scCO2溶剂中金纳米颗粒界面性质的分子模拟
scCO2综述
1超临界流体的基本知识1.1超临界流体的发展史超临界流体具有溶解其他物质的特殊能力,1822年法国医生Cagniard 首次发表物质的临界现象,并在1879即被Hannay和Hogarth二位学者研究发现无机盐类能迅速在超临界乙醇中溶解,减压后又能立刻结晶析出.但由于技术,装备等原因,时至20世纪30年代,Pilat和Gadlewicz两位科学家才有了用液化气体提取「大分子化合物」的构想.1950年代,美,苏等国即进行以超临界丙烷去除重油中的柏油精及金属,如镍,钒等,降低后段炼解过程中触媒中毒的失活程度,但因涉及成本考量,并未全面实用化.1954年Zosol用实验的方法证实了二氧化碳超临界萃取可以萃取油料中的油脂.此后,利用超临界流体进行分离的方法沈寂了一段时间,70年代的后期,德国的Stahl等人首先在高压实验装置的研究取得了突破性进展之后,「超临界二氧化碳萃取」这一新的提取,分离技术的研究及应用,才有实质性进展;1973及1978年第一次和第二次能源危机后,超临界二氧化碳的特殊溶解能力,才又重新受到工业界的重视.1978年后,欧洲陆续建立以超临界二氧化碳作为萃取剂的萃取提纯技术,以处理食品工厂中数以千万吨计的产品,例如以超临界二氧化碳去除咖啡豆中的咖啡因,以及自苦味花中萃取出可放在啤酒内的啤酒香气成分. 超临界流体萃取技术近30多年来引起人们的极大兴趣,这项化工新技术在化学反应和分离提纯领域开展了广泛深入的研究,取得了很大进展,在医药,化工,食品及环保领域成果累累.1.2超临界流体的定义纯净物质要根据温度和压力的不同，呈现出液体、气体、固体等状态变化，如果提高温度和压力，来观察状态的变化，那么会发现，如果达到特定的温度、压力，会出现液体与气体界面消失的现象该点被称为临界点，在临界点附近，会出现流体的密度、粘度、溶解度、热容量、介电常数等所有流体的物性发生急剧变化的现象温度及压力均处于临界点以上的液体叫超临界流体(supercritical fluid，简称SCF)。
scCO2体系中SiO2纳米颗粒自组装行为的分子模拟
本科毕业设计（论文）题目：scCO2体系中SiO2纳米颗粒自组装行为的分子模拟学生姓名：学号：专业班级：指导教师：年月日scCO2体系中SiO2纳米颗粒自组装行为的分子模拟摘要在非常规油藏的开采中，超临界CO2（scCO2）压裂正在发挥越来越重要的作用。
然而，scCO2压裂液承载支撑剂的微观行为和机制尚不清楚。
我们进行分子动力学模拟来研究二氧化硅纳米颗粒被超临界CO2中Na(diHCF4)表面活性剂自组装反胶束（RM)包覆的行为。
通过观察自组装微观过程，可以看出纳米粒子在经历与启动配置无关的三个阶段可以迅速地被包覆在自组装单层（SAM）中。
我们对溶剂结构的分析显示了SAM有规则的布局，它阻碍了大量的CO2分子渗透到二氧化硅表面，从而导致纳米颗粒在scCO2溶剂中的弱溶剂化。
进一步的机理研究表明，在二氧化碳和表面活性剂之间的强Lewis酸碱相互作用导致了表面活性剂结构的变化。
由于羰基和部分氟化基团的存在，di-HCF4表现出优异的亲二氧化碳性和包覆支撑剂能力。
这项研究将有助于新的亲CO2表面活性剂的合成，促进在非常规油藏中的scCO2压裂技术发展。
关键词：scCO2；自组装；二氧化硅纳米颗粒；分子动力学模拟Molecular dynamics studies of self-assembled reverse micelles entrapping silica nanoparticle forsupercritical CO2 fracturingAbstractSupercritical CO2 (scCO2) fracturing is playing an increasingly important role in the exploitation of unconventional reservoir. However, the micro-behavior and mechanism of scCO2 fracturing fluid carrying proppant is still not clear. We performed molecular dynamics(MD) simulations to study the behavior of the spontaneous entrapment of silica nanoparticle inside a self-assembled reverse micelle (RM) of Na(diHCF4) surfactants in supercritical CO2. By observing theself-assembled microprocess, it can be seen that the nanoparticle can be rapidly encapsulated by self-assembled monolayer (SAM) experiencing three stages irrespective with the starting configurations. The analysis of solvation structure shows an organized arrangement of SAM which precludes the large permeation of CO2 molecules onto silica surface and thereby leads to weak solvation of nanoparticle in scCO2 solvent. The further mechanism investigation indicates that the strong Lewis acid-Lewis base interactions between CO2 and surfactants lead to the change of surfactant conformations. The di-HCF4 molecule exhibits excellent CO2-philicity and ability of entrapping proppant due to the existence of carbonyl and partially fluorinated groups. This