇为发达,加工方式多种多样,加工数量巨大。本文即拟对这一问题进行探讨。古代贮冰技术虽应用很早,但在渔业生产上很难得到普及。入秋鱼类肥美、正当捕捞旺季之时,渔获数量甚巨,未进入贸易市场、没有被及时消费的鲜鱼如不经加工处理极易腐坏。我国人民很早就把握了简单的鱼类加工技术,如将鱼用盐腌制、或将鲜鱼晒制成干鱼贮藏,“鲍鱼之肆”即为咸鱼加工工场。发展至明代,由于官方对渔业的重视,渔业生产大为发展,水产加工产品的数量也大大增加、质量越来越好,水产加工工艺趋于多样化、精致化,饮馔加工工艺更为丰富多彩,这从官府征收的鱼课名目中可见一斑,除鱼课钞银之征外,还有干鱼、鱼油、鱼腺胶、各色鱼鲊、鱼鲊椒料和香料等本色之征。时至清代后期,渔获物的冷藏保鲜渐行,尤其是冰厂渐多以后,原多只用于进贡皇家的冷藏法逐渐推广。清代末期,又从海外引进水产品装罐加工技术。另外,人们对非食用类的副产品也予以加工利用,做到物尽其用。一传统加工1.腌制、糟制腌糟鱼主要有鱼鲊,鱼鲊制作的历史十分悠久。制作鱼鲊及鱼酱等法早见于《齐民要术》,至宋代技艺益高。据载有玉版鲊(即鳇鱼鲊)、鲟鱼鲊、荷包鲊、银鱼鲊、蟹鲊等十余种。南人以鱼为鲊技艺极高,有“经十年而不坏者”。鱼鲊封藏时间越长,质量愈佳而愈为人珍爱。不同的加工方法制品不同,如饭鲊、裹鲊、荷叶鲊等。据周去非《岭外代答》卷六记载,上乘鲊品,选用何种原料,都有讲究,封藏方法和现在腌制咸菜极为相似。明清时期长江中下游一带均盛行鱼鲊制作,如湖广一带、安徽安庆地区及太湖流域均有生产。据史料记载,明代湖广一带还有专门从事鱼鲊加工的专业匠户——鲊户。湖广每年要向朝廷进贡各种鱼类加工特产如鲟鱼鲊、鳇鱼鲊、鲤鱼鲊、酱子鲊几小桶,估价银多少,加上桶柜物件、箍桶水竹、委官盘缠、鲊户盘缠银等共331两,递年详委首领官一员于先一年四月以里如法造办,侯次年带领“鲊户二名”进京朝贡[2]。可见湖广水乡此种鲊户不在少数,随同进京当差献技者当乃其中手艺最为娴熟之人。湖广地区自成化年间始进贡鱼鲊,其后鲊贡之征终明一代未稍宽,渔民负担愈来愈沉重,此在第二章及第八章均有述及,后者尤有详述,此不赘言。明清时期,鱼鲊制作工艺较前更趋精致。如太湖地区荷包鲊的制作,据民国《吴县志》卷51《物产二》转录《蔡宽夫时话》云:“吴中作鲊,多就溪池中莲叶包为之,后数日取食,比瓶中者气味特妙”。前志又载,“乡间取大鱼切作片,用米屑、荷叶三数重包之,谓之荷包”。但此法并不是直接在荷塘边制作。偶然也有用精肉作鲊者,直接在荷塘边用池中荷叶包裹,“数刻可供馐”;但因“荷叶性恶腻,多作能害荷”。史料记载中多见以红麴之类制作鱼鲊者多,如武昌地区之鱼鲊,其制法“以鱼为之,或拌以萝葡、或拌以红麴”[3]。又如安庆地区之鱼鲊“以红曲酿之,可生食”[4]。长江中下游地区制作鱼鲊,所用原料多采用鲟鳇鱼。这主要是因为鲟鳇鱼之骨松脆、肉质细嫩,最适于制鲊,故多被选用。清康熙吴县人沈朝初有《忆江南》一词云:“苏州好,密蜡拖油鲟骨鲊。”又如康熙十四年《安庆府志》卷5《物产》记载,“鳣鱼似龙,长丈余,大者千余斤。江东呼为鳇鱼,亦曰王鱼……可为鲊,骨松脆,皮亦肥美”;该地区之“货类”即出产之商品类中就有鱼鲊,“怀宁用鲟鳇、桐城用青鱼”。腌糟制鱼除上述制作工艺较复杂的鱼鲊外,还有较简单的直接用盐藏法防腐之腌鱼。盐藏法又可分为二种,一种为盐水渍法,即将鱼类浸渍于食盐水中,藉以防腐;另一种为盐渍法,即用食盐遍擦于鱼体,然后重重积叠于木桶等装盛器具中,盛器底面也撒布食盐。后一种方法保存时间较为长久。应用这二种方法所贮藏之鱼,鱼体中保持着相当之咸味。可以说,以盐藏法保存鱼货为应用最为普遍的方法之一,因其制作简单,使用方便。惟其保存时间不如鱼鲊长久,但鱼鲊保存必须密封,否则易变味。2.干制将鱼制作成鱼干以长期收藏是一种十分常见、应用普遍的传统加工方法,其制作历史已十分悠久。早在商周时代即有这种鱼类加工方法,干制之鱼称鱐,或称腊鱼、鱼腊。长江中下游地区各乡村至今仍多采用这种加工方法。干制法按干燥热源可分为晾制和薰制二种,“干制法者,或用日晒或用火焙,务使鱼体中之水分完全蒸散”;按是否先用盐渍又可分为素干和盐干二种,“其用淡水洗净后而干燥者曰素干品,鱼体用水煮熟,然后干燥者曰煮干品,经盐水一度之侵渍,再用淡水洗净而干燥者曰盐干品”[5]。