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润滑油加氢催化剂制备研究论文

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润滑油加氢催化剂制备研究论文

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)。

如下:

【摘要】:综述了分子氧氧化环己烷制取环己酮的催化剂的研究进展,重点介绍了光催化剂、纳米催化剂、仿生催化剂、分子筛催化剂和复合催化剂在环己烷催化氧化方面的应用,其中,负载在分子筛上的纳米金催化剂具有较高的催化活性、选择性及稳定性。

【关键词】:环己烷氧化,环己酮,催化剂的认识。

环己酮是重要的有机化工原料和工业溶剂,广泛应用于医药、油漆、涂料、橡胶、农药行业、印刷和塑料回收方面。目前,工业上制取环己醇和环己酮的方法主要为苯酚加氢法、苯部分加氢法和环己烷液相氧化法,环己烷氧化法的应用最为普遍,占90%以上。

由于环己醇和环己酮比环己烷更易于被氧化,为获得适宜的环已醇和环已酮的选择性,工业上环己烷氧化转化率通常控制在,氧化选择性为90%左右。

但环己烷的大量循环造成能耗上的巨大浪费。目前,环己烷氧化工艺研究的热点主要集中在对传统工艺的改造优化、氧化剂的选择及高效催化剂的开发。开发高性能和环境友好的催化剂成为研究热点,近年来开发的一些氧化催化剂在改善环己烷转化率和产物选择性方面表现出较好的性能。

