導(dǎo)語：如何才能寫好一篇催化反應(yīng)的基本原理，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。

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關(guān)鍵詞：柴油機 scr 技術(shù) 基本原理 應(yīng)用

中圖分類號：TK421 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）05（a）-0102-01

1 柴油機scr技術(shù)基本原理

1.1 scr技術(shù)的反應(yīng)機理

Scr又稱選擇性催化還原系統(tǒng)，是用來控制柴油機排放后的處理的裝置，其主要是將尿素溶液噴射到柴油機排氣管中，在高溫條件下產(chǎn)生熱解水反應(yīng)，生成具有還原性質(zhì)的，在催化劑催化還原作用下與排氣中的發(fā)生反應(yīng)生成和，其化學(xué)反映過程如下：

（1）熱解水反應(yīng)：

（2）與的催化還原反應(yīng)：

1.2 scr系統(tǒng)構(gòu)成

scr系統(tǒng)主要由尿素溶液添藍罐、催化消聲器、計量噴射泵、噴嘴及相關(guān)電控管路等構(gòu)成。計量噴射泵是用來為尿素溶液輸送到噴嘴而提供動力；催化消聲器是催化氮氧化合物的還原反應(yīng)，防止出現(xiàn)氨氣泄漏的問題；噴嘴則是將輸送來的尿素與空氣混合物順流噴入排氣管，使尿素溶液霧化，以提升催化劑的轉(zhuǎn)化效率。

2 scr系統(tǒng)運行的影響因素

2.1 氧氣對催化還原反應(yīng)的影響

在汽車柴油發(fā)動機的尾氣成分中，主要是氮氧化物。而當廢氣中不含有氧氣時，只發(fā)生與的反應(yīng)。實驗表明，在保持一定溫度及水蒸氣存在的情況中，無氧時scr系統(tǒng)轉(zhuǎn)換較慢，但隨著氧含量的增加，系統(tǒng)轉(zhuǎn)化率會上升，直到氧含量體積超過8%，繼續(xù)增加其含量則不會給系統(tǒng)轉(zhuǎn)化率帶來影響。因此，可以得知，當氧含量達到一定值時，與的反應(yīng)會被控制，主要是、及的共同反應(yīng)。

2.2 scr的空速特性對系統(tǒng)轉(zhuǎn)化率的影響

通常情況下，柴油機在不同的工況環(huán)境下，催化器的空速變化范圍較大。如當scr系統(tǒng)在200～300℃時，scr系統(tǒng)的轉(zhuǎn)化率隨空速的增加反而降低，這主要是因為空速大、反應(yīng)的時間減短，從而導(dǎo)致較多來不及反應(yīng)。而當scr系統(tǒng)所處的溫度環(huán)境達到300℃時，空速大小與轉(zhuǎn)化率基本無關(guān)，這是因為在極度高溫環(huán)境下，催化劑的活性較強，抵消了空速變化帶來的不利影響。

2.3 燃油品質(zhì)對催化還原反應(yīng)的影響

首先，當使用硫含量較高的柴油時，柴油機排放的尾氣中就會含有，其在催化劑的作用下，容易被氧化成。當溫度低于250℃，氨氣和就會生成

，這些物質(zhì)會對催化劑的活性產(chǎn)生不利影響；其次，在柴油機尾氣含有另一個主要成分，即碳煙微粒（），當期堆積在催化器中，會造成排氣的不通暢，使得尾氣難以與催化劑充分接觸和反應(yīng)，因此需要在催化反應(yīng)前先通過顆粒捕集器對尾氣中的PM進行處理。

3 柴油機scr技術(shù)應(yīng)用中的常見問題及解決方法

3.1 催化劑的體積問題

解決方法：（1）可以從催化劑本身出發(fā)，提高催化劑本身所應(yīng)具有的催化活性。這就需要選擇一些高溫特性好且生成少的催化劑。當前，

等是應(yīng)用比較廣的活性較強的催化劑。（2）從提高化學(xué)反應(yīng)的效率出發(fā)，通過采取技術(shù)措施而提高的氧化速率。研究表明，當中的比重增加時，可以提高低溫條件下的轉(zhuǎn)化率；當與的濃度比為1時，的轉(zhuǎn)化率最佳，且scr系統(tǒng)的反應(yīng)速率也會有明顯的提升。那么為了提升的轉(zhuǎn)化率與scr系統(tǒng)反應(yīng)速率，就應(yīng)該想辦法提高的比例。實驗表明，在scr反應(yīng)器前安裝氧化催化轉(zhuǎn)換器是一個非常有效的方法，在保證一定高空速高溫時，能利用鉑作為催化劑的活性成分，將少數(shù)氧化成。當然，在熱力平衡作用下，有時候高溫環(huán)境下的轉(zhuǎn)化也會受到限制，但是此限制卻是較科學(xué)的，這是因為在溫度逐漸升高的情況下，的氧化速率也會提高，當其氧化成的比重占到50%以上時，又會減慢其反應(yīng)速率，達到一個科學(xué)循環(huán)的效果。

3.2 氨泄漏問題

在當前較多車用柴油機scr系統(tǒng)中，尿素水溶液是主要的還原劑，其主要成分是。然而在車輛排放廢氣的過程中，其廢氣溫度的變化范圍極大，可能從100℃迅速提升到600℃，那么在此急速變化的廢氣溫度環(huán)境下，需要噴射的還原劑量也會出現(xiàn)極大的變化。但是，的吸附催化劑的能力又會隨著溫度的升高而降低，容易造成氨泄漏的問題。當前，對于廢氣排放的溫度變化及噴射的劑量把握，控制氨泄漏的問題，是面臨的突出問題。

解決方法：（1）通過實施優(yōu)化措施控制，控制尿素噴射中成分。可以實施相關(guān)技術(shù)，在尿素噴射的過程中，計算的流量，并重點考慮催化劑活性及其相應(yīng)溫度需求，利用閉環(huán)控制技術(shù)，減少氨泄漏的問題。（2）通過安裝后氧化催化裝置，將過剩的氧化，以減少氨泄漏問題。在安裝后氧化裝置后，通常將鉑作為催化劑，來進行催化反應(yīng)。但是催化劑的催化活性對溫度具有較高的要求，當溫度低于250℃時，催化劑的催化活性不高；當溫度增加時，催化劑活性在加強的同時又增加了與的形成，在此情況下又提升了scr的轉(zhuǎn)化率，增加了氨泄漏的問題。因此，安裝后氧化催化裝置的方式，雖然能在一定程度上氧化過剩的，但卻在溫度升高時，容易造成另一途徑的氨泄漏問題，需要技術(shù)人員合理應(yīng)用。

4 結(jié)語

總之，柴油機scr技術(shù)是目前國內(nèi)柴油汽車解決和排放的重要技術(shù)，其在我國車用柴油機上具有較大的發(fā)展空間。當然，scr技術(shù)的應(yīng)用受較多因素的影響會造成系統(tǒng)運行的障礙，需有針對性的加強研究與技術(shù)優(yōu)化，以更好的發(fā)揮scr技術(shù)的作用。

參考文獻

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化學(xué)反應(yīng)工程是被教育部頒發(fā)的《目錄》確定的寬口徑化學(xué)工程與工藝專業(yè)的四門主干課程之一，也是涉及研究過程工業(yè)(即通過化學(xué)變化或物理-化學(xué)變化制造產(chǎn)品的工業(yè)，包括化工、石油、冶金、材料、輕工、醫(yī)藥、生化、食品、建材、軍工、環(huán)境等) 中生產(chǎn)過程、生產(chǎn)裝置、工藝技術(shù)規(guī)律的諸多專業(yè)重要的必修或選修的技術(shù)類或技術(shù)基礎(chǔ)課程[1]?；瘜W(xué)反應(yīng)工程既包含化學(xué)現(xiàn)象，又包含物理現(xiàn)象，是一門綜合性強、涉及基礎(chǔ)知識面廣、對數(shù)學(xué)要求高的專業(yè)技術(shù)學(xué)科，學(xué)生在學(xué)習時普遍感到理論抽象、計算繁瑣，不少學(xué)生認為化學(xué)反應(yīng)工程課程是大學(xué)中最難學(xué)習的課程之一。又加之我校為一所地方性本科院校，學(xué)生的基礎(chǔ)知識并不扎實，實驗和實習條件有限，因此，如何在較短的課時數(shù)內(nèi)使學(xué)生能夠系統(tǒng)地掌握本課程主要內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生的工程觀念和創(chuàng)新能力，成為我校化學(xué)反應(yīng)工程教學(xué)改革的重點。基于此，我們在傳統(tǒng)教學(xué)方式的基礎(chǔ)上，進行教學(xué)改革，引入師生互動教學(xué)模式，并取得了一些進展。

1 化學(xué)反應(yīng)工程的主要內(nèi)容和作用

化學(xué)反應(yīng)工程是化工類專業(yè)的一門專業(yè)主干課程、核心課程，涉及物理化學(xué)、化工熱力學(xué)、化工傳遞過程、優(yōu)化與控制等。主要研究工業(yè)規(guī)?；瘜W(xué)反應(yīng)過程的優(yōu)化設(shè)計與控制。該課程對于培養(yǎng)學(xué)生的工程意識、強化工程分析能力具有十分重要的作用[2]。本課程的基本內(nèi)容包括反應(yīng)動力學(xué)和反應(yīng)器設(shè)計與分析兩個方面，重點是介紹氣——固相催化反應(yīng)本征動力學(xué)、氣——固相催化反應(yīng)宏觀動力學(xué)、理想流動反應(yīng)器、反應(yīng)器中的混合及對反應(yīng)的影響、氣液反應(yīng)及反應(yīng)器和流——固相非催化反應(yīng)等基本理論。目的是使學(xué)生掌握研究工業(yè)規(guī)模化學(xué)反應(yīng)器中化學(xué)反應(yīng)宏觀動力學(xué)的基本方法和基本原理，具備進行反應(yīng)器結(jié)構(gòu)設(shè)計、最優(yōu)操作條件的確定和最佳工況的分析控制、過程的開發(fā)研究和模擬放大的基本能力。

2 化學(xué)反應(yīng)工程教學(xué)現(xiàn)狀與存在的主要問題

傳統(tǒng)的化學(xué)反應(yīng)工程教學(xué)方式單一，主要是教師在講臺上講，學(xué)生臺下聽。課堂教學(xué)不具有主體性、創(chuàng)造性、全面性、發(fā)展性的行為，其不足之處有以下幾方面：灌輸式過多，參與式過少。教師的啟發(fā)式與學(xué)生的參與體現(xiàn)得不夠，學(xué)生被動聽課，課堂氣氛大多比較沉悶。結(jié)論型過多，問題型過少。教師教給學(xué)生的都是定論，啟發(fā)學(xué)生思考問題、提出問題不夠，學(xué)生的問題意識和提出問題、研究問題的能力較弱，授課效果不佳?，F(xiàn)代教學(xué)理論認為，教學(xué)是一個雙邊互動的過程。在這一過程中，教師是主導(dǎo)，學(xué)生是主體，任何一方的作用都不能忽視[3-4]。所以我們在化學(xué)反應(yīng)工程的教學(xué)中，根據(jù)地方院校的特點引入了師生互動教學(xué)法。

3 互動式教學(xué)法在化學(xué)反應(yīng)工程教學(xué)中的運用

互動式教學(xué)是指在教師的指導(dǎo)下，利用合適的教學(xué)選材，通過教與學(xué)雙方交流、溝通，激發(fā)教學(xué)雙方的主動性，拓展學(xué)生思維，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力，以達到提高教學(xué)效果的一種教學(xué)模式[5]。這種教學(xué)模式需要營造多邊互動的教學(xué)環(huán)境，在教學(xué)雙方平等交流探討的過程中，達到不同觀點碰撞交融，進而激發(fā)教學(xué)雙方的主動性和探索性，從而提高教學(xué)效果?；邮浇虒W(xué)常用的方式有多種，本教學(xué)改革選擇問題教學(xué)法、案例教學(xué)法、上課提問、課后互動多種方法進行教學(xué)，由傳統(tǒng)的講授式轉(zhuǎn)向講授與提問、討論相結(jié)合的教師與學(xué)生雙向交流的啟發(fā)式教學(xué)。在教改過程中，我們充分發(fā)揮互動式教學(xué)法的優(yōu)勢，努力尋找互動式教學(xué)與化學(xué)反應(yīng)工程教學(xué)的最佳結(jié)合點，促進了化學(xué)反應(yīng)工程教學(xué)的開展。

3.1問題教學(xué)法與案例教學(xué)

問題教學(xué)法是指圍繞問題展開教學(xué)雙方互動。一般為：提出問題—思考討論問題—尋找答案—歸納總結(jié)。比如，在講授多級cstr串聯(lián)的計算及優(yōu)化時采用此教學(xué)方法。首先提出兩個問題，第一個問題是分析多級cstr串聯(lián)的必要性，第二個問題是如何求串聯(lián)體系的轉(zhuǎn)化率。然后引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)平推流和全混流反應(yīng)器的優(yōu)缺點和兩種理想流動反應(yīng)器數(shù)學(xué)模型的建立方法進行思考、討論；進而利用已學(xué)知識點尋找答案，教師最后歸納總結(jié)。在講授反應(yīng)器中的混合及對反應(yīng)的影響這章時，充分利用案例教學(xué)。案例教學(xué)一般程序為案例解說—嘗試解決—設(shè)置懸念—理論學(xué)習—剖析方案。在這一章中利用案例教學(xué)，啟發(fā)學(xué)生學(xué)會根據(jù)所測得的停留時間分布情況，利用非理想流動模型解決實際工業(yè)生產(chǎn)中的操作型和設(shè)計型問題。

