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基于ATR-FTIR光谱测量结晶过程溶液浓度的变量稳定加权混合收缩方法

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光谱学与光谱分析 2023年第5期43卷 1413-1418页

作者：徐啟蕾郭鲁钰杜康单宝明张方坤青岛科技大学自动化与电子工程学院山东青岛266061

针对衰减全反射-傅里叶变换红外(ATR-FTIR)光谱仪用于测量结晶过程溶液浓度时,因光谱谱线维度高、无关变量多,导致的标定模型预测精度低、可解释性差等问题,提出了一种变量稳定加权混合收缩的新方法。首先提出对光谱变量进行随机二进采... 详细信息

针对衰减全反射-傅里叶变换红外(ATR-FTIR)光谱仪用于测量结晶过程溶液浓度时,因光谱谱线维度高、无关变量多,导致的标定模型预测精度低、可解释性差等问题,提出了一种变量稳定加权混合收缩的新方法。首先提出对光谱变量进行随机二进采样,将建立的优秀子模型中变量被选频率与所有子模型中变量回归系数的稳定性指标进行加权评价的稳定加权变量种群分析法(SWVCPA)。通过对变量的重要性进行排序,采用指数递减函数在迭代过程中逐渐强制滤除重要性低的变量,实现了对光谱变量空间的初步收缩,并大幅提高了收缩的稳定性。然后在收缩后的子空间继续使用一种新的动态麻雀算法(DSSA),以最小化训练预测均方根误差(RMSEC)为适应度函数进一步优化变量组合。这种混合优化方式融合了两类变量选择算法的优点,通过子模型竞争的方法确保了前期变量收缩的稳定性,防止算法陷入局部最优;通过智能优化算法避免了对剩余变量组合的遍历寻优,允许保留更多的变量进行精准选择。为了验证新方法的性能,使用L-谷氨酸溶液冷却结晶过程中6种不同浓度下采集到的ATR-FTIR光谱数据进行测试。结果表明,新方法将光谱变量数从613个减少到46个,与原始光谱相比,使用选择后变量建立的偏最小二乘法(PLSR)模型其预测均方根误差(RMSEP)为从1.727 9降低到0.165 4,预测决定系数(R^(2))从0.973 7提高到0.999 7。另外相比于特征谱段、遗传算法(GA)以及变量种群组合分析法(VCPA)选择变量建立的模型,使用新方法建立的溶液浓度预测模型具有更高的准确性和稳定性,说明该方法对提高使用ATR-FTIR光谱法测量冷却结晶过程溶液浓度准确性和可靠性具有一定的实际应用价值。

关键词：变量选择溶液浓度测量结晶 ATR-FTIR光谱智能优化算法

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促进蛋白质结晶的方法研究进展

材料导报 2023年第19期37卷 225-231页

作者：张波太原科技大学环境与资源学院太原030024

蛋白质结晶对蛋白质的提纯、保存以及结构解析等具有重要意义。由于蛋白质结晶易受到物理、化学和生物等多种因素的影响,导致蛋白质晶体形成过程不易调控,结晶效率随机并且结晶产率低,限制了蛋白质结晶的实际应用。因此,研究促进蛋白质... 详细信息

蛋白质结晶对蛋白质的提纯、保存以及结构解析等具有重要意义。由于蛋白质结晶易受到物理、化学和生物等多种因素的影响,导致蛋白质晶体形成过程不易调控,结晶效率随机并且结晶产率低,限制了蛋白质结晶的实际应用。因此,研究促进蛋白质结晶的方法不仅可以提高蛋白质结晶效率及结晶过程的可控性,还能够有效推动蛋白质结构解析及药物开发等领域的发展。本文总结了促进蛋白质结晶的代表性方法与技术,分类介绍了不同方法相关的机制,并对促进蛋白质结晶的研究方法进行了分析和展望。

关键词：蛋白质结晶促进方法物理化学异相成核

基于POM,SAXS和Raman研究降温速率对[C_(12)mim][BF_(4)]熔体结晶过程及产物的影响

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光谱学与光谱分析 2023年第3期43卷 801-805页

作者：朱祥袁朝圣梁永福王征李海宁皇甫战彪周松周博董兴邦程学瑞杨坤郑州轻工业大学物理与电子工程学院河南郑州450001 河南省磁电信息功能材料重点实验室河南郑州450001

当前,高昂的生产和使用成本限制了离子液体规模化应用,如何回收再利用离子液体受到极大关注。离子液体结晶过程对研发新型回收技术至关重要,而降温速率对结晶过程有重要影响。基于此,以1-十二烷基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐([C_(12)mim][BF_... 详细信息

