1 西安理工大学机械与精密仪器工程学院, 陕西 西安 710048
2 陕西省现代装备绿色制造协同创新中心, 陕西 西安 710048
苯作为挥发性有机化合物(VOCs)的重要组成部分, 其大气污染状况日益引起人们的关注, 中红外波段通常是分子的基频指纹吸收区, 已成为痕量气体检测的重要波段, 而差分吸收激光雷达是探测大气痕量气体的重要手段, 故针对区域性苯浓度实时遥感问题, 提出基于中红外带间级联激光器(ICL)的探测大气苯浓度路径积分型差分吸收(IPDA)激光雷达系统。 首先, 在分析IPDA激光雷达的探测原理的基础上, 构建了IPDA激光雷达的反演算法及其误差分析模型。 其次, 详细分析来自HITRAN数据库的中红外3 100 cm-1附近苯以及主要干扰气体(如HCl, CH4和H2O)的吸收光谱, 结合HCl和CH4着重考虑了H2O对探测结果的影响, 选择IPDA激光雷达的测量波长和参考波长分别为3 090.89和3 137.74 cm-1。 再次, 基于两个连续波ICL, 设计了探测大气苯浓度IPDA激光雷达系统, 并可通过控制温度和驱动电流调谐激光器的输出波长, 使其波长分别稳定在强吸收谱区和弱吸收谱区, 并设计了基于中红外衍射光栅的光谱分光子系统, 以实现双波长接收信号的同步探测。 最后, 基于标准大气模型, 仿真分析了不同路径长度、 能见度和水汽浓度情况下激光雷达的探测性能, 并搭建中红外波段检测气体池开展了测试实验, 以验证该IPDA激光雷达系统的可行性。 仿真及实验结果分析表明, 当大气能见度为5 km, 水汽浓度低于0.4%时, 苯的浓度路径积(CL)在0.1～24 mg·m-3·km范围内探测的相对误差优于10%, 而苯的CL为5 mg·m-3·km时探测相对误差优于1%; 初步实验测试了中外红波段差分吸收激光雷达探测的线性相关系数R2约为98.7%。
中红外光谱 激光雷达 差分吸收光谱 苯浓度 Mid-infrared spectroscopy Lidar Differential absorption spectrum Benzene concentration 光谱学与光谱分析
2023, 43(11): 3351
以四氯化钛为原料, 硫酸铵为分散剂, 尿素为前驱物, 采用一步溶剂热法成功制备出核壳结构纳米TiO2微球。通过控制溶剂热温度对TiO2微球的结构参数(核壳尺寸、晶粒尺寸、比表面积和孔径等)进行调控, 并研究样品光催化降解气相苯的性能。结果表明, 随着溶剂热温度的升高, 微球核壳逐渐分离, 中空结构愈发明显, 且均为20 nm以下的纳米颗粒组成的二级结构。此类微球比表面积高达265.4 m2/g, 孔隙率高达0.247 8 cm3/g, 光吸收性能均较P25 TiO2要高, 且光吸收带边出现“蓝移”。核壳结构微球表现出吸附协同光催化降解苯的特性, 尤其是180 ℃下制备的样品光催化活性最高, 分析表明, 该优异性能得益于其核壳结构对光的充分散射和吸收、优良的结晶度, 以及较高的比表面积。
TiO2微球 核壳结构 溶剂热法 光催化 气相苯 降解 TiO2 microsphere core-shell structure solvothermal method photocatalysis gaseous benzene degradation
中国石油大学(北京)化学工程与环境学院，北京 102249
Zn的引入不仅可以调控β分子筛的酸性质，而且还会影响催化剂的加氢活性。为了研究Zn的引入对催化剂加氢裂化反应性能的影响，利用浸渍法合成了一系列不同ZnO含量的ZnW/β加氢裂化催化剂，并对其物理化学性能进行了分析表征。研究了ZnO含量对其催化四氢萘加氢裂化制备BTX(苯/甲苯/二甲苯)催化性能的影响。结果表明，最高BTX收率随着ZnO含量的增加先升高(质量分数<1%时)后降低(质量分数>1%时)，这是由于随着ZnO含量的增加，ZnW/β催化剂的强酸量和总酸量明显减小，抑制了四氢萘的过度裂化。而当ZnO的负载量达到1%(质量分数)后，ZnO与WO3反应会生成非活性组分ZnWO4晶体，非活性组分ZnWO4晶体的生成量随着ZnO的含量增大而增大，降低了催化剂中加氢活性组分WO3的含量，导致ZnW/β催化剂的加氢中心与酸中心匹配不佳。ZnO负载量为1%的ZnW/β催化剂在反应空时为0.36 h时达到最高的BTX收率(41.57%,质量分数)，说明该催化剂的酸量适中且加氢中心与酸中心匹配最佳。因此，催化剂金属中心与酸中心合适的匹配及适中的酸强度是提高BTX收率的关键。