3.2加強課堂提問

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關(guān)鍵詞：無機膜;分離;應(yīng)用

無機膜是指以金屬、金屬氧化物、陶瓷、沸石、碳素和多孔玻璃等無機材料制成的半透膜，常用的材料有Al2O3、TiO2、SiO2、C、SiC等。無機膜基本分類為：一是從表層孔結(jié)構(gòu)上可以分為致密膜和多孔膜兩大類，其中多孔陶瓷膜應(yīng)用較為成熟和廣泛。二是按照制膜材料，可以分為陶瓷膜、金屬膜、合金膜、高分子金屬絡(luò)合物膜、分子篩復(fù)合膜、沸石膜和玻璃膜等。三是按照結(jié)構(gòu)中有無擔體的特點，可以分為非擔載膜和擔載膜。四是按膜孔徑和應(yīng)用場合可分為微濾膜和超濾膜等。與有機膜相比，無機膜具有耐高溫、耐有機溶劑、耐酸堿、抗微生物侵蝕，剛性及機械強度好，孔徑均勻、孔徑分布范圍窄，不老化、壽命長等優(yōu)點，可以滿足更高的使用要求。加之近十年來生物、醫(yī)藥化工、食品等行業(yè)的發(fā)展，促進了無機膜的發(fā)展。因此，無機膜受到世界各國的關(guān)注，它的研究與應(yīng)用已成為當代膜科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域中的重要組成部分。[1]

一、基本原理

（1）無機膜中氣體傳遞特性與分離模型。膜法氣體分離的基本原理是根據(jù)混合氣體中各組分在壓力的推動下透過膜的傳遞速率不同，從而達到分離目的。對不同結(jié)構(gòu)的膜，氣體通過膜的傳遞擴散方式不同，因而分離機理也各異。氣體通過無機膜的分離依賴于氣體在膜中的傳遞特性。目前常見的氣體通過膜的分離機理有2種，即氣體通過多孔膜的微孔擴散機理和氣體通過致密膜的溶解――擴散機理。

第一，Knudsen擴散。在微孔直徑比氣體分子的平均自由程小的情況下，氣體分子與孔壁之間的碰撞遠多于分子之間的碰撞，此時則發(fā)生Knudsen擴散。一般而言，在有壓差條件下膜孔徑5～10nm，無壓差條件下孔徑5～50nm時，Knudsen擴散起主導(dǎo)作用?；贙nudsen擴散的氣體A和B的通量比，即理論分離因子α為：α=（Fk）A/（FK）B=（MB/MA）1/2?？梢姡琄nudsen擴散是依據(jù)分子量的不同而進行氣體分離時。分離系數(shù)與被分離氣體分子量的平方根成反比，在分離H2、He、N2等輕分子時具有較高的分離系數(shù)，但隨著溫度的升高，擴散通量會下降。對混合氣體通過多孔膜的分離過程，為了獲得良好的分離效果，要求混合氣體通過多孔膜的傳遞以分子流為主?；诖耍蛛x過程應(yīng)盡可能滿足下列條件：多孔膜的微孔孔徑必須小于混合氣體中各組分的平均自由程，氣體分子的平均自由程應(yīng)盡可能小，而溫度升高會使氣體分子的平均自由程度增大，為此要求混合氣體的溫度應(yīng)足夠低;在一定條件下，Knudsen擴散速率與壓差成正比。因此，膜兩側(cè)的壓力應(yīng)盡可能高。

第二，表面擴散。氣體分子與膜表面發(fā)生化學(xué)作用，能被吸附于膜表面，膜孔壁上的吸附分子通過吸附狀態(tài)的濃度梯度在表面上進行擴散。這一過程中被吸附狀態(tài)對膜的分離性能有一定的影響。被吸附組分比不吸附組分擴散快，從而導(dǎo)致滲透的差異，達到分離的目的。表面擴散的機理比較復(fù)雜，在低表面濃度條件下，純氣體的表面流量可由Fick定律描述：Fs=-ρ（1-ε）μsDsdq/dl。式中：ρ為固體介質(zhì)的密度，ε為固體介質(zhì)的孔隙，μs為形狀因子，DS為表面擴散系數(shù)，dq/dl為表面吸附隨膜厚度的變化。由上式可知，增大膜的表面積，減小膜孔徑和改善膜的吸附性能可增大表面吸附量和擴散通量。但表面擴散要求膜材料僅對要分離的分子有作用，否則，其他分子會占據(jù)表面活性位，從而減小膜表面的有效分離能力，此時需要對膜孔徑表面上不希望的活性位用化學(xué)處理的方法進行屏蔽或中和。

第三，多層擴散與毛細管冷凝。依據(jù)Knudsen擴散和表面擴散的氣體分離過程的選擇性相對較低，而多層擴散卻有可能提高通量和選擇性。當孔的量很高，被分離物質(zhì)在膜表面上發(fā)生物理吸附，并在膜孔內(nèi)發(fā)生毛細管冷凝時，它會堵塞孔道而阻止非冷凝組分的滲透。這種情況一般發(fā)生在溫度接近可冷凝組分的冷凝點，其吸附量可由擴展BET方程求得，而其冷凝壓力與溫度和孔徑的關(guān)系可用開爾文方程求得。當一種物質(zhì)在介質(zhì)上發(fā)生多層吸附水時，會產(chǎn)生多層擴散，這是單層擴散的擴展。多層擴散的擴散通量先隨壓差增加而增加，若同時發(fā)生毛細管冷凝，傳質(zhì)行為將發(fā)生改變，此時擴散通量達到最大，之后由于液相傳質(zhì)控制，擴散量急劇下降。

第四，分子篩效應(yīng)。分子篩是多孔硅鋁酸鹽（沸石）或非石墨類碳，它們含有分子大小的微孔。分子篩膜分離氣體時，氣體分子與微孔孔壁的作用非常強，分子大小稍有差異或分子與孔壁的親和力略有不同，就會導(dǎo)致氣體透過膜的速度有很大的區(qū)別。分子篩膜就是根據(jù)氣體分子的大小以及形狀來“篩分”分子，因而有很高的分離因子（選擇性）和滲透通量。分子篩膜的孔徑大小與結(jié)構(gòu)對氣體的分離有很大影響。碳分子篩膜經(jīng)適當高溫活化，除去表面上的含氧基團，可使微孔擴大。若繼續(xù)在更高的溫度下煅燒，將導(dǎo)致微孔收縮。因而，對于一定組成的混合氣體，可以用熱化學(xué)的方法調(diào)節(jié)碳分子篩膜的孔徑以達到最優(yōu)分離。

第五，致密膜的溶解――擴散機理。氣體通過致密膜的傳遞過程一般用溶解擴散機理來描述，不是反應(yīng)速率控制。此機理假設(shè)氣體透過膜的過程如下列3步組成：一是氣體在膜的上游側(cè)表面吸附溶解，是吸附過程。二是吸附溶解在膜上游側(cè)表面的氣體在濃度差的推動力下擴散過膜，是擴散過程。三是膜下游側(cè)表面的氣體解吸，是解吸過程。一般說來，氣體在膜表面的吸附和解吸過程能較快地達到平衡，而氣體在膜內(nèi)的滲透擴散過程較慢，是氣體透過致密膜的速率控制步驟。氣體在致密膜內(nèi)的擴散過程可用Fick定律來描述。氣體在致密膜中傳遞的推動力來自膜上下游側(cè)的壓力差、濃度差或電位差等引起化學(xué)位差，依據(jù)組分在操作條件下相對傳遞速率的差異而達到分離的目的。另一類用于氣體分離的致密膜是固體電解質(zhì)膜，如經(jīng)Y2O3穩(wěn)定話的ZrO2膜（YSZ膜）。當YSZ膜兩側(cè)有氧的濃度差時，YSZ膜是僅導(dǎo)氧離子的電導(dǎo)體，它的導(dǎo)電機理是空穴導(dǎo)電。在被Y2O3穩(wěn)定的ZrO2中，部分Zr4+被Y3+置換，產(chǎn)生一定數(shù)目的氧離子晶格空位，即氧離子空穴，而ZrO2屬于正方晶系結(jié)構(gòu)，具有大的中心空間。因此，在高溫下氧離子有可能經(jīng)由這些空穴位置穿過晶格。如果有外加電壓作推動作用，氧離子就會從YSZ膜的一側(cè)傳遞導(dǎo)另一側(cè)，調(diào)節(jié)外加電壓就可以控制氧對膜的滲透速率。

（2）無機膜中液體傳遞特性與分離模型。無機膜技術(shù)對液相體系的分離主要是微濾和超濾。其基本原理是在壓力差下，利用膜孔的滲透和截留或篩分性質(zhì)，使不同組分得到分級或分離。產(chǎn)品可以是純液體或欲回收的組分。工作效率則以滲透通量和滲透選擇性為衡量指標，兩者均與膜結(jié)構(gòu)、體系性質(zhì)及操作條件等密切相關(guān)，其中膜阻塞即為嚴重的障礙。另外，膜的表面特性，如荷電或不荷電、憎水或親水的形式，決定了膜與溶質(zhì)有強弱不同的相互作用和截留效能，也就對分離產(chǎn)生不同的影響。為了適應(yīng)分離的要求，可以通過膜的表面修飾來調(diào)整膜的結(jié)構(gòu)與性能。

二、無機膜的研究狀況

無機膜的研究和應(yīng)用始于20世紀40年代，早期的陶瓷膜主要應(yīng)用在核原料鈾同位素的分離，在隨后近半個世紀中，隨著無機膜材料與制備技術(shù)的發(fā)展，無機膜逐步在飲料行業(yè)、水質(zhì)處理、乳制品等領(lǐng)域得到了應(yīng)用。20世紀90年代以后，以氣體分離和膜分離――反應(yīng)器組合構(gòu)件為主的無機膜的研究和應(yīng)用得到了廣泛的關(guān)注。無機膜的研究主要集中在以下幾方面：膜及膜反應(yīng)器設(shè)計及制備工藝的研究，膜表面改性，膜結(jié)構(gòu)及性能的測試與表征以及應(yīng)用等方面。

（1）膜設(shè)計。膜設(shè)計技術(shù)包括膜材料和膜結(jié)構(gòu)形態(tài)研究，微孔大小與均勻分布的控制方法研究，膜制備技術(shù)，特別是膜復(fù)合和超薄膜制備技術(shù)的研究。

（2）膜的表面改性。由于某些膜隨溫度等使用條件的變化，膜的孔等結(jié)構(gòu)也隨著變化，從而影響膜的熱穩(wěn)定性、選擇透過性及催化活性等性能。目前，一般采用摻雜或采用溶液浸漬、吸附或氣相沉積等方法將第二組分沉積在第一組分膜的孔內(nèi)壁或第二組分與第一組分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，其反應(yīng)物粘附在孔內(nèi)壁，使改性過的膜有更小的孔徑和較高的分離系數(shù)和催化活性。在無機膜的表面涂上一定的金屬，使其表面性質(zhì)發(fā)生變化，在氣體分離和膜反應(yīng)器中得到應(yīng)用。目前制備的SiO2膜有很好的氣體分離特性，但由于室溫下SiO2表面的親水性使它易吸附空氣中的水分，使微孔阻塞，而影響分離特性。Renate M.devos等制備一種憎水性的SiO2膜，以改善SiO2膜對水的吸附性，疏水是通過消除SiO2表面的羥基而實現(xiàn)。一種是用化學(xué)處理法即用各種硅烷對表面進行處理;另一種方法是熱處理。

（3）結(jié)構(gòu)及性能的測試與表征。制備完好致密無缺陷的反滲透膜或?qū)Ψ礉B透膜結(jié)構(gòu)性能的測試與表征是當前的熱點、難點課題。無機分離膜的過濾分離機理要根據(jù)膜類型來定，致密膜的過濾機理一般以溶解――擴散的方式進行，多孔無機膜則根據(jù)膜孔的大小而定，當孔徑從幾十個微米到二個納米其分離機理將會發(fā)生很大的變化，即從湍流（孔徑>5μm）粘帶流克努森擴散表面擴散毛細管凝聚與分子篩等。但目前這些機理還不完善，仍處在發(fā)展和完善之中。

（4）膜反應(yīng)器的設(shè)計。包括根據(jù)不同催化反應(yīng)體系和膜分離性能的要求，設(shè)計高效、適用膜反應(yīng)器;著眼于反應(yīng)器結(jié)構(gòu)型式的研究;并流或逆流操作過程解析;反應(yīng)與分離部分的濃度和溫度梯度解析等傳熱傳質(zhì)工程方面的研究，以達到膜分離――催化過程的最優(yōu)化設(shè)計。