将鱼体抹盐及干燥其所含之水分都是防止细菌的侵入而使鱼体腐败难食。晾制法:一般来说,在气温较高、阳光充足的夏秋季节多采用晾制法制作干鱼。因此,捕捞盛期在夏秋季节的各种鱼类也就多采用此法加工。晾制鱼干法在长江中下游地区均多用之,如湖广两湖平原、江西鄱阳湖平原、安徽沿江平原及长江三角洲太湖流域等地都有鱼干制作,只是规模大小不同、产量多少不一而已。明代湖广常德府“多干鱼。盐鱼日干,货于四方,颇以为珍。各县俱出,而沅江尤多”[6],由此可知,其加工工艺乃先用盐涂抹,然后在太阳下曝晒至干。又如明代岳州府华容县加工干鱼,“商人烘曝,贸易遍江淮间”[7],可见加工工艺既用烟熏,又用日晒。由此二例可知湖广岳州、常德二府干鱼加工产品数量之多。不单此二府,湖广其它府州肯定同样如此,如在湖北有大量中小型浅水湖,鱼利丰富的府州,其干鱼制作规模当较湖南岳州、常德等府州更甚。如武昌县“有白鱼,即阳鱎,肉白可为饼”[8],即剔除鱼刺以后压制晾干成鱼饼者。在安庆宿松地区,“银鱼一种为吾邑特产,捕取后向日光晒晾干洁,用布袋装置。……此外若虾米一种亦所出甚多,虾米者取鲜虾蒸煮旋即晒干去甲存肉即谓之虾米”,其地制作银鱼干及虾米都是利用日光晾晒;“贩干鱼之商人先将鲜鱼收买”,然后“以盐水腌透,就日光晒干”[9],营干鱼贩运之商人亦采用晾制法制作鱼干贩卖。太湖流域亦用日光晾晒银鱼干、鲚鱼干、螳螂子等。同治《苏州府志》卷20《物产》记载:“鮆鱼,出太湖,一名刀鱼,俗呼为刀鲚,又名湖鲚,别于江产也,出常熟海道者尤大,四五月取其子曝干名螳螂子;小者曰黄尾鮆,鱐之可致远;银鱼,出太湖,色白,无鳞,鱐之可致远”。所谓“鱐之”,即压制晒干。鱼卵又称鱼子,所谓螳螂子即取鲚鱼之子晒成干。又如《太湖备考》卷6《物产》记载:“鮆鱼,一名刀鱼,俗呼为刀鲚,又名湖鲚,别于江产也;一种小者名梅鲚,渔人鱐之以鬻”;“银鱼,鱐之可以致远”。两种所记大体类似,也就是说整个太湖流域基本上都是这种情形。日本人山本田芳1885年撰写的《清国水产辨鲜》中记载:“鲚鱼在江苏长江年产五百万斤,干鲚鱼年产约十五万斤运销各地”。沿海的川沙地区“制造鱼干,亦第用盐晒”,“堪供食品之需”[10]。晾制干鱼除上述先用食盐涂抹,然后利用日光晒干的盐干品外,也有不用盐抹而直接晒干者。据张耒《明道杂志》记载,早在宋时期,在汉阳武昌一带即有一种“淡鱼”,其法将数累千百之鱼剖开,不加盐,暴晒江岸之上,干后以物压作鱐载往江西出售。饶州、广信等地“尤重之”,“虽臭腐可恶而更以为佳”,“若饮食祭享,无淡鱼则非盛礼”。一船“淡鱼,其值数百千”。此虽为宋时情形,估计明清时期这种产品仍得流传。又如在安庆的宿松地区,“若鲚鱼、靠鱼亦系晾干贩卖,但无须用盐腌浸;鲚鱼、靠鱼之出以夏月为多,故朝出水而夕即晾干,每年贩运外出者亦称大宗”[11]。其制作鲚鱼干、靠鱼干即充分利用夏日的强烈日光照射而迅速蒸干鱼体水分,省却先用盐腌浸的一道工序,也使鱼干制品的品种更为丰富多样。薰制法:在气温较低的冬季和多雨水、空气湿润的春季,所捕捉的鱼类已无条件采用晾制法。在此情形下,人们便采用薰制法加工鱼干,即利用烟薰或火焙的方法将鱼体所含水分蒸干。如前述明代岳州府华容县加工干鱼,“商人烘曝”,其加工工艺便既用烟熏,又用日晒。薰制品与晾制品之风味完全不同,各地的薰制品又各有地方特色。不过,相比较而言,由于受条件的限制,利用人工烟薰或火焙的薰制法之规模要远远小于利用随处可采、随时都有的天然日光晾晒的晾制法,前者之产量也就远低于后者。然而,俗话说“物以稀为贵”,惟其产量较少,则更见其珍贵。3.副产品加工与利用除水产品食用加工外,人们也进行一些副产品的加工和利用,如提炼鱼油,加工鳔胶,用介壳类水产之甲壳肥田等。提炼鱼油以为燃灯之用古以有之,如前引明人之诗云,“八尺长竿一具罾,前船相唤后船应。得鱼换米兼沽酒,更取鱼油作夜灯”[12]。又如“黄鲴鱼及鲹鱼肠腹多脂,并可取肠以熬油为燃灯之用,称为鱼油”[13]。此即为渔民充分利用渔获物,就地取材加工副产品以供日用之需之例。人们在历史时期也很早利用鱼鳔加工鳔胶或鱼线胶。加工鳔胶之例如:鱼腹中鳔“可作胶,谓之大胶。唐张彦远云吴中鳔胶采章之用,盖古画家取此”[14]。可见,至迟在唐代,人们已知将鱼鳔加工成鳔胶制作“采章”,即类似现代的印章,画家即有用这种鳔胶采章者。