四氢萘 加氢裂化 BTX(苯/甲苯/二甲苯) β分子筛 tetralin hydrocracking BTX(benzene/toluene/xylene) ZnO ZnO ZnWO4 ZnWO4 β zeolite
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所, 中国科学院环境光学与技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
4 光学辐射重点实验室, 北京 100854
取代基通过取代苯环上的H原子形成不同苯系物(苯、 甲苯、 二甲苯等), 其共有结构苯环上的不固定π键电子受到激发, 使得苯系物在紫外波段240~280 nm具有明显的特征吸收结构, 鉴于此大气中的苯及相关的苯系物可以通过差分光学吸收光谱(DOAS)方法来进行定量, 但采用该波段测量需要考虑以下问题: 首先是氧气(O2)的吸收干扰问题, 苯(C6H6)在该波段的吸收截面与O2在243~287 nm Herzzberg带相互重叠, 且O2的特征光谱结构随O2的浓度不同而变化, 导致O2的吸收光学密度与O2的浓度不成线性关系。 其次, 苯系物结构上的相似性使其在紫外波段的特征吸收结构差别较小并且相互重叠, 从而对C6H6的拟合产生干扰。 此外, 除了O2和苯系物以外, 还有臭氧(O3)、 二氧化硫(SO2)等干扰。 C6H6在195~208 nm的深紫外波段具有较大的吸收截面(2.417×10-17 cm2·molecule-1), 为240~260 nm处截面大小(2.6×10-18 cm2·molecule-1)的9倍左右, 针对C6H6在深紫外195~208 nm波段的吸收特征, 开展便携式DOAS定量方法研究, 采用该波段进行C6H6的光谱定量分析并应用到实际的外场观测。 通过建立C6H6与干扰气体SO2, 氨(NH3), 二硫化碳(CS2)和一氧化氮(NO)的差分吸收截面的二维相关性矩阵, 获取C6H6光谱定量的最优反演波段。 通过开展实验室条件下C6H6, SO2和NH3不同浓度配比的混气实验对195~208 nm波段反演C6H6的效果进行评估。 实验结果显示, 采用195~208 nm波段进行光谱反演的探测限为17.6 μg·m-3, 光谱反演浓度与理论浓度的相对测量误差均小于5%且RSD(相对标准偏差)小于3%, 同时与240~260 nm波段反演结果进行对比, 相对误差小于5%。 在外场实际情况下, 利用便携式DOAS系统获取190~300 nm的大气测量光谱, 通过DOAS方法解析并结合GPS信息, 获得了某化工园区C6H6的污染浓度分布, 实验结果表明采用195~208 nm深紫外波段同样能适用于对C6H6的光谱定量, 与240~260 nm波段反演结果进行对比, 二者的相关性达到了0.98且相对误差小于10%。
差分光学吸收光谱 苯 深紫外 Differential optical absorption spectroscopy DOAS Benzene Deep ultraviolet DOAS 光谱学与光谱分析
2021, 41(10): 3007
广西民族师范学院化学与生物工程学院, 崇左 532200
