改变高分子材料的途径范文

改变高分子材料的途径篇1

关键词：化工工艺；超滤技术；特点；原理；结构

前言

所谓超滤技术，即一门新型的实用科学技术，随着其不断发展和完善，已在诸多领域得到较为广泛的应用。由于超滤技术有其自身的特点，在化工工艺过程中得到广泛的应用。随着其技术的不断完善，其所具有的高效、节能、环保等优势将日益显露，超滤技术的应用领域必将进一步扩展。

1、超滤技的特点

超滤技术具有操作简单、流程短、分离效果好、处理效率高、能耗低等特点

2、化工工业生产现状

长期以来，化工生产过程中突出的难题是气体中夹带的微小液滴和油雾难以分离，在合成氨、尿素、硝酸、硝铵等生产过程中，油污能使各种触媒中毒失效、换热设备换热效率下降、阻力增加。如今又有了新技术的开发应用。这项新技术采用超滤技术及高效、低阻、长寿命的过滤材料，能够高效的使气液。超滤技术成功解决了传统惯性分离存在的缺陷，利用新技术、新材料在传统惯性分离技术基础上实现设备的结构、过滤分离材料的精度和材料极性有机结合，其效率可达99％-99.99％。

3.超滤技术基本原理和结构

3.1粒子的形成及其分布

速度变化(重力沉降)形成的雾滴粒径多在100μm以上，压力变化形成的雾化粒子粒径在10μm-100μm，温度变化形成的冷凝粒子粒径在0.01-10μm，且形成的1μm粒子的重量百分比高达40％。其中极性粒子约为1-10μm以上，非极性粒子约为0.01-1μm。传统分离设备依靠惯性折转、旋流，重力沉降，丝网除沫方式，仅对10μm～100μm范围的液体粒子效果较好，而对于10μm以下的粒子分离效果较差，为有效分离10μm以下的小粒子，须采用超滤技术进行高效气液分离。

3.2分离机理

首先确定了设备的结构、过滤分离材料的精度与过滤分离材料的极性三位一体的思路，即根据不同的介质和工艺条件，确定采用过滤材料

滤芯种类及其组合。比如烧结不锈钢纤维毡滤芯(以下简称sF滤芯)，可用于水、液氨等极性分子，而超细玻璃纤维滤芯(以下简称MF滤芯)则适用于油、凝析油等非极性分子。SF滤芯采用外进里出的气体流动方式，利用了该材料的极性和巨大的表面积，而MF滤芯采用里进外出方式，利用过滤层的亲油疏水性能及扩散、碰撞和拦截等综合过滤机理(凝聚式过滤)，在通过组合滤层时凝聚长大，最终在背风面依靠重力降落实现气液分离。

3.3极.眭选择与结构

介质的极性可以用偶极矩衡量，偶极矩等于分子正电中心或负电中心上的电量乘以两个中心之间的距离所得的积。偶极矩为零的分子都是非极性分子，他们的正负电中心都重合在一起。偶极矩不等于零的分子称为极性分子如H20，NH3。极性分子之间存在取向、诱导和色散作用，这三种作用都是吸引作用。不同介质的极性大小不一样其凝聚力也不相同。因此针对需分离粒子极性不同选择不同的分离材料也是影响分离效果的关键因素，比如分离极性粒子可采用单级高效分离元件，而分离油气溶胶粒子或乳化油粒子则必须采用两级高效分离元件。

4.超滤技术提高过滤材料的连续使用寿命采取的方法。

超滤技术采用高效率低阻力纤维过滤材料，为了提高过滤材料的连续使用寿命，我们采用了如下方法。

4.1增大孔隙率，采用更先进的材料，纤维更细，精度更高，孔隙率增大一倍，容尘量增大一倍，过滤材料连续使用寿命增加两倍。

4.2增大过滤面积，采用折叠式滤芯，在阻力相同情况下，流通面积增加一倍，纳污量增加三倍，寿命增加三倍。此外，结构设计上应保留传统惯性分离技术的优点，最大限度发挥各种分离作用以达到最佳效果。

5、化工工艺过程中超滤技术的具体应用

5.1合成氨

高压机后新鲜气油分离

用途：除去新鲜气中的油水尘等杂质，保护合成触煤、降低能耗。

实例，例：四川广宇化工股份有限公司在新鲜气管路上采用了两级高效过滤器，每年排放油水16.2吨为理论水量的92.36％，分离效率比原来的45～47％大大提高，自98年投产以来，一直运行良好。由于采用了超滤技术，大大改善了冷交换器的油污和积碳堵塞现象，进一步优化了操作条件，有效保护了合成塔触媒。该公司是合成氨原料气中最早使用超滤技术的用户，使用过程中，充分显示了超滤技术特点和强大生命力，使多年来长期得不到解决的合成氨新鲜气带油问题得到了解决。

5.2氨分离改造

用途：高效氨分离，从气体分离出雾状液氨，能降低入塔氨含量，降低能耗。直接经济效益明显。应用举例：湖南湘氮实业有限公司利用其原高压氨分外筒，用超滤技术对内件进行改造，自2000年10月开始投入运行，取得很好的效果，透平循环机能正常运转，合成塔进口氨含量降低1.4％，年产量氨增加18768吨，增收3500多万元。

5.3循环机后油分离器

用途：除去气体中夹带的油水杂质，保护合成触煤，降低能耗。

应用举例：湖南湘氮实业，用于往复式循环机油分改造，自2001年1月投运以来，排放油水量明显比以前增加，合成触煤的寿命已由改造前的3个月左右，延长到现在的7-8个月，目前仍在高效低阻状态下运行。

5.4变换气后过滤器

用途：除去变换气中的油水杂质，保护变换触煤。应用举例：陕西化肥厂在新鲜气压缩机三段出口采用了二级超滤过滤器，自2000年4月投产以来，每小时平均排油水100余公斤，有效保护低变触煤。

5.5尿素

用途：除去CO2气体中的油污，降低能耗，提高产品质量。

5.6硝酸

用途：除去氨气中的油污，保护昂贵的触煤铂网，延长其工作寿命。

应用举例：山东海化潍坊硝铵厂在销酸氧化炉前气氨过滤器采用了超滤过滤器，使用后，氧化炉铂金属丝网寿命延长，现已连续运转2年多，同时过滤清洗周期比原布袋过滤器长，减少了不少工作量。

5.7硝铵

用途：除去氨气中夹带的油污，防治氨气带油进入硝铵中和工段，提高系统安全性能，防止意外。

应用举例：兰州化学工业公司化肥厂硝铵车间，在氨压缩机气氨档板过滤器之后加装了超滤过滤器，根据2000年8月份投产以来的情况看，气氨中的油含量，由进口状态的50-60ppm降至6-10ppm，完全满足硝铵中和工段的要求，对系统的安全运行起到了重要的作用。

5.8炼油厂尾气回收

用途：从气体中分离出杂质，保护中空纤维膜，延长膜的使用寿命。

安庆石化总厂柴油加氢尾气回收膜分离器前原旋风分离器后采用了SF+MF+SMF三级超滤技术，过滤精度达到了0.01μ“m，效率达到了99.99％，现已连续使用2年多，分离出大量含硫化氢、柴油和水混合液体，有效保护中空纤维膜，延长了膜的使用寿命。