study will be helpful for the synthesizing of new CO2-philic surfactants and promote the development of scCO2 fracturing technology in unconventional reservoir.Keywords：scCO2;self-assembled;silica nanoparticle;MD目录第一章引言 (1)1.1 论文研究目的及意义 (1)1.2 国内外研究现状及分析 (1)1.3 论文主要研究内容 (2)第二章分子动力学基础 (3)2.1 分子动力学基本原理及步骤 (3)2.2 本文模拟软件及相关模块简介 (3)2.2.1 模拟软件MS介绍 (4)2.2.2 Amorphous Cell模块 (4)2.2.3 Discover模块 (4)2.2.4 Forcite模块 (4)2.3 分子动力学模拟的系综及边界条件 (4)2.3.1 分子动力学模拟的系综 (4)2.3.2 边界条件 (5)2.4 力场 (6)2.5 控温方法 (6)第三章 SiO2纳米颗粒自组装微观过程及结构研究 (8)3.1模拟细节 (8)3.2 SiO2纳米颗粒自组装微观过程 (10)3.3 自组装反胶束微观结构 (12)3.4 本章小结 (14)第四章反胶束携带纳米粒子的微观机制 (15)4.1 SAM与纳米颗粒的相互作用 (15)4.2 scCO2中的纳米粒子的溶剂化结构 (16)4.3 scCO2中的Na(di-HCF4)溶剂化行为 (18)4.4 本章小结 (23)第五章总结 (24)致谢 (25)参考文献 (26)第一章引言1.1 论文研究目的及意义超临界二氧化碳（scCO2）是一种重要的超临界流体。
金纳米粒子的紫外吸收峰220-概述说明以及解释
金纳米粒子的紫外吸收峰220-概述说明以及解释1.引言1.1 概述金纳米粒子是一种具有特殊结构和性质的纳米材料，在科学研究和工业应用领域具有广泛的潜力。
金纳米粒子的制备方法多种多样，其中包括化学合成、溶液法、电化学法等。
这些方法可以根据需要控制金纳米粒子的形状、尺寸和表面性质，从而使其具备特定的物理和化学特性。
金纳米粒子的性质和应用也十分丰富和多样化。
由于其尺寸效应和表面效应的特殊性质，在光学、电学、磁学等领域展现出了独特的优势。
金纳米粒子在荧光标记、生物传感、催化剂等领域的应用具有广泛的前景。
此外，金纳米粒子还被广泛用于纳米电子器件、纳米催化反应、纳米医学等领域的研究和开发。
本文主要关注金纳米粒子的紫外吸收峰220的特性和影响因素。
紫外吸收峰220是金纳米粒子的一种光学性质，具体指金纳米粒子在紫外光区域的吸收峰位于波长220纳米附近。
这一特性对于金纳米粒子的表征和应用具有重要意义。
本文通过对金纳米粒子的制备方法、性质和应用的介绍，以及对金纳米粒子紫外吸收峰220的特性和影响因素的探讨，旨在增加对金纳米粒子的理解并推动金纳米粒子在相关领域的研究和应用的进一步发展。
此外，本文还展望了金纳米粒子未来研究的方向，并总结了金纳米粒子的紫外吸收峰220的影响因素，提供了对金纳米粒子研究的有益参考。
1.2文章结构1.2 文章结构本文将从以下几个方面进行探讨金纳米粒子的紫外吸收峰220以及相关的性质和应用。
首先，在引言部分，将对金纳米粒子的背景和重要性进行概述，以及文章的目的和结构进行介绍。
接下来，正文部分将着重介绍金纳米粒子的制备方法。
将介绍常见的化学合成、物理法等制备方法，并重点分析不同制备方法对金纳米粒子的粒径、形态和表面性质的影响。
然后，将深入探讨金纳米粒子的性质和应用。
将介绍金纳米粒子的表面等离子共振现象，以及其与电磁波的相互作用机制。
同时，还将探讨金纳米粒子在生物医学、催化和传感等领域的应用。
特别地，将重点关注金纳米粒子的紫外吸收峰220带来的应用前景和潜在的研究方向。
第一性原理研究3C - SiCMg复合材料界面的电子结构
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SnO_2纳米微粒的制备方法及其进展_王志强
第30卷第1期2008年2月湖州师范学院学报Jo ur nal of H uzhou T eachers CollegeV o l.30No.1Feb.,2008SnO2纳米微粒的制备方法及其进展*王志强1,2,张伟风1(1.河南大学物理与电子学院,河南开封475001; 2.河南大学人事处,河南开封475001)摘要:综述目前SnO2纳米微粒的常用制备方法,简要分析了各类制备方法的基本原理及特点.在归纳、总结和比较的基础上,指出了制备SnO2纳米微粒有发展潜力和应用前景的方法,并对制备SnO2纳米微粒的发展前景作了简要的介绍.关键词:SnO2;纳米微粒;制备方法;进展中图分类号:T F123文献标识码:A文章编号:10091734(2008)010052-040引言随着高尖端技术的迅猛发展,各类电子器件日益细微化,对超细微材料的研究越来越受到人们的关注.纳米材料是目前国际上最热门的研究课题之一.我们通常把尺寸在1nm~100nm之间,处于原子簇(粒径小于或等于1nm)和宏观物体交接区域内的粒子称为纳米材料或超微粒子[1].纳米材料的物理化学性质不同于微观原子和分子,也不同于宏观物体,纳米介于宏观世界与微观世界之间.纳米粒子的这种特殊类型结构导致它具有体积效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等,由这些效应引起的奇异物理和化学特性,使得纳米材料在化工、冶金、航空、国防等很多领域得到广泛应用.SnO2是一种重要的宽带隙N型半导体金属氧化物,在气敏半导体材料、湿敏半导体材料、透明导电薄膜、光学玻璃、陶瓷、颜料、发光材料、太阳能电池、化学电极等领域具有广泛应用.如何利用简单易得的设备和廉价的试剂制备出性能优异的SnO2纳米微粒,扩大其应用领域,一直是材料科学家们研究的热门课题.本文拟就目前常用的纳米SnO2微粒的制备方法及研究进展作简单介绍.1SnO2纳米微粒的制备方法纳米微粒的制备方法按制备原料状态可分为三大类:气相法、液相法和固相法.SnO2纳米微粒现有的制备方法有两类:液相法和气相法.1.1液相法液相法制备SnO2纳米微粒是将均相溶液通过各种途径使溶质和溶剂分离,溶质形成形状和大小一定的颗粒,得到所需粉末的前驱体,热解后得到纳米微粒.1.1.1溶胶凝胶法溶胶凝胶法是将金属醇盐或无机盐作为前驱物溶于溶剂中形成均匀的溶液,溶质与溶剂产生水解或醇解反应,反应生成物聚集成1nm左右的粒子并组成溶胶,再经蒸发、干燥转变为凝胶,再在较低于传统烧成温度下烧结,得到纳米尺寸的材料.