三、無機膜的應(yīng)用

無機膜的應(yīng)用主要涉及液相分離、氣體分離和膜反應(yīng)器三個方面。其中在液體分離的微濾和超濾膜中，使用最多的是陶瓷膜，約占分離膜的80%左右。

（1）在飲用水凈化中的應(yīng)用。陶瓷微濾膜和超濾膜處理地表水制備飲用水已在歐洲應(yīng)用多年，自1984年，法國就開始用陶瓷膜進行工業(yè)規(guī)模的飲用水生產(chǎn)。英國Fairey工業(yè)陶瓷有限公司、瑞士Katadyn等使用陶瓷濾芯用于飲用水凈化的歷史悠長。隋賢棟等人采用硅藻土梯度陶瓷微濾膜對自來水的凈化進行了研究，結(jié)果表明，平均孔徑為0.15μm的梯度陶瓷膜，可100%濾除水中的大腸桿菌、沙門氏菌、金葡萄球菌和霉菌等致病病菌以及鐵銹、紅蟲和各種懸浮微粒。通過簡單的機械清刷，通量可完全恢復(fù)，無膜的深層污染和孔隙堵塞，可有效地防止凈水的再次污染。一個254mm的標準濾芯可凈化普通自來水50m3以上。

（2）在廢水處理中的應(yīng)用。目前，無機膜主要用于含油廢水、化工及石化廢水、造紙和紡織廢水、生活污水及放射性廢水的處理。王懷林等人采用0.8μm氧化鋁膜和0.2μm氧化鋯膜對油田含油廢水進行處理，取得了較好的結(jié)果;黃肖容等利用離心方法制備了梯度氧化鋁膜管，用之凈化生活污水，孔徑為0.1～0.35μm的氧化鋁膜管對生活污水的BODCr的去除率達83%，CODCr的去除率達67%，大于0.1μm固體懸浮物的去除率100%。Lahiere和Goodboy用孔徑為0.2～0.8μm的氧化鋁膜處理含15～500mg/L芳香和石蠟油廢水，膜面流速達4.6m/s，通量為1250～1540L/（m2?h），并較好地解決了膜污染及膜清洗等問題。Jonsson和Petersson采用0.2μm氧化鋯膜處理造紙廢水，通量為15～1300L/（m2?h），COD去除率為25%～45%。Cumming和Turner采用孔徑為2μm的氧化鋯膜和0.2μm氧化鋁膜處理低放射性廢水，取得了較好的效果。

（3）在氣體分離方面的應(yīng)用。近年來出現(xiàn)的離子電子混合導(dǎo)體致密膜和具有分子篩分功能的多孔膜展現(xiàn)出良好的發(fā)展前景。Huang等以Pd/Al2O3復(fù)合膜分離H2/N2，結(jié)果表明具有很高的分離系數(shù)。Lin等用Pd膜分離H2/N2體系，H2的滲透速率為（2.62～6.11）×10-6m3/（m2?s?Pa0.5），分離系數(shù)為200～1400，透過氣中氫氣的純度可達99.6%，氫氣的回收率為90%。Tong等利用MFI型沸石分子篩在室溫常壓下分離H2/烴類的多組分氣體混合物，氫氣的滲透通量幾乎為，烴類組分的滲透通量達2.4×10-4mol/（m2?s）。此外，無機膜在原料氣脫濕、有機溶劑回收以及強腐蝕性氣體干燥等方面，也取得了較好的分離效果。

（4）滲透汽化和膜催化技術(shù)中的應(yīng)用。湯斌等考察了酒精發(fā)酵液中組成對硅沸石膜進行滲透汽化分離特性的影響，認為有機高分子化合物及無機鹽可改變?nèi)芤旱南嗥胶夂腿芤旱幕瘜W(xué)位，從而提高酒精的滲透汽化分離效果。美國能源部從90年代初即開始支持以離子與電子混合導(dǎo)體膜的膜催化反應(yīng)研究，在甲烷轉(zhuǎn)化合成氣的研究中取得重要的進展，其甲烷轉(zhuǎn)化率大于99%。

（5）在食品和生物化工中的應(yīng)用。無機膜用于牛奶、果酒、果汁、飲料、白酒、啤酒、飲用水等的除菌過濾，效果十分顯著;陶瓷膜在生物化工領(lǐng)域的應(yīng)用研究是近期的熱點之一，涉及領(lǐng)域包括細胞脫除、無菌水生產(chǎn)以及低分子有機物的澄清和生物膜反應(yīng)器。

（6）無機催化膜反應(yīng)器的主要應(yīng)用。目前，無機催化膜反應(yīng)器基本上集中應(yīng)用于脫氫、加氫和氧化反應(yīng)。脫氫、加氫等涉及氫傳遞的膜反應(yīng)器，多采用選擇滲透性的金屬鈀膜或鈀合金膜，也有用多孔膜（如γ-Al2O3膜、分子篩膜等）以獲得高的滲透通量。用于氧化反應(yīng)過程中無機膜催化膜反應(yīng)器的研究，大部分圍繞穩(wěn)定的氧化鋯膜（YSZ膜）和金屬銀膜，應(yīng)用多孔膜及鈣鐵礦型致密膜的研究也取得了一定得成果。此外，在化工、石油化工等工業(yè)中，傳統(tǒng)的過濾技術(shù)很難滿足產(chǎn)品和原料液的純度要求，無機膜優(yōu)異的材料性能和高精度的分離性能使其成為苛刻條件下精密過濾的技術(shù)之一。

四、展望

作為一種新型膜分離技術(shù)，無機膜在很短的時間里迅速發(fā)展，在許多重要分離領(lǐng)域中顯示了其獨特的操作特性。其優(yōu)良性能已經(jīng)被眾多的研究者和使用者所認識，在今后很長一段時間內(nèi)，膜功能集成化是一個重要的發(fā)展方向。在工程實踐中，由于反應(yīng)條件、應(yīng)用場合等千差萬別，特別是膜元件作為反應(yīng)器的核心部件，在理論和實踐等方面尚有許多問題需進一步研究，如再生性能好的無機膜的制備;高溫下設(shè)備的密封問題;高溫結(jié)碳對膜的污染問題;反應(yīng)過程的模擬技術(shù)和催化劑的固定問題等。隨著膜材料及制備技術(shù)的發(fā)展，膜反應(yīng)器必將會越來越廣泛地應(yīng)用到化工、環(huán)保、生物、和食品等工業(yè)領(lǐng)域。

參考文獻：

[1] 劉陽，曾芝芳，陳虎，等.無機膜的研究進展及應(yīng)用[J].中國陶瓷工業(yè)，2000，7（4）：25-30.

篇4

關(guān)鍵詞4-香豆酸;輔酶A連接酶;功能;研究進展

AbstractIn this paper，the research progress of 4-coumarate:coenzyme A ligase(4CL)was overviewed，containing function，relationship between function and structure，and crystallography. It would provide evidence for further study on the structure and function of 4CL proteins.

Key words4-coumarate;coenzyme a ligase(4CL);function;research progress

4-香豆酸:輔酶A連接酶(4CL)是木質(zhì)素生物合成的關(guān)鍵酶之一，它位于苯丙酸途徑與木質(zhì)素特異合成途徑的轉(zhuǎn)折點上。4CL催化肉桂酸及其羥基或甲氧基衍生物生成相應(yīng)的輔酶A酯，這些中間產(chǎn)物隨后進入苯丙烷類衍生物支路合成途徑[1-2]。以前的研究大都集中在各物種的4CL基因及其同工酶基因的發(fā)現(xiàn)和表達調(diào)控，近年來其催化反應(yīng)和底物偏好選擇的分子機理成為研究熱點。目前的研究進展主要是通過研究功能域氨基酸位點的突變體酶蛋白的體外功能和蛋白質(zhì)晶體結(jié)構(gòu)模型，提出可能的分子機理。

14CL蛋白的功能研究

4CL蛋白的研究在20世紀70年代初就已經(jīng)開始，最初的研究工作主要集中在分離純化植物中的4CL蛋白酶，并對提取的天然4CL蛋白酶進行生化特性研究方面。到目前為止，已從大豆、歐芹、云杉、楊樹、水稻、絲瓜、刺槐等多種植物中純化或部分純化出了4CL蛋白。

隨著越來越多植物的4CL基因被發(fā)現(xiàn)，人們發(fā)現(xiàn)這些植物基因組中4CL基因一般以小的基因家族的形式存在，家族內(nèi)不同成員可能在苯丙烷類代謝不同分支代謝途徑中起作用。同時人們發(fā)現(xiàn)4CL基因是組織特異性表達基因，同一物種中4CL基因家族中不同成員的表達表現(xiàn)出器官、組織和細胞的特異性，這可能與不同成員參與不同的分支途徑有關(guān)。如美洲山楊含有結(jié)構(gòu)上和功能上均不同的2個4CL基因Pt4CL1和Pt4CL2，二者差異表達以調(diào)控不同的苯丙烷類衍生物的生物合成，它們參與不同的生理功能[3]，Pt4CL1在正在發(fā)育的木質(zhì)部組織參與木質(zhì)素生物合成，而Pt4CL2在表皮細胞中參與其他酚類化合物如類黃酮的生物合成。

人們也對4CL基因的表達調(diào)控作了大量的研究。與植物次生代謝途徑中的大多數(shù)酶類一樣，4CL基因也屬于調(diào)控基因。其表達主要受發(fā)育的調(diào)控，4CL基因在植物生命世代中很早即開始表達。擬南芥4CL基因在苗期階段即被活化，擬南芥發(fā)芽后2~3 d，4CL基因即開始表達，其活性與子葉和根部木質(zhì)素沉積的起始密切相關(guān)[4]。毛白楊4CL基因的表達水平在一個生長季節(jié)中呈現(xiàn)“雙峰”模式，即“弱—強—弱—強—弱”，分別在6月底至7月初、7月底至8月初達到峰值，與早材和晚材的形成階段相符合[5]。4CL基因的表達還能被許多環(huán)境因子激活，如各種傷害、病原菌侵染、紫外線輻射等。4CL基因家族的不同成員對于各種環(huán)境因子的反應(yīng)差異說明其在苯丙烷類衍生物代謝中具有不同的功能。

24CL蛋白的結(jié)構(gòu)和功能的關(guān)系

通過對幾種植物的4CL蛋白的氨基酸序列進行同源比對分析結(jié)果發(fā)現(xiàn):4CL蛋白質(zhì)歸類為2組，組I和組II。擬南芥At4CL1、At4CL2，雜種楊Ptd4CL1、Ptd4CL2和Pt4CL1歸類為組I，擬南芥At4CL3及楊樹Pt4CL2歸類為組II。組I內(nèi)蛋白質(zhì)相互之間的關(guān)系比其與組II來自同一種植物的蛋白質(zhì)之間的關(guān)系更為接近，反之亦然(反之亦然)。組II內(nèi)擬南芥、楊樹和大豆的4CLs主要伴隨著類黃酮的生物合成，而組I內(nèi)的4CLs更為主要地伴隨木質(zhì)素以及其他苯丙烷類衍生物的生物合成。

對4CL蛋白質(zhì)序列的比對分析還表明，在所有已知的4CL氨基酸序列中存在幾個保守的肽基序(motif)。肽基序Box I、SSGTTGLPKGV在4CL蛋白質(zhì)序列中幾乎絕對保守，而且與熒光素酶、長鏈脂肪?；?CoA合成酶、肽合成酶中發(fā)現(xiàn)的保守基序相似。肽基序Box II、GEICIRG在所有4CL中絕對保守，其中心的C殘基被認為直接參與催化進程[6]。

Schneider等[7]基于短桿菌肽S-合成酶PheA(Phenyla-lanine-activating)的晶體數(shù)據(jù)，分子模建了擬南芥At4CL2的蛋白質(zhì)模型，鑒定了參與At4CL2 SBP的12個氨基酸殘基，創(chuàng)造了“功能的獲得”(Gain-of-function)突變體，通過增加SBP的空間大小產(chǎn)生了具有轉(zhuǎn)化阿魏酸和芥子酸能力的At4CL2突變體，而通過增加SBP的疏水性導(dǎo)致具有強烈增強的肉桂酸轉(zhuǎn)化的At4CL2突變體。

上述研究結(jié)果對于更好地理解苯丙烷類衍生物途徑中關(guān)鍵酶的催化過程，對于設(shè)計具有新的底物特異性的4CL突變體有很好的幫助。但這些都沒有從根本上揭示4CL同工酶的底物特異性和偏好性的分子機制。要闡明4CL蛋白的催化機制，最佳方法就是獲得4CL蛋白的晶體，并通過X-衍射收集4CL晶體的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，解析4CL蛋白的原子結(jié)構(gòu)，從而更好地解釋4CL蛋白的結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系。

34CL蛋白晶體學(xué)研究現(xiàn)狀

3.1晶體生長的基本原理和方法

蛋白質(zhì)晶體生長的基本原理是指蛋白質(zhì)溶液在過飽和狀態(tài)下，蛋白質(zhì)在固相沉積的速率大于離開固相進入液相的速率時，溶液中蛋白質(zhì)分子就會自我聚集成核，在合適的條件下，形成的晶核發(fā)育成蛋白質(zhì)晶體。蛋白質(zhì)晶體通常在過飽和狀態(tài)下出現(xiàn)，蛋白質(zhì)能達到過飽和狀態(tài)而不是在達到飽和態(tài)就立即沉淀或者結(jié)晶出來，主要是因為蛋白質(zhì)結(jié)晶也有類似于化學(xué)反應(yīng)的能壘，成核是一個高能態(tài)，使得蛋白質(zhì)成核過程較慢。能壘越高，蛋白質(zhì)形成臨界核的速度就越慢，過飽和狀態(tài)就越容易維持。同時蛋白質(zhì)溶液過飽和狀態(tài)越高，蛋白質(zhì)形成臨界核的可能性就越大。結(jié)晶的方法分為4種:批量結(jié)晶、蒸發(fā)結(jié)晶、液液擴散結(jié)晶和透析結(jié)晶[8]。

