第一篇:化工技術(shù)進(jìn)展論文
0.0 前言
一個(gè)學(xué)期的化工技術(shù)進(jìn)展學(xué)完了,在這門(mén)課程里,各個(gè)研究室的老師以講座的形式像我們介紹了他們從事的研究,包括智能粘彈性膠體束及應(yīng)用、氫能技術(shù)、超臨界流體技術(shù)應(yīng)用進(jìn)展、高性能碳纖維的研發(fā)與應(yīng)用進(jìn)展、單分子膜及其應(yīng)用等。這門(mén)課程使我對(duì)最新的化工技術(shù),以及這些新技術(shù)在實(shí)際生活生產(chǎn)中的應(yīng)用有了一個(gè)全新的了解。比如方波老師做的智能粘彈性膠體,研究的就是膠體在特定作用下能夠反應(yīng)出規(guī)律,在醫(yī)療方面有一定的應(yīng)用。再比如說(shuō)高性能的碳纖維,研究的就是新材料,這種材料比一般的碳纖維材料的韌性更強(qiáng)??偟膩?lái)說(shuō)這些化工新技術(shù)主要圍繞節(jié)約能源和提高能源利用率。近年來(lái),隨著人們環(huán)保意識(shí)不斷增強(qiáng),綠色化工技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用。目前保護(hù)環(huán)境是我國(guó)一項(xiàng)基本國(guó)策,化工業(yè)作為我國(guó)國(guó)民的經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)和先導(dǎo)產(chǎn)業(yè),首當(dāng)其沖該投入環(huán)境保護(hù)中來(lái),如今綠色化工產(chǎn)品隨處可見(jiàn),開(kāi)發(fā)綠色化工技術(shù)與生產(chǎn)的應(yīng)用前景越來(lái)越廣闊。化學(xué)工業(yè)對(duì)環(huán)境的污染越來(lái)越引起人們的關(guān)注,人們已經(jīng)深刻認(rèn)識(shí)到,化工生產(chǎn)造成環(huán)境污染的根本原因在于人們的環(huán)境社會(huì)意識(shí)和化工工藝的落后。在這種形勢(shì)下,人類(lèi)要求得自身的生存與可持續(xù)發(fā)展,就必須綜合考慮環(huán)保、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)以及化學(xué)工業(yè)本身發(fā)展的要求。
綠色化工技術(shù)的應(yīng)用正在不斷增多,這些應(yīng)用包括原料、溶劑、催化劑、多元醇等,及使用低能耗的工藝。發(fā)展環(huán)保型產(chǎn)品,采用先進(jìn)技術(shù),實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn),最大限度地降低三廢排放量。逐步淘汰落后的生產(chǎn)工業(yè),降低原材料消耗,增加節(jié)水措施,提高水的重復(fù)利用率等。加快化工廢水處理設(shè)備、藥劑、廢氣處理設(shè)備、排煙設(shè)備的系列化、成套化,以提高化工環(huán)保產(chǎn)業(yè)技術(shù)和裝備水平。人類(lèi)的自然資源是有限的,但智慧是無(wú)限,在生產(chǎn)化工產(chǎn)品時(shí)要考慮產(chǎn)品是否能夠具有可回收利用性、可處理性或可重新加工性能。例如近年來(lái)的有色涂料產(chǎn)品:傳統(tǒng)的涂料產(chǎn)品含有大量揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOC),污染環(huán)境,危害人身健康。這些化工新技術(shù)的應(yīng)用能夠使化學(xué)工業(yè)經(jīng)濟(jì)效益更高,環(huán)境污染更少,為社會(huì)科技進(jìn)步做出了貢獻(xiàn)。
碳酸二甲酯的合成工藝
摘要:本文簡(jiǎn)要介紹了碳酸二甲酯的基本性質(zhì),綜述了碳酸二甲酯的最新合成方法及其應(yīng)用進(jìn)展,并概述了碳酸二甲酯的資源化利用空間。
關(guān)鍵詞:碳酸二甲酯、合成、應(yīng)用
1碳酸二甲酯的基本性質(zhì)
碳酸二甲酯Dimethyl carbonate或 DMC分子式CO(COCH3)相對(duì)分子量為90.08, 熔點(diǎn)4 ℃ 沸點(diǎn)90.11℃ 在常溫下是一種無(wú)色透明液體可燃微溶于水且能與水形成共沸物 可與醇 醚 酮等幾乎所有的有機(jī)溶劑混溶對(duì)金屬腐蝕很小由于DMC分子結(jié)構(gòu)中含有CH3O——、——CO——、——COOCH3等官能團(tuán),化學(xué)性質(zhì)非?;顫娋哂休^好的化學(xué)反應(yīng)活性。DMC毒性很低是一種符合現(xiàn)代清潔工藝要求的環(huán)保型有機(jī)化工原料,是重要的有機(jī)合成中間體。通常情況,在甲基化和羰基化這一化工生產(chǎn)過(guò)程中采用的是硫酸二甲脂,(DSC)和光氣(COCl2)作為首選試劑在醫(yī)藥食品添加劑、農(nóng)藥 聚氨酯以及有機(jī)化工等行業(yè)具有廣泛用途但這兩種產(chǎn)品都有一定的毒性。在這種情況下,碳酸二甲酯的產(chǎn)生及應(yīng)用解決了這一問(wèn)題。另外碳酸二甲酯曾在歐洲被登記為非毒性化學(xué)品,是近年來(lái)受到世界各國(guó)廣泛關(guān)注的綠色環(huán)保型化工產(chǎn)品,DMC在涂料、醫(yī)藥、農(nóng)藥、有機(jī)化工原料食品添加劑、抗氧化劑、汽油添加劑以及電子化學(xué)品等領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。DMC市場(chǎng)前景廣闊應(yīng)用潛能巨大,是化工領(lǐng)域有機(jī)合成的又一新突破[2]。碳酸二甲酯的制備方法
碳酸二甲酯的制備方法通常有光氣甲醇法、甲醇氧化羰基化法、二氧化碳直接氧化法、電化學(xué)合成法、酯交換法以及尿素醇解法。目前合成碳酸二甲酯主要有酯交換法和甲醇氧化羰基合成法等。
2.1 酯交換法
酯交換法是采用環(huán)氧乙烷C2H4O或環(huán)氧丙烷C3H6O與CO2發(fā)生反應(yīng)生成碳酸乙烯酯C3H4O或碳酸丙烯酯C4H6O3,后與甲醇發(fā)生酯交換,得DMC與乙二醇或丙二醇。這種方法DMC收率較高,而且反應(yīng)條件溫和,腐蝕性較低,反應(yīng)過(guò)程幾乎無(wú)毒,易于工業(yè)化??墒?,這一反應(yīng)為逆反應(yīng)平衡趨向于環(huán)狀二醇酯一側(cè),故反應(yīng)轉(zhuǎn)化率低。并存在單位容積的生產(chǎn)能力低,設(shè)備費(fèi)用高以及能耗高等問(wèn)題。因此在國(guó)內(nèi)應(yīng)用生產(chǎn)規(guī)模較小。目前國(guó)內(nèi)許多企業(yè)采用催化反應(yīng)精餾來(lái)完成這樣工藝,發(fā)現(xiàn)單程轉(zhuǎn)化率顯著提高,酯交換法過(guò)程中一般采用固體催化劑,均相反應(yīng)體系內(nèi)采用的催化劑是可溶性堿金屬氫氧化物、醇鹽、草酸鹽和有機(jī)堿等,如氫氧化鈉、氫氧化鉀等。非均相反應(yīng)體系內(nèi)采用的催化劑主要有堿土金屬硅酸鹽、分子篩以及離子交換樹(shù)脂等。
此外,酯交換法在當(dāng)前的研究是采用甲醇CO
2、環(huán)氧烷烴為原料,直接合成 DMC,環(huán)氧烷烴在催化劑作用下開(kāi)環(huán)生成中間產(chǎn)物,后經(jīng) CO2插入反應(yīng)生成環(huán)狀碳酸酯,在催化劑作用下與甲醇酯交換生成 DMC。反應(yīng)一步完成 該過(guò)程中催化劑的選擇與分離精制塔構(gòu)型和萃取劑的篩選也是一個(gè)重要的研究方向,旨在提高轉(zhuǎn)化率[7]。
2.2 光氣甲醇法
光氣甲醇法這一制備方法是DMC最早的合成方法,分如下兩步反應(yīng):
→ClCOOCH3 十 HCl
ClCOOCH3 十CH3OH →CH3OCOOCH3 十 HCI COCl2十CH3OH
光氣甲醇法是工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)的主要方法,但原料光氣有劇毒,產(chǎn)品含有氯以及大量的氯化氫,工藝復(fù)雜,操作周期長(zhǎng),污染環(huán)境,因此限制發(fā)展及使用,除了一些生產(chǎn)光氣的企業(yè),也需在安全措施保證條件下才可采用這一工藝[3]。
2.3 甲醇氧化羰基化法