本文主要综述分子氧氧化环己烷制环己酮催化剂的研究进展。

废润滑油再生工艺的研究高秀军 ,2 郭丽梅1# 蒋明康1(1.天津科技大学材料科学与化学工程学院,天津 300222;2.大庆油田化工有限公司精细化工厂,黑龙江 大庆 163411)摘要 采用硫酸精制-碱中和-活性白土吸附-过滤的工艺流程处理废齿轮润滑油。酸洗温度40 ℃,98%浓硫酸用量为废油量的6%(质量分数);碱中和温度80 ℃,中和剂为10%氢氧化钠;吸附条件:活性白土用量为15%(质量分数),温度150 ℃,时间1 h;再生润滑油粘度40 ℃时为128 Mpa•s,80 ℃为 MPa•s,凝点为-33 ℃。同时用废碱处理酸渣,采用阳离子絮凝剂处理废水。关键词 废润滑油 再生 酸碱精制 白土吸附Study on regenerated technics of waste lube oil Gao Xiejun1,2, Guo Limei1, Jiang Mingkang1. ( of Material Science and Chemical Engineering,Tianjin University of Science and Technology,Tianjin 300222;2. Daqing Oil field Fine chemicals Factory,Daqing Heilongjiang 163411)Abstract:The lube oil of waste gear was treated by using vitriol refining-alkali neutralization-the active white soil adsorption–filtration as the technical flow . The temperature of acid wash was 40 ℃, the dosage of vitriol of the content 98% was 6%,the temperature of alkali neutralisation was 80 ℃,and the neutralizer was the alkali of the content 10%. The condition of adsorption:the dosage of active white soil was 15%,the temperature was 150 ℃,and time was 1 h. The viscosity of regenerated lube oil was 128 MPa•s for 40 ℃ and MPa•s for 80 ℃,and its solidifying point was -33 ℃. Acid-dreg was neutralized with waste alkali. The waste water was treated using the cationic flocculant. Keywords:Waste lube oil Regeneration Acid and alkali refining White soil adsorption近年来,随着石油资源的日益减少以及对石油污染问题的重视和保护环境的呼声日益强烈,世界各国对废润滑油的回收和净化再生利用工作十分支持。中国在油液净化再生方面也作了不少工作[1-3],商业、铁道、部队、机械工业等部门都不断的进行润滑油的净化再生工艺研究,找出了一些适合中国国国情的废油净化再生方法。但总的来说,中国在这个领域还比较落后,远远不能适应飞速发展的经济的要求,因此研究润滑油劣化的原因、积极探索新型高效、低污染废油净化再生工艺方法,对于缓解中国石油资源紧张状况、减少废弃油液对环境的污染有着重要的意义[4-6]。废润滑油的净化再生过程比从石油中提炼润滑油要简单得多。变质较轻的润滑油只要经过沉淀、过滤、脱水等物理净化过程即可恢复其原有品质;变质严重的润滑油,则需要经过化学精制去除变质后生成的酸类、酚类及胶质、沥青质等,然后补充一定数量的添加剂,也可成为再次使用的润滑油。如果净化再生工艺条件得当,完全可以能把用过的废润滑油再生成为质量接近或达到新油标准且性能良好的润滑油[7]。世界各国对废润滑油的处理、再生先后研究开发了众多处理工艺。目前应用的再生工艺主要有蒸馏-酸洗-白土精制,沉降-酸洗-白土蒸馏,沉降-蒸馏-酸洗-钙土精制,白土高温接触无酸再生,蒸馏-乙醇抽提-白土精制,蒸馏-糠醛精制-白土精制,沉降-絮凝-白土精制等[8-12]。上述无论哪种工艺都产生大量的废酸渣和废水,要达到清洁再生的目的,就要减少酸渣的产生,或对酸渣进行综合利用。本文采用硫酸精制-碱中和-活性白土吸附-过滤的再生工艺,联合有机中间体制备中剩余的大量催化剂-废碱处理废酸渣,加浮选剂法处理废水,从而达到清洁再生废润滑油的目的;原料来源于油田的抽油机废油,来源广,易得到;常压和中温条件下操作,工艺简单,操作费用低,安全可靠;产品质量好,达到中性油水平,实用性强;投资少,经济效益显著。1 实 验 主要仪器药品烧杯,温度计,电热套,滴定管,封闭电炉,280号齿轮油、活性白土、蒸馏水,98%浓硫酸(化学纯),氢氧化钠(化学纯),氧化钙粉末(化学纯)。 实验方法 工艺流程工艺流程见图1。 图1 工艺流程 工艺过程1.酸洗:将废润滑油加热至30 ℃左右,加入硫酸若干,搅拌30 min。恒温静置,待分层后,分出下层胶质、沥青质。重复操作3次,记录总酸渣排放量。2.碱中和:将酸洗过的润滑油加热,加碱水溶液进行中和至中性。静止分出水层。3.白土吸附:将碱洗过的润滑油加热,1次或分次缓慢加入白土,搅拌若干分钟。4.过滤:将白土吸附后高温的润滑油静止,上层油趁热抽滤,滤后润滑油即为合格再生润滑油。白土吸附和过滤操作可重复进行,直至得到的油满意为止。2 结果与讨论 硫酸浓度对酸渣排放量的影响硫酸处理的主要目的在于去除废润滑油中的氧化物、缩合物和聚合物。在使用过程中产生的不饱和化合物以及残余添加剂和添加剂热分解或降解产物等。硫酸处理能把这些物质变成重质粘性物,沉淀析出。所以酸渣排放量越大,废润滑油的除杂质、沥青效果越好,但过多排酸渣会减低再生率。实验考察了硫酸浓度对酸洗效果的影响,结果见表1。表1 硫酸浓度对酸渣排放量的影响序号 硫酸浓度/% 精制温度/℃ 酸渣排放量/%1 98 35 70 35 98 40 70 40 由表1可以看出,精制温度相同时,硫酸浓度越高,酸渣的排放量越大,精制效果越好。 硫酸精制温度对酸渣排放量的影响一般认为酸洗适宜在低温下进行,实验采用98%浓硫酸,加入量为废油量的6%(质量分数),考察温度对酸洗效果的影响,结果见表2。表2 硫酸精制温度对酸渣排放量的影响序号 精制温度/℃ 酸渣排放量/%1 20 25 30 35 40 50 由表2可以看出,随着温度的上升,酸渣排放量呈逐渐增加的趋势,但不是越高越好。温度低时,在短时间内,废油中酸渣沉降的不够彻底,酸渣排放量少,温度过高时,废油中某些成分和硫酸反应生成磺酸盐,使油乳化程度较大,酸渣不能正常沉降排出。 不同碱中和对油品酸值的影响实验选用氧化钙粉末、氢氧化钠和石灰乳,以酸值为考察指标,结果见表3。表3 不同碱中和对油品酸值的影响序号 碱 酸值1 氧化钙粉末 氢氧化钠固体 10%氢氧化钠水溶液 石灰乳 新油 — 加入碱中和后的酸值基本符合新油标准,使用氧化钙粉末,由于固体中和反应时间长,短时间内中和得到的油透明度稍差,可能有部分乳化的原因,不易抽滤。采用石灰乳代替氧化钙粉末效果得到一些改善,酸值接近新油,可以达到再生油的标准,但是过滤情况没有得到明显改善,所以效果不十分理想。使用氢氧化钠固体进行中和,考虑到油中水含量过高会影响其质量,实验中发现,由于使用氢氧化钠固体,两相反应时间长,缩短时间效果较差。综合以上因素,采用10%氢氧化钠水溶液进行碱中和最为适宜。从表3的可以看出,采用10%氢氧化钠水溶液进行碱中和的油酸值优于新油。 白土吸附温度对油品粘度的影响白土加入温度为80 ℃时,白土吸附温度对油品黏度的影响见表4。表4 白土吸附温度对油品粘度的影响序号 吸附温度/℃ 40 ℃时粘度/MPa•s 80 ℃时粘度/MPa•s1 100~120 158 120~130 146 130~140 124 140~160 121 新油 — 131 由表4可以看出,吸附温度对油品粘度有一定的影响。主要影响油的低温黏度,低温黏度过高,会影响油的凝点,成为不合格油。根据与新油粘度比较,白土吸附温度为130~140 ℃时,粘度与新油最为接近。 白土用量对油品颜色的影响白土用量对油品质量有一定的影响,实验以再生油颜色和凝固点为检验指标,结果见表5。表5 白土用量对油品颜色的影响序号 白土用量/% 搅拌时间/min 油品颜色 凝点/℃1 4 30 棕红 -152 6 30 棕红- -183 8 30 棕红- -284 10 30 棕黄- -295 15 30 浅黄+ -38新油 — — 浅黄 -25油品颜色是衡量杂质高低的一个间接指标,颜色浅质量好,作者将新油的颜色定为浅黄色。“+”表示颜色稍深,“-”表示颜色稍浅。加白土时间和搅拌时间不变的情况下,白土用量越大,油品颜色越浅。使用过多的白土,虽然油品颜色好,但对于再生油而言,指标达到要求即可满足需要,外观不是必要指标,所以在满足质量的前提下,选择白土用量为8%~10%(质量分数)。 白土加入方式对油品颜色的影响白土脱色的加入方式对油品颜色有一定影响,实验加入白土时间为30 min,搅拌时间为30 min,加入温度75~80 ℃,吸附温度130~140 ℃。结果见表7。表6 白土加入方式对油品颜色的影响白土用量/% 加入方式 产品颜色15 1次加完 棕红15 先加50%(质量分数,下同)再加50% 棕黄-加入温度和吸附温度不变的情况下,分两次加入白土吸附效果要比一次加入好,油品颜色更浅一些。 酸渣的中和处理再生工艺酸洗中产生大量的废酸渣,其主要成分是胶质和沥青质,中和后除去盐份,可以作为沥青使用。在进行废润滑油再生研究的同时,另外的研究也在进行,制备环氧中间体。由于采用固体氢氧化钠为催化剂,实验中产生了大量的废碱。实验尝试用废碱中和酸渣,水洗后沥青的各项指标基本达到了一般使用标准。如果有机中间体制备产生废碱的行业同时进行废油再生生产,可以做到以废治废的目的。本研究只是对此进行了一点尝试。 废水的治理再生工艺中各工序产生的废水主要含有油和无机盐,实验采用阳离子絮凝剂进行浮选,处理后水中油采用分光光度法分析,含油量小于5 mg/L,达到了排放标准。但对无机盐如何处理有待进一步研究。3 结 论(1)实验采用优化设计的再生工艺,得到的再生润滑油可以满足一般的使用环境,酸值达到对照油标准,凝点优于对照油品。再生油的理化指标符合国家标准。(2)最佳条件为:98%浓硫酸浓度,用量为废油量的6%(质量分数);10%氢氧化钠水溶液为最佳中和剂;白土吸附温度为130~140 ℃,吸附时间为30~40 min为宜;白土分两次加入,用量为油品的8%~10%(质量分数)。(3)工艺简单,安全可靠,实用性强。(4)原料易得,操作费用低。产品质量好,达到中性油水平。(5)对以废治废的工艺进行了初步尝试,效果理想。(6)采用阳离子絮凝剂对废水进行处理,水中残余油含量小于5 mg/L,达到了排放标准。(7)投资少,经济效益显著。参考文献[1] 任天辉,王大璞.废润滑油再生加工技术[J].中国资源综合利用,2000(3):141-145.[2] 唐光阳,施跃坚,刘满红.废润滑油的回收工艺初探[J].云南师范大学学报,2001(4):23-25.[3] 杨嘉谟.废润滑油再生[J].适用技术之窗,1998(6):7-8.[4] 司妍杰.浅谈废润滑油再生[J].润滑油,2002(3):63-64.[5] 张圣领,刘宏文,赵旭光.废润滑油絮凝—吸附再生工艺的研究[J].化学世界,2002(10):527-529.[6] 谭蔚,刘丽艳,朱企新.废润滑油再生中过滤分离工艺技术研究[J].流体机械,2003,31(7):5-7[7] 杨树杉.石油和石油化工技术实用手册石油化工篇[M].北京:中国石化出版社,1998.[8] 卡尔.石油和化学工程师实用手册[M].北京:化学工业出版社,1995.[9] 商业部燃料局.润滑油的回收与再生[M].贵阳:贵州人民出版社,1980.[10] 谷庆宝,王禹,高丰,等.废润滑油再生利用的现状与面临的问题[J].中国资源综合利用,2003(7):11-16.[11] 刘发起.废润滑油再生工艺技术与研究[J].贵州化工,2004,29(2):8-10.[12] 张鹏辉.车用润滑油的再生研究[J].节能,2003(1):24-26.责任编辑:黄 苇 (收到修改稿日期:2007-02-05)©版权所有 《环境污染与防治》杂志社

润滑油型加氢裂化催化剂的双功能具有弱酸性和强加氢活性润滑油型加氢裂化催化剂的双功能是指具有弱酸性和强加氢活性加氢裂化催化剂(hydrocracking catalyst)是石油炼制过程中,重油在360~450℃高温,15~18MPa高压下进行加氢裂化反应,转化成气体、汽油、喷气燃料、柴油等产品的加氢裂化过程使用的催化剂。加氢裂化过程在石油炼制过程属于二次加工过程,加工原料为重质馏分油,也可以是常压渣油和减压渣油,加氢裂化过程的主要特点是生产灵活性大,产品的分布可由操作条件来控制,可以生产汽油、低凝固点的喷气燃料和柴油,也可以大量生产尾油用作裂解原料或生产润滑油。所得的产品稳定性好,但汽油的辛烷值不高。由于操作条件苛刻,设备投资和操作费用高,应用不如催化裂化广泛。但加氢裂化过程可以处理含硫等杂质和芳烃含量较高的原料,原料在进裂化反应器前先进加氢精制反应器经严格精致。裂化反应器进料因目的产品不同,可进循环油,或不进循环油。循环油的范围很宽,可以是汽油以下的所有馏分油,也可以是柴油以下的(>350℃)重馏分油。多数原料可以采用固定床反应器,但渣油加氢裂化必须采用沸腾床反应器,加氢裂化催化剂必须适应相应的原料和反应条件及设备。中文名 加氢裂化催化剂外文名 hydrocracking catalyst作用 用于加氢裂化过程的双功能催化剂性质 催化剂加氢组分 具有氢脱氢活性