如庞承新等[2]以SnCl4#5H2O、柠檬酸、氨水、草酸、聚乙二醇等为原料,采用溶胶凝胶法制备了纳米SnO2,并分析初始反应溶液的浓度、柠檬酸在制备中的用量、煅烧温度和时间等实验因素对反应生成物*收稿日期:20070828;修回日期:20071008作者简介:王志强,讲师,从事凝聚态物理研究.的影响,得到了最佳工艺条件.传统的溶胶凝胶法存在样品粒度大、比表面积小、易团聚、不均匀和反应周期长等缺陷,通过改进工艺流程等手段,人们提出了一些改进后的溶胶凝胶法.如陆凡等[3]利用溶胶凝胶超临界流体干燥法制备出了大比表面、小粒径、大孔超细二氧化锡微粒,并分析对前驱物不同的干燥法对产物的影响.王建[4]等利用超声波溶胶凝胶法,在传统方法中加入超声波手段,主要是使介观均匀混合,消除局部浓度不均,提高反应速度,刺激新相的形成,对团聚体起到剪切作用,制备出了均匀度更高的样品.连进军等[5]利用溶胶凝胶冷冻干燥法制备出了分布均匀、形状规则、粒径小的SnO 2微粒,有效地组织了团聚现象.采用溶胶凝胶法及改进措施制备纳米SnO 2微粒具有以下优点:¹均匀度高.可达分子或原子尺度.º纯度高.这是由于制备所用材料纯度高,而且溶剂在制备过程中易除去.»烧成温度低.这是由于所需生成物在烧成前已部分形成.¼反应过程易控制.使得该方法可以投入大批量生产中,并且通过改变工艺过程可获得不同尺寸和特性的样品.不足之处在于:采用该方法处理时间较长,制品易产生开裂,烧成不够完善等.1.1.2 化学沉淀法化学沉淀法是指包括一种或多种离子的可溶性盐溶液,加入沉淀剂(如OH 等)在一定温度下能使溶液发生水解,形成不溶性的氢氧化物和水合氧化物,或盐类从溶液中析出,将溶剂和溶液中原有的阳离子洗去,经热解或热脱得到所需的氧化物粉料.化学沉淀法同样受到实验条件、工艺流程等因素的制约.如张晓顺等[6]在超声波作用下,通过SnCl 2#2H 2O 与NH 3#H 2O 反应,制备了纳米SnO 2微粒,并分析了pH 值、煅烧温度、煅烧时间对产物的影响.在传统的化学沉淀法基础上,为获得性能更加优异的样品,人们对流程工艺同样作了一些调整.如杨林宏等[7]采用化学沉淀法,通过在不同阶段加入适量的分散剂,增加胶粒间的相互作用力,以控制在成胶和煅烧过程中的团聚,获得了粒度小、分布范围窄的纳米SnO 2微粒.1.1.3 水热法水热法是在密封压力容器内,以水溶液作为反应介质,加热反应容器,创造高压反应环境的一种材料制备方法.水热法较溶胶凝胶法最大的优势在于易消除团聚.如何蕴普[8]等通过控制SnCl 4和氨水在聚乙二醇存在条件下的水热反应,制备了晶粒分布均匀、粒径小、分散性好又无团聚现象的SnO 2纳米微粒.刘冬等[9]创造性地把溶胶凝胶法和水热法结合起来,先用溶胶凝胶法和离心洗涤法制得纯净凝胶,再用水热法制备得到分散性能更好的SnO 2微粒.杨幼平等[10]把液相沉淀法和水热法结合在一起,以Na 2SnO 3为原料,有机试剂(正戊醇等)为分散剂,加入阴离子表面活性剂(ABS 等),以Sn(OH )4为前驱体,用水热法制备了粒度更小、分布更加均匀的SnO 2微粒,并分析了H NO 3滴加速度、有机溶剂浓度、水热反应温度对产物的影响,发现H NO 3滴加速度越快,有机溶剂浓度越高,其产物粒度越大,反应温度升高会使SnO 2微粒重结晶作用增强,从而导致SnO 2微晶结构更加完整.采用水热法的优势在于:工艺和设备简单,易于控制,无需高温灼烧处理,产物直接为晶态,无团聚,形态比较规则.不足之处在于:该方法一般只能制备氧化物粉体,关于晶核形成过程和晶体生长过程的控制影响因素等方面缺乏深入研究,目前还没有得出令人满意的解释.另外,水热法有高温高压步骤,使其对生产设备的依赖性比较强,这也影响和阻碍了水热法的发展.1.1.4 微乳液法微乳液法是利用两种互不相溶的溶剂在表面活性剂的作用下形成一个均匀的乳液,从乳液中析出固相,这样可使成核、生长、聚结、团聚等过程局限在一个微小的球形液滴内,从而可形成球形颗粒,避免颗粒之间进一步团聚.如张义华等[11]在SnCl 4溶液中滴加DBS 溶液,在快速搅拌下滴加N aOH ,再用二甲苯萃取得有机溶胶,分离、干燥即制得DBS 包覆的SnO 2纳米粒子,且粒子稳定性高,粒径分布较窄且均匀.微乳液法的优势在于:实验装置简单,能耗低,操作容易,所得纳米粒子粒径分布窄,且单分散性、界面53第1期 王志强,等:SnO 2纳米微粒的制备方法及其进展54湖州师范学院学报第30卷性和稳定性好,与其它方法相比具有粒径易于控制、适应面广等优点.1.1.5其他液相法除了上述几种常用的制备方法外,纳米SnO2微粒的制备方法还有:陈祖耀等[12]利用低温等离子体化学法,从无水SnCl4和纯氧体系中合成非晶态SnO2超微粒子粉末;段学臣等[13]采用金属醇盐烃化法制备纳米SnO2粉;等等.这些方法都制备出了粒径小、均匀度高的SnO2纳米微粒.1.2气相法气相法是指直接利用气体或者通过各种手段将物质变为气体,使之在气体状态下发生物理或化学反应,最后在冷却过程中凝聚形成纳米微粒的方法.气相法制备的纳米微粒主要具有如下特点:表面清洁,粒度整齐,粒径分布窄,粒度容易控制,颗粒分散性好.1.2.1化学气相沉淀法化学气相沉淀法是利用挥发性金属化合物的蒸发,通过化学反应生成的所需化合物在保护气体环境下快速冷凝,从而制备各类物质的纳米微粒.该方法的主要优势在于:制备的纳米微粒颗粒均匀,纯度高,粒度小,分散性好,化学反应活性高,且工艺可控和连续.如张义华等[14]采用气相沉积法,利用Y型分子筛(Si/Al=4.8)为封载主体,锡源为液相无水SnCl4, N2为载气,分子筛置于石英反应管中,净化后在特定条件下将SnCl4引入分子筛床层进行气相沉积,然后再经处理制得分子筛封装高分散的SnO2半导体纳米粒子,并对其谱学特征及结构特点进行了讨论.1.2.2电弧气化合成法电弧气化合成法是将金属锡加热至液态,然后用电弧再加热到更高温度,利用电弧气化反应产生大量的SnO2蒸气,冷却结晶为超微颗粒.如竺培显等[15]将精锡加热到500e呈液态,在井式反应炉中用电弧加温至2000e以上,发生激烈的电弧气化反应,产生大量的SnO2蒸气,经冷却,结晶为超微颗粒,用吸尘设备收集,得到含微量Sn及少量SnO的混合超微粉末,再在空气中高温(800~1000e)灼烧0.5~1小时,使之氧化为SnO2,得到高纯的超微SnO2粉末.2结语制备SnO2纳米微粒的方法很多,而且各有其优缺点,其中,溶胶凝胶法和化学气相沉淀法是很有前途的方法.