催化反应的基本原理范文

导语：如何才能写好一篇催化反应的基本原理，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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关键词：柴油机 scr 技术 基本原理 应用

中图分类号：TK421 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）05（a）-0102-01

1 柴油机scr技术基本原理

1.1 scr技术的反应机理

Scr又称选择性催化还原系统，是用来控制柴油机排放后的处理的装置，其主要是将尿素溶液喷射到柴油机排气管中，在高温条件下产生热解水反应，生成具有还原性质的，在催化剂催化还原作用下与排气中的发生反应生成和，其化学反映过程如下：

（1）热解水反应：

（2）与的催化还原反应：

1.2 scr系统构成

scr系统主要由尿素溶液添蓝罐、催化消声器、计量喷射泵、喷嘴及相关电控管路等构成。计量喷射泵是用来为尿素溶液输送到喷嘴而提供动力；催化消声器是催化氮氧化合物的还原反应，防止出现氨气泄漏的问题；喷嘴则是将输送来的尿素与空气混合物顺流喷入排气管，使尿素溶液雾化，以提升催化剂的转化效率。

2 scr系统运行的影响因素

2.1 氧气对催化还原反应的影响

在汽车柴油发动机的尾气成分中，主要是氮氧化物。而当废气中不含有氧气时，只发生与的反应。实验表明，在保持一定温度及水蒸气存在的情况中，无氧时scr系统转换较慢，但随着氧含量的增加，系统转化率会上升，直到氧含量体积超过8%，继续增加其含量则不会给系统转化率带来影响。因此，可以得知，当氧含量达到一定值时，与的反应会被控制，主要是、及的共同反应。

2.2 scr的空速特性对系统转化率的影响

通常情况下，柴油机在不同的工况环境下，催化器的空速变化范围较大。如当scr系统在200～300℃时，scr系统的转化率随空速的增加反而降低，这主要是因为空速大、反应的时间减短，从而导致较多来不及反应。而当scr系统所处的温度环境达到300℃时，空速大小与转化率基本无关，这是因为在极度高温环境下，催化剂的活性较强，抵消了空速变化带来的不利影响。

2.3 燃油品质对催化还原反应的影响

首先，当使用硫含量较高的柴油时，柴油机排放的尾气中就会含有，其在催化剂的作用下，容易被氧化成。当温度低于250℃，氨气和就会生成

，这些物质会对催化剂的活性产生不利影响；其次，在柴油机尾气含有另一个主要成分，即碳烟微粒（），当期堆积在催化器中，会造成排气的不通畅，使得尾气难以与催化剂充分接触和反应，因此需要在催化反应前先通过颗粒捕集器对尾气中的PM进行处理。

3 柴油机scr技术应用中的常见问题及解决方法

3.1 催化剂的体积问题

解决方法：（1）可以从催化剂本身出发，提高催化剂本身所应具有的催化活性。这就需要选择一些高温特性好且生成少的催化剂。当前，

等是应用比较广的活性较强的催化剂。（2）从提高化学反应的效率出发，通过采取技术措施而提高的氧化速率。研究表明，当中的比重增加时，可以提高低温条件下的转化率；当与的浓度比为1时，的转化率最佳，且scr系统的反应速率也会有明显的提升。那么为了提升的转化率与scr系统反应速率，就应该想办法提高的比例。实验表明，在scr反应器前安装氧化催化转换器是一个非常有效的方法，在保证一定高空速高温时，能利用铂作为催化剂的活性成分，将少数氧化成。当然，在热力平衡作用下，有时候高温环境下的转化也会受到限制，但是此限制却是较科学的，这是因为在温度逐渐升高的情况下，的氧化速率也会提高，当其氧化成的比重占到50%以上时，又会减慢其反应速率，达到一个科学循环的效果。

3.2 氨泄漏问题

在当前较多车用柴油机scr系统中，尿素水溶液是主要的还原剂，其主要成分是。然而在车辆排放废气的过程中，其废气温度的变化范围极大，可能从100℃迅速提升到600℃，那么在此急速变化的废气温度环境下，需要喷射的还原剂量也会出现极大的变化。但是，的吸附催化剂的能力又会随着温度的升高而降低，容易造成氨泄漏的问题。当前，对于废气排放的温度变化及喷射的剂量把握，控制氨泄漏的问题，是面临的突出问题。

解决方法：（1）通过实施优化措施控制，控制尿素喷射中成分。可以实施相关技术，在尿素喷射的过程中，计算的流量，并重点考虑催化剂活性及其相应温度需求，利用闭环控制技术，减少氨泄漏的问题。（2）通过安装后氧化催化装置，将过剩的氧化，以减少氨泄漏问题。在安装后氧化装置后，通常将铂作为催化剂，来进行催化反应。但是催化剂的催化活性对温度具有较高的要求，当温度低于250℃时，催化剂的催化活性不高；当温度增加时，催化剂活性在加强的同时又增加了与的形成，在此情况下又提升了scr的转化率，增加了氨泄漏的问题。因此，安装后氧化催化装置的方式，虽然能在一定程度上氧化过剩的，但却在温度升高时，容易造成另一途径的氨泄漏问题，需要技术人员合理应用。

4 结语

总之，柴油机scr技术是目前国内柴油汽车解决和排放的重要技术，其在我国车用柴油机上具有较大的发展空间。当然，scr技术的应用受较多因素的影响会造成系统运行的障碍，需有针对性的加强研究与技术优化，以更好的发挥scr技术的作用。

参考文献

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化学反应工程是被教育部颁发的《目录》确定的宽口径化学工程与工艺专业的四门主干课程之一，也是涉及研究过程工业(即通过化学变化或物理-化学变化制造产品的工业，包括化工、石油、冶金、材料、轻工、医药、生化、食品、建材、军工、环境等) 中生产过程、生产装置、工艺技术规律的诸多专业重要的必修或选修的技术类或技术基础课程[1]。化学反应工程既包含化学现象，又包含物理现象，是一门综合性强、涉及基础知识面广、对数学要求高的专业技术学科，学生在学习时普遍感到理论抽象、计算繁琐，不少学生认为化学反应工程课程是大学中最难学习的课程之一。又加之我校为一所地方性本科院校，学生的基础知识并不扎实，实验和实习条件有限，因此，如何在较短的课时数内使学生能够系统地掌握本课程主要内容，培养学生的工程观念和创新能力，成为我校化学反应工程教学改革的重点。基于此，我们在传统教学方式的基础上，进行教学改革，引入师生互动教学模式，并取得了一些进展。