润滑油研究论文

前言

随着我国经济的发展和提高,人们的出行方式也有了越来越多的选择,汽车行业得到了前所未有的发展机遇,汽车也走进了千家万户,不仅方便了人们的生活,也提高了我国城市生活水平,但是汽车往往在购买后,使用频繁,工作环境复杂,且容易受到行驶时间、承载重量、行驶速度、道路状况、驾驶人的经验以及使用的辅助燃料等的影响,导致汽车的零部件、发动机受到不同程度的损害、老化、变形、腐蚀等现象,进而影响到汽车的使用寿命,若不关注,则有可能产生一些安全隐患,为汽车的今后使用中增添危险。

1.汽车保养维护的含义

汽车维护和保养主要是为了保持并对损毁的零部件进行恢复,保证汽车始终处于良好的运行状态中,不仅延长了汽车的使用寿命,也避免了汽车大修的巨额资金困扰。同时,随着社会的发展,人们对汽车也越来越挑剔,不仅需要汽车的零部件完好,也需要对汽车进行清洁和美化,由此,许多车行和修理厂特别推出了汽车美容、洗车、汽车装饰、汽车保养顾问等附加产品,这也是汽车行业的衍生物,是社会发展的趋势。

汽车的良好保养则可以较大程度地降低汽车的能耗,保护零部件和发动机的安全使用,排除安全隐患,达到节能减排的目的,并且可以延长汽车的使用寿命,因此,汽车维护和保养受到了越来越多车主和维修厂的接纳以及重视。本文所指的汽车维护保养的内容主要包括对行驶了一定里程和时间后的小型汽车,根据我国相关的汽车维护技术标准,使用符合规定的技术对汽车的各个方面进行检查,按照每个部件的不同要求,对其采用不同的专用维护材料进行预防性保养维护,这不仅可以及时发现汽车中存在的问题,也有助于降低汽车零部件的磨损速度,减缓汽车寿命消耗速度,保障汽车的安全运行,使汽车具有较好的实用性,不仅可以为车主节省修理资金,也可以帮助社会实现资源的优化配置。

2.汽车保养维护主要部位研究

车体保养

车体保养又称汽车美容,主要是根据车主的要求,对汽车的外观进行清洁,将各种氧化物和腐蚀物以及附着在汽车表面和汽车内饰上的污秽物冲洗干净,例如:泥块、雨渍、油渍、烟灰等等,定期清洗和保养不仅可以保持汽车的外观整洁,也可以延长汽车的使用寿命。目前,人们对汽车越来越挑剔,车的保养也从外观逐渐深入到了车内控制台的清理、座椅保养、车轮维护以及玻璃的清晰度保养等等。

车内保养

车体保养主要是为了保障汽车的安全运行,主要保养部位有以下几种:润滑油涂抹区域、燃油组件、冷却系统、制动系统、发动机等重要部位,这些部位是驱动汽车运行的关键,保养得当,会使这些重要部件安全可靠地运行,反之则会减少汽车的使用寿命,甚至留下安全隐患,给乘车人带来危险,因此,车内保养是不可或缺的。

整体翻新

整体翻新主要针对的是车的一些辅助零件的维护翻新,例如:车身的保险杠划痕清理翻新、轮毂的修复、座椅的皮革划伤清除等等,同时,也包括对车身各个部位的掉漆现象进行翻新维护,使汽车焕然一新,定期的保养可以防止汽车损坏程度不断加深,为车主节省不必要的汽车维修费用。

3.汽车保养维护的研究

发动机保养维护

发动机是汽车的心脏,为汽车提供动力,是汽车行驶的推进源,因此,发动机的.保养也就显得尤为重要。首先,发动机需要选择高质量的润滑油,如果对此了解不够,可根据汽车生产厂家规定的润滑油级别来选择;其次,需要定期检查机油滤芯,因为润滑油都有保质期,一旦滤芯的质量已不符合标准,就必须要进行更换,另外,还需要检查曲轴箱的通风情况,换气阀是通风情况良好与否的关键,如果污染物过多,换气阀就会被堵塞,导致通风不畅,增加耗能,也容易使发动机产生磨损;发动机的水箱也是保养的重点,车主需要时常检查水箱是否生锈,以免由于生锈降低水冷却能力;最后,火花塞也必须要定期检查,由于火花塞是影响汽车各个系统的关键部位,如果火花塞有破损现象,就必须要立即更换,否则,将会对发动机的正常工作带来重要影响。

车辆底盘保养维护

汽车的底盘需要定期清理,保持底盘处在整洁干燥的工作环境下,避免底盘上附着过多的泥沙污垢,这些泥沙若不及时清理,就会结块,增加汽车底盘各个零件的摩擦力,减少汽车底盘零件的使用寿命。另外,底盘是四大系统的聚集地,即:传动系统、行驶系统、转向系统和制动系统,泥沙的覆盖还会对这四大系统的正常工作带来影响,例如:挡泥板、尾气管道等部位,要增加清洗频率,定期送往汽车修理厂进行彻底清洗。车主还要注意尽量行驶在平整的路面,因为坑洼地面可能会有凹凸部位,使汽车的底盘各大系统与地面直接摩擦,对汽车的底盘产生破坏。

车胎保养维护

车胎是最容易保养也是最容易忽视的地方,它暴露在空气中,受路况的影响,若是平坦的柏油马路,则车胎往往不会受损,若是沙地或坑坑洼洼的石子路,则容易嵌入车胎的缝隙内,久而久之,会加重车胎的损坏,甚至产生爆胎,另外若气温过高,车胎由于是胶皮制成的,因此容易产生软化变形,此时启动汽车,运行时,由于车胎的抗拉力下降,也会产生爆胎。因此,车主需要时刻检查车胎有无变形受损或划痕裂缝,以便及时更换轮胎,防止进一步的损害,保证安全运行。

结语

由于汽车的使用频率高,行驶时间长,路况复杂,这都使得汽车会受到不同程度地损伤,若一味地积攒不理,就会导致汽车的安全隐患越来越多,甚至报废,到时不仅需要返厂修理,耗费大量的资金,也耽误了车主的出行安排,浪费时间,因此,在日常生活中进行定期的保养维护是保障延长和及时发现问题的重要环节,可以节省资金和时间,还可以提高汽车的整洁程度,保持安全使用。

润滑剂的分类和选用你这个具体怎么决定

拟写论文提纲也是论文写作过程中的重要一步,可以说从此进入正式的写作阶段。首先,要对学术论文的基本型(常用格式)有一概括了解,并根据自己掌握的资料考虑论文的构成形式。对于初学论文写作者可以参考杂志上发表的论文类型,做到心中有数;其次,要对掌握的资料做进一步的研究,通盘考虑众多材料的取舍和运用,做到论点突出,论据可靠,论证有力,各部分内容衔接得体。第三,要考虑论文提纲的详略程度。论文提纲可分为粗纲和细纲两种,前者只是提示各部分要点,不涉及材料和论文的展开。对于有经验的论文作者可以采用。但对初学论文写作者来说,最好拟一个比较详细的写作提纲,不但提出论文各部分要点、而且对其中所涉及的材料和材料的详略安排以及各部分之间的相互关系等都有所反映,写作时即可得心应手。六、执笔写作执笔写作标志着科研工作已进入表达成果的阶段。在有了好的选题、丰富的材料和详细的提纲基础上,执笔写作应该是顺利的,但也不可掉以轻心。一篇高质量的学术论文,内容当然要充实,但形式也不可不讲究,文字表达要精炼、确切,语法修辞要合乎规范,句子长短要适度。特别应注意的是,一定要采用医学科技语体,用陈述句表达,减少或避免感叹、抒情等语句以及俗言俚语,也不要在论文的开头或结尾无关联系党政领导及其言论或政治形势。论文写作也和其他文体写作一样,存在着思维的连续性。因此,在写作时要尽量排除各种干扰,使思维活动连续下去,集中精力,力求一气呵成。对于篇幅较长的论文,也要部分一气呵成,中途不要停顿,这样写作效果较好。