溶胶凝胶法采用普通化工设备,流程简单,操作易于控制,环境污染少,产品性能好,但处理时间较长,在洗涤、过滤和干燥中易产生部分团聚.采用化学气相沉淀法制备的纳米微粒颗粒均匀,纯度高,粒度小,分散性好,化学反应活性高,且工艺可控和连续,但设备条件要求高,操作不易控制.笔者曾尝试以SnCl2#2H2O、乙醇等为原料,采用溶胶凝胶法制备出了性能较好的SnO2纳米微粒,并简要分析了浓度、热处理时间、热处理温度等因素对实验结果产生的影响,具体情况将另文讨论.SnO2纳米微粒在各个学科领域的应用都十分广泛,必然会不断涌现出更新更好的制备方法.由于尺寸的变化对材料性能影响巨大,如果在制备纳米材料时能够按照研究人员的意愿控制微粒的尺寸,就可以大大地提高材料的选择性和稳定性,因此SnO2纳米微粒制备方法发展的一个重要方向就是提高粒度的控制能力.如何利用简单易得的设备和廉价的试剂制备出性能优良的SnO2纳米微粒,扩大其应用领域,是制备SnO2纳米微粒面临的重要任务.我们相信,随着科学技术的发展,各种方法均会得到不同程度的改进,并在此基础上还会有新的方法提出.参考文献:[1]张立德,牟季美.纳米材料与纳米结构[M].北京:科学出版社,2001:1.[2]庞承新,张丽霞,谭键,等.溶胶凝胶法制备纳米二氧化锡的研究[J].广西师范学院学报(自然科学版),2006,23(9):26~29.[3]陆凡,陈诵英,彭少逸,等.SnCl 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475001,China;2.Department of Personnel,Henan U niversity,Kaifeng 475001,China)A bstract:This article introduces the current methods for the preparation of the nanometer tin dioxide,and briefly analyses their fundamentals and features.On the basis of generalization,summarization and comparison,the article points out the great potential of the method to be put into practice,and briefly introduces the developing prospect of the preparation of nanometer tin dioxide particles.Key words:tin dioxide;nanometer particles;the method of preparation;development 55第1期 王志强,等:SnO 2纳米微粒的制备方法及其进展。
天然气藏超临界CO2埋存及提高天然气采收率机理
天然气藏超临界CO2埋存及提高天然气采收率机理一、本文概述随着全球气候变化问题的日益严重，减少温室气体排放、实现低碳发展已成为全球共识。
作为一种重要的温室气体，二氧化碳（CO2）的减排和埋存技术受到广泛关注。
超临界CO2埋存技术作为一种新兴的碳减排策略，在地质碳储存和提高油气采收率方面显示出巨大的应用潜力。
本文旨在探讨天然气藏超临界CO2埋存及提高天然气采收率的机理，分析该技术在地质碳储存和提高油气采收率方面的应用前景，以期为我国的碳减排和油气资源开发提供理论支持和技术指导。
具体而言，本文首先介绍了超临界CO2的基本性质和特点，阐述了超临界CO2在天然气藏中的埋存过程及其影响因素。
在此基础上，分析了超临界CO2埋存对天然气藏物性的影响，包括天然气储层的渗透率、孔隙度和饱和度等。
进一步地，本文探讨了超临界CO2埋存提高天然气采收率的机理，包括超临界CO2的溶解作用、扩散作用以及其与天然气的置换作用等。
本文总结了超临界CO2埋存及提高天然气采收率技术的优势与挑战，并对未来的研究方向和应用前景进行了展望。
通过本文的研究，可以为超临界CO2埋存技术在地质碳储存和提高油气采收率方面的应用提供理论依据和技术指导，有助于推动我国碳减排和油气资源开发事业的可持续发展。
二、天然气藏超临界2埋存机理超临界CO2（ScCO2）埋存是一种新兴的碳捕获和储存（CCS）技术，该技术利用CO2在超临界状态下的特殊物理和化学性质，将其注入到地下天然气藏中，从而实现CO2的长期安全埋存和同时提高天然气的采收率。
超临界CO2埋存技术结合了环境效益和经济效益，对于减缓全球气候变化和提高能源利用效率具有重要意义。
溶解与扩散：超临界CO2在注入到天然气藏后，会与天然气藏中的烃类物质发生溶解和扩散作用。
由于超临界CO2的高密度和低粘度特性，它可以在天然气藏中迅速扩散，并与天然气中的烃类物质发生相互作用，从而实现CO2的埋存。
置换作用：超临界CO2在扩散过程中，可以通过置换作用将天然气藏中的烃类物质推出，从而提高天然气的采收率。
第3章超临界流体萃取
(c) 吸附法 T1=T2，P1=P2 1.萃取釜，2.吸附剂， 3.解析釜 4.高压泵
吸附剂
3．恒温恒压工艺（吸附剂法）
恒温恒压萃取工艺，即萃取和分离在同样的温度和压力下进行。该工艺分离萃取取物需要持殊的吸附剂(如离于交换树脂、活性炭等)进行吸脱，一般用于去除有害物质，如从茶叶中脱除咖啡因。有时也称吸附剂法。 该工艺CO2流体始终处于恒定的超临界状态，十分节能。但若采用较贵的吸附剂，则要在生产中增加吸附剂再生系统。
3．制取啤酒花浸膏 从啤酒花中提取浸是膏国际上超临界CO2萃取技术应用最成功的项目。啤酒花是啤酒配制工业中重要的原料之一，其主要成份是含萍草图类的酸和含蛇麻酮类的 -酸，使啤酒拥有特殊口感的苦味。 -酸和 -酸在常温下极不稳定，易受光、热、氧和细菌的作用而变质失效，一般的酒花成品(散花和颗粒酒花)常温下贮存一年即失去其使用价值。
Density changeable
三相点
临界点
超临界流体
表3-1 流体的一些物理性质比较
流体
密度(kg/m3)
粘度(Pa·s)
扩散系数(m2/s)
气体
1.0
10-6～10-5
10-5
超临界流体
7.0×102
10-5
10-7
液体
1.0×103
10-4
10-9
“超临界状态是一种亚稳态”
1.超临界流体的主要特征：