前文涉及渔业经济各章中曾论及各地区征收鱼课中大都有鱼线胶之征,可见在长江中下游地区将鱼鳔加工成鱼线胶极为普遍,政府将其定为一种额征课税,且大多征收本色。万历《大明会典》中明确记载官方征收鱼线胶乃为造船之用,即做为一种粘合剂。前文述及虾米之制作乃将生虾蒸煮晒干后去甲而成,对其所剥下之虾甲,人们也予以回收利用,“凡干虾所去之甲并可买作粪田之用,虾甲亦名虾糠”[15]。虾蟹等水产之壳甲中富含磷元素,因此,可将其甲壳碾碎后用于田地中施肥,是一种很好的磷肥。即使是腌鱼后所剩之盐水,人们也能做到废物利用,如“腌鱼之水谓之滴卤,可助烹调,并可以供制豆货食品之用”[16]。更何况在明清二代,食盐均极为珍贵,官方对食盐征税极重,人们就更舍不得轻易丢弃尚可进一步利用的滴卤之水了。[1]丛子明、李挺主编《中国渔业史》,中国科学技术出版社1993年出版。[2]万历《湖广总志》卷21《贡赋志一》。[3]光绪《武昌县志》卷3《物产》。[4]康熙十四年《安庆府志》卷5《物产》。[5]民国《宝山县再续志》卷6《实业志·渔业》。[6]嘉靖《常德府志》卷8《食货志·物产》。[7]隆庆《岳州府志》卷11《食货考》。[8]光绪《武昌县志》卷3《物产》。[9]民国《宿松县志》卷18《实业志·渔业》。[10]民国《川沙县志》卷5《实业志·渔业及林业》。[11]民国《宿松县志》卷18《实业志·渔业》。[12](明)唐之淳《唐愚士集》卷1《淮上渔者》。四库1236-528(前为册序,后为页序,下同。)[13]民国《宿松县志》卷18《实业志·渔业》。[14]同治《苏州府志》卷20《物产》。[15]民国《宿松县志》卷18《实业志·渔业》。[16]民国《宿松县志》卷18《实业志·渔业》。二冷藏与装罐1.冷藏冷藏即冰藏,冰藏法最为简单,即将鲜鱼埋藏于天然冰或人造冰中,用以保存鱼类短时间之鲜度。用冰藏法使鱼类保鲜的技术应用很早,但由于贮冰技术较复杂,在较长时期内其规模都受到很大的限制,冰鲜鱼大都限于奴隶主、贵族享用,或为进贡皇家的贡品,而较少应用于大规模的渔业生产。明清时期已出现较大规模的专业冰厂。明王鏊所修《正德姑苏志》中有“三伏市上卖凉冰”之语,可见苏州在明朝已有专业冰厂。清沈德潜所修《元和县志》记载:“冰窨在葑门外,设窨二十四座……每遇严寒,戽水蓄于荡田。冰既坚,贮之于窨,盛夏需以护鱼鲜,并以涤暑”。尤悼所作《冰窨歌》云,“葑溪门外二十四,年年特为海鲜置”,其诗进一步说明该专业冰厂主要是为海洋渔业保鲜兴办的。康熙二十三年《江南通志》记载:松江府“每夏初,贾人驾巨舟,群百呼噪网取”黄鱼,都是“先于苏州冰厂市冰以待”。清时,沿海一带食用冰鲜黄鱼已成一种习尚和爱好。清康熙吴县人沈朝初《忆江南》一词中就描写了食冰鲜的盛况:“苏州好,夏日食冰鲜,石首带黄荷叶裹,鲥鱼似雪柳条穿,到处接鲜船。”小船插上三角形红旗,鸣锣集市,曰贩冰鲜,吴俗最尚此鱼,每尝新时,不惜重价,故有典帐买黄鱼的谚语。同治《苏州府志》卷20《物产》记载,吴地有谚云“楝子花开石首来,笥中被絮舞三台”,言典卖冬具以买鱼也。[1]明清规模巨大的鲥贡,也是用冰长途护运的。为此,在南京燕子矶建有皇家专备冰窖和鱼厂。陆路运输,按15公里一站,由3000余匹驿骑接力飞奔传递,自长江边至北京1250余公里,限22个(44小时)时辰送达。保鲜的办法是逐尾用铅匣盛装,中间填以冰,泼上浓油密封,再以箬叶遮护。水路,则由快船日夜兼程沿运河北上,船上载冰护航,沿途并设有冰库,源源不断补充冰块,保证贡品到达京城还很新鲜。明清时期虽已出现较大规模的专业冰厂,但在清代后期以前,其在渔业生产上的应用仍不普遍。专业冰厂仍未大规模普遍兴建,冰鲜鱼因成本较高、数量少而价格昂贵,上述吴地典卖冬具以买黄鱼即为一证。又如同治《苏州府志》卷20《物产》记载:“石首鱼,俗名大黄鱼。今惟出海中,味绝珍,夏初则至,吴人以楝花时为候。此时已渐热,鱼多肉败气臭,吴人既习惯视之,故有忍臭啖石首之讥。二十年来沿海人家始藏冰,悉收冰养鱼遂不败”。可见,在清道光以前,沿海藏冰养鱼者尚少;至咸丰、同治年间,渔获物冰藏保鲜法始渐盛。自此之后,冰厂之设渐多,地域亦逐渐推广普及。民国《川沙县志》卷5《实业志·渔业及林业》的一段记载清楚地反映了这一变化过程,该志云:“所获海鲜,近年均用冰制,以便运往远埠……。