篇5

［關(guān)鍵詞］科研實踐；物理化學(xué)；教學(xué)

物理化學(xué)是一門借助物理的基本原理，揭示化學(xué)基本規(guī)律的學(xué)科，也是一門理論性、系統(tǒng)性、邏輯性很強的學(xué)科，具有理論公式多，推導(dǎo)復(fù)雜的學(xué)科特點。初學(xué)者往往感到抽象難懂，對數(shù)學(xué)知識要求高，容易產(chǎn)生畏難情緒，也往往認為理論知識學(xué)了沒有用途，導(dǎo)致失去學(xué)習的興趣。為了解決物理化學(xué)中抽象難懂的問題，通常采用的方法是在教師授課時列舉一些與生活實踐相關(guān)的現(xiàn)象，借助物理化學(xué)知識加以解決，但是這只是一些簡單的應(yīng)用，并且借助于互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)都能得到容易理解的結(jié)果，但是對于有一定知識水平的大學(xué)生似乎顯得過于簡單，并不能激發(fā)他們對物理化學(xué)學(xué)習興趣，解決他們對物理化學(xué)理論學(xué)習的困惑，展示理論知識與科學(xué)實踐和生產(chǎn)實踐的緊密聯(lián)系，從而體現(xiàn)物理化學(xué)作為基礎(chǔ)學(xué)科的價值。另外，物理化學(xué)中化學(xué)規(guī)律和數(shù)學(xué)公式都是從科學(xué)實踐總結(jié)出來的，能指導(dǎo)科學(xué)實踐活動。因而，在物理化學(xué)實際教學(xué)中，除了要結(jié)合生活實踐之外，教師應(yīng)該適當闡述理論公式的實際科研來源以及這些理論知識在科學(xué)前沿研究和生產(chǎn)實踐的應(yīng)用價值，才能引導(dǎo)學(xué)生逐漸認識到物理化學(xué)知識理論學(xué)習的重要性，同時也可以通過科研實例刺激學(xué)生的好奇心和求知欲，從而激發(fā)學(xué)生對物理化學(xué)學(xué)習的興趣。因此，教師科研能促進物理化學(xué)理論教學(xué)，也能促進學(xué)生對當前科研前沿的了解，激發(fā)學(xué)生的求知欲，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，為今后的發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

1科研實踐對物理化學(xué)教學(xué)的促進作用

1．1物理化學(xué)理論在科研實踐中的應(yīng)用

盡管物理化學(xué)科研實踐的實驗方法和手段比較復(fù)雜，但是常常使用了大學(xué)物理化學(xué)書本上的基本原理和基礎(chǔ)知識，因而，我們可以選擇一些合適的科研實踐活動將其應(yīng)用到物理化學(xué)教學(xué)中，以提高學(xué)生對物理化學(xué)基礎(chǔ)理論重要性的認識，幫助他們更好地理解這些基礎(chǔ)知識，激發(fā)他們對物理化學(xué)學(xué)習的興趣。這里我們以原電池的基本原理在科研中的應(yīng)用來闡述物理化學(xué)基礎(chǔ)理論知識學(xué)習的重要性。已有文獻報道具有缺陷的碳納米管浸入到一定濃度的氯鉑酸或者氯金酸溶液中，通過原子力顯微鏡能夠觀察到在碳納米管的邊壁缺陷上快速形成金屬鉑納米粒子或者金納米粒子［1］。這金屬離子自發(fā)還原沉積碳納米管上的現(xiàn)象歸因于金屬離子與碳納米管之間的原電池效應(yīng)，電極反應(yīng)分別是PtCl42－＋2e－＝Pt＋4Cl－，AuCl4－＋3e－＝Au＋4Cl－。根據(jù)電極電勢的數(shù)學(xué)公式計算出PtCl42－和AuCl4－的還原電勢以及碳納米管的氧化電勢，并比較它們的大小，從而能判斷出金屬鉑或者金粒子是否能沉積在碳納米管的邊壁上。更進一步地研究表明利用原電池效應(yīng)可以在碳納米管的表面邊壁上沉積四氧化三鐵、氧化亞銅、二氧化釩等中間價態(tài)的金屬氧化物，計算這些金屬離子與碳納米管之間的電極電勢ΔE＝φ（Fe3＋／Fe2＋）－φ（R－CNTs／O－CNTs）、ΔE＝φ（［Cu（NH3）4］2＋／［Cu（NH3）2］＋）－φ（R－CNTs／O－CNTs）和ΔE＝φ（V5＋／V4＋）－φ（R－CNTs／O－CNTs），通過控制溶液的pH值和碳納米管的結(jié)構(gòu)等反應(yīng)條件實現(xiàn)中間價態(tài)的金屬氧化物沉積在碳納米管的表面，關(guān)鍵是通過原電池效應(yīng)合成的碳納米管－金屬氧化物復(fù)合材料在催化加氫反應(yīng)、苯酚羥基化反應(yīng)等催化反應(yīng)中展示了比其他方法合成的該種復(fù)合材料更加優(yōu)異的性能，體現(xiàn)了合理的使用電化學(xué)方法合成材料具有重要的應(yīng)用價值［2－4］。盡管這些科研工作涉及的內(nèi)容比較廣泛，考慮的因素復(fù)雜，但是在材料合成方面的基本原理仍然是物理化學(xué)中原電池電極電勢的相關(guān)基礎(chǔ)知識。實際上，物理化學(xué)中熱力學(xué)、溶液中的化學(xué)勢、物質(zhì)的相圖、吸附脫附、動力學(xué)研究等基本知識在當前的科研都有廣泛的應(yīng)用，利用這些基本知識來驗證過程的可行性或者借助它們推斷出物理化學(xué)及其相關(guān)學(xué)科中更深層次的機理或者原理［5－7］。因此，物理化學(xué)的基礎(chǔ)知識在當前的科學(xué)研究工作中仍然具有重要的價值，是學(xué)生為今后工作和學(xué)習所必須要掌握的。

1．2科研實踐對學(xué)生物理化學(xué)學(xué)習的促進作用

物理化學(xué)中的基礎(chǔ)知識都是比較抽象，數(shù)學(xué)公式比較多，這增大了學(xué)生學(xué)習的困難，但是這些基礎(chǔ)知識都是來自科學(xué)實踐，相應(yīng)地能用來指導(dǎo)科學(xué)實踐活動，因而，學(xué)習物理化學(xué)基礎(chǔ)知識的時候借助于科研實踐來展示這些知識，能幫助學(xué)生更好了解和掌握這些知識。首先，科研實踐的學(xué)術(shù)論文為了更好地解釋相關(guān)原理往往都使用大量的圖表或者視頻，直觀地展示和支撐他們的實驗結(jié)果，幫助讀者理解論文的結(jié)論。教師可以根據(jù)物理化學(xué)相關(guān)章節(jié)的內(nèi)容提煉這些學(xué)術(shù)論文，在教學(xué)中利用論文中直觀的圖片或者視頻給學(xué)生展示對應(yīng)的知識點，使得抽象的知識圖像化、具體化，同時將枯燥無味的理論知識形象生動地呈現(xiàn)到學(xué)生的面前，加深學(xué)生對該知識點的印象，促進學(xué)生對該知識點的理解和掌握。其次，物理化學(xué)的教學(xué)過程中可以借助科研實踐論文生動地展示給學(xué)生，不僅能幫助學(xué)生理解這些知識點，更能讓學(xué)生意識到物理化學(xué)課程中基礎(chǔ)知識與生產(chǎn)實際有緊密的聯(lián)系，而不是為了學(xué)習抽象的知識而學(xué)習這些知識。它們能夠直接應(yīng)用到實際科研和生產(chǎn)實踐中，并指導(dǎo)科學(xué)實踐和生產(chǎn)實踐活動，使得學(xué)生不再認為理論知識難學(xué)而沒有用途，更不會消極地學(xué)習和理解這些物理化學(xué)基礎(chǔ)理論知識。學(xué)生會更加積極主動理解和掌握所學(xué)知識點，甚至通過網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫等相關(guān)工具，更進一步地詳細了解與物理化學(xué)書本上相關(guān)知識內(nèi)容，從而間接地提高他們的自學(xué)能力，培養(yǎng)他們積極主動學(xué)習的能力。最后，借助物理化學(xué)教學(xué)引入科研生產(chǎn)實踐的概念，讓學(xué)生接觸基礎(chǔ)知識應(yīng)用到令人好奇的未知世界，從而提高學(xué)生學(xué)習物理化學(xué)基礎(chǔ)知識的興趣。既使學(xué)生學(xué)習到必須掌握的物理化學(xué)基礎(chǔ)知識，同時又接觸到物理化學(xué)方向科研和生產(chǎn)實踐的前沿，掌握當前物理化學(xué)科研和生產(chǎn)實踐的動態(tài)。讓學(xué)生從一開始學(xué)習基礎(chǔ)知識灌輸科研實踐的相關(guān)知識，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注本學(xué)科發(fā)展前沿和科研動態(tài)，使學(xué)生浸潤在科研的氛圍下，產(chǎn)生濃烈的科研傾向［8］。從而使學(xué)生尋找自身喜歡的學(xué)習方向和學(xué)習興趣，建立嚴謹?shù)目蒲泻蛯W(xué)習態(tài)度，刺激學(xué)生對未知世界的求知欲望，并潛移默化地培養(yǎng)他們的科學(xué)素養(yǎng)，為今后的工作學(xué)習提供基礎(chǔ)。因此，物理化學(xué)教學(xué)中引進科研實踐，不僅將枯燥無味的理論知識形象生動化，而且能讓學(xué)生認識到物理化學(xué)理論知識學(xué)習的重要性，培養(yǎng)他們的基本科學(xué)素養(yǎng)，激發(fā)他們對未知世界的求知欲望。

1．3教師科研實踐對物理化學(xué)教學(xué)的重要影響

對于普通本科院校來講，無論什么樣的教學(xué)改革都是圍繞教學(xué)方式和手段在課堂教學(xué)過程中的運用，無法代替教師的角色，無法改變教師授課主體的本質(zhì)，因而，教師在教學(xué)過程中起著重要的作用。只有通過教師的教導(dǎo)和示范作用才能使課堂教學(xué)變得更加生動鮮活，也對學(xué)生的學(xué)習和行為有直接地引導(dǎo)作用。因而，教師自身的專業(yè)水平?jīng)Q定了他的教學(xué)水平和教學(xué)能力，而科研實踐活動對教師有很大的鍛煉和啟發(fā)作用，增加了教師的業(yè)務(wù)知識水平，對課堂教學(xué)有非常大的促進作用，因而，要提高教師的專業(yè)水平應(yīng)該鼓勵教師積極參與科研實踐工作［9］。首先，本學(xué)科專業(yè)教師開展科研實踐工作之前必須不斷查閱大量新的文獻資料，了解當前科技發(fā)展的動態(tài)，及時跟蹤本學(xué)科領(lǐng)域的最新進展，更新和豐富本學(xué)科的理論和知識。這個過程有利于提高教師發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力，并不斷更新和完善自己的知識體系，能更好地將當前本學(xué)科科技發(fā)展動態(tài)傳授給學(xué)生，同時隨著知識水平的提高教師將以新的高度去思考學(xué)科發(fā)展趨勢，自然而然地應(yīng)用到教育教學(xué)和人才培養(yǎng)的模式，進而思考未來人才的發(fā)展趨勢和人才培養(yǎng)的最佳方法。其次，教師從事科研工作對該學(xué)科未知領(lǐng)域的探索研究是一個長期而艱苦的過程，能提高教師的邏輯思維能力和表達能力，能培養(yǎng)教師一絲不茍和勇于創(chuàng)新的嚴謹治學(xué)態(tài)度、頑強拼搏的精神以及良好的科研素質(zhì)，激發(fā)教師的創(chuàng)新思想，迎合當前國家鼓勵創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的潮流。教師在科研中的鍛煉往往對學(xué)生起到表率作用，促進培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力、頑強拼搏精神以及嚴謹?shù)目茖W(xué)作風，對學(xué)生成才起到推動作用。此外，教師的科研成果能讓學(xué)生直接感受到科研并非遙不可及，對學(xué)生有很大的引導(dǎo)和促進作用，同時可以激發(fā)學(xué)生對科研的興趣和求知欲望，主動參與到教師的科研實踐，激起他們對物理化學(xué)基礎(chǔ)理論學(xué)習的熱情［9］。因此，教師要實現(xiàn)物理化學(xué)教學(xué)的改革創(chuàng)新，適應(yīng)當前形式下物理化學(xué)教學(xué)的發(fā)展，僅憑教學(xué)經(jīng)驗是遠遠不夠的，必須從事科學(xué)研究去實踐、去探索、去創(chuàng)新，進一步提高本學(xué)科的知識結(jié)構(gòu)，從而加快教育觀念的更替，逐步形成具有自身特色的教學(xué)方式，將新理論、新方法滲透到物理化學(xué)教學(xué)實踐中，才能改變多年從教的疲憊與困惑，同時也激發(fā)了自身潛在的創(chuàng)造力。

2結(jié)論

篇6

【摘要】 碳青霉烯是一類新型β-內(nèi)酰胺抗生素，它具有廣譜、耐酶等特點，已用于臨床抗重癥感染的治療。骨架和側(cè)鏈的化學(xué)合成是碳青霉烯類藥物研究和開發(fā)的重點和熱點方向。近年來，采用有機金屬催化合成骨架、四氫吡咯烷與疏水基團相連接合成側(cè)鏈，取得了一定的進展。未來合成研究所面臨的最大挑戰(zhàn)是提高碳青霉烯類β-內(nèi)酰胺抗生素的生物活性，其策略是尋找有效的骨架合成途徑，同時增加藥物的脂溶性和穩(wěn)定性。

【關(guān)鍵詞】 碳青霉烯； β-內(nèi)酰胺類抗生素； 骨架合成； 側(cè)鏈合成； 抗菌活性

ABSTRACT Carbapenem is a new β-lactam antibiotic with broad antimicrobial spectrum and resistance to β-lactamase hydrolysis. Five carbapenems have been used to treat serious infections in clinical trials. Skeleton and chain syntheses have become highlights of study and development of new carbapenems. In recent years， various skeletal derivatives have been synthesized with organic metals as catalysts， and different side-chain derivatives have been obtained with the reaction of pyrrolidine and hydrophobic functional groups. In order to improve antimicrobial activities of carbapenems， the strategies are to explore new synthetic routes of the skeletons and side-chains and increase the hydrophobicity and stability of carbapenems.

