導語：如何才能寫好一篇化學提高轉(zhuǎn)化率的方法，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

關(guān)鍵詞：化學平衡；反應(yīng)物；變化

化學平衡的教學是高中化學原理概念中的一大難點，也是重點，并且該內(nèi)容在必修、選修中都有涉及，如何把握在兩個模塊中的深度和廣度？對于一些難點應(yīng)當如何處理？對于一些重點應(yīng)當如何挖掘？是每位教師都在極力探討的一個問題。

由于受高中教材深度、廣度的限制，這一部分知識不僅抽象而且表述也非常模糊。在教學實踐中，對于一些模棱兩可的問題教師往往都是憑經(jīng)驗處理。筆者在查閱大量資料的基礎(chǔ)上，結(jié)合相關(guān)例證，談一談自己的看法，并藉此拋磚引玉。

化學平衡是有條件的動態(tài)平衡，當影響化學平衡的條件改變時，原來的平衡被破壞，進而在新的條件下逐漸建立新的平衡，這個原平衡向新平衡的轉(zhuǎn)變就叫做化學平衡的移動。

化學平衡移動中反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率是增大還是減小，一直是高中化學平衡部分教學的難點，也是學生解題中感到困惑的問題，筆者現(xiàn)根據(jù)多年教學的積累，就外界條件改變反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率是如何變化的做以下總結(jié)。

化學教材中關(guān)于化學平衡移動原理的介紹是分為兩部分的。第一部分為化學平衡的建立；另一部分是化學平衡常數(shù)。其中，前者是很重要的，也有一定的難度。但是教材精心設(shè)置知識臺階，采用圖畫和聯(lián)想等方法，幫助學生建立化學平衡的觀點。

如果改變影響平衡的一個條件（如濃度、壓強或溫度等），平衡就向能夠減弱這種改變的方向移動。勒夏特列原理是指在一個平衡體系中，若改變影響平衡的一個條件，平衡總是要向能夠減弱這種改變的方向移動。比如在一個可逆反應(yīng)中，當增加反應(yīng)物的濃度時，平衡要向正反應(yīng)方向移動，平衡的移動使得增加的反應(yīng)物濃度又會逐步減少；但這種減弱不可能消除增加反應(yīng)物濃度對這種反應(yīng)物本身的影響，與舊的平衡體系中這種反應(yīng)物的濃度相比而言，還是增加了。在有氣體參加或生成的可逆反應(yīng)中，當增加壓強時，平衡總是向體積縮小的方向移動，比如在N2+3H22NH3這個可逆反應(yīng)中，達到一個平衡后，對這個體系進行加壓，比如壓強增加為原來的兩倍，這時舊的平衡要被打破，平衡向體積縮小的方向移動，即在本反應(yīng)中向正反應(yīng)方向移動，建立新的平衡時，增加的壓強即被減弱，不再是原平衡的兩倍，但這種增加的壓強不可能完全被消除，也不是與原平衡相同，而是處于這兩者之間。

一、溫度改變，對反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率的影響

轉(zhuǎn)化率：在一定條件下，可逆反應(yīng)達化學平衡狀態(tài)時，某一反應(yīng)物消耗量占該反應(yīng)物起始量的質(zhì)量分數(shù)，叫該反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率。

任何反應(yīng)都伴隨著能量的變化，通常表現(xiàn)為放熱或吸熱，所以溫度對化學平衡移動也有影響。

改變溫度，若平衡向正方向移動，反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率增大；若平衡向逆方向移動，反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率減小。

1.對于焓增加反應(yīng)，即吸熱反應(yīng)（H>0），升高溫度，平衡向右移動；降低溫度，平衡向左移動；

2.對于焓減小反應(yīng)，即放熱反應(yīng)（H

（在改變溫度情況下，平衡右移，反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率提高，生成物轉(zhuǎn)化率降低；左移則反之。）

這是因為在升溫時，吸熱反應(yīng)比放熱反應(yīng)速率增加得快，降溫時吸熱反應(yīng)比放熱反應(yīng)速率減小的多的緣故。

二、壓強改變，對反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率的影響

改變壓強，若平衡向正方向移動，反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率增大；若平衡向逆方向移動，反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率減小。

例：N2(g)+3H2(g)2NH3(g)

此反應(yīng)前后氣體的體積（即物質(zhì)的量）有改變，若減小容積，即加壓，平衡向正方向移動，反應(yīng)物N2和H2的轉(zhuǎn)化率增大；若增大容積，即減壓，平衡向逆方向移動，反應(yīng)物N2和H2的轉(zhuǎn)化率減?。蝗粼诤銣睾闳菹鲁淙攵栊詺怏w，即壓強增大，但對于N2，H2和NH3來說濃度沒有改變，所以速率不變，平衡不移動，反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率也不變化。

例：H2(g)+I2(g)2HI(g)

此反應(yīng)前后氣體的體積（即物質(zhì)的量）沒有改變，無論是增大容積（減壓）還是減小容積（增壓），I2，H2和HI的濃度變化相同，速率變化也相同，平衡不移動，反應(yīng)物I2，H2的轉(zhuǎn)化率不變；若在恒溫恒容下充入惰性氣體，即壓強增大，但對于I2，H2和HI來說濃度沒有改變，所以速率不變，平衡不移動，反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率也不變化。

在其他條件不變的情況下，增大反應(yīng)物的濃度或減小生成物的濃度，都可以使化學平衡向正反應(yīng)方向移動；增大生成物濃度或減小反應(yīng)物濃度，平衡向逆反應(yīng)方向移動。

三、加入反應(yīng)物，對反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率的影響

在恒溫恒容下：

1.若只有一種反應(yīng)物時，加入反應(yīng)物，相當加壓；減小反應(yīng)物，相當減壓，平衡的移動依據(jù)勒夏特列原理分析即可。

例:aA(g)bB(g)+dD(g)

在恒容下，加入A，開始平衡向正方向移動，但達到的新平衡點與原平衡點比較：

若a=b+d，新平衡與原平衡等效，A的轉(zhuǎn)化率不變。

若a>b+d，新平衡向正方向移動，A的轉(zhuǎn)化率增大。

若a

2.若反應(yīng)物有多種時

例：mA(g)+Nb(g)pC(g)+qD(g)

(1)若增大A的量，平衡向正方向移動，B的轉(zhuǎn)化率增大，A的轉(zhuǎn)化率減??；若增大B的量，平衡向正方向移動，A的轉(zhuǎn)化率增大，B的轉(zhuǎn)化率減小。

(2)若按原比例同倍數(shù)增加A和B的量，相當在加壓，

若m+n=p+q時，新平衡與原平衡等效，A和B的轉(zhuǎn)化率不變。

若m+n>p+q時，新平衡向正方向移動，A和B的轉(zhuǎn)化率增大。

若m+n

(3)若A和B的量不按原比例加入，分析何者增大倍數(shù)較大，則相當單獨加入了這一物質(zhì)，同a分析即可。

例：N2(g)+3H2(g)2NH3(g)

原充入量 1mol 4mol

達平衡后

又加入

1mol 1mol

增加倍數(shù)

1倍

1/4倍

經(jīng)分析相當只加入了N2，則H2的轉(zhuǎn)化率上升，N2的轉(zhuǎn)化率降低。

通過不同條件下對反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率的討論，我們清楚平衡向正方向移動，反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率不一定升高。

四、化學平衡移動的應(yīng)用

1.判斷物質(zhì)：由于壓強的改變，根據(jù)平衡移動的方向，可以判斷反應(yīng)物或者生成物的狀態(tài)。

2.判斷系數(shù)：由于壓強的改變，根據(jù)平衡移動的方向，可以判斷方程式中反應(yīng)物和生成物之間的計量系數(shù)的大小關(guān)系。

3.判斷反應(yīng)熱：由溫度的改變，根據(jù)平衡移動的方向，可以判斷正反應(yīng)或逆反應(yīng)是放熱還是吸熱。

4.判斷轉(zhuǎn)化率：根據(jù)條件改變對化學平衡的影響，可以判斷達到新的平衡時某反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率的提高或降低。

研究化學平衡的目的并不是為了保持平衡狀態(tài)不變，而是為了利用外部的條件的改變，使化學平衡向有利的方向移動。

關(guān)于化學平衡移動原理的應(yīng)用范圍和局限性，學生應(yīng)明確：

1.平衡移動原理對所有的動態(tài)平衡都適用，為以后將要學習的電離平衡、水解平衡作鋪墊；

2.平衡移動原理能用來判斷平衡移動的方向，但不能用來判斷建立新平衡所需要的時間，所以學生在應(yīng)用原理時應(yīng)注意原理的適用范圍。

參考文獻

[1]魏光，林銀鐘，陳鴻博.論現(xiàn)代化學定義及其原則宗旨[J].化學通報，1997(7).

[2]經(jīng)懷德.化學平衡中的哲學原理[J].合肥師范學院學報，2008(6).

篇2

關(guān)鍵詞: 氯硅烷;二氯二氫硅;四氯化硅

二氯二氫硅又稱為三氯硅烷、硅仿、硅氯仿。純凈的三氯氫硅是無色或微黃色的透明可燃液體,有強烈的刺激性。在空氣中發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生白色煙霧,遇水反應(yīng)產(chǎn)生HCl氣體,遇明火、高熱時發(fā)生燃燒或爆炸,具有急性毒性不宜在現(xiàn)場長期存儲。在現(xiàn)場回收二氯二氫硅不僅可以解決多晶硅生產(chǎn)成本問題,也可以有效地消除安全隱患,而反歧化提供了一個二氯二氫硅的有效回收途徑

1 工藝過程簡介

上述反應(yīng)系在裝有堿性大孔催化樹脂床的歧化反應(yīng)器中完成,反應(yīng)達到平衡后二氯二氫硅的轉(zhuǎn)化率很低,為了提高轉(zhuǎn)化率,就必須打破這一平衡。其方法就是在歧化反應(yīng)器中將未能參與反應(yīng)的輕組分DCS移走,并及時地再次返回到歧化反應(yīng)器中。而含有DCS、STC和TCS的混合液通過兩級精餾進行分離。分離后以DCS為代表的輕組分返回歧化反應(yīng)器中,反應(yīng)產(chǎn)物TCS回用到還原裝置中,作為生產(chǎn)多晶硅的原料。而以STC為代表的重組分作為反應(yīng)物返回到歧化反應(yīng)器中,參與下一階段反應(yīng)。如此不斷的循環(huán),平衡被不斷地打破,反應(yīng)向TCS一側(cè)進行,從而達到DCS全部回收利用的目的.主反應(yīng)和副反應(yīng)如下:

主反應(yīng):

副反應(yīng):

2 結(jié)果與討論

2.1 在特定床層壓力情況下不同配比不同溫度對二氯二氫硅轉(zhuǎn)化率的影響

圖1-3分別為恒溫條件下二氯二氫硅進料比與二氯二氫硅轉(zhuǎn)化率的關(guān)系圖。從圖中可以看出,在床層溫度不變的條件下,隨著二氯二氫硅進料比的升高,二氯二氫硅的轉(zhuǎn)化率呈現(xiàn)逐漸上升的趨勢,當進料比達到接近1:10時,二氯二氫硅的轉(zhuǎn)化率在此溫度下呈現(xiàn)極大值。綜合比較圖1-3可以看出在相同