冰厂,夏获鱼鲜,须用冰制。向因购自上海,殊形不便。自清宣统元年,周兰村等集股,在八团北一甲白龙港南,租地建造冰厂一座。年来销路日广,在横沙各渔船,多向购用,获利颇丰。民国四年,复有人集资设厂,以谋扩张营业。十一年九月,邑人家曾等,又在八团南三甲海滩,股设冰厂,呈准县知事严森出示保护。”从这一段史料可以得出如下几点结论,其一,清代后期,沿海地区夏季的海洋渔业生产之渔获物已大都采用冰镇保鲜;其二,在清宣统元年以前,沿海的川沙及其它地区用冰以藏鱼大都尚须向沪镇上海采购;其三,自清宣统元年以后,沿海各地陆续集资建造冰厂,无须再购自上海,且其营业规模呈扩大趋势,冰厂之治理亦日益严密。以上即为水产品冰镇保鲜的大致发展过程,总之,时至清代后期,冰藏保鲜才在渔业生产上得到大规模应用。2.装罐水产品罐装加工法之应用较以上各种加工方式都要晚,可以说是一种“泊来品”,即为海外引进之加工工艺。晚至清代后期,水产品之装罐加工仍尚少,如沿海的川沙地区“制造鱼干,亦第用盐晒,并无装罐,堪供食品之需”[2]。但其究竟随着国门之开而逐渐走进国人的生活,据民国《宝山县再续志》卷6《实业志·渔业》记载,“罐诘贮藏之法甚多,适用于国人嗜好之鱼类罐诘约有三种”;其一为水渍制,即将生鱼处理适当后装入罐中,注入清水密封、加热而制;其二为调味制,其法将渔获物加以酱油、白糖、香料等,先行煮熟后装罐,加热杀菌而成;其三为薰炙制,其法将鱼类先行适当之调理,再经油炙及薰烟工作,然后封罐制成。用第一种方法制作的鱼罐头可用作庖厨中烹调的原料,用后面两种方法制成的成品可供家庭行旅随时取食,毋须再行调味。[1]参考丛子明、李挺主编《中国渔业史》,第67页。[2]民国《川沙县志》卷5《实业志·渔业及林业》。三饮馔加工水产品的饮馔加工历史几乎同人类史一样悠久,从有渔猎生产以来,其饮食即包括水产品饮馔加工。水产品饮馔加工的一般方法,早已为人们普遍把握。如苏轼《物类相感志》记载,薄荷去鱼腥,煮鱼羹临熟入川椒多能去鱼腥,用枳实或凤仙花子煮鱼则骨软等。又如河豚味极美,但有剧毒,宋代时吴人已把握了一整套河豚的加工方法,对其何部分及何时所捕最毒了如指掌。孔平仲《续世说》、张耒《明道杂志》、胡仔《苕溪渔隐丛话》等书对此多有记载,如吃河豚的当天不能进服汤药,因河豚与中药乌头、附子相忌。如已中毒,解毒之法有催吐和药解。催吐系“亟饮秽物”,药解以龙脑水或至宝丹或橄榄,亦可炒槐花与干燕支(胭脂)等捣成粉末,用水调灌。饮馔加工可分风味鱼品和名特优产品。相对而言,太湖地区的水产饮馔加工工艺较其它地区更为精致,“吴地产鱼,吴人善治食品,其来久矣”[1]。民国《吴县志》卷51《物产二》转引(隋)《大业杂记》云,吴人作鲈鱼干鲙法,“五六月海中取此鱼,缕切晒干,盛以瓷瓶,密封泥。欲食开取,以新布裹大盆盛井底,浸久出布,洒却水,则敷然散著盘上”;又有以鲤鱼为原料所作者,其法亦“出太湖,纯以鲤醙为之;一瓶用鱼四五百头,味过鲟鳇”。又如作水晶鲙之法,“以赤尾鲤净洗去涎,用新水慢火熬浓,去鳞滓,待冷即缕切之,沃以五辛”[2]。可见,各种鱼鲙的制作从原料的挑选、火候的把握到佐料的调放都有一系列较复杂的加工工序。饮馔加工在都市中尤为讲究,如北宋汴京(即今开封)有因“南人不服北食”而开的南食店。一部分“南人”通晓南馔制作,如叶梦得《避暑录话》卷下记载,梅圣俞家中的老婢能制作以鲫鱼为主要原料的南馔生鱼片便是一例。又据周去非《岭外代答》卷六、赵彦卫《云麓漫钞》卷五等书记载,当时的名特优产品有用活鲟鱼唇割下制作的“鱼魂”;以河豚腹内腴白制作的“西施乳”;以及钱塘门外宋五嫂以菰为羹、以鲤鲫为鲙的“金羹玉鲙”等。以上所述均为明清以前即有的饮馔加工方法,毫无疑问,其加工工艺必代经流传并更趋精致。上引民国时期太湖地区的方志对其饮馔加工方式仍有具体记载即为明证。明人文集中亦有鱼类饮馔加工的具体记载,“吴人制鲈鱼鲊、鰿子腊,风味甚美,所称金虀玉鲙也。鲈鱼肉甚白,杂以香葇花叶,紫绿相间,以回回豆子、一息泥、香杏腻坌之,实珍品也。鰿子鱼腊亦然。回回豆子细如榛子肉,味甚美。一息泥如地椒,回回香料也。香杏腻一名八丹杏仁,元人《饮膳正要》多用此料。鰿子鱼今京师名鮆鰶鱼”[3]。可见其时鰿子腊这一名馔已从太湖地区传至京师,且另有别名。