該技術(shù)以甲醇、CO和O2為原料,原料價(jià)廉易得,理論上甲醇全部轉(zhuǎn)化為碳酸二甲酯(DMC),無(wú)其他有機(jī)物生成,主要有液相、氣相和常壓非均相法三種。甲醇氧化羰基化法有液相法和氣相法兩種工藝路線,20世紀(jì)時(shí)期開(kāi)發(fā)的液相法是在銅催化劑體系,氯化亞銅 作用下,在液相甲醇中通入氧氣或空氣和CO氣,含有催化劑的液相甲醇生成。
CuOCH3 C1,然后生成DMC和CuCl。2CuCl+2CH3OH+
1O22→2CuOCH3C1+H2O2 CuOCH3Cl+CO
→(CH3O)2CO+2CuCl 這一工藝成熟可靠,安全性較高,排出物不用嚴(yán)格的處理,且無(wú)劇毒化學(xué)品,設(shè)備簡(jiǎn)單,投資較少,原料費(fèi)用低。但缺點(diǎn)是設(shè)備腐蝕嚴(yán)重,產(chǎn)物催化劑分離困難 催化劑易失活等。
氣相法可分為甲醇間接氧化羰基化法和甲醇直接氧化羰基化法,其中間接法以鈀為催化劑,以亞硝酸甲酯為循環(huán)溶劑和中間體。1CO+O2+2CH3OH2→ DMC+H2O
這一方法成本低,產(chǎn)品質(zhì)量好,流程簡(jiǎn)單,設(shè)備腐蝕問(wèn)題得到一定程度的解決,而且催化劑的再生也得到了解決,單位容積生產(chǎn)能力是液相法的3倍。整個(gè)過(guò)程無(wú)固體原料,容易大型化。再生過(guò)程中生成的水可排放,水分和氧不會(huì)進(jìn)入反應(yīng)器中,避免了一系列副反應(yīng)的發(fā)生和催化劑的氧化,產(chǎn)品產(chǎn)品的收率高,但是亞硝酸甲酯有毒,副產(chǎn)物中的草酸二甲酯易堵塞管道[6]。2.3.1 液相氧化羰基化法
該技術(shù)由意大利Ugo Romano等人在長(zhǎng)期研究羰基化基礎(chǔ)上于1979年開(kāi)發(fā)成功。1983年,由意大利Enichem Synthesis公司首先在Ravenna實(shí)現(xiàn)工業(yè)化,初始裝置規(guī)模5000噸/年,1988年擴(kuò)產(chǎn)到8000噸/年,1993年進(jìn)一步擴(kuò)大到12000噸/年。1988年日本Dacail公司也采用此技術(shù)建成了6000噸/年的工業(yè)化裝置。除意大利埃尼公司外,世界上其他幾大化學(xué)公司如ICI、Texaco和Dow化學(xué)公司等也在競(jìng)相開(kāi)發(fā)此技術(shù)。我國(guó)化工部西南化工研究院在上世紀(jì)80年代中期也進(jìn)行了液相法甲醇氧化羰基化技術(shù)的開(kāi)發(fā),并取得階段性成果。液相工藝以意大利埃尼公司為代表,典型工藝包括甲醇氧化羰基化、DMC與甲醇的分離。該技術(shù)以氧化亞銅為催化劑,甲醇既為反應(yīng)物又為溶劑,在淤漿反應(yīng)器中反應(yīng),反應(yīng)溫度100℃~130℃、壓力2.0~3.0MPa,甲醇、氧氣和氯化亞銅反應(yīng)生成甲氧基氯 化亞銅,再與一氧化碳反應(yīng)生成碳酸二甲酯(DMC)。其反應(yīng)式如下: 2CH3OH+CO+1/2O2 ——→(CH3O)2CO+H2O
該工藝是在一系列連續(xù)攪拌反應(yīng)釜中進(jìn)行的,氧氣和一氧化碳?jí)嚎s至反應(yīng)壓力后進(jìn)入反應(yīng)釜,同時(shí)向反應(yīng)釜送入甲醇和催化劑,進(jìn)行催化反應(yīng)得到粗碳酸二甲酯,再經(jīng)過(guò)蒸餾可以得到工業(yè)級(jí)碳酸二甲酯。該方法甲醇的單程轉(zhuǎn)化率在32%左右,選擇性按甲醇計(jì)近100%,按CO計(jì)不穩(wěn)定,最高達(dá)到92%,最低僅60%。然而,該法設(shè)備腐蝕性大,催化劑壽命短。液相反應(yīng)采用的催化劑有氯化亞銅、硒和鈀催化體系,其中以氯化亞銅催化體系實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化[5]。2.3.2 氣相氧化羰基化法
由于液相氧化羰基化法存在設(shè)備腐蝕,催化劑易失活等缺點(diǎn),1986年美國(guó)Dow化學(xué)公司開(kāi)發(fā)了甲醇?xì)庀嘌趸驶夹g(shù),其化學(xué)原理與液相法相同。該技術(shù)采用浸漬過(guò)甲氧基酮/吡啶絡(luò)合物的活性炭作催化劑,并加入KCl等助催化劑,含甲醇、CO和O2的氣態(tài)物流在通過(guò)裝填該催化劑的固定床反應(yīng)器時(shí)合成碳酸二甲酯(DMC)。反應(yīng)條件為100℃~150℃,壓力2.0MPa,氣相法避免了液相法的催化劑對(duì)設(shè)備腐蝕,而且具有催化劑易再生等優(yōu)點(diǎn)。另外,由于采用固定床反應(yīng)器,在大型裝置上采用該技術(shù)比其他羰基化法有一定的優(yōu)勢(shì)[4]。2.4尿素和甲醇醇解法
采用尿素醇解法制備DMC是最近幾年開(kāi)發(fā)的,一種新的工藝路線,用來(lái)源廣泛、價(jià)格低廉的尿素和甲醇做基本原料,采取催化精餾工藝在尿素醇解制備DMC的反應(yīng)中,能夠有效地移去DMC,減少DMC在反應(yīng)器中的聚集,副反應(yīng)少,DMC產(chǎn)率高。從尿素和甲醇出發(fā)合成碳酸二甲酯的尿素醇解法一般可以分為間接法和直接法兩種路線??偡磻?yīng)如下: NH2CONH2+2CH3OH→DMC+2NH3 尿素醇解法制備DMC工藝生產(chǎn)過(guò)程中無(wú)水生成,避免了甲醇-水-DMC共沸物的形成,后續(xù)分離提純更加簡(jiǎn)單化。同時(shí)此生產(chǎn)過(guò)程為均相反應(yīng),所需催化劑活性高,選擇性高,壽命長(zhǎng),DMC的選擇性幾乎可以達(dá)到100%。反應(yīng)后的催化劑可以再生,所得副產(chǎn)物氨氣,若和尿素聯(lián)產(chǎn),亦可循環(huán)使用,易實(shí)現(xiàn)工業(yè)化,降低生產(chǎn)成本,是一種可持續(xù)發(fā)展的環(huán)境友好型綠色化工合成工藝。該合成路線反應(yīng)原料價(jià)廉易得而且無(wú)三廢產(chǎn)生,整個(gè)過(guò)程不使用或產(chǎn)生劇毒或強(qiáng)腐蝕性物質(zhì)。這種制備方法受到研究人士的廣泛關(guān)注并成為碳酸二甲酯合成技術(shù)新的研究焦點(diǎn) 是一種很有潛力的方法[15]。
2.5 二氧化碳和甲醇直接合成法
二氧化碳與甲醇直接合成制備DMC這一方法雖研究廣泛,但并未達(dá)到工業(yè)化所要求的程度。主要是由于CO2的活化較困難,反應(yīng)的熱力學(xué)難以控制,催化劑易中毒。CO2和甲醇直接合成DMC反應(yīng)中根據(jù)甲醇相態(tài)變化可以分為以下兩種:
2CH3OH(l)+CO2(g)→DMC(l)+H2O(l)2CH3OH(g)+CO2(g)→DMC(g)+H2O(g)在CO2和甲醇合成DMC的反應(yīng)中,平衡常數(shù)和CO2的平衡轉(zhuǎn)化率都很小,設(shè)計(jì)催化工藝技術(shù)就是為了打破反應(yīng)的化學(xué)平衡限制,使反應(yīng)得以順利進(jìn)行從而提高DMC收率。在近臨界或超臨界CO2壓力使得CO2既做溶劑,又直接參與反應(yīng)。由CO2出發(fā)合成 DMC,可為化工及石化行業(yè)提供綠色產(chǎn)品,在合成化學(xué)、碳資源循環(huán)利用和環(huán)境保護(hù)方面都具有重要意義;可使生產(chǎn)過(guò)程簡(jiǎn)化,生產(chǎn)成本降低,將成為合成碳酸二甲酯的一條新的路徑。該路線尚處于實(shí)驗(yàn)研究探索階段,主要集中在催化劑及工藝路線等方面,是一條經(jīng)濟(jì)綠色的工藝路線[12]。
3.碳酸二甲酯的應(yīng)用
DMC作為一種重要的清潔有機(jī)化學(xué)試劑使用一方面可替代光氣、硫酸二甲酯、氯甲烷及氯甲酸甲酯等劇毒或致癌物進(jìn)行羰基化、甲氧基化、甲酯化及酯交換等反應(yīng)生成多種重要化工產(chǎn)品;一方面以DMC為原料可以開(kāi)發(fā)制備多種高附加值的精細(xì)化學(xué)品,在醫(yī)藥、農(nóng)藥、合成材料、燃料、潤(rùn)滑油、添加劑、食品增香劑、電子化學(xué)品等領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用;更為重要的是,由于氧含量高、相容性好,可用作低毒溶劑和燃油添加劑[7]。3.1 農(nóng)藥產(chǎn)品的合成
