化學(xué)提高轉(zhuǎn)化率的方法精選(九篇)

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第1篇：化學(xué)提高轉(zhuǎn)化率的方法范文

關(guān)鍵詞：粗錫酸鈉 合成 錫轉(zhuǎn)化率

目前工業(yè)上生產(chǎn)錫酸鈉主要采用堿解法，堿解法以含錫物料為原料，與氫氧化鈉和水反應(yīng)合成粗錫酸鈉，粗錫酸鈉用水浸出得到錫酸鈉溶液，溶液再經(jīng)過除雜、過濾、結(jié)晶得到錫酸鈉晶體，晶體經(jīng)烘干、包裝后得到錫酸鈉產(chǎn)品。此方法產(chǎn)出的錫酸鈉產(chǎn)品質(zhì)量好，但存在著錫的轉(zhuǎn)化率偏低、生產(chǎn)成本較高的問題。

本文針對堿解法生產(chǎn)的不足，研究粗錫酸鈉合成各種物料配比、煅燒時(shí)間、煅燒溫度等工藝的參數(shù)，并確定最佳工藝參數(shù)。提高粗錫酸鈉合成過程中錫的轉(zhuǎn)化率、降低生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。

一、試驗(yàn)部分

1.試驗(yàn)原料及設(shè)備

試驗(yàn)采用的原料主要是本公司其它工序所產(chǎn)生的含錫廢渣，即陽極泥、鍋面渣和錫粉篩上物等；

試驗(yàn)采用的輔助材料有工業(yè)級硝酸鈉、工業(yè)級氫氧化鈉；

試驗(yàn)設(shè)備：滾動電阻爐。

2.試驗(yàn)原理

2Sn+3NaOH+NaNO3+3H2O =2Na2SnO3+NH3（1）

2SnO+4NaOH+O2=2Na2SnO3+2H2O （2）

3.試驗(yàn)方法

采用堿解法將含錫物料按一定的比例進(jìn)行搭配，在高溫下與氫氧化鈉、硝酸鈉和水反應(yīng)合成粗錫酸鈉，并將粗錫酸鈉浸出、除雜后制成錫酸鈉產(chǎn)品。

二、試驗(yàn)結(jié)果與討論

1.各種物料配比參數(shù)研究

本文以反應(yīng)物料理論配比為基準(zhǔn)比例，再在基準(zhǔn)比配比情況下進(jìn)行研究調(diào)整，找出最佳的配料方案。試驗(yàn)研究過程就是分別將這些物料按Sn：NaOH：NaNO3：H2O=100：50：38：30、100：50：40：30、100：55：38：30、100：55：40：30、100：60：38：30、100：60：40：30的比例配好后，于300℃反應(yīng)1小時(shí)后，再放入800℃的馬沸爐中煅燒，通過分析測定煅燒后的粗錫酸鈉中NaOH、NO3-的含量和錫的轉(zhuǎn)化率等指標(biāo)，確定最佳的各種物料配比方案。

試驗(yàn)表明，由于水、NaOH和NaNO3過量越多，粗錫酸鈉中NaOH、NO3-的含量增大，錫的轉(zhuǎn)化率也越高，轉(zhuǎn)化率從73.1%上升到86.7%。但當(dāng)制備出來的粗錫酸鈉中游離NaOH 的含量>5%，NO3-的含量>1%時(shí)，經(jīng)除雜、濃縮、烘干得到最終的錫酸鈉產(chǎn)品中的游離堿（NaOH）的含量>3.5%和NO3-的含量>0.1%，不符合指標(biāo)錫酸鈉產(chǎn)品國標(biāo)要求，通過試驗(yàn)研究，當(dāng)物料的配比為Sn：NaOH：NaNO3： H2O =100：55：40：30時(shí)，錫的轉(zhuǎn)化率為90.7%，最終的錫酸鈉產(chǎn)品游離堿（NaOH）的含量在2.5%～3.0%、NO3-的含量

2.粗錫酸鈉合成的煅燒溫度的研究

采用物料的配比為Sn：NaOH：NaNO3： H2O =100：55：40：30在溫度分別為：700℃、750℃、800℃、850℃、900℃、950℃、1000℃條件下進(jìn)行煅燒溫度的試驗(yàn)。試驗(yàn)表明，當(dāng)煅燒溫度達(dá)到850℃～900℃時(shí)，錫的轉(zhuǎn)化率達(dá)到最高，可達(dá)到94.18%，溫度大于900℃后，錫的轉(zhuǎn)化率與溫度在850℃～900℃時(shí)的錫的轉(zhuǎn)化率相當(dāng)，由于溫度過高，在生產(chǎn)過程中難于控制，且對設(shè)備要求較高，因此，控制煅燒溫度在850℃～900℃最為適合。

3.粗錫酸鈉合成的煅燒時(shí)間的研究

采用物料的配比為Sn：NaOH：NaNO3： H2O =100：55：40：30，在煅燒溫度850℃～900℃條件下，控制煅燒時(shí)間分別為20、40、60、80、100、120min進(jìn)行煅燒時(shí)間試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)煅燒時(shí)間達(dá)60min后，錫的轉(zhuǎn)化率達(dá)到最大為95.26%，煅燒時(shí)間再延長時(shí)，錫的轉(zhuǎn)化率提升得并不明顯，在生產(chǎn)中本著節(jié)能降本的原則，煅燒時(shí)間不適為長，因此，控制煅燒時(shí)間為60min最為適宜。

4.粗錫酸鈉合成的煅燒溫度對產(chǎn)品白度影響的研究

在煅燒過程中，如果溫度過錫，錫在轉(zhuǎn)化時(shí)未完全被硝酸鈉所氧化，有部分氧化亞錫存在，因此氧化亞錫顏色為藍(lán)黑色的，影響錫酸鈉產(chǎn)品的白度。試驗(yàn)研究了400℃、500℃、600℃、700℃、800℃、900℃、1000℃煅燒溫度對產(chǎn)品白度的影響。研究結(jié)果表明，當(dāng)煅燒溫度達(dá)到800℃后，產(chǎn)品的白度達(dá)到95以上，經(jīng)調(diào)查，用戶對產(chǎn)品外觀較為滿意。因此，再次表明煅燒溫度在850℃～900℃不僅錫轉(zhuǎn)化率高，產(chǎn)品白度也進(jìn)一步提高。

綜合以上條件試驗(yàn)結(jié)論，我們得出最佳粗錫酸鈉合成的工藝參數(shù)為：物料配比Sn：NaOH：NaNO3： H2O =100：55：40：30，煅燒溫度850℃～900℃，煅燒時(shí)間為60min。

5.試驗(yàn)結(jié)果

通過試驗(yàn)研究得到以下工藝參數(shù)：

粗錫酸鈉合成的物料配比是Sn：NaOH：NaNO3： H2O =100：55：40：30，煅燒溫度850℃～900℃，煅燒時(shí)間為60min，使錫的轉(zhuǎn)化率>95%；利用試驗(yàn)研究得到的最佳工藝參數(shù)進(jìn)行了五批次的工業(yè)試驗(yàn)驗(yàn)證。結(jié)果顯示五份樣品的所含的Sn、Pb、Sb、As、Fe、NaoH、NO3-和堿不容物均符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

通過計(jì)算得錫轉(zhuǎn)化率為95.26%?？梢姰a(chǎn)出的錫酸鈉產(chǎn)品品質(zhì)已過到行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的要求。優(yōu)化粗錫酸鈉合成工藝后產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。

三、結(jié)論：

通過優(yōu)化了錫酸鈉合成過程中的物料配比、煅燒溫度850℃～900℃、煅燒時(shí)間為60min等工藝參數(shù)，可使粗錫酸鈉在合成過程中錫的轉(zhuǎn)化率由原來的70%～75%提高到95 %以上。此方法提高了產(chǎn)品直收率，降低了生產(chǎn)成本，錫酸鈉生產(chǎn)過程中非常值得推廣和應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1] 黃位森.錫[M].北京冶金工業(yè)出版社.2000

[2] 李仕慶 葉有明.錫化工生產(chǎn).廣西科學(xué)技術(shù)出版社.2008

第2篇：化學(xué)提高轉(zhuǎn)化率的方法范文

關(guān)鍵詞：數(shù)軸法；化學(xué)平衡；條件

數(shù)軸分析法在處理某些化學(xué)問題時(shí)，可以化繁為簡，由抽象到直觀，便于理解問題，提高解題的速度?，F(xiàn)用數(shù)軸法來巧解化學(xué)平衡中的一類問題。