超临界流体技术是近代分离科学中出现的高新技术。 超临界流体( supercritical fluid, SCF) : 在临界点以上物质处于既非液体又非气体的超临界状态。
P/Pa
T/℃
Solid
Gas
Liquid
Supercritical fluid
scCO2综述
1超临界流体的基本知识1.1超临界流体的发展史超临界流体具有溶解其他物质的特殊能力,1822年法国医生Cagniard 首次发表物质的临界现象,并在1879即被Hannay和Hogarth二位学者研究发现无机盐类能迅速在超临界乙醇中溶解,减压后又能立刻结晶析出.但由于技术,装备等原因,时至20世纪30年代,Pilat和Gadlewicz两位科学家才有了用液化气体提取「大分子化合物」的构想.1950年代,美,苏等国即进行以超临界丙烷去除重油中的柏油精及金属,如镍,钒等,降低后段炼解过程中触媒中毒的失活程度,但因涉及成本考量,并未全面实用化.1954年Zosol用实验的方法证实了二氧化碳超临界萃取可以萃取油料中的油脂.此后,利用超临界流体进行分离的方法沈寂了一段时间,70年代的后期,德国的Stahl等人首先在高压实验装置的研究取得了突破性进展之后,「超临界二氧化碳萃取」这一新的提取,分离技术的研究及应用,才有实质性进展;1973及1978年第一次和第二次能源危机后,超临界二氧化碳的特殊溶解能力,才又重新受到工业界的重视.1978年后,欧洲陆续建立以超临界二氧化碳作为萃取剂的萃取提纯技术,以处理食品工厂中数以千万吨计的产品,例如以超临界二氧化碳去除咖啡豆中的咖啡因,以及自苦味花中萃取出可放在啤酒内的啤酒香气成分. 超临界流体萃取技术近30多年来引起人们的极大兴趣,这项化工新技术在化学反应和分离提纯领域开展了广泛深入的研究,取得了很大进展,在医药,化工,食品及环保领域成果累累.1.2超临界流体的定义纯净物质要根据温度和压力的不同，呈现出液体、气体、固体等状态变化，如果提高温度和压力，来观察状态的变化，那么会发现，如果达到特定的温度、压力，会出现液体与气体界面消失的现象该点被称为临界点，在临界点附近，会出现流体的密度、粘度、溶解度、热容量、介电常数等所有流体的物性发生急剧变化的现象温度及压力均处于临界点以上的液体叫超临界流体(supercritical fluid，简称SCF)。
分子自组装原理及应用
分子自组装原理及应用【摘要】分子自组装在生物工程技术上的建模、分子器件、表面工程以及纳米科技领域已经有很广泛的应用。
在未来的几十年中,分子自组装作为一种技术手段将会在新技术领域产生巨大的影响。
在这篇文章里,我们介绍了分子自组装技术的定义、基本原理、分类、影响因素、表征手段等,并阐述了分子自组装技术目前的研究进展,展望了分子自组装技术的应用前景。
【关键词】分子自组装;自组装膜1前言分子自组装是分子与分子在一定条件下,依赖非共价键分子间作用力自发连接成结构稳定的分子聚集体的过程[1]。
通过分子自组装我们可以得到具有新奇的光、电、催化等功能和特性的自组装材料,特别是现在正在得到广泛关注的自组装膜材料在非线性光学器件、化学生物传感器、信息存储材料以及生物大分子合成方面都有广泛的应用前景,受到研究者广泛的重视和研究。
2分子自组装的原理及特点分子自组装的原理是利用分子与分子或分子中某一片段与另一片段之间的分子识别,相互通过非共价作用形成具有特定排列顺序的分子聚合体[2]。
分子自发地通过无数非共价键的弱相互作用力的协同作用是发生自组装的关键。
这里的“弱相互作用力”指的是氢键、范德华力、静电力、疏水作用力、ππ堆积作用、阳离子π吸附作用等。
非共价键的弱相互作用力维持自组装体系的结构稳定性和完整性[3]。
并不是所有分子都能够发生自组装过程,它的产生需要两个条件[4]:自组装的动力以及导向作用。
自组装的动力指分子间的弱相互作用力的协同作用,它为分子自组装提供能量。
自组装的导向作用指的是分子在空间的互补性,也就是说要使分子自组装发生就必须在空间的尺寸和方向上达到分子重排要求。
自组装膜的制备及应用是目前自组装领域研究的主要方向。
自组装膜按其成膜机理分为自组装单层膜(Self- assembled monolayers , SAMs和逐层自组装膜(Layer -by – layer self-assembled membrane)。
金纳米颗粒的制备及其性能研究
金纳米颗粒的制备及其性能研究罗飞;刘大博;田野;祁洪飞;王素杰【摘要】以氢氧化铵溶液和2,6-吡啶二羧酸为还原剂，通过两步还原法还原氯金酸溶液制备出金纳米颗粒，用X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)和紫外可见光谱仪(UV-VIS)对纳米颗粒进行了表征。
结果表明，制备的金纳米颗粒具有尺寸小、分散性好的特点，并且具有明显的表面等离基元共振效应，使其在纳米尺度的光学领域具有潜在的应用价值。
%Au nanoparticles were synthesized in aqueous solution by two-step reduction of chlorauric acid (HAuCl4) using ammonium hydroxide and 2,6-Pyridinedicarboxylic acid as reducing agent. XRD, TEM and UV-VIS were employed to analyse the structure, morphology and size of the Au nanoparticles. Au particles in small size and monodisperse were observed in the experiment and the optical-extinction spectra showed the characteristic of single plasmon resonance absorption band. The results showed that the Au nanoparticles possessed plasmon resonance effect of their optical property which makes them have potential applications in the field of nano-optics.【期刊名称】《贵金属》【年(卷),期】2016(037)0z1【总页数】3页(P119-121)【关键词】金纳米颗粒;两步还原法;表面等离基元共振效应【作者】罗飞;刘大博;田野;祁洪飞;王素杰【作者单位】北京航空材料研究院，北京 100095;北京航空材料研究院，北京100095;北京航空材料研究院，北京 100095;北京航空材料研究院，北京 100095;北京航空材料研究院，北京 100095【正文语种】中文【中图分类】TB38320～150nm范围内合成出近似球形的、单分散的金纳米粒子，但在制备更小尺寸的纳米粒子时存在不足。
