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关键词： 溶聚丁苯橡胶   界面性能   三维分散结构   原子力显微镜   同步辐射X-射线计算机断层层析技术   三维-扫描透射电子显微镜  

摘要： 发展安全高效、节能环保的绿色轮胎是国际轮胎工业发展的主流方向,二氧化硅(Si O)补强后的溶聚丁苯橡胶(SSBR)复合材料被广泛应用于高性能绿色轮胎的生产制造。复合材料的宏观性能与Si O和SSBR的界面相互作用以及Si O的分散结构紧密相关,但由于传统表征方法分辨率不足的限制,很难清晰地揭示绿色轮胎用Si O/SSBR复合材料纳米尺度下的微观结构(界面性能、分散结构)与宏观性能之间的关系,同时,SSBR的物理化学性质对微观结构及宏观性能的影响机理也尚不清楚,因此很难明确指导绿色轮胎用SSBR的分子结构设计。因此,本研究中,借助原子力显微镜定量纳米力学技术(AFM-QNM)高分辨率的优势,定量表征了不同物理化学性质的SSBR与Si O共混所得复合材料的界面厚度和界面纳米力学性能;同时,结合具有纳米级分辨率的三维-扫描透射电子显微镜(3D-STEM)和具有微米级视场的同步辐射X-射线计算机断层层析技术(X-ray CT)定量表征了Si O在不同物理化学性质的SSBR基体中的三维分散结构。结合材料纳米和微米尺度下的微观结构(界面性能、分散结构),进一步揭示了SSBR的物理化学性质对材料微观结构及宏观性能的影响机理,主要研究内容如下:(1)对于三种不同接枝率的链中官能化SSBR,研究了接枝率对Si O填充复合材料的界面性能和三维分散结构的影响,发现随着SSBR接枝率的提高,界面厚度不断增加,由17 nm提高至27 nm,界面区域的杨氏模量显著提高,松散结合层(LBR)从11.0 MPa提高到23.1 MPa,紧密结合层(TBR)从21.4 MPa提高到34.8 MPa,表明界面性能随着接枝率的提高而显著提升,这是由于链中接枝极性基团后,SSBR/Si O界面相互作用增强。此外,界面区域不动分子链层的质量分数增加以及界面区域链段运动能力显著减弱的结果也表明界面相互作用的增强。同时3D-STEM和X-ray CT的结果表明,随着接枝率的提高,Si O的分散更加均匀,Si O的团聚程度降低(小尺寸聚集体数目增多,大尺寸聚集体体积占比减小),同时,聚集体内部的排列更松散(密实度下降),Si O支化结构和网络结构的支化度和连通性也随之提高。这同样是由于界面相互作用增强,Si O团聚的驱动力减少。对比三种纯SSBR以及复合材料的宏观力学性能发现,随着接枝率的提高,纯SSBR的定伸应力逐渐降低,而填充Si O后的复合材料的定伸应力逐渐提高,这说明高接枝率的SSBR因与Si O之间的强界面相互作用,形成了更好的界面性能以及更均匀的Si O分散结构,应力得以更好的传递,进而使得宏观性能大幅提升。对比材料的粘弹性发现,随着SSBR接枝率的提高,复合材料具有更好的抗湿滑性能和更低的滚动阻力,这来源于高接枝率的SSBR与Si O间的强界面作用,使得低温(0℃)时,Si O对SSBR分子链运动的束缚作用增强,内耗增加,从而抗湿滑性能得到增强;高温(60℃)时,Si O在高接枝率的SSBR中分散更均匀,使得填料间的内摩擦更小,内耗降低,从而复合材料的滚阻更低。(2)对于三种不同分子量的线性SSBR,研究了分子量对Si O填充复合材料的界面性能和三维分散结构的影响,发现随着SSBR分子量的增加,界面厚度不断增加,由17 nm提高至28 nm,界面区域的杨氏模量显著提高,LBR从13.6 MPa提高到23.2 MPa,TBR从20.7 MPa提高到32.2MPa,表明界面性能随着分子量的增加而显著提升。这是由于分子量增加后,与Si O接触的SSBR分子链密度增加,界面相互作用增强。此外,界面区域不动分子链层的质量分数增加以及界面区域链段运动能力减弱的结果也进一步说明了界面相互作用的增强。同时根据3D-STEM和X-ray CT的结果发现,随着分子量的增加,Si O分散的更加均匀,自团聚的程度降低,聚集体内部的排列更松散,并且Si O支化结构和网络结构的支化度和连通性也随之提高。这同样是由于界面相互作用增强,Si O团聚的驱动力减少。对比三种复合材料的宏观力学性能发现,随着分子量增加,复合材料的定伸应力显著提高,这说明高分子量的SSBR因与Si O之间的强界面相互作用,具有了更好的界面性能及更均匀的Si O分散结构,应力得以更好的传递,进而使得宏观力学性能大幅提升。对比材料的粘弹性发现,随着SSBR分子量的增加,复合材料具有更好的高抗湿滑性能和低滚动阻力的平衡效果,这来源于高分子量的SSBR与Si O间的强界面作用,使得低温(0℃)时,Si O对SSBR分子链运动的束缚作用增强,内耗增加,从而抗湿滑性能得到增强;高温(60℃)时,Si O在高分子量的SSBR中分散更均匀,使得填料间的内摩擦更小,内耗降低,从而复合材料的滚阻降低。