5.9天然气净化及凝析油回收

用途：从气体中分离出杂质，保护中空纤维膜，延长膜的使用寿命。长庆油田在天然气中空纤维膜干燥器前设置三级超效过滤器，用于净化气体保护中空纤维膜，使用中意外发现分离出大量凝析油，现已推广至工业大规模应用。

6、结束语

改变高分子材料的途径篇2

关键词：芜菁；小孢子培养；胚胎发育

中图分类号： Q942 文献标识码： A DOI编码：10.3969/j.issn.1006-6500.2014.05.003

游离小孢子培养是产生双单倍体的方法之一，对加快十字花科蔬菜植物的杂交育种速度，提高育种效率具有重要作用。不同物种小孢子胚胎发生途径受基因型[1]、低温[2]、小孢子发育阶段[3]等很多内外因素的影响。小孢子正常发育方向是通过不对称核分裂后发育成花粉，而要让小孢子发育成胚，就要阻断原有的配子体发育方向，使小孢子进行对称性分裂向孢子体方向发育，即对称分裂才能诱导小孢子胚发生[4]。外界胁迫被认为是诱导小孢子从配子体发育途径转向孢子体发育途径的关键因子，并使其发生均等分裂。目前比较常用的胁迫方式有热激预处理、低温预处理、饥饿预处理和秋水仙素预处理及高pH值等[1，3，5-6]。其中以热激处理最为常见。小孢子经适当的热激培养后，获得胚性，随之细胞内发生一些特有的形态学变化，如细胞核向中央移动、液泡破裂和细胞膨大等。刘公社等[7]和姜立荣等[4]对大白菜小孢子培养中热激与非热激处理后小孢子分裂方式变化以及细胞内超微结构进行了观察，揭示了小孢子胚胎发生过程中的形态学和结构变化。李菲等[8]通过DAPI荧光染色观察大白菜游离小孢子胚胎发生过程，发现大白菜小孢子以均等分裂途径为主要发育途径，胚胎发生的启动机制是热激诱导下，单倍体小孢子体积膨大，染色体自然加倍，从而激发小孢子进入孢子体发育途径。笔者对芜菁小孢子进行分别培养，即未进行热激处理培养和热激培养，显微观察发现热激确实改变了小孢子的发育途径，但具体机理和过程仍需进一步探讨。

1 材料和方法

1.1 材 料

供试材料为新疆喀什地区广泛种植的芜菁。

1.2 方 法

1.2.1 芜菁小孢子培养及热激处理 2013年3月，将喀什芜菁肉质根定植于直径为30 cm的花盆中，给予正常的田间管理。4月11日，部分芜菁开始抽薹。待植株现蕾，于始花期，选取5～10个花序置于冰盒，选择长度为1.0～1.99，2.0～2.49，2.5～2.99 mm的花蕾。每一级别取15～20个花蕾，用2%NaOCl冲洗10 min后用无菌水冲洗3次，然后用注射器活塞的底部旋转压榨花蕾3圈半，加4 mL的NLN-13的培养基提取小孢子，然后用冷冻离心机离心3次，转速为800 r・s-1。倒掉上清，留取沉淀。将沉淀用1 mL的NLN-13培养基配制成悬浮液，用血球计数板调整小孢子密度为104个・mL-1。然后将装有小孢子悬浮液的培养皿置于33 ℃恒温培养箱中，暗培养1～3 d后，最后于25 ℃暗培养，直至出胚。

1.2.2 DAPI荧光染色及显微观察 与上述同期，选取5～10个花序置于冰盒，摘取花蕾，将花蕾分为1.0～1.99，2.0～2.49，2.5～2.99 mm三级。每一级别取12～15个花蕾，花蕾经消毒、研磨、分离纯化后，按照小孢子培养的步骤进行计数、培养，不同的是，不进行热激处理。每天提取1 mL的培养液，离心沉淀后，染色、制片，将制备好的切片置4 ℃冰箱内，过夜，在显微镜下观察。

2 结果与分析

2.1 DAPI染色观察芜菁小孢子不经热激处理发育为成熟花粉粒的形态及核分裂特点

被子植物中，花粉常用于指2―细胞或3―细胞时期的雄配子体，为了与此区别，一般把从四分体释放出来到形成成熟花粉之前的雄配子体称为小孢子[4]。在显微镜下观察可见，芜菁的小孢子母细胞经过减数分裂形成4个单倍体的小孢子即四分体小孢子（图1-2），当小孢子从四分体释放后，进一步形成明显的壁，同时体积迅速增大。随着体积的增大，细胞核从中央移到细胞的一侧，即单核靠边期小孢子（图1-4）。此后小孢子在正常的配子体发育途径中经历两次分裂，第1次分裂形成1个营养核和1个生殖核，称为双核期小孢子（图1-5），同时两核间形成弧形的细胞板，小孢子分裂为两个高度不均等的细胞。第2次分裂即生殖核发生分裂形成2个，小孢子发育为具有1个营养核和两2个精核的成熟花粉粒（图1-6）。芜菁单核期小孢子发育为成熟花粉粒，其外部形态和体积也相应的发生明显的改变，这为芜菁游离小孢子培养选取适宜发育阶段的小孢子提供了可靠的形态依据。

2.2 芜菁花粉小孢子细胞的膨大与分裂

对大多数物种来说，适合诱导雄核发育的花粉发育时期，是在单核小孢子第1次有丝分裂即将开始、正在进行或刚刚结束的时候[9]。本试验选取2.0～2.49 mm长的花蕾，分离小孢子进行培养。该长度的花粉小孢子大多处于单核靠边期，经33 ℃热激处理，易于改变发育方向，使得花粉小孢子沿着孢子体途径发育。热激培养1 d后观察，大多数细胞出现明显膨大。2 d后膨大的细胞开始分裂，而未明显膨大的细胞一般不发生分裂。同期观察的情况下，分裂的细胞数大大少于膨大的细胞数，这说明分裂仅发生在少部分膨大的小孢子中，这也印证余凤群等[10]关于小孢子培养后细胞的膨大是其分裂的先兆的观点。芜菁小孢子先是分裂1次，随后部分细胞进行多次分裂，直至最后形成子叶型胚（图2-9）。观察发现，在培养过程中，大多数细胞停留在2―细胞（图2-2）、3―细胞阶段，即T―细胞（图2-3）阶段，不再继续发育，出现多种细胞形态并存的现象。本试验最后只得到一个子叶型胚，出胚率仅有1/25（胚/蕾）。由此推断，随着培养的进行，部分膨大和分裂的细胞可能发育受阻失去了活力。

