第一篇：低溫等離子體在有機凈化廢氣中的應(yīng)用與進展介紹

低溫等離子體技術(shù)在凈化有機廢氣中的應(yīng)用與進展

低溫等離子體技術(shù)在有機凈化廢氣

中的應(yīng)用與進展

姓名：xxx 專業(yè)：環(huán)境工程 班級：xxx 指導(dǎo)老師：xxx

2015年12月xx日

低溫等離子體技術(shù)在凈化有機廢氣中的應(yīng)用與進展

低溫等離子體技術(shù)在凈化有機廢氣中的應(yīng)用與進展

摘要

隨著現(xiàn)代工業(yè)的快速發(fā)展，工業(yè)三廢的排放量與日俱增，尤其是揮發(fā)性有機廢氣(VOCs)的排放，揮發(fā)性有機廢氣種類繁多、毒性強、擴散面廣，是繼顆粒物、二氧化硫、氮氧化合物之后又一類不容忽視的大氣污染物。傳統(tǒng)的有機廢氣處理方法存在流程復(fù)雜、運行成本高、處理效率低下、易產(chǎn)生二次污染等問題。低溫等離子體技術(shù)利用自由基、高能電子等活性粒子與有機廢氣分子發(fā)生一系列理化反應(yīng)，使有害氣體在短時間內(nèi)迅速催化降解為CO2和H2O以及其他小分子化合物。低溫等離子體技術(shù)工藝流程簡單、開停方便、運行費用低、去除效率高，在治理上具有明顯優(yōu)勢,是國內(nèi)外目前的研究熱點之一。本文綜述了低溫等離子體在催化劑處理揮發(fā)性有機廢氣方面的技術(shù)研究進展，并展望了等離子體技術(shù)在廢氣處理領(lǐng)域的發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：低溫等離子體；有機揮發(fā)性廢氣(VOCs)；催化降解

低溫等離子體技術(shù)在凈化有機廢氣中的應(yīng)用與進展 引言

工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程不可避免地要排放揮發(fā)性有機廢氣(VOCs)，這是污染環(huán)境、危害人類健康的重要來源[1-2]。揮發(fā)性有機廢氣排放到大氣中會引起光化學(xué)煙霧、臭氧層破壞等環(huán)境問題；大部分的VOCs 還具有毒性、刺激性、甚至致癌作用，對人體健康造成嚴(yán)重的危害[3]。為了應(yīng)對(VOCs)對環(huán)境的破壞以及對人體健康的威脅，揮發(fā)性有機廢氣處理技術(shù)迅速成為國內(nèi)外的研究熱點之一。常用有機廢氣處理技術(shù)

目前國內(nèi)外有多種技術(shù)用于處理揮發(fā)性有機廢氣，其中較為常見的方法有：燃燒法、冷凝法、吸收法、吸附法、生物法、低溫等離子體法等。

2.1 燃燒法

通過燃燒將VOCs轉(zhuǎn)化為無害物質(zhì)的過程稱為燃燒法[4]。燃燒法的原理是燃燒氧化作用及在高溫下的熱分解。因此，燃燒法只適用于處理可燃的或在高溫下易分解的VOCs。

2.2 冷凝法

冷凝法處理VOCs是利用廢氣中的各組分飽和蒸汽壓不同這一特點，采用降溫、升壓等方法，將氣態(tài)的VOCs液化分離[5]，但冷凝法不適用于低濃度廢氣的處理。

2.3 吸收法

吸收法的原理是吸收質(zhì)（VOCs）與吸收劑（水、酸溶液、堿溶液等）發(fā)生化學(xué)反應(yīng)從而達到吸收去除效果。當(dāng)VOCs成分復(fù)雜需多段凈化時，該方法便不再適用，并且該法設(shè)備易腐蝕，易形成二次污染[6]。

2.4 吸附法

吸附法是用多孔性固體活性炭、分子篩、交換樹脂、硅膠、飛灰等吸附去除廢氣。吸附法對大部分VOCs均適用，一般作為其他方法的后續(xù)處理[7]。但是吸附法也有它的缺點投資高、吸附劑用量大、再生困難、能耗大、占地面積大等缺點。

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2.5 生物法

生物法去除VOCs是微生物利用廢氣作為碳源和能源，進行生命代謝，將VOCs分解為CO2和H2O等小分子有機物[8]。該方法綠色環(huán)保，但對VOCs種類和濃度波動適應(yīng)性較差。

2.6 其他方法

除了上述方法外，其他的治理技術(shù)還有化學(xué)氧化法、膜分離法、光催化法、低溫等離子體法等。其中低溫等離子體技術(shù)經(jīng)過近年發(fā)展日漸成熟，低溫等離子體法的適用范圍廣[9]、凈化效率高，尤其適用于其它方法難以處理的多組分VOCs氣體，下面將著重介紹該方法。低溫等離子體技術(shù) 3.1 等離子體及其分類[10-11]

等離子體被認為是物質(zhì)的第4種存在形態(tài)。除固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)之外，由電子、離子、中性粒子和自由基組成的導(dǎo)電性流體，整體保持電中性。等離子體中，若電子與其他粒子溫度相同，且在5000K以上，稱之為熱等離子體或平衡態(tài)等離子體。若電子的運動溫度達幾萬攝氏度，而其他粒子和整個系統(tǒng)的溫度只有幾百攝氏度，則稱之為低溫等離子體或非平衡態(tài)等離子體。實驗室中常用的低溫等離子體主要包括：電暈放電、輝光放電、火花放電、介質(zhì)阻擋放電、滑動弧光放電、微波等離子體及射頻等離子體。

3.2 低溫等離子體去除VOCs 的機理

采用低溫等離子體分解氣體污染物時，低溫等離子體與VOCs 的作用機理主要有兩方面：一是高能電子直接與氣體分子（原子）發(fā)生非彈性碰撞，將能量轉(zhuǎn)換成基態(tài)分子（原子）的內(nèi)能，使其激發(fā)、離解、電離最終生成無害的CO2 和H2O；二是高能電子激勵氣體中的O2、N2、H2O 等分子，從而產(chǎn)生具有強氧化能力O、OH、O3、OH2 等自由基或活性粒子，它們破壞C-H、C=C 或C-C 等化學(xué)鍵，使VOCs 分子中的H、C1、F 等發(fā)生置換反應(yīng)和分解氧化，最終生成無害物質(zhì)CO2 和H2O[12]。

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3.3 低溫等離子體技術(shù)處理VOCs 的研究進展 3.3.1 低溫等離子體單獨作用于VOCs

由于低溫等離子體具有很多優(yōu)點，研究者對不同的放電低溫等離子體進行了研究，其中以介質(zhì)阻擋放電等離子體研究最多。低溫等離子體單獨作用VOCs具有設(shè)備簡單、流程短、效率高，而且容易獲得等離子體的優(yōu)點，因而被廣泛的研究。滑動弧放電是一種氣體放電等離子體發(fā)生方式，在常壓下產(chǎn)生非平衡等離子體，80%以上的輸入電能能通過低溫等離子體刺激化學(xué)反應(yīng)[13]。國內(nèi)薄拯等[14]研究了滑動弧放電等離子體裂解正己烷，該法可以有效處理正己烷，裂解率高達96%，主要裂解產(chǎn)物為CO2、CO、NO2 和H2O。提高電壓可以增大正己烷裂解率，進而增大處理量；不同材料的電極能量利用率不同，能量利用率依次為鐵電極低于鋁電極低于銅電極。國外Antonius Indarto 等[15]在常溫常壓下研究了滑動弧放電處理芳香化合物和有機氯化合物的混合物，結(jié)果表明，進氣芳香化合物濃度為0.1%～0.5%，流速為5L/min 時，能量利用率為苯< 甲苯< 二甲苯，比其他放電方式（如介質(zhì)阻擋放電、射頻放電等）能量利用率都高，降解率都在60%以上，主要產(chǎn)物為CO2、CO、H2O；進氣濃度3%，流速5L/min，氯仿的去除率高達97%，產(chǎn)物主要為CO、CO2、Cl2 和氣溶膠。除此之外，Shun-I Shih 等[16]研究了射頻等離子體單獨處理苯，在O2/Ar 做載氣，O2 濃度為1～9%，C2H6 的濃度為1%，輸入功率為20W，苯的去除率始終保持在98～99%，產(chǎn)物為CO、CO2、H2O。Wen-Jun Liang等[17]研究了介質(zhì)阻擋放電以及鐵電極上的NaNO2 介質(zhì)顆粒含量對甲醛去除率的影響，結(jié)果表明，隨著鐵電極上的NaNO2 的含量增加，甲醛的去除率增加，當(dāng)鐵電極上浸入8000ppm 的NaNO2 時，甲醛的去除率由不浸時的58%增加到93%，能量密度也相應(yīng)的增加。以上等離子體單獨作用有機廢氣，雖然去除率很高，但都是針對低濃度廢氣，而且還產(chǎn)生CO 等副產(chǎn)物，CO2 的選擇性也不強。