当前,高昂的生产和使用成本限制了离子液体规模化应用,如何回收再利用离子液体受到极大关注。离子液体结晶过程对研发新型回收技术至关重要,而降温速率对结晶过程有重要影响。基于此,以1-十二烷基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐([C_(12)mim][BF_(4)])为研究对象,在60~0℃范围内对其进行快速(30℃·min^(-1))和慢速(1℃·min^(-1))降温,采用偏光(POM)、小角X射线散射(SAXS)和拉曼(Raman)等技术研究了该离子液体在降温过程中的相态转变和结构变化,揭示了降温速率对其熔体结晶过程及产物影响规律。POM研究表明:在快速降温过程中,[C_(12)mim][BF_(4)]经历了“液态-液晶态-晶态Ⅰ”转变,得到了晶粒数量少但尺寸较大的“球状”晶体;在慢速降温过程中,[C_(12)mim][BF_(4)]经历了“液态-液晶态-晶态Ⅱ”转变,得到了晶粒数量多但尺寸较小的“针状”晶体。SAXS研究表明:[C_(12)mim][BF_(4)]存在两种晶体结构,分别为“正交双层相”和“三斜双层相”,且同时出现在“晶态Ⅰ”中,而在“晶态Ⅱ”中只有“三斜双层相”一种晶体结构。由此可知,“晶态Ⅰ”是混合相晶体,而“晶态Ⅱ”是单一相晶体。此外,由Raman结果可知:“正交双层相”和“三斜双层相”中[C_(12)mim]^(+)构象存在较大差异,分别为“G构象”和“A构象”。综上所述,快速降温时,[C_(12)mim][BF_(4)]经历了“液态-液晶态-晶态Ⅰ”转变过程,得到了由“正交双层相”和“三斜双层相”组成的混合相晶体,该晶体同时含有[C_(12)mim]^(+)的“G构象”和“A构象”。慢速降温时,[C_(12)mim][BF_(4)]经历了“液态-液晶态-晶态Ⅱ”转变过程,得到了由“三斜双层相”组成的单一相晶体,该晶体只含有[C_(12)mim]^(+)的“A构象”。因此,降温速率对[C_(12)mim][BF_(4)]熔体结晶过程及产物具有重要影响。该研究结果为[C_(12)mim][BF_(4)]回收技术开发提供了重要实验数据,同时对研究其他同类型离子液体的相态转变和结构变化具有指导意义。

关键词：离子液体结晶晶体结构构象

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基于结晶调控制备低收缩聚丙烯

高分子学报 2023年第8期54卷 1186-1195页

作者：乔泽爽邹发生宋文波白红伟傅强四川大学高分子科学与工程学院高分子材料工程国家重点实验室成都610065 中国石油化工股份有限公司北京化工研究院北京100013

针对等规聚丙烯(i PP)在熔融加工成型过程中会因结晶而引起收缩率大、制品尺寸精度差这一关键问题,提出基于结晶调控来有效降低成型收缩率的解决思路.利用β成核剂(β-NA)来调控i PP的结晶结构与形貌,采用示差扫描量热仪(DSC)、X射线衍... 详细信息

针对等规聚丙烯(i PP)在熔融加工成型过程中会因结晶而引起收缩率大、制品尺寸精度差这一关键问题,提出基于结晶调控来有效降低成型收缩率的解决思路.利用β成核剂(β-NA)来调控i PP的结晶结构与形貌,采用示差扫描量热仪(DSC)、X射线衍射仪(XRD)、偏光显微镜(POM)和扫描电子显微镜(SEM)等方法系统分析了β结晶对i PP注塑制品的体积收缩率和线收缩率的影响规律.结果表明,纯i PP在结晶过程中主要形成α晶体,但少量β-NA(0.05 wt%~0.5 wt%)的加入可诱导i PP结晶形成大量密度较低的β晶体,且随β-NA含量的增加,β晶体的形貌由球晶转变为独特的捆束状晶体.相较于普通α晶体,较低密度β晶体的形成可有效降低i PP制品沿各个方向上的收缩率.特别地,当β晶体的含量由3.6%增加到81.7%时,制品的线收缩率可从1.7%减小到1.2%,体收缩率则从12.2%减小到10.6%,这与理论预测的结果基本一致.进一步分析发现,β-NA可在i PP熔体中自组装形成容易沿流动方向取向的纤维状晶体,进而诱导i PP分子链取向结晶,因此制品线收缩率呈各向异性.同时,收缩率主要取决于制品中β晶体的含量,而与结晶形貌没有明显关系.研究结果可望为低收缩i PP新材料的开发提供依据.