例：在溫度、容積相同的3個(gè)密閉容器中，按不同方式投入反應(yīng)物，保持恒溫、恒容，測得反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)的有關(guān)數(shù)據(jù)如下

判斷（1）a、b、c之間的大小關(guān)系；（2）α1、α2、α3之間的大小關(guān)系。

解析：由題意明確甲、乙、丙等溫等容且恒溫恒容下達(dá)到平衡。

首先乙、丙做等效轉(zhuǎn)換，將乙、丙中的反應(yīng)物轉(zhuǎn)換成與甲相同的起始反應(yīng)物。

比較甲、乙、丙起始狀態(tài)，在等溫等容條件下，甲、乙達(dá)到平衡時(shí)平衡狀態(tài)相同（等效平衡且是等同平衡）；

丙可以看作兩份的乙進(jìn)行加壓得到，如圖所示：

一、討論a、b、c之間的大小關(guān)系

作數(shù)軸，1 mol N2與3 mol H2完全反應(yīng)生成2 mol NH3，放出92.4 kJ的熱量，假設(shè)甲，1 mol N2與3 molH2在該條件下達(dá)到平衡狀態(tài)為某點(diǎn)X，則放出的熱量為a kJ，對于乙，2 mol NH3達(dá)到的平衡點(diǎn)和甲相同，同為X點(diǎn)，這一過程為吸熱反應(yīng)，吸收的熱量為b kJ，則a+b=92.4。如下圖所示：

分析丙：對于丙，假設(shè)由兩份的乙壓縮得到的丙的平衡狀態(tài)不變，則由丙中NH3的物質(zhì)的量是乙的兩倍，所以吸收的熱量是乙的兩倍，即c=2b，由反應(yīng)N2（g）+3H2（g）=2NH3（g）可知，加壓，平衡向正方向移動，所以實(shí)際吸收熱量小于2b，即c

二、α1、α2、α3之間的大小關(guān)系

作數(shù)軸，1 mol N2與3 mol H2完全反應(yīng)生成2 mol NH3，轉(zhuǎn)化率為100%，假設(shè)甲，1 mol N2與3 mol H2在該條件下達(dá)到平衡狀態(tài)為某點(diǎn)X，則該反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率為α1，對于乙，2 mol NH3達(dá)到的平衡點(diǎn)和甲相同，同為X點(diǎn)，該逆反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率為α2且必有α1+α2=1，如下圖所示：

對于丙，假設(shè)由兩份的乙壓縮得到的丙的平衡狀態(tài)不變，則丙的轉(zhuǎn)化率同乙，由反應(yīng)N2（g）+3H2（g）=2NH3（g）可知，加壓，平衡向正方向移動，所以實(shí)際丙的轉(zhuǎn)化率小于乙，即α2>α3，如下圖所示：

模擬試題：在溫度、容積相同的兩個(gè)密閉容器中，按不同方式投入反應(yīng)物，保持恒溫、恒容，測得反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)的有關(guān)數(shù)據(jù)如下

用數(shù)軸法可以將化學(xué)平衡問題中的等效模型具體化，定性分析化學(xué)平衡中的等效問題。

參考文獻(xiàn)：

[1]趙中華.數(shù)軸法在化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用[J].化學(xué)教育，2011 （11）：52-54.

第3篇：化學(xué)提高轉(zhuǎn)化率的方法范文

化工生產(chǎn)的本質(zhì)是元素化合物的應(yīng)用、轉(zhuǎn)化,集中體現(xiàn)了化學(xué)科學(xué)的知識、觀念、方法及價(jià)值取向。新教材中幾乎所有的元素化合物內(nèi)容都涉及了有關(guān)工業(yè)生產(chǎn),多處出現(xiàn)以實(shí)際生產(chǎn)為基礎(chǔ)的工業(yè)流程圖,凸顯出化學(xué)是真實(shí)的、實(shí)用的科學(xué)以及化學(xué)對生產(chǎn)、生活、生態(tài)、生命及可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。高考試題中出現(xiàn)大量以工業(yè)生產(chǎn)為背景的綜合分析題,正是“課程內(nèi)容與學(xué)生生活和現(xiàn)實(shí)社會實(shí)際之間保持密切聯(lián)系,使實(shí)踐和生活成為科學(xué)課程內(nèi)容基本來源”[1]這一新課程理念的體現(xiàn)。融合化工生產(chǎn)實(shí)際進(jìn)行元素化合物知識綜合復(fù)習(xí),一方面可以引導(dǎo)學(xué)生從科學(xué)層面理解物質(zhì)間的轉(zhuǎn)化關(guān)系、理解物質(zhì)結(jié)構(gòu)性質(zhì)應(yīng)用及其內(nèi)在聯(lián)系,完成“是什么?為什么?”的問題探究過程;另一方面還可以引導(dǎo)學(xué)生從技術(shù)角度分析設(shè)備安排的原理、提高效率的途徑等,完成“做什么?怎么做?”的問題解決過程,著力培養(yǎng)學(xué)生在真實(shí)情景下從化學(xué)科學(xué)的視角分析解決實(shí)際問題,是提高元素化合物復(fù)習(xí)質(zhì)量的有效途徑。本文以“氨”的綜合復(fù)習(xí)為例加以說明。

1 教學(xué)過程

1.1從反應(yīng)原理探究氨的工業(yè)合成

1.1.1物質(zhì)轉(zhuǎn)化與合成氨反應(yīng)

[展示背景素材]如果沒有合成氨(加上合成尿素和第一、二、三代新農(nóng)藥技術(shù)), 世界糧食產(chǎn)量至少減半,60億人中至少15億人將被餓死,因此,國外傳媒把Haber-Bosch的合成氨技術(shù)評為20世紀(jì)最重要的發(fā)明。[了解并感受合成氨對人類生存的意義]

提問:用化學(xué)方程式表示獲取氨的途徑,其中用于工業(yè)生產(chǎn)的是什么?為什么?[理解實(shí)驗(yàn)室反應(yīng)與工業(yè)生產(chǎn)的區(qū)別]

交流:①NH4Cl與堿石灰共熱: NH4Cl+NaOH

NH3+NaCl+H2O;

②濃氨水分解(CaO或NaOH條件下):NH3?H2O

NH3+ H2O

③氮?dú)馀c氫氣化合:N2+3H22NH3

用于工業(yè)生產(chǎn)的是反應(yīng)③,因?yàn)樽匀唤绮淮嬖诖罅康匿@鹽或氨水。[學(xué)生]

問題:①以空氣為原料,用兩種方法獲取氮?dú)?交流:略)

②工業(yè)上常用天然氣、水為原料制備氫氣,寫出有關(guān)的反應(yīng)方程式。

交流:CH4+H2OCO+3H2

CO+H2OCO2+H2[學(xué)生]

1.1.2反應(yīng)原理與合成氨條件

[提供信息]合成氨反應(yīng)特點(diǎn): 298 K時(shí),N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) H=-92.2 kJ?mol-1S=-198.2 J?K-1?mol-1

提問:①合成氨在298 K時(shí),能否自發(fā)進(jìn)行?

② 綜合反應(yīng)速率與化學(xué)平衡的因素,工業(yè)合成氨選擇的生產(chǎn)條件為:溫度:700 K,壓強(qiáng):20～50 MPa,催化劑:活性鐵。試說明理由。[從反應(yīng)原理審視反應(yīng)方向、反應(yīng)條件]

交流:①H-TS

②低溫有利于平衡正向移動,但反應(yīng)速率慢,700 K左右,催化劑的活性最強(qiáng);高壓條件有利于平衡正向移動,提高反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率,但考慮設(shè)備承受與動力成本,壓強(qiáng)不宜過高。 [學(xué)生]

追問:700 K左右,中壓(20～30 MPa)條件下,采用氮?dú)馀c氫氣物質(zhì)的量比為1∶2.8的投料比時(shí),合成氨廠出口氣中氨的含量一般為13 %～14 %,求氫氣的轉(zhuǎn)化率。[了解實(shí)際生產(chǎn)中原料氣轉(zhuǎn)化率不高,需循環(huán)利用]

交流:氫氣的轉(zhuǎn)化率:25 %～27 %,原料利用率不高。[學(xué)生]

1.1.3生產(chǎn)設(shè)備與技術(shù)措施

第4篇：化學(xué)提高轉(zhuǎn)化率的方法范文

關(guān)鍵詞：α-生育酚琥珀酸酯 合成 酯化反應(yīng)