1 化学反应工程的主要内容和作用

化学反应工程是化工类专业的一门专业主干课程、核心课程，涉及物理化学、化工热力学、化工传递过程、优化与控制等。主要研究工业规模化学反应过程的优化设计与控制。该课程对于培养学生的工程意识、强化工程分析能力具有十分重要的作用[2]。本课程的基本内容包括反应动力学和反应器设计与分析两个方面，重点是介绍气——固相催化反应本征动力学、气——固相催化反应宏观动力学、理想流动反应器、反应器中的混合及对反应的影响、气液反应及反应器和流——固相非催化反应等基本理论。目的是使学生掌握研究工业规模化学反应器中化学反应宏观动力学的基本方法和基本原理，具备进行反应器结构设计、最优操作条件的确定和最佳工况的分析控制、过程的开发研究和模拟放大的基本能力。

2 化学反应工程教学现状与存在的主要问题

传统的化学反应工程教学方式单一，主要是教师在讲台上讲，学生台下听。课堂教学不具有主体性、创造性、全面性、发展性的行为，其不足之处有以下几方面：灌输式过多，参与式过少。教师的启发式与学生的参与体现得不够，学生被动听课，课堂气氛大多比较沉闷。结论型过多，问题型过少。教师教给学生的都是定论，启发学生思考问题、提出问题不够，学生的问题意识和提出问题、研究问题的能力较弱，授课效果不佳。现代教学理论认为，教学是一个双边互动的过程。在这一过程中，教师是主导，学生是主体，任何一方的作用都不能忽视[3-4]。所以我们在化学反应工程的教学中，根据地方院校的特点引入了师生互动教学法。

3 互动式教学法在化学反应工程教学中的运用

互动式教学是指在教师的指导下，利用合适的教学选材，通过教与学双方交流、沟通，激发教学双方的主动性，拓展学生思维，培养学生发现问题、解决问题的能力，以达到提高教学效果的一种教学模式[5]。这种教学模式需要营造多边互动的教学环境，在教学双方平等交流探讨的过程中，达到不同观点碰撞交融，进而激发教学双方的主动性和探索性，从而提高教学效果。互动式教学常用的方式有多种，本教学改革选择问题教学法、案例教学法、上课提问、课后互动多种方法进行教学，由传统的讲授式转向讲授与提问、讨论相结合的教师与学生双向交流的启发式教学。在教改过程中，我们充分发挥互动式教学法的优势，努力寻找互动式教学与化学反应工程教学的最佳结合点，促进了化学反应工程教学的开展。

3.1问题教学法与案例教学

问题教学法是指围绕问题展开教学双方互动。一般为：提出问题—思考讨论问题—寻找答案—归纳总结。比如，在讲授多级cstr串联的计算及优化时采用此教学方法。首先提出两个问题，第一个问题是分析多级cstr串联的必要性，第二个问题是如何求串联体系的转化率。然后引导学生根据平推流和全混流反应器的优缺点和两种理想流动反应器数学模型的建立方法进行思考、讨论；进而利用已学知识点寻找答案，教师最后归纳总结。在讲授反应器中的混合及对反应的影响这章时，充分利用案例教学。案例教学一般程序为案例解说—尝试解决—设置悬念—理论学习—剖析方案。在这一章中利用案例教学，启发学生学会根据所测得的停留时间分布情况，利用非理想流动模型解决实际工业生产中的操作型和设计型问题。

3.2加强课堂提问

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关键词：无机膜;分离;应用

无机膜是指以金属、金属氧化物、陶瓷、沸石、碳素和多孔玻璃等无机材料制成的半透膜，常用的材料有Al2O3、TiO2、SiO2、C、SiC等。无机膜基本分类为：一是从表层孔结构上可以分为致密膜和多孔膜两大类，其中多孔陶瓷膜应用较为成熟和广泛。二是按照制膜材料，可以分为陶瓷膜、金属膜、合金膜、高分子金属络合物膜、分子筛复合膜、沸石膜和玻璃膜等。三是按照结构中有无担体的特点，可以分为非担载膜和担载膜。四是按膜孔径和应用场合可分为微滤膜和超滤膜等。与有机膜相比，无机膜具有耐高温、耐有机溶剂、耐酸碱、抗微生物侵蚀，刚性及机械强度好，孔径均匀、孔径分布范围窄，不老化、寿命长等优点，可以满足更高的使用要求。加之近十年来生物、医药化工、食品等行业的发展，促进了无机膜的发展。因此，无机膜受到世界各国的关注，它的研究与应用已成为当代膜科学技术领域中的重要组成部分。[1]

一、基本原理

（1）无机膜中气体传递特性与分离模型。膜法气体分离的基本原理是根据混合气体中各组分在压力的推动下透过膜的传递速率不同，从而达到分离目的。对不同结构的膜，气体通过膜的传递扩散方式不同，因而分离机理也各异。气体通过无机膜的分离依赖于气体在膜中的传递特性。目前常见的气体通过膜的分离机理有2种，即气体通过多孔膜的微孔扩散机理和气体通过致密膜的溶解――扩散机理。

第一，Knudsen扩散。在微孔直径比气体分子的平均自由程小的情况下，气体分子与孔壁之间的碰撞远多于分子之间的碰撞，此时则发生Knudsen扩散。一般而言，在有压差条件下膜孔径5～10nm，无压差条件下孔径5～50nm时，Knudsen扩散起主导作用。基于Knudsen扩散的气体A和B的通量比，即理论分离因子α为：α=（Fk）A/（FK）B=（MB/MA）1/2。可见，Knudsen扩散是依据分子量的不同而进行气体分离时。分离系数与被分离气体分子量的平方根成反比，在分离H2、He、N2等轻分子时具有较高的分离系数，但随着温度的升高，扩散通量会下降。对混合气体通过多孔膜的分离过程，为了获得良好的分离效果，要求混合气体通过多孔膜的传递以分子流为主。基于此，分离过程应尽可能满足下列条件：多孔膜的微孔孔径必须小于混合气体中各组分的平均自由程，气体分子的平均自由程应尽可能小，而温度升高会使气体分子的平均自由程度增大，为此要求混合气体的温度应足够低;在一定条件下，Knudsen扩散速率与压差成正比。因此，膜两侧的压力应尽可能高。

第二，表面扩散。气体分子与膜表面发生化学作用，能被吸附于膜表面，膜孔壁上的吸附分子通过吸附状态的浓度梯度在表面上进行扩散。这一过程中被吸附状态对膜的分离性能有一定的影响。被吸附组分比不吸附组分扩散快，从而导致渗透的差异，达到分离的目的。表面扩散的机理比较复杂，在低表面浓度条件下，纯气体的表面流量可由Fick定律描述：Fs=-ρ（1-ε）μsDsdq/dl。式中：ρ为固体介质的密度，ε为固体介质的孔隙，μs为形状因子，DS为表面扩散系数，dq/dl为表面吸附随膜厚度的变化。由上式可知，增大膜的表面积，减小膜孔径和改善膜的吸附性能可增大表面吸附量和扩散通量。但表面扩散要求膜材料仅对要分离的分子有作用，否则，其他分子会占据表面活性位，从而减小膜表面的有效分离能力，此时需要对膜孔径表面上不希望的活性位用化学处理的方法进行屏蔽或中和。