配比情況下溫度越高二氯二氫硅的轉(zhuǎn)化率越高并在床層溫度達到80℃下達到了極大值。這是因為在氯硅烷化學中,歧化反應(yīng)涉及5種化合物:HSiCl3(TCS)、H2SiCl2(DCS)、SiCl4(STC)、H3SiCl(MCS)和SiH4(Silane或MS),這五種化合物有一個特性,就是在合適的催化劑作用下,氯原子和氫原子與硅原子所連接的化學鍵能夠自由地打開,這樣圍繞硅原子的氯原子和氫原子可以互相轉(zhuǎn)移,而轉(zhuǎn)移平衡后形成的混合物之性質(zhì)取決于氯原子和硅原子的比值(簡稱氯-硅比Cl/Si)。因此在特定床層壓力下的氯-硅比越高二氯二氫硅的轉(zhuǎn)化率也就越高,而特定催化劑溫度越高活性越高打斷氯硅鍵的能力越高。從圖1-5同樣能得出上述的結(jié)論。

3 結(jié)論

在特定催化劑作用下采用固定床的方法,在壓力0.9MPa(G)、溫度80℃范圍內(nèi)可以最大限度的消耗二氯二氫硅。在壓力不變的條件下,隨著床層溫度的升高,二氯二氫硅的消耗量增大。在溫度不變的條件下,隨著二氯二氫硅配比的升高,二氯二氫硅的轉(zhuǎn)化率增大。當反應(yīng)壓力0.9MPa(G)、床層溫度80℃時,配料比為1:10時(質(zhì)量比)二氯二氫硅的轉(zhuǎn)化率達到極大值99.98%。

篇3

摘要：

酚類化合物是羥基與苯環(huán)上的碳原子直接相連的芳烴，苯酚類產(chǎn)品源于石油，產(chǎn)量大，價格低廉，其苯環(huán)經(jīng)加氫后可生成相應(yīng)的環(huán)己酮或環(huán)己醇類衍生物被廣泛應(yīng)用，所以對于酚類化合物催化加氫具有非常深遠的意義．本文作者分別對苯酚、烷基苯酚、氨基苯酚、對苯二酚的催化加氫的研究進展進行了綜述，對酚類化合物加氫催化劑的研究方向進行了展望．

關(guān)鍵詞：

酚類化合物；催化加氫；催化劑

酚類化合物是由羥基與苯環(huán)直接相連的一類芳烴化合物（例如苯酚、烷基苯酚、氨基苯酚、對苯二酚等）．對其苯環(huán)進行催化加氫處理后可生成相應(yīng)的環(huán)己酮或環(huán)己醇類化合物，它們均是非常重要的有機合成中間體，被廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、香料、化妝品和新型材料等領(lǐng)域．由于苯酚類產(chǎn)品來源于石油，產(chǎn)量大，價格低廉，催化加氫反應(yīng)后其附加值將大大增加．所以研究酚類化合物的催化加氫合成環(huán)己醇化合物的方法在化學工業(yè)中具有重要意義．加氫催化劑能夠改變苯酚類化合物加氫反應(yīng)的反應(yīng)速率，提高其轉(zhuǎn)化率、選擇性．研究一種催化活性高、選擇性強、制作方便、使用量少、能夠反復再生、壽命長的新型催化劑對于酚類化合物的催化加氫反應(yīng)尤為重要．

1苯酚催化加氫

苯酚經(jīng)過催化加氫生成環(huán)己醇．環(huán)己醇是一種重要的化工原料中間體，是生產(chǎn)己二酸、己內(nèi)酰胺、尼龍66、乙烯樹脂漆等產(chǎn)品的重要原料；環(huán)己醇還用于合成洗滌劑中作乳液的穩(wěn)定劑，在涂料中作為油漆的溶劑，染料的溶劑和漂煮的助劑［1］．因此，環(huán)己醇的合成在化學工業(yè)中備受關(guān)注，傳統(tǒng)的環(huán)己醇合成方法有環(huán)己烷氧化法、環(huán)己烯直接水合法．苯酚催化加氫的方法具有操作簡單等優(yōu)點．苯酚是石油化工產(chǎn)品中重要的副產(chǎn)物，也是煤焦油產(chǎn)品中的重要餾分［2］，苯酚產(chǎn)量逐年上升，苯酚催化加氫合成環(huán)己醇實現(xiàn)了對苯酚的綜合利用，大大提高了其附加值．項益智等［3］提出在RaneyNi催化劑的作用下，將甲醇水相重整制氫反應(yīng)產(chǎn)生的氫氣原位應(yīng)用于苯酚加氫反應(yīng)，實現(xiàn)了水相重整制氫和液相催化加氫兩個反應(yīng)的耦合，制氫和加氫在同一個反應(yīng)器中進行，得到了一種新的苯酚液相原位催化加氫法．該方法簡化了工藝、降低了生產(chǎn)成本．苯酚液相原位氫化的反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)圖如圖1所示．甲醇水相重整制氫過程的化學反應(yīng)方程式（1）和在醇類溶劑中發(fā)生的苯酚液相催化加氫反應(yīng)化學方程式（2）、（3）相比較，發(fā)現(xiàn)甲醇水相重整制氫過程與苯酚液相催化氫化過程具備良好的耦合條件：這兩種反應(yīng)使用相同類型的催化劑（RaneyNi、Pt／Al2O3、Pd／Al2O3等），反應(yīng)溫度和壓力相近，且均在液相進行．甲醇和水不僅僅是制氫過程的兩種原料，甲醇還可以作為催化加氫反應(yīng)的溶劑；水相重整制氫過程的產(chǎn)物氫氣，又成了苯酚催化加氫反應(yīng)的原料．將這兩反應(yīng)進行耦合，獲得了一種新的苯酚液相催化氫化體系（原位催化加氫法）；如化學方程式（4）、（5）所示．日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所超臨界流體研究中心成功開發(fā)了采用超臨界CO2為萃取溶劑，在反應(yīng)溫度55℃的條件下，以超臨界CO2為萃取溶劑，利用負載型銠催化劑，催化苯酚加氫的轉(zhuǎn)化率達100％，對環(huán)己醇和環(huán)己酮生成比例進行控制，可對二氧化碳和氫氣的壓力進行調(diào)節(jié)．由于反應(yīng)溫度不高，可有效提高催化劑壽命，且重復性非常好．ADKINS等［4］采用負載型Ni／硅藻土催化劑催化苯酚加氫，在120～150℃、高壓條件下，短時間內(nèi)苯酚即可加氫生成環(huán)己醇，但其重復性較差；SASA等［4］通過甲酸鎳在聯(lián)苯醚和聯(lián)苯溶液中分解制備鎳催化劑，與上述負載型Ni／硅藻土催化劑相比，其催化活性更高，還可以重復使用6次．朱俊華等［5］采用等體積浸漬法制負載型Pd催化劑，分別以γ－Al2O3、MgO和鎂鋁水滑石（HT）為載體，并考察它們對于苯酚催化加氫的影響．實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在反應(yīng)溫度130℃條件下，催化苯酚加氫，Pd／Al2O3活性最強．從中表明，合適的載體會使催化劑活性組分分布更均勻，而且較大的孔徑，會使活性組分含量增加，有利于氫和苯酚在催化劑表面吸附反應(yīng)．劉會貞等［6］采用普通的商業(yè)負載型Pd催化劑和路易斯酸（如Al2O3）協(xié)同催化苯酚加氫，在30℃、1．0MPa氫氣條件下，苯酚轉(zhuǎn)化率和環(huán)己酮選擇性均大于99．9％．還研究了在超臨界CO2中進行苯酚加氫，研究表明反應(yīng)效率還可大幅度提高．劉建良等［7］以水滑石（HT）為載體，采用還原浸漬法制備了負載型Pd－Ce－B／HT催化劑，并考察了該催化劑對液相苯酚選擇性加氫的活性．在反應(yīng)溫度120℃、1．0MPa氫氣條件下，苯酚的轉(zhuǎn)化率和環(huán)己酮的選擇性分別達82．0％和80．3％．并與Pd－Ce－B／Al2O3，Pd－Ce－B／MgO和Pd－Ce－B／SiO2相比，Pd－Ce－B／HT催化劑具有高活性和高環(huán)己酮選擇性．張聰［8］介紹了幾種傳統(tǒng)的苯酚加氫催化劑，包括負載型Ni催化劑、負載型Pb催化劑以及非晶態(tài)合金負載型催化劑．并分析了這些傳統(tǒng)催化劑的優(yōu)缺點，過渡金屬負載型催化劑可以方便地與產(chǎn)物分離并循環(huán)使用，但在使用過程中容易燒結(jié)，造成催化劑活性降低，而且反應(yīng)過程受傳質(zhì)的影響較大．還分析了離子液體在催化加氫過程中的諸多優(yōu)勢，作為一種催化介質(zhì)或催化劑，比傳統(tǒng)的催化過程展示出較好的效果．

2烷基苯酚催化加氫

烷基苯酚經(jīng)過催化加氫生成烷基環(huán)己醇．烷基環(huán)己醇是合成香料和香水的重要中間體［9］，例如對叔丁基環(huán)己醇是用于合成香料、醫(yī)藥和農(nóng)藥的重要中間體，尤其順式（cis）異構(gòu)體應(yīng)用最為廣泛［10］．而正烷基環(huán)己醇則是制備液晶的重要中間體．賀等［11］制備的高活性Pd（10％）／C催化劑，用于烷基苯酚加氫制烷基環(huán)己醇（酮）．還原態(tài)的金屬Pd非常不穩(wěn)定，在常溫下極易自燃［12］．因此催化劑采用液相還原，以K2CO3為水解沉淀劑，HCHO和CH3OH混合溶液為還原劑，液相還原．運用兩種方法進行還原，先水解后還原和水解還原一步進行，在氫氣壓力1．5MPa，溫度160～170℃下，反應(yīng)13～15h，前一種方法催化劑活性為67．37％，后一種方法催化劑活性為89．34％．顯而易見，水解還原一步進行的效果較好．作者還進行了失活催化劑的再生研究，經(jīng)乙酸清洗處理和CO2加熱吹掃結(jié)合的方法，再進行氫氣還原，可以恢復原催化劑活性的77％．NISHIMURA等［4］研究了3－甲基苯酚催化加氫生成3－甲基環(huán)己醇的過程，研究表明，以釕氫氧化物為催化劑，異丙醇為溶劑，在溫度80℃、氫氣壓力5～10MPa條件下，反應(yīng)3h，3－甲基苯酚轉(zhuǎn)化率高達100％，目標產(chǎn)物的選擇性亦高達100％．OTTE等［13］以浸漬法制得Pd（0．5％）／Al2O3催化劑，利用流動床反應(yīng)器催化對叔丁基苯酚加氫制備順式（cis）對叔丁基環(huán)己醇，在200℃、3MPa條件下，cis和trans異構(gòu)體收率分別為28．1％和65．4％．ROBER［14］制備的Rh／TiO2催化劑，在98℃、1．6MPa條件下，以環(huán)己烷為溶劑，反應(yīng)135min，對叔丁基環(huán)己醇收率達到98％，cis和trans異構(gòu)體選擇性分別為81．9％和15．9％．住友公司采用Rh（5％）／C催化劑，以異丙醇為溶劑，對對叔丁基苯酚進行催化加氫．在溫度為60℃、壓力為5MPa時，反應(yīng)1．75h，對叔丁基環(huán)己醇收率為93．4％，其中順式（cis）和反式（trans）物質(zhì)的量之比為89．9∶10．1．熊前政等［10］采用對叔丁基苯酚做為原料，研究對比了RaneyNi、Pa／C、Pa／Al2O3、Pt／C等催化劑液相催化加氫合成對叔丁基環(huán)己醇的性能．在反應(yīng)溫度110～130℃，反應(yīng)壓力5MPa條件，反應(yīng)一定時間后，對叔丁基苯酚的轉(zhuǎn)化率達100％，對叔丁基環(huán)己醇收率為98％，順式對叔丁基環(huán)己醇選擇性約75％．RaneyNi具有良好的轉(zhuǎn)化率和順式異構(gòu)體選擇性，經(jīng)催化劑回收重復試驗，發(fā)現(xiàn)催化劑重復使用5次后，其活性并未明顯下降．