隨著分子生物學(xué)和細(xì)胞生物學(xué)的發(fā)展，維生素E及其衍生物的抗腫瘤作用機(jī)制的研究成為新的的熱點(diǎn)，近年來引起人們的廣泛關(guān)注。α-生育酚琥珀酸酯（α-TOS）是維生素E的一種衍生物，它具有穩(wěn)定性妤和水溶性維生素的特點(diǎn)，可作為維生素E替代品而廣泛用于醫(yī)藥、食品和化妝品等方面。有關(guān)研究表明，α-TOS具有抑制人乳腺痛、前列腺癌等多種腫瘤細(xì)胞生長，而對正常細(xì)胞生長無細(xì)胞毒性及抑制作的特殊功能[1-5]。目前有關(guān)α-TOS的制備方法的文獻(xiàn)有很多[6-8]，轉(zhuǎn)化率較好的文獻(xiàn)中所用溶劑為吡啶，其毒性大不利反應(yīng)。本文優(yōu)化了α-TOS的合成工藝。

一、實(shí)驗(yàn)部分

1.主要試劑、儀器及檢測條件

實(shí)驗(yàn)儀器及藥品如下表1.1和表1.2所示，其中實(shí)驗(yàn)藥品均為分析純。

主要玻璃儀器（均干燥）：500mL燒瓶，1000mL分液漏斗，燒杯，100℃和200℃的溫度計(jì)，球形冷凝管。

HPLC檢測條件：ZORBAX Eclipse XDB-C8，4.6mm×150mm，5μm，柱溫30℃；流動相：甲醇/冰乙酸（體積比為500：3.2），流速1mL/min；檢測波長284nm，二級陣列紫外檢測器，進(jìn)樣量20μL。

2.實(shí)驗(yàn)步驟

先稱取α-生育酚于小燒杯中，然后按一定比例加入溶劑、琥珀酸酐和催化劑，攪拌使其溶解，轉(zhuǎn)移至三口燒瓶，反應(yīng)3h后停止反應(yīng)。取樣稀釋，然后將稀釋樣進(jìn)行HPLC檢測，計(jì)算α-生育酚琥珀酸酯的產(chǎn)率。

實(shí)驗(yàn)過程的反應(yīng)及分離流程如下圖1.1

二、結(jié)果與討論

1.對比實(shí)驗(yàn)

1.1不同的溶劑對反應(yīng)轉(zhuǎn)化率的影響

乙二胺用量均為0.5mL/25g生育酚，琥珀酸酐： α-生育酚的摩爾比為2：1，反應(yīng)溫度100℃。此條件下不同溶劑種類對轉(zhuǎn)化率的影響如圖2.1所示。

圖2.2 不同琥珀酸酐與α-生育酚的配比對轉(zhuǎn)化率的影響

由圖2.1可以看出，不同溶劑對α-TOS轉(zhuǎn)化率不同：其它條件相同時(shí)，用乙酸異丁酯做溶劑的轉(zhuǎn)化率最大，乙酯其次。酯類溶劑轉(zhuǎn)化率明顯大于醇類和酮類。

1.2 琥珀酸酐與α-生育酚的配比對轉(zhuǎn)化率的影響

乙二胺用量均為0.5mL/25g生育酚，溶劑為乙酸異丁酯，反應(yīng)溫度100℃。此條件下不同琥珀酸酐與α-生育酚的配比對轉(zhuǎn)化率的影響如圖2.2所示。

從圖2.2中可以看出，隨著琥珀酸酐與α-生育酚的摩爾比的增加，轉(zhuǎn)化率也在不斷提高，在增大到1.6：1后上升趨勢下降，所以較經(jīng)濟(jì)的琥珀酸酐與α-生育酚的摩爾比是1.6：1。

1.3 催化劑用量對轉(zhuǎn)化率的影響

溶劑為乙酸異丁酯，琥珀酸酐與α-生育酚的摩爾比為2：1，反應(yīng)溫度100℃。此條件下不同催化劑用量對轉(zhuǎn)化率的影響如圖2.3所示。其中乙二胺用量單位為0.5mL/25gVE

由圖2.3可見，催化劑對反應(yīng)產(chǎn)率有明顯的影響，當(dāng)催化劑量較小時(shí)，反應(yīng)速度很慢，產(chǎn)率很低，隨著催化劑用量的增加，反應(yīng)轉(zhuǎn)化率增大。當(dāng)催化劑用量大于1.00mL/25g生育酚時(shí)，催化劑用量的增加對轉(zhuǎn)化率影響很小，此時(shí)其合成反應(yīng)速率與催化劑用量無關(guān)。

1.4 反應(yīng)溫度對轉(zhuǎn)化率的影響

溶劑為乙酸異丁酯，琥珀酸酐與α-生育酚的摩爾比為2：1，乙二胺用量為1mL/25gVE. 此條件下不同反應(yīng)溫度對轉(zhuǎn)化率的影響如圖2.4所示。

從圖2.4可以看出，隨著反應(yīng)溫度的不斷提高，轉(zhuǎn)化率在上升。反應(yīng)溫度小于60℃時(shí)，溫度對轉(zhuǎn)化率的影響不是很明顯，大于60℃時(shí)，隨著反應(yīng)溫度的升高，轉(zhuǎn)化率明顯提高，當(dāng)大于110℃時(shí)曲線趨于平緩，所以為達(dá)到較高的轉(zhuǎn)化率，又比較經(jīng)濟(jì)，應(yīng)選擇110℃。

三、結(jié)論

以二乙胺為催化劑，用α-生育酚與琥珀酸酐反應(yīng)，可制備出α-生育酚琥珀酸酯。由實(shí)驗(yàn)可得出較經(jīng)濟(jì)的工藝條件：琥珀酸酐與α-生育酚的比例為1.6：1（摩爾比），催化劑用量為1.00mL/25gVE，反應(yīng)溫度為110℃，用乙酸異丁酯做溶劑，α-生育酚的轉(zhuǎn)化率為81.2%。精致提純后，可得α-生育酚琥珀酸酯。

參考文獻(xiàn)

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第5篇：化學(xué)提高轉(zhuǎn)化率的方法范文

【關(guān)鍵詞】綠色化學(xué)；研究途徑；微型實(shí)驗(yàn)；發(fā)展趨勢

隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對生活質(zhì)量和環(huán)境的要求更高，面對環(huán)境的日益惡化，資源和能源的短缺，綠色化學(xué)理念應(yīng)運(yùn)而生。在我國目前的中學(xué)化學(xué)教育中，大多數(shù)中學(xué)普遍采用常規(guī)實(shí)驗(yàn)方法，儀器大，消耗試劑多，費(fèi)用高且污染大，學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)，常常幾十人在一個(gè)實(shí)驗(yàn)室，產(chǎn)生大量廢水，有毒氣體和粉塵，而且處理也很困難，造成環(huán)境污染，危害著師生健康。面對這種現(xiàn)狀，綠色化學(xué)引入到中學(xué)化學(xué)，是師生健康的需要，是現(xiàn)代化學(xué)校的需要。在廣大青少年中普及綠色化學(xué)理念，讓學(xué)生親自實(shí)踐，親手操作無毒無害安全的化學(xué)實(shí)驗(yàn)，從中培養(yǎng)他們的環(huán)保意識和可持續(xù)發(fā)展理念。

一、綠色化學(xué)的基本思想

綠色化學(xué)就是利用已有的化學(xué)知識，化學(xué)技術(shù)和化學(xué)方法，以減少對人體和環(huán)境有害的物質(zhì)使用和產(chǎn)生，回收未反應(yīng)的原料、副產(chǎn)物和非反應(yīng)試劑，對“三廢”排放前的無害處理等。

1.原子經(jīng)濟(jì)性反應(yīng)