析氢催化剂毕业论文

近日,《催化学报》在线发表了中国石油大学(北京)戈磊教授团队在光催化解水领域的最新研究成果。该工作报道了结合动力学和热力学对PtPd修饰硫化镉锌纳米棒高效光催化制氢的机理研究。论文第一作者:张临河硕士,论文通讯作者:戈磊教授。02背景介绍双金属合金是目前最有效的共催化剂之一。与单金属纳米粒子相比,双金属纳米粒子由于其独特的微观结构和优良的催化性能而具有巨大的催化潜力。Pt具有较高的功函数和较低的质子还原能力,被认为是最有效的贵金属助催化剂。本课题组研究发现,在氢气生产过程中,PtPd合金作为助催化剂的光催化性能高于Pt。这一现象可以通过PtPd合金的热力学结果来理解,而反应动力学在光催化制氢中也起着重要作用。因此,利用热力学和动力学相结合的方法来研究改进析氢活性的PtPd共催化剂的性质和机理是很有必要的。

01 导读

二维材料由于其独特的电子结构和原子构型已经被广泛研究用于电催化领域,特别是催化析氢反应。之前的诸多研究成果已经表明二维材料的边缘处为催化反应提供了活性位点。然而,相比于二维材料基面而言,其边缘原子数毕竟是少量,所以调控激发其基面大量原子参与催化反应是提高其整体催化活性的重要研究内容。目前,报道的优化方法主要是通过在二维材料基面上构造原子空位(肖特基缺陷)或者掺杂异原子来提高其基面催化性能。这些方法或催化活性有待提高或需要消耗贵金属等等。所以如何简便地在二维材料基面上精准构造一类具备高效催化活性的原子缺陷结构,一直以来都是具有挑战性的科学难题。

02 成果掠影

近日, 苏州大学李彦光教授、天津理工大学罗俊教授、湖南大学刘松教授以及华东理工大学戴升教授(共同通讯) 联合在国际著名期刊 Nature Communications 上发表题为“Frenkel-defected monolayer MoS2 catalysts for efficient hydrogen evolution”的文章。 许杰、邵功磊以及唐璇 为本文共同第一作者。作者们首次在单层MoS2基面上制备出弗兰克尔新型缺陷结构,并借助球差校正电镜解析出不同缺陷的原子结构,最后通过微纳电化学装置巧妙测试出单层MoS2基面上不同缺陷结构的电催化析氢性能。结果表明一定浓度的弗兰克尔原子缺陷结构甚至比Pt单原子掺杂在MoS2基面上的析氢催化性能更加优异。本文为研究不同种类原子缺陷结构对催化活性的影响提供了新思路和研究对象。

03 核心创新点

1、首次在单层MoS2上制备出弗兰克尔原子缺陷结构,并通过球差校正电镜确认其原子构型。

2、通过微纳电化学装置测量出单层MoS2基面上不同原子缺陷结构的电催化析氢性能,结合理论计算分析出不同缺陷结构表面的电荷分布对其催化活性影响。

04 数据概览

图1:单层MoS2基面上不同原子缺陷结构对应的原子像。

(a-c)单层MoS2原子像及原子模型;(d-f)单层MoS2上弗兰克尔缺陷结构原子像及原子模型;(g-i)单层MoS2上Pt单原子掺杂原子像及原子模型。

图2:单层MoS2基面上不同原子缺陷结构电催化性能测试。

(a)微纳电化学装置示意图;(b)单层MoS2上暴露的基面区域,用于测试的窗口;(c-d)MoS2基面上不同原子缺陷结构对应的电催化性能指标。

05 成果启示

本文作者们在单层MoS2基面上通过简易手段首次构造出一类新型原子缺陷结构(弗兰克尔缺陷)用于高效催化析氢反应。结合理论计算等手段,表明不同缺陷结构会直接影响二维材料基面上电荷分布情况,进而直接决定其催化活性。另外,本文也为研究各类不同原子缺陷结构对催化剂性能的影响提供了很好的思路。

文献链接:Jie Xu, Gonglei Shao, Xuan Tang, et al. Frenkel-defected monolayer MoS2 catalysts for efficient hydrogen evolution. Nature Commun. 13, 2193 (2022).

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第一作者:孙华传,李林峰,陈効谦

通讯作者:王春栋*,熊宇杰*

单位:华中 科技 大学,中国科学技术大学

研究背景

文章简介

近日,来自华中 科技 大学王春栋副教授团队和中国科学技术大学熊宇杰教授团队合作,在国际知名期刊 Science Bulletin 上发表题为“Highly efficient overall urea electrolysis via single-atomically active centers on layered double hydroxide”的研究文章。该文章仔细研究了层状双氢氧化物上(LDH)的单原子(SAC)精确位置以及不同单原子含量对催化活性的影响, 并通过理论结合实验的方式系统阐述了单原子与载体LDH之间的相互协同作用。这项工作从单原子精确位置的角度为全电解多功能SAC的设计提供了重要见解。

电催化析氢和尿素氧化的反应机理图

本文要点

要点一 :本文采用乙二醇辅助水热法将单原子 Rh均匀分散到超薄 NiV-LDH纳米片上(Rh/NiV-LDH),并将其同时用于催化 HER 和 UOR。Rh/NiV-LDH具有较高的TOF值,并表现出显著的质量活性,同时具有较低的过电位和较快的HER和UOR反应动力学。

图1. Rh/NiV-LDH电极的制备流程示意图以及结构与微观形貌表征。

要点二: 通过 AC-STEM 和 HAADF-STEM 图像,观察到大量高度分散在NiV-LDH 载体上的 Rh 单原子。FT-EXAFS 拟合结果表明,Rh/NiV-LDH 催化剂中只有 Rh-O 键被探测到( Å),没有任何的金属 Rh-Rh 键( Å)或 Rh-O-Rh 键( Å),进一步证实了NiV-LDH 载体上的 Rh 原子与载体表面的氧成键并以单分散形式存在。DFT 理论计算表明,Rh 原子在NiV-LDH 表面即在的Ni、V 和O 位点顶部的形成能分别为 、 eV 和 eV ,再一次说明Rh 在NiV-LDH表面的单分散构型比在 NiV-LDH 的Ni 和V位上的掺杂构型更具有能量可行性。此外,Rh 原子在 NiV-LDH的 NiV中空位置且垂直面对氧原子构型的形成能最低,说明大部分 Rh 单原子分布在Ni-V中空位置(O 原子的顶部),少部分可能分布在Ni原子或V原子的顶部位置。

图2. Rh/NiV-LDH的光谱表征。

要点三 :测试表明,在碱性介质中,Rh/NiV-LDH阴极催化剂在100 mA cm-2电流密度下的HER过电位为64 mV,且能稳定工作超过200 h,电催化析氢法拉第效率接近100%。此外,Rh/NiV-LDH在100 mV过电位下具有较高HER质量活性( A mg 1)和周转频率(TOF: s 1)。