國(guó)內(nèi)農(nóng)藥生產(chǎn)中,常用的甲基化試劑是硫酸二甲酯(dimeth y lsulfate,DMS)和鹵代甲烷;羰基化試劑是光氣。DMS和光氣都是劇毒、致癌性的物質(zhì),嚴(yán)重威脅生存環(huán)境?;遣蒽`是以碳酸二甲酯為原料生產(chǎn)合成的重要農(nóng)藥產(chǎn)品,它具有良好的殺蟲(chóng)效果,也是我國(guó)農(nóng)藥出口市場(chǎng)上的主要產(chǎn)品之一。以碳酸二甲酯為原料生產(chǎn)的具有廣泛殺蟲(chóng)效應(yīng)的低毒農(nóng)藥產(chǎn)品-西維因,在我國(guó)已投資試驗(yàn)生產(chǎn),既安全又清潔,將逐步取代被淘汰的光氣法和異氰酸酯法。3.2 聚碳酸酯
聚碳酸酯是重要的工程塑料,其應(yīng)用開(kāi)發(fā)是向高復(fù)合、高功能、專(zhuān)用化、系列化方向發(fā)展,目前已推出了光盤(pán)、箱體、包裝、醫(yī)藥、汽車(chē)、辦公設(shè)備、照明、薄膜等多種產(chǎn)品。實(shí)現(xiàn)工程塑料的綠色合成,已成為大幅提升碳酸二甲酯產(chǎn)品鏈競(jìng)爭(zhēng)力的關(guān)鍵。一般的方法是以甲基氯為溶劑,使丙二酚與光氣進(jìn)行反應(yīng),改進(jìn)后的工藝是碳酸二甲酯與苯酚生成碳酸二苯酯,再與丙二酚在熔融狀態(tài)下進(jìn)行酯交換,經(jīng)脫酚得到聚碳酸酯,避免了光氣的污染問(wèn)題。3.3 提高汽油的辛烷值
近年來(lái)油價(jià)逐級(jí)攀升,急需開(kāi)發(fā)增大辛烷值的添加劑,由于DMC具有高辛烷值在汽油中有良好的可溶性及抗水性,且具有低蒸汽壓及混合分配系數(shù),分子含氧量高達(dá)53% 是品質(zhì)極好的汽油添加劑。此外,DMC是更為有效的高含氧化合物,同摩爾的DMC比甲基叔丁基醚的含氧量高35%,且CO排放量較小。MTBE是用異丁烯為原料制造的,但是隨著 MTBE的大量使用,原料異丁烯將不能滿足供應(yīng)。DMC少量添加于汽油中可明顯提高汽車(chē)排氣中的氧濃度,而且綠色環(huán)保,是一種可持續(xù)發(fā)展的環(huán)境友好型的有機(jī)產(chǎn)品,作為汽油添加 劑而日益受到重視[8]。
參考文獻(xiàn)
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第二篇:口腔醫(yī)學(xué)技術(shù)進(jìn)展論文
新材料新技術(shù)帶著口腔往前沖
眾所周知,牙體、牙列缺損、牙列缺失和畸形是人類(lèi)的常見(jiàn)病、多發(fā)病,其主要病因是由齲病、牙周病、外傷、腫瘤和先天畸形引起的。尤其齲病,是危害人類(lèi)健康的三大疾病之一,也是形成牙體、牙列缺損和缺失的主要原因。據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì),我國(guó)患齲者齲均為2.47顆牙,總平均齲患率為37.3%。需要治療的人數(shù)甚多。因?yàn)楦鞣N原因引起的牙列缺損,需要義齒修復(fù)者眾多。尤其隨著我國(guó)人口老齡化,牙體、牙列缺損和缺失病人的比例將日趨增多。所以,口腔修復(fù)工作者面臨著越來(lái)越艱巨的任務(wù),要盡快培養(yǎng)大批具有一定專(zhuān)業(yè)水平和業(yè)務(wù)能力的口腔修復(fù)工作人員,以滿足社會(huì)的需要。
口腔醫(yī)學(xué)技術(shù)是近年來(lái)發(fā)展迅速的學(xué)科,隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展而迅速發(fā)展,涉及到眾多學(xué)科,與口腔組織學(xué)、解剖生理學(xué)、口腔生物力學(xué)、材料學(xué)等密切關(guān)聯(lián),由此產(chǎn)生了新的修復(fù)方法和技術(shù)。二十一世紀(jì)的修復(fù)技術(shù)發(fā)生了很大的變化,許多新技術(shù),新方法,新材料都逐步登臺(tái)。如計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與輔助制作完成修復(fù)體技術(shù)(CAD/CAM);人工種植技術(shù);激光在修復(fù)的應(yīng)用;鑄鈦技術(shù);精密鑄造技術(shù);烤瓷在、鑄瓷技術(shù)、全瓷技術(shù)等。這些都深刻的影響到口腔醫(yī)學(xué)技術(shù)的發(fā)展。
隨著科技的進(jìn)步,無(wú)論是塑料、不銹鋼的出現(xiàn),還是鑄造技術(shù)、微波技術(shù)、激光技術(shù)及計(jì)算機(jī)科學(xué)的出現(xiàn),不僅極大改變了人們的社會(huì)生活,也同樣促進(jìn)了口腔醫(yī)學(xué)技術(shù)的發(fā)展。隨著人們物質(zhì)文化水平的提高及科學(xué)技術(shù)的發(fā)展進(jìn)一步,與信息科學(xué)、材料科學(xué)、計(jì)算機(jī)學(xué)、機(jī)械學(xué)及生物醫(yī)學(xué)緊密結(jié)合,口腔醫(yī)學(xué)技術(shù)的發(fā)展將更為迅速,高科技已廣泛促進(jìn)了口腔醫(yī)學(xué)技術(shù)的發(fā)展,特別是人工種植牙技術(shù)的發(fā)展以及計(jì)算機(jī)輔助(CAD)與計(jì)算機(jī)輔助制作(CAM)及復(fù)合材料的出現(xiàn)與應(yīng)用,從根本上改變了人們的常規(guī)的修復(fù)觀念與修復(fù)方法,從這些技術(shù)的進(jìn)一步完善,還將進(jìn)一步促進(jìn)口腔醫(yī)學(xué)技術(shù)的發(fā)展。
口腔醫(yī)學(xué)技術(shù)的發(fā)展與高科技的發(fā)展緊密相關(guān),鑄造支架及鑄造冠技術(shù)改變了鍛造絲及錘造冠的修復(fù)技術(shù)。其后各種技術(shù)的涌現(xiàn),如金屬烤瓷技術(shù)以及延伸的全瓷技術(shù)使修復(fù)效果發(fā)生了很大的變革。精精密附著體技術(shù),如套筒冠技術(shù),栓道技術(shù),球帽技術(shù),磁附著體技術(shù)的應(yīng)用,提高了修復(fù)質(zhì)量,為口腔醫(yī)學(xué)技術(shù)向社會(huì)化,工業(yè)化發(fā)展創(chuàng)造了條件,而人工種植牙技術(shù)則從根本上改變了修復(fù)方式與觀念,又極大的促進(jìn)了以各種修復(fù)技術(shù)的發(fā)展,使各種修復(fù)附著體技術(shù)的應(yīng)用更加規(guī)范化,也更為普遍。
激光在口腔醫(yī)學(xué)技術(shù)領(lǐng)域中的應(yīng)用,從最開(kāi)始牙齦軟組織的手術(shù),押題脫敏,發(fā)展到激光焊機(jī)的成功應(yīng)用,并逐漸向口內(nèi)直接焊接以及激光預(yù)備基牙及激光測(cè)量獲取共同就位道,在口腔醫(yī)學(xué)技術(shù)領(lǐng)域顯示了廣泛前景。隨著研究的進(jìn)一步深入,激光在口腔醫(yī)學(xué)技術(shù)的廣泛應(yīng)用也必將影響和促進(jìn)口腔醫(yī)學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展。
當(dāng)然口腔材料的發(fā)展也將極大地促進(jìn)口腔醫(yī)學(xué)技術(shù)的發(fā)展。
材料學(xué)是對(duì)口腔醫(yī)學(xué)技術(shù)發(fā)展影響最大的學(xué)科之一,無(wú)論是從鈦材的應(yīng)用時(shí)種植技術(shù)的成功及鈦支架義齒的應(yīng)用,還是從甲基丙烯酸甲酯到復(fù)合樹(shù)脂的應(yīng)用,以及從烤瓷材料的應(yīng)用到可鑄造陶瓷材料及可切割陶瓷的應(yīng)用,口腔應(yīng)用材料學(xué)的發(fā)展對(duì)口腔醫(yī)學(xué)技術(shù)修復(fù)質(zhì)量的提高起到過(guò)不可取代的作用。而納米陶瓷的發(fā)展,特別是納米材料在口腔修復(fù)的應(yīng)用,將使材料的生物相容性、強(qiáng)度、韌性、以致重量、耐腐蝕性都極大的該善,必將極大的推動(dòng)口腔修復(fù)的發(fā)展,有望
成為理想的口腔修復(fù)材料。而金屬材料表面氧化膜的生物改性則增強(qiáng)材料的生物相容性,能獲得更多的生物性修復(fù)材料,將使仿生修復(fù)成為可能。
鈦在口腔醫(yī)學(xué)技術(shù)中的應(yīng)用①固定義齒:純鈦的力學(xué)性能接近Ⅲ型金合金,適合冠橋修復(fù)。鈦冠的加工方法可以用鑄造方法也可用鍛造的方法。有報(bào)道鑄造鈦冠的適合性高于鎳基合金全冠。鈦冠橋鍛造的方法是用電火花蝕刻機(jī)械加工。②可摘局部義齒:純鈦及鈦合金制作局部可摘義齒支架時(shí)鑄造后線性收縮率為