3.3.2 低溫等離子體協(xié)同吸附劑作用于VOCs 在等離子體反應(yīng)器中填充吸附劑（如活性炭、分子篩、沸石、大孔γ-Al2O3 等），可在不增加反應(yīng)器尺寸的前提下，延長VOCs 廢氣在反應(yīng)器內(nèi)的停留時間，同時吸附劑可選擇性吸附VOCs 和大量的高活性自由基，使表面處活性自由基

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和VOCs 的濃度增大，有利于自由基和VOCs 的碰撞而發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使短壽命活性基團盡量多的與廢氣分子發(fā)生碰撞，而多孔性顆粒的表面在電子撞擊下也可成為反應(yīng)活性中心，促進微孔結(jié)構(gòu)表面的多相降解反應(yīng)，有利于提高放電能量的有效利用率，增加產(chǎn)物的選擇性，減少副產(chǎn)物。今后等離子體協(xié)同吸附劑的發(fā)展，主要在于優(yōu)化等離子體反應(yīng)器及對吸附劑進行改性。Song 等[18]研究了等離子體反應(yīng)器中填充不同吸附能力的吸附劑（玻璃小球、微孔γ-Al2O3 顆粒、分子篩和γ-Al2O3 顆粒的混合物）對甲苯和丙烷去除率的影響，結(jié)果表明，隨著溫度的增加，吸附能力有所下降，但是去除率增加，還發(fā)現(xiàn)因為微孔γ-Al2O3 顆粒O3、HNO3 副產(chǎn)物明顯減少。Urashima 等[19]研究了介質(zhì)阻擋放電反應(yīng)器中放入活性炭過濾器對甲苯和三氯乙烯（TCE）去除率的影響。

結(jié)果表明，甲苯的降解率隨輸入能量的增加而增加，放電反應(yīng)器中甲苯的去除率由不加活性炭的90%上升到98%，三氯乙烯由50%上升到90%，并且活性炭過濾器還能吸收反應(yīng)副產(chǎn)物COCl2、HCl、NOx、O3，能量利用率甲苯和三氯乙烯分別為30g/KWh、15g/KWh。此外，季銀煉等[20]研究了低溫等離子體協(xié)同改性活性炭纖維（ACF）凈化甲醛。采用浸漬法研制了負載納米TiO2 及Cu/Pd 金屬離子的改性活性炭纖維功能材料，充分發(fā)揮了ACF 的吸附作用、納米TiO2 光催化作用、低溫等離子體強氧化作用。結(jié)果表明，改性ACF 有利于甲醛凈化，其中負載TiO2 改性方案最佳，低溫等離子體協(xié)同TiO2/ACF 凈化效果最好，其效率高達94%。

3.3.3 低溫等離子體協(xié)同催化劑作用于VOCs 等離子體協(xié)同催化劑發(fā)揮了兩種技術(shù)的優(yōu)點，等離子體場中存在大量的活性物種：高能電子、離子及活性自由基和激發(fā)態(tài)的氣體分子、原子等，只有這些活性物種的能量高于VOCs 鍵能時才會引發(fā)化學(xué)反應(yīng)，而VOCs 的降解主要通過三個途徑：(1)電子碰撞電離；(2)自由基碰撞電離；(3)離子碰撞電離。催化劑具有一定的吸附作用，氣相中的大量活性物種及VOCs 分子在吸附作用下聚集在催化劑表面，增加表面活性物種和VOCs 的濃度，催化作用能降低化學(xué)反應(yīng)的活化能。因此，低溫等離子體與催化劑協(xié)同作用時，較直接催化劑法或單純等離子體法具有更高的脫除效率，提高CO2 的選擇性，可顯著降低CO、氣溶膠、臭氧及小分子有機化合物副產(chǎn)物的產(chǎn)生，并且顯著降低能耗。等離子體協(xié)同催化

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劑主要有兩種方式：(1)催化劑填充在放電區(qū)(IPC)；(2)催化劑填充在放電區(qū)后面(PPC)。催化劑的不同位置對VOCs 的去除率、副產(chǎn)物的產(chǎn)生、能量的利用都有極大的影響。

目前研究的熱點主要是催化劑的選擇及其在反應(yīng)器中的位置，光催化劑TiO2 由于來源廣、化學(xué)穩(wěn)定性和催化活性高、沒有毒性，成為與等離子體協(xié)同作用的最常用光催化劑。晏乃強等[21]研究了催化劑強化脈沖放電治理有機廢氣，結(jié)果表明，Mn、Fe 等金屬氧化物在放電作用下對有機物的降解有較好的催化活性，二者可使甲苯的去除率由59%分別提高到86%和83%；并且發(fā)現(xiàn)以陶瓷材料為載體用浸漬法制備的催化劑活性及穩(wěn)定性較好。陸彬等[22]研究了介質(zhì)阻擋等離子體放電與催化聯(lián)用分解苯，結(jié)果表明，加入MnO2 可充分利用O2、O3，能夠增加苯氧化為CO2，且苯去除的能量利用率是不用催化劑時的兩倍，催化劑MnO2 離放電區(qū)的距離和能量密度對去除率有顯著影響。當(dāng)能量密度低于564J/L 時，MnO2 離放電區(qū)的距離越近，苯的去除效果越好；當(dāng)能量密度高于1051J/L 時，苯的去除效果與MnO2 離放電區(qū)的距離有關(guān)并有一個最佳值。Zhu Tao 等[23] 研究了等離子體協(xié)同MnO2/γ-Al2O3 處理低濃度甲苯，結(jié)果表明，單獨使用等離子體和MnO2 或γ-Al2O3 時，甲苯的去除率增加，但是使用等離子體和MnO2/γ-Al2O3 時，甲苯去除率高達98%以上，能量利用率提高，排放氣體中的O3 濃度也減少。D.Ighigeanu 等[24]研究了電子束、微波誘導(dǎo)等離子體協(xié)同催化劑三種技術(shù)處理VOCs，催化劑填充在放電輻射區(qū)。結(jié)果表明，由于OH 自由基與VOCs的反應(yīng)，電子束使VOCs 轉(zhuǎn)化為中間產(chǎn)物有很高的效率，而微波等離子體和催化劑卻能使中間產(chǎn)物轉(zhuǎn)化為CO2、H2O，微波等離子體協(xié)同催化劑系統(tǒng)時，甲苯的轉(zhuǎn)化率（VOCs 轉(zhuǎn)化為任何產(chǎn)物的效率）和甲苯最終轉(zhuǎn)化為CO2（產(chǎn)物中CO2 的比例）的效率分別為59.5%、82.2%；電子束等離子體協(xié)同催化劑的分別為77.2%、78.1%；電子束和微波等離子體協(xié)同催化劑的卻分別高達92.8%、90.5%。Huang Haibao 等[25]研究了等離子體協(xié)同O3/UV/TiO2 處理甲苯，充分利用放電產(chǎn)生的O3 和紫外光與TiO2 的作用降解VOCs。結(jié)果表明，在放電區(qū)后填充光催化劑TiO2，甲苯轉(zhuǎn)化率達80%，排放氣體中O3 濃度比沒有TiO2 時減少90%，水蒸汽在甲苯的降解和O3 的去除中起雙重作用，甲苯的降解率隨O3 的減少而增加，O3/ TiO2 過程在甲苯的降解中起關(guān)鍵作用。

低溫等離子體技術(shù)在凈化有機廢氣中的應(yīng)用與進展 總結(jié)與展望

近年來，我國著重解決廢水污染物，有機廢氣的治理也將成為另一個重點目標(biāo)。為了把有限的污染治理資金用好，對有機廢氣治理技術(shù)的研究開發(fā)需進一步探討和解決以下幾個問題：

(1)VOCs 廢氣的等離子處理技術(shù)，必須進一步改善該技術(shù)能量利用效率、系統(tǒng)壓降、副產(chǎn)物產(chǎn)生及利用效率等，使等離子體污染控制技術(shù)發(fā)揮其獨有的科技性和高效率，在未來的環(huán)保產(chǎn)業(yè)中得以推廣應(yīng)用。

(2)等離子體協(xié)同吸附劑和催化劑處理VOCs廢氣效果較好，但反應(yīng)過程中可能產(chǎn)生O3、NOx、Cl2、HNO3 及其他二次污染物，可能使催化劑失去活性。