图3. 制备催化剂在碱性电解质中的电催化析氢(HER)性能。

要点四 :Rh/NiV-LDH 催化电极Rh/NiV-LDH表现出优异的UOR催化活性,仅需要 V即可实现10 mA cm 2。将 Rh/NiV-LDH 催化电极分别作为电解槽的阴极和阳极,并以碱性尿素介质(1 M KOH+ M Urea )为电解液,从而组装简易的 Rh/NiV-LDH (+)//Rh/NiV-LDH (-)双电极尿素电解槽。该电解槽驱动 10mA cm-2时仅需施加的电压, 且能稳定工作超过100 h。当自组装 Rh/NiVLDH(+)||Rh/NiV-LDH (-)电解槽的工作电流密度达到 100 mA cm-2 时,该装置只需要稳定工作 3 h 就可以将电解液中的尿素降解 93%左右,即使循环工作三次,其尿素降解率仍然能保持 90%左右,且能稳定产生 H2, 表明 Rh/NiV-LDH 在大规模节能制氢和净化富尿素废水方面具有巨大的潜力。

图4. Rh/NiV-LDH及其对比样在1 M KOH溶液中的电催化尿素氧化(UOR)和尿素全解性能测试。

要点五 :密度泛函理论(DFT)计算表明,单分散的 Rh 单原子改变了载体 NiV-LDH 的电子结构,优化了氢吸附中间体(H*)的吸附和解吸过程,从而降低了 HER 过程中 Volmer 步骤和Heyrovsky 步骤的反应势垒,进而提升 Rh/NiV-LDH 催化剂的 HER 催化活性。与此同时, 单原子 Rh 位点还优化了 Rh/NiV-LDH 催化剂对尿素分子的吸附和活化,促进了其关键中间体(如 CO*/NH*)的解吸,显著降低UOR反应决速步骤(RDS)的反应能垒,加速 UOR 反应动力学并提升 UOR 催化活性。

图5. 密度泛函理论计算。

总 结

综上所述,AC-STEM、XAS和DFT计算结果表明,通过一步水热合成法成功制备了锚定在NiV-LDH基体上的Rh SACs(位于Ni-V中空位点)。所制备的Rh/NiV-LDH在碱性溶液中对HER和UOR表现出良好的双功能催化活性。DFT计算表明,单分散的Rh单原子改变了载体NiV-LDH的电子结构,降低了HER的Volmer步骤和Heyrovsky步骤的反应势垒。同时,Rh位点也优化了尿素分子的吸附和/或活化,促进了关键中间体(如CO*/NH*)的解吸,这显著降低了UOR决速步骤(RDS)的反应能垒,加快了UOR反应动力学。将Rh/NiV-LDH催化剂分别作为阴极和阳极组装成整体尿素电解槽,其由 V太阳能电池板供电即可使得两个电极上产生大量H2和N2气泡。这表明该催化剂在大规模节能制氢和富尿素废水净化方面具有很大的潜力。本工作对未来具有精确位置的SACs的可控和大规模生产具有一定的启发作用。

文章链接

Huachuan Sun, Linfeng Li, Hsiao-Chien Chen, Delong Duan, Muhammad Humayun, Yang Qiu, Xia Zhang, Xiang Ao, Ying Wu, Yuanjie Pang, Kaifu Huo, Chundong Wang*, Yujie Xiong*.Highly efficient overall urea electrolysis via single-atomically active centers on layered double hydroxide. Sci. Bull. 2022 .

DOI:

通讯作者简介

王春栋副教授 ,华中 科技 大学光学与电子信息学院/武汉光电国家研究中心双聘副教授、华中卓越学者。2013年于香港城市大学获得博士学位,2013-2015年先后在香港城市大学、香港 科技 大学,荷语鲁汶大学任高级研究助理/副研究员,比利时弗拉芒政府科学基金会FWO学者,鲁汶大学F+研究员,2015年9月起任职华中 科技 大学。研究领域为非贵金属光/电催化剂设计及其在环境和能源中的应用。王春栋副教授是香港城市大学优秀博士论文奖( 2013 年全校 7 个)获得者,获评湖北省“楚天学者”计划楚天学子( 2015 年),澳门大学杰出访问学者(2019),华中卓越学者晨星岗(2020), 是美国材料学会(MRS)会员, 欧洲材料学会(EMRS)会员, 中国化学学会会员。担任 Frontier in Chemistry和Molecules杂志客座编辑, Advanced Powder Materials 杂志特聘编委,Exploration青年编委,Rare Metals青年编委。长期担任 Adv. Func. Mater.,等四十余个国际著名杂志审稿人/仲裁人,塞尔维亚国家自然科学基金和香港研究资助委员会(RGC)国际评审专家。在 J. Am. Chem. Soc.,Energy Environ. Sci., Angew. Chem. Int. Ed., ., Research 等杂志发表 SCI 论文 150 余篇,他引6000余次, H-因子 44,2021年入选全球前2%顶尖科学家榜单和全球前十万科学家榜单。先后主持国家重点研发计划(国际合作重点专项)、基金委面上项目、基金委青年项目、湖北省重点研发计划等项目十余项。

课题组网站:

熊宇杰, 中国科学技术大学讲席教授、博士生导师。1996年进入中国科学技术大学少年班系学习,2000年获化学物理学士学位,2004年获无机化学博士学位,师从谢毅院士。2004至2011年先后在美国华盛顿大学(西雅图)、伊利诺伊大学香槟分校、华盛顿大学圣路易斯分校工作。2011年辞去美国国家纳米技术基础设施组织的首席研究员职位,回到中国科学技术大学任教授,建立独立研究团队。2017年获国家杰出青年科学基金资助,入选英国皇家化学会会士(FRSC)。2018年获聘长江学者特聘教授,入选国家万人计划 科技 创新领军人才。2022年当选东盟工程与技术科学院外籍院士(FAAET(F))、新加坡国家化学会会士(FSNIC)。现任ACS Materials Letters副主编。主要从事基于催化过程的生态系统重构研究。迄今为止,在Science等国际刊物上发表260余篇论文,总引用32,000余次(H指数93),入选科睿唯安全球高被引科学家榜单和爱思唯尔中国高被引学者榜单。2012年获国家自然科学二等奖(第三完成人),2014-2016和2018年四次获中国科学院优秀导师奖,2015年获中美化学与化学生物学教授协会杰出教授奖,2019年获英国皇家化学会Chem Soc Rev开拓研究者讲座奖,2021年获安徽省自然科学一等奖(第一完成人)。

课题组网站:

第一作者简介

孙华传 ,华中 科技 大学光学与电子信息学院的2019级博士,研究方向为高活性金属电催化剂设计合成及其在电解水中的应用,目前以第一作者和共同第一作者的身份在 J. Am. Chem. Soc.、.、Appl. Cata. B-Environ、ACS Appl. Mater. Inter.、Chem. Eng. J.、J. Power Sources 等期刊发表SCI论文8篇,其中2篇入选ESI高被引论文。

Email :

李林峰 ,华中 科技 大学光学与电子信息学院的2020级硕士研究生,研究方向为单原子催化剂及其合成电催化中的应用,以及电催化中的计算材料科学。

Email :

陈効谦 :2011年毕业于长庚大学并获得化学与材料工程专业博士学位,目前担任长庚大学可靠性科学与技术中心的助理教授。目前的研究方向包括电化学能量中电催化剂的原位表征技术的发展转换。

Email :