第三，多层扩散与毛细管冷凝。依据Knudsen扩散和表面扩散的气体分离过程的选择性相对较低，而多层扩散却有可能提高通量和选择性。当孔的量很高，被分离物质在膜表面上发生物理吸附，并在膜孔内发生毛细管冷凝时，它会堵塞孔道而阻止非冷凝组分的渗透。这种情况一般发生在温度接近可冷凝组分的冷凝点，其吸附量可由扩展BET方程求得，而其冷凝压力与温度和孔径的关系可用开尔文方程求得。当一种物质在介质上发生多层吸附水时，会产生多层扩散，这是单层扩散的扩展。多层扩散的扩散通量先随压差增加而增加，若同时发生毛细管冷凝，传质行为将发生改变，此时扩散通量达到最大，之后由于液相传质控制，扩散量急剧下降。

第四，分子筛效应。分子筛是多孔硅铝酸盐（沸石）或非石墨类碳，它们含有分子大小的微孔。分子筛膜分离气体时，气体分子与微孔孔壁的作用非常强，分子大小稍有差异或分子与孔壁的亲和力略有不同，就会导致气体透过膜的速度有很大的区别。分子筛膜就是根据气体分子的大小以及形状来“筛分”分子，因而有很高的分离因子（选择性）和渗透通量。分子筛膜的孔径大小与结构对气体的分离有很大影响。碳分子筛膜经适当高温活化，除去表面上的含氧基团，可使微孔扩大。若继续在更高的温度下煅烧，将导致微孔收缩。因而，对于一定组成的混合气体，可以用热化学的方法调节碳分子筛膜的孔径以达到最优分离。

第五，致密膜的溶解――扩散机理。气体通过致密膜的传递过程一般用溶解扩散机理来描述，不是反应速率控制。此机理假设气体透过膜的过程如下列3步组成：一是气体在膜的上游侧表面吸附溶解，是吸附过程。二是吸附溶解在膜上游侧表面的气体在浓度差的推动力下扩散过膜，是扩散过程。三是膜下游侧表面的气体解吸，是解吸过程。一般说来，气体在膜表面的吸附和解吸过程能较快地达到平衡，而气体在膜内的渗透扩散过程较慢，是气体透过致密膜的速率控制步骤。气体在致密膜内的扩散过程可用Fick定律来描述。气体在致密膜中传递的推动力来自膜上下游侧的压力差、浓度差或电位差等引起化学位差，依据组分在操作条件下相对传递速率的差异而达到分离的目的。另一类用于气体分离的致密膜是固体电解质膜，如经Y2O3稳定话的ZrO2膜（YSZ膜）。当YSZ膜两侧有氧的浓度差时，YSZ膜是仅导氧离子的电导体，它的导电机理是空穴导电。在被Y2O3稳定的ZrO2中，部分Zr4+被Y3+置换，产生一定数目的氧离子晶格空位，即氧离子空穴，而ZrO2属于正方晶系结构，具有大的中心空间。因此，在高温下氧离子有可能经由这些空穴位置穿过晶格。如果有外加电压作推动作用，氧离子就会从YSZ膜的一侧传递导另一侧，调节外加电压就可以控制氧对膜的渗透速率。

（2）无机膜中液体传递特性与分离模型。无机膜技术对液相体系的分离主要是微滤和超滤。其基本原理是在压力差下，利用膜孔的渗透和截留或筛分性质，使不同组分得到分级或分离。产品可以是纯液体或欲回收的组分。工作效率则以渗透通量和渗透选择性为衡量指标，两者均与膜结构、体系性质及操作条件等密切相关，其中膜阻塞即为严重的障碍。另外，膜的表面特性，如荷电或不荷电、憎水或亲水的形式，决定了膜与溶质有强弱不同的相互作用和截留效能，也就对分离产生不同的影响。为了适应分离的要求，可以通过膜的表面修饰来调整膜的结构与性能。

二、无机膜的研究状况

无机膜的研究和应用始于20世纪40年代，早期的陶瓷膜主要应用在核原料铀同位素的分离，在随后近半个世纪中，随着无机膜材料与制备技术的发展，无机膜逐步在饮料行业、水质处理、乳制品等领域得到了应用。20世纪90年代以后，以气体分离和膜分离――反应器组合构件为主的无机膜的研究和应用得到了广泛的关注。无机膜的研究主要集中在以下几方面：膜及膜反应器设计及制备工艺的研究，膜表面改性，膜结构及性能的测试与表征以及应用等方面。

（1）膜设计。膜设计技术包括膜材料和膜结构形态研究，微孔大小与均匀分布的控制方法研究，膜制备技术，特别是膜复合和超薄膜制备技术的研究。

（2）膜的表面改性。由于某些膜随温度等使用条件的变化，膜的孔等结构也随着变化，从而影响膜的热稳定性、选择透过性及催化活性等性能。目前，一般采用掺杂或采用溶液浸渍、吸附或气相沉积等方法将第二组分沉积在第一组分膜的孔内壁或第二组分与第一组分发生化学反应，其反应物粘附在孔内壁，使改性过的膜有更小的孔径和较高的分离系数和催化活性。在无机膜的表面涂上一定的金属，使其表面性质发生变化，在气体分离和膜反应器中得到应用。目前制备的SiO2膜有很好的气体分离特性，但由于室温下SiO2表面的亲水性使它易吸附空气中的水分，使微孔阻塞，而影响分离特性。Renate M.devos等制备一种憎水性的SiO2膜，以改善SiO2膜对水的吸附性，疏水是通过消除SiO2表面的羟基而实现。一种是用化学处理法即用各种硅烷对表面进行处理;另一种方法是热处理。

（3）结构及性能的测试与表征。制备完好致密无缺陷的反渗透膜或对反渗透膜结构性能的测试与表征是当前的热点、难点课题。无机分离膜的过滤分离机理要根据膜类型来定，致密膜的过滤机理一般以溶解――扩散的方式进行，多孔无机膜则根据膜孔的大小而定，当孔径从几十个微米到二个纳米其分离机理将会发生很大的变化，即从湍流（孔径>5μm）粘带流克努森扩散表面扩散毛细管凝聚与分子筛等。但目前这些机理还不完善，仍处在发展和完善之中。

（4）膜反应器的设计。包括根据不同催化反应体系和膜分离性能的要求，设计高效、适用膜反应器;着眼于反应器结构型式的研究;并流或逆流操作过程解析;反应与分离部分的浓度和温度梯度解析等传热传质工程方面的研究，以达到膜分离――催化过程的最优化设计。