今后還須進一步研究的主要方向是：開發(fā)吸附能力強的催化劑，并且其活性對溫度的影響不敏感，光催化劑和改性的吸附劑的研究也是發(fā)展的方向；同時對等離子體反應(yīng)器結(jié)構(gòu)也要進行改進，令其在更低的電壓條件下產(chǎn)生等離子體；通過多方面的研究改進，最終使新興的低溫等離子體技術(shù)應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)中，為廢氣的治理提供現(xiàn)實可行的、經(jīng)濟合理的處理方法。

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低溫等離子體技術(shù)在凈化有機廢氣中的應(yīng)用與進展

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第二篇：酶在有機合成中的應(yīng)用進展匯總

酶在有機合成中的應(yīng)用進展

許廣帥

（化工學(xué)院 化工一班）

摘要：由于有機溶劑易使酶蛋白變性、失活或抑制其反應(yīng)，因此，長期以來，形成 了一個概念：酶反應(yīng)需在水溶液中進行。盡量避免使用有機溶劑。隨著酶學(xué)研究的進展。經(jīng) 過近十年的大量研究，人們發(fā)現(xiàn)。只要條件合適，酶在有機溶劑中是完全能夠起催化反應(yīng)的。1985年歐洲生物技術(shù)聯(lián)合會召開了“生物催化劑在有機合成中的應(yīng)用，隨后又組織了“有機相中的酶催化討論會，引起了與會科學(xué)工作者扳太的興趣。近年來。有機合成化學(xué)領(lǐng)域的一個重大進展就是應(yīng)用微生物或酶進行催化反應(yīng)。由于酶催化反應(yīng)具有高度的專一性，使得 這種合成與轉(zhuǎn)化在合成化學(xué)領(lǐng)域中具有很大的理論價值和應(yīng)用潛力。

關(guān)鍵詞：酶、有機溶劑、生物催化劑、催化反應(yīng)

Abstract: Because the organic solvent is easy to make enzyme protein denaturation and inactivation or inhibit the reaction, therefore, for a long time, form a concept: enzyme reaction should be carried out in aqueous solution.Try to avoid using organic solvent.With the progress of the enzymology.After nearly 10 years of research, people found.As long as conditions are right, enzymes in organic solvents is fully capable of catalytic reaction.In 1985 European biotechnology federation held a “the application of biological catalyst in organic synthesis, and then organized” seminar on enzyme catalysis in the organic phase, aroused the interest of the scientific workers pull too.In recent years.A significant progress in the field of organic synthesis chemistry is the application of microorganism or enzyme catalytic reaction.Because the enzyme catalytic reaction are highly specific, makes the synthesis and transformation in the field of synthetic chemistry has great theory value and application potential.Key words:Enzyme, organic solvents, catalysts, catalytic reaction 1 前言

酶除作用于天然底物外，還可作用于與其底物結(jié)構(gòu)相似的物質(zhì)發(fā)生非自然催化，從而構(gòu)戚了一個特殊的化學(xué)合成新銹域。通過酶催化可以完成各種各樣的化學(xué)反應(yīng)，如：氧化、脫氫、還原、脫氨、羥基化、甲基化、環(huán)氧化、脂化、酰胺化、磷酸化、開環(huán)反應(yīng)、異構(gòu)化、側(cè)鏈 切除、縮合以及鹵代等反應(yīng)。由于酶催化較化學(xué)法催化具有區(qū)域選擇性、立體選擇性、條件 溫和、反應(yīng)速度快等優(yōu)點，因此形成了生物學(xué)與化學(xué)邊緣領(lǐng)域中十分引人注意的，研究非常活躍的重要課題，并已出現(xiàn)許多科研成果。實際上，酶催化已經(jīng)應(yīng)用于制藥、精細化工、食品添加劑以及日用化合物等的合成。酶在有機合成中的應(yīng)用

多肽合成、脂類合成、抗生素的修飾、有機酸、光學(xué)活性氨基酸的制備、日用化合物生產(chǎn)。

2.1鹵過氧化物酶

2.1.1鹵化反應(yīng)

氯是目前地球上含量最多的鹵素，其次是溴和碘。鹵素被有機體用來產(chǎn)生鹵素代謝產(chǎn)物，從哺乳動物體內(nèi)的甲狀腺激素到某些植物產(chǎn)生的有毒的氟化脂肪酸。藻類，特別是海藻是目前最豐富的鹵素代謝產(chǎn)物的來源1221。海藻在鹵過氧化物酶的幫助下合成了鹵化合物。這些化合物包括吲哚、萜、酚類、揮發(fā)性的鹵代烴等。鹵化酶所產(chǎn)代謝物大都具有生物學(xué)的抗真菌、抗細菌、抗病毒和抗炎的活性，例如鹵代的吲哚，具有抗炎和抗癌的活性。鹵化反應(yīng)可以被亞鐵血紅素鹵過氧化物酶以及釩鹵過氧化物酶和細菌鹵過氧化物酶所催化。早在1961 年，Hager等∞l就報道了CPO能和B一酮酸發(fā)生鹵化反應(yīng)。鹵化作用的代表是氯過氧化物酶催化的卡爾里霉素的生物合成1241。近年來，由于具有可以鹵化一系列有機化合物的力，鹵過氧化物酶引起了商業(yè)和藥學(xué)界的濃厚興趣。由鹵過氧化物酶催化的鹵化反應(yīng)缺乏立體特異性，這與無酶鹵化反應(yīng)是一致的，具體的細節(jié)仍有爭論閉，但某些糖烯的區(qū)域選擇性溴化反應(yīng)例外倒。糖烯在氯過氧化物酶、HX(鹵化氫)和H：O：存在下反應(yīng)生成相應(yīng)的2一脫氧一2一溴糖，且具有高的區(qū)域和立體選擇性。該化合物是非常有用的生物活性糖類和合成纖維，此方法對于鹵代糖類的合成是一種新的方法。2.1.2氧化反應(yīng)

炔在各種化合物的合成中是一個非常重要的中間體。已經(jīng)研究了很多炔上三鍵的氧化反應(yīng)。然而，對于氧化炔丙基的例子并不多。手性丙炔醇是對應(yīng)選擇性合成復(fù)雜分子(特別是生物學(xué)活性物質(zhì))的重要標(biāo)準(zhǔn)部件。Hager等[271報道了CPO在H20：或TBHP(叔丁基氫過氧化物)的存在下，催化氧化2一炔到醛的反應(yīng)。從炔到醛的炔丙基氧化過程中，不對稱的炔丙醇作為一個中間體。在H：0：和CPO的水溶液中，醇完全、快速地轉(zhuǎn)化成了醛(92％～95％)。在己烷(或乙酸乙酯)和緩沖溶液(pH=5．0)的兩相體系里，CPO可以催化一系列伯醇生成相應(yīng)的醛閻。CPO也可以不對稱地催化前手性的l，3一環(huán)己二烯，反應(yīng)有高的對應(yīng)選擇性，且有很高的產(chǎn)率。2.1.3環(huán)氧化作用

環(huán)氧化合物是非常重要的有機合成中間體。通過官能團轉(zhuǎn)化反應(yīng)，可以從環(huán)氧化合物制備一系列不同結(jié)構(gòu)的手性化合物。目前，工業(yè)應(yīng)用的烯烴環(huán)氧化合成環(huán)氧化合物的方法主要有氯醇法和Halcon法。在氯醇法中，合成反應(yīng)會產(chǎn)生大 量含CaCl：及各種有機氯化物的廢水，造成嚴(yán)重的環(huán)境污染，而且設(shè)備腐蝕嚴(yán)重；Halcon法工藝流程太長，投資大，對原料質(zhì)量要求較高，操作條件嚴(yán)格，且聯(lián)產(chǎn)品多，故這兩種生產(chǎn)方法均不能滿足可持續(xù)發(fā)展的要求。隨著人們對環(huán)保的日益重視及對環(huán)氧化產(chǎn)品需求的不斷增加，發(fā)展工藝簡單、污染小的綠色環(huán)氧化合物合成新工藝顯得更為迫切1291。應(yīng)用于烯烴環(huán)氧化的酶主要有氯過氧化物酶(chloroperoxidase)和單加氧酶(monooxygenase)。自從發(fā)現(xiàn)CPO能作為一種環(huán)氧化反應(yīng)的催化劑以來，這個反應(yīng)的選擇性和產(chǎn)率一直是人們關(guān)注的問題。研究發(fā)現(xiàn)，CPO能催化各種烯烴的不對稱環(huán)氧化，且有很高的產(chǎn)率和對映選擇率。另外，CPO還可以催化茚，經(jīng)過茚二醇中間體。直接衍生出手性環(huán)氧化物[30l]。