超临界流体技术及其应用
超临界流体在化学反应工程中的应用
将化学反应置于超临界流体中进行源于超临 界流体性质的独特优点,超临界流体中的反应具有 许多特点，如反应速率、产率、选择性等可用压 力调节，可将非均相反应变成均相反应，改善非 均相反应的传质速度，用环境友好溶剂取代有害 溶剂，可将化学反应与分离过程结合起来等。
1.反应装置： 通常超临界反应装置的压力设定值高达 40MPa,潜在的危险是不容忽视的,因此要做好 安全防范措施。
大量饮食咖啡因对人体有害。 以往工业上除咖啡豆中咖啡因采用二氯乙烷萃取。缺点有二： 其一，残留二氯乙烷影响咖啡品质；其二，二氯乙烷同时将
部分有用香味物质（芳香化合物）带走。
SFE除咖啡因：浸泡过的咖啡豆直接置于萃取容器中，连续 （循环）用超临界CO2萃取（T＝70－900C；p＝16－20MPa）10 小时，气体中的咖啡因用水吸收除去，蒸馏可回收咖啡因。 经SFE处理后的咖啡豆中咖啡因含量从0.7-3%降低到0.02%。
提取，有效地防止了热敏性物质的氧化和逸散。 SFE是最干净的提取方法 萃取和分离合二为一 安全性好 低成本 压力和温度都可以成为调节萃取过程的参数 速度快
SFE的优点:
萃取剂在常温常压下为气体，萃取后可以方便地与萃 取组分分离。 在较低的温度和不太高的压力下操作，特别适合天然 产物的分离。 超临界流体的溶解能力可以通过调节温度、压力、夹 带剂（如：醇类）在很大范围内变化；而且还可以采 用压力梯度和温度梯度。 SFE的缺点：萃取率较低，选择性不够高。
2.加氢反应 在超临界加氢反应中,由于H2能混溶在超 临界相中从而消除了从气相到超临界相的传质 阻力,因此在超临界流体中进行加氢反应具有很 大的优越性。
超临界流体在化学反应工程中的应用
分子模拟在化学中的应用
由于分子模拟技术对催化剂尤其是分子筛催化剂研究 开发工作卓有成效的帮助，它已经成为催化剂设计的 重要工具。
(1) 以现有的分子筛数据库所提供的已知的分子筛结构及 其有关参数，考察现有分子筛是否符合所要解决的具 体问题的要求，提高搜索可能的分子筛结构的速度， 减少该过程的费用。
Waghmode 等在择形亲电取代察 了二甲苯的各种异构体在ZSM25、丝光沸石以及 MCM222 沸石中的反应，发现分子的尺寸和大小同催 化剂的孔结构一样对择形亲电取代过程有着决定性作 用，这从分子水平上为实验现象提供了理论解释。
图形文档
图形文档，Chart Viewer显示的靛蓝粉末衍射数据。
表格文档
表格文档，Grid Viewer显示的靛蓝的粉末索引数据。
Modules菜单 Modules菜单提供使用你安装了的Materials Studio模块 的方法。 注意：此菜单随着已经安装了的模块的不同而不同。
Reflex：提供 Reflex 和Relex Plus模块中的工具，可以 查看、模拟、索引和精修粉末衍射的数据，求解晶体 结构。 VAMP：提供 VAMP 模块中的工具，可以使用半经验量 子力学算法模拟气体和溶液中的反应和性质。
二、分子模拟技术的应用
2.1 分子模拟技术在催化剂制作的应用 1. 研究催化剂吸附和扩散
模块菜单
Amorphous Cell：提供Amorphous Cell模块中的工具，可 以建立复杂无定型系统中的代表性模型并预测它们的性质。
CASTEP：提供 CASTEP 模块中的工具，可以进行第一原 理量子力学计算，研究如半导体、陶瓷、金属、矿物和浮 石等晶体或表面的性质。 Dmol3:提供 Dmol3 模块中的工具，可以进行基于泛函密 度理论的量子力学计算，分析分子和周期系统。 PDP：提供PDP 模块中的工具，可以进行大尺度长时间的 介观动力学模拟。 Discover：提供Discover经典模拟模块中的工具，可以优 化分子结构，计算电子经典轨道，分析很大范围内的结构 和轨道的性质。
超临界流体技术原理及应用
和弱极性的脂溶性物质的溶解能力较好，但对
于强极性的有机化合物则需加大萃取压力或使
用夹带剂来实现分离。一般来说，超临界CO2 萃取压力比较高，对设备的要求高，提取能力
小而且能耗较大；因此如何采取外部措施对超
临界CO2萃取过程的选择溶解能力和提取速率 进行强化就成了当前研究的新动向。
1.4 超临界流体萃取技术的优点及存在问题 1.4.1超临界流体萃取技术的优点 1.4.2超临界流体萃取技术的存在问题 (1)相平衡及传递研究不充分
能在接近常温下操作，对热敏性物质可适用；因粘 度小、扩散系数大，提取速度较快；溶质和溶剂 的分离彻底而且容易。从它的特性和完整性来看， 相当于一个新的单元操作，特别适合于热不稳定 性天然产物和生理活性物质的分离与精制。在发 达国家，超临界流体萃取技术发展很快，已普遍 用于医药、食品、香料、石油化工、环保等领域， 成为获得高质量产品的最有效方法之一。各国纷 纷推出各具特色的提取装置，已从实验室走向工 业化阶段。
是一种气、液不分的状态，没有相界面，
也就没有相际效应，有助于提高萃取效率， 可用于超临界流体干燥。
物质处于其临界温度（Tc）和临界压力 （Pc）以上状态时，向该状态气体加压， 气体不会液化，只是密度增大，处于均相 状态，具有类似液态性质，同时还保留气 体性能，这种状态的流体称为超临界流体 （Supercritical fluid,简称SCF）
生物工程下游技术复习
第三章 细胞破碎、蛋白质复性及固液分离
*包含体? 主要由蛋白质构成，其中大部分是基因表达产物,产 物的一级结构是正确的，但立体结构是错误的，故 无活性。通常为固体颗粒。 泡沫分离法? 是一种基于溶液中溶质（或颗粒）间表面活性的 差异进行分离的一种方法，表面活性强的物质优 先吸附于分散相（气相）与连续相（液相）的界
面处，被气泡带出连续相而达到分离。
稀释复性? 将溶液稀释，导致变性剂的浓度降低，蛋白 质开始复性。 透析复性? 将溶液对水或缓冲液透析，变性剂透过膜被 除去，里面的蛋白开始复性。时间较长，易 形成蛋白质沉淀。 临界胶团浓度? 表面活性剂在水溶液中形成胶团的最低浓度。
包含体的成分及形成的原因?