3氨基苯酚催化加氫

反－4－氨基環(huán)己醇是合成鹽酸氨溴索原料藥的一個重要中間體［15－16］，鹽酸氨溴索是一種治療急性、慢性呼吸道疾病的藥，由于其獨特的治療效果及副作用小而被廣泛應(yīng)用，是目前世界上治療呼吸道疾病的首選良藥［17］．文獻報道的反－4－氨基環(huán)己醇合成方法是對乙酰氨基苯酚（撲熱息痛）催化加氫，采用硅膠色譜柱層析分離法［18］，進行順反異構(gòu)分離和酰胺還原．BACHILLER－BAEZA等［19］采用負載釕催化劑催化對乙酰氨基苯酚（撲熱息痛）加氫，載體分別采用Al2O3、SiO2和活性炭．在高壓釜中進行液相加氫反應(yīng)，反應(yīng)溫度為120℃，氫氣壓力5MPa，乙醇為溶劑，反應(yīng)100min．Ru／Al2O3和Ru／SiO2催化劑活性較高，順（反）－對乙酰氨基環(huán)己醇選擇性都為99％，而Ru／Al2O3對于反－對乙酰氨基環(huán)己醇選擇性為53％．ASEDEGBEGA－NIETO等［20］研究了兩種系列的雙金屬催化劑對對乙酰氨基苯酚（撲熱息痛）催化加氫．以高表面積石墨作為催化劑載體，采用共浸漬法按不同比例含量將Ru－Cu和Ni－Cu負載于高表面積石墨上，將Ru－Cu在400℃下進行氫氣還原，Ni－Cu在350℃下進行氫氣還原．在高壓釜中進行液相加氫還原，在反應(yīng)溫度為120℃，氫氣壓力為5MPa條件下，乙醇為溶劑，反應(yīng)100min．

4對苯二酚催化加氫

環(huán)己二醇類化合物分子結(jié)構(gòu)為兩個羥基和一個六元環(huán)，具有較為活潑的化學性質(zhì)，可進行氧化、脫氫、取代、加成等單元反應(yīng)生成系列衍生物，在精細化工領(lǐng)域應(yīng)用廣泛［21］．其中1，4－環(huán)己二醇是重要的醫(yī)藥中間體和新型材料單體：它是抗癌藥、HMG－CoA還原酶、GpⅡb／Ⅲa拮抗劑、肌醇磷酸酯抑制劑、琥珀?；前粪邕颉⒈讲⑷蝾愃幬锏闹匾虚g體，光譜純的1，4－環(huán)己二醇還用于合成新材料如：液晶材料、有機電材料、生物控制器標識物等關(guān)鍵原料之一［22－23］．目前國內(nèi)該產(chǎn)品生產(chǎn)較少，高純的順式和反式1，4－環(huán)己二醇生產(chǎn)和光譜純1，4－環(huán)己二醇的年需求量均在數(shù)千噸［24］．所以研究1，4－環(huán)己二醇的合成方法具有重要意義．一般通過催化對苯二酚加氫合成1，4－環(huán)己二醇，由于苯環(huán)的存在，芳香族化合物中碳碳鍵既不是單鍵也不是雙鍵，而是介于兩者之間［25］，它的加氫要比一般烯烴、炔烴難．且存在反應(yīng)時間長，選擇性低，催化劑易失活等缺點［26］．王洪軍等［27］分別研究了Pt／C、Pd／C、Ru／C、Rh／C和RaneyNi幾種催化劑催化對苯二酚加氫制1，4－環(huán)己二醇反應(yīng)性能，在相同的反應(yīng)條件下，Ru／C催化劑對應(yīng)的轉(zhuǎn)化率最高，達到96．9％，1，4－環(huán)己二醇的選擇性為69．9％．該課題組［28］還考察了在超臨界CO2介質(zhì)中，Pt／C、Pd／C、Ru／C和Rh／C幾種催化劑對對苯二酚加氫制1，4－環(huán)己二醇反應(yīng)的活性和選擇性的影響．發(fā)現(xiàn)Ru／C催化劑催化活性最高，對苯二酚的轉(zhuǎn)化率為94．7％，1，4－環(huán)己二醇的選擇性也達到了65．8％．孫亮等［29］以浸漬法制得負載型納米Ru－Rh／AC催化劑，并用于催化對苯二酚加氫制1，4－環(huán)己二醇．反應(yīng)溫度為80℃，壓力為1．0MPa時，以異丙醇為溶劑，反應(yīng)1h，對苯二酚全部轉(zhuǎn)化，1，4－環(huán)己二醇的選擇性高達95．5％．將Ru－Rh／AC催化劑連續(xù)使用5次，活性無下降，但1，4－環(huán)己二醇的選擇性略有降低．安華娟等［30］以Raney－Ni催化劑，氫氣壓力為6．0MPa條件下制備1，4－環(huán)己二醇，其轉(zhuǎn)化率為99．9％，但其氫氣壓力過高，反應(yīng)條件苛刻，對反應(yīng)設(shè)備要求過高．李貴賢等［31－32］對Ru／NaY催化劑催化對苯二酚液相加氫制1，4－環(huán)己二醇進行了深入研究．在氫氣壓力為3．5MPa、反應(yīng)溫度為150℃、以乙醇為溶劑，反應(yīng)時間3h，對苯二酚的轉(zhuǎn)化率為99．6％，1，4－環(huán)己二醇的選擇性為77．3％．經(jīng)添加堿土金屬改性，制得的Ru－Sr／NaY催化劑性能進一步提高，在相同的條件下，對苯二酚的轉(zhuǎn)化率達99．8％，目標產(chǎn)物的選擇性達到了89．6％．該課題組［33］還以天然礦物埃洛石納米管（HNTs）為載體，采用浸漬沉淀法制備了Ru／HNTs催化劑，并考察了其催化對苯二酚液相加氫制1，4－環(huán)己二醇的反應(yīng)性能，在反應(yīng)壓力為3．5MPa，反應(yīng)溫度為150℃，反應(yīng)時間為3h的條件下，轉(zhuǎn)化率可達65．8％，選擇性約為40％．KOMACHI［34］采用碘化釤為還原劑，一定的條件下，在50％的強堿溶液（KOH、NaOH）中對對苯二酚進行還原制1，4－環(huán)己二醇．此方法具有很大的弊端，還原劑碘化釤價格極為昂貴，成本較高，無法進行產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用．CRAWFORD［35］以W－7雷尼鎳為催化劑和以50％的NaOH為反應(yīng)介質(zhì)作用下，催化對苯二酚加氫生成1，4－環(huán)己二醇，然后將其繼續(xù)進行氧化生成7，7，8，8－四氰基對苯二醌二甲烷．該工藝中使用的W－7雷尼鎳催化劑極易自燃，因此將其保存在乙醇或水中．

5結(jié)語

芳環(huán)因具有特殊雙鍵，難以發(fā)生不飽和鍵的加氫反應(yīng)．所以反應(yīng)條件十分苛刻，并且伴隨很多副產(chǎn)物生成．為了降低反應(yīng)苛刻程度，提高酚類化合物加氫的轉(zhuǎn)化率和目標產(chǎn)物的選擇性，研究開發(fā)一種新型綠色可重復使用的加氫催化劑迫在眉睫．負載型催化劑因其獨特的物相結(jié)構(gòu)，且可以回收利用，具有非常好的工業(yè)應(yīng)用前景，而貴金屬催化劑具有活性組分高利用率，生產(chǎn)方法簡單，反應(yīng)條件溫和等優(yōu)點．因此，開發(fā)擇形催化能力強、比表面積大、原子利用率高的負載型貴金屬催化劑變得尤為重要．此外，雙金屬和多金屬負載型催化劑通過雙金屬作用，能夠顯著改善催化劑的性能，提高反應(yīng)轉(zhuǎn)化率和目標產(chǎn)物的選擇性，還可以大幅度降低催化劑成本，因而也是在該領(lǐng)域的一個突破口．

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篇4

【關(guān)鍵詞】 硫酸鋁晶體 硫酸銅晶體 硫酸亞鐵晶體 鄰苯二甲酸二丁酯 正丁醇 酯化 鄰苯二甲酸酐

1 前言

鄰苯二甲酸二丁酯（DBP）主要用于聚氯乙烯，硝化纖維等塑料中作增塑劑。隨著合成材料的發(fā)展，增塑劑的品種和產(chǎn)量不斷增加，例如還有檸檬酸三丁酯[1]和鄰苯二甲酸二辛酯[2]（DOP）等，雖然鄰苯二甲酸二丁酯與DOP被發(fā)現(xiàn)有毒性較大的特點，現(xiàn)在已在許多國家禁止用于食品行業(yè)，但在其它行業(yè)鄰苯二甲酸二丁酯仍占很大優(yōu)勢。

目前國內(nèi)外合成鄰苯二甲酸二丁酯的方法眾多，有固體超強酸SO42—/ZrO2[3]，SO42—/TiO2[3]，SnO氧化物等多種酯化催化劑，還有文獻報道固體超強酸SO42—/ZrO2-TiO2代替硫酸作合成鄰苯二甲酸二丁酯（DBP）但反應(yīng)時間長，不利于提高生產(chǎn)效率。另外有相轉(zhuǎn)移催化合成鄰苯二甲酸二丁酯（DBP）的研究報告，在無水條件下，苯酐與正丁醇反應(yīng)生成單丁酯，經(jīng)堿中和再與正溴丁烷在相轉(zhuǎn)移催化劑催化下酯化，這種方法產(chǎn)率可達95%，但反應(yīng)操作比較繁瑣。

無機硫酸鹽對此類酯化反應(yīng)有催化作用[1]，而且價格便宜，易得，無污染等特點，還可以耐一定的高溫，因而又可以用于高沸點酯的和成。本文介紹無機硫酸鹽催化合成沸點達340℃的增塑劑DBP，取得較滿意的結(jié)果。

2 反應(yīng)原理

鄰苯二甲酸酐與正丁醇的酯化反應(yīng)分兩步進行，第一步是單酯的形成，這是屬二級不可逆反應(yīng)，其反應(yīng)速度快，轉(zhuǎn)化率可達100%。第二步由單丁酯進一步與正丁醇反應(yīng)生成DBP。此步反應(yīng)為可逆反應(yīng)，為防止可逆，采用分水器不斷移去生成水及適當增加正丁醇濃度使反應(yīng)向酯化反應(yīng)方向進行。第二步中的催化劑是無機硫酸鹽。

3 實驗部分

3.1 實驗試劑

鄰苯二甲酸二丁酯（A.R.級），鄰苯二甲酸酐、MgSO4、正丁醇、NaCl、CuSO4·5H2O、NaHCO3、Al2（SO4）3·12H2O、FeSO4·7H2 O（均為C.P.級）

3.2 實驗方法

（1）在裝有溫度計，冷凝管，分水器（裝有飽和食鹽水）的三頸瓶中，投入經(jīng)計量的鄰苯二甲酸酐、正丁醇、催化劑，放在加熱攪拌器的套子中。

（2）打開加熱攪拌器，控制回流溫度和反應(yīng)時間，反應(yīng)不斷計量分水量，記錄數(shù)據(jù)。反應(yīng)結(jié)束后溫度控制在70℃以下，移入漏斗，濾出催化劑，再移入分液漏斗，用5%的碳酸氫鈉中和，然后用少量的飽和食鹽水溶液洗滌，分出有機相，減壓蒸餾，收集180℃—190℃/1.333kPa餾分。

3.3 分析鑒定

（1）轉(zhuǎn)化率C=（V2—V2·7%）/V1×100%（其中V1：理論分水量（ml）V2：實際分水量（ml）V2·7%：分出水中所含正丁醇量（ml））；