关键词： 化学吸收   两相吸收剂   分相机理   再生能耗   降解性能  

摘要： CO2捕集、利用与封存（CCUS）是缓解全球气候变化的关键性技术之一,其中基于化学吸收法的CO2捕集技术是目前最具大规模应用潜力的减排技术,但吸收剂能耗过高是当前亟须解决的问题。两相吸收剂凭借其具有大幅降低再生能耗的优势得到了广泛的研究,根据分相剂种类的不同,主要可以分为混合胺型两相吸收剂和物理溶剂型两相吸收剂。 本文选取了二乙二醇二甲醚（DGM）作为分相剂,通过筛选得到2-（甲氨基）乙醇（MAE）作为吸收主剂,此外选择三级胺3-二甲基氨基-1-丙醇（3DMA1P）作为辅剂,形成新型物理溶剂型两相吸收剂。研究发现两相吸收剂上相为有机相,约83%的DGM分布其中,下相为水相,所有的氨基甲酸盐和碳酸/碳酸氢根离子都聚集在下相中。醚水比会影响分相比,减小到某一特定值后,分相现象消失。对相变行为的预测可借助吸收产物阴阳离子和有机溶剂的log P值,二者的log P值相差越大越容易产生分相现象。本文通过分子动力学模拟研究了溶液的液相结构,发现MAE分子在吸收CO2后会倾向于自我团聚,且与DGM分子间的作用力减弱,进一步印证了分相机理。 本文对MAE/3DMA1P/DGM体系进行了热力学性能测试和浓度优化,得到最优配方为2M MAE/2M 3DMA1P/3.5M DGM,其循环负荷比30 wt%MEA溶液高约74.2%,再生速度为MEA的2.1倍,在实验室测得其再生能耗为2.33 GJ/ton CO2,比MEA降低了38.7%,此时黏度为16.42m Pa·s。通过200-300 Nm3/h中试实验研究了液气比和蒸汽量对两相吸收剂的能耗影响和两相吸收剂运行时的塔温塔压分布,得到中试装置运行在CO2捕集率90.59%,液气比为0.0038 m3/Nm3,实现最低再生能耗为2.19 GJ/ton CO2。 本文研究了两相吸收剂的热降解和氧化降解性能,借助气相色谱-质谱联用方法分析了热降解的降解产物并提出了降解机理,研究发现氨基上取代基的链长会影响热稳定性,取代基为乙基的热稳定性最好。本文提出在吸收剂中加入新型抗氧化剂A具有较好抗降解效果,可降低氧化降解率达24%。

关键词： 制药工程专业   物理化学   课程教学   OBE  

摘要： 针对制药工程专业物理化学课程特点和教学存在的问题，将OBE理念应用于该课程教学中，提高学生课堂参与度和积极性，激发学生的学习热情和求知欲，进而提高学生的学习效果和自身能力素质。培养学生自主探究式学习和终身学习的能力，推动教学方法、教学内容、管理方式和评价方式不断变革和创新。

ISBN: (纸本)9787512441521

关键词： 《物理化学》课程   教学痛点   教学创新  

摘要： “物理化学”传统教学存在未体现学生中心、大班上课课堂互动效率低、课程思政融入难、教学评价单一等教学痛点。针对教学痛点，结合化学化工专业人才培养目标的要求，将现代信息技术深度融合到课前、课中、课后全过程。创新教学模式、教学方法、教学内容、教学评价，以学生为中心，培养学生物理化学学科思维、批判性思维，提高解决复杂问题的能力、凸显“立德树人”“学生中心”“理论联系实际”的教学理念，取得良好教学效果。