• 包含体（inclusion body）：重组蛋白质的高效表达 常常导致其在胞内发生错误折叠和聚集，形成包含 体。 • 包含体主要由蛋白质构成，其中大部分是基因表达 产物；产物的一级结构是正确的，但立体结构是错 误的，故无活性。 • 一般认为包含体的形成主要原因是蛋白质本身具有 易于聚集沉淀的性质，或表达产物周围的物理环境 （如温度、离子组成）不适或缺少某些折叠辅助因 子（如分子伴侣）的作用。 • 在大多数情况下，包含体的形成是蛋白质过量表达 的结果，而与蛋白质的种类和表达系统无关。
①加热。不仅使蛋白质变性，同时降低液体粘度， 提高过滤速率。 ②调PH； ③加有机溶剂如酒精、丙酮等。
（3）吸附法 加入某些吸附剂或沉淀剂吸 附杂蛋白而除去。
*发酵液预处理的目的是什么？主要有那几 种方法？ 预处理的目的： • 分离细胞、菌体和其它悬浮颗粒（细胞 碎片、核酸和蛋白质的沉淀物）， • 除去部分可溶性杂质和改变滤液的性质， 以利于后继各步操作。 调酸（等电点）、热处理、电解质处理、 添加凝聚剂、添加表面活性物质、添加 反应剂及添加助滤剂等。
超临界萃取技术及其应用ppt课件.ppt
SC- CO2萃取金属离于最显著的特点就是：萃取过程 中络合剂的引入．通常，络合则总是在静态条件下， 以远远大于金属有机配合物化学计量数的量溶解在SCCO2相中，然后，在动态条件下，随流动相进入萃取 耀，样品中金属离于与其络合形成金属有机配合物而 进入超临界流体相，经减压，超临界流体与金属有机 配合物分离，lI．流程图如下：
11
因为若再升高压力，萃取收率的提高，相对于为获得 及保持这样高的压力所增的投资和操作费用来说就不 经济了。
温度T升高，一般情况下CO2的溶解力有所增加，且 较压力影响明显。仍以超临界CO2 萃取沙棘油为例。 F＝30MPa，T＝32℃时，沙棘油的收率为90.1%，当 温度升高T＝40℃，油的收率提高到92.1％．但温度的 升高受到对所萃取物质热敏性要求的限制。
17 解吸釜
冷却器
(b) 等压法 T1<T2，P1=P2 1.萃取釜，2.加热器， 3.解析釜 4.高压泵 5.冷却器
18
3．恒温恒压工艺（吸附剂法）。
图2(c)流程为恒温恒压萃取工艺，即萃取和分离在同样 的温度和压力下进行。该工艺分离萃取取物需要持殊 的吸附剂(如离于交换树脂、活性炭等)进行吸脱，一 般用于去除有害物质，如从茶叶中脱除咖啡因。有时 也称吸附剂法。 该工艺C02流体始终处于恒定的超临 界状态，十分节能。但若采用较贵的吸附剂，则要在 生产中增加吸附剂再生系统。
1
2
处于超临界状态的C02即具有选择溶解其它物质的能力。 通过调整适当的温度和压力可选择性地萃取物质。然 后再经减压、升温或吸附，使溶解在超临界CO2中的被 萃取物与CO2分离，从而达到分离和提纯的目的。
3
二、超临界C02及其萃取技术的主要特点
1.CO2的物质特点： 与通常采用的超临界流体 物质，如N2、N20、CH4、C2H4、等相比，CO2 有如下特点：
金纳米颗粒自组装过程中溶剂化效应的数值模拟
金纳米颗粒自组装过程中溶剂化效应的数值模拟
陈颂佳;李玉秀
【期刊名称】《广东化工》
【年(卷),期】2022(49)12
【摘要】自组装结构中颗粒之间的分离距离h对功能材料的应用起着至关重要的作用,是决定材料性能的关键因素,而胶体颗粒之间相互作用的可调性为调控颗粒的分离距离h提供了机遇。
本文采用分子动力学模拟方法,建立两个直径为1nm的球形Au纳米颗粒在水溶液中全原子动力学模型,发现了亚纳米级分离距离h的
200ps的弛豫过程,并研究了颗粒间局部水分子的数密度、扩散系数,并将体相的水特性与其比较,最后分析了聚合和弛豫过程的起因。
【总页数】3页(P9-10)
【作者】陈颂佳;李玉秀
【作者单位】广东工业大学材料与能源学院
【正文语种】中文
【中图分类】O359.1;O301
【相关文献】
1.scCO2溶剂中金纳米颗粒界面性质的分子模拟
2.双亲纳米颗粒在选择性溶剂中的自组装行为:耗散粒子动力学模拟
3.智能化金纳米颗粒自组装及其生物医学的应用进展
4.智能化金纳米颗粒自组装及其生物医学的应用进展
5.溶剂热合成纳米硼化镍颗粒过程中溶剂作用的研究
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超临界co2[新版]
![超临界co2[新版]](https://img.taocdn.com/s3/m/2a76160015791711cc7931b765ce05087632752b.png)