光催化水解制氢的研究论文

(绿色合成具有优异光解水性能的三元催化剂) 湖南日报·新湖南客户端3月21日讯(通讯员 赵园园)近日,由湘大土木工程与力学学院张平教授、尹久仁教授和丁燕怀教授组成的团队在光解水方面的研究取得了突破性进展,相关成果以“Solid-state, Low-cost and Green Synthesis and Robust Photochemical Hydrogen Evolution Performance of Ternary TiO2/MgTiO3/C Photocatalysts”发表于国际期刊iScience。 该期刊属于Cell的综合性子刊,主要关注自然科学各个领域最前沿的研究工作。杨忠美博士和蒋运鸿博士为论文共同第一作者,丁燕怀教授和张平教授为本文的共同通讯作者(论文链接: )。 (TiO2/MgTiO3/C的低倍TEM图及其不同光照条件下光催化产氢的视频截图) 团队利用一种绿色、低成本方法制备了一种高效三元催化剂TiO2/MgTiO3/C用于光解水产氢,整个制备过程不涉及任何有机溶剂和有毒副产物,其在一个模拟太阳光下产氢效率高达∙h-1∙g-1, 较商品化的P-25 TiO2提高了四倍以上,其在纯可见光下的产氢效率也达到∙h-1∙g-1。光电化学测试结果表明该催化剂在紫外光区的IPCE(the incident photon to charge carrier generation efficiency)效率接近90%,而在400nm~ 470nm的IPCE效率也有较大程度的提高。迄今为止,在已报道的克级制备的同类型催化剂材料中其光催化产氢效率最高,相关成果已经申请发明专利保护。 该研究工作得到了国家自然科学基金、湖南省自然科学基金、湖南省教育厅重点项目、湖南省研究生创新基金、力学国家重点学科、化工模拟与增强国家级工程中心的支持和资助。张平教授、尹久仁教授和丁燕怀教授课题组长期从事交叉学科的研究,课题组成员具有力学、材料学、计算模拟等方面的研究背景,近来年课题组成员在Energy & Environmental Science, Nature Communications, Journal of Materials Chemistry A,Nanoscale,Carbon,Journal of Membrane Science和中国科学等知名期刊发表论文20余篇,申报国家专利10余项。 [责编:曹漾] [来源:湖南日报·新湖南客户端]

光催化法制氢半导体TiO2及过渡金属氧化物、层状金属化合物,如K4Nb6O17、K2La2TiO10、Sr2Ta2O7等,以及能利用可见光的催化材料,如CdS、Cu-ZnS等,都能在一定的光照条件下,催化分解水,从而产生氢气。然而到目前为止,利用催化剂光解水的效率还很低,只有1% ~2%。已经研究过的用于光解水的氧化还原催化体系主要有半导体体系和金属配合物体系两种,其中以半导体体系的研究最为深入。 半导体光催化在原理上类似于光电化学池,细小的光半导体颗粒可以被看作是一个个微电极悬浮在水中,他们像光阳极一样在起作用,所不同的是它们之间没有像光电化学池那样被隔开,甚至阴极也被设想是在同一粒子上,水分解成氢气和氧气的反应同时发生。当小于387nm 的紫外光照射到TiO2时,价带上电子吸收能量后发生跃迁到导带,在价带和导带分别产生了空穴与电子,吸附在TiO2的水分子被氧化性很强的空穴氧化成为氧气,同时产生的氢离子在电解液中迁移后被电子还原成为氢气。和光电化学池比较,半导体光催化分解水放氢的反应大大简化,但通过光激发在同一个半导体微粒上产生的电子空穴对极易复合。因此为了抑制氢和氧的逆反应及光激发半导体产生的电子和空穴的再结合,可加入电子给体作为空穴清除剂,以提高放氢效率。废水中许多有机物是良好的电子给体,如果把废水处理与光催化制氢结合起来,可同时实现太阳能制氢和太阳能去污 。工程热力学是热力学最先发展的一个分支,它主要研究热能与机械能和其他能量之间相互转换的规律及其应用,是机械工程的重要基础学科之一。通过对热力系统、热力平衡、热力状态、热力过程、热力循环和工质的分析研究,改进和完善热力发动机、制冷机和热泵的工作循环,提高热能利用率和热功转换效率。为此,必须以热力学基本定律为依据,探讨各种热力过程的特性;研究气体和液体的热物理性质,以及蒸发和凝结等相变规律;研究工质特性也是分析某些类型制冷机所必需的。现代工程热力学还包括诸如燃烧等化学反应过程,溶解吸收或解吸等物理化学过程,这就又涉及化学热力学方面的基本知识。

近日,《催化学报》在线发表了中国石油大学(北京)戈磊教授团队在光催化解水领域的最新研究成果。该工作报道了结合动力学和热力学对PtPd修饰硫化镉锌纳米棒高效光催化制氢的机理研究。论文第一作者:张临河硕士,论文通讯作者:戈磊教授。02背景介绍双金属合金是目前最有效的共催化剂之一。与单金属纳米粒子相比,双金属纳米粒子由于其独特的微观结构和优良的催化性能而具有巨大的催化潜力。Pt具有较高的功函数和较低的质子还原能力,被认为是最有效的贵金属助催化剂。本课题组研究发现,在氢气生产过程中,PtPd合金作为助催化剂的光催化性能高于Pt。这一现象可以通过PtPd合金的热力学结果来理解,而反应动力学在光催化制氢中也起着重要作用。因此,利用热力学和动力学相结合的方法来研究改进析氢活性的PtPd共催化剂的性质和机理是很有必要的。

工业催化剂的制备论文参考文献

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是。因为乙炔燃气的氢氯化方式是,加热到136度,反应半个小时,会产生三炔氮氢的杂质,方程式是C2H2+2HCl+CHCl2=CH3CH2Cl-CH2Cl HCl,所以是。

根据《乙炔氢氯化反应工艺工业原料气杂质含量标准》(GB/T ),乙炔氢氯化反应工业原料气杂质含量的限制标准为:氧:不超过1000ppm;氮气:不超过500ppm;硫化氢:不超过50ppm;一氧化碳:不超过500ppm;水:不超过100ppm。