诗文歌赋中更多有提及者,如其一云:“日高湖冰解作块,水落旧痕出洲背。渔翁招摇沉网罟,上客游观缓裘带。跃青跳白举数尾,鲂鲤不言羊豕脍。取物还存爱物仁,半释况乃兼细碎。玉花行看登翠盘,素鬐早已扬清濑”;其二云:“平湖如席洲若块,渔子击水惊鱼背。一网数鳞如拾芥,骈头贯□相萦带。饔人挥刀飞雪花,座客停餐谈玉脍”[4]。清代的专门书籍如《随园食单》中记载了江浙一带烹调加工的菜肴,其中有石发、酱石花、石花糕、鱼翅、刀鱼、鲥鱼等多种水产珍品。除上述各种名特优产品外,亦有鱼杂之类风味产品,“凡腌干鱼者必先将鲜鱼剖开,去其腹内之肠肚各件谓之鱼杂,滨湖产鱼之地多取鱼杂调煮佐膳,称美味焉”[5]。明清时期,虾蟹等类水产的食用加工种类也甚多。蟹类有酱蟹、糟蟹、醉蟹等,加工的秘诀有所谓“雌不犯雄,雄不犯雌”、“酒不犯酱,酱不犯酒”、“蟹必全活,螯足无伤”等。虾类加工有醉虾、虾松、虾米粉等。综上所述,由于明代官方对渔业的重视,渔业生产大为发展。明清时期长江中下游地区的水产加工业颇为发达,水产加工工艺趋于多样化、精致化。水产加工方式多种多样,加工数量巨大,加工质量优良,饮馔加工工艺更是丰富多彩、精湛多样。这从官府征收的鱼课名目中可见一斑,除鱼课钞银之征外,还有干鱼、鱼油、鱼腺胶、各色鱼鲊、鱼鲊椒料和香料等本色之征。传统加工方法有腌制、糟制鱼鲊,曝晒、晾制、薰制鱼干等。时至清代后期,渔获物的冷藏保鲜渐行,尤其是冰厂渐多以后,以前难以普及,多用于皇家进贡等的冷藏保鲜技术逐渐推广,清代后期尤为突出。清代末期,又从海外引进水产品装罐加工技术,罐装加工数量也迅速上升。此外,人们对各类副产品也予以加工利用,做到物尽其用,如提炼鱼油,加工鳔胶,用介壳类水产之甲壳肥田等。[1]民国《吴县志》卷51《物产二》。[2]乾隆《长洲县志》卷17《物产》。[3](明)杨慎《升庵集》卷69《金虀玉脍》。四库1270-682。[4](明)孙承恩《文简集》卷21《腊月同霍渭厓诸公乌龙潭观打鱼用坡翁韵二首》。四库1271-264。[5]民国《宿松县志》卷18《实业志·渔业》。第二节水产商贸关于中国历史时期的水产商贸这一领域,以往学者涉及相对较少,除渔业通史著作中的相关篇节有所论及外[1],专文论述者就笔者管见所及有张剑光先生的《唐代渔业生产的发展及其商品化问题》[2]、日本中村治兵卫先生的《唐朝的渔业政策和鱼类的流通》[3],专文论及明清时期水产贸易者则少见。事实上,明清时期长江中下游地区各河湖水域的水产贸易较为兴盛,无论是鲜鱼贸易还是加工产品的运销都颇为发达。本节拟对这一问题进行探讨。一鲜鱼商贸明清时期,长江中下游地区各河湖水域产鱼地的鲜鱼货贸颇为发达,在明代前期渔业极为兴盛时期尤为如此。从其销售形式及交易规模来看,长江中下游地区的鲜鱼贸易可以分为零星售卖与商人转贩两种不同类型,以下分类叙述。1.零星交易在春夏非集中捕捞时期,均为各渔户单独生产所得,渔获产量不大,渔获物较少。因此,零星售卖是该时期鲜鱼货贸的较主要形式,由商人转贩者少。秋冬集中生产时期,除商人批量转贩外,零星交易的形式也仍然存在。从贸易额来看,零星交易额远低于商人大宗转贩的批量经营。但零星的鲜鱼贸易几乎全年都有,江滨水浒交通便利之地都有大小不等的鱼市、水市。专以打鱼为生的渔民大多一年四季,不论早晚朝夕都在进行生产。渔民四时放舟于五湖风浪之中,以船为家、以水为田,有诗为证:“大儿已长当门户,小儿十岁能摇橹。妇人终日坐篷窗,补却鱼网缝衣裳。衣食宁论厚与薄,人生无如生处乐”[4]。相关诗文可谓不胜枚举。从地域而言,明清时期的鲜鱼商贸以湖广地区的江汉平原和洞庭湖平原的湖区及太湖流域最为繁盛。李东阳《怀麓堂集》卷3《捕鱼图歌》诗云:“江花夹岸江水深,此时尺鱼如寸金。……家家卖鱼向江浦,大船小船不知数”。出身长沙的李东阳对故乡楚地的渔业生产自是十分熟悉的,其所描述的江浦鱼市盛况当为写实之言。又有何景明《大复集》卷11《津市打鱼歌》诗云:“大船峨峨系江岸,鲇鲂鱍鱍收百万。小船取速不取多,往来抛网如掷梭。野人无船住水浒,织竹为梁数如罟。夜来水长没沙背,津市家家有鱼卖。”其所反映的亦是渔业生产和销售之盛况。其它地区的鲜鱼贸易规模也颇为可观,如太湖流域的大型六桅罛船在“船尾系三板小船,入市鬻鱼乘以往返”[5]。渔民是零星贸易的直接参预者――卖主,或者随捕随卖,或者早晚趁市出售。