关键词： 土壤有机质组成   林地剖面   矿物   微生物   有机碳来源  

摘要： 土壤有机质(SOM)是陆地生态系统中最大的碳库,其微小变动可能反馈全球气候变化。森林占陆地面积的30%,在0-100 cm土层碳储量占陆地碳库的45%。因此,森林土壤在调节气候安全发挥着重要作用。SOM的形成和稳定主要受输入物和矿物的调控。然而,目前针对SOM循环调控的研究集中在表土,关于土壤剖面中输入源和矿物种类对SOM组成影响的研究还相对不足。本文选取了亚热带两种红壤和温带两种黑土的2 m剖面,分析了SOM含量、物理和化学组成的空间变异特征及其与土壤微生物、矿物组成的关系,并在古茶园红壤中研究了SOM组成、土壤微生物特性和生物标志物的空间分布特征,以探讨微生物及输入物对SOM组成的影响。研究得到了以下结果: (1)四种土壤剖面理化性质与矿物组成在同一气候带上呈现出相似的区域特征。与红壤相比,黑土具有较高的p H、土壤有机碳(SOC)、总氮(TN)和碳氮比(C/N),以及较低的粘粒含量。两种黑土黏土矿物以伊利石为主,高氮红壤以高岭石为主,低氮红壤以伊利石和高岭石为主。相较黑土,红壤风化程度更高,具有更多的铁铝氧化物及更小的硅铝率,其中高氮红壤最高,且沿土壤剖面其含量及风化程度降低。 (2)相较于层状硅酸盐矿物,铁铝氧化物对SOM物理化学组成的影响更大。四种土壤中SOM以矿物结合态有机质(MAOM)为主,占SOM的83.29%以上,其占比沿剖面逐渐增加,且高氮土壤>低氮土壤。两种红壤中颗粒态有机质(POM)占比较大,主要是由于较高的凋落物输入量、粘粒及铁铝氧化物含量。SOM官能团中多糖碳占比最大(50.6%-61.2%),且随剖面逐渐增加。与黑土相比,红壤中多糖碳、烷烃碳和羟基碳丰度较高,而芳香碳、羧基碳和烯烃碳较低。方差分解分析结果表明:与层状硅酸盐矿物相比,铁铝氧化物对SOM物理及化学组成变异的解释度最大,分别为74%和63.6%。 (3)矿物种类与有机质化学结构存在特异性结合。四种土壤MAOM的化学结构以芳香碳为主,其次是烷基碳、烷氧碳等,醛/酮最少。黑土中含有较多的伊利石、蒙脱石和绿泥石以及非质子化芳香碳、羧基碳和醛/酮等化学官能团,说明2:1型矿物优先吸附强极性化学基团。而红壤中含有较多的高岭石、蛭石和铁铝氧化物以及烷基碳、烷氧碳和含氮烷基/甲氧基等化学官能团,说明1:1型矿物优先吸附弱极性的化学基团。 (4)输入源影响古茶园红壤SOM及其物理组分的空间分布。SOM含量随土壤深度和与树干的水平距离降低,MAOM是SOM的主要存在形式(73.00-90.87%)。POM和MAOM含量沿剖面降低,且在凋落物较多的0-20 cm表土中,MAOM含量在水平距离上显著降低,而在根系输入物较多的>20 cm土层中,MAOM含量无变化。 (5)输入源影响SOM的化学结构和微生物特征,反映了SOM来源和转化的空间差异。烷氧碳丰度随剖面先降低后增加,芳香碳丰度先升高再下降,拐点出现在40-60 cm的根系密集区。土壤微生物量和群落结构在剖面上变化显著,真菌及革兰氏阳性菌的优势沿剖面提高。土壤微生物量和群落结构靠树干越近,剖面变化越明显,而在水平距离上无差异。 (6)相较于植物源碳和微生物,微生物源碳对SOC及其组成的变异解释度更大。木质素酚含量随深度和水平距离降低,其酸醛比沿剖面增大,表明木质素腐解程度增加。微生物残体量随深度和水平距离降低,表土中微生物活动旺盛,而底土微生物受到限制。微生物源碳对SOC的贡献随剖面降低,而植物源碳对SOC的贡献先降低后增加,表明底层SOC更依赖于DOC的淋溶。相关性和VPA结果显示微生物源碳对剖面SOM组成影响最大。 综上,土壤矿物及输入源调控了红壤与黑土剖面SOM的物理化学组成,尤其是金属氧化物和微生物源碳。该研究结果有助于理解林地剖面SOM的积累与稳定,为制定应对气候变化的政策和措施提供科学依据。