1.8%-2.0%,比鈷鉻合金小,因此具有更好的適應(yīng)性。純鈦的力學(xué)性能較目前常用的鈷鉻合金低,因此在局部義齒支架時(shí),其厚度要高于鈷鉻合金才能達(dá)到支架的性能要求,③鈦烤瓷修復(fù):鈦底層冠加工方法有:機(jī)床加工、電火花蝕刻、CAD/CAM和鑄造加工。前三種屬于冷加工,對(duì)鈦及鈦合金的理化性能影響較小。④牙頜畸形矯治: 鈦合金正牙絲彈性模量低,強(qiáng)度適中,具有良好的回彈性,可多次產(chǎn)生溫和、持久的矯正力,這種矯正力適合生理要求。鈦合金是制作正牙絲較為理想的材料。另外還可用植入顱面骨中的純鈦種植體作頜外支抗,矯正頜骨錯(cuò)位畸形。純鈦具有優(yōu)良的生物學(xué)性能,由于其強(qiáng)度高,韌性好,比重僅是不銹鋼的一半等優(yōu)點(diǎn),優(yōu)于金合金、鈷鉻合金,更適合制作支架。鈦支架義齒質(zhì)輕而強(qiáng)度好,其生物相容性好,與口腔軟硬組織均無(wú)反應(yīng),支架在口內(nèi)無(wú)味,不變色,不過(guò)敏,無(wú)毒。與采用傳統(tǒng)的鈷鉻合金比較,純鈦支架(托)義齒更加堅(jiān)固、更薄,重量明顯減輕,金屬對(duì)粘膜組織無(wú)刺激,患者感覺(jué)更舒適,也更有利于咀嚼功能的恢復(fù)和口腔組織的保健。特別是全口義齒中應(yīng)用更是優(yōu)點(diǎn)突出,患者戴義齒后沒(méi)有沉重感。
鈦及鈦合金的鑄造傳統(tǒng)失蠟鑄造技術(shù)制作鈦修復(fù)體不易取得成功,因?yàn)殁伔浅;顫姡邷叵聵O易與大氣中或包埋料中的多種元素反應(yīng)。所以,鈦的鑄造需要有特殊的熱源、專(zhuān)用的 模型材料以及防止鈦表面污染的儀器設(shè)備。牙科專(zhuān)用鑄鈦機(jī)的溶解氛圍有:真空方式和惰性氣體保護(hù)法。惰性氣體分別是氬氣和氦氣。熔解方式有:高頻感應(yīng)方式和弧熔解法。鑄造方法有:差壓式鑄造法、加壓鑄造法及離心鑄造法。差壓式鑄造法是利用熔金室和鑄造室的壓差使鈦及鈦合金鑄入鑄型腔內(nèi)的方法。加壓鑄造法是在較低壓力的惰性氣體的保護(hù)下熔解鈦料,當(dāng)熔化的液體鈦及鈦合金流到鑄道口時(shí),從液體鈦及鈦合金的表面加以較高的壓力,使液體鈦鑄入鑄型腔內(nèi)。此外,鑄鈦使用的金屬坩堝、氧化鋁坩堝和高密度石墨坩堝。金屬坩堝多為銅制坩堝,且多用弧熔解方式。鑄鈦需鑄鈦用包埋料。在鑄鈦過(guò)程中還注意: 熔模的厚度不宜少于0.7cm,排氣道的設(shè)置、鑄道的設(shè)置、鑄型的形式、鑄型烘烤焙燒的溫度及鑄造時(shí)鑄型的溫度要求、鑄型的冷卻方式,鑄件的表面處理方法等也與鈷鉻、鎳基等合金相同。
從以上的一系列的新技術(shù)新材料中不難發(fā)現(xiàn)口腔醫(yī)學(xué)技術(shù)的前進(jìn)離不開(kāi)新的技術(shù)新的材料的不斷突破。所以有了新的技術(shù),新的材料口腔醫(yī)學(xué)技術(shù)想不進(jìn)步,想不發(fā)展都難啊。
第三篇:化工開(kāi)發(fā)技術(shù)論文
納米材料在化工行業(yè)中的應(yīng)用
摘要:納米材料是處在原子簇和宏觀物體交界過(guò)渡區(qū)域的一種典型系統(tǒng),其特殊的結(jié)構(gòu)層次使它具有表面效應(yīng)、體積效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)等,納米材料具有的獨(dú)特的物理和化學(xué)性質(zhì),使人們意識(shí)到它的發(fā)展可能給物理、化學(xué)、材料、生物、醫(yī)藥等學(xué)科的研究帶來(lái)新的機(jī)遇。它在化工生產(chǎn)領(lǐng)域也得到了一定的應(yīng)用,并顯示出它的獨(dú)特魅力。納米材料的應(yīng)用前景十分廣闊。關(guān)鍵詞:納米材料 化工領(lǐng)域 應(yīng)用
納米材料(又稱(chēng)超細(xì)微粒、超細(xì)粉未)是處在原子簇和宏觀物體交界過(guò)渡區(qū)域的一種典型系統(tǒng),其結(jié)構(gòu)既不同于體塊材料,也不同于單個(gè)的原子。其特殊的結(jié)構(gòu)層次使它具有表面效應(yīng)、體積效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)等,擁有一系列新穎的物理和化學(xué)特性,在眾多領(lǐng)域特別是在光、電、磁、催化等方面具有非常重大的應(yīng)用價(jià)值。納米材料在結(jié)構(gòu)、光電和化學(xué)性質(zhì)等方面的誘人特征,引起物理學(xué)家、材料學(xué)家和化學(xué)家的濃厚興趣。80年代初期納米材料這一概念形成以后,世界各國(guó)對(duì)這種材料給予極大關(guān)注。它所具有的獨(dú)特的物理和化學(xué)性質(zhì),使人們意識(shí)到它的發(fā)展可能給物理、化學(xué)、材料、生物、醫(yī)藥等學(xué)科的研究帶來(lái)新的機(jī)遇。納米材料的應(yīng)用前景十分廣闊。近年來(lái),它在化工生產(chǎn)領(lǐng)域也得到了一定的應(yīng)用,并顯示出它的獨(dú)特魅力。1.在催化方面的應(yīng)用
催化劑在許多化學(xué)化工領(lǐng)域中起著舉足輕重的作用,它可以控制反應(yīng)時(shí)間、提高反應(yīng)速率和反應(yīng)速度。大多數(shù)傳統(tǒng)的催化劑不僅催化效率低,而且其制備是憑經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行,不僅造成生產(chǎn)原料的巨大浪費(fèi),使經(jīng)濟(jì)效益難以提高,而且對(duì)環(huán)境也造成污染。納米粒子表面活性中心多,為它作催化劑提供了必要條件。納米粒于作催化劑,可大大提高反應(yīng)效率,控制反應(yīng)速度,甚至使原來(lái)不能進(jìn)行的反應(yīng)也能進(jìn)行。納米微粒作催化劑比一般催化劑的反應(yīng)速度提高10—15倍。
納米微粒作為催化劑應(yīng)用較多的是半導(dǎo)體光催化劑,特別是在有機(jī)物制備方面。分散在溶液中的每一個(gè)半導(dǎo)體顆粒,可近似地看成是一個(gè)短路的微型電池,用能量大于半導(dǎo)體能隙的光照射半導(dǎo)體分散系時(shí),半導(dǎo)體納米粒子吸收光產(chǎn)生電子——空穴對(duì)。在電場(chǎng)作用下,電子與空穴分離,分別遷移到粒子表面的不同位置,與溶液中相似的組分進(jìn)行氧化和還原反應(yīng)。例如納米Ti02,既有較高的光催化活性,又能耐酸堿,對(duì)光穩(wěn)定,無(wú)毒,便宜易得,是制備負(fù)載型光催化劑的最佳選擇。用納米微粒作催化劑提高反應(yīng)效率、優(yōu)化反應(yīng)路徑、提高反應(yīng)速度方面的研究,是未來(lái)催化科學(xué)不可忽視的重要研究課題,很可能給催化在工業(yè)上的應(yīng)用帶來(lái)革命性的變革。
光催化反應(yīng)涉及到許多反應(yīng)類(lèi)型,如醇與烴的氧化,無(wú)機(jī)離子氧化還原,有機(jī)物催化脫氫和加氫、氨基酸合成,固氦反應(yīng),水凈化處理,水煤氣變換等,其中有些是多相催化難以實(shí)現(xiàn)的。半導(dǎo)體多相光催化劑能有效地降解水中的有機(jī)污染物。例如納米TiO:,既有較高的光催化活性,又能耐酸堿,對(duì)光穩(wěn)定,無(wú)毒,便宜易得,是制備負(fù)載型光催化劑的最佳選擇。已有文章報(bào)道,選用硅膠為基質(zhì),制得了催化活性較高的Tj0/SiO:負(fù)載型光催化劑。N;或Cu—Zn化合物的納米穎粒,對(duì)某些有機(jī)化合物的氫化反應(yīng)是極好的催化劑,可代替昂貴的鉑或鈕催化劑。納米鉑黑催化劑可使乙烯的氧化反應(yīng)溫度從600。c降至室溫。用納米微粒作催化劑提高反應(yīng)效率、優(yōu)化反應(yīng)路徑、提高反應(yīng)速度方面的研究,是未來(lái)催化科學(xué)不可忽視的重要研究課題,很可能給催化在工業(yè)上的應(yīng)用帶來(lái)革命性的變革。2.納米材料在涂料方面的應(yīng)用