（2）物理常數(shù)沸點折光率的測定。

4 結(jié)果與討論

4.1 選擇理想的催化劑

以醇與酸酐的比為4.0：1.0（摩爾比），催化劑的用量為前者總量的2.0%（質(zhì)量百分含量），反應(yīng)時間為4個小時，反應(yīng)溫度控制在120℃—130℃之間，分別選擇FeSO4·7H2O、CuSO4·5H2O、Al2（SO4）3·12H2O作催化劑，轉(zhuǎn)化率分別為51.7%、68.5%以及76.11%。硫酸鋁晶體的催化效果最好。

4.2 以硫酸鋁作催化劑考察各種影響因素

4.2.1 醇酐比對轉(zhuǎn)化率的影響

反應(yīng)溫度控制在120℃—130℃，催化劑的用量為2.0%，反應(yīng)時間為4小時。分別選擇醇酐比2.5：1.0、3.0：1.0、3.5：1.0、4.0∶1.0、5.0：1.0；轉(zhuǎn)化率分別為54.7%、70.5%、73.1%、76.11%、72.8%。醇酐比控制在4.0：1.0（mol）為宜。

4.2.2 催化劑用量對轉(zhuǎn)化率的影響

在醇酐的比為4.0：1.0，反應(yīng)溫度控制在120℃—130℃，反應(yīng)時間為4小時，分別選擇催化劑用量比為0.8%、1.5%、2.0%、2.5%、3.0%，轉(zhuǎn)化率分別為51.3%、72.7%、76.11%、76.3%、77.2%。選擇2.0%的催化劑的量為宜。

4.2.3 反應(yīng)時間對轉(zhuǎn)化率的影響

在醇酐的比為4：1，反應(yīng)溫度控制在120℃—130℃之間，催化劑的用量為2.0%的條件下，改變其反應(yīng)時間，選擇反應(yīng)時間為2.5h、3.0h、3.5h、4.0 h、4.5h。轉(zhuǎn)化率為70.7%、73.1%、74.2%、76.11%、76.4%。反應(yīng)時間選擇為3.5小時到4.0個小時為宜。

4.2.4 反應(yīng)溫度對轉(zhuǎn)化率的影響

在醇酐的比為4：1，催化劑的用量為2.0%，反應(yīng)溫度控制其變化的大小范圍為5℃，從115℃到140℃之間分成五段，轉(zhuǎn)化率分別65.3%、75.8%、76.11%、74.7%、73.9%。反應(yīng)溫度選120℃—130℃為宜。

4.3 合成樣品的檢測

合成DBP樣品密度、折光率、沸點多次質(zhì)量指標檢測，基本合理，當然有一定的偏差是由于在操作中提純工藝比較簡單，故很難達到要求。

5 結(jié)語

（1）硫酸鹽對DBP合成都有催化作用，硫酸鋁晶體的催化效果要好一些。

（2）合成DBP最佳工藝條件是：醇酐的比為4.0：1.0，催化劑用量為2.0%（質(zhì)量百分含量），反應(yīng)時間3.5到4.0個小時，反應(yīng)溫度控制在120℃到130℃之間，其轉(zhuǎn)化率達到76%以上。

參考文獻

[1]朱萬仁.黃鐵礬催化合成檸檬酸二丁酯的研究.中國標準出版社，2002.02，24（1），49-50.

篇5

【關(guān)鍵詞】乙炔法；轉(zhuǎn)化率；雙乙烯基二乙二醇醚

The Preparation of the Di-ethylene Glycol Divinyl Ether

JIANG Wei1 TIAN Yan2 LIU Yan-jie3

（1.College of Materials Science & Engineering， Jilin Institute of Chemical Technology， Jilin Jilin 132022，China；

2.Jilin ChuoFeng Liuji Diesel Manufacture Co.Ltd Jilin Jilin 132200，China；

3.College of Chemical & Biological Engineering， Jilin Institute of Chemical Technology， Jilin Jilin 132022，China）

【Abstract】Di-ethylene glycol divinyl ether was synthesized with K as catalyst. The influence of reaction condition were studied. The results indicated that the most suitable condition is as follows： K as the catalyst with 8%， reaction time was about 8h， reaction temperature was 175℃， the conversion rate of reaction was 60%.

【Key words】Carbide France； Conversion rate； Di-ethylene glycol divinyl ether

單乙烯基二乙二醇醚的合成[1]作者曾做過研究探索，從結(jié)構(gòu)上講，雙乙烯基醚二乙二醇醚（又稱二乙二醇二乙烯基醚/二甘醇二乙烯基醚）更有優(yōu)勢，同時具有三個醚鍵和兩個雙鍵，具有非常獨特的使用性能，是重要的有機合成中間體和功能性聚合單體，它的均聚物和共聚物被廣泛地應(yīng)用于粘合劑、涂料、劑、增塑劑、殺蟲劑和表面保護材料等許多領(lǐng)域[2]。國內(nèi)在二甘醇二乙烯基醚合成方面的研究起步較晚，至今還未實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，鮮見相關(guān)的研究報道，市售產(chǎn)品都是國外進口分裝[3]。目前世界上只有德國BASF公司、美國ISP公司和日本丸善石油化工公司生產(chǎn)二甘醇二乙烯基醚，其制備方法大多都申請了專利來加以保護[4]。

本實驗對雙乙烯基二乙二醇醚的合成工藝條件進行了探討，得出了較適宜的工藝條件。

1 實驗部分

1.1 實驗藥品及儀器

二甘醇，碳化鈣，乙炔氣，金屬鉀，均為市售，分析純；氮氣，工業(yè)純；四口燒瓶，攪拌器，恒溫電熱套，循環(huán)水式真空泵等。

1.2 實驗步驟

將用石蠟液封的鉀金屬取出，迅速用小刀將塊狀鉀金屬切成小塊顆粒，然后將二甘醇倒入四口燒瓶中，通入氮氣加以保護，加熱至120℃，待鉀金屬全部溶解，同時向溶液中通入乙炔氣體，控制溫度在175℃～180℃左右，反應(yīng)時間在8h左右。所得產(chǎn)物經(jīng)過經(jīng)過減壓蒸餾，得到無色透明液體。

2 結(jié)果與討論

2.1 反應(yīng)時間對轉(zhuǎn)化率的影響

乙炔法制備雙乙烯基二乙二醇醚的是一個有機合成過程，通常需要較長的反應(yīng)時間，固定其他反應(yīng)條件，考察不同的反應(yīng)時間對轉(zhuǎn)化率的影響，結(jié)果如圖1、表1所示。

圖 1 反應(yīng)時間對二甘醇轉(zhuǎn)化率的影響

表1 反應(yīng)時間對二甘醇的轉(zhuǎn)化率的影響

由圖1、表1可知，反應(yīng)時間越長，二甘醇的轉(zhuǎn)化率越高，但是時間太長，二甘醇的轉(zhuǎn)化率的增加逐漸不明顯且趨于平穩(wěn)，考慮到工業(yè)生產(chǎn)要求既能達到較高的轉(zhuǎn)化率，又能達到一定節(jié)省能源的目的，選用8h為最佳的反應(yīng)時間。

2.2 反應(yīng)溫度對轉(zhuǎn)化率的影響

雙乙烯基二乙二醇醚的沸點為198℃-199℃，因此反應(yīng)溫度不宜過高，以免雙乙烯基二乙二醇醚蒸發(fā)。反應(yīng)時間為8h，以KOH為催化劑，用量為12g，乙炔流量40mL/min時，考察反應(yīng)溫度對轉(zhuǎn)化率的影響，得出結(jié)果如表2所示。

表 2 反應(yīng)溫度對二甘醇轉(zhuǎn)化率的影響

由表2可知，當其它條件確定時，溫度在155℃以下，二甘醇的轉(zhuǎn)化率極低，當溫度從160℃上升到175℃的期間，二甘醇的轉(zhuǎn)化率顯著提高，當溫度超過175℃以后，二甘醇的轉(zhuǎn)化率提高不明顯。所以確定最佳反應(yīng)溫度為175℃。

2.3 催化劑種類和用量對轉(zhuǎn)化率的影響

實驗中選用K和KOH兩種催化劑，在確定其它條件（5h/160℃）的同時，固定催化劑用量，所得的二甘醇轉(zhuǎn)化率的結(jié)果如下圖2所示。

圖2 催化劑的用量對二甘醇的轉(zhuǎn)化率的影響

由圖2可知，兩種催化劑的催化效果相當，K金屬的催化效果比KOH略好一些，這是因為K金屬比較活潑，催化效果好，而用K金屬作為催化劑的缺點是比較危險，操作稍有不慎就會引起爆炸，但是如果嚴格按照實驗操作要求操作，K金屬仍然是制備雙乙烯基二乙二醇醚比較理想的催化劑。

當催化劑用量小于12g時，二甘醇的轉(zhuǎn)化率隨催化劑的用量的增多有明顯的提高，而當催化劑大于12g以后，催化劑的催化效果基本不變，因此選擇的催化劑的最佳用量為12g（約為8%）。

2.4 乙炔流量對轉(zhuǎn)化率的影響

最佳的乙炔的通入流量，即節(jié)省能源又能使乙炔與二甘醇充分反應(yīng)的前提下得到一個滿意的轉(zhuǎn)化率，乙炔氣體流量對二甘醇轉(zhuǎn)化率的影響，實驗結(jié)果如表3所示。

由表3 可知，乙炔流量小于40mL/min時，二甘醇的轉(zhuǎn)化率隨著乙炔的通入流量增大而增大，當乙炔流量大于40mL/min以后，二甘醇的轉(zhuǎn)化率卻突然降低，這是因為乙炔通入流量過大時，乙炔進入液體的初始速度過大，導致乙炔在二甘醇中的停留時間過短，縮短了乙炔和二甘醇的反應(yīng)時間，因此最佳乙炔流量為40mL/min。

表3 乙炔氣體流量對甘醇轉(zhuǎn)化率的影響

3 結(jié)論

影響二甘醇轉(zhuǎn)化率的條件是：反應(yīng)溫度，反應(yīng)時間以催化劑的用量及乙炔流量，通過實驗得到制備雙乙烯基二乙二醇醚的最適宜的條件為：二甘醇300mL，K金屬12g（約8%），反應(yīng)溫度175℃，反應(yīng)時間為8h，乙炔流量為40mL/min，雙乙烯基二乙二醇醚的轉(zhuǎn)化率可達60%以上。

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關(guān)鍵詞：Al摻雜；染料敏化太陽能電池；XRD；SEM；TEM；UV-ViS

引言

太陽光發(fā)電，作為無窮的，完全清潔的能源，近年來越來越受到人們的重視，目前，得到廣泛應(yīng)用的太陽能電池幾乎均采用硅材料。為降低成本節(jié)省昂貴高純硅材料，進行了電化學薄膜等方面嘗試。其中一個重要方面將一種窄禁帶得到半導體材料修飾，把之裝到另一種寬帶隙半導體上形成染料敏化太陽能電池[1]

這種電池的優(yōu)點是可將吸收太陽光產(chǎn)生激發(fā)態(tài)電子區(qū)域與電荷傳遞區(qū)域從而減小復合，提高光電轉(zhuǎn)化率。

SnO2是一種非常重要的半導體材料，廉價，完全穩(wěn)定，它的帶隙是3.6eV。

90年代以來人們一直在探索制備高表面的SnO2薄膜方法，并用光敏化劑對其修飾提高光電轉(zhuǎn)換率。這種電池就是納米二氧化錫以及鋁離子摻雜染料敏化太陽能電池。