KEY WORDS Carbapenems; β-lactam antibiotics; Skeleton synthesis; Side-chain synthesis; Antimicrobial activity

β-內(nèi)酰胺類是一類非常重要的抗生素，其作用機制主要是通過破壞微生物細胞壁的生物合成，抑制病原微生物。然而由于一些病原微生物能分泌β-內(nèi)酰胺酶，水解青霉素、頭孢菌素等傳統(tǒng)β-內(nèi)酰胺類抗生素的骨架結(jié)構(gòu)，致使這些抗生素失去抗菌活性。因此，如何解決病原微生物的耐藥性成為抗生素研發(fā)的首要問題。碳青霉烯類是兼具青霉素和頭孢菌素骨架結(jié)構(gòu)的β-內(nèi)酰胺抗生素，具有抗β-內(nèi)酰胺酶的水解作用，對革蘭陽性和革蘭陰性菌、需氧菌和厭氧菌具有超廣譜抗菌活性，在臨床上廣泛應(yīng)用于治療未知病原體引起的重癥感染。碳青霉烯類是β-內(nèi)酰胺抗生素研究領(lǐng)域的重要方向之一，目前已經(jīng)上市的此類藥物有亞胺培南(imipenem)［1］、帕尼培南(panipenem)［2］、美羅培南(meropenem)［3］、比阿培南(biapenem)［4］和ertapenem［5］五種。此外，碳青霉烯類的衍生物如S-4661［6］、BO-2727［7］、CP6509［8］和E-1010［9］等藥物也正在處于不同的研發(fā)階段。該類抗生素主要通過化學(xué)全合成方法制備，其主要工藝過程包括骨架合成和側(cè)鏈合成。碳青霉烯骨架合成研究的目的在于尋找高產(chǎn)有效的藥物中間體合成途徑，而側(cè)鏈合成研究旨在增加藥物的脂溶性和穩(wěn)定性，整體提高藥物的抗菌活性。本文就碳青霉烯抗生素的骨架和側(cè)鏈合成的研究進展進行綜述。

1 碳青霉烯骨架的合成

1.1 碳青霉烯的骨架結(jié)構(gòu)

碳青霉烯的骨架結(jié)構(gòu)(圖1)介于青霉素與頭孢菌素之間，其結(jié)構(gòu)區(qū)別在于青霉素的青霉烷環(huán)l位硫原子被碳原子代替，并在五元環(huán)的2，3位原子間有一雙鍵。復(fù)合青霉素的五元環(huán)和頭孢菌素的共軛雙鍵具有活化β-內(nèi)酰胺環(huán)的效應(yīng)，這種特殊結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出對革蘭陽性菌和革蘭陰性菌、需氧菌和厭氧菌有強的抗菌活性，進入細菌外層胞質(zhì)的速率比傳統(tǒng)β-內(nèi)酰胺環(huán)大，并

圖1

碳青霉烯的骨架結(jié)構(gòu)及其上市藥物的結(jié)構(gòu)且能結(jié)合各種青霉素結(jié)合蛋白，產(chǎn)生持續(xù)的后效應(yīng)。

1.2 有機催化合成

Mori等致力于研究開發(fā)合成碳青霉烯骨架的新方法，并獲得了一定的成果。他們首先利用有機金屬試劑釕催化合成碳青霉烯骨架［10］，其合成的核心思想是首先形成含有機金屬催化劑的六元環(huán)中間體2b，化學(xué)中間體形成C-Ru-C鍵，再通過消除反應(yīng)消去有機金屬催化劑釕，獲得五元環(huán)的碳青霉烯骨架結(jié)構(gòu)2c(圖2)。當化合物2a在RuH2CO(PPh3)3的甲苯溶液中進行加熱反應(yīng)，獲得產(chǎn)物2b具有碳青霉烯的五元環(huán)骨架。不同的R基，反應(yīng)時間和產(chǎn)率也有所差別，本法共嘗試合成了4個反應(yīng)底物，一般收率為50%左右。當R為4-MeOC6H4時產(chǎn)率最高，可以達到63%；當R為Et3SiOCH2時產(chǎn)率最低，僅為22%，另外兩種R分別為4-MeC6H4和Ph，產(chǎn)率為45%和44%。

Mori等在上述反應(yīng)的基礎(chǔ)上將有機金屬催化劑更換為鈀［11］進行有機催化合成碳青霉烯骨架，反應(yīng)機制發(fā)生了微小的變化。與金屬釕催化反應(yīng)相似，鈀催化反應(yīng)也是先形成含有鈀(N-Pd-C鍵)的六元環(huán)化學(xué)中間體3b，通過消除反應(yīng)去除鈀后形成五元環(huán)骨架結(jié)構(gòu)。在甲苯溶液中，化合物3a與Pd2(dba)3·CHCl3，P(o-tolyl)3以及當量的K2CO3，反應(yīng)獲得產(chǎn)物3c(圖3)。X對反應(yīng)時間、溫度有很大影響，產(chǎn)率相差明顯。以X為OCOPh時，在55℃下反應(yīng)9h，產(chǎn)率最高可達57%；而在40℃下反應(yīng)48h，產(chǎn)率僅為32%。此外，當X為OCO2Me、OCOMe和OPh時該反應(yīng)幾乎不能發(fā)生。

Mori等進一步研究了反應(yīng)過程，并成功地將羧基連接到C3上［12］，基本原理是含有乙烯鹵化物結(jié)構(gòu)的化合物4a在金屬鈀催化下反應(yīng)，生成含有鈀的六元環(huán)中間體4b，再通過消去反應(yīng)去掉金屬鈀獲得骨架結(jié)構(gòu)4c(圖4)。 該反應(yīng)的基本條件是將4a與Pd(OAc)2、

圖2

有機金屬釕催化合成碳青霉烯骨架

圖3

有機金屬鈀催化合成碳青霉烯骨架

DPEphos在100℃下回流2min，再將溶液在0℃回流，在適宜溫度下獲得產(chǎn)物。X一般為I或Br，當X為Br時，產(chǎn)率為74%，而當X為I時，產(chǎn)率可達到90%。由于目前大多數(shù)上市的該類藥物在C3位置上都含有羧基(圖1)，因此該反應(yīng)所獲得的骨架結(jié)構(gòu)對于碳青霉烯的合成研究有著重要的意義。

1.3 Dieckmann成環(huán)反應(yīng)

Tanabe等［13］利用新型無水鈦作為Dieckmann縮合劑，對傳統(tǒng)的Dieckmann成環(huán)反應(yīng)進行改造，不經(jīng)過與磷酸烯醇酰氯縮合形成磷酸烯醇酯和側(cè)鏈置換反應(yīng)，就直接形成含有側(cè)鏈的碳青霉烯骨架結(jié)構(gòu)(圖5)。具體反應(yīng)條件為在化合物5a和Bu3N的CH2Cl2溶液中加入TiCl4，并在-45℃下攪拌反應(yīng)1h，用去離子水萃取并干燥即可獲得產(chǎn)物。R基不同，產(chǎn)率略有差別，具體數(shù)據(jù)如圖5所示。該法與傳統(tǒng)的Dieckmann反應(yīng)相比，獲得碳青霉烯骨架更加簡單，效率更高。此外，該方法所使用的試劑低毒、安全，環(huán)境污染少，為碳青霉烯骨架的合成開辟了一條新的途徑。

2 碳青霉烯類側(cè)鏈的修飾

近十年來的研究發(fā)現(xiàn)，碳青霉烯骨架的C2側(cè)鏈衍生物具有廣譜、對腎脫氫肽酶更穩(wěn)定性，并且對葡萄球菌、銅綠假單胞菌具有較好的抑制作用，該類上市藥物也以C2側(cè)鏈衍生物為主(圖1)，因此C2側(cè)鏈成為碳青霉烯類側(cè)鏈合成研究的主要方向。

選擇適當?shù)膫?cè)鏈不但可以增加化合物的穩(wěn)定性，同時也可以增加其透膜能力，提高化合物的抗菌活性。目前，韓國Oh領(lǐng)導(dǎo)的研究小組對C2側(cè)鏈進行了比較系統(tǒng)和深入的研究，并獲得了大量具有體外抗菌活性的碳青霉烯衍生物。所有系列化合物的最終合成方法是相同的，通過含有巰基的側(cè)鏈化合物與1β甲基碳青霉烯二苯基磷酯進行消除反應(yīng)，脫去二苯基磷酯，將不同側(cè)鏈連接到碳青霉烯C2位置。因此該領(lǐng)域研究的核心是如何形成理想的側(cè)鏈巰基化合物，并使獲得的產(chǎn)物具有良好抗菌活性。根據(jù)文獻報道［14］，含有四氫吡咯烷結(jié)構(gòu)的側(cè)鏈衍生物具有良好的抗菌活性，目前上市的五種該類藥物中也有三種的側(cè)鏈含有此結(jié)構(gòu)，疏水基團可有效增加化合物的抗菌活性。該小組所合成的側(cè)鏈系列化合物均為四氫吡咯烷與疏水基團相連接，形成一系列可能具有抗菌活性的碳青霉烯類衍生物(表1)。

從化合物抗菌活性的結(jié)果可以看出，含有羥基、酯、砜、脲以及一些含硫基結(jié)構(gòu)的化合物在同系列化合物中的抗菌活性高于其他同系列化合物。在系列化合物中，取代基越小越有利于提高抗菌活性。此外，具有抗菌活性的化合物對腎脫氫肽酶的穩(wěn)定性均高于對照藥品美羅培南和亞胺培南1.5倍以上。

由于抗菌活性本身主要來源于β-內(nèi)酰胺環(huán)，所以通過側(cè)鏈合成主要是增加化合物的膜透過性、親油性表1 新型1-β碳青霉烯類衍生物及其抗菌活性（略 ）抗菌活性是指在抗菌試驗中表現(xiàn)出來的抗革蘭陽性菌能力優(yōu)于對照藥品美羅培南，抗革蘭陰性菌能力優(yōu)于對照藥品亞胺培南。

以及穩(wěn)定性。同時，在上述系列化合物中有多個化合物表現(xiàn)出了良好的抗菌活性，也說明將四氫吡咯烷與疏水基團相連接的側(cè)鏈合成策略是值得參考的。

3 結(jié)束語

超廣譜抗菌作用以及耐酶水解的特點，使得青霉烯類藥物逐漸受到醫(yī)藥工作者的重視，成為抗生素類藥物研究的熱門領(lǐng)域。該類藥物化學(xué)合成的研究是其開發(fā)與應(yīng)用的重要任務(wù)。目前對于青霉烯類骨架結(jié)構(gòu)的合成仍然處于實驗室探索研究階段，并且由于條件限制還不能夠應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)。需要不僅具有高產(chǎn)、簡潔等工藝特點，而且還要降低反應(yīng)成本，才能成為碳青霉烯藥物中間體的工業(yè)生產(chǎn)途徑。通過引進化學(xué)側(cè)鏈來增強藥物的膜透過性、親油性和穩(wěn)定性是開發(fā)青霉烯類新藥的核心思想和主要途徑，可參考在側(cè)鏈中適當增加以上提到的基團，提高該類化合物的抗菌活性。隨著計算機模擬技術(shù)的不斷發(fā)展與應(yīng)用［22］，通過建立碳青霉烯類化合物的QSRA模型［23］，將分子模擬、組合化學(xué)與高通量藥物活性的篩選結(jié)合起來，設(shè)計一系列碳青霉烯類化合物，篩選具有較低MIC值的化合物，探索新的骨架和側(cè)鏈合成方法，加快新藥開發(fā)研究是非常重要和迫切的。