納米材料由于其表面和結(jié)構(gòu)的特殊性,具有一般材料難以獲得的優(yōu)異性能,顯示出強(qiáng)大的生命力。表面涂層技術(shù)也是當(dāng)今世界關(guān)注的熱點(diǎn)。納米材料為表面涂層提供了良好的機(jī)遇,使得材料的功能化具有極大的可能。借助于傳統(tǒng)的涂層技術(shù),添加納米材料,可獲得納米復(fù)合體系涂層,實(shí)現(xiàn)功能的飛躍,使得傳統(tǒng)涂層功能改性。涂層按其用途可分為結(jié)構(gòu)涂層和功能涂層。結(jié)構(gòu)涂層是指涂層提高基體的某些性質(zhì)和改性;功能涂層是賦予基體所不具備的性能,從而獲得傳統(tǒng)涂層沒(méi)有的功能。結(jié)構(gòu)涂層有超硬、耐磨涂層,抗氧化、耐熱、阻燃涂層,耐腐蝕、裝飾涂層等;功能涂層有消光、光反射、光選擇吸收的光學(xué)涂層,導(dǎo)電、絕緣、半導(dǎo)體特性的電學(xué)涂層,氧敏、濕敏、氣敏的敏感特性涂層等。在涂料中加入納米材料,可進(jìn)一步提高其防護(hù)能力,實(shí)現(xiàn)防紫外線照射、耐大氣侵害和抗降解、變色等,在衛(wèi)生用品上應(yīng)用可起到殺菌保潔作用。在標(biāo)牌上使用納米材料涂層,可利用其光學(xué)特性,達(dá)到儲(chǔ)存太陽(yáng)能、節(jié)約能源的目的。在建材產(chǎn)品如玻璃、涂料中加入適宜的納米材料,可以達(dá)到減少光的透射和熱傳遞效果,產(chǎn)生隔熱、阻燃等效果。日本松下公司已研制出具有良好靜電屏蔽的納米涂料,所應(yīng)用的納米微粒有氧化鐵、二氧化鈦和氧化鋅等。這些具有半導(dǎo)體特性的納米氧化物粒子,在室溫下具有比常規(guī)的氧化物高的導(dǎo)電特性,因而能起到靜電屏蔽作用,而且氧化物納米微粒的顏色不同,這樣還可以通過(guò)復(fù)合控制靜電屏蔽涂料的顏色,克服炭黑靜電屏蔽涂料只有單一顏色的單調(diào)性。納米材料的顏色不僅隨粒徑而變,還具有隨角變色效應(yīng)。在汽車(chē)的裝飾噴涂業(yè)中,將納米TiO:添加在汽車(chē)、轎車(chē)的金屬閃光面漆中,能使涂層產(chǎn)生豐富而神秘的色彩效果,從而使傳統(tǒng)汽車(chē)面漆舊貌換新顏。納米Si0:是~種抗紫外線輻射材料。在涂料中加入納米SiO:,可使涂料的抗老化性能、光潔度及強(qiáng)度成倍地增加。納米涂層具有良好的應(yīng)用前景,將為涂層技術(shù)帶來(lái)一場(chǎng)新的技術(shù)革命,也將推動(dòng)復(fù)合材料的研究開(kāi)發(fā)與應(yīng)用。3.在其它精細(xì)化工方面的應(yīng)用
精細(xì)化工是一個(gè)巨大的工業(yè)領(lǐng)域,產(chǎn)品數(shù)量繁多,用途廣泛,并且影響到人類(lèi)生活的方方面面。納米材料的優(yōu)越性無(wú)疑也會(huì)給精細(xì)化工帶來(lái)福音,并顯示它的獨(dú)特畦力。在橡膠、塑料、涂料等精細(xì)化工領(lǐng)域,納米材料都能發(fā)揮重要作用。如在橡膠中加入納米Si02,可以提高橡膠的抗紫外輻射和紅外反射能力。納米AI。O。,和SlO:,加入到普通橡膠中,可以提高橡膠的耐磨性和介電特性,而且彈性也明顯優(yōu)于用白炭黑作填料的橡膠。塑料中添加一定的納米材料,可以提高塑料的強(qiáng)度和韌性,而且致密性和防水性也相應(yīng)提高。國(guó)外已將納米SiO:,作為添加劑加入到密封膠和粘合劑中,使其密封性和粘合性都大為提高。此外,納米材料在纖維改性、有機(jī)玻璃制造方面也都有很好的應(yīng)用。在有機(jī)玻璃中加入經(jīng)過(guò)表面修飾處理的Sj0:,可使有機(jī)玻璃抗綮外線輻射而達(dá)到抗老化的目的;而加入A1:O。,不僅不影響玻璃的透明度,而且還會(huì)提高玻璃的高溫沖擊韌性。一定粒度的銳鈦礦型TiO:具有優(yōu)良的紫外線屏蔽性能,而且質(zhì)地細(xì)膩,無(wú)毒無(wú)臭,添加在化妝品中,可使化妝品的性能得到提高。超細(xì)TiO:的應(yīng)用還可擴(kuò)展到涂料、塑料、人造纖維等行業(yè)。最近又開(kāi)發(fā)了用于食品包裝的TiO:及高檔汽車(chē)面漆用的珠光鈦白。納米T;O:,能夠強(qiáng)烈吸收太陽(yáng)光中的紫外線,產(chǎn)生很強(qiáng)的光化學(xué)活性,可以用光催化降解工業(yè)廢水中的有機(jī)污染物,具有除凈度高,無(wú)二次污染,適用性廣泛等優(yōu)點(diǎn),在環(huán)保水處理中有著很好的應(yīng)用前景。在環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域,除了利用納米材料作為催化劑來(lái)處理工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中排放的廢料外,還將出現(xiàn)功能獨(dú)特的納米膜。這種膜能探測(cè)到由化學(xué)和生物制劑造成的污染,并能對(duì)這些制劑進(jìn)行過(guò)濾,從而消除污染。4.納米材料在醫(yī)藥方面的應(yīng)用
21世紀(jì)的健康科學(xué),將以出入意料的速度向前發(fā)展,人們對(duì)藥物的需求越來(lái)越高??刂扑幬镝尫拧p少副作用、提高藥效、發(fā)展藥物定向治療,已提到研究日程上來(lái)。納米粒子將使藥物在人體內(nèi)的傳輸更為方便。用數(shù)層納米粒子包裹的智能藥物進(jìn)入人體,可主動(dòng)搜索并攻擊癌細(xì)胞或修補(bǔ)損傷組織;使用納米技術(shù)的新型診斷儀器,只需檢測(cè)少量血液就能通過(guò)其中的蛋白質(zhì)和DNA診斷出各種疾病,美國(guó)麻省理工學(xué)院已制備出以納米磁性材料作為藥物載體的靶定向藥物,稱(chēng)之為“定向?qū)棥?。該技術(shù)是在磁性納米微粒包覆蛋白質(zhì)表面攜帶藥物,注射到人體血管中,通過(guò)磁場(chǎng)導(dǎo)航輸送到病變部位,然后釋放藥物。納米粒子的尺寸小,可以在血管中自由流動(dòng),因此可以用來(lái)檢查和治療身體各部位的病變。微粒和納粒作為給藥系統(tǒng),其制備材料的基本性質(zhì)是無(wú)毒、穩(wěn)定、有良好的生物性并且與藥物不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。納米系統(tǒng)主要用于毒副作用大、生物半衰期短、易被生物酶降解的藥物的給藥。納米生物學(xué)用來(lái)研究在納米尺度上的生物過(guò)程,從而根據(jù)生物學(xué)原理發(fā)展分子應(yīng)用工程。在金屬鐵的超細(xì)顆粒表面覆蓋一層厚為5~20nm的聚合物后,可以固定大量蛋白質(zhì)特別是酶,從而控制生化反應(yīng)。這在生化技術(shù)、酶工程中大有用處。使納米技術(shù)和生物學(xué)相結(jié)合,研究分子生物器件,利用納米傳感器,可以獲取細(xì)胞內(nèi)的生物信息,從而了解機(jī)體狀態(tài),深化人們對(duì)生理及病理的解釋。對(duì)納米微粒的臨床醫(yī)療以及放射性治療等方面的應(yīng)用也進(jìn)行了大量的研究工作。據(jù)《人民日?qǐng)?bào)》報(bào)道,我國(guó)將納米技術(shù)應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域獲得成功。南京??萍瘓F(tuán)利用納米銀技術(shù)研制生產(chǎn)出醫(yī)用敷料——長(zhǎng)效廣譜抗菌棉。這種抗茵棉的生產(chǎn)原理是通過(guò)納米技術(shù)將銀制成尺寸在納米級(jí)的超細(xì)小微粒,然后使之附著在棉織物上。銀具有預(yù)防潰爛和加速傷口愈合的作用,通過(guò)納米技術(shù)處理后的銀表面急劇增大,表面結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,殺菌能力提高200倍左右,對(duì)臨床常見(jiàn)的外科感染細(xì)菌都有較好的抑制作用。
結(jié)語(yǔ)