2.3 芜菁小孢子胚胎发育过程

游离的芜菁小孢子悬浮于NLN-13培养基中，经33 ℃恒温培养箱热激培养48 h后，观察发现部分小孢子膨大，直径明显大于未激活的小孢子（图2-1），且个别膨大细胞已经开始第一次分裂。随后在24 ℃下静置培养，具有胚状体发生能力的小孢子，分裂形成2―细胞原胚。该原胚的2个子细胞大小相近。随后，2个子细胞之一先发生垂直于子细胞壁方向的分裂， 形成“T”型3―细胞原胚，并继而发生垂直于平行方向的分裂，形成多细胞团的胚状体部分。2―细胞原胚中的另一子细胞分裂较慢，一般发生平行方向分裂形成胚柄。在小孢子培养将近15 d后，胚状体一般发育成近似于圆球状或椭圆形且携带着胚柄。胚的主体部分显著大于胚柄部分，且细胞小而排列紧密。随着胚状体的进一步生长，胚顶端子叶原基分化而使胚状体呈心形，此时胚柄大多已脱落并游离到液体培养基中。随着子叶和胚轴细胞的继续分裂，胚体积不断增大而发育成鱼雷胚。极少数细胞多次分裂形成球型胚（图2-6，2-7）、鱼雷型胚、心型胚（图2-8）和子叶型胚（图2-9，2-10）。观察发现，芜菁小孢子胚胎发育的过程中存在着小孢子发育的不同步性。这与高海娜等[11]关于甘蓝小孢子处于单核靠边期的花粉小孢子在同等培养条件下胚胎群体中同时存在着各个时期的胚状体观点一致。

3 讨 论

（1）本试验在热激培养1 d后，有2―细胞（图2-2）出现，这2个子细胞，大小接近。推测芜菁小孢子热激培养后，第一次分裂方式为均等分裂，但这并不排除不均等分裂的可能性。早期研究指出，芸薹属蔬菜小孢子胚胎发育途径既有对称分裂的B途径，也有不对称分裂的A途径[12]。刘公社等[7]、李菲等[8]研究发现白菜中小孢子游离培养的胚胎发育以B 途径为主。张菊平等[13]在研究辣椒花药培养时，得到多核花粉来源于单核小孢子的对称分裂或不对称分裂。试验结果显示，多数胚性花粉是通过不对称的小孢子有丝分裂产生的早期双核花粉中的营养核的分裂产生的。不结球白菜小孢子胚胎发生的过程及发育途径研究表明，不结球白菜花粉母细胞减数分裂释放出的小孢子发育到单核靠边期及稍后时期染色最深、活力最强。多数游离小孢子培养经历的发育过程与合子胚相似，小孢子胚胎发育途径既有核对称分裂产生胚胎的途径（B途径），也有第1 次不对称有丝分裂后营养细胞反复分裂单独发育成胚的方式（A途径）[14]。

（2）图2-4，2-5类似胚柄的结构的出现，意味着细胞在发育初期出现极性分化。很可能与小孢子的不均等分裂相关，有待进一步探讨。这一现象说明同样处在单核靠边期的小孢子其生理状况却差异极大，这对发育的调控提出了更高的要求。李春玲等[15]对灯笼椒、牛角椒、羊角椒、线形椒和朝天椒等辣（甜）椒游离小孢子的培养与观察表明：小孢子最初的细胞分裂有均等和不均等两种方式，胚胎发生过程与合子胚发育过程极相似，直到心形胚以前均可观察到胚柄的存在。

（3）游离小孢子在NLN-13液体培养基中发育的启动时间极不一致，热激培养3 d后可观察到多种胚性小孢子共存，与此同时仍观察到不少单核小孢子，它们可能继续发育或已经失去活性。余凤群等[10]在油菜型甘蓝小孢子的离体培养中发现，在培养4～5 d后部分细胞已进行多次分裂，但仍有一些细胞停留在2―细胞、3―细胞阶段，出现2―细胞、3―细胞与多细胞团并存的现象。然而从培养细胞的活力测定结果来看，培养4～5 d后小孢子的存活力显著低于细胞膨大和分裂的细胞频率，说明部分膨大或分裂的小孢子可能发育受阻而失去了活力。

（4）获得小孢子胚状体是芜菁小孢子培养应用于育种实践的先决条件。从本试验来看，只有极少数小孢子最终能发育成胚状体。材料基因型是胚状体产生的先决条件，其次就是胚胎诱导。诱导的方式有离心、低温、高温、射线、甘露醇等方法，目的是从生理生化上改变细胞生理状态、改变其分裂方式和发育途径[16-19]。试验中常采用高温进行诱导，效果相对较好。该方法被广泛用于芸薹属植物的花药培养和游离小孢子培养。栗根义等[20]研究表明，高温预处理在白菜游离小孢子培养中也收到了良好的效果。试验证明，接种后33～35 ℃，暗培养24 h，对胚状体诱导的效果最为理想。周伟军等[21]对油菜游离小孢子分别进行32 ℃和30 ℃热击暗培养3 d和7 d后转入常温（24 ℃）下培养，其胚胎发生好，产胚率高，获得了大量正常胚体。结球甘蓝游离小孢子经过34 ℃处理48 h 后，许多小孢子开始膨大，第3 天就可看到第一次分裂，培养25～30 d 后可发育成不同时期的胚，25 ℃恒温培养的小孢子没有发生分裂现象，说明高温热激预处理是促进细胞对称分裂，改变小孢子发育方向的主要条件[22]。为了提高小孢子胚产量，减少小孢子在通向胚状体形成途径的死亡，应该改善分离小孢子的条件，或是通过改善培养条件和培养方法，以减少分离过程造成小孢子的死亡，提高小孢子有效膨大和分裂的比例。

4 结 论

本试验在显微镜下观察芜菁游离小孢子热激培养与小孢子正常发育为成熟花粉粒的过程，比较两者在小孢子形态与核分裂方式的差别。结果显示，单核靠边期小孢子在不同发育途径下其外部形态和细胞核分裂方式都发生了明显改变：沿配子体途径正常发育的小孢子从单核期到双核前期，圆球形小孢子体积有所增大，但双核后期小孢子即由圆球形变为椭圆形。正常发育下单核小孢子发生不均等分裂，形成一个大的营养细胞，营养细胞内包含一个小的生殖细胞；而诱导向孢子体途径发育的小孢子，经热激启动后小孢子仍保持圆球形，但体积明显膨大，光学显微镜下观察，启动膨大的小孢子细胞先经过一次分裂，形成大小相近的2―细胞，此后体积发生一系列分裂，最终形成胚状体。由此可以初步判断热激启动的小孢子孢子体发育途径，单核小孢子变为二倍体的单细胞。

参考文献：

改变高分子材料的途径篇3

关键词：成本控制;原则;途径

一、企业成本控制需秉持的原则

不同企业的成本控制系统虽然各有不同，但行之有效的成本控制系统还是具有一定的共同特征的，在科学的理论基础上通过日常工作实践，提炼符合自己企业实际工作需要的成本控制所应遵循的良好原则，是有效实施成本控制的必要条件。成本控制的原则大概有四条：首先是经济原则，任何单位实施成本控制所发生的费用成本耗费，都不应超过不实施成本控制而失去的收益总额；其次是因地制宜原则，每个单位所实施的成本控制系统，都有必要量身定制，真正符合自己企业实施成本控制和管理的实际需求，不宜照搬照抄他人；第三是全员参加原则。企业单位从上到下每个高管、中层和普通员工都负有成本控制岗位责任，有效实施控制成本的重点，是于全力调动全体员工的参与意识和积极性；第四是领导推动原则。任何的企业的成本控制都涉及全体员工，并且实施的过程让大多人感到不适，一般推行阻力较大，所以离不开企业高层尤其是主要领导的关心支持和身体力行的全力推动。