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篇7

關(guān)鍵詞：垃圾填埋 微量揮發(fā)性有機物 凈化技術(shù)

1 前言

垃圾填埋氣（LFG）是填埋場的最終產(chǎn)物之一。作為一種新興的清潔能源，世界上20多個國家每年從中回收的能量約相當于200萬噸原煤資源[1]。除用作發(fā)電，鍋爐燃料，管道供氣外，較新的LFG利用途徑還包括用作汽車的替代燃料，生產(chǎn)甲醇或者燃料電池等[2]。

除主要組分CH4、CO2、N2等外，Young等[3]在英國3個填埋場的空氣中，共檢測出154種微量揮發(fā)性有機物（VOCs），其總體積濃度小于1％，有116種在各填埋場中均可檢到。鄒世春等[4]對廣州大田山填埋場LFG的測定結(jié)果表明，在檢測出的氯代烴類、苯系物、氯代烴等60多種VOCs中，有17種屬于USEPA優(yōu)先控制的污染物。

實踐表明，這些含量低、毒性大的微量VOCs不僅會造成二次污染、危害人類健康[5]；其中的鹵代烴和硫化物等還能引起的腐蝕，降低鍋爐和內(nèi)燃機的操作壽命，并對填埋氣的燃燒特性施加不利影響[6]。

近年來，發(fā)達國家頒布了不少法令，限制VOCs的排放，并積極需求有效的凈化技術(shù)；我國新近頒布的《填埋氣利用國家行動方案》中，基于保護環(huán)境和回收資源考慮，也明確提出了控制填埋氣中微量VOCs的要求。

2 填埋氣中VOCs凈化的常規(guī)技術(shù)

依據(jù)其存在形式，填埋氣中的VOCs可分為兩部分：少部分未經(jīng)收集、即從垃圾填埋表面散逸到空氣中，這可通過改善覆蓋材料、增加收集井、采用植被吸收等預(yù)防性措施減少或消除；絕大部分VOCs經(jīng)濃縮后與CH4一起貯存、需通過深度冷凝、吸附凈化、溶劑吸收、膜分離、生物過濾、催化燃燒等一種或多種物理、化學(xué)或生化工藝進行末端治理。

目前，圍繞填埋氣中微量有害的VOCs，國內(nèi)外采用的常規(guī)凈化技術(shù)主要有：

2.1 深度冷凝

冷凝是利用各種VOCs在不同溫度和壓力下具有不同的飽和蒸氣壓，通過降低溫度或增加壓力，使某些有機物首先凝結(jié)出來。該法常作為凈化填埋氣中VOCs前處理，以降低有機負荷。冷凝法在理論上可達到很高的凈化程度，但是當其濃度低于約4.5×10-7mol/L時，需采取深度冷凍，這將使運行成本大大提高。

硅氧烷是可引起內(nèi)燃機嚴重磨損的雜質(zhì)組分，Martin等[7]將過濾后的LFG冷卻到-23℃，使其蒸汽發(fā)生深度冷凝，經(jīng)干燥和凈化分離后，硅氧烷即可除去。Markbreiter等[8]先將填埋氣壓縮至一臺加壓罐，通過等焓膨脹冷凝其中的水蒸氣；然后向氣體中注入甲醇，使其深度制冷；在甲醇冷凝液中，即包含有從深度制冷的填埋氣中脫除的VOCs雜質(zhì)組分，經(jīng)雜質(zhì)分離脫除后的氣體，則可作進一步處理。

2.2 吸附凈化

吸附凈化是通過吸附劑對氣體組分的選擇性吸附來實現(xiàn)的?？蓛艋疺OCs的吸附劑有活性炭、硅膠、分子篩等，其中活性炭因其價廉易得、較大的表面積、良好的微孔結(jié)構(gòu)、多樣的吸附效果、較高的吸附容量和高度的表面反應(yīng)性等特征，應(yīng)用最為廣泛[9]。該技術(shù)具有凈化效率高、可回收有用成分、設(shè)備簡單、操作方便等優(yōu)點，適用于處理低濃度（≤5000mg/m3（標））的VOCs廢氣[10]。吸附效果取決于吸附劑性質(zhì)、VOCs種類、濃度、性質(zhì)和吸附系統(tǒng)的操作溫度、濕度、壓力等因素，常與吸收、冷凝、催化燃燒等方法聯(lián)合使用。

存在的問題主要是：在吸附劑定期再生和更換的過程中，VOCs有散逸的可能；吸附操作對進氣濕度有較高要求，當相對濕度超過60％時，苯系化合物等VOCs的穿透時間和吸附容量迅速下降[11]；由于全過程的復(fù)雜性，吸附操作費用相對較高，且會有廢棄吸附劑和再生廢液等引起的二次污染問題[12]。

2.3 溶劑吸收

溶劑吸收是采用低揮發(fā)或不揮發(fā)溶劑對VOCs進行吸收，再利用有機分子和吸收劑物理性質(zhì)的差異進行分離的VOCs控制技術(shù)，吸收效果主要取決于吸收劑的吸收性能和吸收設(shè)備的結(jié)構(gòu)特征。存在的問題主要是：對吸收劑和吸收設(shè)備要求較高，而且吸收劑需要定期更換，過程較復(fù)雜，費用較高。

Troost等[13]在0℃以下將填埋氣通過四乙醇二甲醚溶液，使其中的VOCs被溶液吸收，使用過的溶劑可通過加熱脫除其中的揮發(fā)性有機物，得以再生。另據(jù)報道[14]，NHD(聚乙二醇二甲醚)溶劑具有良好的脫硫脫碳性能，對填埋氣中的部分VOCs有較好的脫除效果。

2.4 膜技術(shù)

膜分離是根據(jù)VOCs和其它組分透過膜組件速率的差異，而達到分離的目的。采用膜分離技術(shù)處理填埋氣中的VOCs，具有流程簡單、回收率高、能耗低、無二次污染等優(yōu)點。近年來，隨著膜材料和膜技術(shù)的進一步發(fā)展，國外已有許多成功應(yīng)用的范例，日東電工、GKSS和MTR公司等已經(jīng)開發(fā)出多套用于VOCs回收的氣體分離膜。常用的處理廢氣中VOCs的膜分離工藝包括:蒸汽滲透、氣體膜分離和膜接觸器等[15]。

由于氣體分離效率受膜材料、氣體組成、壓差、分離系數(shù)以及溫度等多種因素的影響，且對原料氣的清潔度有一定要求，膜組件價格昂貴，因此氣體膜分離法一般不單獨使用[16]。

2.5 生物降解

生物降解是附著在濾料介質(zhì)上的微生物在適宜的環(huán)境條件下，利用廢氣中的有機成分作為碳源和能源，維持其生命活動，并將有機物同化為CO2、H2O和細胞質(zhì)的過程。該法的設(shè)備流程簡單、運行費用和成本低、安全可靠、無二次污染，尤其在處理低濃度、生物可降解性好的VOCs時更顯其經(jīng)濟性。國內(nèi)利用生物膜過濾器對苯系VOCs進行處理，去除率達75％[17]；國外也有用土壤床層處理甲苯的應(yīng)用研究[13]。

生物法的主要問題是設(shè)備體積大、停留時間長、容易堵塞，且處理混合VOCs的效果欠佳。但該法的前景看好。目前主要研究方向是微生物種類，生物反應(yīng)器和最佳工藝條件等。

2.6 燃燒

燃燒是利用VOCs的易燃性，將其在較高溫度下轉(zhuǎn)化為CO2和H2O的一種方法，它對VOCs的處理更徹底、更完全，是處理成分復(fù)雜、高濃度VOCs廢氣的首選方法。

目前有直接燃燒、熱力燃燒和催化燃燒三種方式。直接燃燒運行費用較低，但容易發(fā)生爆炸，浪費熱量、且產(chǎn)生二次污染。熱力燃燒處理低濃度VOCs時，需加入輔助燃料，會增大運行費用。催化燃燒為無火焰燃燒，安全性好；要求的燃燒溫度低（300～450℃），對可燃組分濃度和熱值限制??；但為延長催化劑使用壽命，不允許廢氣中含有塵粒和霧滴[18]。

一般情況下，VOCs中空氣的比例較大，這就要求根據(jù)廢氣的溫度、體積、化學(xué)組成、露點以及進出口濃度等因素，來選擇焚燒方式。

3.填埋氣中VOCs凈化的新興技術(shù)

3.1 光催化降解

光催化是化學(xué)、物理和材料等學(xué)科交叉研究產(chǎn)生的新技術(shù)，它可在常溫常壓下將大多數(shù)VOCs徹底分解，與前述常規(guī)處理方法相比，反應(yīng)過程快速高效，反應(yīng)條件比較溫和，且無二次污染問題。國內(nèi)外對VOCs的光催化轉(zhuǎn)化規(guī)律的研究表明，對大多數(shù)VOCs而言，轉(zhuǎn)化效果良好，含氮VOCs比含磷、硫、氯的VOCs的光催化轉(zhuǎn)化速率低[19]；在253.7nm的紫外燈光照射下，除CCl4外，其它三氯乙烯、丙酮、苯、甲苯、二氯甲烷、三氯甲烷等，均易于光催化降解[20]。

近年來，用半導(dǎo)體催化劑光催化降解VOCs的研究與開發(fā)相當活躍，TiO2是最常用的光催化劑，它在紫外線照射下，使H2O生成-OH，然后-OH可將VOCs氧化成CO2和H2O，該技術(shù)成本較低，已接近商業(yè)化使用階段[21]。

目前，該方法因降解效率不高而處于研究開發(fā)階段，研究重點在于探索高效反應(yīng)器，提高并充分利用催化劑的活性。

3.2 等離子體凈化

等離子體被稱為物質(zhì)的第4種形態(tài)，由電子、離子、自由基和中性粒子組成，為導(dǎo)電性流體，總體上保持電中性。按照離子溫度的不同，可分為平衡等離子體和非平衡等離子體。

近年來發(fā)展起來的非平衡等離子體技術(shù)，具有工藝簡單、效率高、能耗低、適用范圍廣等優(yōu)點。它是通過高電壓放電形式，產(chǎn)生大量的高能電子或高能電子激勵產(chǎn)生的O、OH、N基等活性粒子，破壞VOCs分子中的C-H、C＝C或C-C等化學(xué)鍵，使其中的H、C1、F等發(fā)生置換反應(yīng)。由于O、OH基等具有強氧化能力，結(jié)果使C、H分解氧化、最終生成CO2和H2O，即VOCs通過放電處理最終變?yōu)闊o害物質(zhì)[22]。

研究表明[23]，非平衡態(tài)等離子中，只有電子的溫度是很高的，整個等離子氣體區(qū)域溫度只比未反應(yīng)時升高10℃，因此該法具有很高的能量效率，是處理低濃度、高流速、大流量的VOCs較為理想的方法。當前，等離子法處理VOCs的技術(shù)尚處研究階段。

3.3 紫外線氧化

紫外線(UV)氧化法，也稱間接等離子體法。它是利用短波長紫外線以及氧基氧化劑，如O3和H2O2等，在紫外光照射下，將VOCs轉(zhuǎn)化成CO2和H2O。紫外光由低壓輝光放電(汞燈)，或者高壓低溫等離子體產(chǎn)生。

在這種間接等離子體工藝中，紫外光起到催化劑的作用。發(fā)射管效率低以及停留時間長是這種方法的主要障礙?，F(xiàn)在通過結(jié)合管催化劑如TiO2，F(xiàn)exOy等，這些方面已得到改善。不足之處是熱力發(fā)生以及要求停留時間較長，而這又影響到去除率。并且，副產(chǎn)物可能會覆蓋于反應(yīng)器表面，對表面光催化反應(yīng)產(chǎn)生影響。

3.4 脈沖電暈技術(shù)

脈沖電暈法去除VOCs的基本原理是通過沿陡峭、脈沖窄的高壓脈電暈的放電，在常溫常壓下獲得非平衡等離子體，即產(chǎn)生大量高能電子和O、OH等活性粒子，對有害物質(zhì)分子進行氧化降解反應(yīng)，使污染物最終無害化[24]。1988年以來，美國環(huán)保局進行了VOCs和有毒氣體電暈破壞的研究，模擬表面反應(yīng)器進行分子形式的電暈破壞，達到分解的目的，并由此開發(fā)了低成本低濃度污染物流的控制技術(shù)，電暈技術(shù)被認為是一種有前途的控制技術(shù)。

3.5 脫除VOCs的聯(lián)合工藝

針對LFG中VOCs種類多、濃度低、毒性大等特點，單靠某種工藝顯然不能徹底解決污染問題，因此，許多新型工藝不斷涌現(xiàn)，并和常規(guī)控制工藝聯(lián)合起來，應(yīng)對填埋氣回收利用中存在的VOCs隱患。

如非平衡等離子體技術(shù)在處理低濃度VOCs方面具有獨特的作用，若與催化劑合用，通過改善等離子體反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)等手段，則VOCs的脫除效率可達到實用化水平。而電暈法與催化法或吸附法相結(jié)合，也可進一步完善VOCs處理技術(shù)。