納米科學(xué)是一門(mén)將基礎(chǔ)科學(xué)和應(yīng)用科學(xué)集于一體的新興科學(xué),主要包括納米電子學(xué)、納米材料學(xué)和納米生物學(xué)等。2 l世紀(jì)將是納米技術(shù)的時(shí)代,為此,國(guó)家科委、中科院將納米技術(shù)定位為“2 l世紀(jì)最重要、最前沿的科學(xué)”。納米材料的應(yīng)用涉及到各個(gè)領(lǐng)域,在機(jī)械、電子、光學(xué)、磁學(xué)、化學(xué)和生物學(xué)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。納米科學(xué)技術(shù)的誕生,將對(duì)人類(lèi)社會(huì)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響,并有可能從根本上解決人類(lèi)面臨的許多問(wèn)題,特別是能源、人類(lèi)健康和環(huán)境保護(hù)等重大問(wèn)題。2l世紀(jì)初的主要任務(wù)是依據(jù)納米材料各種新穎的物理和化學(xué)特性,設(shè)計(jì)出各種新型的材料和器件。通過(guò)納米材料科學(xué)技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)產(chǎn)品的改性,增加其高科技含量以及發(fā)展納米結(jié)構(gòu)的新型產(chǎn)品,目前已出現(xiàn)可喜的苗頭,具備了形成2l世紀(jì)經(jīng)濟(jì)新增長(zhǎng)點(diǎn)的基礎(chǔ)。納米材料將成為材料科學(xué)領(lǐng)域一個(gè)大放異彩的明星展現(xiàn)在新材料、能源、信息等各個(gè)領(lǐng)域,發(fā)揮舉足輕重的作用。隨著其制備和改性技術(shù)的不斷發(fā)展,納米材料在精細(xì)化工和醫(yī)藥生產(chǎn)等諸多領(lǐng)域會(huì)得到日益廣泛的應(yīng)用。年全國(guó)石油總產(chǎn)量的29%,凈進(jìn)口量的35%。每增加1000萬(wàn)km3能源植物的種植與加工,相當(dāng)于增加4500萬(wàn)t石油的年生產(chǎn)能力,可見(jiàn)潛力之大。根據(jù)我國(guó)農(nóng)業(yè)生態(tài)區(qū)資源特點(diǎn),可建設(shè)以甜商粱和林區(qū)廢棄物為主體的東北綠色油田、以旱生灌草和甜高梁為主體的西北綠色油田、以甜高梁為主體的華北綠色油田、以麻瘋樹(shù)和甜高粱為主體的西南綠色油田,以及以多種木本和草本能源植物為主體的東南綠色油田。較之進(jìn)口,綠色油田安全穩(wěn)定,戰(zhàn)備性強(qiáng),可以持續(xù),以及立足國(guó)內(nèi)和不受制于人和付出外交代價(jià)。
生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)的工藝、設(shè)備和產(chǎn)業(yè)化方面,我國(guó)與發(fā)達(dá)國(guó)檢間有較大的差距,但在資源和某些技術(shù)研究上市有優(yōu)勢(shì)和令人鼓舞的,特別是“三農(nóng)”、能源和環(huán)境三股強(qiáng)勁需求的巨大拉力,使幾乎在同一起跑線上的這項(xiàng)國(guó)際競(jìng)賽,中國(guó)有可能跑在最前面。當(dāng)前最急需的是制定和實(shí)施一項(xiàng)推進(jìn)我國(guó)生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)的國(guó)家重大專(zhuān)項(xiàng)計(jì)劃,登高一呼,推動(dòng)全局。
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第四篇:現(xiàn)代化工技術(shù)論文
現(xiàn)代化工技術(shù)論文
班級(jí):化學(xué)工程與工藝1104班
學(xué)號(hào):120110815
姓名:孫思明
現(xiàn)代化工企業(yè)三廢治理技術(shù)及其展望
——造紙廢水治理技術(shù)及其展望
摘 要
廢紙的回收具有良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益,但廢紙?jiān)旒埉a(chǎn)生的廢水也會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。因此,為了使其產(chǎn)生的廢水達(dá)標(biāo)排放,應(yīng)采用合理的處理技術(shù)。本文對(duì)廢紙?jiān)旒垙U水污染特性、目前比較成熟的處理技術(shù)及零排放清潔生產(chǎn)工藝進(jìn)行總結(jié),并對(duì)廢紙?jiān)旒執(zhí)幚砑夹g(shù)的進(jìn)一步發(fā)展提出建議。
關(guān)鍵詞:造紙廢水,廢水處理 引言
造紙廢水具有污染物種類(lèi)多、色度高、COD高和排放量大等特點(diǎn)。廢水中含有大量的有機(jī)物質(zhì)、懸浮物、致癌、致畸、致突變的有毒有害物質(zhì)等,若不經(jīng)有效處理而直接排放,將對(duì)人類(lèi)的生存環(huán)境和自然界的生態(tài)平衡造成嚴(yán)重的破壞。制漿造紙廢水中或多或少含有木素降解產(chǎn)物及其衍生物包括氯化苯酚類(lèi)CPs)和五氯苯酚類(lèi)(PCP)等對(duì)環(huán)境有著重大影響且已被美國(guó)EPA[1]和歐盟決議2455/2001/EC[2]列為首要污染物的持久性有機(jī)物它們都對(duì)環(huán)境有著嚴(yán)重的污染。造紙廢水對(duì)水生生物不僅具有明顯的急性和亞急性毒性而且具有遺傳毒性和潛在的致癌性能對(duì)水生生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生嚴(yán)重危害甚至通過(guò)食物鏈危及人體健康 [3]。紙漿造紙廢水特點(diǎn)
廢紙?jiān)旒垙U水主要產(chǎn)生于脫墨、洗滌、凈化篩選、濃縮和抄紙系統(tǒng)。其廢水的特性與原料結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)設(shè)備、工藝過(guò)程、產(chǎn)品品種、水資源及用水水質(zhì)等因素有關(guān),廢水中含有的污染物主要有4類(lèi)[4]:還原性物質(zhì),如木素、無(wú)機(jī)鹽等;可生物降解物質(zhì),為半纖維素、樹(shù)脂酸、低分子糖、醇、有機(jī)酸和腐性物質(zhì)等;懸浮物,如細(xì)小纖維、無(wú)機(jī)填料等;色素類(lèi):如油墨、染料和木素等。不同廢紙種類(lèi)及不同制漿方法所產(chǎn)生的污染物總量不同[5],非脫墨再生紙廠廢水的CODCr濃度為800~1500mg·L-
1、BOD5濃度150~350mg·L-
1、TSS濃度為900~1200mg·L-1;脫墨再生紙廠廢水的CODCr濃度為200mg·L-
1、BOD5濃度為300~900mg·L-
1、TSS濃度為500~1500mg·L-1;另外,在一些使用次氯酸鈉漂白廢紙漿的廢水中還發(fā)現(xiàn)有三氯甲烷,所以廢紙?jiān)旒垙U水具有一定的毒性。
總結(jié)其主要特點(diǎn)如下:
(1)污染物濃度高。尤其是制漿生產(chǎn)線廢水,含有大量的原料溶出物和化學(xué)添加劑,其BOD5濃度甚至高達(dá)104mg/L以上
(2)難降解有機(jī)物成分多,可生化性差。木素、纖維素類(lèi)等物質(zhì)采用活性污泥法難以降解。
(3)廢水成分復(fù)雜。除原料溶出物外,有的還含有硫化物、油墨、絮凝劑等對(duì)生化處理不利的化學(xué)品。
(4)廢水流量和負(fù)荷波動(dòng)幅度大,并伴有纖維、化學(xué)品溢泄。在有多條生產(chǎn)線的工廠這種現(xiàn)象更明顯。水量和負(fù)荷波動(dòng)對(duì)生化處理系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行非常不利[6,7]。
廢紙?jiān)旒垙U水處理技術(shù)
目前廢紙?jiān)旒垙U水的處理方法有物理法、化學(xué)法、生物法和物理化學(xué)法,實(shí)際應(yīng)用的工藝往往是幾種方法組合而成。但由于廢紙來(lái)源、產(chǎn)品用途及生產(chǎn)工藝各異,廢水水質(zhì)差異較大,因此廢紙?jiān)旒垙S廢水的處理也必須根據(jù)各企業(yè)廢水水質(zhì)的特點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。
3.1 物理處理方法
通過(guò)物理作用來(lái)清除廢水中的污染物稱(chēng)為物理處理法
物理處理法主要有氣浮法過(guò)濾法和擠壓法等。目前,在我國(guó)用得最多、效果較好的氣浮法是淺層氣浮法。其氣浮進(jìn)水器為一圓形槽,有效水深只有420mm。進(jìn)水配水器和出水集水器為同時(shí)旋轉(zhuǎn)的行走架,進(jìn)水和出水的流速相同,這樣就使槽體內(nèi)的水體相對(duì)靜止,水流速度為零,避免了水流擾動(dòng),固體物的懸浮和沉降在靜態(tài)下垂直進(jìn)行,極大地提高凈水效率廢水在凈水器中的停留時(shí)間約3min,表面負(fù)荷達(dá)到10m3/(m2?h)溶氣裝置是一溶氣管,其溶氣機(jī)理是盡量使水流擾動(dòng),減少液膜阻力,以增大氣液接觸面積。
