概要:合成聚合物分离膜被广泛应用于水处理、蛋白质分离和医疗保健等领域.然而,传统聚合物膜面临着重大的挑战,例如渗透性和选择性之间相互制约、膜易被污染、机械强度低等.为了解决这些难题,本研究小组在聚合物分离膜的表/界面设计与剪裁以及膜材料构效关系上进行了系统的研究工作,并取得了以下进展:(1)提出并建立了一种基于贻贝仿生儿茶酚化学的膜表面功 能化与纳滤膜制备新途径;(2)设计并制备了一种以刚性多孔基膜为载体的凝胶填充聚合物复合膜,发展了一种高机械强度的环境响应性分离膜制备方法;(3)建立了基于两亲聚合物的分离膜表面按需设计以及抗污改性的新方法;(4)设计并开发了一系列兼具过滤与吸附功能的吸附型分离膜,可用于水中痕量重金属离子、抗生素、塑化剂等微污染物的快速脱除.

关键词组：分离膜;两亲聚合物;儿茶酚化学;抗污染;吸附膜

目的:核工业会产生大量的放射性废树脂,由于无法再生,需要对其进行安全减容处理.氧化裂解是一种经济、有效且安全的处理方法,但目前所使用的催化剂仅能降低裂解的温度,难以同时减少残渣量以达到进一步减容的目的.本文旨在探讨V₂O₅对废树脂氧化裂解的催化作用,期望在降低裂解温度的同时能减少裂解残渣量,并探究其催化机理.
创新点:1. 通过添加V₂O₅为催化剂,在降低废树脂裂解温度的同时,首次降低了裂解残渣量;2. V₂O₅的催化效果通过其酸性中心和氧化还原中心协同作用实现;3. V₂O₅有助于磺酸基团的低温脱除.
方法:1. 通过热重分析,发现V₂O₅对废树脂氧化裂解反应具有较好的催化作用(图1);2. 通过X射线光电子能谱分析和元素分析,考察V₂O₅在反应过程中的作用效果及其与其他催化剂的区别(图3和4);3. 通过对不同的催化剂进行H₂-TPR、O₂-TPD、CO₂-TPD和NH₃-TPD表征,探究V₂O₅的催化机理(图5~8).
结论:1. V₂O₅对废树脂的氧化裂解具有一定的促进作用,能同时降低裂解温度和裂解残渣量;2. V₂O₅能促进硫键的分解与转化,并能在低温下促进磺酸基团的脱除;3. V₂O₅的催化效果是通过其酸性中心和氧化还原中心协同作用实现的;在酸性中心吸附硫键的作用下,氧化还原中心破坏硫键结构.

关键词组：废物处理;阳离子交换树脂;V₂O₅;催化;氧化裂解

目的:通过水蒸气处理调控HZSM-5催化剂的酸性,进而单因素研究酸性对甲烷甲醇耦合反应的影响规律,并以此为基础,提出HZSM-5催化剂上甲烷与甲醇的共活化机制.
创新点:1. 实现了低温下的甲烷活化;2. 通过水蒸气处理单因素调控HZSM-5催化剂的酸性;3. 提出了HZSM-5上甲烷与甲醇的共活化机制.
方法:1. 通过水蒸气处理,得到孔结构和扩散能力差异小而酸性差异显著的系列HZSM-5催化剂(图1-6);2. 通过催化剂性能考评,对比研究不同酸性HZSM-5上的甲醇反应以及甲烷甲醇耦合反应过程(图7);3. 在酸性不同的催化剂上研究甲醇空速对甲烷转化的影响(图9).
结论:1. 在HZSM-5催化剂上,存在最适酸浓度,可使甲烷转化率最高;2. 酸浓度更高的催化剂,其达到最大甲烷转化率所对应的甲醇空速更大;3. 吸附有甲醇分子的酸位点构成了耦合反应中甲烷的活化中心.