超临界二氧化碳的性质及应用1 前言超临界流体是区别于气体、液体而存在的第三流体。
当温度和压力达到临界点时，物质就进入了超临界状态，超临界状态下的物质出现为一种既非气体又非液体的状态，叫超临界流体。
处于超临界状态F流体的物理化学性质如密度、扩散性、电导率、粘度等町以不超过相际边界呖通过压力或温度调节。
基于这屿独特的物理化学性质，超临界流体被证明是一种环境亲和的介质，它可能实现化学和化工技术的可持续发展。
而超临界C02(sc-c02)流体无毒、无污染、不易燃烧、价格低廉、化学惰性、可回收利用，且兼有超临界流体的特性，因此得到了人们的广泛关注。
2 超临界流体及其基本性质2.1 超临界流体(Supercritical fluid，SCF)超临界流体是指该流体处在其临界温度和临界压力以上的状态。
图1是纯物质的相图。
如图1所示，在相图中除气相、液相和固相外，还示出了一个特殊的区域即超临界区域SCF。
SCF是一种非凝聚性的高密度流体，在超临界状态下液体和气体的差别完全消失，是一种既不同于气体也不同于液的状态。
超临界流体的临界压力和临界温度因物质分子结构不同而异，分子极性愈强，分子愈大，临界温度愈高，临界压力则愈低表1 气体、液体和超临界流体的性能比较表1表明：超临界流体的密度比气体的密度大数百倍，其数值与液体相当，而粘度比液体小两个数量级，其数值与气体相当，扩散系数介于气体和液体之间约为气体的1／100，比液体要大数百倍。
由此得知，超临界流体具有与液体相当的密度，故有与液体相似的可溶解溶质的特点，同时又具有气体易于扩散的特点，它的低粘度，高扩散性，有利于溶解在其中的物质扩散和向固体基质的渗透。
在物质的超临界状态下，只要压力和温度稍有变化，密度就显著地变化，并相应地表现为溶解度的变化，这一性质使超临界流体的极具应用价值。
2．2 超临界二氧化碳流体的基本性质CO2临界温度和临界压力较低，分别为31．1 cC和7．38MPa，是应用最广泛的超临界流体。
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摘 要 ：基 于 经 典 的 分 子 动 力 学 模 拟 方 法 ， 究 了 不 同 的 超 临 界 Ｃ ｚ （ｃ Ｏ ） 溶 剂 密 度 下 ，金 纳 米 颗 粒 周 围溶 剂 研 Ｏ ｓＣ ｚ 分 子 的 结 构 与 动 力 学 性 质 。结 果 表 明 ， 由于 金 纳 米 颗 粒 对 ｓＣ 溶 剂 分 子 有 较 大 的 吸 引 作 用 ，使 ｓＣ ｚ分 子 紧 ｃ Ｏｚ ｃＯ 密 地 围 绕 在 其 表 面 周 围 并 形 成 了两 个 较 明显 的溶 剂 层 。 随 着 溶 剂 密 度 的 增 加 ，纳 米 颗 粒 在 ｓＣ ｃ Ｏｚ中 的 溶 剂 化 程 度会 减小 。通 过分 析 固 液 界 面 不 同 区 域 内 ｓＣ 分 子 的 均 方 位 移 及 停 留时 间 分 布 ，考 察 了 界 面 Ｃ ｚ分 子 的 传 递 ｃＯ Ｏ 性质 。研 究 结 果将 对 金 属 纳 米 颗 粒 在 超 临 界 二 氧 化 碳 中溶 剂 化 结 构 和 性 质 提 供 微 观 机 理 。
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第６ ２卷
第 ２期
化
工 学
报
Ｖｏ． ＮＯ １ ６２ ．２
Ｆｅ ｕａ ｙ ２ １ ｂｒ ｒ ０１
２１ ０ １年 ２月
ＣＩ ＥＳＣ Ｊ ｕ ｎ １ ｏ ｒ ａ
ｓＣ ｃ Ｏ２溶 剂 中金 纳 米颗 粒 界 面性 质 的分 子模 拟
胡 瑶 ，杨 晓宁
（ 京 工 业 大 学 化 学 化 工 学 院 ，材 料 化 学 工 程 国家 重 点 实 验 室 ，江 苏 南 京 ２ ０ ０ ） 南 １０ ９
关键 词 ：纳米 颗粒 ；超 临界 二 氧 化 碳 ；分 子 动 力 学 ；结 构 与 动 力 学 性 质 中 图 分 类 号 ：Ｏ ６ １ ４ ４ ；０ ６ ７ 文 献 标 志 码 ：Ａ 文 章编 号 ：０ ３ —１ ５ （ Ｏ １ ０ — ０ ９ —０ ４８ １７ ２１） ２ ２５ ６
ｍ ｏｌ ｃ ｅ ｕ ｒ ｕｎ ｎｇ ｔ ｕ ｎ ｎｏ ｒ ｓ ａ ｓ ｒ ａ ｅ ｆ ｒ ｅ ｌｄｅ ｉ ｅ ｗ ｏ ｒ ｇ ｏ ｏ ｖ ｔｏｎ ｌ ｙ ｒ ｅ ｕｌｓ ｓ ｒ ｏ ｄｉ ｈｅ Ａ ａ ｃ ｙ ｔ ｌ ｕ ｆ ｃ ｏ ｍ ａ ｗ ｌ — ｆｎ ｄ ｔ — ｅ ｉ ｎ ｓ ｌ ａ ｉ ａ ｅ ．Ａ ｓ ｈｅ ｔ