二、成本控制途径

(一)改进现有产品的设计，采用先进的生产工艺

利用改进现有产品设计方法提高产品的功能成本比率。产品设计是为了制造新产品或者改进老产品而进行的必要的前期准备工作，产品设计必须科学合理，需要格外重视产品质量和相关的重要参数，同时还要考虑好生产制造产品所耗用的原辅材料使用量的多少。设计合理带来的节约，是长期性的，设计不合理造成的浪费，是先天性的浪费。要在保证产品质量的前提下，通过简化产品结构、减轻产品重量等办法来节约物质消耗。对产品生产工艺在生产经验的积累基础上进行优化升级是降低成本的重要举措，这对制造业企业来说尤其重要。使用先进生产工艺，可以减少材料消耗，提高生产效率，有效降低产品单位成本。

(二)使用新材料、廉价代用材料，降低直接材料成本

生产厂家通过大量的生产实践和新科学技术的吸收使用，生产厂家通过使用廉价的常规材料或效果更佳的高分子新材料代替旧的材料，这样既能有效推广新产品、新技术，又能节约材料使用合理降低材料消耗成本。材料代用是节约物资消耗的一个重要途径，为了发展生产，降低消耗，可以用资源多的材料代替稀缺材料，用便宜材料代替贵重材料，如以煤代焦、以铝代铜等。产供销各部门要协调沟通，不断优化和扩大产品耗用材料的采购渠道、品种和来源，通过使用新材料、廉价代用材料来不断降低产品对直接材料的消耗成本。

(三)落实工资指标，控制工资支出

加强企业工资总额的管理，严格控制工资的支出范围，不断提高企业劳动生产率，减少单位产品成本中的工资费用，对降低产品成本具有重要意义。要节约工资费用，就要从控制工资总额和促进劳动生产率提高这两方面来加强管理。实行严格的定员、工时定额制度，控制好工资总额。为减少单位产品成本中的工资费用，企业劳动工资部门和财务部门还要采取各种措施，促进企业提高劳动生产率。企业在实际工作中可采取以下方式提高生产效率：加强思想政治工作，巩固劳动纪律；改变落后的企业组织形式，有效地利用现代化的科学技术，改善劳动组织，不断加强企业产品生产的专业化和科学协作程度；加强企业生产工人的生产技能培训工作，提高一线工人的生产技术水平与产品生产操作的熟练度，逐步实行生产过程的机械化和自动化。

(四)加强设备维护管理、控制辅助材料耗费，提高设备利用率

对生产线上的所有设备要根据产品生产需要，进行科学调整合理摆布，优化设备配置，排除生产设备产能瓶颈工序；专人做好生产设备的维护保养，合理节省设备修理费用；减少设备的故障率，压缩设备能源及辅助材料的消耗；提高设备运转效率,降低停机损失；提高工作效率，减少残次品损失，千方百计降低制造费用，牢牢将生产成本控制在手中。

三、结束语

企业成本控制与企业产品成本高低和整体经济效益的优劣息息相关，加强企业产品成本控制，降低企业产品成本，提高企业经济效益是长远发展的需要。我们要在认真秉持成本控制原则的基础上，着重探索和研究加强成本控制、降低企业成本、提高经济效益的新的有效途径和方法，并在实际工作中不断地去实践、完善和提高。

改变高分子材料的途径篇4

【关键词】化工工艺超滤技术

中图分类号：C29 文献标识码：A 文章编号：

超滤技术是通过膜表面的微孔结构对物质进行选择性分离。当液体混合物在一定压力下流经膜表面时，小分子溶质透过膜（称为超滤液），而大分子物质则被截留，使原液中大分子浓度逐渐提高（称为浓缩液），从而实现大、小分子的分离、浓缩、净化的目的。电泳漆经过超滤膜过滤，高分子树脂分子和色浆被截留，水分和小分子物质则透过分离膜，从而达到净化电泳漆、脱去水分的功效，目前超滤技术在化工工艺过程中得到了广泛的应用。

一、超滤技术的原理

超滤是膜分离技术的一种类型，其性能与超滤膜密切相关。一般认为可以将直径小于0.3μm的粒子与溶剂分离的膜分离过程即为超滤。它是利用膜两侧的压力差为动力进行分离的，常温下的分离静压差一般为100～500Pa。超滤膜可视为多孔膜，其截留取决于膜的过滤孔径和溶质的大小、形状，其孔径范围为0.05μm(接近微滤)～1nm(接近纳滤)。超滤过程中，溶剂的传递正比于操作压力。溶剂通过多孔膜的对流流动可用Kozeny-Car-man公式表示:

J=KΔp

式中:J――超滤膜通量；

K――渗透系数，包含了所有结构因素；

Δp――膜两侧压力差。

二、超滤技术的基本结构

1、粒子的形成及其分布

研究证明，速度变化（重力沉降）形成的雾滴粒径多在100μm以上，压力变化形成的雾化粒子粒径在10μm~100μm，温度变化形成的冷凝粒子粒径在0.01~10μm，且形成的1μm粒子的重量百分比高达40%。其中极性粒子约为1~10μm以上，非极性粒子约为0.01~1μm。传统分离设备依靠惯性折转、旋流，重力沉降，丝网除沫方式，仅对10μm～100μm范围的液体粒子效果较好，而对于10μm以下的粒子分离效果较差，为有效分离10μm以下的小粒子，须采用超滤技术进行高效气液分离。

2、分离机理

以西安超滤公司为例，其推出超滤方法进行高效气液分离，并首先确定了设备的结构、过滤分离材料的精度与过滤分离材料的极性三位一体的思路，即根据不同的介质和工艺条件，确定采用过滤材料--滤芯种类及其组合。比如烧结不锈钢纤维毡滤芯（以下简称SF滤芯），可用于水、液氨等极性分子，而超细玻璃纤维滤芯（以下简称MF滤芯）则适用于油、凝析油等非极性分子。SF滤芯采用外进里出的气体流动方式，利用了该材料的极性和巨大的表面积，而MF滤芯采用里进外出方式，利用过滤层的亲油疏水性能及扩散、碰撞和拦截等综合过滤机理（凝聚式过滤），在通过组合滤层时凝聚长大，最终在背风面依靠重力降落实现气液分离。

3、极性选择与结构

介质的极性可以用偶极矩衡量，偶极矩等于分子正电中心或负电中心上的电量乘以两个中心之间的距离所得的积。偶极矩为零的分子都是非极性分子，他们的正负电中心都重合在一起。偶极矩不等于零的分子称为极性分子如H2O，NH3。极性分子之间存在取向、诱导和色散作用，这三种作用都是吸引作用。不同介质的极性大小不一样其凝聚力也不相同。因此针对需分离粒子极性不同选择不同的分离材料也是影响分离效果的关键因素，比如分离极性粒子可采用单级高效分离元件，而分离油气溶胶粒子或乳化油粒子则必须采用两级高效分离元件。超滤技术主要采用高效率低阻力纤维过滤材料，为了提高过滤材料的连续使用寿命，我们采用了如下方法：