總結(jié)：鹵過氧化物酶能催化多種反應(yīng)，且催化的多數(shù)反應(yīng)以立體特異性的方式實現(xiàn)。此外，催化反應(yīng)條件溫和，無環(huán)境污染，應(yīng)用前景廣闊。但是，當(dāng)H20：氧化劑濃度高時，容易失活；且大多底物水溶性差。近年來，已經(jīng)開發(fā)了一些方法來改善這些不利因素，例如：C礦、M礦等多種離子可以提高無輔基鹵過氧化物酶的穩(wěn)定性、耐熱性和耐有機溶劑的能力例；利用抗氧化劑來提高氯過氧化物酶的操作穩(wěn)定性I擁。因此，對鹵過氧化物酶進行修飾、改進將是今后發(fā)展的重要方向。隨著研究的不斷深入，相信在不久的將來，鹵過氧化物酶必將成為現(xiàn)代合成化學(xué)和醫(yī)藥工業(yè)中重要的手性催化劑。

2.2氰基水解酶

2.2.1氰基水解酶簡介

早在三十年代，為了 解釋一些化學(xué)合成的氰基衍生物對植物生長的 促進作用，就有人提出 某些植物器官能將氰化物轉(zhuǎn)化成酸。哈佛 大學(xué)的 Thimann和 Mahadeven認為這是一個酶促反應(yīng)，并于1964年從大麥葉子中正式分離到這個酶，定名為氰基水解酶。目前的研究表明，腈化物的酶水解通過兩種途徑： 一是通過氰基水解酶將氰基直接轉(zhuǎn)化成羧酸，二是先通過氰基水合酶；將氰基轉(zhuǎn)化成酰胺，再通過酰胺酶的作用轉(zhuǎn)化成羧酸。通常所說的廣義的氰基水解酶即包括這兩種途徑所涉及的三種酶。本文除特別指出外，均指廣義的氰基水解酶。2.2.2氰基水解酶在有機合成中的應(yīng)用

在有機合成中，常常需要水解氰基時不傷害其它可水解基團，如?；⒖s醛、醚鍵等。Faber小組在對固定化酶SP409的研究中發(fā)現(xiàn)，這種復(fù)合酶對乙酯，磷酸酯類底物顯示出了化學(xué)選擇性，而對甲酯及酰基取代的底物則不具有選擇性（Figure4），酯鍵也水解了，這可能是由于SP409不純，含有能使甲酯和乙?；獾孽ッ?。

氰基水解酶的工業(yè)應(yīng)用氰基水解酶的溫和高效特點使之在工業(yè)生產(chǎn)上有很重要的應(yīng)用價值。當(dāng)今最主要的工程應(yīng)用是日本Nitto公司的丙烯酰胺工程(Figure20)，年產(chǎn)已達30000噸。在這項工程中，酶催化與傳統(tǒng)的酸水解相比具有絕對優(yōu)勢,不僅能有效地將反應(yīng)中止在第一步,不致生成丙烯酸，而且產(chǎn)率可達100% ,遠遠高于傳統(tǒng)酸水解的65%，同時可以避免在中和強酸時生成的副產(chǎn)物硫酸銨。

2.3微生物環(huán)氧化合物水解酶

2.3.1催化機理

環(huán)氧化合物水解酶是一種a/B-折疊型水解酶，遵循兩步催化機理：(1)酶的天冬氨酸殘基親核進攻環(huán)氧乙烷中的一個碳原子，形成一個共價結(jié)合的酯中間體；(2)在酶的作用下，一個水分子被激活，將酯中間體水解成產(chǎn)物。Rink等的研究發(fā)現(xiàn)，細菌A．radiobacter幻婦燈環(huán)氧化合物水解酶的Aspl07(親核進攻作用)、Asp246(輔助組氨酸殘基發(fā)揮作用)和His275(活化水分子)3個氨基酸殘基組成了該酶三位一體的催化功能。2.3.2有機合成上的應(yīng)用

隨著被發(fā)現(xiàn)的微生物環(huán)氧化合物水解酶種類的增多，其應(yīng)用方面的研究也不斷深入。許多實驗研究已經(jīng)擴大到生物反應(yīng)器中，光學(xué)活性環(huán)氧化合物的制備規(guī)模已經(jīng)達到幾十克的水平。在這些拆分反應(yīng)中，不僅使用了生物反應(yīng)器，而且采用了高底物濃度、兩相體系，甚至用自來水代替緩沖液等多種新的方法，展現(xiàn)了良好的應(yīng)用前景。WeUem等““報道了在水一有機溶劑兩相體系中，利用酵母細胞硒。出n ck咖“出環(huán)氧化合物水解酶進行了大規(guī)模的拆分反應(yīng)，獲得了高濃度(0.9ml，L)、高光學(xué)純度(98％ee)的(s)一1，2一環(huán)氧己烷(6.5g，30％收率)。在級聯(lián)的中空纖維膜生物反應(yīng)器中進行連續(xù)轉(zhuǎn)化時，比產(chǎn)率為3.8g/L/H，運行12d，獲得了38g高光學(xué)純度(98％ee))的-1，2-環(huán)氧已烷。

在藥物合成方面，利用環(huán)氧化合物水解酶制備光學(xué)活性的環(huán)氧化合物，解決了許多重要的生物活性物質(zhì)合成途徑上的限制性環(huán)節(jié)。Faber等“23利用冷凍干燥細胞對底物進行不對稱水解開環(huán)，得到了一種合成松樹甲蟲信息素的重要中間體——(s)-Frontalin。Furstoss的研究小組利用黑曲霉選擇性水解環(huán)氧苧烯底物，獲得了光學(xué)純的6，7-雙羥基香葉醇和(4s，8s)-防風(fēng)根醇，后者是護膚品、洗滌劑和多種軟膏的重要成分。在拆分(±)一a一甲基-異丁基苯基環(huán)氧乙烷的反應(yīng)中，他們還采用了化學(xué)．酶法。首先通過黑曲霉催化的不對稱水解獲得r s-構(gòu)型環(huán)氧化合物，然后將生成的R-二醇采用化學(xué)的方法環(huán)化為消旋的環(huán)氧化合物繼續(xù)進行拆分。(s)-a-甲基一異丁基苯基環(huán)氧乙烷在開環(huán)后可以轉(zhuǎn)化成重要的生物活性藥物——s-布洛酚。同時，他們利用該環(huán)氧化合物水解酶拆分330moL/L的對-硝基苯基環(huán)氧乙烷(54g/L)，經(jīng)過6h的水解反應(yīng)得到了光學(xué)純度高達99％的S-構(gòu)型環(huán)氧化合物，然后在酸性條件下對產(chǎn)物進行水解及重結(jié)晶獲得了光學(xué)純度為98％的R-二醇，最后加氨合成了肛阻斷劑類手性藥物尼芬爾醇。這種化學(xué)酶法在拆分外消旋環(huán)氧底物獲得光學(xué)活性環(huán)氧中間體以制備藥物(R)-3，5-二羥-3-甲基戊酸內(nèi)酯的合成中得到了應(yīng)用。此外，F(xiàn)urstoss等還報道了利用兩種選擇性互補的微生物A.niger和S.tuberosum環(huán)氧化合物水解酶，共同催化對-氯苯基環(huán)氧乙烷的不對稱水解反應(yīng)，得到了神經(jīng)保護藥物Eliprodil的關(guān)鍵性手性合成子——光學(xué)活性的R-二醇，其對映體過剩值高達96％，轉(zhuǎn)化率達93％。利用真菌S．tuberosum環(huán)氧化臺物水解酶水解茚環(huán)類環(huán)氧化臺物，他們還獲得了抗愛滋病藥物齊夫爾定(Indina-vir)的重要前體物質(zhì)：光學(xué)純度為98％的(1R，2S)——環(huán)氧化合物(收率20％)和光學(xué)純度為69％的(1R，2R)——二醇(收率48％)。

生物酶在有機合成中的應(yīng)用是20世紀(jì)80年代發(fā)展起來的生化技術(shù)。由于它有許多優(yōu)點，如反應(yīng)條件溫和（常溫、近中溫），具有高度的區(qū)域選擇性、立體選擇性和對映體選擇性，可避免敏感官能團發(fā)生變化，可產(chǎn)生許多光化學(xué)活性物質(zhì)，尚可完成一些用傳統(tǒng)的化學(xué)反應(yīng)；另外還有產(chǎn)品純、無三廢、無環(huán)境污染等優(yōu)點，因此越來越受到有機化學(xué)研究者的青睞，實驗表明在有機溶劑中進行酶催化反應(yīng)具有以下優(yōu)點：增加非極性底物的濃度，很多不溶于水或在水中不穩(wěn)定的產(chǎn)物能在有機溶劑中用酶來催化生成；有機溶劑能保護酶免受有毒反應(yīng)物和反應(yīng)條件的損壞，提高酶的耐溫性等。酶催化反應(yīng)的類型包括氧化還原、酶合成、酯交換、脫氧、酰胺化、甲基化、羥化、磷酸化、脫氨、異構(gòu)化、環(huán)氧化、開環(huán)聚合、側(cè)鏈切除、聚合及鹵代等。