采用溶剂热法, 1,3,5-三(羧基甲氧基)苯为定向配体和乙酸镍反应构筑了一个新型的金属配位聚合物［Ni(TB)2(H2O)2］n·2H2O, 其中H3TB=1,3,5-三(羧基甲氧基)苯, 通过元素分析、IR及X射线单晶衍射对配合物结构进行表征, 并研究其荧光性质、热稳定性及Hirshfeld表面作用力。单晶结构分析表明, 该配合物属于三斜晶系, 空间群P1, 配合物中心离子Ni(Ⅱ)分别与来自两个水分子上的氧原子及四个不同1,3,5-三(羧基甲氧基)苯配体的羧酸氧原子配位, 形成六配位的NiO6八面体构型, 并通过与1,3,5-三(羧基甲氧基)苯配体的氧原子配位不断延伸形成具有孔洞结构的一维链状构型。配合物具有良好的荧光性能和热稳定性。Hirshfeld表面作用分析表明配合物分子中O…H/H…O作用占主导且占比为39.0%, 而H…H的作用力占比为25.9%, O…O的作用力占比为13.6%。
1,3,5-三(甲氧基羧基)苯 晶体结构 荧光性质 热稳定性 Hirshfeld表面 1,3,5-tris(carboxymethoxyl)benzene crystal structure fluorescence property thermal stability Hirshfeld surface
华北电力大学机械工程系, 河北 保定 071003
苯-甲苯-二甲苯(BTX)是大气挥发性有机物(VOCs)的重要组成成份, 人类长期暴露在苯系物的环境中致癌风险将极大提高。 利用BTX在紫外波段有明显的光谱吸收特征, 选取250~275 nm作为研究波段, 该波段可将BTX的主要特征吸收包含在内。 设计了一套由标准BTX液体制备标准气态BTX的装置, 采用连续紫外光源和差分吸收光谱技术分别对单组分苯与BTX混合气体进行连续监测研究。 为最大程度去除外界噪声干扰, 分别采用小波变换滤波和多项式平滑滤波法, 并对两种方法的去噪效果进行评价。 研究表明尽管传统处理吸收光谱噪声的方法常采用多项式平滑滤波, 但该方法会使吸收截面上的细节信息或高频分量丢失。 而小波变换滤波具有良好的时频局域化特性, 能通过伸缩和平移对信号进行多分辨率分析并可聚焦到信号的任意细节, 更能保持光谱谱线的特征结构且信噪比优于多项式平滑滤波。 通过实验获得了BTX的吸收截面并与HITRAN数据库吸收截面对比, 发现若直接采用HITRAN数据库中吸收截面值将造成由于温度与压强变化导致的浓度反演误差。 为了能够与实际监测环境相符合, 采用实验室获取的吸收截面作为标准吸收截面。 对单组分苯浓度的反演分别采用积分面积法和最小二乘法, 研究表明两种方法的测量精度均能满足环保监测法规要求, 且最小二乘法更加稳定、 精度更高。 针对BTX混合气体的测量, 采用通过浓度值反演差分吸光度的方法进而逐一反演苯-甲苯-二甲苯的浓度值。 研究发现对BTX混合物的浓度反演时二甲苯测量误差均在2%以下, 但对甲苯和苯的测量误差逐渐增大, 苯浓度的反演最大误差达到了9.07%, 苯的测量精度受到了二甲苯、 甲苯测量精度以及苯光谱特征吸收波段的影响。
苯-甲苯-二甲苯(BTX) 差分吸收光谱法 小波变换滤波 积分面积法 最小二乘法 监测 Benzene-toluene-xylene (BTX) Differential optical absorption spectroscopy (DOAS) Wavelet transform filtering Integral area method Least square method Monitoring
1 宁波工程学院机械工程学院，宁波 315016
2 宁波工程学院材料与化学工程学院，宁波 315016
采用水热法制备出一维TiO2纳米管，并将其应用于光催化降解气相苯。探讨了TiO2用量、TiO2面积、苯的初始浓度等因素对光催化性能的影响，并研究其降解动力学规律。结果表明，催化剂用量为0.5 g，面积为180 cm2，苯的初始浓度为480 mg/m3时，苯的去除率最高可达66%。并且随着催化剂用量和面积的增加，气相苯的降解率均随之升高，但其影响却逐渐减弱。而气相苯的初始浓度对光催化降解率的影响较大，且其过程符合拟一级动力学规律，可用L-H模型描述，并确定其反应方程为r=0.003 8Ct/(1+0.587Ct)。