（1）增大孔隙率，采用更先进的材料，纤维更细，精度更高，孔隙率增大一倍，容尘量增大一倍，过滤材料连续使用寿命增加两倍。

（2）增大过滤面积，采用折叠式滤芯，在阻力相同情况下，流通面积增加一倍，纳污量增加三倍，寿命增加三倍。此外，结构设计上应保留传统惯性分离技术的优点，最大限度发挥各种分离作用以达到最佳效果。

三、化工工艺过程中超滤技术的具体应用

1、合成氨

高压机后新鲜汽油分离用途：除去新鲜气中的油水尘等杂质，保护合成触煤、降低能耗。

应用举例：四川广宇化工股份有限公司在新鲜气管路上采用了两级高效过滤器，每年排放油水16.2吨为理论水量的92.36%，分离效率比原来的45～47%大大提高，自98年投产以来，一直运行良好。由于采用了超滤技术，大大改善了冷交换器的油污和积碳堵塞现象，进一步优化了操作条件，有效保护了合成塔触媒。该公司是合成氨原料气中最早使用超滤技术的用户，使用过程中，充分显示了超滤技术特点和强大生命力，使多年来长期得不到解决的合成氨新鲜气带油问题得到了解决，为合成氨工业全面推广应用该项技术开辟了一条成功道路。

2、氨分离改造

用途：高效氨分离，从气体分离出雾状液氨，能降低入塔氨含量，降低能耗。直接经济效益明显。

应用举例：湖南湘氮实业有限公司利用其原高压氨分外筒，用超滤技术对内件进行改造，自2010年10月开始投入运行，取得很好的效果，透平循环机能正常运转，合成塔进口氨含量降低1.4%，年产量氨增加18768吨，增收3500多万元。

3、循环机后油分离器

用途：除去气体中夹带的油水杂质，保护合成触煤，降低能耗。

应用举例：湖南湘氮实业，用于往复式循环机油分改造，自2009年1月投运以来，排放油水量明显比以前增加，合成触煤的寿命已由改造前的3个月左右，延长到现在的7-8个月，目前仍在高效低阻状态下运行。

4、变换气后过滤器

用途：除去变换气中的油水杂质，保护变换触煤。

应用举例：陕西化肥厂在新鲜气压缩机三段出口采用了二级超滤过滤器，自2010年4月投产以来，每小时平均排油水100余公斤，有效保护低变触煤。

5、尿素

用途：除去CO2气体中的油污，降低能耗，提高产品质量。

应用举例：山东章丘第二化肥厂在CO2压缩机后使用了超滤过滤器，使用后现，一、二段分解加热器的油污垢情

况大大改善，提高了传热效果，蒸汽消耗量稳定，尿素产品颜色洁白。首台CO2高效除油器的成功应用为后续厂家改造起到了典范作用。

6、硝酸

用途：除去氨气中的油污，保护昂贵的触煤铂网，延长其工作寿命。

应用举例：山东海化潍坊硝铵厂在销酸氧化炉前气氨过滤器采用了超滤过滤器，使用后，氧化炉铂金属丝网寿命延长，现已连续运转2年多，同时过滤清洗周期比原布袋过滤器长，减少了不少工作量。

7、硝铵

用途：除去氨气中夹带的油污，防治氨气带油进入硝铵中和工段，提高系统安全性能，防止意外。

应用举例：兰州化学工业公司化肥厂硝铵车间，在氨压缩机气氨档板过滤器之后加装了超滤过滤器，根据2010年8月份投产以来的情况看，气氨中的油含量，由进口状态的50-60ppm降至6-10ppm，完全满足硝铵中和工段的要求，对系统的安全运行起到了重要的作用。

8、炼油厂尾气回收

用途：从气体中分离出杂质，保护中空纤维膜，延长膜的使用寿命。

安庆石化总厂柴油加氢尾气回收膜分离器前原旋风分离器后采用了SF+MF+SMF三级超滤技术，过滤精度达到了0.01μm，效率达到了99.99%，现已连续使用2年多，分离出大量含硫化氢、柴油和水混合液体，有效保护中空纤维膜，延长了膜的使用寿命。

9、天然气净化及凝析油回收

用途：从气体中分离出杂质，保护中空纤维膜，延长膜的使用寿命。

长庆油田在天然气中空纤维膜干燥器前设置三级超效过滤器，用于净化气体保护中空纤维膜，使用中意外发现分离出大量凝析油，现已推广至工业大规模应用。

结束语

超滤膜是超滤技术的心脏，超滤膜的优劣直接关系到超滤性能，超滤技术的进一步发展关键是超滤膜的提升。

随着科技的发展和膜分离技术应用领域的扩大，很多新型分离膜得到了开发，研发出了耐温、耐压、耐酸碱腐蚀，抗污染等孔型超滤膜；耐氧化、耐游离氯的复合膜；具有催化功能的分离膜等等。

参考文献

[1] 岳学山. 论超滤技术在化工工艺过程中的应用[J]. 黑龙江科技信息. 2010(20)

[2] 李小云,黄晓菊. 超滤技术的应用和发展研究[J]. 北方环境. 2012(01)

改变高分子材料的途径篇5

作文素材素材积累方法与途径掌握充足的作文素材是写出优秀作文的基础，正如建筑的构件一样，素材的好坏、优劣是决定能否建成美观、结实建筑的前提，做好素材积累是写好作文的第一要务。

一、正确认识作文素材积累的深意

积累素材，并不只是对字、词、句子的简单累积，而是要充分理解字、词、句子背后的来龙去脉，理解每个词语背后的典故，只有这样才能在领会字面意思的同时，把更深的意义融会到内心深处，才能在更深层次上领会材料的“味道”，才能在写作时正确运用材料。

比如，在成语材料的积累上，熟悉成语背后的故事才更有意义。拿“开天辟地”这个成语来说，字面上的解释是“前所未有的，有史以来第一次的”，这个解释对于小学生来说是不容易理解的，生疏的，也不会在写作时游刃有余地加以运用。但如果能够将这个成语的由来讲清楚，便会给学生留下深刻的印象。因此，有必要把这个成语的来历――“开天”的故事讲给学生：世界之初，既没有天，也没有地，是一个完全分不开的一团混沌，就像个巨大的蛋，而就孕育在这个蛋里。过了好多年，逐渐长大，他开始活动起来，大蛋似的世界也逐渐分开了，轻的、清的东西上升，成为天；重的、浊的东西下沉，成为地。起初，天地离得很近，随着的成长，天地间的距离也越来越远，用身体撑起了天与地，天与地重新合到一起的可能性不再存在了，他“开天辟地”的事业成功了。他死后，呼出气的变成了风和云，声音变成了雷电，左眼变成了太阳，右眼变成了月亮，手足变成了大地，身体变成了大山……通过这个故事，积累的不仅仅是“开天辟地”一个成语，学生更可以在这个故事里看到“奉献”“坚韧”“神奇”，学习到“清浊”“混沌”等等。积累的真正意义是由此及彼，举一反三，融会贯通。

二、素材积累的方法

积累素材不能为了积累而积累，更不能把“死记硬背”“生搬硬套”当作掌握素材和运用素材的不二法则，应引导和培养学生兴趣，激发他们积累素材的强烈意愿。

关于素材积累的方法，许多教师给出了不少建议，比如笔记法、联想法、摘要法、心得法等等。每种方法都有自己的优势与不足，关键是要学会运用，因此，提出了一种新的方法――实践法。