酶在有機合成中的應(yīng)用以逐漸被人們所認識，并且近年來已取得了較大進展，利用酶催化的不對稱可以合成許多手性分子，隨著酶技術(shù)的發(fā)展，已經(jīng)克服了酶催化反應(yīng)中存在的一些問題（如：對有機介質(zhì)的敏感性、對底物變化的適應(yīng)性以及醇的不穩(wěn)定性等）。近年來有關(guān)酶技術(shù)的進展主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）固定化酶：將酶固定在固定支持物上，或通過酶分子之間的交聯(lián)而得以固定，通過固定后可以更方便、更有效地利用酶，提高酶催化作用的效率；

（2）酶在低水有機介質(zhì)中催化反應(yīng)：多數(shù)酶是在水溶液中催化化學(xué)反應(yīng)的，近年來酶低水介質(zhì)中催化有機反應(yīng)取得了明顯的進展，從而拓寬了酶應(yīng)用的領(lǐng)域，到了酶反應(yīng)只能在水溶液中進行的傳統(tǒng)觀念；

（3）抗體酶：抗體酶是近年來才出現(xiàn)的新概念，是專一作用于抗原分子的有催化活性的、有特殊生物學(xué)功能的蛋白質(zhì)?？贵w酶兼?zhèn)涿庖叻磻?yīng)的專一性和酶催化反應(yīng)的活性，因此有可能通過人工制備來獲取高選擇性的催化劑以應(yīng)用于化學(xué)、生物和醫(yī)藥學(xué)；

（4）模擬酶：通過人工合成制備模擬酶的識別和催化性能的分子，已經(jīng)越來越引起化學(xué)家的注意。合成酶也能像天然酶一樣加速某些化學(xué)反應(yīng)，并顯示出較強的立體選擇性。雖然合成酶的研究剛剛起步，但已顯示出了巨大的誘惑力；

（5）Ribozyme：Ribozyme的功能主要是切斷RNA，有阻斷基因表達和產(chǎn)生抗病毒作用的應(yīng)用前景，其底物都是RNA分子。

參考文獻：

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第三篇：層流電弧等離子體技術(shù)及其在材料熱加工中的應(yīng)用范文

層流電弧等離子體技術(shù)及其在材料熱加工中的應(yīng)用

袁潔朱華古鐘璧姚進

四川大學(xué)制造科學(xué)與工程學(xué)院61006

5摘要分析了常壓下層流電弧等離子體射流的特征，和其他熱加工熱源相比，層流電弧等離子體具有加工溫度較高，能量密度大，參數(shù)易調(diào)節(jié)，設(shè)備成本低等優(yōu)點；闡述了層流電弧等離子體在表面熱處理、熱噴涂、焊接及柔性成形等熱加工技術(shù)方面所具有的軸向溫度梯度小、熱影響區(qū)域小、工作壽命長、參數(shù)可調(diào)節(jié)性強等優(yōu)點。

關(guān)鍵詞：常壓層流 電弧等離子體 熱加工

0 前言

在現(xiàn)代熱加工領(lǐng)域中，焊接、切割、熱噴涂、表面熱處理等加工應(yīng)用廣泛。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的加工工藝已難以滿足新型材料及特殊結(jié)構(gòu)的加工要求。究其原因，是因為傳統(tǒng)的加工熱源本身存在局限性，無法滿足新材料的加工要求。常用的傳統(tǒng)熱源如炔氧焰、氫氧焰應(yīng)用簡便，成本低，但其最高溫度只有3000℃左右，難以加工高熔點金屬、耐高溫陶瓷材料；利用電弧放電產(chǎn)生的熱源多用于焊接領(lǐng)域，技術(shù)成熟，但對于特種焊接及陶瓷、復(fù)合材料的焊接卻難以實現(xiàn)。最近幾十年內(nèi)，高能束熱源研究快速發(fā)展，以激光、電子束、熱等離子體的研究應(yīng)用最為廣泛，這三種熱流都具有很高的能量密度，加工溫度高，升溫快。其中，激光的加工精度高，但激光器成本高，一次性投資大，功率也較小，目前工業(yè)用半導(dǎo)體泵浦激光器最大功率為10kW左右，加上能量轉(zhuǎn)化效率低（20%左右），極大限制了其在工業(yè)上的推廣運用[1]；電子束利用加速狀態(tài)的電子轟擊工件產(chǎn)生熱能，屬于精密微細加工方法，但加工條件復(fù)雜，需要一整套專用設(shè)備和真空系統(tǒng)，價格昂貴，且電子束轟擊材料產(chǎn)生的X射線會損害人體細胞[2]，安全問題不容忽視。熱等離子體技術(shù)利用電能將普通氣體電離以產(chǎn)生等離子體，使等離子體攜帶能量并傳輸給工件，和激光及電子束相比，具有加工應(yīng)用簡單，設(shè)備成本低，安全性高等優(yōu)

目前，熱等離子技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域得到了較大的擴展，在傳統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域，熱等離子技術(shù)已趨向成熟，并有所發(fā)展，于此同時又擴展了許多新的應(yīng)用領(lǐng)域[3]，如煤的氣化，有害廢棄物焚燒等。當(dāng)前針對熱等離子體應(yīng)用的研究內(nèi)容主要有：等離子體參數(shù)的控制、等離子發(fā)生設(shè)備的改進和熱轉(zhuǎn)化效率[4]。根據(jù)等離子體射流的狀態(tài)，可將熱等離子體分為湍流等離子體（圖1-a）和層流等離子體（圖1-b,c），由于前者更易產(chǎn)生和維持，目前的研究應(yīng)用比較廣泛。層流等離子體與湍流等離子體射流相比，流動更穩(wěn)定、高溫區(qū)更長、軸向溫度梯度小、噪聲低、對環(huán)境氣體的卷吸量少、射流參數(shù)可以通過改變發(fā)生器的工作氣體流量或弧電流（電壓）方便地加以調(diào)節(jié)，這為提高材料加工過程的重復(fù)性與加工質(zhì)量、改善操作人員的工作環(huán)境創(chuàng)造了條件，但由于產(chǎn)生和維持層流等離子體比較困難，對其研究應(yīng)用相對較少。在國內(nèi)，中國科學(xué)院力學(xué)研

究所開發(fā)了層流氬氣等離子體，射流較長，工作穩(wěn)定（圖1-b）。成都陽流科技發(fā)展有限公司，聯(lián)合四川大學(xué)智能控制研究所及四川大學(xué)制造科學(xué)與工程學(xué)院，研發(fā)出新型層流電弧等離子體發(fā)生器，工作狀態(tài)非常穩(wěn)定，產(chǎn)生的氮氣層流等離子體射流可長達100cm。（圖1-c）。

圖1等離子體射流層流等離子體

實際中的流體流動一般都是湍流（紊流）狀態(tài)，而沒有絕對層流狀態(tài)的流體。理想層流狀態(tài)下的流體在受到外界干擾時，流體粘滯性產(chǎn)生的切應(yīng)力會因失去平衡而激發(fā)渦流的產(chǎn)生。在電弧電離工作氣體產(chǎn)生等離子體時，為了盡可能獲得趨于層流狀態(tài)的射流，發(fā)生器的結(jié)構(gòu)、工作電源、工作氣流的穩(wěn)定性是關(guān)鍵?；趯Φ入x子體產(chǎn)生原理的充分認識和理解，成都陽流科技發(fā)展有限公司聯(lián)合四川大學(xué)智能控制研究所、四川大學(xué)制造科學(xué)與工程學(xué)院，設(shè)計了新的等離子發(fā)生器，并采用更加穩(wěn)定的工作電源系統(tǒng)和氣路系統(tǒng)，研發(fā)出1kw、5kW、10kW、20kW、60kW、120kW等不同功率的層流電弧等離子體設(shè)備?？刹捎玫獨?、氬氣、氦氣及混合氣作為工作氣體，產(chǎn)生的等離子體射流狀態(tài)穩(wěn)定，出口溫度高達8000~20000℃，可融化鎢、鉬、鈦等難熔金屬材料及剛玉、石英等非金屬材料，且可連續(xù)穩(wěn)定工作100小時以上，陰、陽極壽命均可達數(shù)百小時（小電流工作時壽命更長）。目前正在利用其做焊接、表面熱處理、熱噴涂方面的研究實驗。層流等離子體熱加工技術(shù)應(yīng)用