当今,化学的发展非常迅速。在20世纪发现和人工合成的化合物的种类是2285万多种,是此之前发现的所有化合物总数的41倍强。但“化学家太谦虚”,20世纪化学取得的辉煌成就,并未获得社会应有的认可。1 化学所面临的挑战 化学的形象正在被与其交叉的学科的巨大成功所埋没化学是一门中心科学,化学与生命、材料等八大朝阳科学有非常密切的联系,产生了许多重要的交叉学科,但化学作为中心学科的形象反而被其交叉学科的巨大成就所埋没。化学这门重要的中心科学(central science)反而被社会看作是伴娘科学(bridesmaid science)而不受重视。 化学正被各种各样的环境污染问题所困扰 化学的发展在不断促进人类进步的同时,在客观上使环境污染成为可能,但是起决定性的是人的因素,最终要靠人们的认识不断提升来解决这个问题。一些著名的环境事件多数与化学有关,诸如臭氧层空洞、白色污染、酸雨和水体富营养化等;另一方面把所有的环境问题都归结为化学的原因,显然是不公平的,比如森林锐减、沙尘暴和煤的燃烧等。这当然与化学没有树立好自己的品牌有关系,在最早的化学工艺流程里面,根本没有把废气和废渣的处理纳入考虑范围,因此很多化学工艺都是会带来环境污染的。现在,有些人把化学和化工当成了污染源。人们开始厌恶化学,进而对化学产生了莫名其妙的恐惧心理,结果造成凡是有“人工添加剂”的食品都不受欢迎,有些化妆品厂家也反复强调本产品不含有任何“化学物质”。事实上,这些是对化学的偏见,监测、分析和治理环境的却恰恰是化学家。2 绿色化学是应对挑战的必然 科学不但要认识世界和改造世界,还要保护世界。化学也如此,为了应对化学所面临的挑战,提倡绿色化学是刻不容缓。 绿色化学的概念绿色化学又称环境无害化学、环境友好化学或清洁化学,是指化学反应和过程以“原子经济性”为基本原则,即在获取新物质的化学反应中充分利用参与反应的每个原料原子,在始端就采用实现污染预防的科学手段,因而过程和终端均为零排放和零污染,是一门从源头阻止污染的化学。绿色化学不同于环境保护,绿色化学不是被动地治理环境污染,而是主动的防止化学污染,从而在根本上切断污染源,所以绿色化学是更高层次的环境友好化学。绿色化学的产生及其背景当今,可持续发展观是世人普遍认同的发展观。它强调人口、经济、社会、环境和资源的协调发展,既要发展经济,又要保护自然资源和环境,使子孙后代能永续发展。绿色化学正是基于人与自然和谐发展的可持续发展理论。在1984年,美国环保局(EPA)提出“废物最小化”,这是绿色化学的最初思想。1989年,美国环保局又提出了“污染预防”的概念。 1990年,美联邦政府通过了“防止污染行动”的法令,将污染的防止确立为国策,该法案条文中第一次出现了“绿色化学”一词。1992年,美国环保局又发布了“污染预防战略”。1995年,美国政府设立了“总统绿色化学挑战奖”。1999年英国皇家化学会创办了第一份国际性《绿色化学》杂志,标志着绿色化学的正式产生。我国也紧跟世界化学发展的前沿,在1995年,中国科学院化学部确定了《绿色化学与技术》的院士咨询课题。 绿色化学的核心内容原子经济性是绿色化学的核心内容,这一概念最早是1991年美国Stanford大学的著名有机化学家Trost(为此他曾获得了1998年度的“总统绿色化学挑战奖”的学术奖)提出的,即原料分子中究竟有百分之几的原子转化成了产物。理想的原子经济反应是原料分子中的原子百分之百地转变成产物,不产生副产物或废物,实现废物的“零排放”。他用原子利用率衡量反应的原子经济性,认为高效的有机合成应最大限度地利用原料分子的每一个原子,使之结合到目标分子中。绿色化学的原子经济性的反应有两个显著优点:一是最大限度地利用了原料,二是最大限度地减少了废物的排放。原子利用率的表达式是: 原子利用率= (预期产物的式量/反应物质的式量之和)×100% 如无公害氧化剂过氧化氢的制备可采用乙基蒽醌法,即由氢和氧在2-乙基蒽醌和Pd为催化剂作用下直接合成,2-乙基蒽醌复出并可循环使用。此反应原子利用率为100%,体现了原子经济性,减少废物的生成和排放,是典型的零排放例子。 绿色化学的12项原则和5R原则为了简述了绿色化学的主要观点,和曾提出绿色化学的12项原则,这12项原则对我们今后从事绿色化学的研究具有一定的指导作用。Ⅰ.防止——防止产生废弃物要比产生后再去处理和净化好得多。 Ⅱ.讲原子经济——应该设计这样的合成程序,使反应过程中所用的物料能最大限度地进到终极产物中。 Ⅲ.较少有危害性的合成反应出现——无论如何要使用可以行得通的方法,使得设计合成程序只选用或产出对人体或环境毒性很小最好无毒的物质。 Ⅳ.设计要使所生成的化学产品是安全的——设计化学反应的生成物不仅具有所需的性能,还应具有最小的毒性。 Ⅴ.溶剂和辅料是较安全的——尽量不同辅料(如溶剂或析出剂)当不得已使用时,尽可能应是无害的。 Ⅵ.设计中能量的使用要讲效率——尽可能降低化学过程所需能量,还应考虑对环境和经济的效益。合成程序尽可能在大气环境的温度和压强下进行。 Ⅶ.用可以回收的原料——只要技术上、经济上是可行的,原料应能回收而不是使之变坏。Ⅷ.尽量减少派生物——应尽可能避免或减少多余的衍生反应(用于保护基团或取消保护和短暂改变物理、化学过程),因为进行这些步骤需添加一些反应物同时也会产生废弃物。 Ⅸ.催化作用——催化剂(尽可能是具选择性的)比符合化学计量数的反应物更占优势。 Ⅹ.要设计降解——按设计生产的生成物,当其有效作用完成后,可以分解为无害的降解产物,在环境中不继续存在。 Ⅺ.防止污染进程能进行实时分析——需要不断发展分析方法,在实时分析、进程中监测,特别是对形成危害物质的控制上。 Ⅻ.特别是从化学反应的安全上防止事故发生——在化学过程中,反应物(包括其特定形态)的选择应着眼于使包括释放、爆炸、着火等化学事故的可能性降至最低。 为了更明确的表述绿色化学在资源使用上的要求,人们又提出了5R理论:Ⅰ.减量——Reduction 减量是从省资源少污染角度提出的。减少用量、在保护产量的情况下如何减少用量,有效途径之一是提高转化率、减少损失率。②减少“三废”排放量。主要是减少废气、废水及废弃物(副产物)排放量,必须排放标准以下。Ⅱ.重复使用——Reuse 重复使用这是降低成本和减废的需要。诸如化学工业过程中的催化剂、载体等,从一开始就应考虑有重复使用的设计。Ⅲ.回收——Recycling 回收主要包括:回收未反应的原料、副产物、助溶剂、催化剂、稳定剂等非反应试剂。 Ⅵ.再生——Regeneration 再生是变废为宝,节省资源、能源,减少污染的有效途径。它要求化工产品生产在工艺设计中应考虑到有关原材料的再生利用。 Ⅴ.拒用——Rejection 拒绝使用是杜绝污染的最根本办法,它是指对一些无法替代,又无法回收、再生和重复使用的毒副作用、污染作用明显的原料,拒绝在化学过程中使用。3 绿色化学的发展前景反应原料的绿色化 即反应原料符合5R原则。原子经济性反应 在基本有机原料的生产中,已有一些原子经济性反应的典范,如丙烯氢甲酰化制丁醛、甲醇羰化制醋酸和从丁二烯和氢氰酸合成己二腈等。高效合成法 不涉及分离高效的的多步合成无疑是洁净技术的重要组成部分。.提高反应的选择性———定向合成 如不对称合成。.环境友好催化剂 例如在正己烷的裂解反应中,固体酸SiO2-AlCl3比普通AlCl3具有更好的选择性,更小的腐蚀性。.物理方法促进化学反应 如微波引发和促进Diels Alder反应、Claisen重排、缩合等许多重要的有机反应。.酶促有机化学反应 酶促有机化学反应有高效性、选择性、反应条件温和和自身对环境友好等特点。溶剂 化学污染不仅来源于原料和产品,而且与反应介质、分离和配方中使用的溶剂有关,有毒挥发性溶剂替代品的研究是绿色化学的重要研究方向。如超临界流体、水相有机合成和室温熔盐溶剂等。.