目前，合成化學(xué)從生命科學(xué)到材料科學(xué)，原子經(jīng)濟(jì)性 （Atom Economy）要求越來越高。原料分子中到底有多大比例的原子轉(zhuǎn)化成了目標(biāo)產(chǎn)物，成為了研究的重點(diǎn)。理想的原子經(jīng)濟(jì)反應(yīng)是原料分子中的原子百分之百地轉(zhuǎn)變成產(chǎn)物，不產(chǎn)生副產(chǎn)物或廢物，實(shí)現(xiàn)廢物的“零排放”。如環(huán)氧乙烷的生產(chǎn)中，經(jīng)典的氯代乙醇法，盡管每一步的化學(xué)產(chǎn)率均為 100%，但原子利用率僅為25%，即在合成環(huán)氧乙烷的實(shí)驗(yàn)中，每生產(chǎn)1千克環(huán)氧乙烷則會產(chǎn)生3千克的副產(chǎn)物，而在綠色化學(xué)中，采用新型的催化工藝，實(shí)現(xiàn)了100%的原子利用率。再如采用乙基蒽醌法制備過氧化氫，即由氫和氧在2-乙基蒽醌和Pd為催化劑作用下直接合成，2-乙基蒽醌可循環(huán)使用，此反應(yīng)原子利用率為100%，體現(xiàn)了原子經(jīng)濟(jì)性，減少廢物的生成和排放。從而可看出原子經(jīng)濟(jì)性的反應(yīng)有兩個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn)：一是最大限度地利用了原料，二是最大限度地減少了廢物的排放。

2.選用無毒無害的反應(yīng)原料

研究如何用無毒無害的原料來代替風(fēng)險(xiǎn)試劑。如光氣（COCl）、氫氰酸（HCN）、氟化氫（HF）、氯氣等，要達(dá)到這一目標(biāo)，可采?。簻p少這類原料的用量，改變其結(jié)構(gòu)，以減少固有毒性，采用防護(hù)措施或控制技術(shù)等。對于危險(xiǎn)或反映條件苛刻，污染嚴(yán)重或儀器、試劑價(jià)格昂貴的實(shí)驗(yàn)，甚至可采用計(jì)算機(jī)模擬化學(xué)實(shí)驗(yàn)或觀看實(shí)驗(yàn)錄像等辦法。

3.在無毒無害的條件下進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)

盡可能減少有機(jī)溶劑的使用，采用超臨界流體技術(shù)，或兩相催化技術(shù)等，可以盡可能避免傳統(tǒng)反應(yīng)條件帶給的巨大污染，在條件溫和，活性高，選擇性好，反應(yīng)后兩相極易分離的情況下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。例如丙烯的氫甲酰反應(yīng)，采用Rh和 Pd的水溶液配合物作催化劑，可望取代高壓反應(yīng)條件，并使生成醛的選擇性由90%提高到98%。

4.尋求安全的目標(biāo)產(chǎn)物

在很多的情況下，有毒物分子并非所有官能團(tuán)都有毒有害，可通過保留有用官能團(tuán)，去掉有害官能團(tuán)的辦法改進(jìn)分子結(jié)構(gòu)，使產(chǎn)品更安全。

二、實(shí)現(xiàn)綠色化學(xué)的途徑

1.實(shí)驗(yàn)過程的改造和從新設(shè)計(jì)

首先，避免使用風(fēng)險(xiǎn)試劑（如HCN、HF、HCHO、Cl■、OCl■等）和揮發(fā)性有機(jī)物（如苯，CCl■，氟利昂等）。如銀鏡反應(yīng)避免使用甲醛，而用葡萄糖；把可能產(chǎn)生致癌物的有氯漂白和二氧化硫漂白改用為雙氧水，過氧化鈉等。其次，積極開發(fā)綠色實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)原料和反應(yīng)過程的綠色化，例如實(shí)驗(yàn)硬脂酸笨溶液單分子膜法測定阿佛加德羅常數(shù)改為電解硫酸銅或電解法，不再使用揮發(fā)性苯；例如在二氧化錳的催化下分解氯酸鉀制氧氣的實(shí)驗(yàn)里，會產(chǎn)生有毒副產(chǎn)物Cl■，改用氫氧化鈣作催化劑，轉(zhuǎn)化率可達(dá)到99%以上，而且避免了Cl■ 的產(chǎn)生；又如氨催化氧化實(shí)驗(yàn)，常用銅絲作催化劑，該方法不僅轉(zhuǎn)化率不高，而且還會產(chǎn)生一種刺激性氣味的氣體，改用氧化銅作催化劑，轉(zhuǎn)化率也只為76%，若改用鉑觸媒，轉(zhuǎn)化率可達(dá)98%；還有接觸法制硫酸等諸多實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)，不僅可以提高轉(zhuǎn)化率，而且可減少h境的污染。

2.實(shí)驗(yàn)產(chǎn)物或殘留物的無害處理及利用

產(chǎn)物的再生循環(huán)使用，化學(xué)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)物，大多有毒有害，即使有些物質(zhì)的毒性不是太大，但若不加處理，時(shí)間長了，做的人多了，累積起來也會造成環(huán)境污染，而且造成資源浪費(fèi)，若能加以簡單處理又可循環(huán)使用，豈不妙哉。例如用氫氣還原氧化銅的實(shí)驗(yàn)，還原出來的銅粉，不便收集處理，若改用銅片在空氣中加熱，用表面被氧化而成的氧化銅進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，不僅可使還原出來的金屬銅在銅片表面平整而有金屬光澤，增強(qiáng)了演示效果，而且銅片可循環(huán)使用，類似這樣的例子很多，關(guān)鍵是靠化學(xué)工作者去摸索。有些產(chǎn)物不能利用，但也可以加以處理，以減少對環(huán)境的危害，例如CO還原Fe2O■或氧化銅，多余的一氧化碳，可用燃燒的辦法加以處理；制氯氣的尾氣處理等，實(shí)驗(yàn)室廢液處理及物質(zhì)回收，從環(huán)保的角度出發(fā)，根據(jù)國家對廢液排放標(biāo)準(zhǔn)，對廢水、廢氣、廢渣最高允許范圍，必須適當(dāng)加以處理，比如對含重金屬離子的廢液，含酸、堿、鹽、有機(jī)廢液等也可以加以回收利用，如在含有銅離子的廢液中加入過量的鐵粉，再在沉淀物中加入稀硫酸洗去多余的鐵粉，即得銅粉，又如實(shí)驗(yàn)制得的硝基苯，為了提純，用5%的氫氧化鈉溶液洗滌后，用分液漏斗分離，再將它和氯化鈣混合加熱，最后蒸餾提純回收。

3.化學(xué)實(shí)驗(yàn)采用小型化、微型化

大量的研究證明，在保證實(shí)驗(yàn)效果的前提下，大多數(shù)基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)都可以在微型儀器或裝置中進(jìn)行，目前之所以提倡實(shí)驗(yàn)微型化，是由于微型實(shí)驗(yàn)具有如下的特點(diǎn)，儀器小巧，用藥量小，成本低，污染少，操作方便，節(jié)約能源，安全可靠，易于推廣，而且儀器微型化之后，儀器所占空間小，方便存放和攜帶，還可以適當(dāng)?shù)淖灾平虒W(xué)儀器，也不會影響功能和效果，開展微型實(shí)驗(yàn)，可適當(dāng)讓學(xué)生自己尋找代用品自制儀器，自己設(shè)計(jì)，找實(shí)驗(yàn)方法，提出問題并解決問題，從中訓(xùn)練他們的思維能力，想象能力和動手能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和創(chuàng)造能力，引進(jìn)綠色實(shí)驗(yàn)理念，化學(xué)實(shí)驗(yàn)微型化是一個(gè)很好的途徑。

4.計(jì)算機(jī)輔助綠色化學(xué)設(shè)計(jì)和模擬

在現(xiàn)代教育中，數(shù)字化、多媒體使用越來越普遍，計(jì)算機(jī)已廣泛用于物質(zhì)結(jié)構(gòu)解析、反應(yīng)性預(yù)測、故障診斷及控制等許多方面。無疑在中學(xué)化學(xué)教育中，使用計(jì)算機(jī)模擬演示一些有毒、危害性大的實(shí)驗(yàn)，也是實(shí)驗(yàn)教學(xué)的有效方法，但不能代替學(xué)生實(shí)驗(yàn)。在利用計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)符合綠色化學(xué)原則的最佳反應(yīng)路線、反應(yīng)過程等，也是推動了綠色化學(xué)更快發(fā)展的有效途徑之一。

南開大學(xué)著名教授王積濤先生認(rèn)為：微型實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)是我國化學(xué)實(shí)驗(yàn)改革的大方向，綠色化學(xué)理念追求實(shí)現(xiàn)原子經(jīng)濟(jì)，清潔生產(chǎn)和零污染，立刻受到社會的化學(xué)界的積極支持和響應(yīng)，目前已成為化學(xué)實(shí)驗(yàn)的一個(gè)新的研究方向和前沿。主要圍繞化學(xué)反應(yīng)，原料、催化劑、溶劑和產(chǎn)品的綠色化展開的：