关键词：聚丙烯结晶低收缩

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湿法磷酸半水工艺考察与石膏结晶过程研究

化工学报 2023年第4期74卷 1805-1817页

作者：苏晓丹朱干宇李会泉郑光明孟子衡李防杨云瑞习本军崔玉济南大学化学化工学院山东济南250022 中国科学院过程工程研究所绿色过程与工程重点实验室战略金属资源绿色循环利用国家工程研究中心北京100190 湖北三峡实验室湖北宜昌443000 中国科学院大学化学工程学院北京100049 宜都兴发化工有限公司湖北宜昌443000

湿法磷酸半水工艺可生产高浓度磷酸[w(P_(2)O_(5))>40%(质量)],但在半水反应阶段磷矿易发生钝化,半水石膏结晶粒径小,造成工艺后端过滤困难,磷回收率降低。以湖北典型中低品位磷矿为原料,系统考察了半水工艺中SO^(2)_(4−)浓度、磷酸浓... 详细信息

湿法磷酸半水工艺可生产高浓度磷酸[w(P_(2)O_(5))>40%(质量)],但在半水反应阶段磷矿易发生钝化,半水石膏结晶粒径小,造成工艺后端过滤困难,磷回收率降低。以湖北典型中低品位磷矿为原料,系统考察了半水工艺中SO^(2)_(4−)浓度、磷酸浓度、反应温度等条件对半水石膏结晶物相、形貌及粒径的影响规律,分析了优化条件下石膏杂质赋存与含量变化。结果表明,半水反应中液相硫酸、磷酸浓度会引起半水石膏物相、形貌、粒径变化,磷硫浓度提高会导致石膏晶体形貌由柱状变化为棒状、片状,粒径从70μm减小到10μm。优化工艺条件下,半水石膏较原工艺石膏P_(2)O_(5)含量降低至1.39%(质量),磷的主要存在形式为难溶性磷酸盐,同时F含量降低至0.44%(质量),其以CaF2、AlF3等难溶物形式存在于石膏,其他杂质含量均有所降低。本研究可为半水工艺生产过程参数优化及半水石膏品质提升提供参考。

关键词：湿法磷酸半水工艺结晶过程控制优化

通过选择性浸出、结晶和沉积回收废重整催化剂中的镍和铝

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Transactions of Nonferrous Metals Society of China 2022年第1期32卷 345-353页

作者： Naga Raju BATTI N.R.MANDRE Department of QC&SSP Audit Projects&Development India Limited(Govt.of India U/T)PDIL BhawanA-14Sector-1NoidaGautam Buddh NagarU.P–201301India Department of Fuel Minerals and Metallurgical EngineeringIndian Institute of Technology(Indian School of Mines)DhanbadJharkhand–826004India

研究和优化不同工艺条件下硫酸(3.0~5.5 mol/L)浸出回收Ni和Al的工艺。浸出实验表明,在H_(2)SO_(4)浓度5.5 mol/L、反应时间4 h、固液比0.2 g/mL、温度358 K、粒径<100μm、搅拌速度200~250 r/min、催化剂用量5.0 g的条件下,可提取98.5%... 详细信息

研究和优化不同工艺条件下硫酸(3.0~5.5 mol/L)浸出回收Ni和Al的工艺。浸出实验表明,在H_(2)SO_(4)浓度5.5 mol/L、反应时间4 h、固液比0.2 g/mL、温度358 K、粒径结晶分离,Ni用0.3 mol/L H_(2)C_(2)O_(4)选择性沉淀分离。此法可回收约97.9%的NiO,纯度达98.3%;约25%的Al_(2)O_(3)以明矾(纯度为99%)形式回收,14.7%的Al_(2)O_(3)以Al-K-C_(2)O_(4)-SO_(4)盐的形式回收。研究结果表明,硫酸是一种合适的选择性浸出溶剂,而且可以从硫酸盐溶液中选择性结晶出明矾。TG-DTA/DTG和XRD表征研究证明,本工艺可以有效地提取和回收镍和铝。

关键词：废催化剂浸出沉积结晶镍铝

工艺参数和结晶预处理对聚乳酸/聚己内酯共混材料微发泡的影响

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高分子材料科学与工程 2023年第10期39卷 59-67页

作者：王利霞牛宏斌富学宇周诣平周宝凯郑伦王东方李倩郑州大学力学与安全工程学院郑州大学微纳成型技术国家级国际联合研究中心河南郑州450001

随着组织工程技术的快速发展,聚乳酸(PLA)和聚己内酯(PCL)由于其优异的性能在组织工程领域得到广泛应用。文中采用超临界二氧化碳(ScCO_(2))对PLA/PCL(80/20)共混材料进行微发泡实验,研究了工艺参数和结晶预处理对PLA/PCL共混材料微发... 详细信息