等離子體的應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，下面就四個方面對層流等離子體在熱加工領(lǐng)域的研究應(yīng)用及發(fā)展做簡要介紹：（1）層流等離子體表面淬火熱處理；（2）層流等離子體熱噴涂；（3）層流等離子體焊接；（4）層流等離子體柔性成形。

2.1 層流等離子體表面淬火熱處理

常壓等離子體射流表面硬化包括等離子相變硬化和熔凝硬化，它是利用等離子體射流對金屬材料表面進行快速加熱，并利用基體的自身急冷實現(xiàn)材料表面的相變硬化或熔凝硬化。[5]。鐵基材料的等離子體表面淬火常用于強化諸如齒輪和軸承等高應(yīng)力機械零部件，它提高了材料的耐磨性，同時也提高了由工件表面殘余壓應(yīng)力導(dǎo)致的疲勞強度，該殘余壓應(yīng)力是淬火工藝中的組織轉(zhuǎn)變產(chǎn)生的。等離子體表面淬火工藝和傳統(tǒng)鐵基材料的淬火相比，都是通過將材料從奧氏體區(qū)域淬火形成高硬度馬氏體來提高硬度和強度，但等離子體表面淬火僅將表面很薄的一層加熱到奧氏體化溫度，工件心部基本上不受影響。與其他表面淬火技術(shù)（激光、電子束表面硬化、高頻淬火）相比，等離子體表面硬化技術(shù)具有設(shè)備投資少、生產(chǎn)效率高和處理成本低的優(yōu)點，近幾年得到越來越廣泛的研究和應(yīng)用[6]。

在利用等離子體進行表面熱處理時，通過控制工作電壓電流、工作氣體流量、噴嘴與工件距離、等離子體與工件相對移動速度等，以獲得所需要的表面相變硬化或熔凝硬化。與湍流等離子體相比，層流電弧等離子體在表面淬火時的優(yōu)點有：（1）射流在軸向上溫度近似成線性衰減，可控性更強，對復(fù)雜零件的深孔、凹槽處也可處理;（2）由于能量更集中，工件由于熱應(yīng)力產(chǎn)生的變形也更小。在研究成果方面，中科院力學(xué)研究所的費群星等利用非轉(zhuǎn)移弧層流等離子體射流，對鑄鐵表面進行了表面熔凝實驗研究，結(jié)果表明，熔凝后鑄鐵表面為初晶滲碳體和萊氏體組成的過共晶組織,硬度和耐磨性有了明顯的提高。圖2為實驗結(jié)果：a區(qū)為熔凝區(qū)，b區(qū)為淬硬過渡區(qū)，c區(qū)為基體組織[7]。

圖2 層流等離子射流鑄鐵表面熔凝層截面形貌[7]

2.2 層流等離子體熱噴涂

等離子體噴涂是20世紀(jì)60年代出現(xiàn)的一種進行表面防護與強化的熱噴焊技術(shù)，屬于表面強化領(lǐng)域的技術(shù)。它是以等離子體（?。闊嵩?，以一定成分的合金粉末作為填充金屬的特種粉末噴焊工藝，具有施工效率高，噴焊材料范圍廣，成本低等優(yōu)點[8]。在航空、石化、機械等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。等離子體可以噴涂復(fù)合材料，通過控制粉體的不同配比和等離子體射流本身的參數(shù)，如功率、速度等，可以實現(xiàn)涂層致密度及孔隙率的優(yōu)化，達到最佳噴涂效果。目前已經(jīng)商業(yè)化的普通等離子噴涂功率在40kW~80kW，如上海瑞法噴涂機械有限公司的DH1080、九江等離子噴涂廠的GP-80型號的等離子噴涂設(shè)備，以及美國Metco公司的Metco 9M等離子噴涂設(shè)備，已成功市場化。

和湍流等離子體噴涂相比，層流狀態(tài)的等離子體射流在熱噴涂應(yīng)用方面優(yōu)勢明顯：（1）射流更長，粉末在射流中飛行的時間更長，融化更充分；（2）層流狀態(tài)的射流對周圍氣體的卷吸量少，使得在大氣環(huán)境下噴涂易氧化粉末成為可能；（3）攜帶融化粉末的射流在工件上的掃描半徑更小，粉末的利用率更高，且可實現(xiàn)小型零件的局部噴涂。圖3和圖4顯示了湍流和層流等離子體噴涂時的工作狀態(tài)。

圖3 湍流等離子體噴涂圖4 層流等離子體噴涂

2.3 層流等離子體焊接

鎢極惰性氣體焊（TIG）是目前主要焊接方法的一種，焊接品質(zhì)佳，尤其是薄板焊接，它也

是等離子體焊接的一種形式。但只能作為手工焊接，對操作者的要求高，焊接速度相對較低，且只能焊接金屬材料。等離子弧焊(PAW)是在鎢極氬弧焊基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種重要的高能密度焊接方法。它是借助水冷噴嘴的外部拘束，使電弧的弧柱區(qū)橫截面受到限制，使電弧的溫度、能量密度、電離度和它的流速都顯著增大。等離子電弧具有能量集中、溫度高、焰流速度大、剛直性好等特點，廣泛用于高質(zhì)量、高精密設(shè)備的焊接[9]。它能夠焊接鎢極惰性氣體焊所能焊接的所有金屬（鎂除外），以及部分非金屬材料（利用非轉(zhuǎn)移?。?，且可實現(xiàn)自動化焊接工藝，是取代鎢極惰性氣體焊的首選。圖5和圖6分別是TIG焊接電弧和等離子弧焊電弧，可以看出，這兩種焊接的工作原理基本相同。

圖5 TIG電弧圖6 PAW電弧

目前國內(nèi)等離子弧焊的研究主要有西北工業(yè)大學(xué)的脈動等離子噴焊技術(shù)研究、北京航空工藝研究所的脈沖等離子弧焊“一脈一孔”工藝研究等，在重要的應(yīng)用方面，西安航空發(fā)動機公司利用自制的電源設(shè)備配以進口的等離子焊槍，實現(xiàn)了某航空發(fā)動機工藝的改進?？梢钥闯觯瑖鴥?nèi)等離子體焊接的研究成果不多，才剛剛開始走出實驗室，商業(yè)化的設(shè)備較少，主要是由于焊槍零件壽命短，工藝參數(shù)難以控制。層流電弧等離子體能量更集中，可以有效減少薄板件焊接時的熱變，發(fā)生器更長的工作壽命也能有效降低成本，實驗證明，良好水冷情況下，發(fā)生器連續(xù)工作24小時后，內(nèi)部零件的燒蝕率極低，其較高的可靠性是工業(yè)化應(yīng)用的關(guān)鍵。在焊接時，根據(jù)電弧的一極在發(fā)生器或工件上，將等離子體分為非轉(zhuǎn)移弧等離子體和轉(zhuǎn)移弧等離子體。利用非轉(zhuǎn)移弧層流等離子體射流，可以焊接薄板、非金屬材料；轉(zhuǎn)移弧層流等離子體將工件作為一極后，電弧附著點附近的溫度極高，可快速融化金屬，可用于較厚的金屬板件的焊接。在參數(shù)可調(diào)方面：（1）層流電弧等離子體的熱量和溫度可在較大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)；（2）工作氣氛的可控使得等離子體本身可具有氧化、還原及惰性；（3）等離子體射流的沖擊力剛性可調(diào)，通過改變弧壓，發(fā)生器結(jié)構(gòu)和氣流量，進而調(diào)節(jié)出適用于不同焊接要求的沖擊力。

2.4層流等離子體柔性成形

金屬薄板的彎曲成形是實際工業(yè)中常見的工藝方法之一，在航空航天器、汽車、船舶及化工容器領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。實際加工時，一般大批量生產(chǎn)借助于模具完成，如沖壓成形。但模具的設(shè)計周期長，成本高，不適用于于單件小批量生產(chǎn)。利用熱應(yīng)力代替機械應(yīng)力的薄板柔性成形技術(shù)解決了上述問題，最典型如激光彎曲成形技術(shù)，但如前言所述，激光的能量轉(zhuǎn)換效率低（約為等離子體的四分之一），設(shè)備成本高的問題難以解決，制約了其研究發(fā)展。

等離子體柔性成形技術(shù)是利用熱應(yīng)力和熱應(yīng)變來實現(xiàn)板材成形的新型技術(shù)，在國內(nèi)外逐漸成為研究的熱點。因為等離子體弧與其他熱源相比更經(jīng)濟、安全、靈活、實用[10]。目前的研究主要是針對碳鋼、不銹鋼的直線掃描彎曲。對于復(fù)雜曲面，直線掃描難以實現(xiàn)，因此曲面掃描成形及組合掃描成形是未來研究的主要方向。