【參考文獻(xiàn)】

第6篇：化學(xué)提高轉(zhuǎn)化率的方法范文

【關(guān)鍵詞】丙酮酸；化學(xué)合成；生物技術(shù)；酶催化法；生物工程；微生物發(fā)酵法

丙酮酸[1]，又稱a-氧代丙酸，結(jié)構(gòu)為CH3COCOOH，是所有生物細(xì)胞糖代謝及體內(nèi)多種物質(zhì)相互轉(zhuǎn)化的重要中間體，因分子中包含活化酮和羧基基團(tuán)，所以作為一種基本化工原料廣泛應(yīng)用于化學(xué)、制藥、食品、農(nóng)業(yè)及環(huán)保等各個(gè)領(lǐng)域中[2]。丙酮酸可通過化學(xué)合成和生物技術(shù)多種方法制備。

1、化學(xué)合成法

1.1 酒石酸脫水脫羧法

此法工藝簡單易行：將酒石酸與硫酸氫鉀混合物在220℃下蒸餾，餾出物再經(jīng)真空精餾即得丙酮酸。此法的特點(diǎn)是加入導(dǎo)熱油之后，在一個(gè)均勻體系中進(jìn)行反應(yīng)，降低了反應(yīng)溫度，減少氧化程度，可操作性大幅度提高，適合繼續(xù)反應(yīng)生成丙酮酸系列產(chǎn)品。其缺點(diǎn)是丙酮酸產(chǎn)率較底，得1g丙酮酸需消耗5g硫酸氫鉀。僅原料成本就達(dá)8萬元每噸，因成本過高而無法為大多數(shù)廠家所接受。

1.2 乳酸氧化法

以乳酸為原料，氧化脫氫一步法生產(chǎn)丙酮酸[3]。但乳酸直接制取丙酮酸非常困難,根據(jù)工藝不同必須選用合適的催化劑?？梢赃x擇的催化劑有磷酸鐵、鉬酸碲鹽、銀、釩等[4]。此法酒石酸的氧化脫羧法相比，具有能耗低、污染小、產(chǎn)率高等優(yōu)點(diǎn)，適合工業(yè)化生產(chǎn)。其缺點(diǎn)是成本也較高，約6萬元每噸。

2、生物技術(shù)法

生物技術(shù)法生產(chǎn)丙酮酸，由于成本較低、產(chǎn)品質(zhì)量較高、對環(huán)境污染小而得到發(fā)展，主要有酶催化法和微生物發(fā)酵法。

2.1 酶催化法

用酶或微生物細(xì)胞作催化劑,使葡萄糖或三羧酸循環(huán)的某些中間代謝產(chǎn)物,在一定條件下,轉(zhuǎn)化為丙酮酸的技術(shù),稱為酶催化法。其主要過程是先進(jìn)行小規(guī)模的微生物培養(yǎng),菌體收集,直接轉(zhuǎn)化或用載體包埋成固定化酶,然后轉(zhuǎn)化生成丙酮酸[5]。酶催化法設(shè)備投資小,能耗低,轉(zhuǎn)化率高,但底物來源較窄、成本比較高約5萬元每噸，因此其進(jìn)一步推廣受到限制。

2.2 基因工程技術(shù)

利用基因重組技術(shù)構(gòu)建高表達(dá)乙醇酸氧化酶、過氧化氫酶等的基因工程菌，用于生產(chǎn)丙酮酸的技術(shù)。這些酶能催化乳酸與氧反應(yīng)生成丙酮酸。其技術(shù)是先將乙醇酸氧化酶基因和過氧化氫酶基因分別與DNA載體重組，構(gòu)成重組子，并分別轉(zhuǎn)入宿主細(xì)胞，分別獲得兩種酶高表達(dá)的基因工程酵母，按0.713mol/LL-乳酸鈉溶液每100ml加濕重轉(zhuǎn)化體5g,同時(shí)加一定量滲透劑,在5個(gè)大氣壓下,以70psig氧壓通入氧氣,5℃攪拌轉(zhuǎn)化4小時(shí)，丙酮酸產(chǎn)率大97.7%[6]。本技術(shù)底物轉(zhuǎn)化率高，但技術(shù)難度大。

2.3 微生物發(fā)酵法

微生物代謝過程中,利用葡萄糖積累丙酮酸的過程稱為微生物發(fā)酵法。微生物發(fā)酵法生產(chǎn)丙酮酸研究已有50年歷史，但因丙酮酸高產(chǎn)菌株選育十分困難，雖有一些微生物能夠積累丙酮酸，但其產(chǎn)量無法達(dá)到工業(yè)化要求[7]。該法生產(chǎn)丙酮酸真正取得突破，是在1988年時(shí),日本東麗工業(yè)株式會社的研究人員宮田令子和米原轍選育出一系列丙酮酸產(chǎn)量超過50g/L的球擬酵母菌株,使微生物發(fā)酵法生產(chǎn)丙酮酸的工業(yè)化成為可能。1992年,日本開始采用微生物發(fā)酵法生產(chǎn)丙酮酸[8]。產(chǎn)量為400噸每年,成本約為2-3萬元每噸。

與化學(xué)合成法和酶轉(zhuǎn)化法相比,微生物發(fā)酵法因原料來源廣,能耗低,污染少,成本低而更具有優(yōu)越性[9]。但微生物發(fā)酵法缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)化率比較低,這是因?yàn)楸崾翘墙徒馔緩降年P(guān)鍵中間產(chǎn)物,在細(xì)胞中,丙酮酸作為一種重要的中間代謝產(chǎn)物連接了EMP和TCA中心代謝途徑，又與多條分支代謝途徑相關(guān)聯(lián)，可轉(zhuǎn)化為多種發(fā)酵產(chǎn)物而無法在體內(nèi)積累。因此需要切斷或弱化其進(jìn)一步代謝,才能使其在細(xì)胞中大量積累。即加快葡萄糖向丙酮酸的轉(zhuǎn)化率，減弱向TCA循環(huán)的通量，切斷或減弱其分支代謝途徑，促進(jìn)分泌，減弱丙酮酸的再利用，最終實(shí)現(xiàn)丙酮酸的大量積累。為達(dá)此目的，就必須對微生物發(fā)酵法生產(chǎn)丙酮酸的影響因素進(jìn)行研究。

微生物發(fā)酵法生產(chǎn)丙酮酸的影響因素有：菌種選育，營養(yǎng)條件，維生素水平，供氧模式，葡萄糖的質(zhì)量濃度等等,其最關(guān)鍵的是菌種選育和營養(yǎng)條件[10]。

為了提高微生物發(fā)酵法生產(chǎn)丙酮酸的競爭力，對微生物發(fā)酵生產(chǎn)丙酮酸的工業(yè)化在發(fā)酵部分還需要：①進(jìn)一步改善丙酮酸生產(chǎn)菌的產(chǎn)酸能力和遺傳穩(wěn)定性，提高糖酸轉(zhuǎn)化率，縮短發(fā)酵時(shí)間；②提高生產(chǎn)菌對高濃度丙酮酸的耐受性，以期進(jìn)一步提高丙酮酸濃度，便于下游處理；③目前原料成本中葡萄糖的費(fèi)用占了很大的比例，因此，要提高生產(chǎn)菌株對廉價(jià)底物(如糖蜜、淀粉糖)等的利用能力。

今后的研究工作應(yīng)集中在：①在保證細(xì)胞正常代謝的前提下，盡可能減少丙酮酸的降解或轉(zhuǎn)化，這是獲得丙酮酸高產(chǎn)量和高產(chǎn)率的必要條件；②加快從葡萄糖到丙酮酸的代謝速度，以確保獲得丙酮酸的高生產(chǎn)強(qiáng)度。

隨著人民生活水平的不斷提高，丙酮酸的應(yīng)用范圍日漸擴(kuò)大，需求不斷增長，但丙酮酸系列產(chǎn)品大多需要進(jìn)口且價(jià)位較高。其生產(chǎn)工藝的改革并實(shí)現(xiàn)工業(yè)化勢在必行。傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量差、成本高且對環(huán)境污染大。而生物技術(shù)法的工藝更為綠色，更為對環(huán)境友好，生物技術(shù)法新工藝取代傳統(tǒng)工藝指日可待，前景廣闊，值得進(jìn)一步研究。

參考文獻(xiàn)

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[6] Davad L A，Robert D，Vincent G W．US5,538,875[J]．1996

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[8] 占桂榮，高年發(fā)．不利用丙酮酸的丙酮酸生產(chǎn)菌的選育[J]．生物加工過程，2006,4(4): 32-36