鋁離子摻雜二氧化錫染料敏化太陽能電池的研究，主要是通過摻九水硝酸鋁來提供鋁離子，從而比較不同摻雜濃度對電池光電因素與性能的影響。

這樣我們通過制備11種不同比例的Al摻雜SnO2納米漿料作為只改變光陽極，來研究電池的性能與表征。因此只討論制備光陽極。實驗方法如下：

每次稱取21.04克SnCl4?5H2O，做11個樣品。摻雜九水硝酸鋁，摻雜摩爾比是：Al（NO3）3?9H2O：SnCl4?5H2O，從未摻雜到摻雜。未摻雜-0.5%-1%-1.5%-2%-2.5%-3%-3.5%-4%-4.5%-5%- 物質(zhì)的質(zhì)量比，稱量后再用量筒量取90ml去離子水與30ml無水乙醇倒入同一只燒杯，放在磁力攪拌器上攪拌，直到變成溶液，把溶液裝入三只聚四氟乙烯密封瓶里，放入反應(yīng)釜，然后放入電熱鼓風干燥箱，經(jīng)過12小時，溫度180℃后，得到白色的物質(zhì)，這些物質(zhì)經(jīng)離心機分離提純得到摻Al的SnO2，把這些粉體加熱蒸發(fā)掉水與酒精最后得到干燥納米二氧化錫粉體，收集。收集粉體時，由于每次摻雜量不同，研缽都要用酒精洗干凈備用。

1 制備二氧化錫納米漿料

每次稱取相同的納米粉體1g，把粉末放入干凈的燒杯中，向燒杯里倒入90ml酒精，磁力攪拌器攪拌10鐘，然后加入乙基纖維素0.34g，10分鐘后加入松油醇1.2g，接著加熱，溫度在乙醇沸點以上。

加質(zhì)量比為：松油醇：乙基纖維素：二氧化錫=3.5：1：3最后得到糊狀的膏藥。

2 制備染料敏化太陽能電池

把制備的漿料通過絲網(wǎng)印刷到導電玻璃上，然后放到馬弗爐里燒結(jié)7小時，拿出，用吹風機吹掉玻璃表面的灰塵，然后放到N719染料盒里泡12小時，取出用酒精沖洗干凈表面沒有粘附的染料，這樣光陽極就做好了，下一步就是做對電極：滴涂氯鉑酸到導電玻璃上經(jīng)馬弗爐燒結(jié)得鉑對電極，然后把光陽極與對電極錯開疊放，用兩只夾子夾住，這樣染料敏化太陽能電池就做成了。

3 測試光電轉(zhuǎn)換效率

把制得的電池放到測試光電轉(zhuǎn)化率儀器上進行測試，這樣開路電壓、短路電流、填充因子等參數(shù)就顯示出來了一素列數(shù)據(jù)，如開路電壓，短路電流、填充因子，平均功率等。通過鋁摻雜的I-V曲線，UV-VIS曲線的研究發(fā)現(xiàn)摻雜對光電轉(zhuǎn)化率的影響成拋物線形，2%鋁摻雜光電轉(zhuǎn)化率最高，因此說適量的鋁摻雜確實提高了基于二氧化錫染料敏化太陽能電池的光電轉(zhuǎn)化效率。最高的光電轉(zhuǎn)化率4號電池的I-V曲線如圖1。

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關(guān)鍵詞：曲酸；米曲霉；發(fā)酵條件

中圖分類號：TQ925 文獻標識碼：A 文章編號：1003-4374（2016）06-0025-05

Abstract：【Objective】 In order to optimize the fermentation conditions for producing kojic acid by aspergillus oryzae， and improve production efficiency， in this paper， the fermentation conditions for production of kojic acid by Aspergillus oryzae GIM3.423 have been studied. 【Method】 Shaking flask fermentation was optimized by using single factors test.【Conclusion】The optimum conditions were identified as follow： temperature 30℃，liquid-loading capacity 60mL/250mL，revolution fermentation yield was improved.

Key words：kojic acid；aspergillus oryzae；fermentation condition

曲酸（Kojic acid），化學名為5-羥基-2-羥甲基-1，4-吡喃酮，是一種重要的微生物合成有機酸，存在于醬油、豆瓣醬、酒類的釀造中，在許多以曲霉發(fā)酵的發(fā)酵產(chǎn)品中都可以檢測到曲酸的存在。曲酸具有抗菌、抑菌，抑制酪氨酸酶活性，螯合金屬離子，抗細胞增殖，增強免疫細胞活力，清除自由基等生物活性[1-3]，被廣泛地應(yīng)用在食品、化妝品、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域極具開發(fā)潛力和應(yīng)用前景[4-5]。

隨著曲酸及其衍生物的應(yīng)用范圍不斷擴大，其市場需求也不斷增加，提高曲酸的生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本成為當前的主要的研究課題。本文以曲酸產(chǎn)生菌米曲霉為菌種，以來源廣的蔗糖為原料進行游離態(tài)發(fā)酵試驗，研究并優(yōu)化曲酸發(fā)酵工藝條件，以期提高曲酸轉(zhuǎn)化率和生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 菌種 米曲霉（Aspergillus oryzae）GIM3.423，購于廣州微生物研究所微生物菌種保藏中心。

1.1.2 培養(yǎng)基 種子培養(yǎng)基（g/L）：蔗糖100，酵母膏6，KH2PO4 5，MgSO4?7 H2O 0.5，吐溫（-80）0.01，pH6.0，121℃濕熱滅菌15min。

發(fā)酵培養(yǎng)基（g/L）：按照前期研究優(yōu)化的培養(yǎng)基配比，蔗糖8%，酵母膏0.3%，乙醇2%，KH2PO4 0.1%，MgSO4?7 H2O 0.05%，KCl 0.05%，121℃濕熱滅菌15min。

1.1.3 主要試劑 曲酸，AR，上海源葉生物科技有限公司；3，5-二硝基水楊酸，CP，中國湖州菱湖精細化廠；蔗糖，AR，國藥化學試劑有限公司；乙醇，AR，天津市大茂化學試劑廠。

DNS試劑：分別稱取DNS（3，5-二硝基水楊酸）10.00g，氫氧化鈉16.00g，苯酚5.00g，酒石酸鉀鈉300.00g，依次加入到蒸餾水中溶解，定容到1000mL，避光保存一周，繪制葡萄糖標準曲線。

FeCl3顯色劑：以濃度為0.1% FeCl3-HCl作為曲酸顯色劑：準確稱取10.000gFeCl3用蒸餾水溶解添加到1000mL容量瓶中，量取22.5mL濃鹽酸緩慢加入到容量瓶中，以蒸餾水定容，搖勻，保存?zhèn)溆谩?/p>

1.2 主要儀器

紫外可見分光光度（UV-2802H），尤尼柯（上海）儀器有限公司；全溫度恒溫培養(yǎng)振蕩器ZHWY-Z11C，上海智誠分析儀器制造有限公司；低速大容量多管離心機LXJ-Ⅱ，成都欣宇實驗設(shè)備有限公司；DELTA 320 pH計，梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司。

1.3 方法

1.3.1 發(fā)酵實驗。

（1）孢子懸液的制備。將平展米曲霉GIM3.446接到PDF培養(yǎng)基上活化數(shù)次，使菌種活力完全恢復，無菌生理鹽水（含有0.01%土溫-80）將培養(yǎng)4天菌種的孢子沖洗下來，制成濃度為1.0×107個/mL的孢子懸液，4℃保存?zhèn)溆谩?/p>

（2）種子培養(yǎng)。按4%的接種量接種將孢子懸液接種到50mL/250mL種子培養(yǎng)基中，30℃，200rap搖瓶培養(yǎng)24h。

（3）發(fā)酵培養(yǎng)。種子液按照10%的接種量接種到50mL/250mL發(fā)酵培養(yǎng)基中，30℃，200rap搖瓶培養(yǎng)12d檢測殘?zhí)橇?、曲酸含量和生物量?/p>

1.3.2 分析方法。

（1）孢子濃度的測定。血球計數(shù)板直接計數(shù)。

（2）曲酸含量的測定。采用FeCl3比色法測定發(fā)酵液中曲酸含量[2]。曲酸標準曲線的繪制：準確稱取曲酸1g溶解于蒸餾水中，定容至1000mL，搖勻，制得濃度為1mg/mL的曲酸溶液。分別準確移取0.5mL～4.5mL溶液分別添加得到100mL的容量瓶中，分別加入2mL顯色劑，蒸餾水定容至100mL，搖勻。以蒸餾水為空白對照，測定溶液在500nm波長下的吸光值（OD500），以O(shè)D500樽葑標，以曲酸含量（mg）為橫坐標，根據(jù)測定結(jié)果繪制出標準曲線。如圖1標準曲線方程為Y=0.0839x+0.0003（R2=0.9999）。

發(fā)酵液中曲酸含量的測定：發(fā)酵液經(jīng)抽濾除掉菌體后，準確移取0.2～1mL濾液到100mL容量瓶中，加入FeCl3顯色劑2mL，蒸餾水定容，搖勻，測定溶液在500nm波長下的吸光度（OD500），根據(jù)標準曲線計算曲酸含量。

（3）殘?zhí)堑臏y定。發(fā)酵液殘?zhí)遣捎肈NS方法測定[3]。

葡萄糖標準曲線的繪制：采用DNS顯色法繪制葡萄糖的標準曲線，取6支25mL具塞刻度試管，分別加入0mL～1mL濃度為2mg/mL葡萄糖標準溶液、1mL～0mL蒸餾水和1.5m3，5-二硝基水楊酸溶液（DNS），搖勻，配成葡萄糖含量不同的反應(yīng)液。將反應(yīng)液在沸水浴中加熱5min后取出，在自來水中迅速冷卻至室溫，用蒸餾水定容至25mL，搖勻后測定在540nm波長下的吸光值（OD540），以O(shè)D540為縱坐標，葡萄糖含量（mg）為橫坐標，根據(jù)測定結(jié)果繪制標準曲線。如圖2所示，Y=0.5466x+0.0269（R2=0.9947）。

發(fā)酵液殘?zhí)堑臏y定：準確移取1mL發(fā)酵慮液到100mL容量瓶中，蒸餾水定容。取稀釋液1mL到25mL具塞刻度試管中，后續(xù)操作同上。最后根據(jù)標準曲線計算出發(fā)酵液中殘?zhí)呛俊?/p>

（4）生物量的測定。將分析濾紙放置于105℃下干燥至恒重，用于過濾發(fā)酵液。過濾結(jié)束后，用蒸餾水沖洗菌體3～4次，再將粘有菌體的濾紙放置于105℃下干燥至恒重，稱量。根據(jù)前后質(zhì)量差求得發(fā)酵液的生物量。

2 發(fā)酵條件優(yōu)化

2.1 初始pH對曲酸產(chǎn)量和轉(zhuǎn)化率的影響

按照優(yōu)化后的培養(yǎng)基配比（見1.1.2）進行發(fā)酵試驗，調(diào)節(jié)發(fā)酵初始pH為3、4、5、6、7進行發(fā)酵試驗，研究不同初始pH對曲酸發(fā)酵的影響。

2.2 裝液量對曲酸產(chǎn)量和轉(zhuǎn)化率的影響

保持其他條件發(fā)酵條件不變，調(diào)節(jié)搖瓶裝液量為20mL/250mL、40mL/250mL、60mL/250mL、80mL/250mL、100mL/250mL，M行發(fā)酵試驗，研究不同裝液量對曲酸發(fā)酵的影響。

2.3 種齡對曲酸產(chǎn)量和轉(zhuǎn)化率的影響

保持其他條件發(fā)酵條件不變，調(diào)節(jié)用于接種的種子種齡分為6h、12h、18h、24h，接入到發(fā)酵培養(yǎng)基中進行發(fā)酵試驗，研究不同種子的種齡對發(fā)酵的影響。