柔性成形主要利用熱應(yīng)力來獲得所需的熱變形，層流電弧等離子體作為柔性成形的熱源，優(yōu)勢主要體現(xiàn)在一下幾個方面：（1）工作穩(wěn)定，熱源過大的波動將引起成形件變形的不均勻，而達不到成形效果，因此熱源的穩(wěn)定性十分重要；（2）能量集中，對于小型成形件而言，集中

能量將避免不需要的熱變形，加工精度高；（3）設(shè)備簡單，效率高，可用于現(xiàn)場化生產(chǎn)，這是激光、電子束難以實現(xiàn)的。結(jié)論

本文對等離子體和其他加工熱源進行了比較，并闡述了層流電弧等離子體的特征和優(yōu)點，進而分析了其在熱加工技術(shù)方面的應(yīng)用，結(jié)果表明，層流電弧等離子體技術(shù)作為熱加工技術(shù)研究的重點，將不斷推動熱加工制造向著高效率、低能耗、短流程、高性能、高智能、數(shù)字化方向發(fā)展。

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第四篇：有機鐵在豬飼料中的應(yīng)用研究進展

有機鐵在豬飼料中的應(yīng)用研究進展

應(yīng)用，比無機鐵有較高的生物利用效價，對豬生產(chǎn)性能可提高采食量、生長速度、飼料效率和健康水平等。近年來，有機鐵的研究應(yīng)用受到重視。生化特性

有機鐵可分為金屬絡(luò)合鐵（配體化合鐵）和螯合鐵兩類。絡(luò)合劑有蛋白質(zhì)、氨基酸、糖、有機酸等天然有機物。金屬絡(luò)合鐵是由一個中心離子（或原子）如Fe

2+

和配位體以共價鍵相結(jié)合所形成的復(fù)雜離子或分子。配位體是指那些含有可提供孤對電子原子的分子，有機分子中的N、O、S都可提供孤對電子，這些供體可與金屬離子發(fā)生配位作用，從而形成復(fù)合物。螯合鐵是一種特殊的絡(luò)合鐵，它是指一個或多個基團與一個金屬離子進行配位反應(yīng)而生成的具有環(huán)狀結(jié)構(gòu)的絡(luò)合鐵。螯合鐵也稱作內(nèi)絡(luò)合鐵，由于它的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，通常比絡(luò)合鐵穩(wěn)定。

美國官方飼料監(jiān)測局（MFCO，1996）確定了有機鐵的定義：對氨基酸和蛋白質(zhì)金屬螯合鐵，是指可溶性鹽的金屬離子同氨基酸按照1：（1～3）（最佳為1：2）的比例反應(yīng)，生成配位的共價鍵所得產(chǎn)物。水解氨基酸的平均分子量為150左右，生成的螯合鐵的分子量不得超過800。這種結(jié)構(gòu)使分子內(nèi)電荷趨于中性，它的穩(wěn)定常數(shù)適中，從而使金屬在消化道中易于釋放出來，比相應(yīng)的無機離子更為優(yōu)越。效價作用 2.1生物利用效價高

許多研究證明，有機鐵比無機鐵有更高的生物利用率，且對動物的生長、生殖、健康及飼料轉(zhuǎn)化率等有明顯的促進作用。

在妊娠母豬的日糧中添加200 mg/kg的氨基酸螯合鐵，有相當(dāng)?shù)蔫F通過胎盤進入胎兒體中，可降低胎兒的死亡率，提高仔豬的出生重和斷奶重，說明螯合鐵可通過胎盤轉(zhuǎn)運，進入到發(fā)育中的胚胎（無機鐵無法通過）。有機鐵的效價相對于FeSO4的效價范圍為125%～185%。

Kuznet-sor等（1987）報道，蛋氨酸鐵對7～28日齡的哺乳仔豬和4～5月齡的育肥豬的相對生物學(xué)效價分別為120%和115%（設(shè)硫酸亞鐵為100%）；Spears（1992）也研究了蛋氨酸鐵對哺乳仔豬的相對生物學(xué)效價為183%，Kuznetsor（1987）以紅細胞計數(shù)和過氧化氫酶為指標(biāo)，研究了氨基酸螯合鐵對26日齡仔豬的相對生物學(xué)效價，結(jié)果分別為103%和114%。從大量的研究結(jié)果以及生產(chǎn)實踐來看，氨基酸螯合鐵的生物學(xué)效價明顯高于硫酸亞鐵、氯化亞鐵等無機鐵源添加劑。

2.2化學(xué)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定

植物性飼料中所含的植酸、草酸、磷酸根離子，容易與鐵元素結(jié)合生成動物難以吸收的不溶性鹽而排出體外，從而影響鐵元素的吸收。有機鐵由于其特殊的結(jié)構(gòu)，具有較好的化學(xué)穩(wěn)定性，分子內(nèi)電荷趨于中性，緩解了礦物質(zhì)之間的拮抗作用，在消化過程中減少了pH值、脂類、纖維、胃酸等物質(zhì)的影響，有利于動物機體對金屬離子的充分吸收和利用。

2.3免疫功能增強

有機鐵接近于酶的天然形態(tài)而有利于吸收，被吸收后可將螯合的鐵元素直接運輸特定的靶組織和酶系統(tǒng)中，從中發(fā)揮作用和滿足機體需要。有機鐵具有增強抗病力，提高免疫應(yīng)答反應(yīng)，促進動物細胞和體液免疫力的功效，發(fā)揮抗病、抗應(yīng)激作用，改進動物皮毛狀況，減少早期胚胎死亡，對某些腸炎、皮炎、痢疾和盆血有治療作用；在接種、去勢、運輸、氣溫過高和變更日糧等應(yīng)激條件下，有良好的效果。

2.4副作用小和適口性好

無機鐵因有特殊味道而影響動物的適口性，又因其性質(zhì)不穩(wěn)定，易與其他營養(yǎng)物質(zhì)產(chǎn)生拮抗作用，并在消化吸收過程中還會影響胃腸道的酸堿平衡，而對機體產(chǎn)生不良影響，應(yīng)用過量會造成動物的中毒。有機鐵如氨基酸螯合鐵，既提供動物機體所需要的氨基酸，又提供鐵元素，適口性好，毒副作用小，安全性好，吸收率高，易轉(zhuǎn)運，可加強動物體內(nèi)酶的活性，提高蛋白質(zhì)、脂肪和維生素的利用率，從而促進動物生長性能的發(fā)揮。

2.5吸收率好利于環(huán)保

有機鐵中金屬離子在配位體氨基酸或小肽的保護下，形成穩(wěn)定的化學(xué)結(jié)構(gòu)，既避免了礦物質(zhì)之間的相互拮抗作用，又消除了無機鐵易對維生素氧化的弊端。無機鐵被動物吸收及蓄積的量很低，吸收率僅為10%左右，大部分隨糞便排出體外，影響環(huán)境，破壞地力，引起農(nóng)作物富集，危害人畜健康。由于有機鐵生物學(xué)效價高，在日糧中添加一定量即可代替高劑量的無機鐵。

３ 吸收機理

Dreosti認為影響礦物吸收的腸道的物理化學(xué)因素對其生物利用率的高低起主要作用。生物利用率高的微量元素吸收率也比較高。有機鐵是利用配位體的轉(zhuǎn)運系統(tǒng)吸收，而不是金屬的轉(zhuǎn)運系統(tǒng)。如氨基酸、蛋白螯合物分別利用氨基酸、肽的吸收通道。尤其是研究小肽的吸收機制后，人們把更多的目光投向蛋白質(zhì)螯合物。通過氨基酸和肽的轉(zhuǎn)運系統(tǒng)，螯合物完整地透過腸粘膜層進入血液，大大地提高了鐵元素的利用率。有機鐵受到配位體的保護，不易受到胃腸道內(nèi)的不利于金屬吸收的物理化學(xué)因素的影響。胃腸道PH值對金屬復(fù)合物的穩(wěn)定性和溶解性的影響較大，試驗認為氨基酸或肽的螯合物的穩(wěn)定常數(shù)適中，既有利于與鐵元素結(jié)合成螯合鐵被運輸，需要時又能有效地從螯合物（載體）中釋放出來。有機鐵分子內(nèi)電荷趨于中性，在體內(nèi)pH值環(huán)境下溶解度好，吸收率高，易于被小腸粘膜吸收進入血液，供給周身細胞需要。生產(chǎn)應(yīng)用 4.1哺乳仔豬