在結(jié)構(gòu)上改變了進(jìn)氣方式,以提供能實(shí)現(xiàn)更大進(jìn)流密度的結(jié)構(gòu)。溶氣時(shí)間約為l0s過(guò)流密度達(dá)到2200-2700m3/(m2?h)。廣州造紙有限公司采用CQJ型超效淺層氣浮凈水器處理新聞紙機(jī)白水。結(jié)果表明,在混凝劑PAC和絮凝劑PAM用量分別為400 mg/L和10-15 mg/L及氣浮器入口SS為3234.0 mg/L、CODCr為3716.9 mg/L 時(shí),SS和CODCr去除率分別為98.5和81.8。每臺(tái)處理量5760m3/d,回收白水4930 m3/d16。從這些數(shù)據(jù)可看出,淺層氣浮處理造紙白水具有效率高、投資少及運(yùn)行可靠的特點(diǎn),是一種高效的廢水處理設(shè)施。德國(guó)曾有人用簡(jiǎn)易的圓盤(pán)和低能耗的壓力設(shè)備過(guò)濾凈化紙廠中的循環(huán)用水;在壓力容器中緩慢旋轉(zhuǎn)的圓盤(pán)和過(guò)濾層可使細(xì)小纖維分離,再用其他特殊裝置在質(zhì)量控制范圍內(nèi)將3種物質(zhì)和1種廢料分離開(kāi)來(lái)[8]。一般來(lái)說(shuō),物理法只能去除廢水中的大顆粒物質(zhì),如進(jìn)一步凈化廢水,還需更深度的處理。
3.2 化學(xué)處理法
化學(xué)處理法主要是利用化學(xué)反應(yīng)、轉(zhuǎn)化、分離和回收處理廢水中的污染物質(zhì)。
(1)臭氧氧化法
吳憶寧等的實(shí)驗(yàn)表明臭氧可以將造紙廢水中部分有機(jī)物質(zhì)氧化為CO2和H2O;廢水處理中,分別選定2、5、6、8、10、15和20min等與臭氧接觸不同時(shí)間并控制不同的臭氧投加量,結(jié)果表明,隨著臭氧投加量的增加COD去除率和廢水可生化性均增加[9]易封萍采用臭氧-混凝法處理造紙廢水CODCr懸浮物(SS)等主要污染物去除率均高達(dá)99%以上,各項(xiàng)指標(biāo)超過(guò)一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn),水質(zhì)完全可以回收利用[10]。
(2)光催化氧化法
光催化氧化法是在特殊的光照射條件下發(fā)生的有機(jī)物參與的氧化分解反應(yīng),最終把有機(jī)物分解成無(wú)毒物質(zhì)的處理方法。銳鈦型的TiO2在紫外光的照射下能產(chǎn)生氧化性極強(qiáng)的羧基自由基,對(duì)所有的有機(jī)物幾乎都氧化為CO2和H2O,且除凈度高,降解速度快,無(wú)二次污染。用水解法制得的納米級(jí)TiO2具有巨大的表面積和更強(qiáng)的紫外光吸收能力,因而具有更強(qiáng)的光催化降解能力,可快速將吸附在其表面的有機(jī)物分解掉,比普通的 TiO2的降解率高40%。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn):CDD(2-氯代二惡英)在2h內(nèi)降解了98.3%,DCDD(2,3-二氯代二惡英)PeCDD(1,2,3,7,8-五氯代二惡英)和OCDD(八氯代二惡英)在4h內(nèi)分別降解了87.2%、84.6%和91.23%。生物法
4.1 好氧法
好氧法主要包括活性污泥法和生物膜法等兩種方法。
(1)性污泥法。SBR活性污泥廢水處理制裝造紙SBR(Sequencing Batch Reactor)即序批式反應(yīng)器,是一種間歇式活性污泥處理系統(tǒng),它已經(jīng)成為一種簡(jiǎn)單可靠、經(jīng)濟(jì)有效和多功能的生化處理工藝,普通活性污泥法的BOD和懸浮物去除率都很高,達(dá)到90~95%左右,COD去除率達(dá)到80%以上。
(2)生物膜法。胡維超采用浸沒(méi)式膜生物反應(yīng)器S-MB。進(jìn)行了造紙廢水的中試處理試驗(yàn),結(jié)果表明
COD去除率高達(dá)95%。
4.2 厭氧法
厭氧生物處理技術(shù)是對(duì)普遍存在于自然界的微生物過(guò)程的人為控制與強(qiáng)化技術(shù),是處理有機(jī)污染和廢水的有效手段。造紙廢水含大量有機(jī)物及難降解物質(zhì),適宜用厭氧法進(jìn)行預(yù)處理。IC反應(yīng)器是在UASB反應(yīng)器的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的第三代高效厭氧反應(yīng)器,它具有處理量大,投資少,處理效率高,抗沖擊能力強(qiáng),能耗低,占地省等優(yōu)點(diǎn),擁有良好的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展前景,通過(guò)采用強(qiáng)制外循環(huán)IC反應(yīng)器完成了造紙廢水的啟動(dòng)研究,其COD去除率維持在73%-75%之間,其應(yīng)用范圍已成為廢水厭氧生物處理的熱點(diǎn)之一。
4.3 酶處理法
吳香波等研究了白腐菌采絨革蓋菌Coriolusversicolor漆酶對(duì)木素聚合的影響,在有氧條件下,通過(guò)添加漆酶和少量ABTS介體到水樣中,用紫外分光光度計(jì)測(cè)定了其中木素濃度變化,利用凝膠色譜法分析了酶催化聚合木素前后的分子量的變化,結(jié)果表明:酶處理6h以后,廢水中木素濃度從93.1mg/L下降到17.2mg/L,酶處理2h以后,從造紙廠污水分離的木素的分子量從31251上升到58610,造紙廢水中木素及其衍生物被聚合后通過(guò)絮凝沉淀除去,從而實(shí)現(xiàn)廢水色度與COD降低,進(jìn)而為造紙廢水回用提供可能。
4.4 土地處理法及污灌
土地處理法具有投資少。運(yùn)行費(fèi)用低。耗能少及處理效果高的特點(diǎn)[11]。張洪芬等根據(jù)扎龍自然保護(hù)區(qū)獨(dú)特的地理、地質(zhì)條件、研究采用土壤滲濾法處理排入濕地的造紙廢水,并從技術(shù)和實(shí)踐分析的角度對(duì)該地淺表部亞黏土滲濾的穩(wěn)定性及可行性進(jìn)行了探討;結(jié)果表明,保護(hù)區(qū)地表層的亞黏土對(duì)造紙廢水中各項(xiàng)污染物均有較好的去除效果,其CODCr、BOD5、Cr6+、NH4+-N及TP的去除率分別達(dá)到了70%、84、90%、78%及80%以上[12]。江蘇雙燈紙業(yè)有限公司利用穩(wěn)定塘和葦田系統(tǒng),對(duì)堿法稻草制漿造紙廢水作深度處理;穩(wěn)定塘出水CODCr去除率為70.5%,出水再灌溉蘆葦,在葦田內(nèi)廢水進(jìn)一步降解,同時(shí)又因蒸發(fā)、蒸騰而實(shí)現(xiàn)了封閉循環(huán)[13]。寶雞隴縣東南造紙廠采用物理化學(xué)法-生物塘-人工濕地聯(lián)合技術(shù)處理制漿造紙廢水,實(shí)踐證明,此工藝經(jīng)濟(jì)合理,同時(shí)具有先進(jìn)性和實(shí)用性[14]。余永東等介紹了地表漫流-地表流濕地工藝在處理廢紙?jiān)旒埳a(chǎn)廢水中的應(yīng)用;在進(jìn)CODCr、SS濃度分別為454.18mg/L、369.28 mg/L時(shí)出水濃度分別達(dá)到34.72 mg/L和21mg/L二者去除率分別達(dá)到92.4%和94.3%[15]。
三、結(jié)束語(yǔ)
造紙廢水成分復(fù)雜, 污染物多種多樣, 各造紙企業(yè)有各自最佳的治理方法, 但不能期望只用一種方法就達(dá)到處理的目的, 往往需要幾種方法組成一個(gè)處理系統(tǒng), 才能完成所要求的處理功效。隨著技術(shù)的進(jìn)步, 人們也會(huì)解決傳統(tǒng)技術(shù)中出現(xiàn)的問(wèn)題, 新技術(shù)也越來(lái)越多地被運(yùn)用, 最終達(dá)到實(shí)現(xiàn)減少或者消除廢水對(duì)環(huán)境的污染。目前清潔生產(chǎn)和零排放技術(shù)是適應(yīng)國(guó)家節(jié)能環(huán)保的最佳技術(shù), 也是最為理想的工藝和未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。
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第五篇:化工儀器自動(dòng)化技術(shù)論文
字也前我們需要提交畢業(yè)論文,那么,化工儀器自動(dòng)化技術(shù)論文該如何寫(xiě)呢?下面小編為你整理了化工儀器自動(dòng)化技術(shù)論文,希望能幫到你!