催化剂大的研究方面的论文

日前, 四川大学高分子学院程冲研究员课题组、德国柏林工业大学Arne Thomas教授课题组与马普固体研究所Dr. Yi Wang(王毅)团队 采用金属碳化物作为过渡金属Fe、Ni原子载体,在单原子氧气析出反应(OER)催化剂研究中取得了突破性研究进展,该研究首次实现了非强配位OER金属单原子催化中心的构建。

研究成果以“Oxygen-evolving catalytic atoms on metal carbides”为题,于北京时间2021年5月31日晚23时发表在 上。

将具有催化活性的金属化合物分散到原子水平制备单原子催化剂,可最大限度地提高原子利用率和活性位点间协同效应。近年来研究发现单原子催化剂在各种催化反应,尤其是电催化还原反应中表现出优异的活性。然而却很少在OER中展现出优异的催化活性。目前大多数单原子结构是通过由氧、氮、硫等杂原子强配位负载在载体材料上实现的,而强配位环境极大地影响了金属单原子中心的电子环境,从而影响它们的析氧催化活性。然而开发非氧、氮、硫等杂原子强配位金属单原子结构及其载体材料极具挑战,也是实现高效单原子OER催化剂的关键。

氧、氮、硫等杂原子强配位键合作用,在阻止原子团聚以实现原子级分散催化结构中具有重要作用,近年来研究人员通过此方法实现了大量的单原子催化剂的构建,为不同领域提供了一系列催化性能优异的材料。然而现有体系中,单原子金属中心因其杂原子强配位作用影响了其电子环境和原子的可运动性,从而限制了它们的部分催化活性,特别是在需要高过电位的OER反应中,该限制尤为明显。

该论文的第一作者为 德国 柏林工业大学功能材料团队,李爽博士(DFG project leader) ,她告诉《中国科学报》,单原子OER催化剂的催化性能,不仅依赖于单原子与载体间的相互作用方式,过强的相互作用会导致原子活性降低,而过弱的作用力又很难稳定单原子;催化反应往往依赖于双金属单原子中心的协同作用,乃至催化中心与载体材料之间的相互作用。构筑具有高活性的单原子OER催化剂,不仅要找到适合的载体来实现相对较弱的配位环境,还需要考虑不同金属单原子之间的协同作用,是一项极具挑战的课题。

在前期工作中,课题组研究人员曾利用富氮多级孔道碳材料作为载体,实现了Fe、Co双金属单原子的高效负载及双金属中心的协同催化作用,成功地提升了单原子OER催化剂的活性。但由于受到多孔碳载体材料中氮杂原子的强配位作用限制,相关催化剂的过电位、催化效率等仍不理想。

“在最新的这项研究中,我们首先从结构上设计并制备了新的金属有机杂化前驱体材料,以期得到不同于传统多孔碳单原子载体的新型材料。 在杂化前驱体材料的构建中,一方面我们选用了含有儿茶酚及氨基的有机小分子,其可加强前驱体对金属离子的络合作用;另一方面我们引入了钨氧簇,以实现在碳化过程中原位制备碳化钨作为单原子催化中心的弱配位载体。 ”李爽博士介绍到。

具体而言,研究人员巧妙地选择具有强络合能力的含氮、含氧有机分子作为多种金属盐的键合单元与Fe、Ni、WO离子组装,获得了结构均匀的金属有机配位杂化前驱体材料。通过调控热处理条件,获得了基于碳化钨纳米晶体负载的Fe、Ni、FeNi单原子OER催化剂。

一系列精细结构表征实验证实,研究人员成功构建了非强配位金属单原子活性中心。利用球差校正高分辨透射电镜技术,研究人员精确观测到了碳化钨表面FeNi单原子结构,并通过单个原子位点的EDX精确分析了原子位置,同时还观测到了碳化钨晶体表面的FeNi原子具有高移动能力。高分辨X射线光电子能谱及X射线吸收谱表明,FeNi原子是通过与碳化钨基底的W、C原子相互作用而保持稳定的,这种与W、C原子的相互作用也使得FeNi活性中心处于低价态保持了部分金属特性。

图1:a. 材料结构示意图;b. 球差高分辨电镜下的碳化物晶体颗粒;c.碳化钨晶体中的原子排布和晶面取向;d, e.碳化物表面的FeNi单原子;f.原子级元素分布;号位原子对应的原子级EDX图谱(研究团队供图)

图2:材料的电化学OER性能结果(研究团队供图)