第7篇：化學(xué)提高轉(zhuǎn)化率的方法范文

[關(guān)鍵詞]L-賴氨酸；初始氨氮；初始定容體積

中圖分類號：TU992 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2014）29-0347-01

L-賴氨酸是人體和動物所不能合成的8種氨基酸中最重要的一種[1]，由于其不能再人體內(nèi)通過還原氨基化作用或轉(zhuǎn)氨基作用生成，只能通過從外界來獲取，同時(shí)它是谷物中最缺乏的氨基酸，因此，L-賴氨酸被認(rèn)定為第一限制性氨基酸[2]。

賴氨酸的作用非常廣泛，在醫(yī)藥工業(yè)領(lǐng)域、食品工業(yè)領(lǐng)域畜牧飼料等方面都有著廣泛的應(yīng)用[3]。在飼料領(lǐng)域中，L-賴氨酸是最重要的飼料添加劑[4]。在食品工業(yè)上，L-賴氨酸作為食品強(qiáng)化劑被廣泛應(yīng)用。它是合成大腦神經(jīng)再生性細(xì)胞、其他白以及血紅蛋白等重要蛋白質(zhì)所需要的氨基酸。對于兒童來說，L-賴氨酸顯得更為重要，它能促進(jìn)鈣的 吸收，加速骨骼生長，促進(jìn)智力發(fā)育、體格發(fā)育、提高血漿蛋白的含量以及對疾病的免疫力，是兒童生長不可缺少的營養(yǎng)素[5]。

該研究對影響L-賴氨酸發(fā)酵的其中兩種條件：初始AN和初始定容體積進(jìn)行了初步研究，以尋找最優(yōu)的L-賴氨酸發(fā)酵工藝，最終達(dá)到降低能耗、縮短發(fā)酵周期、提高單罐供酸、提高轉(zhuǎn)化率的目的。

1 材料與方法

1.1 材料及主要設(shè)備

菌種：黃色短桿菌（Brevibacterium flavum）ZLBT-4-2為中糧生物化學(xué)（安徽）股份有限公司菌種室保存；葡萄糖：采用雙酶法制備；玉米漿、糖蜜、生物素、磷酸二氫鉀、七水合硫酸鎂、氯化鉀、磷酸、消泡劑等： 溶氧電極InPro2000：METYLER TOLEDO公司；

1.2 培養(yǎng)方法

1.2.1 種子罐培養(yǎng)基

硫酸銨玉米漿 1%，磷酸二氫鉀 0.06%，七水合硫酸鎂 0.03%，消泡劑0.015%.

1.2.2 發(fā)酵罐發(fā)酵培養(yǎng)基

硫酸銨玉米漿2%，硫酸銨2.5%，磷酸 0.08%，氯化鉀0.01%，七水合硫酸鎂 0.05%，糖蜜0.5%，生物素0.01%，消泡劑0.02%。

1.2.3 發(fā)酵罐發(fā)酵模式

起始定容體積120m3。初始AN0.25%，流加NS 3.0m3；流加糖濃度為60%；

1.3 相關(guān)指標(biāo)計(jì)算方法

1.3.1 過程指標(biāo)計(jì)算

菌體生長速率：單位時(shí)間內(nèi)OD增加值，即前后兩個(gè)所測點(diǎn)樣的OD之差與間隔周期的比值。

基質(zhì)消耗速率：單位時(shí)間內(nèi)基質(zhì)消耗量，即前后兩個(gè)所測點(diǎn)樣的基質(zhì)消耗數(shù)量之差與間隔周期的比值。

DO：以菌種完全接入發(fā)酵罐為發(fā)酵培養(yǎng)周期的0小時(shí)，記錄此時(shí)的DO電極的顯示值，后面各觀察點(diǎn)樣的溶氧電極的顯示值與0h 溶氧顯示值的百分比。

1.3.2 產(chǎn)物相關(guān)指標(biāo)計(jì)算

產(chǎn)酸速率：單位時(shí)間內(nèi)發(fā)酵所產(chǎn)賴氨酸的增加值，即前后兩個(gè)所測點(diǎn)樣的所產(chǎn)賴氨酸數(shù)量之差與間隔周期的比值

單罐總酸：發(fā)酵培養(yǎng)周期結(jié)束后，發(fā)酵罐內(nèi)所產(chǎn)賴氨酸數(shù)量與過程中排料所帶走的賴氨酸數(shù)量之和。

轉(zhuǎn)化率：本批單罐總酸與其發(fā)酵葡萄糖消耗數(shù)量的百分比。

1.3.3 葡萄糖稀釋速率計(jì)算

單位時(shí)間內(nèi)單位體積發(fā)酵液內(nèi)發(fā)酵過程中葡萄糖流加量。

2 結(jié)果與討論

2.2.1 提高初始定容體積和初始AN前后OD值變化

提高初始AN和初始定容體積后，M3試驗(yàn)罐OD值較試驗(yàn)前有所偏低，而M4試驗(yàn)罐的OD值均比試驗(yàn)前稍高一些（圖5）。

2.2.2 提高初始定容體積和初始AN前后溶氧水平變化

在12h內(nèi)，M3試驗(yàn)罐的溶氧水平與試驗(yàn)前無明顯差異，但是從12h后，M3試驗(yàn)的溶氧水平仍比試驗(yàn)前的偏低。18h前的M4試驗(yàn)罐的溶氧水平與試驗(yàn)前的無明顯差異，之后，M4試驗(yàn)溶氧水平低于試驗(yàn)前水平。

2.2.3 提高初始定容體積和初始AN前后基質(zhì)消耗速率變化

提高初始定容體積和初始AN后，同樣的OD值情況下，試驗(yàn)罐的總體生產(chǎn)菌數(shù)量在增加，對基質(zhì)的消耗量會增加。M3試驗(yàn)罐在前期（6-28h，此時(shí)也是菌種生長旺盛期），糖和NS的消耗速率在迅速上升，此外，M3試驗(yàn)基質(zhì)的消耗高峰期比試驗(yàn)提前。M4試驗(yàn)罐的基質(zhì)消耗速率與M3試驗(yàn)罐類似。

2.2.4 提高初始定容體積和初始AN前后中間酸變化

M3試驗(yàn)罐放中間酸的平均開始時(shí)間比試驗(yàn)前的提前了大概10小時(shí)，累計(jì)平均放中間酸體積達(dá)到100m3以上，中間桶的平均累計(jì)酸可達(dá)到15.20噸，而終點(diǎn)發(fā)酵罐內(nèi)的酸試驗(yàn)前后并無多大差距，說明中間桶放酸體積的增加最終使得單罐產(chǎn)酸大幅提高（表1）。

2.2.5 提高初始A N和初始定容體積前后轉(zhuǎn)化率的變化

M3和M4試驗(yàn)罐的轉(zhuǎn)化率均較試驗(yàn)前有所下降，尤其是M3降幅最大，以M3為例，排除殘總糖和中間桶糖的影響后，試驗(yàn)罐轉(zhuǎn)化率為：54.73÷（90.20-0.46-0.68）×100=61.45%

比之前的試驗(yàn)罐的平均轉(zhuǎn)化率60.66%僅僅提高了0.79百分點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)

第8篇：化學(xué)提高轉(zhuǎn)化率的方法范文

關(guān)鍵詞：銅鋅錫硫；CZTS；濺射；薄膜材料；薄膜太陽能電池；吸收層

一、引言

1.1制備方法

制備CZTS薄膜的方法有很多，各種方法各具優(yōu)缺點(diǎn)。大體上可依物理方法或化學(xué)方法、真空方法或非真空方法、干法或濕法、直接法或二步法（第二步為硫化）進(jìn)行分類。

濺射法是物理的、真空的、干的。多是二步的。濺射又有直流濺射或交流濺射、是否為磁控濺射、是否為反應(yīng)濺射之分。除了有些反應(yīng)濺射為直接法外，一般的濺射方法均為二步法。

交流濺射比直流濺射應(yīng)用更廣泛，可濺射非導(dǎo)體。磁控濺射速率高、基片溫度低。[1]

除此之外，還有共蒸發(fā)和濺射相結(jié)合的雜交濺射法。這種結(jié)合兩種真空方法的方法有效的結(jié)合了蒸發(fā)法易于控制元素配比和濺射法易于大面積制膜的優(yōu)點(diǎn)。