三、无机膜的应用

无机膜的应用主要涉及液相分离、气体分离和膜反应器三个方面。其中在液体分离的微滤和超滤膜中，使用最多的是陶瓷膜，约占分离膜的80%左右。

（1）在饮用水净化中的应用。陶瓷微滤膜和超滤膜处理地表水制备饮用水已在欧洲应用多年，自1984年，法国就开始用陶瓷膜进行工业规模的饮用水生产。英国Fairey工业陶瓷有限公司、瑞士Katadyn等使用陶瓷滤芯用于饮用水净化的历史悠长。隋贤栋等人采用硅藻土梯度陶瓷微滤膜对自来水的净化进行了研究，结果表明，平均孔径为0.15μm的梯度陶瓷膜，可100%滤除水中的大肠杆菌、沙门氏菌、金葡萄球菌和霉菌等致病病菌以及铁锈、红虫和各种悬浮微粒。通过简单的机械清刷，通量可完全恢复，无膜的深层污染和孔隙堵塞，可有效地防止净水的再次污染。一个254mm的标准滤芯可净化普通自来水50m3以上。

（2）在废水处理中的应用。目前，无机膜主要用于含油废水、化工及石化废水、造纸和纺织废水、生活污水及放射性废水的处理。王怀林等人采用0.8μm氧化铝膜和0.2μm氧化锆膜对油田含油废水进行处理，取得了较好的结果;黄肖容等利用离心方法制备了梯度氧化铝膜管，用之净化生活污水，孔径为0.1～0.35μm的氧化铝膜管对生活污水的BODCr的去除率达83%，CODCr的去除率达67%，大于0.1μm固体悬浮物的去除率100%。Lahiere和Goodboy用孔径为0.2～0.8μm的氧化铝膜处理含15～500mg/L芳香和石蜡油废水，膜面流速达4.6m/s，通量为1250～1540L/（m2・h），并较好地解决了膜污染及膜清洗等问题。Jonsson和Petersson采用0.2μm氧化锆膜处理造纸废水，通量为15～1300L/（m2・h），COD去除率为25%～45%。Cumming和Turner采用孔径为2μm的氧化锆膜和0.2μm氧化铝膜处理低放射性废水，取得了较好的效果。

（3）在气体分离方面的应用。近年来出现的离子电子混合导体致密膜和具有分子筛分功能的多孔膜展现出良好的发展前景。Huang等以Pd/Al2O3复合膜分离H2/N2，结果表明具有很高的分离系数。Lin等用Pd膜分离H2/N2体系，H2的渗透速率为（2.62～6.11）×10-6m3/（m2・s・Pa0.5），分离系数为200～1400，透过气中氢气的纯度可达99.6%，氢气的回收率为90%。Tong等利用MFI型沸石分子筛在室温常压下分离H2/烃类的多组分气体混合物，氢气的渗透通量几乎为，烃类组分的渗透通量达2.4×10-4mol/（m2・s）。此外，无机膜在原料气脱湿、有机溶剂回收以及强腐蚀性气体干燥等方面，也取得了较好的分离效果。

（4）渗透汽化和膜催化技术中的应用。汤斌等考察了酒精发酵液中组成对硅沸石膜进行渗透汽化分离特性的影响，认为有机高分子化合物及无机盐可改变溶液的相平衡和溶液的化学位，从而提高酒精的渗透汽化分离效果。美国能源部从90年代初即开始支持以离子与电子混合导体膜的膜催化反应研究，在甲烷转化合成气的研究中取得重要的进展，其甲烷转化率大于99%。

（5）在食品和生物化工中的应用。无机膜用于牛奶、果酒、果汁、饮料、白酒、啤酒、饮用水等的除菌过滤，效果十分显著;陶瓷膜在生物化工领域的应用研究是近期的热点之一，涉及领域包括细胞脱除、无菌水生产以及低分子有机物的澄清和生物膜反应器。

（6）无机催化膜反应器的主要应用。目前，无机催化膜反应器基本上集中应用于脱氢、加氢和氧化反应。脱氢、加氢等涉及氢传递的膜反应器，多采用选择渗透性的金属钯膜或钯合金膜，也有用多孔膜（如γ-Al2O3膜、分子筛膜等）以获得高的渗透通量。用于氧化反应过程中无机膜催化膜反应器的研究，大部分围绕稳定的氧化锆膜（YSZ膜）和金属银膜，应用多孔膜及钙铁矿型致密膜的研究也取得了一定得成果。此外，在化工、石油化工等工业中，传统的过滤技术很难满足产品和原料液的纯度要求，无机膜优异的材料性能和高精度的分离性能使其成为苛刻条件下精密过滤的技术之一。

四、展望

作为一种新型膜分离技术，无机膜在很短的时间里迅速发展，在许多重要分离领域中显示了其独特的操作特性。其优良性能已经被众多的研究者和使用者所认识，在今后很长一段时间内，膜功能集成化是一个重要的发展方向。在工程实践中，由于反应条件、应用场合等千差万别，特别是膜元件作为反应器的核心部件，在理论和实践等方面尚有许多问题需进一步研究，如再生性能好的无机膜的制备;高温下设备的密封问题;高温结碳对膜的污染问题;反应过程的模拟技术和催化剂的固定问题等。随着膜材料及制备技术的发展，膜反应器必将会越来越广泛地应用到化工、环保、生物、和食品等工业领域。

参考文献：

[1] 刘阳，曾芝芳，陈虎，等.无机膜的研究进展及应用[J].中国陶瓷工业，2000，7（4）：25-30.

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关键词4-香豆酸;辅酶A连接酶;功能;研究进展

AbstractIn this paper，the research progress of 4-coumarate:coenzyme A ligase(4CL)was overviewed，containing function，relationship between function and structure，and crystallography. It would provide evidence for further study on the structure and function of 4CL proteins.