最近，對于低濃度（≤100mg/m3（標））、高流量（≥34000（標）m3/h）的VOCs氣流，國外開發(fā)出活性炭吸附濃縮與催化焚燒聯(lián)合工藝。其特點是先通過吸附塔將有機物濃縮，脫附后再進行焚燒，從而大大減少了需要催化焚燒的氣流量，這不僅減少了裝置運行需投入的燃料量，同時增加了單位時間內(nèi)氣流中有機物自身的燃燒熱。與相同條件下的單催化焚燒系統(tǒng)相比，裝置規(guī)模要小得多，需投入的燃料量也大為減少，從而降低了投資及操作費用。

4 結(jié)論

篇8

關(guān)鍵詞：集束拉拔法 不銹鋼纖維 耐蝕性能

中圖分類號：TB302 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）03（b）-0079-02

1 不銹鋼纖維生產(chǎn)工藝簡析

不銹鋼纖維的制造方法主要有熔融紡絲法，切削法，單絲拉拔法，集束拉拔法。

熔融紡絲法是較早開發(fā)的金屬纖維制造方法，目前主要包括坩堝熔融抽絲法、懸滴熔融抽拉法和熔融紡絲法。熔融紡絲法的基本原理是將金屬加熱到熔融狀態(tài)，再通過一定的裝置將熔融金屬液體噴射或甩出后冷卻而形成金屬纖維。

切削法是制造金屬纖維的常用方法之一，用該種方法制造的金屬纖維產(chǎn)品種類齊全，適用面較廣。切削法既可制取長纖維也可制取短纖維，生產(chǎn)設(shè)備簡單，成本較低，適用于加工不銹鋼、低碳鋼、鑄鐵、銅、鋁及其合金等不同材質(zhì)的金屬。切削法與熔融紡絲法雖然都具有生產(chǎn)成本低的特點，但用這兩種制造方法制備的不銹鋼纖維不連續(xù)且截面不均勻，在一些要求較高的場合不能滿足服役條件。

單絲拉拔法是制造金屬線材的通用方法，其原理就是使金屬線材通過孔徑逐漸遞減的拉絲?？走M行多次拉伸。單絲拉拔法具有生產(chǎn)工藝復(fù)雜，纖維容易斷裂，并且不能生產(chǎn)細纖維，生產(chǎn)成本高的特點。

集束拉拔法的主要生產(chǎn)過程是把多根金屬線包在外包材料里，經(jīng)過多級拉絲模進行連續(xù)拉拔，根據(jù)需要可以在中間設(shè)置熱處理等工藝。在其拉拔和熱處理過程中的任何參數(shù)變化都會使纖維的性能發(fā)生變化，從而影響纖維質(zhì)量。目前，集束拉拔法主要用于生產(chǎn)不銹鋼纖維和高溫合金纖維（鐵鉻鋁纖維）。用集束拉拔法生產(chǎn)的不銹鋼纖維，其抗拉強度很高，可達2000 MPa，但延伸率低。并且用此種方法可生產(chǎn)直徑10μm以下的不銹鋼纖維，纖維絲直徑均勻，連續(xù)性好，成本低，是目前制備不銹鋼纖維的普遍采用的方法[1]。

2 集束拉拔法生產(chǎn)工藝過程對金屬纖維耐蝕性能影響分析

2.1 表面涂銅的影響

在加工集束型不銹鋼纖維[2]的過程中為了降低拉拔的次數(shù)和減小單根細絲被拉斷的概率，通常是將多根用單絲拉拔法制備的不銹鋼線材集成一束，外加與不銹鋼有類似傾向加工硬化的包覆材料（一般采用中碳鋼），再進行拉伸。在加工過程中為了防止相鄰纖維之間粘著現(xiàn)象的發(fā)生，會把Cu等物質(zhì)涂覆在在其表面，拉伸完成后再使用化學(xué)方法除去涂層物質(zhì)。然而，在纖維的表面會有銅殘留，關(guān)于Cu對不銹鋼的腐蝕性能的影響已有不少研究，普遍認為Cu能提高不銹鋼抗全面腐蝕能力，是由于沉淀Cu附在鋼的腐蝕表面抑制了陽極溶解，從而達到抗腐蝕的效果[3]。

2.2 減徑過程中造成纖維表面缺陷的影響

金屬纖維在一定拉伸量下，晶粒沿變形方向產(chǎn)生變形；變形量加大，呈現(xiàn)纖維狀；進一步加大變形量，產(chǎn)生形變織構(gòu)。在高倍電子顯微鏡下可以看到纖維表面有微小突起，這是拉拔退火過程綜合作用引起的成分偏聚[4]，以及拉拔過程中在其表面形成了很多微小的裂紋（圖1，金屬纖維表面SEM圖片，表面有大量微小裂紋）。

由圖2（金屬纖維表面SEM圖片）可以看出，在纖維的表面鑲嵌有大量的顆粒。這些顆粒主要是拉拔及退火過程中，由于不銹鋼纖維溶質(zhì)原子在生產(chǎn)條件下擴散速率不同及原子間相互作用力大小不同，進而導(dǎo)致內(nèi)部發(fā)生碳化物（碳化物主要是由Cr元素組成的Cr23C6以顆粒形式存在）的析出所產(chǎn)生的，在拉伸過程中隨著纖維的減徑在表面或近表面上呈現(xiàn)出來，從而在不銹鋼纖維的表面形成大量的突起。

這種Cr23C6顆粒會大幅降低細纖維的物理及化學(xué)性能，它不僅使纖維芯嚴重不均勻，還會導(dǎo)致纖維沿顆粒處損壞[5]。

減徑過程中帶到表面的Cr23C6顆粒以鑲嵌的形式與鐵基連接。在鐵基表面形成大量的位錯，特別在鐵基表面與Cr23C6顆粒接觸環(huán)線，由于角度的起伏大，能量較其他部位高出很多，生產(chǎn)過程中自發(fā)形成的鈍化膜[6]容易沿此環(huán)線破裂，從而使鐵基與Cr23C6顆粒之間產(chǎn)生縫隙，在酸性環(huán)境中局部會形成較封閉的反應(yīng)環(huán)境，自催化反應(yīng)

（Fe2++2H2O=Fe（OH）2+2H+，F(xiàn)e+2H+=Fe2++H2）會進一步加劇。使原本動態(tài)修復(fù)平衡的鈍化膜逐漸落后于鐵基的腐蝕。整個反應(yīng)一直進行到Cr23C6顆粒從鐵基上掉落（圖4，腐蝕后的金屬纖維表面SEM圖片，顆粒大量減少），形成Cr23C6顆粒掉落留下的凹坑（圖2與圖4對比，表面顆粒大量的減少），從而導(dǎo)致點蝕加劇，直至金屬纖維被破壞。

同理，生產(chǎn)過程中表面形成的大量的微小裂紋也是誘導(dǎo)金屬纖維表面鈍化膜動態(tài)修復(fù)平衡被破壞以及引發(fā)點蝕的又一因素。

2.3 減徑過程中金屬纖維內(nèi)部成分變化的影響

由于減徑退火過程中碳化物顆粒的析出使得基體內(nèi)部晶界附近的鉻含量大量減少，當晶界附近的鉻的質(zhì)量分數(shù)低于到小于12%時，造成了相對的“貧鉻區(qū)”，“貧鉻區(qū)”電位下降，而晶粒本身仍維持高電位，晶粒與“貧鉻區(qū)”之間存在著一定的電位差，而在腐蝕介質(zhì)中晶界的溶解速度和晶粒本身溶解速度是不同的，晶界的溶解速度遠大于晶粒本身的溶解速度，“貧鉻區(qū)”作為陽極與晶粒構(gòu)成大陰極和小陽極的微電偶電池，造成“貧鉻區(qū)”選擇性的局部發(fā)生腐蝕（也就是晶間腐蝕[7]），從而導(dǎo)致金屬纖維耐蝕性能下降。

3 研究結(jié)論

（1）金屬纖維在生產(chǎn)過程中表面產(chǎn)生了大量缺陷。

（2）集束拉拔過程中涂層物質(zhì)中銅對金屬纖維耐蝕性能起到促進作用。

（3）金屬纖維集束拉拔過程中造成的缺陷加速了其表面鈍化膜的破裂及點蝕的形成，導(dǎo)致其在酸性環(huán)境中腐蝕加劇。

（4）金屬纖維減徑過程中其內(nèi)部形成“貧鉻區(qū)”造成晶間腐蝕，從而使金屬纖維耐蝕性能下降。

參考文獻

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[3] 劉繼明，梁建宇.合金元素對鐵素體不銹鋼抗腐蝕性能的影響[J].山西冶金，2005（4）：9-12.

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[5] 楊趙玲，李建平，等.超細不銹鋼纖維的制備和性能[J].稀有金屬材料與工程，2003，32（9）：748-751.

篇9

很多女性朋友在打扮自己的時候一般只會去注意面部的妝容和衣著，往往忽略了牙齒。設(shè)想一下，一位面容姣好穿著亮麗的女士站在你面前，當她對著你微笑時露出了一口污黃不齊的牙齒，你的感覺如何?我想她之前給你的美感一定會在暴露牙齒的瞬間蕩然無存。這就說明了“打扮”牙齒的重要性。養(yǎng)出一口亮白健康的牙齒，少不了平日里的清潔和保護。如果你的牙齒已經(jīng)變得羞于啟唇了，也不要過于著急煩惱，還是有一些行之有效的方法幫你恢復(fù)牙齒最初的光彩的。

牙齒養(yǎng)護進行時

造成牙齒著色，發(fā)黃的原因很多，一般來說分為內(nèi)源性和外源性兩種：

外源性著色是由于牙齒表面存在著多種細菌，它們在牙齒表面分泌許多黏性物質(zhì)，當日常飲食中的茶垢、煙漬、飲用水中的某些礦物質(zhì)以及人們唾液中的物質(zhì)等吸附在這些黏性物質(zhì)上時，便形成了菌斑和牙石，使得牙齒逐漸變黃或變黑。

內(nèi)源性著色是在牙齒發(fā)育過程中形成的，如四環(huán)素沉積在牙本質(zhì)內(nèi)，就會使得牙齒變成黃色、棕色或暗灰色，稱為四環(huán)素牙；如果飲用水中含氟過多，也可能導(dǎo)致氟斑牙，牙面呈棕褐色斑塊；如果牙髓壞死后，細菌分解牙髓的代謝物，以及牙齒本身的脫水也會讓牙齒變色。

外源性的著色可以通過洗牙使牙齒逐漸恢復(fù)原本的色澤。而內(nèi)源性著色，往往就需要通過化學(xué)漂白或者遮蓋美白來達到了。其實，只要做好平日里的牙齒養(yǎng)護工作，是可以養(yǎng)出一口雪白的牙齒的。

正確的刷牙方法

刷牙一定要掌握正確的方法，不然即使你一天刷十次牙齒，牙齒里面依然存在著大量的殘渣。正確的刷牙方法是指簡單易學(xué)、清潔牙齒效果好、不損傷牙體和牙周組織的方法，方法并不是唯一的。下面就為大家介紹一種比斯刷牙法：洗刷唇舌面時，刷毛與牙面呈45°角，刷毛頭指向牙齦方向，使刷毛進入齦溝和鄰間區(qū)，部分刷毛壓于齦緣上作前后向短距離來回顫動。刷毛緊壓在牙面，使毛端深入裂溝區(qū)作短距離的前后向顫動。這種方法由于清潔能力較強，克服了拉鋸式的橫刷法的缺點，而變?yōu)槎虣M刷，能有效地除去牙頸部及齦溝內(nèi)的菌斑，按摩牙齦，還可避免造成牙頸部楔狀缺損及牙齦萎縮。最后別忘了刷舌頭，使口氣更清新。建議每天要刷牙兩次，每次每個部位刷10次(來回5次)，刷牙時間因人而異，但一般不應(yīng)少于3分鐘。

刷牙的水溫

刷牙除掌握正確的方法外，水溫也要講究。據(jù)日本醫(yī)學(xué)家的研究表明，牙齒適應(yīng)在30～36℃水溫下進行正常的新陳代謝。因此，刷牙時不講究水溫，長時間使牙齒受到驟熱或驟冷的刺激，這不僅容易引起牙齦出血和痙攣，而且會直接影響牙齒的正常代謝，從而發(fā)生牙病，縮短牙齒的壽命，同時會引起牙本質(zhì)過敏癥狀。正確的方法是使用溫水，讓牙齒在合適的溫度下刷洗干凈。

去除不良習慣

戒煙、酒，不吃過燙和辛辣的食物，拔除殘冠、殘根、磨除銳利的牙尖，除去不良的修復(fù)體，以避免慢性不良刺激。少喝咖啡、茶、可樂、紅酒等著色強的飲品。要節(jié)制甜食的攝入，降低唾液及齦溝液的酸度，以減少齲齒和楔狀缺損的發(fā)生率。

常做護齒操

傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)提倡早晚叩齒和按摩牙齦是最有效方法，每天晨起或睡下后上下牙齒輕輕對叩數(shù)十下，能促進牙體和牙周組織血液循環(huán)，同時在洗臉時，用食指上下旋轉(zhuǎn)按摩牙齦，排除牙齦溝及牙周袋分泌物，可改善牙齦內(nèi)血液循環(huán)，提高牙周組織抵抗力，從而防止牙周病。