计算机辅助绿色化学设计和模拟 在化学化工领域,计算机已广泛用于构效分析、结构解析、反应性预测、故障诊断及控制等许多方面。无疑,计算机在寻找符合绿色化学原则的最佳反应路线、化工过程最优化、产品设计等方面推动了绿色化学的更快发展。环境友好产品 如可降解塑料、环境友好农药、绿色燃料、绿色涂料和CFCs替代物等。绿色化学为化学的发展注入了新的活力,在21世纪化学必将大有可为。浅谈绿色化学摘 要 建立绿色化学的根本目的是从节约资源和防止污染的观点出发,重新审视和改革传统化学,从而使我们对环境的治理可以从治标转向治本。为此,工业、农业、日常生活等采用无毒、无害并可循环使用的物料,化学反应的绿色化,是从“本”治理环境污染的重要途径。当今,化学的发展非常迅速。在20世纪发现和人工合成的化合物的种类是2285万多种,是此之前发现的所有化合物总数的41倍强。但“化学家太谦虚”,20世纪化学取得的辉煌成就,并未获得社会应有的认可。关键词 绿色化学 环境保护 生物技术 前言 人类正面临有史以来最严重的环境危机,由于人口急剧的增加,资源的消耗日益扩大,人均耕地、淡水和矿产等资源占有量逐渐减少,人口与资源的矛盾越来越尖锐;环保问题就成为经济与社会发展的重要问题之一。作为国民经济支柱产业之一的化学工业及相关产业,在为创造人类的物质文明作出重要贡献的同时,在生产活动中不断排放出大量有毒物质,化学工业也为环境和人类的健康带来一定的危害。发达国家对环境的治理,已开始从治标,即从末端治理污染转向治本,即开发清洁工业技术,消减污染源头,生产环境友好产品。“绿色技术”已成为21世纪化工技术与化学研究的热点和重要科技前沿。 化学可以粗略地看作是研究从一种物质向另一种物质转化的科学。传统的化学虽然可以得到人类需要的新物质,但是在许多场合中却既未有效地利用资源,又产生大量排放物,造成严重的环境污染。绿色化学则是更高层次的化学,它的主要特点是“原子经济性”,即在获得物质的转化过程中充分利用每个原料原子,实现“零排放”,因此既可以充分利用资源,又不产生污染。传统化学向绿色化学的转变可以看作是化学从“粗放型”向“集约型”的转变。绿色化学可以变废为宝,可使经济效益大幅度提高。绿色化学已在全世界兴起,它对我国这样新兴的发展中国家更是一个难得的机遇。1 采用无毒、无害并可循环使用的新物料 原料选择 工业化的发展为人类提供了许多新物料,它们在不断改善人类物质生活的同时,也带来大量生活废物,使人类的生活环境迅速恶化。为了既不降低人类的生活水平,又不破坏环境,我们必须研制并采用对环境无毒无害又可循环使用的新物料。 以塑料为例,据统计,到1989年美国在包装上使用的塑料就超过亿kg(20世纪90年代数量进一步上升),打开包装后即被抛弃,这些塑料废物破坏环境是我们面临的一大问题:掩埋它们将永久留在土地里中;焚烧它们会放出剧毒。 我国也大量使用塑料包装,而且在农村还广泛地使用塑料大棚和地膜,造成的“白色污染”也越来越严重。解决这个问题的根本出路在于研制可以自然分解或生物降解的新型塑料,目前国际上已有一些成功的方法,例如:光降解塑料和生物降解塑料。前者已经投入生产。光生物双降解塑料研究是我国“八五”科技攻关的一个重大项目,已取得一些进展。 溶剂的选择 大量的与化学制造相关的污染问题不仅来源于原料和产品,而且源自在其制造过程中使用的物质。最常见的是在反应介质,分离和配方中所用的溶剂。在传统的有机反应中,有机溶剂是最常用的反应介质,这主要是因为它们能较好地溶解有机化合物。但有机溶剂的毒性和难以回收又使之成为对环境有害的因素。因此,在无溶剂存在下进行的有机反应,用水作反应介质,以及超临界流体作反应介质或萃取溶剂将成为发展洁净合成的重要途径。 固相反应 固相化学反应实际上是在无溶剂化作用的新颖化学环境下进行的反应,有时可比溶液反应更为有效并达到更好的选择性。它是避免使用挥发性溶剂的一个研究动向。 以水为溶剂的反应 由于大多数有机化合物在水中的溶解性差,而且许多试剂在水中会分解,因此一般避免用水作反应介质。但水作为反应溶剂有其独特的优越性,因为水是地球上自然丰度最高的“溶剂”,价廉、无毒、不危害环境。此外水溶剂特有的疏水效用对一些重要有机转化是十分有益的,有时可提高反应速率和选择性,更何况生命体内的化学反应大多是在水中进行的。水相有机合成在有机金属类反应,水相Lewis酸催化的反应现都已取得较大进展。因此在某些有机化学反应中,开发利用以水作溶剂是大有可为的。 超临界流体作为有机溶剂 超临界流体是指超临界温度及超临界压力下的流体,是一种介于气态与液态之间的流体。在无毒无害溶剂的研究中,最活跃的研究项目是开发超临界流体(SCF),特别是超临界CO2作溶剂。超临界CO2是指温度和压力在其临界点(℃,7 )以上的CO2流体。它通常具有流体的密度,因而有常规常态溶剂的溶解度;在相同条件下,它又具有气体的粘度,因而又具有很高的传质速度。而且,由于具有很大的可压缩性,流体的密度,溶剂溶解度和粘度等性能可由压力和温度的变化来调节。其最大优点是无毒、不可燃、价廉等。 催化剂的选择 许多传统的有机反应用到酸、碱液体催化剂。如烃类的烷基化反应一般使用氢氟酸、硫酸、三氯化铝等液体酸做催化剂,这些液体酸催化剂的共同缺点是:对设备腐蚀严重,对人身危害和产生废渣污染环境。为了保护环境,多年来人们从分子筛、杂多酸、超强酸等新催化材料入手,大力开发固体酸做为烷基催化剂。其中采用新型分子筛催化剂的乙苯液相烃化技术较为成熟,这种催化剂选择性高,乙苯收率超过,而且催化剂寿命长。 2 化学反应的绿色化 为了节约资源和减少污染,合成效率成了当今合成方法学研究中关注的焦点。合成效率包括两方面,一是选择性(化学、区域、非对映体和对映体选择性),另一个就是原子经济性,即原料分子中究竟有百分之几的原子转化为产物,理想的原子经济反应是原料分子中的原子百分之百的转变为产物,不产生副产物或废弃物,实现废物的“零排放”。为此,化学化工工作者在设计合成路线时,要减少“中转”、增加“直快”、“特快”,更加经济合理地利用原料分子中的每一个原子,减少中间产物的形成,少用或不用保护基或离去基,避免副产物或废弃物的产生。实现原子经济反应的有效手段很多,在些不作赘述。 3 生物技术的应用 生物科学是当代科学的前沿。生物技术是世界范围内新技术革命的重要组成部分,生物化工是21世纪最具有发展潜力的产业之一,它将成为创造巨大社会财富的重要产业体系。采用生物技术已在能源、采油、采矿、肥料、农药、蛋白质、聚合物、表面活性剂、催化剂、基本有机化工原料、精细化学品的制造等方面得到广泛应用。从发展绿色化学的角度出发,它最大的特点和魅力就在节约能源和易于实现无污染生产而且可以实现用一般化工技术难以实现的化工过程,其产品常常又具有特殊性能。因此,生物技术的研究和应用倍受青睐。 绿色化学是人类的一项重要战略任务。绿色化学的根本目的是从节约资源和防止污染的观点来重新审视和改革传统化学,从而使我们对环境的治理可以从治标中转向治本。绿色化学的发展不仅将对环境保护产生重大影响,而且将为我国的企业与国际接轨创造条件。 参考文献1. 朱清时. 绿色化学和新的产业革命[J]. 现代化工,1998(6)2. 闵思泽. 环境友好石油炼制技术的发展[J].化学进展,1998(1)3. 黄培强. 绿色合成:一个逐步形成的学科前沿[J]. 化学进展,1998(4)4. 高兆林, 谭丕亨. 绿色化学浅说[J]. 山东化工,1999(2)[5.王恩举.漫谈绿色化学.大学化学,2002,(4)6.. 徐光宪.今日化学何去何从?.大学化学,2003,(1)7. 董昌耀,杨世忠.中学绿色化学教育实施策略探讨,化学教育. 2002来

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