2.4 接種量對曲酸產(chǎn)量和轉(zhuǎn)化率的影響

保持其他條件發(fā)酵條件不變，調(diào)節(jié)接種量為、6%、8%、10%、12%、14%，進行發(fā)酵試驗，研究不同接種量對曲酸發(fā)酵的影響。

2.5 溫度對曲酸產(chǎn)量和轉(zhuǎn)化率的影響

保持其他條件發(fā)酵條件不變，調(diào)節(jié)發(fā)酵溫度為28℃、30℃、32℃，進行發(fā)酵試驗，研究不同接種量對曲酸發(fā)酵的影響。

2.6 搖床轉(zhuǎn)速對曲酸產(chǎn)量和轉(zhuǎn)化率的影響

保持其他條件發(fā)酵條件不變，調(diào)節(jié)搖床轉(zhuǎn)速120rpm、160rpm、200rpm、240rpm，進行發(fā)酵試驗，研究不同搖床轉(zhuǎn)速對曲酸發(fā)酵的影響。

3 結(jié)果與分析

3.1 初始pH對曲酸產(chǎn)量和轉(zhuǎn)化率的影響

發(fā)酵培養(yǎng)液的pH值是微生物發(fā)酵生產(chǎn)的一個重要參數(shù)，它對菌體的生長和產(chǎn)物的合成有很大的影響，微生物生長和生物合成都有其最適和能夠耐受的pH范圍，而選擇最適pH的原則是既有利于菌體的生長繁殖，又可以最大限度地獲得高的產(chǎn)量。本實驗考察了不同初始pH對曲酸合成的影響如圖3。

圖3實驗結(jié)果顯示，發(fā)酵培養(yǎng)基初始pH對整個發(fā)酵過程表現(xiàn)出比較顯著的影響。首先，初始pH在較低的情況下對菌體的生長具有顯著的抑制性，結(jié)果顯示初始pH在3～4時，生物量維持在較低水平；當初始pH值4～6時，生物量隨之急劇增加；當初始pH值6～7時，由于受到生長空間的限制，生物量維持在相對穩(wěn)定的程度。其次，菌體的產(chǎn)酸能力和曲酸轉(zhuǎn)化率也受到了初始pH的影響，較低的pH抑制了菌體生長的同時也抑制了曲酸的合成，當初始pH>4時，曲酸濃度和曲酸轉(zhuǎn)化率隨著pH值的增加同時增加，曲酸濃度最高可達14.31g/L，轉(zhuǎn)化率提高至20.31%。故將初始pH值定為7較為適宜。

3.2 裝液量對曲酸產(chǎn)量和轉(zhuǎn)化率的影響

米曲霉發(fā)酵生產(chǎn)曲酸是一種液態(tài)深層好氧發(fā)酵，底物經(jīng)微生物內(nèi)部的氧化酶經(jīng)過一系列的復雜轉(zhuǎn)化生成產(chǎn)物，因此，氧氣的供應(yīng)在發(fā)酵過程中的作用就顯得尤為重要，裝液量對于菌體發(fā)酵的供氧具有重要的意義。

圖4實驗結(jié)果顯示，裝液量在20～40mL/250mL，較低的裝液量有利于提高發(fā)酵液含氧量，同時發(fā)酵液的具有較強的流動剪切力，于是形成的菌絲體結(jié)構(gòu)緊密，菌絲體的生長受到限制，具有較低的生物量，菌體的發(fā)酵能力相對較低，但是隨著裝液量的增加，生物量不斷增加，發(fā)酵液中曲酸濃度也逐漸增加，裝液量為60mL/250mL曲酸濃度和曲酸轉(zhuǎn)化率達到最高，曲酸濃度為11.86g/L，轉(zhuǎn)化率21.01%，之后隨著裝液量的增加，生物量繼續(xù)增加，超過80mL/250mL以后由于受到缺氧的限制生物量也趨于平穩(wěn)。結(jié)果表明，半缺氧的狀態(tài)下有益于曲酸發(fā)酵。裝液量為60mL/250mL較為適宜。

3.3 搖床轉(zhuǎn)速對曲酸產(chǎn)量和轉(zhuǎn)化率的影響

搖床震蕩對微生物發(fā)酵具有多方面的影響，研究搖床轉(zhuǎn)速對發(fā)酵生產(chǎn)具有十分重要的意義。從圖5中可以看出，隨著搖床轉(zhuǎn)速的不斷提高，發(fā)酵液的流動剪切力也不斷增強導致菌絲體結(jié)構(gòu)結(jié)實緊密，阻礙了。

菌絲體的生長，發(fā)酵液中的生物量隨之持續(xù)下降。搖床轉(zhuǎn)速在150～200轉(zhuǎn)/min時，發(fā)酵液中的曲酸濃度和曲酸轉(zhuǎn)化率與轉(zhuǎn)速呈正相關(guān)，分別達到了14.91g/L和18.75%，當搖床轉(zhuǎn)速超過200rap以后呈穩(wěn)中有降的趨勢，可能是由于生物量持續(xù)降低的緣故所致。綜合分析，搖床轉(zhuǎn)速控制在200rap較為適宜。

3.4 種齡對曲酸產(chǎn)量和轉(zhuǎn)化率的影響

微生物生長隨著生存環(huán)境的變化會出現(xiàn)周期性的變化，用于合成次級代謝產(chǎn)的微生物多在穩(wěn)定期才發(fā)揮合成轉(zhuǎn)化功能，而在進入穩(wěn)定期之前微生物均要經(jīng)歷延滯期，在發(fā)酵工業(yè)中為了縮短延滯期，在進行微生物發(fā)酵之前首先對微生物進行種子擴大培養(yǎng)，使生物量獲得迅速增殖。種子培養(yǎng)時間（種齡）過短，菌體濃度低，發(fā)酵前的延滯期長；種齡過長，菌體老化，酶活降低，生產(chǎn)效率低，因此選擇合適的種齡對后期發(fā)酵生產(chǎn)具有很大的影響，本實驗考察了不同種齡對發(fā)酵產(chǎn)酸的影響如圖6。

微生物接入到種子液中進行培養(yǎng)擴增，在適應(yīng)液體深層培養(yǎng)的環(huán)境的同時，生長繁殖到一定數(shù)量和并初步具備發(fā)酵能力之后接入到發(fā)酵培養(yǎng)基中進行發(fā)酵轉(zhuǎn)化合成目的產(chǎn)物。用于發(fā)酵試驗的種子液中微生物的數(shù)量和發(fā)酵性能與種齡具有直接的關(guān)系，同時對后續(xù)的發(fā)酵試驗也具有一定的影響。

圖6實驗結(jié)果顯示，隨著種齡的增加發(fā)酵液生物量隨之增加，轉(zhuǎn)化率卻逐漸降低，當種齡超過6h后生物量增加放。種齡為6h是曲酸濃度達到最高，最高可達14.21g/L，轉(zhuǎn)化率為22.35%。綜合分析，用于發(fā)酵菌種的種齡應(yīng)控制在6h。

3.5 接種量對曲酸產(chǎn)量和轉(zhuǎn)化率的影響

微生物在種子培養(yǎng)階段獲得充分的增殖后接入到發(fā)酵培養(yǎng)基中進行產(chǎn)物合成，接種量的多少直接影響到發(fā)酵液的生物量，因此采用較大的接種量能夠有效縮短發(fā)酵周期，但是過高的接種量往往導致發(fā)酵液中生物量迅速增加，底物消耗過快，在營養(yǎng)物質(zhì)急劇降低的同時菌體出現(xiàn)代謝放緩。

圖7試驗結(jié)果顯示，隨著接入到發(fā)酵培養(yǎng)基中種子液的增加，發(fā)酵液的生物量也隨之增加，但是當接種量超過12%以后，由于受到空間的限制，最終生物量不在增加趨于恒定；但是發(fā)酵液中曲酸濃度和曲酸轉(zhuǎn)化率隨著接種量的增加卻經(jīng)歷了先升后降的過程，接種量在6～10%曲酸濃度和曲酸轉(zhuǎn)化率隨之增加，最高分別達到了14.38g/L和21.51%。但是當接種量超過10%以后，由于微生物在消耗過多蔗糖用于合成自身結(jié)構(gòu)物質(zhì)的同時，也導致溶氧的降低，導致曲酸濃度和曲酸轉(zhuǎn)化率的降低，故以10%接種量較為適宜。

3.6 溫度對曲酸產(chǎn)量和轉(zhuǎn)化率的影響

微生物發(fā)酵主要依靠生物酶的催化作用實現(xiàn)產(chǎn)物的合成，而溫度對酶的活性具有顯著的影響，穩(wěn)定的發(fā)酵溫度是保證發(fā)酵系統(tǒng)高效運作的重要保證。不同微生物具有不同的最適生長和代謝溫度，只有在最適溫度下，才能獲得最大的發(fā)酵能力。

絲狀真菌最適生長溫度和產(chǎn)物合成溫度一般是在28℃～34℃，種屬之間存在較大的差異，即使是同一株菌的最適生長溫度和目的產(chǎn)物合成溫度也存在很大的差異。本實驗考察了不同溫度下米曲霉發(fā)酵產(chǎn)酸能力如圖8。

根據(jù)圖8實驗結(jié)果顯示，發(fā)酵溫度為30℃時獲得了較高的曲酸產(chǎn)量和較高的曲酸轉(zhuǎn)化率，故本實驗菌種最適的產(chǎn)酸溫度為30℃，但是溫度在32℃時，產(chǎn)生了更高的生物量，說明該菌株的最適生長溫度高于30℃。為了在控制生物量的同時獲得較高的曲酸產(chǎn)量，故將發(fā)酵溫度控制在30℃較為適宜。

4 結(jié)論

微生物發(fā)酵需要合適的發(fā)酵條件，發(fā)酵液pH、發(fā)酵溫度、裝液量、搖床轉(zhuǎn)速、接種量等，這些因素都將影響和制約整個發(fā)酵過程，本研究對米曲霉（Aspergillus oryzae）GIM3.423發(fā)酵蔗糖生產(chǎn)曲酸的工藝條件進行優(yōu)化，通過試驗確定了最佳的搖瓶發(fā)酵條件：發(fā)酵溫度30℃，裝液量60mL/250mL，搖床轉(zhuǎn)速200r/min，種齡6h，接種量10%，發(fā)酵周期控制在13d，在此條件下，曲酸的轉(zhuǎn)化率可達23.6%，大大提高了曲酸的發(fā)酵產(chǎn)率。

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篇8

牛磺酸(Taurine)化學名稱為2-氨基乙磺酸，分子式為H2NCH2CH2SO3H，是一種含硫的非蛋白質(zhì)氨基酸，也是人體生長發(fā)育必需的一種β-硫氨基酸，不參與體內(nèi)蛋白合成，在體內(nèi)以游離狀態(tài)存在。在許多生理機能中，?；撬崞鹬浅Ｖ匾淖饔?，包括膽酸形成、視網(wǎng)膜和神經(jīng)發(fā)展、滲透調(diào)節(jié)、細胞中鈣水平的調(diào)節(jié)以及免疫等。目前它被廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、食品添加劑、洗滌劑、熒光增白劑、pH緩沖劑等領(lǐng)域[1]，其應(yīng)用市場前景十分廣闊，僅從天然物中獲取?；撬岷茈y滿足市場需求。文獻報道的牛磺酸合成工藝多達10條[2]，目前，國內(nèi)外多采用乙醇胺酯化法生產(chǎn)?；撬?，該法包括酯化反應(yīng)和磺化反應(yīng)。但乙醇胺法生產(chǎn)?；撬岽嬖诜磻?yīng)時間過長和產(chǎn)率低等不足[3~5]。其原因在于磺化反應(yīng)的反應(yīng)進程比較緩慢，需要十幾甚至二十幾個小時才能達到反應(yīng)平衡，且反應(yīng)轉(zhuǎn)化率較低。因此不斷完善現(xiàn)行的生產(chǎn)工藝具有重要的經(jīng)濟意義和良好的社會效益。本文在前期研究的基礎(chǔ)上[6]，用亞硫酸銨作為磺化劑，考察各因素對磺化反應(yīng)的影響。并對?；撬岬慕Y(jié)晶條件進行了研究。與文獻報道[6]相比，該工藝成本低，后續(xù)分離較容易。