Key words4-coumarate;coenzyme a ligase(4CL);function;research progress

4-香豆酸:辅酶A连接酶(4CL)是木质素生物合成的关键酶之一，它位于苯丙酸途径与木质素特异合成途径的转折点上。4CL催化肉桂酸及其羟基或甲氧基衍生物生成相应的辅酶A酯，这些中间产物随后进入苯丙烷类衍生物支路合成途径[1-2]。以前的研究大都集中在各物种的4CL基因及其同工酶基因的发现和表达调控，近年来其催化反应和底物偏好选择的分子机理成为研究热点。目前的研究进展主要是通过研究功能域氨基酸位点的突变体酶蛋白的体外功能和蛋白质晶体结构模型，提出可能的分子机理。

14CL蛋白的功能研究

4CL蛋白的研究在20世纪70年代初就已经开始，最初的研究工作主要集中在分离纯化植物中的4CL蛋白酶，并对提取的天然4CL蛋白酶进行生化特性研究方面。到目前为止，已从大豆、欧芹、云杉、杨树、水稻、丝瓜、刺槐等多种植物中纯化或部分纯化出了4CL蛋白。

随着越来越多植物的4CL基因被发现，人们发现这些植物基因组中4CL基因一般以小的基因家族的形式存在，家族内不同成员可能在苯丙烷类代谢不同分支代谢途径中起作用。同时人们发现4CL基因是组织特异性表达基因，同一物种中4CL基因家族中不同成员的表达表现出器官、组织和细胞的特异性，这可能与不同成员参与不同的分支途径有关。如美洲山杨含有结构上和功能上均不同的2个4CL基因Pt4CL1和Pt4CL2，二者差异表达以调控不同的苯丙烷类衍生物的生物合成，它们参与不同的生理功能[3]，Pt4CL1在正在发育的木质部组织参与木质素生物合成，而Pt4CL2在表皮细胞中参与其他酚类化合物如类黄酮的生物合成。

人们也对4CL基因的表达调控作了大量的研究。与植物次生代谢途径中的大多数酶类一样，4CL基因也属于调控基因。其表达主要受发育的调控，4CL基因在植物生命世代中很早即开始表达。拟南芥4CL基因在苗期阶段即被活化，拟南芥发芽后2~3 d，4CL基因即开始表达，其活性与子叶和根部木质素沉积的起始密切相关[4]。毛白杨4CL基因的表达水平在一个生长季节中呈现“双峰”模式，即“弱—强—弱—强—弱”，分别在6月底至7月初、7月底至8月初达到峰值，与早材和晚材的形成阶段相符合[5]。4CL基因的表达还能被许多环境因子激活，如各种伤害、病原菌侵染、紫外线辐射等。4CL基因家族的不同成员对于各种环境因子的反应差异说明其在苯丙烷类衍生物代谢中具有不同的功能。

24CL蛋白的结构和功能的关系

通过对几种植物的4CL蛋白的氨基酸序列进行同源比对分析结果发现:4CL蛋白质归类为2组，组I和组II。拟南芥At4CL1、At4CL2，杂种杨Ptd4CL1、Ptd4CL2和Pt4CL1归类为组I，拟南芥At4CL3及杨树Pt4CL2归类为组II。组I内蛋白质相互之间的关系比其与组II来自同一种植物的蛋白质之间的关系更为接近，反之亦然(反之亦然)。组II内拟南芥、杨树和大豆的4CLs主要伴随着类黄酮的生物合成，而组I内的4CLs更为主要地伴随木质素以及其他苯丙烷类衍生物的生物合成。

对4CL蛋白质序列的比对分析还表明，在所有已知的4CL氨基酸序列中存在几个保守的肽基序(motif)。肽基序Box I、SSGTTGLPKGV在4CL蛋白质序列中几乎绝对保守，而且与荧光素酶、长链脂肪酰基-CoA合成酶、肽合成酶中发现的保守基序相似。肽基序Box II、GEICIRG在所有4CL中绝对保守，其中心的C残基被认为直接参与催化进程[6]。

Schneider等[7]基于短杆菌肽S-合成酶PheA(Phenyla-lanine-activating)的晶体数据，分子模建了拟南芥At4CL2的蛋白质模型，鉴定了参与At4CL2 SBP的12个氨基酸残基，创造了“功能的获得”(Gain-of-function)突变体，通过增加SBP的空间大小产生了具有转化阿魏酸和芥子酸能力的At4CL2突变体，而通过增加SBP的疏水性导致具有强烈增强的肉桂酸转化的At4CL2突变体。

上述研究结果对于更好地理解苯丙烷类衍生物途径中关键酶的催化过程，对于设计具有新的底物特异性的4CL突变体有很好的帮助。但这些都没有从根本上揭示4CL同工酶的底物特异性和偏好性的分子机制。要阐明4CL蛋白的催化机制，最佳方法就是获得4CL蛋白的晶体，并通过X-衍射收集4CL晶体的结构数据，解析4CL蛋白的原子结构，从而更好地解释4CL蛋白的结构与功能的关系。

34CL蛋白晶体学研究现状

3.1晶体生长的基本原理和方法

蛋白质晶体生长的基本原理是指蛋白质溶液在过饱和状态下，蛋白质在固相沉积的速率大于离开固相进入液相的速率时，溶液中蛋白质分子就会自我聚集成核，在合适的条件下，形成的晶核发育成蛋白质晶体。蛋白质晶体通常在过饱和状态下出现，蛋白质能达到过饱和状态而不是在达到饱和态就立即沉淀或者结晶出来，主要是因为蛋白质结晶也有类似于化学反应的能垒，成核是一个高能态，使得蛋白质成核过程较慢。能垒越高，蛋白质形成临界核的速度就越慢，过饱和状态就越容易维持。同时蛋白质溶液过饱和状态越高，蛋白质形成临界核的可能性就越大。结晶的方法分为4种:批量结晶、蒸发结晶、液液扩散结晶和透析结晶[8]。

篇5

［关键词］科研实践；物理化学；教学

物理化学是一门借助物理的基本原理，揭示化学基本规律的学科，也是一门理论性、系统性、逻辑性很强的学科，具有理论公式多，推导复杂的学科特点。初学者往往感到抽象难懂，对数学知识要求高，容易产生畏难情绪，也往往认为理论知识学了没有用途，导致失去学习的兴趣。为了解决物理化学中抽象难懂的问题，通常采用的方法是在教师授课时列举一些与生活实践相关的现象，借助物理化学知识加以解决，但是这只是一些简单的应用，并且借助于互联网络都能得到容易理解的结果，但是对于有一定知识水平的大学生似乎显得过于简单，并不能激发他们对物理化学学习兴趣，解决他们对物理化学理论学习的困惑，展示理论知识与科学实践和生产实践的紧密联系，从而体现物理化学作为基础学科的价值。另外，物理化学中化学规律和数学公式都是从科学实践总结出来的，能指导科学实践活动。因而，在物理化学实际教学中，除了要结合生活实践之外，教师应该适当阐述理论公式的实际科研来源以及这些理论知识在科学前沿研究和生产实践的应用价值，才能引导学生逐渐认识到物理化学知识理论学习的重要性，同时也可以通过科研实例刺激学生的好奇心和求知欲，从而激发学生对物理化学学习的兴趣。因此，教师科研能促进物理化学理论教学，也能促进学生对当前科研前沿的了解，激发学生的求知欲，培养学生的科学素养，为今后的发展奠定基础。