随着组织工程技术的快速发展,聚乳酸(PLA)和聚己内酯(PCL)由于其优异的性能在组织工程领域得到广泛应用。文中采用超临界二氧化碳(ScCO_(2))对PLA/PCL(80/20)共混材料进行微发泡实验,研究了工艺参数和结晶预处理对PLA/PCL共混材料微发泡泡孔形态的影响,分析了泡孔形态与材料结晶形态之间的关系。通过改变饱和压力、保压时间和发泡温度等发泡参数来控制泡孔的形态。结果表明,工艺参数对PLA/PCL(80/20)共混材料的泡孔形态有很大的影响,提高饱和压力、控制适当的发泡温度和保压时间,可以获得均匀致密的泡孔结构。为了增强晶体对气泡成核位点的影响,对PLA/PCL共混材料进行了熔融结晶预处理,结果表明,熔融结晶预处理有利于形成完善的球晶结构,诱导泡孔成核,提高PLA的发泡性能,且PCL的加入对PLA结晶形态有很大的促进作用,可起到异相成核的作用,有利于形成均匀致密的泡孔结构。

关键词：间歇微发泡聚乳酸/聚己内酯共混材料工艺参数结晶泡孔形态

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超声强化对二甲苯结晶特性及调控机理实验

化工进展 2023年第9期42卷 4504-4513页

作者：董佳宇王斯民西安交通大学化学工程与技术学院陕西西安710049

对二甲苯(PX)是石油化工中最重要的芳烃原料之一。随着对PX的需求日益增长,迫切需要开发一种成本更低、效率更高的对二甲苯生产工艺。本文将超声引入到PX结晶过程,分析了不同工况下PX的超溶解度、介稳区宽度和诱导期等数据。基于经典成... 详细信息

对二甲苯(PX)是石油化工中最重要的芳烃原料之一。随着对PX的需求日益增长,迫切需要开发一种成本更低、效率更高的对二甲苯生产工艺。本文将超声引入到PX结晶过程,分析了不同工况下PX的超溶解度、介稳区宽度和诱导期等数据。基于经典成核理论,探究了PX的结晶特性和超声强化PX的作用机制。结果如下:超声减小了PX结晶过程的介稳区宽度和诱导期,加快了晶体成核速率,并避免了爆发成核。当过饱和度低于1.055时,PX成核机制为非均相成核;当过饱和度高于1.055时,PX为均相成核。晶体生长机制为连续生长。超声降低了PX的临界成核半径和临界成核自由能,也降低了两种成核机制对应的界面张力和表面熵因子,同时提高了体系的扩散系数。当超声功率从0变化到88W时,晶体成核速率常数增大了22.4倍,扩散系数增大了11.86倍。所得结论可为PX结晶工艺的改进提供参考。

关键词：对二甲苯结晶经典成核理论热力学动力学超声强化

(NH_(4))_(2)SO_(4)和Na_(2)SO_(4)混合溶液中(NH_(4))_(2)SO_(4)结晶动力学及铁/铝/锰/铬等离子对(NH_(4))_(2)SO_(4)结晶的影响规律

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化工进展 2023年第1期42卷 488-496页

作者：范嘉昊张洋范兵强张贺东郑诗礼邹兴北京科技大学冶金与生态工程学院北京100084 中国科学院过程工程研究所战略金属资源绿色循环利用国家工程研究中心北京100190

湿法冶金、三元前体制备等过程均会产生含硫酸钠与硫酸铵的高盐废水。研究高盐废水中硫酸铵的结晶动力学,并考察常见金属离子的影响规律对高盐废水处理具有重要意义。本文以含硫酸钠与硫酸铵混合溶液中硫酸铵的结晶过程为例,系统考察了... 详细信息

湿法冶金、三元前体制备等过程均会产生含硫酸钠与硫酸铵的高盐废水。研究高盐废水中硫酸铵的结晶动力学,并考察常见金属离子的影响规律对高盐废水处理具有重要意义。本文以含硫酸钠与硫酸铵混合溶液中硫酸铵的结晶过程为例,系统考察了硫酸铵的结晶动力学及铁、铝、锰、铬对硫酸铵结晶的影响规律。含硫酸钠与硫酸铵混合溶液硫酸铵结晶动力学研究结果表明,硫酸铵生长速率和成核速率方程分别为为B=1.303×10^(-16)G^(1.069)M_(T)^(1.801),G=15.708σ^(1.387);在硫酸钠与硫酸铵混合体系中,溶液过饱和度影响硫酸铵成核及生长速率,溶液过饱和度减小,晶体的成核及生长速率都会减小,与单体系硫酸铵结晶动力学结果相比,动力学参数均有所下降。铁、铝、锰、铬对硫酸铵结晶的影响规律研究结果表明,铁、铝抑制了硫酸铵晶面生长,结晶粒度减小;锰、铬对硫酸铵结晶有一定的促进作用,结晶粒度增大。金属离子改变了硫酸铵晶习,锰使结晶呈现三棱柱状,铁、铝使硫酸铵结晶片状生长。不同金属离子条件下的结晶动力学方程表明,铁和铝对结晶成核过程作用更为显著,锰和铬可以促进硫酸铵生长过程。

关键词：硫酸铵金属离子结晶动力学