2實驗部分

2.1制備過程?；撬岷铣煞謨刹竭M行(反應(yīng)見式(1)和式(2))：第一步酯化反應(yīng)，具體合成操作過程參見文獻[6]，其乙醇胺的轉(zhuǎn)化率達到98%以上。第二步磺化反應(yīng)，在裝有冷凝回流裝置的250mL四口燒瓶中加入100mL煮沸過的蒸餾水，在攪拌狀態(tài)下加入亞硫酸銨。待亞硫酸銨完全溶解后加入2-氨基乙醇硫酸酯，通入氨氣形成保護，然后油浴加熱到105℃，反應(yīng)一定時間后，停止加熱。反應(yīng)液進行濃縮后，抽濾反應(yīng)液，冷卻結(jié)晶分離得到的固體即為牛磺酸粗品。

2.2溶解度和超溶解度的測定方法實驗儀器與裝置以及測定方法，見文獻[7~11]。

2.3實驗原料合成過程用原料：甲苯(AR，煙臺市雙雙化工有限公司)，硫酸(AR，中國安徽宿州化學試劑有限公司)，硫代硫酸鈉(AR，焦作市化工三廠)，碘(AR，天津市科密歐化學試劑有限公司)，可溶性淀粉(AR，北京紅星化工廠)，乙醇胺、乙醇、碘化鉀、硫酸銨(AR，天津市風船化學試劑科技有限公司)，亞硫酸銨(工業(yè)級，銅陵富德化工有限公司)結(jié)晶介穩(wěn)定區(qū)測定用原料：溶解度作為基礎(chǔ)熱力學數(shù)據(jù)，必須要求具有較高的純度，否則會對溶解度數(shù)據(jù)有所影響。實驗所用?；撬峒兤窞榉治黾?由鄭州福潤德生物科技發(fā)展有限公司生產(chǎn))，2-氨基乙醇硫酸酯由第一步酯化反應(yīng)制得，其粗品經(jīng)乙醇水溶解，重結(jié)晶后得到，經(jīng)熱重分析其純度可達99%以上，實驗用水為實驗室自制去離子二次蒸餾水。

2.4分析方法采用硫代硫酸鈉返滴定法，通過分析體系中反應(yīng)物亞硫酸銨的剩余含量來示蹤反應(yīng)進行程度和計算2-氨基乙醇硫酸酯的轉(zhuǎn)化率。亞硫酸銨含量測定原理如下：配置三種溶液：(1)碘標準溶液；(2)碘標準溶液+一定量的2-氨基乙醇硫酸酯+一定量的?；撬?；(3)碘標準溶液+一定量亞硫酸銨(碘標準液過量)。用硫代硫酸鈉返滴定法進行分析，結(jié)果表明利用硫代硫酸鈉返滴定法來測定反應(yīng)的進行程度是可行的和準確的。

3結(jié)果與討論

3.1磺化反應(yīng)的合成條件的優(yōu)化

3.1.1單因素實驗結(jié)果以2-氨基乙醇硫酸酯(在物料配比中下標用AES代替)的轉(zhuǎn)化率為考察指標，用單因素試驗法考察反應(yīng)時間，反應(yīng)溫度，物料配比(n(NH4)2SO3:nAES)對磺化反應(yīng)的影響。結(jié)果如表1所示。從表1可以看出，當固定物料配比(n(NH4)2SO3:nAES)為1.3，反應(yīng)溫度為105℃時，隨著反應(yīng)時間的延長，酯的轉(zhuǎn)化率逐漸提高，但當反應(yīng)時間達到11h以后酯的轉(zhuǎn)化率變化不大。在反應(yīng)時間取11h，n(NH4)2SO3:nAES=1.3的條件下，隨著反應(yīng)溫度的升高，2-氨基乙醇硫酸酯的轉(zhuǎn)化率逐漸提高，尤其在75~95℃溫度區(qū)間內(nèi)2-氨基乙醇硫酸酯的轉(zhuǎn)化率變化最大，在95℃以后酯的轉(zhuǎn)化率變化不大，在105℃達到最大?？疾煳锪媳葘腔磻?yīng)的影響時，反應(yīng)時間為11h，隨著反應(yīng)配料比的增加，2-氨基乙醇硫酸酯的轉(zhuǎn)化率逐漸提高，在配料比為1.75時達到最大。

3.1.2正交試驗為了考察反應(yīng)溫度，反應(yīng)時間和物料配比各個影響因素之間的相互影響，判斷出哪些因素影響顯著，進而抓住主要矛盾，確定磺化反應(yīng)的工藝條件，根據(jù)單因素實驗結(jié)果，設(shè)計正交試驗的水平，選用四因素三水平(L934)正交表進行正交試驗。實驗方案和正交試驗結(jié)果如表2所示。從表2的結(jié)果可以看出，前3列的極差分別為0.088、0.024和0.134，第三列的因素的極差0.134最大，這說明因素C(反應(yīng)溫度)的水平改變時對實驗指標的影響最大，故因素C是我們要考慮的主要因素。從表2的實驗指標結(jié)果對比可以分析出最佳制備方案為A3B2C2,在已做過的9次實驗中沒有出現(xiàn)。實驗按照A3B2C2的最佳因素制備?；撬幔⒃诖藘?yōu)化條件下進行三次平行實驗得到2-氨基乙醇硫酸酯的平均轉(zhuǎn)化率為70.43%，實驗結(jié)果見表3。高于之前單因素試驗和正交試驗中所能達到的最佳效果。與文獻[6]相比，其轉(zhuǎn)化率提高了近14個百分點。因此，用亞硫酸銨合成牛磺酸的最佳工藝條件為：反應(yīng)溫度為105℃，反應(yīng)時間為12h，物料配比(n(NH4)2SO3:nAES)為1.65。選擇信度α=0.05，得到的方差分析如表4所示。對空列來說三個因素在空列中的三個位級中均等出現(xiàn)，它們的三個位級和應(yīng)該相等，極差為零，但在實驗中，總是有誤差存在的，極差不能恰巧為零。極差的數(shù)值大小反映了誤差的大小。反應(yīng)時間和反應(yīng)溫度的極差比空列的極差大說明這兩個因素的影響是比較顯著的，而物料配比的極差比空列的極差小說明該因素的影響不如前兩個顯著。根據(jù)方差分析，得信度α=0.05時，各因素的影響程度如下：反應(yīng)時間：顯著；反應(yīng)溫度：很顯著；物料配比：不顯著。

3.2?；撬岬慕Y(jié)晶條件初步研究用結(jié)晶的方法對?；撬徇M行分離提純。結(jié)晶母液中主要成分為硫酸銨，?；撬岷?-氨基乙醇硫酸酯。硫酸銨通過加堿形成硫酸鹽沉淀的方法除去，母液中剩余鹽濃度在1%以下，并且硫酸銨與?；撬岬娜芙舛认嗖钶^大，可以排除結(jié)晶中鹽的影響，故結(jié)晶母液的主要成分僅為牛磺酸和2-氨基乙醇硫酸酯。本文對?；撬峤Y(jié)晶的介穩(wěn)區(qū)寬度及其影響因素進行了初步研究，為?；撬岬慕Y(jié)晶提純過程提供依據(jù)。

3.2.1結(jié)晶介穩(wěn)區(qū)的測定在固定攪拌轉(zhuǎn)速(中速)、固定pH值(pH=5.5)，不加晶種，降溫速度約1℃/15min的情況下，測定牛磺酸和2-氨基乙醇硫酸酯在100mL10%乙醇水溶液中的介穩(wěn)區(qū)寬度。由圖1和圖2可以看出，在此結(jié)晶條件下，牛磺酸和2-氨基乙醇硫酸酯各自的溶解度曲線和超溶解度曲線大致平行，且溫度越高，超溶解度越大，介穩(wěn)區(qū)寬度也逐漸增大。在較高溫度下，?；撬岬慕榉€(wěn)區(qū)寬度Δe為15~16℃，2-氨基乙醇硫酸酯的介穩(wěn)區(qū)寬度Δe為8~9℃。鑒于在低溫條件下，?；撬岷?-氨基乙醇硫酸酯的溶解度相差比較小，試圖將結(jié)晶分離條件控制在牛磺酸的介穩(wěn)區(qū)內(nèi)較為困難，可選擇在較高溫度(大于350.15K)下進行。

3.2.2攪拌轉(zhuǎn)速對介穩(wěn)區(qū)寬度的影響溶析結(jié)晶過程中，溶液的有效均勻混合是晶核形成和生長的前提，因此攪拌強度是影響結(jié)晶介穩(wěn)區(qū)寬度的重要因素之一。Melia等人[12]的研究表明攪拌強度本質(zhì)上與溶劑體積和結(jié)晶器的構(gòu)造有密切關(guān)系。本文在其他外界條件相同時，考察了不同攪拌轉(zhuǎn)速對牛磺酸介穩(wěn)區(qū)寬度的影響，結(jié)果如圖3所示。由圖3可知，攪拌速度增大，結(jié)晶介穩(wěn)區(qū)變窄。文中定義：磁力攪拌器無極調(diào)速刻度的1/2處，轉(zhuǎn)速大致為450~550r?min?1，為中速攪拌；將調(diào)速旋鈕置于無極調(diào)速刻度的1/4處，轉(zhuǎn)速大致為350~450r?min?1，為低速攪拌。值得注意的是由于實驗室的實驗測定裝置較小，且采用磁力攪拌，而工業(yè)生產(chǎn)中的結(jié)晶器較大，一般不采用磁力攪拌，況且在放大過程中存在著放大效應(yīng)，因此實驗室得到的結(jié)果可能會與工業(yè)生產(chǎn)之間存在較大偏差。

3.2.3pH值對介穩(wěn)區(qū)寬度的影響結(jié)晶過程中，pH值通常是影響產(chǎn)品純度和收率的重要因素之一。從分子結(jié)構(gòu)來分析，牛磺酸為氨基酸類物質(zhì)，含有氨基和磺酸基，等電點為4.1~5.6，同時2-氨基乙醇硫酸酯的溶解度也受溶液pH的影響，這就有必要考察體系酸堿度對兩者溶解度和超溶解度的影響。在相同的實驗條件下，分別測定pH為3、4、5、6時牛磺酸和2-氨基乙醇硫酸酯的溶解度。如圖4所示。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，兩種物質(zhì)在不同的pH條件下，各自的溶解度曲線大致平行。在25℃下比較pH對牛磺酸和2-氨基乙醇硫酸酯的溶解度的影響，見圖5所示。由圖5可以看出：(a)2-氨基乙醇硫酸酯在pH=4.5~5.0之間溶解度達到最小，而牛磺酸恰好在此區(qū)域達到最大溶解度，且兩者溶解度的差值較小;(b)在低pH區(qū)域或pH=6時，兩物質(zhì)的溶解度相差逐漸增大。欲要得到高純度的?；撬?，可在pH=6附近進行分離操作。在此pH值下濃縮結(jié)晶首先析出來的晶體是?；撬幔Ｓ嗟哪敢褐兄饕煞譃?-氨基乙醇硫酸酯，可用于物料循環(huán)，繼續(xù)進行磺化反應(yīng)。