最后,研究人员认为,该工作提出的利用金属有机配位杂化前驱体制备金属碳化物作为载体材料不仅为非强配位金属单原子催化中心的构建提供了开创性的研究思路,同时也为进一步开发高效单原子催化剂开辟了一条很有前途的全新道路。

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本文来源| 小柯化学

编辑 | 余 荷

排版 | 王大雪

催化剂定义:又叫触媒。根据国际纯粹与应用化学联合会(IUPAC)于1981年提出的定义,催化剂是一种物质,它能够改变反应的速率而不改变该反应的标准Gibbs自由焓变化。这种作用称为催化作用。涉及催化剂的反应为催化反应。催化剂(catalyst)会诱导化学反应发生改变,而使化学反应变快或减慢或者在较低的温度环境下进行化学反应。催化剂在工业上也称为触媒。初中书上定义:在化学反应里能改变其他物质的化学反应速率,而本身的质量和化学性质在反应前后都没有发生变化的物质叫做催化剂,又叫触媒。催化剂在化学反应中所起的作用叫催化作用。我们可在波兹曼分布(Boltzmann distribution)与能量关系图(energy profile diagram)中观察到,催化剂可使化学反应物在不改变的情形下,经由只需较少活化能(activation energy)的路径来进行化学反应。而通常在这种能量下,分子不是无法完成化学反应,不然就是需要较长时间来完成化学反应。但在有催化剂的环境下,分子只需较少的能量即可完成化学反应。催化剂有三种类型,它们是:均相催化剂、多相催化剂和生物催化剂。均相催化剂和它们催化的反应物处于同一种物态(固态、液态、或者气态)。例如:如果反应物是气体,那么催化剂也会是一种气体。笑气(一氧化二氮)是一种惰性气体,被用来作为麻醉剂。然而,当它与氯气和日光发生反应时,就会分解成氮气和氧气。这时,氯气就是一种均相催化剂,它把本来很稳定的笑气分解成了组成元素。多相催化剂和它们催化的反应物处于不同的状态。例如:在生产人造黄油时,通过固态镍(催化剂),能够把不饱和的植物油和氢气转变成饱和的脂肪。固态镍是一种多相催化剂,被它催化的反应物则是液态(植物油)和气态(氢气)。酶是生物催化剂。活的生物体利用它们来加速体内的化学反应。如果没有酶,生物体内的许多化学反应就会进行得很慢,难以维持生命。大约在37℃的温度中(人体的温度),酶的工作状态是最佳的。如果温度高于50℃或60℃,酶就会被破坏掉而不能再发生作用。因此,利用酶来分解衣物上的污渍的生物洗涤剂,在低温下使用最有效。催化剂分均相催化剂与非均相催化剂。非均相催化剂呈现在不同相(Phase)的反应中(例如:固态催化剂在液态混合反应),而均相催化剂则是呈现在同一相的反应(例如:液态催化剂在液态混合反应)。一个简易的非均相催化反应包含了反应物(或zh-ch:底物;zh-tw:受质)吸附在催化剂的表面,反应物内的键因十分的脆弱而导致新的键产生,但又因产物与催化剂间的键并不牢固,而使产物出现。目前已知许多表反应发生吸附反应的不同可能性的结构位置。仅仅由于本身的存在就能加快或减慢化学反应速率,而本身的组成和质量并不改变的物质就叫催化剂。催化剂跟反应物同处于均匀的气相或液相时,叫做单相催化作用;催化剂跟反应物属不同相时,叫做多相催化作用。人们利用催化剂,可以提高化学反应的速度,这被称为催化反应。大多数催化剂都只能加速某一种化学反应,或者某一类化学反应,而不能被用来加速所有的化学反应。催化剂并不会在化学反应中被消耗掉。不管是反应前还是反应后,它们都能够从反应物中被分离出来。不过,它们有可能会在反应的某一个阶段中被消耗,然后在整个反应结束之前又重新产生。使化学反应加快的催化剂,叫做正催化剂;使化学反应减慢的催化剂,叫做负催化剂。例如,酯和多糖的水解,常用无机酸作正催化剂;二氧化硫氧化为三氧化硫,常用五氧化二钒作正催化剂,这种催化剂是固体,反应物为气体,形成多相的催化作用,因此,五氧化二钒也叫做触媒或接触剂;食用油脂里加入~没食子酸正丙酯,就可以有效地防止酸败,在这里,没食子酸正丙酯是一种负催化剂(也叫做缓化剂或抑制剂)。

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浅谈金属催化有机反应中的碱效应论文

碱, 包括有机碱和无机碱, 在许多催化和计量有机反应中扮演极其重要的角色. 碱的存在不仅可以促进化学反应, 而且可以改变反应途径. 但化学家们对碱的作用的认识仍然不够明确, 缺乏系统的理解. 最近, 北京大学席振峰课题组对近年来涉及到碱的许多催化反应进行了系统分析, 概括出了影响碱作用的诸多因素, 其中包括碱性、溶解度、电离度、聚集度、溶剂、金属离子大小、金属离子Lewis 酸性、金属离子的“软硬”度、阴离子的大小、阴离子的配位作用等. 本文将对该文及相关文章中有关金属催化有机反应中碱的效应进行介绍.碱的强度可用不同的标准来衡量, 如夺取质子的能力及亲核性, 亲核性又与底物的性质相关. 目前, 大部分的研究认为碱在化学反应中的主要作用是去质子化和中和体系中的质子或酸.