所谓实践法，就是把收集到的字、词、句、故事等作文素材通过实践运用加以深化这些素材真正成为学生自己的知识，成为写作素质体系中最为稳定的一部分。只有在真正的写作实践中加以正确、合理的运用，才能在头脑里建立起素材的概念，不仅要“记得住”，还要“用得对”“用得好”。对于词，可以通过造句加深理解，如关于“看”的词汇有“瞥、瞅、望、瞄、瞪、盯、观察、凝视、注视、看望、探望、瞻仰、扫视、环视、仰望、俯视、鸟瞰、俯瞰、远望、眺望、t望”等等，为了让学生区分不同“看”的意思，在讲清楚这些词意思的前提下，可以通过造句，加深对词的理解：（1）我站在山顶，（俯瞰）脚下树尖上飞过的小鸟，真想和它们一起飞；（2）我站在山顶，（眺望）远方，我的心仿佛也和轻巧的白云一起飘走了。同样是“看”，两个句子选的词是不一样的，从高处向下看是“俯瞰”，由近向远处看是“眺望”，简单的选词造句练习可以使学生轻松地掌握不同看的意义，在将来的写作过程中也就会准确地加以运用。因此，实践的作文素材积累方法有助于在认识、收集的基础实现对素材深层次的“二次加工”。在教学实践中，这种素材的积累方法收到了较好的教学效果，如果再结合其他积累方法，并综合运用，学生作文中的遣词造句、旁引博证就会比较准确、恰当。

三、作文素材积累的途径

素材积累，首先要有获取素材的途径。除了可以从课本中、课外阅读材料中、自然界中、生活中获取素材外，计算机网络无疑是当今这个时代获取信息，积累作文素材的重要途径。

一方面，随着网络，特别是智能手机的广泛应用，网络、移动网络走进了人们的生活，深深地影响着人们的生活，学生也必将接触、使用到网络；另一方面，方便、快捷、海量的网络信息改变了传统的信息获取方式，信息的查询、收集、利用首选的就是网络。作文素材更多地来源于网络，正在成为第一来源。因此，作为老师要引导学生学习网络知识，以便可以充分利用网络来积累作文素材。

当然，通过网络积累作文素材必处理好两个问题：一是对信息的甄别。众所周知，网络是开放的，网络上的信息良莠不齐、真假共存，在收集素材时就要擦亮眼睛，学会辨别真伪，分清好坏，尽量从权威性的、口碑好的网站上下载素材；二是防止无关信息的干扰。网络上的信息丰富多彩，查找信息时经常会有广告、游戏等信息弹出，对于低龄的学生来说，这些无关的信息有时充满了诱惑，很有可能被吸引，而忽略了对素材的查找。因此，作为老师、家长应关注学生的上网行为，经常加以引导，让学生们树立正确的网络观念，科学上网。

总之，作文素材的积累是个长期的过程，需要学生具有持之以恒的精神。作为写好作文的基础工作，只要树立正确的素材观，掌握科学的素材积累方法，找到适合自己的素材积累途径，经过努力就一定能够成为素材的“富翁”，作文的“高手”。

参考文献：

[1]王军.作文素材的积累方法[J].考试与招生，2009（3）：46-48.

[2]何嘉慧.厚积而薄发――初中生作文素材积累的重要性及途径[J].中国校外教育，2015，（6）：125.

[3]邱仁凤.小学语文作文素材积累途径探析[J].语文学刊，2013，（1）：11-13.

改变高分子材料的途径篇6

关键词：化工工艺；超滤技术；应用

1.化工生产现状及超滤技术基本原理和结构

1.1化工工业生产现状

长期以来，化工生产过程中突出的难题是气体中夹带的微小液滴和油雾难以分离，在合成氨、尿素、硝酸、硝铵等生产过程中，油污能使各种触媒中毒失效、换热设备换热效率下降、阻力增加。以西安超滤公司为例，其采用超滤技术及高效、低阻、长寿命的过滤材料，开发出了各种高效气液分离装置。超滤技术成功解决了传统惯性分离存在的缺陷，利用新技术、新材料在传统惯性分离技术基础上实现设备的结构、过滤分离材料的精度和材料极性有机结合，其效率可达99%~99.99%。

1.2粒子的形成及其分布

研究证明，速度变化（重力沉降）形成的雾滴粒径多在100μm以上，压力变化形成的雾化粒子粒径在10μm~100μm，温度变化形成的冷凝粒子粒径在0.01~10μm，且形成的1μm粒子的重量百分比高达40%。其中极性粒子约为1~10μm以上，非极性粒子约为0.01~1μm。

传统分离设备依靠惯性折转、旋流，重力沉降，丝网除沫方式，仅对10μm～100μm范围的液体粒子效果较好，而对于10μm以下的粒子分离效果较差，为有效分离10μm以下的小粒子，须采用超滤技术进行高效气液分离。

1.3分离机理

以西安超滤公司为例，其推出超滤方法进行高效气液分离，并首先确定了设备的结构、过滤分离材料的精度与过滤分离材料的极性三位一体的思路，即根据不同的介质和工艺条件，确定采用过滤材料--滤芯种类及其组合。比如烧结不锈钢纤维毡滤芯（以下简称SF滤芯），可用于水、液氨等极性分子，而超细玻璃纤维滤芯（以下简称MF滤芯）则适用于润滑油、凝析油等非极性分子。SF滤芯采用外进里出的气体流动方式，利用了该材料的极性和巨大的表面积，而MF滤芯采用里进外出方式，利用过滤层的亲油疏水性能及扩散、碰撞和拦截等综合过滤机理（凝聚式过滤），在通过组合滤层时凝聚长大，最终在背风面依靠重力降落实现气液分离。

1.4极性选择与结构

介质的极性可以用偶极矩衡量，偶极矩等于分子正电中心或负电中心上的电量乘以两个中心之间的距离所得的积。偶极矩为零的分子都是非极性分子，他们的正负电中心都重合在一起。偶极矩不等于零的分子称为极性分子如H2O，NH3。极性分子之间存在取向、诱导和色散作用，这三种作用都是吸引作用。不同介质的极性大小不一样其凝聚力也不相同。因此针对需分离粒子极性不同选择不同的分离材料也是影响分离效果的关键因素，比如分离极性粒子可采用单级高效分离元件，而分离油气溶胶粒子或乳化油粒子则必须采用两级高效分离元件。超滤技术主要采用高效率低阻力纤维过滤材料，为了提高过滤材料的连续使用寿命，我们采用了如下方法：

（1）增大孔隙率，采用更先进的材料，纤维更细，精度更高，孔隙率增大一倍，容尘量增大一倍，过滤材料连续使用寿命增加两倍。

（2）增大过滤面积，采用折叠式滤芯，在阻力相同情况下，流通面积增加一倍，纳污量增加三倍，寿命增加三倍。此外，结构设计上应保留传统惯性分离技术的优点，最大限度发挥各种分离作用以达到最佳效果。