篇9

關(guān)鍵詞：冷卻水；金屬腐蝕；硬度；金屬離子；懸浮固體

中圖分類號：　U664.81+4 文獻標識碼：A

1.2 陰離子

1.3　硬度

1.5　溶解氣體

溫度升高，水中溶解氧的擴散系數(shù)增大，能使更多的溶氧擴散到金屬表面的陰極區(qū)，即腐蝕過程加速，另一方面，溫度升高使水中溶解氧減少，從面又使金屬腐蝕速度降低。

在密閉系統(tǒng)中，金屬的腐蝕隨溫度的升高而加快。敞開系統(tǒng)中，在20-77℃的溫度區(qū)域內(nèi)，以氧的擴散速度起主導作用，因此腐蝕速度隨溫度的升高而加速，但到77℃后，腐蝕速度隨溫度升高而下降，因為此時水中的氧的減少的影響占主導地位。

2　二級處理出水回用作循環(huán)冷卻水的可行性：

城市污水經(jīng)常規(guī)的二級處理后盡管可除去大部分的有機物，但與天然水相比，出水中的COD、氨氮濃度仍較高（濃度為10-12mg/L，大大超過了冷卻水水質(zhì)要求的氨氮

2.1　試驗裝置及試驗水質(zhì)試驗說明

試驗開始時取城市污水廠二級處理出水置入系統(tǒng)進行調(diào)試（控制濃縮倍率在2-3左右），試運行30d后開始試驗研究。試驗時，首先排盡試運行時的水樣，加入城市污水廠二級處理出水、調(diào)節(jié)流量和控制冷卻水在進、出冷卻塔的溫度，進行啟動試驗和不同濃縮倍率試驗，其試驗條件：Q=0.06L/s；水浴鍋溫度為55℃；冷卻水進塔溫度為40℃；冷卻水出塔溫度為32℃；旋轉(zhuǎn)器速度為80r/min；排污時間為6h。

2.2　氨氮在不同濃縮倍數(shù)下的變化

在不同的濃縮倍率下進一步研究氨氮在冷卻水系統(tǒng)的積累。盡管冷卻水的濃縮倍率不斷提高，但氨氮的濃度仍維持在2mg/L左右，其不隨濃縮倍率的增加而增加。氨氮濃度降低而亞硝酸鹽氮的濃度在提高。維持濃縮倍率為2.5和2.8、系統(tǒng)運行2-3d后分別測得冷卻水中硝酸鹽氮的濃度為18.55mg/L和20.11mg/L，此時的亞硝酸鹽氮的濃度為2.52mg/L和2.85mg/L。由下式可以計算出：硝化作用轉(zhuǎn)化率η=（循環(huán)冷卻水中硝酸鹽氮濃度-補充水中硝酸鹽氮濃度）/［補充水中氨氮濃度×濃縮倍率（k）］×100%；

解吸作用轉(zhuǎn)化率η=1-硝化作用轉(zhuǎn)化率η-亞硝酸轉(zhuǎn)化率η。因此當k=2.5時，硝化轉(zhuǎn)化率η=58.6%，亞硝酸轉(zhuǎn)化率η=8.3%，解吸作用轉(zhuǎn)化率η=33.1%（上式中不計生物轉(zhuǎn)化吸收），此時可以計算出循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中的硝化作用為60%左右，解吸作用則為30%左右，而生成的亞硝酸為10%左右。

針對以上試驗結(jié)果，究其原因主要為：冷卻塔的溫度長期保持在25-40℃，使得氨氮在冷卻水系統(tǒng)中易于揮發(fā)；而這個水溫也恰是亞硝酸菌和硝酸菌的最適宜溫度范圍（亞硝酸菌最佳生長溫度為35℃，硝酸菌最佳生長溫度為35-42℃），且pH值為8.0左右時很適宜硝化菌的活動；供氧量充足，據(jù)計算，在冷卻塔內(nèi)冷卻水與空氣的接觸足可以使冷卻水中的溶解氧達到飽和狀態(tài)，這些均有利于硝化作用，結(jié)果使得冷卻水中氨氮的濃度迅速降低。結(jié)合生物的生長曲線還可進一步了解到微生物生長初期為對數(shù)增長期，即硝化菌以幾何級數(shù)形式增加，其結(jié)果為試驗初期冷卻水中的氨氮以指數(shù)形式下降。在冷卻水系統(tǒng)中，由于受各種因素的制約（如系統(tǒng)的殺菌等影響），使得生物量增加到最大值時，將處于穩(wěn)定狀態(tài)，這也與微生物的生長曲線相符，其結(jié)果使得冷卻水中的氨氮濃度維持于穩(wěn)定狀態(tài)，表現(xiàn)為冷卻水中的氨氮濃度不隨濃縮倍率的變化而變化。在動態(tài)試驗中，盡管城市污水廠的二級出水中氨氮濃度較高（通常NH　4-N在10-20mg/L），但由于冷卻塔的吹脫作用、硝化作用和微生物轉(zhuǎn)化吸收作用，使得氨氮在冷卻水系統(tǒng)中維持在2mg/L左右，且不隨時間和濃縮倍率的增加而積累。同時由硝化作用產(chǎn)生的NO-3也大大降低了氨氮對銅的腐蝕影響。

2.3　COD變化COD在循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中的變化。

隨著系統(tǒng)運行時間的增加，冷卻水中COD濃度并沒有提高，而維持在穩(wěn)定狀態(tài)。從濃縮倍率與COD的關(guān)系中（圖5）可進一步了解到，盡管濃縮倍率從1.5提高到3左右，但其COD值并沒有明顯增加，而與補充水中的相近。這說明了在循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中，由于冷卻塔起到了一個“生物過濾塔”作用，除轉(zhuǎn)變冷卻水中的氨氮外，還可降解補充水中的有機物，使得冷卻水中的COD值保持不變，這也降低了COD對系統(tǒng)造成的腐蝕、結(jié)垢等不良影響。

結(jié)語

①由于冷卻塔的作用，使得城市污水廠二級處理出水中的高氨氮濃度在敞開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)迅速下降，最后穩(wěn)定在2mg/L左右，且不隨系統(tǒng)的運行時間和濃縮倍率而變化，且其中有約60%的氨氮轉(zhuǎn)變?yōu)橄跛猁}氮，另有約30%的則通過解吸作用除去。

②冷卻水中的COD濃度基本保持穩(wěn)定，降低了對冷卻水系統(tǒng)的影響。城市污水廠的二級處理出水回用作循環(huán)冷卻水，有效地緩解了城市和工業(yè)用水緊張的問題。對于敞開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，因其水質(zhì)要求不高及冷卻水系統(tǒng)的非凡性，大大降低了由氨氮和COD帶來的不利影響，故十分有利于城市污水廠二級處理出水回用作冷卻水。

參考文獻

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[2]唐受印，戴友芝等.水處理工程師手冊[M].化學工業(yè)出版社.2000.

篇10

[關(guān)鍵詞]校本教研 必修 選修 課程標準 重點難點 教法學法

《化學反應(yīng)速率和限度》在高中必修模塊和選修模塊中均有安排，既有學習的階段性，又有必修、選修的層次性，在具體內(nèi)容上前后還有交叉和重疊，源于必修又高于必修，學生概念的形成和發(fā)展應(yīng)該呈現(xiàn)螺旋式上升的形態(tài)。如何把握必修和選修內(nèi)容的銜接教學，提高教學有效性，課題組成員共同探討如下。

一、教材對必修、選修內(nèi)容編排不同，把握好從定性到定量的銜接

必修內(nèi)容從日常生活中學生熟悉的大量化學現(xiàn)象和化學實驗入手，引出反應(yīng)速率的概念，在此基礎(chǔ)上又通過實驗探究總結(jié)影響化學反應(yīng)速率的因素，僅涉及對反應(yīng)速率進行簡單的計算或同一反應(yīng)中不同物質(zhì)間反應(yīng)速率的簡單相互換算。學生只需在可逆反應(yīng)的基礎(chǔ)上建立“化學平衡”的概念，并通過溫度對平衡移動影響的實驗，初步建立“化學平衡移動”的概念。這里對濃度、壓強等因素對平衡移動的影響一筆帶過，且不涉及化學平衡的計算。而在選修中，不僅從定量的角度引入化學平衡常數(shù)的概念，而且系統(tǒng)地研究了反應(yīng)條件對化學平衡移動的影響，還要求根據(jù)平衡常數(shù)計算平衡轉(zhuǎn)化率，根據(jù)濃度熵和平衡常數(shù)判斷化學平衡移動的方向，完成了從定性到定量的過渡。在教學過程中應(yīng)注意嚴格把握教學內(nèi)容的深度、廣度和教學要求，不能隨意提高知識難度。

二、必修、選修課程標準不同，把握不同階段目標的銜接

必修對《化學反應(yīng)速率和限度》內(nèi)容確定教學三維目標如下：了解化學反應(yīng)速率的概念，知道濃度、溫度和催化劑等條件對化學反應(yīng)速率的影響;了解化學平衡的特征;學生初步學會觀察化學反應(yīng)速率的問題。選修教學的三維目標為：在必修知識的基礎(chǔ)上熟練化學反應(yīng)速率的表示方法;掌握比較化學反應(yīng)快慢的方法;學生運用有效碰撞、碰撞的取向和活化分子等來解釋濃度、壓強、溫度和催化劑等條件對化學反應(yīng)速率的影響。

三、教學重點、難點不同，把握好難點、重點的銜接

必修教學重點：化學反應(yīng)速率的概念;影響化學反應(yīng)速率的因素;化學平衡的建立。必修教學難點：化學反應(yīng)速率的概念和化學平衡的建立。

選修教學重點：活化分子理論解釋外界條件對化學反應(yīng)速率的影響;化學平衡常數(shù)的表達式及其表示的意義，知道轉(zhuǎn)化率的表達式，并能進行簡單的計算。選修教學難點：化學平衡狀態(tài)的判斷，化學平衡常數(shù)的計算。我們在教學中要熟知必修、選修中的重難點，才能很好地銜接。

四、教學課時不同和學生的認知水平不同，把握好不同年級學生認識水平的銜接

高一開設(shè)課程多、課時少，知識的拓展對教學的進度會很難把握。比如， 在高一課堂上 想拓展“同一化學反應(yīng)中各反應(yīng)物和生成物的化學反應(yīng)速率之比與化學計量數(shù)的關(guān)系”這一知識點，但學生接受起來很難。又如，“影響化學平衡移動的因素”計劃在必修來完成，但對于程度較好的學生接受起來很容易，而對于程度弱的學生，若增加這部分內(nèi)容卻是負擔。其實有一定的知識積累后再在選修中學習則效果會更好。

高二開設(shè)選修模塊專題研究“化學反應(yīng)速率的定量表達”，運用相關(guān)理論對影響化學反應(yīng)速率的各種因素進行理論解釋;對化學反應(yīng)速率的測定提出了明確要求;讓學生探究外界條件對化學平衡的影響并能加以應(yīng)用;對于化學平衡狀態(tài)的定量描述，則限制在化學平衡中反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率、平衡常數(shù)的計算方面。

在進行必修模塊的教學時一定要注意對教學內(nèi)容深廣度的把握，切忌：超標、超前、超量，這樣會導致課時緊張，學生壓力過大。必修模塊教學的順利實施，為選修內(nèi)容打下堅實的基礎(chǔ)。

五、教法與學法不同，把握好教法學法的銜接

必修以新課標精神為指導，廣泛聯(lián)系學生的生活經(jīng)驗和生產(chǎn)實際，激發(fā)學生學習興趣，通過探究實驗來提升學生對影響化學反應(yīng)速率因素的認識，以學生發(fā)展為指導思想進行教學設(shè)計。