1科研实践对物理化学教学的促进作用

1．1物理化学理论在科研实践中的应用

尽管物理化学科研实践的实验方法和手段比较复杂，但是常常使用了大学物理化学书本上的基本原理和基础知识，因而，我们可以选择一些合适的科研实践活动将其应用到物理化学教学中，以提高学生对物理化学基础理论重要性的认识，帮助他们更好地理解这些基础知识，激发他们对物理化学学习的兴趣。这里我们以原电池的基本原理在科研中的应用来阐述物理化学基础理论知识学习的重要性。已有文献报道具有缺陷的碳纳米管浸入到一定浓度的氯铂酸或者氯金酸溶液中，通过原子力显微镜能够观察到在碳纳米管的边壁缺陷上快速形成金属铂纳米粒子或者金纳米粒子［1］。这金属离子自发还原沉积碳纳米管上的现象归因于金属离子与碳纳米管之间的原电池效应，电极反应分别是PtCl42－＋2e－＝Pt＋4Cl－，AuCl4－＋3e－＝Au＋4Cl－。根据电极电势的数学公式计算出PtCl42－和AuCl4－的还原电势以及碳纳米管的氧化电势，并比较它们的大小，从而能判断出金属铂或者金粒子是否能沉积在碳纳米管的边壁上。更进一步地研究表明利用原电池效应可以在碳纳米管的表面边壁上沉积四氧化三铁、氧化亚铜、二氧化钒等中间价态的金属氧化物，计算这些金属离子与碳纳米管之间的电极电势ΔE＝φ（Fe3＋／Fe2＋）－φ（R－CNTs／O－CNTs）、ΔE＝φ（［Cu（NH3）4］2＋／［Cu（NH3）2］＋）－φ（R－CNTs／O－CNTs）和ΔE＝φ（V5＋／V4＋）－φ（R－CNTs／O－CNTs），通过控制溶液的pH值和碳纳米管的结构等反应条件实现中间价态的金属氧化物沉积在碳纳米管的表面，关键是通过原电池效应合成的碳纳米管－金属氧化物复合材料在催化加氢反应、苯酚羟基化反应等催化反应中展示了比其他方法合成的该种复合材料更加优异的性能，体现了合理的使用电化学方法合成材料具有重要的应用价值［2－4］。尽管这些科研工作涉及的内容比较广泛，考虑的因素复杂，但是在材料合成方面的基本原理仍然是物理化学中原电池电极电势的相关基础知识。实际上，物理化学中热力学、溶液中的化学势、物质的相图、吸附脱附、动力学研究等基本知识在当前的科研都有广泛的应用，利用这些基本知识来验证过程的可行性或者借助它们推断出物理化学及其相关学科中更深层次的机理或者原理［5－7］。因此，物理化学的基础知识在当前的科学研究工作中仍然具有重要的价值，是学生为今后工作和学习所必须要掌握的。

1．2科研实践对学生物理化学学习的促进作用

物理化学中的基础知识都是比较抽象，数学公式比较多，这增大了学生学习的困难，但是这些基础知识都是来自科学实践，相应地能用来指导科学实践活动，因而，学习物理化学基础知识的时候借助于科研实践来展示这些知识，能帮助学生更好了解和掌握这些知识。首先，科研实践的学术论文为了更好地解释相关原理往往都使用大量的图表或者视频，直观地展示和支撑他们的实验结果，帮助读者理解论文的结论。教师可以根据物理化学相关章节的内容提炼这些学术论文，在教学中利用论文中直观的图片或者视频给学生展示对应的知识点，使得抽象的知识图像化、具体化，同时将枯燥无味的理论知识形象生动地呈现到学生的面前，加深学生对该知识点的印象，促进学生对该知识点的理解和掌握。其次，物理化学的教学过程中可以借助科研实践论文生动地展示给学生，不仅能帮助学生理解这些知识点，更能让学生意识到物理化学课程中基础知识与生产实际有紧密的联系，而不是为了学习抽象的知识而学习这些知识。它们能够直接应用到实际科研和生产实践中，并指导科学实践和生产实践活动，使得学生不再认为理论知识难学而没有用途，更不会消极地学习和理解这些物理化学基础理论知识。学生会更加积极主动理解和掌握所学知识点，甚至通过网络数据库等相关工具，更进一步地详细了解与物理化学书本上相关知识内容，从而间接地提高他们的自学能力，培养他们积极主动学习的能力。最后，借助物理化学教学引入科研生产实践的概念，让学生接触基础知识应用到令人好奇的未知世界，从而提高学生学习物理化学基础知识的兴趣。既使学生学习到必须掌握的物理化学基础知识，同时又接触到物理化学方向科研和生产实践的前沿，掌握当前物理化学科研和生产实践的动态。让学生从一开始学习基础知识灌输科研实践的相关知识，引导学生关注本学科发展前沿和科研动态，使学生浸润在科研的氛围下，产生浓烈的科研倾向［8］。从而使学生寻找自身喜欢的学习方向和学习兴趣，建立严谨的科研和学习态度，刺激学生对未知世界的求知欲望，并潜移默化地培养他们的科学素养，为今后的工作学习提供基础。因此，物理化学教学中引进科研实践，不仅将枯燥无味的理论知识形象生动化，而且能让学生认识到物理化学理论知识学习的重要性，培养他们的基本科学素养，激发他们对未知世界的求知欲望。

1．3教师科研实践对物理化学教学的重要影响

对于普通本科院校来讲，无论什么样的教学改革都是围绕教学方式和手段在课堂教学过程中的运用，无法代替教师的角色，无法改变教师授课主体的本质，因而，教师在教学过程中起着重要的作用。只有通过教师的教导和示范作用才能使课堂教学变得更加生动鲜活，也对学生的学习和行为有直接地引导作用。因而，教师自身的专业水平决定了他的教学水平和教学能力，而科研实践活动对教师有很大的锻炼和启发作用，增加了教师的业务知识水平，对课堂教学有非常大的促进作用，因而，要提高教师的专业水平应该鼓励教师积极参与科研实践工作［9］。首先，本学科专业教师开展科研实践工作之前必须不断查阅大量新的文献资料，了解当前科技发展的动态，及时跟踪本学科领域的最新进展，更新和丰富本学科的理论和知识。这个过程有利于提高教师发现问题、分析问题和解决问题的能力，并不断更新和完善自己的知识体系，能更好地将当前本学科科技发展动态传授给学生，同时随着知识水平的提高教师将以新的高度去思考学科发展趋势，自然而然地应用到教育教学和人才培养的模式，进而思考未来人才的发展趋势和人才培养的最佳方法。其次，教师从事科研工作对该学科未知领域的探索研究是一个长期而艰苦的过程，能提高教师的逻辑思维能力和表达能力，能培养教师一丝不苟和勇于创新的严谨治学态度、顽强拼搏的精神以及良好的科研素质，激发教师的创新思想，迎合当前国家鼓励创新创业的潮流。教师在科研中的锻炼往往对学生起到表率作用，促进培养学生的创新能力、顽强拼搏精神以及严谨的科学作风，对学生成才起到推动作用。此外，教师的科研成果能让学生直接感受到科研并非遥不可及，对学生有很大的引导和促进作用，同时可以激发学生对科研的兴趣和求知欲望，主动参与到教师的科研实践，激起他们对物理化学基础理论学习的热情［9］。因此，教师要实现物理化学教学的改革创新，适应当前形式下物理化学教学的发展，仅凭教学经验是远远不够的，必须从事科学研究去实践、去探索、去创新，进一步提高本学科的知识结构，从而加快教育观念的更替，逐步形成具有自身特色的教学方式，将新理论、新方法渗透到物理化学教学实践中，才能改变多年从教的疲惫与困惑，同时也激发了自身潜在的创造力。