2.化工工艺过程中超滤技术的具体应用

2.1合成氨

高压机后新鲜气油分离

用途：除去新鲜气中的油水尘等杂质，保护合成触煤、降低能耗。

应用举例：四川广宇化工股份有限公司在新鲜气管路上采用了两级高效过滤器，每年排放油水16.2吨为理论水量的92.36%，分离效率比原来的45～47%大大提高，自98年投产以来，一直运行良好。由于采用了超滤技术，大大改善了冷交换器的油污和积碳堵塞现象，进一步优化了操作条件，有效保护了合成塔触媒。该公司是合成氨原料气中最早使用超滤技术的用户，使用过程中，充分显示了超滤技术特点和强大生命力，使多年来长期得不到解决的合成氨新鲜气带油问题得到了解决，为合成氨工业全面推广应用该项技术开辟了一条成功道路。

2.2氨分离改造

改变高分子材料的途径篇7

关键词：回归课本；复习教学；高三化学

高三，进入高中学习的另外一个阶段。它不再是学习新知识的过程，而是一个巩固、强化、提升的新篇章。怎样将高中阶段的化学知识有机整合而不是机械的重现，成为一门很深的学问。很多学生、教师过分地倚重参考书，很少使用、甚至直接抛弃课本，在学生的书桌上高高的复习资料中，鲜见课本，很多学生干脆不带课本上学，迷信参考资料，舍本逐末。

新课程改革背景下的浙江省高考命题却是“源于教材，高于教材”，回归课本的目的就是要寻“源”。教材和考试大纲可以说是出应对高考的“宪法”。课本才是母题库，每一道高考题都可以从课本中找到源头。纵观近年来的高考试题，呈现出回归教材的趋势。在各省的高考试题中不少让学生感到生疏的题目，都是在课本上基础知识上变形、再加工而来的。

在高三化学复习的过程中，笔者通过研究课本发现在高中化学教材中，有很多值得学生认真关注并深入研究的素材。本文就以“化学反应与能量转化”为例，来谈谈在高考复习中如何利用“追本溯源，回归课本”这一教学方式进行高考复习。

能量与人民的生活息息相关，是距离我们生活最近的化学。教师如何在“化学反应与能量转化”这一章节的复习过程中，将零散的知识加以归纳、整理，将各种化学电源的工作原理与原电池的工作原理进行比较，归纳其相同点，深化学生对原电池原理的认识，利用原理来解决一些实际问题，达到学以致用的目的，是一门高深的艺术。

《化学2》课本的专题2化学反应与能量转化中，第四单元太阳能、生物质能和氢能的利用章节中，图2-24氢能产生与利用的途径如下：

本图包含了专题2中的所有内容：化学反应的热效应、电化学（原电池、电解池）、能源的转化和利用。如果能够挖掘其内涵并深加工这张图表，就可以将这些内容融为一个整体，贯穿图表的始终，帮助学生形成一个完整的知识网络，将具体、细致、繁多的知识内化，提升学生的综合应用能力，在高考解题中能够做到得心应手，游刃有余。

一、化学反应中的热效应

利用途径①，可以解决化学反应中的热效应所有知识，包括基本概念（放热、吸热反应、键能、反应热、热值）、基本原理（反应方向的判断基本理论（盖斯定律））、简单计算（热化学方程式的书写、H计算）、图像问题。可以同时进行加工。如设计两个问题。问题1：已知1g氢气完全燃烧生成液态水放出热量为142.9kJ ，请写出该反应的热化学方程式；问题2：又已知H2O（g）= H2O（l） H=-43.9kJ・mol-1 ，请写出1g氢气完全燃烧生成气态水的热化学方程式。通过这两个问题的讲解，再加上图像的分析，学生对化学反应中的热效应的理解就能够形成一个系统的知识网。

二、电化学

1.原电池

利用途径②，可以复习电化学中的原电池。原电池的工作原理、电极反应、带电粒子的定向移动、溶液中离子浓度、PH等的变化以、利用得失电子守恒进行简单的定量计算、了解常见的化学电源等知识，从而避免周而复始的知识重复，激发学生的学习兴趣，使学生每节课都能“眼前一亮”。深加工两个问题。

问题1：氢气和氧气反应生成水为什么能设计成原电池？

问题2：水转化为氢气和氧气能否设计成原电池？请画出该原电池的装置图，并写出电极方程式。

根据学生的书写结果进行点评，然后展示下图，并提出如下变式问题，使学生逐层递进的深化理解原电池的基本原理，并能做到融会贯通、举一反三、学以致用。

思考：

（1）请判断该电池的正负极。

（2）若电解质溶液为KOH溶液请写出正负极反应式。

（3）请分析该图中带点粒子的移动方向。

（4）若将H2换成CH4，写出负极的电极反应式。

（5）若将KOH（aq）换成可以传导O2-的固体氧化物作为电解质，O2-向哪极移动，电极反应式如何变化？

2.电解池

利用途径③的转化，实现电解池的知识的综合复习。电解池的工作原理、电极反应、精炼铜、电镀等知识综合运用。配以下列问题将具体的知识学以致用，解决问题。

思考：

（1）请判断该电池的阴阳极。

（2）请写出阴阳极电极反应式（惰性电极）（铜做阳极）（铜做阴极）。

（3）请分析该图中带点粒子的移动方向。

（4）若将K2SO4换成KOH，请写出电极反应式。

（5）若将K2SO4溶液恢复原浓度，需要加入什么物质？

再将②③途径整合，就可以灵活运用原电池、电解池知识学习常见的电源、金属的腐蚀与防护等实际应用问题，真正做到熟记于心、融会贯通。

三、能源的开发和利用

利用途径④，将能量的转化形式、新能源的开发和利用综合复习，对能源有一个整体的认知，不再是零散的知识模块。

通过对这四条转化途径的逐一复习、整合利用，有助于学生形成一个完整的能量转化、开发、利用知识体系。可以通过寻找新的复习切入点，很好地解决高三复习课教师难上、学生不愿听的尴尬局面。

“追本溯源，回归课本”通过新的复习视角，激发高三学生参与化学学习的兴趣和热情，给旧知识注入新的活力。“追本溯源，回归课本”这种复习方式，改变了以往基础知识梳理和典型习题分析的教学思路，在复习已学知识、培养解题技巧的基础上，通过有机整合，将知识进一步提升和内化，追求知识的系统性和综合性，建立一个完善的知识体系。

总之，教材始终是最重要的知识载体。新课程改革背景下的高考对能力的考查离不开课本知识，这就提醒教师要重教材、重基础，这才是高中化学学习的根本之道。高考考察的知识点都在教材之内，只要能够“吃透教材”，遇到高考题，只需对掌握的课本知识点进行思维深加工，就可以以“不变应万变”，从而应对自如了。只要能做到“以本为本”，高考无论考查什么内容，以怎样的形式呈现，学生都能处理得得心应手，取得好成绩。

参考文献：

[1]缪徐.教学反思的内容与教研文章的撰写[J].中学化学教学参考，2006（1）：10-12.