1.2歷史記錄

2009年，用磁控濺射法制備的CZTS薄膜材料構(gòu)成的光伏電池的轉(zhuǎn)化率達(dá)到了6.77%[3]，這是一個(gè)重要里程碑，直到2011年才被另一種真空法，熱蒸發(fā)法超過，文獻(xiàn)報(bào)道的轉(zhuǎn)化率達(dá)到了8.4%[5]。這也是目前得到的最好結(jié)果。在本文的第二部分“經(jīng)驗(yàn)總結(jié)”中所涉及的結(jié)論，主要是文獻(xiàn)[5]發(fā)表之前學(xué)界的實(shí)驗(yàn)總結(jié)。

二、經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

考慮到濺射法一直有較高的轉(zhuǎn)化率，而且便于重復(fù)的大面積制膜，便于工業(yè)化（工業(yè)中CIGS的制備就廣泛采用這種方法）。本文主要對濺射法（稍微涉及一些共蒸發(fā)法）的制備經(jīng)驗(yàn)做一些總結(jié)。

2.1元素比例

在早期的研究中人們就已經(jīng)注意到，最優(yōu)的材料并不是在精確的化學(xué)比上得到的，適當(dāng)?shù)氖怪苽涞谋∧てx化學(xué)比可以得到很好的效果，但要注意偏離不可太大。[2]

元素間的比例顯然會影響著材料的結(jié)構(gòu)，從而強(qiáng)烈的改變材料的電學(xué)、光學(xué)性質(zhì)。然而CZTS由四種元素構(gòu)成，要完備的考察元素比例對材料性質(zhì)的影響會有些困難。文獻(xiàn)中普遍認(rèn)為下面的三個(gè)比例是重要的。但遺憾的是，盡管有些文獻(xiàn)得出了一些結(jié)論，但確實(shí)都很牽強(qiáng)。最起碼，僅就下面三個(gè)數(shù)值而言，它們中沒有一個(gè)可以和材料的某一性質(zhì)取得顯著地相關(guān)性。幸運(yùn)的是，大量的工作已表明，最優(yōu)的材料總是在富Zn貧Cu富S的情況下得到。[4]

2.1.1Cu/（Zn+Sn）

如上所述，有些文獻(xiàn)認(rèn)為，隨著這個(gè)數(shù)值的下降，材料的開路電壓將上升。[4]雖然這個(gè)結(jié)論的得到是有些牽強(qiáng)的，但最優(yōu)的材料里，這個(gè)數(shù)值確實(shí)小于1。

2.1.2Sn/Zn

單純的濺射法并不易于控制元素配比。采用上文中提到的雜交濺射法可有效控制Sn/Zn的狀況。當(dāng)希望降低Zn的含量時(shí)，可用Zn（而非ZnS）作為蒸發(fā)法的Zn源，但當(dāng)希望降低Sn的含量時(shí)，應(yīng)用SnS（而非Sn）作為蒸發(fā)法的Sn源。選好Zn、Sn的源后，同時(shí)適當(dāng)提高基片溫度至400°C以上（例如：460°C），即可得到理想的富Zn貧Sn或富Sn貧Zn薄膜。[2]

有些文獻(xiàn)認(rèn)為，隨著該值的上升，材料的開路電流將上升。[4]雖然有些牽強(qiáng)，但最優(yōu)的材料里，這個(gè)數(shù)值確實(shí)大于1。[4]

2.1.3S/Metal

富S有利于改善材料性能，在最優(yōu)的材料中，該值大于1。[4]

2.2濺射順序

周期性的沉積會顯著提高效率，理想的薄膜表面形貌既要有大顆粒，又要有致密性、平整性。幾乎只有這種方法才能制備出和膜厚那樣大的顆粒，以達(dá)到最理想的效果?！案玫那膀?qū)均勻性意味著更好的轉(zhuǎn)化率?！保墨I(xiàn)[4]在2005年提出這一結(jié)論后，使得之前（以及之后）所有的對于濺射順序的研究都黯然失色。

共濺射可以起到和周期濺射同樣的效果，甚至更好。

2.3靶材選擇

在熱蒸發(fā)法中，化合物源總是比單質(zhì)源制備出的材料表面更光滑。[4]第二步硫化的過程會使材料的體積增大。體積增大得越多，第一步中得到的薄膜就越容易從基片上脫落。[4]所以源應(yīng)盡量選擇硫化物，以增加第一步后得到的前驅(qū)中的S的含量。

如此看來，似乎用CuS、ZnS、SnS就是最佳的組合了。由于CuS是良導(dǎo)體，所以使用其作為靶材之一應(yīng)當(dāng)是不錯的選擇。然而奇怪的是，我未在任何文獻(xiàn)中看到這種做法，Cu源用的都是Cu。

2.4基片溫度

對于相同的濺射時(shí)間，基片溫度會影響薄膜的薄厚[2]。例如，文獻(xiàn)[2]在一定的制備條件下，基片溫度和膜厚的關(guān)系如下圖1所示：

隨著溫度升高，厚度減小的原因可能是粘著力的降低或密度的增大。[2]同時(shí)，值得注意的是，對于二步法，由于需要在高溫（例如：400°C）中退火硫化，第一步不可在常溫下沉積薄膜，否則薄膜會在第二步的高溫中脫落。[2]（作者單位：河南師范大學(xué)）

參考文獻(xiàn)：

[1]鄭偉濤.薄膜材料與薄膜技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003（11）

[2]Tanaka T，et al.Preparation of Cu2ZnSnS4 thin films by hybrid sputtering[J].Journal of Physics and Chemistry of Solids，2005，66（11）：1978-1981.

[3]Katagiri H，et al.Development of CZTS-based thin film solar cells[J].Thin Solid Films，2009，517（7）：2455-2460.

第9篇：化學(xué)提高轉(zhuǎn)化率的方法范文

關(guān)鍵詞:多元醇酯;酯化反應(yīng);催化劑;冷凍機(jī)油

中圖分類號:TE626.4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A

Synthesis of Polyol Ester Used as Basestock of Refrigerator Oil and Its Performances

FEI Jian-qi, ZHAO Wei

(State Key Laboratory of Catalytic Material and Reaction Engineering, Research Institute of Petroleum Processing, SINOPEC, Beijing 100083, China)

Abstract:Neopentyl polyol-based fatty acid ester was synthesized with a novel catalytic esterification process. The conversion rate of esterification reached more than 98.5%. The disappearance of hydroxyl absorption peak of ester showed that the esterification has high hydroxyl conversion rate. Basestock of refrigerator oil was prepared via above-mentioned process. The test result indicated that the basestock performance can reach the level of the same type of imported samples.

Key words:polyol ester; esterification; catalyst; refrigerator oil

0 前言

HFCs(氫氟烴,如R134A、R407C、R410A等)被公認(rèn)為是替代氟利昂(CFCs)的理想制冷劑。但是HFCs分子極性較大,與傳統(tǒng)的非極性礦物油不相容,因此,開發(fā)與之相匹配冷凍機(jī)油是必然的趨勢。多元醇酯(POE)與HFCs具有良好的相容性、可靠的性能、優(yōu)異的熱穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性、電絕緣性及材料的兼容性,且安全與環(huán)保性能好,已成為HFCs 制冷劑配伍的首選油。

POE為多元受阻結(jié)構(gòu),支化程度高, 這使得新戊醇與脂肪酸在酯化過程中存在嚴(yán)重的位阻效應(yīng),很難得到低羥基值的酯,需要加入催化劑并在高溫下來提高反應(yīng)速度與酯化程度。僅就催化酯化反應(yīng)而言,強(qiáng)酸性催化劑如硫酸、磷酸、對甲苯磺酸等是非常有效的酯化催化劑,但存在嚴(yán)重的非酯化催化以及副反應(yīng)現(xiàn)象;弱酸性催化劑如鈦酸酯、金屬氧化物等需要更高的反應(yīng)溫度,且催化效率低;固體酸、雜多酸催化劑是當(dāng)今酯化催化領(lǐng)域的研究熱點(diǎn),但由于其超強(qiáng)酸性,用于多元醇脂肪酸的酯化反應(yīng)存在嚴(yán)重的副反應(yīng)如碳化現(xiàn)象[1-3]。

本工作以實(shí)驗(yàn)室自制催化劑,采用新型催化酯化反應(yīng)工藝制備了多元醇酯,作為冷凍機(jī)用油的基礎(chǔ)油,測試了基礎(chǔ)油的性能并與國外同類油品進(jìn)行了性能比較。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 原料