2结论

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【摘要】 碳青霉烯是一类新型β-内酰胺抗生素，它具有广谱、耐酶等特点，已用于临床抗重症感染的治疗。骨架和侧链的化学合成是碳青霉烯类药物研究和开发的重点和热点方向。近年来，采用有机金属催化合成骨架、四氢吡咯烷与疏水基团相连接合成侧链，取得了一定的进展。未来合成研究所面临的最大挑战是提高碳青霉烯类β-内酰胺抗生素的生物活性，其策略是寻找有效的骨架合成途径，同时增加药物的脂溶性和稳定性。

【关键词】 碳青霉烯； β-内酰胺类抗生素； 骨架合成； 侧链合成； 抗菌活性

ABSTRACT Carbapenem is a new β-lactam antibiotic with broad antimicrobial spectrum and resistance to β-lactamase hydrolysis. Five carbapenems have been used to treat serious infections in clinical trials. Skeleton and chain syntheses have become highlights of study and development of new carbapenems. In recent years， various skeletal derivatives have been synthesized with organic metals as catalysts， and different side-chain derivatives have been obtained with the reaction of pyrrolidine and hydrophobic functional groups. In order to improve antimicrobial activities of carbapenems， the strategies are to explore new synthetic routes of the skeletons and side-chains and increase the hydrophobicity and stability of carbapenems.

KEY WORDS Carbapenems; β-lactam antibiotics; Skeleton synthesis; Side-chain synthesis; Antimicrobial activity

β-内酰胺类是一类非常重要的抗生素，其作用机制主要是通过破坏微生物细胞壁的生物合成，抑制病原微生物。然而由于一些病原微生物能分泌β-内酰胺酶，水解青霉素、头孢菌素等传统β-内酰胺类抗生素的骨架结构，致使这些抗生素失去抗菌活性。因此，如何解决病原微生物的耐药性成为抗生素研发的首要问题。碳青霉烯类是兼具青霉素和头孢菌素骨架结构的β-内酰胺抗生素，具有抗β-内酰胺酶的水解作用，对革兰阳性和革兰阴性菌、需氧菌和厌氧菌具有超广谱抗菌活性，在临床上广泛应用于治疗未知病原体引起的重症感染。碳青霉烯类是β-内酰胺抗生素研究领域的重要方向之一，目前已经上市的此类药物有亚胺培南(imipenem)［1］、帕尼培南(panipenem)［2］、美罗培南(meropenem)［3］、比阿培南(biapenem)［4］和ertapenem［5］五种。此外，碳青霉烯类的衍生物如S-4661［6］、BO-2727［7］、CP6509［8］和E-1010［9］等药物也正在处于不同的研发阶段。该类抗生素主要通过化学全合成方法制备，其主要工艺过程包括骨架合成和侧链合成。碳青霉烯骨架合成研究的目的在于寻找高产有效的药物中间体合成途径，而侧链合成研究旨在增加药物的脂溶性和稳定性，整体提高药物的抗菌活性。本文就碳青霉烯抗生素的骨架和侧链合成的研究进展进行综述。

1 碳青霉烯骨架的合成

1.1 碳青霉烯的骨架结构

碳青霉烯的骨架结构(图1)介于青霉素与头孢菌素之间，其结构区别在于青霉素的青霉烷环l位硫原子被碳原子代替，并在五元环的2，3位原子间有一双键。复合青霉素的五元环和头孢菌素的共轭双键具有活化β-内酰胺环的效应，这种特殊结构表现出对革兰阳性菌和革兰阴性菌、需氧菌和厌氧菌有强的抗菌活性，进入细菌外层胞质的速率比传统β-内酰胺环大，并

图1

碳青霉烯的骨架结构及其上市药物的结构且能结合各种青霉素结合蛋白，产生持续的后效应。

1.2 有机催化合成

Mori等致力于研究开发合成碳青霉烯骨架的新方法，并获得了一定的成果。他们首先利用有机金属试剂钌催化合成碳青霉烯骨架［10］，其合成的核心思想是首先形成含有机金属催化剂的六元环中间体2b，化学中间体形成C-Ru-C键，再通过消除反应消去有机金属催化剂钌，获得五元环的碳青霉烯骨架结构2c(图2)。当化合物2a在RuH2CO(PPh3)3的甲苯溶液中进行加热反应，获得产物2b具有碳青霉烯的五元环骨架。不同的R基，反应时间和产率也有所差别，本法共尝试合成了4个反应底物，一般收率为50%左右。当R为4-MeOC6H4时产率最高，可以达到63%；当R为Et3SiOCH2时产率最低，仅为22%，另外两种R分别为4-MeC6H4和Ph，产率为45%和44%。

Mori等在上述反应的基础上将有机金属催化剂更换为钯［11］进行有机催化合成碳青霉烯骨架，反应机制发生了微小的变化。与金属钌催化反应相似，钯催化反应也是先形成含有钯(N-Pd-C键)的六元环化学中间体3b，通过消除反应去除钯后形成五元环骨架结构。在甲苯溶液中，化合物3a与Pd2(dba)3·CHCl3，P(o-tolyl)3以及当量的K2CO3，反应获得产物3c(图3)。X对反应时间、温度有很大影响，产率相差明显。以X为OCOPh时，在55℃下反应9h，产率最高可达57%；而在40℃下反应48h，产率仅为32%。此外，当X为OCO2Me、OCOMe和OPh时该反应几乎不能发生。

Mori等进一步研究了反应过程，并成功地将羧基连接到C3上［12］，基本原理是含有乙烯卤化物结构的化合物4a在金属钯催化下反应，生成含有钯的六元环中间体4b，再通过消去反应去掉金属钯获得骨架结构4c(图4)。 该反应的基本条件是将4a与Pd(OAc)2、