关键词组：甲烷转化;甲醇;耦合反应;酸性;HZSM-5

目的:生物质或煤的燃烧会产生影响锅炉传热性能的气溶胶和凝结碱矿物.本文旨在研究煤和生物质在加压氧燃料共燃条件下碱矿物的行为.
创新点:通过增加对煤的压力和与生物质混合,可以减少气溶胶KCl的排放,从而抑制锅炉热交换器的腐蚀.
结论:1. 压力升高对固体碱矿的影响可忽略不计.2. 提高生物质与煤的混合比,将提高钾基矿物质的含量,但会减少钠基矿物的含量.3. 锅炉中与碱相关的残渣可以通过富硫煤和富钾生物质的协同燃烧作用,在典型的流化床燃烧温度下形成稳定的固体K₂SO₄.3. 基于反应机制的动力学建模表明,在K₂SO₄的形成过程中,从SO₂到SO₃的氧化起着主要作用;但这种氧化的贡献会随着压力的增加而降低.

关键词组：氧气共燃;均衡计算;化学动力学反应;矿物的鉴定;热重力燃烧

目的:研究五种离子型和非离子型表面活性剂(十二烷基磺酸钠、烷基糖苷、苯扎氯铵、蔗糖脂肪酸酯和硬脂酸)对偏高岭土基地聚合物的物理性能和微观结构的不同影响.并从表面活性剂对偏高岭土的吸附能力方面提出相关的机理模型,分析不同影响产生的原因.
创新点:1. 首次全面比较并研究上述五种表面活性剂对偏高岭土基地质聚合物的影响.2. 从作用机理上提出:地聚合物性能与特定分子构型的表面活性剂的吸附能力密切相关.
方法:1. 通过浆体的粘度,养护28天后样品的密度、表观吸水率和抗压强度表征地聚合物物理性能.2. 通过扫描电镜观测地聚合物微观缺陷和凝胶结构.3. 通过压汞试验和扫描电镜观察相结合的方法表征地聚合物孔隙特征.4. 进行相关机理分析.
结论:1. 所有表面活性剂均能提高浆料粘度并引入气泡.苯扎氯铵具有最强的增粘能力,而烷基糖苷具有最强的气泡引入能力.2. 具有特定分子构型的表面活性剂,由于其对偏高岭土的吸附能力而影响地聚合物的物理性能和微观结构;吸附能力弱的十二烷基磺酸钠和烷基糖苷会导致高的孔隙率,松散的微观结构和更多的微观缺陷.吸附能力强的苯扎氯铵、蔗糖脂肪酸酯和硬脂酸导致相对较低的孔隙率和致密的微观结构.3. 地聚合物的密度、吸水率和抗压强度的变化趋势与总孔隙率相吻合,反映出微观和宏观、外部和内部结构的一致性.

关键词组：偏高岭土基地聚合物;表面活性剂;物理性能;微观结构;吸附性;微观机理

目的:增压式真空预压是加固吹填软土的有效方法,目前主要有排水板注气和增压管注气两种.本文旨在对比分析两种方式的加固效果(真空度、排水量、固结度、剪切强度和微观结构特征等),选出最优加固方法,以期指导工程实践.
创新点:1. 通过模型试验,从宏观角度对比评估两种增压式真空预压的加固效果;2. 通过微观结构试验,从微观角度进一步评估加固效果;3. 分析排水板-增压式真空预压加固效果优于注气管-增压式真空预压的原因.
方法:1. 通过模型试验分析,对比分析两种方法的加固效果(真空度、排水量、固结度、剪切强度和微观结构特征等);2. 通过微观结构试验(扫描电镜和压汞)分析,验证模型试验的结果,并进一步对比排水板-增压式真空预压和注气管-增压式真空预压的加固效果.
结论:1. 在模型试验中,相对于注气管-增压式真空预压,排水板-增压式真空预压的排水量、固结沉降和孔压消散更大,而含水量、剪切强度和固结度更小;2. 在微观结构试验中,排水板-增压式真空预压加固后的土体骨架颗粒形态更均匀密实,孔隙更小;3. 排水板-增压式真空预压的加固效果优于注气管-增压式真空预压.

关键词组：天津吹填粘土;排水板-增压式真空预压;注气管-增压式真空预压;模型试验;微观试验