有机碱的强度与取代基和结构有很大关系, 如常用的有机胺的碱性强度在许多文献中都有报道. 在有机溶剂中有很好溶解度的碱金属和碱土金属胺基化合物、烷氧基化合物以及其它金属有机化合物也常被看作有机碱, 例如叔丁醇钠, LDA 及M[N(SiMe3)2] (M=Li, Na,K). 典型的无机碱由金属离子和具有碱性或亲核性的负离子构成, 许多无机碱在有机溶剂中的溶解度较小, 常常需要使用极性大的有机溶剂来提高其溶解度. 无机碱的强度与很多因素有关, 其中最重要的因素是配对离子之间的静电作用及负离子的化学组成和结构. 在去质子化反应中, 影响反应效率的因素除了碱的去质子能力之外, 底物去质子后形成的碳负离子或其它负离子的稳定性也对反应产物收率有极大影响, 而后者的稳定性与金属离子密切相关, 因此无论是正离子和负离子的性质对反应的效率及其选择性的影响都是非常明显的. 例如,Kobayashi 等在2012 年报道了叔丁醇锂作用下的吲哚3-位羧基化反应该反应最初使用的是钯催化的体系, 反应中选择不同碱会使得反应收率有明显变化.当使用弱碱K2CO3 时能得到痕量的羧基化产物, 而当使用较强的Cs2CO3时, 反应收率有了显著提高. 碱性强弱的影响同样体现在叔丁醇类碱中——使用碱性较弱的叔丁醇锂能得到好的反应收率但碱性相对较强的叔丁醇钠则不能得到预期产物, 这很有可能与形成的碳负离子的稳定性相关. 由此可见, 无机碱中的正负离子的性质是影响反应的核心因素之一.

无机碱中的阴离子种类很多, 在有机合成中常用的阴离子包括碳酸根, 磷酸根, 烷氧基和胺基, 卤素及其他类卤素负离子等. 阴离子对反应的影响不仅体现在对反应速度和产率的影响上, 同时也有可能对反应的选择性产生影响 实验结果表明不同阴离子对反应结果的影响很大, 同时需要维持较低的碱阴离子浓度反应才能正常进行. 在这个特殊的反应中, 阴离子的种类对反应有很大影响, 而阳离子影响很小. Doucet等报道过对于相同的底物, 当使用不同的碱时, 会得到不同的产物.ClCF3[Pd] TBABbase, DMAcF3CNaOAc: 64%; KOAc: 61%; Na2CO3: 61%; Cs2CO3: 25%;CaO: 67%; t-BuONa: 3%; NEt3: 12%+ (2)阴离子也可作为配体与催化剂中的金属配位, 从而影响金属中心的反应性. 在许多Pd 催化的偶联反应中碱的作用很有可能是多方面的, 除了传统的促进转金属化, 其与催化剂作用从而提高活性中心的氧化加成能力也不可忽视, 同时金属中心与无机碱中的阴离子的作用, 也有可能提高阴离子的碱性. Fagnou 等[4]在研究Pd催化偶联反应中提出的.协同的“金属化/去质子化”(concerted metalation/deprotonation, 简称“CMD”)来解释碱的作用: 碱与金属中心Pd 配位, 使碱的去质子化能力提高, 从而可活化C—H 键.

催化剂金属中心和碱的匹配才能产生协同作用, 从而有效促进催化过程. 2014 年Norrby 等报道了碱在Buchwald-Hartwig Amination 反应中的作用. 他们研究了t-BuO-和DBU 在不同溶剂中对反应过程的影响, 并通过Eq. 3 所示反应进一步验证了理论计算结果. 在非极性溶剂中, t-BuO-可以有效地拔除和钯配位的吗啉上胺氢, 进而进行有效的C-N 偶联. 而中性碱DBU 效果不好, 需要在高温和微波下才能促进反应进行. 在极性溶剂中, 尽管计算表明相对非极性溶剂中DBU 参与的反应能垒变小了, 但是和t-BuO-相比效果仍然较差.阳离子在过渡金属催化的反应所起到的作用同样不可忽视. 在偶联反应中, 转金属化的速率与碱中的阳离子种类有很大关系[6]. 阳离子的大小、软硬度以及Lewis 酸性等[6]都有可能对反应结果造成影响. 阳离子也有可能影响反应活性中间体的结构及稳定性. Shibasaki等[8]在2009 年报道了不对称催化合成手性有机硼酯的反应, 叔丁醇锂、钠、钾都能促进这一反应的进行,但反应的收率和ee 值对应的碱都是t-BuOLi>t-BuONa>t-BuOK, 表明锂离子对该反应的特殊效应. 2010 年,Hayashi 等也提及t-BuOM (M=Li, Na, K)中阳离子会影响反应途径, t-BuO-是一个单电子供体, 配对阳离子如是Na 和K 离子时, 反应会涉及单电子转移(singleelectron transfer, 简称SET)过程.

总之, 碱在催化反应中的作用极其复杂, 在催化循环中的任何一步都有可能对反应结果造成影响, 碱的不同甚至会影响基元反应的本质, 这主要体现在碱对催化剂、配体以及底物和基元反应的影响都不可忽视, 从而使其效应更加复杂. 但碱在许多催化反应中的核心功能会逐渐更加清晰. 席振峰教授课题组通过对文献的分析, 提出了碱对反应影响的诸多因素, 使化学家对碱在催化过程中的复杂性有了新的认识, 这是一个极其重要的科学问题, 有待于化学家进行更加系统全面的研究.。

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