改变高分子材料的途径篇8

论文摘要：将量子化学原理及方法引入材料科学、能源以及生物大分子体系研究领域中无疑将从更高的理论起点来认识微观尺度上的各种参数、性能和规律，这将对材料科学、能源以及生物大分子体系的发展有着重要的意义。

量子化学是将量子力学的原理应用到化学中而产生的一门学科，经过化学家们的努力，量子化学理论和计算方法在近几十年来取得了很大的发展，在定性和定量地阐明许多分子、原子和电子尺度级问题上已经受到足够的重视。目前，量子化学已被广泛应用于化学的各个分支以及生物、医药、材料、环境、能源、军事等领域，取得了丰富的理论成果，并对实际工作起到了很好的指导作用。本文仅对量子化学原理及方法在材料、能源和生物大分子体系研究领域做一简要介绍。

一、在材料科学中的应用

（一）在建筑材料方面的应用

水泥是重要的建筑材料之一。1993年，计算量子化学开始广泛地应用于许多水泥熟料矿物和水化产物体系的研究中，解决了很多实际问题。

钙矾石相是许多水泥品种的主要水化产物相之一，它对水泥石的强度起着关键作用。程新等[1,2]在假设材料的力学强度决定于化学键强度的前提下，研究了几种钙矾石相力学强度的大小差异。计算发现，含Ca钙矾石、含Ba钙矾石和含Sr钙矾石的Al-O键级基本一致，而含Sr钙矾石、含Ba钙矾石中的Sr，Ba原子键级与Sr-O，Ba-O共价键级都分别大于含Ca钙矾石中的Ca原子键级和Ca-O共价键级，由此认为，含Sr、Ba硫铝酸盐的胶凝强度高于硫铝酸钙的胶凝强度[3]。

将量子化学理论与方法引入水泥化学领域，是一门前景广阔的研究课题，它将有助于人们直接将分子的微观结构与宏观性能联系起来，也为水泥材料的设计提供了一条新的途径[3]。

（二）在金属及合金材料方面的应用

过渡金属(Fe、Co、Ni)中氢杂质的超精细场和电子结构，通过量子化学计算表明，含有杂质石原子的磁矩要降低，这与实验结果非常一致。闵新民等[4]通过量子化学方法研究了镧系三氟化物。结果表明，在LnF3中Ln原子轨道参与成键的次序是：d＞f＞p＞s，其结合能计算值与实验值定性趋势一致。此方法还广泛用于金属氧化物固体的电子结构及光谱的计算[5]。再比如说，NbO2是一个在810℃具有相变的物质(由金红石型变成四方体心)，其高温相的NbO2的电子结构和光谱也是通过量子化学方法进行的计算和讨论，并通过计算指出它和低温NbO2及其等电子化合物VO2在性质方面存在的差异[6]。

量子化学方法因其精确度高，计算机时少而广泛应用于材料科学中，并取得了许多有意义的结果。随着量子化学方法的不断完善，同时由于电子计算机的飞速发展和普及，量子化学在材料科学中的应用范围将不断得到拓展，将为材料科学的发展提供一条非常有意义的途径[5]。

二、在能源研究中的应用

（一）在煤裂解的反应机理和动力学性质方面的应用

煤是重要的能源之一。近年来随着量子化学理论的发展和量子化学计算方法以及计算技术的进步，量子化学方法对于深入探索煤的结构和反应性之间的关系成为可能。

量子化学计算在研究煤的模型分子裂解反应机理和预测反应方向方面有许多成功的例子,如低级芳香烃作为碳/碳复合材料碳前驱体热解机理方面的研究已经取得了比较明确的研究结果。由化学知识对所研究的低级芳香烃设想可能的自由基裂解路径，由Guassian98程序中的半经验方法UAM1、在UHF/3-21G*水平的从头计算方法和考虑了电子相关效应的密度泛函UB3LYP/3-21G*方法对设计路径的热力学和动力学进行了计算。由理论计算方法所得到的主反应路径、热力学变量和表观活化能等结果与实验数据对比有较好的一致性，对煤热解的量子化学基础的研究有重要意义[7]。

（二）在锂离子电池研究中的应用

锂离子二次电池因为具有电容量大、工作电压高、循环寿命长、安全可靠、无记忆效应、重量轻等优点，被人们称之为“最有前途的化学电源”，被广泛应用于便携式电器等小型设备，并已开始向电动汽车、军用潜水艇、飞机、航空等领域发展。

锂离子电池又称摇椅型电池，电池的工作过程实际上是Li+离子在正负两电极之间来回嵌入和脱嵌的过程。因此，深入锂的嵌入-脱嵌机理对进一步改善锂离子电池的性能至关重要。Ago等[8]用半经验分子轨道法以C32H14作为模型碳结构研究了锂原子在碳层间的插入反应。认为锂最有可能掺杂在碳环中心的上方位置。Ago等[9]用abinitio分子轨道法对掺锂的芳香族碳化合物的研究表明，随着锂含量的增加，锂的离子性减少，预示在较高的掺锂状态下有可能存在一种Li-C和具有共价性的Li-Li的混合物。Satoru等[10]用分子轨道计算法，对低结晶度的炭素材料的掺锂反应进行了研究，研究表明，锂优先插入到石墨层间反应，然后掺杂在石墨层中不同部位里[11]。

随着人们对材料晶体结构的进一步认识和计算机水平的更高发展，相信量子化学原理在锂离子电池中的应用领域会更广泛、更深入、更具指导性。

三、在生物大分子体系研究中的应用

生物大分子体系的量子化学计算一直是一个具有挑战性的研究领域，尤其是生物大分子体系的理论研究具有重要意义。由于量子化学可以在分子、电子水平上对体系进行精细的理论研究，是其它理论研究方法所难以替代的。因此要深入理解有关酶的催化作用、基因的复制与突变、药物与受体之间的识别与结合过程及作用方式等，都很有必要运用量子化学的方法对这些生物大分子体系进行研究。毫无疑问，这种研究可以帮助人们有目的地调控酶的催化作用,甚至可以有目的地修饰酶的结构、设计并合成人工酶；可以揭示遗传与变异的奥秘,进而调控基因的复制与突变，使之造福于人类；可以根据药物与受体的结合过程和作用特点设计高效低毒的新药等等，可见运用量子化学的手段来研究生命现象是十分有意义的。

综上所述，我们可以看出在材料、能源以及生物大分子体系研究中，量子化学发挥了重要的作用。在近十几年来，由于电子计算机的飞速发展和普及，量子化学计算变得更加迅速和方便。可以预言，在不久的将来，量子化学将在更广泛的领域发挥更加重要的作用。

参考文献：

[1]程新.[学位论文].武汉:武汉工业大学材料科学与工程学院,1994

[2]程新,冯修吉.武汉工业大学学报,1995,17(4):12

[3]李北星,程新.建筑材料学报,1999,2(2):147

[4]闵新民,沈尔忠,江元生等.化学学报,1990,48(10):973

[5]程新,陈亚明.山东建材学院学报,1994,8(2):1

[6]闵新民.化学学报,1992,50(5):449

[7]王宝俊,张玉贵,秦育红等.煤炭转化,2003,26(1):1

[8]AgoH,NagataK,YoshizawAK,etal.Bull.Chem.Soc.Jpn.,1997,70:1717

[9]AgoH,KatoM,YaharaAK.etal.JournaloftheElectrochemicalSociety,1999,146(4):1262

[10]SatoruK,MikioW,ShinighiK.ElectrochimicaActa1998,43(21-22):3127