摘要:在社會(huì)經(jīng)濟(jì)科技快速發(fā)展帶動(dòng)下,自動(dòng)化技術(shù)也被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域,不論在日常辦公還是工廠生產(chǎn)中,都可以感受到自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用給人們帶來(lái)的種種便利,尤其是在對(duì)安全系數(shù)有較高要求的化工生產(chǎn)中的科學(xué)、靈活應(yīng)用,更具有不可替代的作用。
1、在化學(xué)反應(yīng)的正常應(yīng)用
需要進(jìn)行溫度及其壓力的控制,這也需要進(jìn)行原材料的應(yīng)用,這就需要進(jìn)行原料量的控制。在生產(chǎn)過(guò)程中,針對(duì)原料進(jìn)行實(shí)時(shí)的測(cè)量監(jiān)控,進(jìn)行浮力式測(cè)量方式的應(yīng)用,做好被測(cè)物的接觸工作,保證儀表的良好英語(yǔ)。這需要做好測(cè)量方式的優(yōu)化工作,做好物料儀表的分類(lèi),列如進(jìn)行浮力、電容、重錘等的形式應(yīng)用。進(jìn)行高精度的雷達(dá)式等的測(cè)量方式的應(yīng)用,從而做好精度的控制。在數(shù)據(jù)的整體測(cè)量過(guò)程中,我們需要進(jìn)行化工生產(chǎn)方案的優(yōu)化,這涉及到溫度、壓力、流量等的分析工作,做好化工參數(shù)的測(cè)量工作,實(shí)現(xiàn)其整體應(yīng)用環(huán)節(jié)的優(yōu)化。這就需要進(jìn)行化工生產(chǎn)的流量及其流速的分析,保證流速及其流量的分析,進(jìn)行積算儀的應(yīng)用,進(jìn)行一定時(shí)間內(nèi)的流量計(jì)算,針對(duì)流量的不同測(cè)量條件進(jìn)行分析,針對(duì)其條件的分析進(jìn)行不同方式的應(yīng)用,進(jìn)行大口徑的流量的控制。在流量測(cè)量應(yīng)用中,我們需要進(jìn)行速度法、直接法、推導(dǎo)法等的協(xié)調(diào),做好現(xiàn)代化生產(chǎn)自動(dòng)化的應(yīng)用工作,滿足生產(chǎn)過(guò)程的需要,提升產(chǎn)品的整體質(zhì)量,做好生產(chǎn)過(guò)程中的溫度、壓力、流量、液位等的控制工作,提升其應(yīng)用效益。
2、化工儀器儀表化工自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用
2.1這就需要儀表具備可編程的功能。通過(guò)對(duì)計(jì)算機(jī)軟件的應(yīng)用,進(jìn)行大量硬件邏輯電路的取代,從而實(shí)現(xiàn)硬件的軟化,在電路控制過(guò)程中,需要針對(duì)接口芯片的位控特性進(jìn)行分析,進(jìn)行不同功能的控制。這就需要進(jìn)行軟件的編程,可以進(jìn)行軟件儀器儀表的置入,進(jìn)行硬件結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化,保證常規(guī)邏輯電路的取代。這也需要儀表具備良好的記憶能力,在以往的儀表應(yīng)用中,我們需要進(jìn)行組合邏輯電路及其時(shí)序電路的應(yīng)用,保證該狀態(tài)信息的分析,進(jìn)行微機(jī)的儀表引入,保證隨機(jī)存儲(chǔ)器的應(yīng)用工作,進(jìn)行前一狀態(tài)信息的記憶工作,保證記憶的保存,進(jìn)行多種狀態(tài)信息的記憶,做好重現(xiàn)及其相關(guān)的處理工作。如果儀表具備了計(jì)算的功能,就說(shuō)明自動(dòng)化儀表已經(jīng)具備計(jì)算機(jī)的一部分的能力,從而滿足工作計(jì)算的需要,能夠保證工作的良好精度。在自動(dòng)化儀表的應(yīng)用過(guò)程中,其計(jì)算形式是多樣化的。
2.2儀表如果具備數(shù)據(jù)處理的功能,就能夠有效進(jìn)行測(cè)量的線性化處理,進(jìn)行自檢自校、工程值轉(zhuǎn)換及其抗干擾問(wèn)題的分析,這就需要進(jìn)行微處理器及其軟件的應(yīng)用,保證這些軟件的良好處理,從而進(jìn)行硬件負(fù)擔(dān)的降低,從而進(jìn)行了處理功能的優(yōu)化,滿足了日常工作檢索、優(yōu)化等需要。整體來(lái)說(shuō),儀表具備比較復(fù)雜的控制功能,進(jìn)行自動(dòng)化的應(yīng)用,從而滿足了設(shè)備自動(dòng)化的工作需要。列如在氣相儀器的應(yīng)用過(guò)程中,通過(guò)對(duì)該儀器的應(yīng)用,可以進(jìn)行復(fù)雜化學(xué)混合物的分析,進(jìn)行色層分離方法的應(yīng)用,保證樣品的化學(xué)成分含量的分析。隨著時(shí)代的發(fā)展,電子信息技術(shù)體系不斷的健全,從而滿足常規(guī)儀表的發(fā)展需要,通過(guò)對(duì)新型數(shù)字儀表、程序控制器等的應(yīng)用,實(shí)現(xiàn)企業(yè)的不同工作實(shí)際及其需求的滿足,更有利于提升當(dāng)下自動(dòng)化工作的效益。氣動(dòng)儀表、電動(dòng)儀表、模擬儀表、數(shù)字儀表以及各種智能化儀表,計(jì)算機(jī)等都在進(jìn)行使用,形成了氣電結(jié)合、模數(shù)共存、取長(zhǎng)補(bǔ)短,協(xié)同發(fā)展的局面。它們構(gòu)成的各種自動(dòng)化控制系統(tǒng)極大地推動(dòng)著我們的現(xiàn)代化建設(shè)事業(yè)。整體來(lái)說(shuō)化工生產(chǎn)過(guò)程中自動(dòng)化涉及的層面是非常廣泛的,其綜合性非常的強(qiáng),其需要進(jìn)行自動(dòng)控制學(xué)科儀器的應(yīng)用,進(jìn)行計(jì)算機(jī)學(xué)科理論的應(yīng)用,進(jìn)行化學(xué)工程學(xué)科的有效服務(wù),從而滿足實(shí)際工作的要求,提升現(xiàn)代化化學(xué)工程的應(yīng)用效益,提升現(xiàn)代社會(huì)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展效益。這需要相關(guān)人員意識(shí)到這個(gè)觀點(diǎn),現(xiàn)代化工工藝及設(shè)備和自動(dòng)化裝置已經(jīng)構(gòu)成了有機(jī)的整體,使儀表實(shí)現(xiàn)高速、高效、多功能、高機(jī)動(dòng)靈活等性能,使化工生產(chǎn)自動(dòng)化水平不斷提高。
3、結(jié)論
在這個(gè)過(guò)程中,如果儀表的測(cè)量精度提升了,自動(dòng)化儀表的中心控制效益就會(huì)提示,該中心控制系統(tǒng)涉及到微型計(jì)算機(jī)的應(yīng)用,從而實(shí)現(xiàn)多次重復(fù)測(cè)量的應(yīng)用,進(jìn)行平均值的求出,進(jìn)行偶然誤差及其干擾的排出,保證儀表的良好誤差的修正,進(jìn)行測(cè)量值誤差的有效修正,這就需要進(jìn)行微處理器儀表的應(yīng)用,進(jìn)行誤差的減少,從而保證精度的提升。