一维结构 TiO2纳米管 水热法 光催化 气相苯 动力学 one-dimensional structure TiO2 nanotube hydrothermal method photocatalysis gaseous benzene kinetic
1 东北石油大学 石油工程学院，黑龙江 大庆 163318
2 辽宁石油化工大学 石油工程学院，辽宁 抚顺 113001
3 大庆榆树林油田开发有限责任公司，黑龙江 大庆 163318
钻井液中的烃能够显示出地层的含油气情况，地层含油气浓度的检测对识别真假油气显示，特别是准确解释和评价油气层具有重要意义。基于激光拉曼光谱技术具有连续、快速、直接检测样品的独特优势，开展了激光拉曼光谱技术应用于钻井液中含烃浓度定量识别的研究。实验室条件下搭建的激光拉曼在线检测系统对C7～C14正构烷烃及苯进行了检测与振动模式指认，在水基钻井液中优选正辛烷作为标志烃，基于最小二乘法建立了水基钻井液中正辛烷不同特征峰数学模型，在1 298 cm-1频移处振动强度与正辛烷含量具有良好的线性关系；在柴油基钻井液中优选苯作为标志烃，基于最小二乘法建立了油基钻井液中苯的不同特征峰数学模型，在986 m-1频移处振动强度与添加苯含量具有良好线性关系。实验结果表明：激光拉曼光谱技术可用于钻井液中含烃浓度的检测，为反演地层含油气浓度，提高油气层判识精度提供了一种新的途径。
激光拉曼 钻井液 油气浓度 烷烃 苯 laser Raman drilling fluid oil and gas concentration alkanes benzene
1 闽南师范大学 化学化工与环境学院 福建省现代分离分析科学与技术重点实验室, 福建 漳州 363000
2 中国科学院 安徽光学精密机械研究所 大气物理化学实验室, 合肥 230031
利用气溶胶激光飞行时间质谱仪激光解吸电离技术开展了苯水相二次有机气溶胶在线测量研究。实验结果表明, 苯水相光氧化反应形成的二次有机气溶胶粒子粒径小于1.0μm, 激光解吸电离质谱中存在醛类m/z 29(CHO+)、57(CHOCO+), 羧酸m/z 44(COO+), 苯环m/z 77(C6H+5)、65(C5H+5)和酚类化合物m/z 93(C6H5O+)特征裂解碎片峰。醛类、羧酸和酚类化合物是苯水相SOA粒子的化学组分,各类型组分含量大小关系为: 醛类化合＞羧酸＞酚类化合物。气溶胶激光飞行时间质谱仪激光解吸电离技术能够用于水相SOA粒子化学组分的在线测量, 可用于水相SOA形成机理和过程的研究。
激光解吸电离 苯 二次有机气溶胶 水相反应 化学组分 laser desorption/ionization benzene secondary organic aerosol aqueous reaction chemical composition
1 淮海工学院化学工程学院, 江苏 连云港 222005
2 淮海工学院药学院, 江苏 连云港 222005
3 淮海工学院海洋生命与水产学院, 江苏 连云港 222005
为了研究药品中盐酸肼屈嗪含量检测的新方法, 本文采用共振光散射光谱法以Clark-Lubs缓冲液为介质分析盐酸肼屈嗪与十二烷基苯磺酸钠反应的光散射强度参数关系。研究发现: 在pH 1.4的Clark-Lubs缓冲介质中适量盐酸肼屈嗪与十二烷基苯磺酸钠水溶液发生π-π电荷转移和离子缔合反应, 所得产物的共振光散射最大发射波长在402 nm处, 盐酸肼屈嗪浓度在0.125~1.00 mg·L-1范围内呈线性关系, 相关系数R为0.9998, 检出限为0.035 mg·L-1, 回收率在99.08%~100.8%之间。所拟方法适用于分析常温下盐酸肼屈嗪与光散射强度的参数关系, 可应用于药品中盐酸肼屈嗪含量的测定。
hydralazine hydrochloride Sodium dodecyl benzene sulfonate Resonance light scattering spectroscopy