美白方法大PK

化學(xué)漂白包括家庭或診所藥物美白、激光美白、冷光美白等。遮蓋美白包括烤瓷牙、牙貼面和牙涂料。通常遮蓋方法比化學(xué)漂白方法美白效果更好，因為遮蓋漶的牙色程度可以控制。專家說各種美白的方法都有其優(yōu)缺點，效果因人而異。

冷光美白

冷光美白的原理在于通過冷光將藥物滲透到牙齒組織中去，從而達到美白的效果。16歲以下人士、孕婦與嚴重的牙周病患者將不適合這類牙齒美白。牙齒冷光美白后24小時內(nèi)避免冷熱飲；必須避免飲用茶、咖啡、可樂、紅酒、莓果類飲料、有色牙膏、漱口水等及食用深色食物，同時要避免吸煙。

優(yōu)點：花費時間短，見效快，使用人群廣。

缺點：對于牙齒釉質(zhì)的傷害大，容易令牙本質(zhì)失去必要保護而出現(xiàn)冷熱過敏的痛苦。

花費時間：30～40分鐘。

見效時間：治療后即可見效

效果保持時間：兩年以上

適用人群：外源性色素粘染，如煙漬、咖啡、可樂；內(nèi)源性色素沉著如四環(huán)素牙；氟斑牙；先天性色澤不均等。

激光美白

激光美白牙其基本原理是通過激光加熱，對藥物產(chǎn)生催化反應(yīng)，便藥物能更快地滲入牙齒，從而達到美白功效。其過程是在清潔和預(yù)處理過的牙體上，涂以高濃度的專用漂白劑。采用氬離子激光激活藥物的活性，進行表面及深層色素的去除。

優(yōu)點：省時，見效快，維持時間較長久。

缺點：美白后牙齒鈣化白、無光澤、持續(xù)時間短。

花費時間：大約1小時。

見效時間：治療后即可見效。

效果保持時間：1～2年。

適用人群：氟斑牙；四環(huán)素牙；煙草黃牙等。

牙涂料美白

最新美白牙齒方法，用白色的牙涂料涂刷牙齒，牙涂料粘附在牙面上，改變牙齒顏色達到美白牙齒。牙涂料為白色懸浮液體，涂膜口感味淡，薄荷香型，涂膜為白色半透明膜，粘附在牙齒表面相當于牙釉質(zhì)，有保持口氣清新的效果。

優(yōu)點：方便，見效快。

缺點：牙涂料雖徹底解決了牙齒美白問題，但它是如化妝美容一樣不能一勞永逸，生活中早晚刷牙會洗掉牙涂膜，牙齒又回到原來本色，想永遠牙齒美白，只能天天涂。

花費時間：幾分鐘

見效時間：涂完后馬上見效

效果保持時間：1天

適用人群：涂刷牙涂料遮蓋美白牙齒跟牙齒底色無關(guān)，不論什么原因、什么顏色的牙齒包括四環(huán)素牙、氟斑牙等。

牙托美白法

牙托美白也是在歐美比較流行的一種牙齒美白方法，屬于家庭型的牙齒美白產(chǎn)品。使用者可以根據(jù)牙齒形狀很簡單的制作一個齒模。每晚將美白劑和定向酶放在齒模里，戴著齒模20分鐘后即可取下，連續(xù)使用9天。

優(yōu)點：在家即可完成，有一定牙齒美白效果。

缺點：對中重度的四環(huán)素牙、氟斑牙等效果一般，對于敏感性牙齒容易引起不適。

花費時間：7～10天／療程

見效時間：大約3周

篇10

關(guān)鍵詞：隧道；防水材料；鋪設(shè)工藝

隧道滲水與漏水是一種常見的問題，不僅會使隧道內(nèi)襯材料使用的耐久性，同時還會對隧道內(nèi)部的環(huán)境造成嚴重的影響，從而對洞內(nèi)設(shè)施的使用和維護帶來很大的困難。所以隧道防水工程已經(jīng)成為隧道工程建設(shè)廣泛關(guān)注的問題。在2008年我國鐵路相關(guān)部門統(tǒng)計出我們國家將近有鐵路隧道5000公里，其中有將近三分之一的隧道出現(xiàn)不同程度的漏水。目前在日本與西方等發(fā)達國家中有很多關(guān)于隧道建設(shè)過程中，鋪設(shè)了材料、制造工藝相對先進的PE或PVC防水板。由于采用有鋪設(shè)工藝，防水板存在孔眼與焊縫不結(jié)實，導(dǎo)致滲透漏水，并殃及整段隧道，導(dǎo)致隧道防水系統(tǒng)的整治工作變得異常困難。本文通過對相關(guān)參考文獻的調(diào)研，分析了國內(nèi)外防水隧道的鋪設(shè)工藝措施，并對現(xiàn)有的規(guī)范和隧道防水措施所存在的問題進行了探討，最后對隧道防水板的鋪設(shè)工藝進行了相關(guān)研究。

1.我國隧道防水措施目前存在的問題

1.1 頒布的相關(guān)隧道防水

我國鐵路、公路以及城市地鐵都具有種類不同的隧道工程，在隧道建設(shè)的過程中，除了要注意總的隧道防水治理的原則以外，還要根據(jù)隧道的具體功能要求以及施工費用方面進行充分的考慮。比如在我國的鐵路隧道建設(shè)方面，1985年頒布了《鐵路隧道建設(shè)規(guī)范》以及1986年頒布的《鐵路隧道新奧法指南》中明確的規(guī)定，隧道建設(shè)要根據(jù)總的防水原則，從而形成完整合理的防水系統(tǒng)建設(shè)，基本壓迫球就是防水可靠，經(jīng)濟成本合理。1992年頒布的《地下鐵道設(shè)計規(guī)范》，明確規(guī)定了，在車站以及機電設(shè)備集中的地段，隧道結(jié)構(gòu)不應(yīng)該出現(xiàn)滲水結(jié)構(gòu)，隧道結(jié)構(gòu)的表面不應(yīng)該有濕漬，當含有少量漏水點時，應(yīng)該根據(jù)實際情況進行晝夜觀察，并采取相對應(yīng)的基本措施進行相關(guān)治理。如果在帶有侵蝕性介質(zhì)中，僅僅使用防水混凝土，如果此時的耐腐蝕系數(shù)小于0.8，應(yīng)該加強可靠的耐腐蝕措施。

1.2 目前隧道防水措施存在的不足

作者通過對一些隧道防水工程建設(shè)的調(diào)研發(fā)現(xiàn)，目前我國的隧道防水系統(tǒng)建設(shè)還存在以下三個方面的問題：1）隧道防水的等級并不明確。我國各種隧道的防水等級都未得到明確的規(guī)范，缺乏統(tǒng)一的規(guī)定標準，只是從定性的角度去衡量隧道建設(shè)所需要的防水等級。2）大部分隧道規(guī)范等級的劃分比較模糊。不同的隧道建設(shè)采用不同防水等級標準進行劃分。比如在鐵路隧道建設(shè)方面，還是基本上按照防水總要求來進行隧道建設(shè)，并沒有實施具體的防水等級 要求；但是對于地鐵隧道建設(shè)方面的防水等級要求卻分為的了3級，并提出了定量的隧道防水標準。3）隧道防水系統(tǒng)在具體施工的過程中，并不能夠做到規(guī)范施工。通常很多施工單位都是按照自己的意愿來實施防水措施，缺乏統(tǒng)一的評價標準。

1.3 隧道新型防水材料的發(fā)展概況

隧道防水材料可以大體上分為三類，分別為防水卷材、防水涂料以及剛性防水材料。首先對于防水卷材而言，主要可以分為兩個類別，分別為高聚物改性瀝青防水卷材和高分子防水卷材。其中高聚物改性瀝青防水卷材是在我國發(fā)展最快的一種防水卷材，主要是以APP和SBS作為改性材料的防水卷材。高分子防水卷材主要包括三元乙丙、聚氯乙烯、氯化聚乙烯等防水卷材。對于防水涂料而言，主要指的是有機物防水涂料，有機物防水涂料主要以高分子防水圖來哦和改性瀝青防水圖來哦為主，高分子防水涂料主要是聚氨酯防水涂料、丙烯乳酸液防水涂料、IS符合防水涂料。其中陽離子型氯丁膠乳瀝青防水涂料的應(yīng)用最為廣泛，這種防水涂料作用的基本原理就是通過噴涂在需要進行防水處理的基層表面上，通過溶劑揮發(fā)或者是固化反應(yīng)以后，形成一層連續(xù)的薄膜從而達到防水的目的。對于剛性防水材料而言，主要包括水泥基滲透結(jié)晶型防水涂料。滲透防水結(jié)晶型涂料是由硅酸鹽水泥、石英砂和化學(xué)活性物質(zhì)以及各種中添加劑組成的無機粉末狀防水材料，是在水泥催化反應(yīng)的基礎(chǔ)上形成的一種涂料，從而形成不溶于誰的枝蔓狀結(jié)晶體，與混凝同形成防水層整體，提高混凝土的抗?jié)B水的能力。水泥基滲透結(jié)晶型防水材料按照國家標準GB18455-2001《水泥基滲透結(jié)晶型防水材料》。

2.隧道防水板的鋪設(shè)工藝研究

2.1 隧道防水板鋪設(shè)施工的現(xiàn)狀及存在的問題

隧道防水卷材的鋪設(shè)施工主要包括兩個步驟：土工布和防水板的鋪設(shè)，在這兩個鋪設(shè)環(huán)節(jié)中以防水板的鋪設(shè)最為重要。通常防水板的鋪設(shè)施工處于初期支護基礎(chǔ)工序以后，二次襯砌之前，初期支護盡管不屬于防排水系統(tǒng)的施工范疇，但是它們與防水系統(tǒng)的施工有著密切的關(guān)系。，初期支護期間表面應(yīng)該保持平整。，主要目的有兩個方面，首先平整的表面就可以省去掛防水板找平這一環(huán)節(jié)，其次可以保證防水卷材與之間實現(xiàn)表面密貼，同時射釘之間防水板的松弛梁的預(yù)留可以得到很好的控制。

2.2 防水板材的鋪設(shè)工藝

目前防水板材的鋪設(shè)采用的是無釘鋪設(shè)工藝。在具體的施工的過程中，首先將裝載機移動簡易工作架到合適的位置。其次，人工進行防水板的鋪設(shè)工序可以分為鋪設(shè)-支撐-焊接三個工序。實踐工藝表明，各工序作業(yè)人員的勞動強度較大，鋪設(shè)速度較慢，防水板材的鋪設(shè)質(zhì)量主要依靠人工的技術(shù)水平，隨意性比較大，所以會在一定程度上導(dǎo)致隧道防水板的鋪設(shè)質(zhì)量受到襯砌質(zhì)量的影響，造成隧道滲水，縮短隧道的使用壽命。

對于那些自粘性防水卷材而言，在鋪設(shè)的過程中，應(yīng)該注意到根據(jù)不同的施工部位和防水要求，自粘性防水卷材的施工工序包括空鋪、水泥砂漿粘貼、機械固定、熱噴涂等幾種方式。但是無論采取何種施工方式，筆者認為自粘性防水卷材最終只能在合適的工作環(huán)境中達到所需求等的防水效果。這種合適的工作環(huán)境通常需要兩個條件：1）自粘性防水卷材要與基面有著充分的接觸，而且基面要保留著尚未完全水化的水泥面層，才能有效的形成與卷材中自粘膠料相互滲透、相互要咬合的效果。另外這種界面層可以采用涂抹水泥砂漿層的方式來形成。2）自粘性防水卷材與基面相互作用的初始階段，通產(chǎn)需要一定的機械壓應(yīng)力，這種初始壓應(yīng)力可以通過人工的方式來提供方，當然也可以通過后期隧道澆筑的混凝土的自重壓力來實現(xiàn)。另外，如果自粘性防水卷材與基面之間保持一定的接觸距離，所施加的壓力并沒有達到所應(yīng)有的效果，那么自粘性防水卷材與基面之間的粘接層只能由膠料的粘結(jié)料來實現(xiàn)，而這種方法卻不能形成有效的粘接強度。

3.小結(jié)

隧道防水系統(tǒng)施工的好壞直接的影響到施工質(zhì)量的好壞，并最終影響到隧道工程質(zhì)量和使用壽命。所以選擇正確的施工方法和較好的防水材料是確保隧道施工的防水承辦的關(guān)鍵。本文結(jié)合大量的參考文獻和實際施工經(jīng)驗，對隧道防水板的鋪設(shè)工藝進行了深入的研究。首先對我國鐵路、公路以及地鐵建設(shè)過程中有關(guān)隧道防水的標準進行了有關(guān)介紹。指出，目前隧道防水標準存在的主要問題就是缺少合理定量的防水等級確定，隨意性較大。其次重點介紹了三種發(fā)展表迅速的隧道防水材料的發(fā)展概況；最后針對高分子隧道防水卷材的鋪設(shè)工藝展開了深入的探討。

參考文獻：

[1]蔣雅君，楊其新.自粘防水卷材在隧道防水中的適應(yīng)性探討[J].新型建筑材料.2010，33：34.