关键词： 植物蛋白   水凝胶   电场   结构   形成机理  

摘要： 增加膳食中植物蛋白的比例,减少动物蛋白的摄入,不仅可以减轻环境负担,减少温室气体的排放,还可以降低因心血管疾病、痴呆导致的死亡率和全因死亡率的风险。近年来,植物蛋白替代部分动物蛋白已成为未来食品生产关注的热点。蛋白凝胶是日常生活中一种常见的食品形式,主要通过酸诱导、热诱导、盐诱导和酶诱导制备。为创新蛋白凝胶的基础研究和加工工艺,电场技术作为一种新型的加工技术在制备食用蛋白凝胶方面具有巨大潜力。本文基于低压电场技术构建了各向异性蛋白凝胶和相分离杂合水凝胶两种蛋白凝胶体系,考察了水凝胶的凝胶率、微观结构、持水性能、质构特性以及溶胀性能,通过对蛋白的结构和分子间相互作用的分析探讨植物蛋白凝胶形成的潜在机制。主要研究结果如下:基于低压电场技术（1.5 V/cm）和Na Cl浓度（100～500 mmol/L）调控构建了具有各向异性结构的大豆分离蛋白（SPI）水凝胶。在弱直流电场作用下,带负电荷的蛋白分子沿电场方向在正极有序排列积累,氨基酸的表面电荷被局部H+和添加的Na+所屏蔽。同时,蛋白二级结构中的无规则卷曲消失,形成更多的有序结构,即α-螺旋和β-转角结构含量增加,并且蛋白暴露出更多的疏水基团和巯基。分子间的相互作用,包括二硫键、氢键和疏水相互作用,促进了蛋白分子交联形成水凝胶。所有蛋白凝胶均呈现各向异性结构,但离子浓度的增加会破坏水凝胶的部分有序结构,当Na Cl浓度为100 mmol/L时,水凝胶的孔径相对较小（7.38μm）且网络结构均匀,而当Na Cl浓度为200 mmol/L以上时,水凝胶的孔径变大（12.60～15.34μm）且网络结构变得不均匀。随着Na Cl浓度从100mmol/L升高至500 mmol/L,参与形成凝胶的大豆蛋白比例（36.80%～62.17%）逐步增加,蛋白凝胶的硬度（96.13～210.54 g）、弹性（33.88%～68.30%）、咀嚼性（121.59～292.12 g·s）和抗溶胀性（142.79%～54.20%）均逐渐增加。然而,随着离子强度的增加,水凝胶的持水稳定性从99.62%降低至66.75%,这可能是因为凝胶网络结构的孔隙变大,水分更容易发生迁移。以颗粒状大豆蛋白和纤维状大豆蛋白为原料,构建了具有相分离结构的杂合水凝胶。施加弱直流电场后,纤维状蛋白和颗粒状蛋白往阳极移动并聚集。电场处理促使蛋白二级结构发生变化,导致β-转角结构的含量增加,同时蛋白中更多的疏水基团和巯基暴露。分子间的相互作用主要是通过静电相互作用、疏水相互作用和二硫键,促进蛋白纤维和颗粒状蛋白交联,形成由蛋白凝胶和蛋白纤维凝胶组成的杂合水凝胶。所有杂合水凝胶均呈现相分离结构,即出现精细的链状区域和粗疏的颗粒状区域。不同水解时间形成的蛋白纤维的加入对杂合水凝胶的凝胶率无显著影响,而短时间酸热形成的蛋白纤维的加入有助于提高水凝胶的硬度（245.46～125.22 g）、咀嚼性（527.05～250.16 g·s）和持水稳定性（85.75%～72.92%）。并且,所有杂合水凝胶均表现出优异的抗溶胀性能,这可能是因为其致密的网络结构不利于水分渗入,且坚固的网络结构也可以防止凝胶网络在水中溶胀变形。此外,与所构建的各向异性蛋白凝胶相比,在不加入外部离子的情况下,相分离杂合水凝胶具有更高的硬度（245.46 g）、咀嚼性（527.05 g·s）和抗溶胀能力。

关键词： 理想气体反应   平衡常数   物理化学   记忆公式   区别  

摘要： 针对学生在日常作业及测试中对理想气体反应平衡常数概念难分辨、关系公式难记忆以及单位易忽视的问题，提出了相关内容总结。从以下三个方面对理想气体反应平衡常数的部分相关内容进行阐述与说明：平衡常数、平衡常数的关系式以及它们的联系与区别。同时提出一种记忆方法，将五种平衡常数之间的关系公式简化为一个，便于简化总结关系，进一步地辨别理解平衡常数。重点通过比较法对各平衡常数进行分辨总结。

关键词： 专业认证   物理化学   教学改革  

摘要： 师范专业认证为化学教育专业的《物理化学》课程改革指出了明确的方向，提供了详尽的指标。以此为背景，结合《物理化学》课程建设现状，本文从课程体系设计、教学模式改变、教学内容更新、评价模式多元化、反馈整改有效衔接等方面入手，优化课程体系，推进教学改革。

关键词： 物理化学   产学研一体化   创新创业  

摘要： 创新是促进高等教育发展的重要方法，而现如今产学研一体化模式更加有利于推动创新创业型学科的改进，但目前国内产学研一体化教育仍存在一定的问题。以我院物理化学学科创新创业改进措施为例，基于产学研一体化，以教学思路，教学手段，教学方法为切入点有针对性地进行了四个年级学科的构建与实施，并取得了一定的成效，为其它创新创业型学科的构建提供一定的方法参考。