季戊四醇:湖北宜化股份有限公司(純度98%)。

雙季戊四醇:進(jìn)口試劑(98%),Acros(純度90%)。

正戊酸:北京宏料化工產(chǎn)品有限公司(純度98%)。

正己酸:北京化學(xué)試劑公司(純度98%)。

正庚酸:北京化學(xué)試劑公司(純度98%)。

正辛酸:北京化學(xué)試劑公司(98.5%)。

正壬酸:北京化學(xué)試劑公司(98.5%)。

異壬酸:東京化成工業(yè)株式會社(純度98%)。

正癸酸:北京芳草化工醫(yī)藥有限公司(純度98%)。

1.2 多元醇酯的合成

將三口燒瓶、分水器、冷凝器、帶有熱電偶的磁力攪拌加熱套組裝成反應(yīng)裝置,將原料醇、脂肪酸、催化劑加入反應(yīng)器,攪拌下升高至指定反應(yīng)溫度反應(yīng)一定時(shí)間后,依據(jù)反應(yīng)出水量計(jì)算酯化轉(zhuǎn)化率,確定反應(yīng)需要的時(shí)間,在真空條件下脫酸得到粗酯。

將上述粗酯用過量的堿水溶液洗滌,在指定溫度下,快速攪拌一定的時(shí)間,靜置并分離出水相;按上述方法,將上層油相用一定質(zhì)量份數(shù)的去離子水洗滌3次。將得到的油相脫出水分,然后加入吸附劑(實(shí)驗(yàn)室配制)吸附一定的時(shí)間,過濾得到精制的混合脂肪酸多元醇酯(基礎(chǔ)油)。

1.3 分析和表征

合成酯性能的測定:40 ℃與100 ℃粘度采用GB/T 265;粘度指數(shù)采用GB/T 2541;傾點(diǎn)采用GB/T 3535;總酸值采用GB/T 7304;顏色(色號)采用GB/T 6540;“與制冷劑相容溫度”的測定由石油化工科學(xué)研究院自建方法完成。

紅外光譜分析采用Nicolet 560型紅外光譜儀;核磁共振分析采用Varian Unity INOVA 500MHz核磁共振波譜儀,CDCl3溶劑。

2 結(jié)果與討論

2.1 酯化催化劑

表1比較了不同類型催化劑催化季戊四醇與異壬酸的酯化反應(yīng)效果。強(qiáng)酸催化劑,如硫酸、磷酸等能夠?qū)崿F(xiàn)高的羥基轉(zhuǎn)化率,但反應(yīng)物色澤差、碳化嚴(yán)重,精制過程嚴(yán)重乳化。有機(jī)酸催化劑,如對甲苯磺酸催化劑能夠?qū)崿F(xiàn)高的羥基轉(zhuǎn)化率,但催化劑用量大,酯的色澤發(fā)黃,精制難以脫色,有乳化現(xiàn)象。磷酸三丁酯的催化效率難以達(dá)到要求。雜多酸催化劑如磷鎢酸不適用于高羥基轉(zhuǎn)化率酯的合成,合成過程中碳化現(xiàn)象非常嚴(yán)重。

最近有文獻(xiàn)報(bào)道[4],高溫下多元醇酯的合成亦采用酸性相對溫和的催化劑,表1可見采用此類如Lewis催化劑,雖然反應(yīng)時(shí)間延長,反應(yīng)溫度較高,但羥基轉(zhuǎn)化率能夠達(dá)到要求。采用專利報(bào)道[5-6]Lewis酸氧化還原體系能夠制備高羥基轉(zhuǎn)化率的酯,但實(shí)際的合成過程中,會發(fā)生還原劑的析出現(xiàn)象,導(dǎo)致碳化現(xiàn)象的發(fā)生。采用Lewis酸催化劑,經(jīng)長時(shí)間反應(yīng),雖可達(dá)到相當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)化率,但酯的色澤差,催化劑用量大。

本研究以實(shí)驗(yàn)室自制催化劑,采用新型催化酯化反應(yīng)工藝,很好地解決了上述現(xiàn)象,催化劑用量少,酯的色澤好,反應(yīng)時(shí)間短,無乳化現(xiàn)象,實(shí)現(xiàn)了酯精制過程的高收率。

2.2 酯化反應(yīng)

圖1為采用新催化工藝的季戊四醇與異壬酸酯化反應(yīng)動力學(xué)曲線。圖1表明,隨著反應(yīng)時(shí)間的增加,酯化反應(yīng)程度逐步進(jìn)行,當(dāng)羥基轉(zhuǎn)化率達(dá)到98%需要11 h,羥基轉(zhuǎn)化率均接近100%需要13 h;反應(yīng)曲線可以分三階段表述,即快速反應(yīng)區(qū)、過渡反應(yīng)區(qū)和平緩反應(yīng)區(qū);由快速反應(yīng)區(qū)向平緩反應(yīng)區(qū)的過渡區(qū)域拐點(diǎn)出現(xiàn)在羥基轉(zhuǎn)化率值為75%左右,反應(yīng)時(shí)間僅僅需要2 h。季戊四醇屬于高阻化結(jié)構(gòu),每摩爾含有4摩爾羥基,在酯化過程中沒有明顯觀察到25%、50%的理論單羥基和雙羥基分階段轉(zhuǎn)化現(xiàn)象,但75%的三羥基階段轉(zhuǎn)化現(xiàn)象卻明顯表現(xiàn)在反應(yīng)動力學(xué)曲線上,說明在單羥基酯、雙羥基酯和三羥基酯的生成過程中,酯化反應(yīng)速率并未明顯降低,但在由三羥基酯轉(zhuǎn)化為四羥基酯的過程中,酯化需要的醇酯在結(jié)構(gòu)上位阻效應(yīng)更加明顯,導(dǎo)致酯化速率大幅度降低。在保證基礎(chǔ)油酯性能的前提下,應(yīng)盡量縮短反應(yīng)時(shí)間,防止長時(shí)間高溫條件下副反應(yīng)的發(fā)生,導(dǎo)致酯的色澤變差,文獻(xiàn)報(bào)道[5-6]98.5%為冷凍機(jī)油可接受的轉(zhuǎn)化率值,因此,反應(yīng)時(shí)間可選擇10~11 h。

圖2為采用新催化工藝在20 L反應(yīng)器中合成的冷凍機(jī)油基礎(chǔ)油的紅外光譜圖。從圖2可以看出,在1742 cm-1處出現(xiàn)了很強(qiáng)的羰基C=O振動峰,同時(shí)在1143 cm-1處出現(xiàn)C-O-C的振動峰,而在3000 cm-1附近沒有明顯的羧基中的-OH振動吸收峰,完全呈現(xiàn)出酯類的特征。在2961 cm-1和1468 cm-1處出現(xiàn)的很強(qiáng)的-CH3碳?xì)湔駝臃?表明樣品中高的甲基含量,支化度較高。在3450 cm-1附近的酯羥基振動峰很小,說明酯化反應(yīng)羥基轉(zhuǎn)化程度高,表明新型催化反應(yīng)工藝能保證高效酯化反應(yīng)的發(fā)生,能夠得到低羥基值的基礎(chǔ)油。

2.3 基礎(chǔ)油的性能

表2為基礎(chǔ)油樣品與國外同類樣品(油)的性能比較數(shù)據(jù)?；A(chǔ)油與國外樣品油在傾點(diǎn)、粘度、粘度指數(shù)、閃點(diǎn)、相對密度、折光指數(shù)、顏色、總酸酯、與R410A溶解溫度方面基本一致。差別主要在于總堿值和相容性。因?yàn)閲鈽悠窞橛?因此推測總堿值可能是由于堿性添加劑的影響,而溶解溫度則是由于添加劑的影響所致,而微量水方面的差異,可能是由于進(jìn)口油樣在取樣和存放過程中吸水所致,而基礎(chǔ)油是做完后很快進(jìn)行分析,這表現(xiàn)出了酯類油存在容易吸水的特點(diǎn)。表明本研究的酯類冷凍機(jī)油基礎(chǔ)油,其性能均已達(dá)到進(jìn)口同類油品的性能。

3 結(jié)論

采用新型催化酯化反應(yīng)工藝完全能夠制備出優(yōu)異性能的新戊基多元醇脂肪酸酯,酯化催化效率高,酯化反應(yīng)程度完全,酯的加工工藝簡單,酯的收率高;所制備的冷凍機(jī)油用基礎(chǔ)油的性能完全達(dá)到進(jìn)口同類油的性能指標(biāo)。

參考文獻(xiàn):

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