國內(nèi)外研究表明，有機微量元素鐵可通過母豬胎盤和母乳傳遞給仔豬，從而促進仔豬生長發(fā)育，預(yù)防缺鐵性貧血，降低乳豬死亡率。

Close(2001)研究發(fā)現(xiàn)，在妊娠母豬或哺乳母豬日糧里添加有機鐵，仔豬斷奶重增加，血液中Hb 升高，證明有機鐵通過胎盤容易進入胚胎。據(jù)英國Darneley（1993）研究報道，母豬在1-8胎次產(chǎn)前28d開始采食有機鐵（56.7g/頭·d）平均每胎育成離乳仔豬頭數(shù)提高7.1%，仔豬死亡率降低26.8%。Yamamoto（1982）研究亦表明，有機鐵可穿過母豬胎盤為胎兒所用，提高仔豬的鐵儲備，改善仔豬生長性能，仔豬初生重斷奶重均顯著增加。

4.2斷奶仔豬 有機鐵應(yīng)用于斷奶仔豬有顯著效果，徐建雄（1993）在35~80日齡斷奶仔豬日糧中添加蛋氨酸鐵60mg/kg，使生長豬的日增重、飼料效率分別提高9.99%~12.98%、6.60%~10.61%。據(jù)四川省畜科院動物營養(yǎng)研究所研制.省畜科公司生產(chǎn)的中華富鐵康，取代1/3的FeSO4試驗，結(jié)果日增重提高3.34-5.47%，料肉比降低4.23-4.26%，皮膚健康紅潤被毛光滑亮澤，增重成本降低經(jīng)濟上可行。

4.3生長育肥豬

添加有機鐵使生長育肥豬提高了日增重和飼料利用率。據(jù)黃國清試驗看出，添加蛋氨酸鐵日增重提高9.56%，飼料報酬提高7.63%。鞠繼光等（2000）在生長育肥豬日糧中添加羥基蛋氨酸鐵40mg/kg代替等量相應(yīng)的無機鐵，可提高40-75kg生長豬的日增重8.3%，降低料肉比13.7%。問題與對策

有機鐵作為新一代高效的安全營養(yǎng)添加劑，有其自身的功能作用，是有良好的市場應(yīng)用領(lǐng)域。但從實際使用情況看還存在一些問題，有待今后進一步研究開發(fā)和生產(chǎn)應(yīng)用上解決。

5.1生產(chǎn)成本較高 現(xiàn)市場上的有機鐵產(chǎn)品售價是無機鐵的10倍以上，難以在實際生產(chǎn)中大量應(yīng)用；國內(nèi)生產(chǎn)廠家如氨基酸螯合鐵還沒有研制出降低生產(chǎn)成本的新工藝新方法，生產(chǎn)出市場能接受經(jīng)濟可行的有機鐵產(chǎn)品，應(yīng)改進產(chǎn)品配方，工藝設(shè)計，選擇合適的生產(chǎn)工藝路線和簡化生產(chǎn)程序，降低生產(chǎn)成本。

5.2提高產(chǎn)品質(zhì)量

有機鐵產(chǎn)品（除富馬酸亞鐵外）的質(zhì)檢方法還沒有得到很好解決。當(dāng)前有機鐵產(chǎn)品的定性定量分析尚待研究解決，通常采用的分光光度法、電位法等不適應(yīng)其產(chǎn)品的定性定量分析，難以確定其有機的螯合度或絡(luò)合度的質(zhì)量，很難規(guī)范有機鐵的生產(chǎn)、銷售和應(yīng)用。為了利用廉價的螯合劑生產(chǎn)有機鐵，優(yōu)化合成方法和新生產(chǎn)工藝路線，建立定性、定量的檢測新技術(shù)，是今后研究工作的重點。

5.3研究作用模式

有機鐵在動物體內(nèi)的吸收機制和代謝原理及對機體造血機能有待進一步研究。近年來雖然越來越多的人接受金屬氨基酸螯合鐵和蛋白鹽利用肽與氨基酸的吸收機制，而并非小腸中普通金屬的吸收機制，但作用模式還需要進一步研究證實。

5.4探討利用條件 繼續(xù)研究適合動物機體的最佳螯合物（絡(luò)合物）結(jié)構(gòu)形式，最佳添加時間和劑量。不同的螯合劑組成的有機鐵、不同的動物、不同日糧營養(yǎng)水平、不同生理條件，都影響有機鐵需要量，因此明確有機鐵的利用條件很有必要。

5.5強化示范推廣

加大對有機鐵的示范宣傳推廣，終于有一天，它將成為常規(guī)的礦物質(zhì)元素添加到動物飼料中，一旦在生產(chǎn)上大面積推廣普及使用，將會給飼料工業(yè)和畜牧業(yè)帶來顯著的社會經(jīng)濟效益。

第五篇：制圖技術(shù)在應(yīng)用化學(xué)專業(yè)中應(yīng)用和進展

制圖技術(shù)在應(yīng)用化學(xué)專業(yè)中應(yīng)用和進展

學(xué)習(xí)應(yīng)用化學(xué)專業(yè)的我們，主要學(xué)習(xí)化學(xué)方面的基礎(chǔ)知識、基本理論、基本技能以及相關(guān)的工程技術(shù)知識，是培養(yǎng)我們將來化工生產(chǎn)具有較好的科學(xué)素養(yǎng)，具備運用所學(xué)知識和實驗技能進行應(yīng)用研究、技術(shù)開發(fā)和科技管理的基本技能。其中，化工制圖技術(shù)在化工生產(chǎn)中方面的應(yīng)用起著非常重要的作用。

1、化工制圖技術(shù)的重要性

工程制圖制圖技術(shù)是本專業(yè)的一門必修課程，也是在培養(yǎng)我國社會主義建設(shè)實際需要所開設(shè)的一門課程?；ぶ茍D課的核心是,培養(yǎng)我們形成將各種幾何信息在頭腦中進行綜合處理、形成廣泛聯(lián)想的形象思維, 以及處理工程圖樣的能力。在中學(xué)期間我們就接觸了幾何建模與正投影理論基礎(chǔ)課程，現(xiàn)在學(xué)習(xí)化工制圖技術(shù)又培養(yǎng)了我在二維、三維相互轉(zhuǎn)換的能力,形成按一定目的構(gòu)思形體, 拼合、分解、變換并能豐富地聯(lián)想、想象和多向思維的潛能。這種潛能在課堂上，老師與我們以徒手草圖加以訓(xùn)練, 能夠迅速地徒手繪制草圖是捕捉靈感、聯(lián)想、創(chuàng)造信息和交流信息的重要手段, 它可以簡便及時地記錄和表達創(chuàng)想結(jié)果。

2、學(xué)習(xí)化工制圖技術(shù)，接軌國際工業(yè)化

隨著我國與國際工業(yè)上技術(shù)交流日益增加,為了在引進和消化國外先進技術(shù)，面對國外工業(yè)圖樣的資料，我們必須具備這方面的基礎(chǔ)知識，而化工制圖技術(shù)課程的開設(shè)剛好提供了這一條件,是熟悉國外工程圖樣的畫法十分必要。

3、化工制圖技術(shù)在機械制圖中重要性

化工制圖技術(shù)專門研究化工圖樣的繪制和閱讀,它與機械制圖既有緊密的聯(lián)系,又有明顯的專業(yè)特征。而我們所學(xué)的化工制圖與機械制圖有共同的基礎(chǔ)知識,在投影制圖基礎(chǔ)中解決形成機件形狀問題的處理能力,并在圖例中盡量結(jié)合化工專業(yè)中有關(guān)機件,以達到經(jīng)過這一環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí)后能順利解決化工專業(yè)圖樣的投影問題。而在化工制圖內(nèi)容中以化工專業(yè)圖樣為載體, 較早地引入化工設(shè)備零部件的畫法和查閱有關(guān)手冊、選擇結(jié)構(gòu)等的訓(xùn)練, 進行工程素質(zhì)、工程技術(shù)的培養(yǎng)。

4、學(xué)好化工制圖是計算機繪圖的基礎(chǔ)

隨著計算機的普及,計算機繪圖的日益廣泛的應(yīng)用,將計算機繪圖與化學(xué)工程制圖內(nèi)容結(jié)合起來勢必會產(chǎn)生較好的視覺效果。因為在用計算機繪制化學(xué)工程圖樣時,要以化工制圖課程的有關(guān)知識為依據(jù),如果化工制圖方面的基本知識不扎實,計算機繪圖就不能順利進行,這又促使我們?nèi)?fù)習(xí)、查找有關(guān)化工制圖知識的積極性。另外從計算機輔助設(shè)計角度來看,計算機繪圖不僅可以提高繪圖的精度和速度,還為工程圖樣的改進和管理提供了極大的方便。

總之，應(yīng)用化學(xué)專業(yè)所開設(shè)的化工制圖技術(shù)在實際化工工程設(shè)計扮著重要的角色，沒有它，可能今天我們的化學(xué)實際應(yīng)用很難保證實施，所以更不別說帶來什么經(jīng)濟來源和工業(yè)最大變革了。