图2

有机金属钌催化合成碳青霉烯骨架

图3

有机金属钯催化合成碳青霉烯骨架

DPEphos在100℃下回流2min，再将溶液在0℃回流，在适宜温度下获得产物。X一般为I或Br，当X为Br时，产率为74%，而当X为I时，产率可达到90%。由于目前大多数上市的该类药物在C3位置上都含有羧基(图1)，因此该反应所获得的骨架结构对于碳青霉烯的合成研究有着重要的意义。

1.3 Dieckmann成环反应

Tanabe等［13］利用新型无水钛作为Dieckmann缩合剂，对传统的Dieckmann成环反应进行改造，不经过与磷酸烯醇酰氯缩合形成磷酸烯醇酯和侧链置换反应，就直接形成含有侧链的碳青霉烯骨架结构(图5)。具体反应条件为在化合物5a和Bu3N的CH2Cl2溶液中加入TiCl4，并在-45℃下搅拌反应1h，用去离子水萃取并干燥即可获得产物。R基不同，产率略有差别，具体数据如图5所示。该法与传统的Dieckmann反应相比，获得碳青霉烯骨架更加简单，效率更高。此外，该方法所使用的试剂低毒、安全，环境污染少，为碳青霉烯骨架的合成开辟了一条新的途径。

2 碳青霉烯类侧链的修饰

近十年来的研究发现，碳青霉烯骨架的C2侧链衍生物具有广谱、对肾脱氢肽酶更稳定性，并且对葡萄球菌、铜绿假单胞菌具有较好的抑制作用，该类上市药物也以C2侧链衍生物为主(图1)，因此C2侧链成为碳青霉烯类侧链合成研究的主要方向。

选择适当的侧链不但可以增加化合物的稳定性，同时也可以增加其透膜能力，提高化合物的抗菌活性。目前，韩国Oh领导的研究小组对C2侧链进行了比较系统和深入的研究，并获得了大量具有体外抗菌活性的碳青霉烯衍生物。所有系列化合物的最终合成方法是相同的，通过含有巯基的侧链化合物与1β甲基碳青霉烯二苯基磷酯进行消除反应，脱去二苯基磷酯，将不同侧链连接到碳青霉烯C2位置。因此该领域研究的核心是如何形成理想的侧链巯基化合物，并使获得的产物具有良好抗菌活性。根据文献报道［14］，含有四氢吡咯烷结构的侧链衍生物具有良好的抗菌活性，目前上市的五种该类药物中也有三种的侧链含有此结构，疏水基团可有效增加化合物的抗菌活性。该小组所合成的侧链系列化合物均为四氢吡咯烷与疏水基团相连接，形成一系列可能具有抗菌活性的碳青霉烯类衍生物(表1)。

从化合物抗菌活性的结果可以看出，含有羟基、酯、砜、脲以及一些含硫基结构的化合物在同系列化合物中的抗菌活性高于其他同系列化合物。在系列化合物中，取代基越小越有利于提高抗菌活性。此外，具有抗菌活性的化合物对肾脱氢肽酶的稳定性均高于对照药品美罗培南和亚胺培南1.5倍以上。

由于抗菌活性本身主要来源于β-内酰胺环，所以通过侧链合成主要是增加化合物的膜透过性、亲油性表1 新型1-β碳青霉烯类衍生物及其抗菌活性（略 ）抗菌活性是指在抗菌试验中表现出来的抗革兰阳性菌能力优于对照药品美罗培南，抗革兰阴性菌能力优于对照药品亚胺培南。

以及稳定性。同时，在上述系列化合物中有多个化合物表现出了良好的抗菌活性，也说明将四氢吡咯烷与疏水基团相连接的侧链合成策略是值得参考的。

3 结束语

超广谱抗菌作用以及耐酶水解的特点，使得青霉烯类药物逐渐受到医药工作者的重视，成为抗生素类药物研究的热门领域。该类药物化学合成的研究是其开发与应用的重要任务。目前对于青霉烯类骨架结构的合成仍然处于实验室探索研究阶段，并且由于条件限制还不能够应用于工业化生产。需要不仅具有高产、简洁等工艺特点，而且还要降低反应成本，才能成为碳青霉烯药物中间体的工业生产途径。通过引进化学侧链来增强药物的膜透过性、亲油性和稳定性是开发青霉烯类新药的核心思想和主要途径，可参考在侧链中适当增加以上提到的基团，提高该类化合物的抗菌活性。随着计算机模拟技术的不断发展与应用［22］，通过建立碳青霉烯类化合物的QSRA模型［23］，将分子模拟、组合化学与高通量药物活性的筛选结合起来，设计一系列碳青霉烯类化合物，筛选具有较低MIC值的化合物，探索新的骨架和侧链合成方法，加快新药开发研究是非常重要和迫切的。

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篇7

关键词：垃圾填埋 微量挥发性有机物 净化技术

1 前言

垃圾填埋气（LFG）是填埋场的最终产物之一。作为一种新兴的清洁能源，世界上20多个国家每年从中回收的能量约相当于200万吨原煤资源[1]。除用作发电，锅炉燃料，管道供气外，较新的LFG利用途径还包括用作汽车的替代燃料，生产甲醇或者燃料电池等[2]。

除主要组分CH4、CO2、N2等外，Young等[3]在英国3个填埋场的空气中，共检测出154种微量挥发性有机物（VOCs），其总体积浓度小于1％，有116种在各填埋场中均可检到。邹世春等[4]对广州大田山填埋场LFG的测定结果表明，在检测出的氯代烃类、苯系物、氯代烃等60多种VOCs中，有17种属于USEPA优先控制的污染物。

实践表明，这些含量低、毒性大的微量VOCs不仅会造成二次污染、危害人类健康[5]；其中的卤代烃和硫化物等还能引起的腐蚀，降低锅炉和内燃机的操作寿命，并对填埋气的燃烧特性施加不利影响[6]。

近年来，发达国家颁布了不少法令，限制VOCs的排放，并积极需求有效的净化技术；我国新近颁布的《填埋气利用国家行动方案》中，基于保护环境和回收资源考虑，也明确提出了控制填埋气中微量VOCs的要求。

2 填埋气中VOCs净化的常规技术

依据其存在形式，填埋气中的VOCs可分为两部分：少部分未经收集、即从垃圾填埋表面散逸到空气中，这可通过改善覆盖材料、增加收集井、采用植被吸收等预防性措施减少或消除；绝大部分VOCs经浓缩后与CH4一起贮存、需通过深度冷凝、吸附净化、溶剂吸收、膜分离、生物过滤、催化燃烧等一种或多种物理、化学或生化工艺进行末端治理。

目前，围绕填埋气中微量有害的VOCs，国内外采用的常规净化技术主要有：

2.1 深度冷凝

冷凝是利用各种VOCs在不同温度和压力下具有不同的饱和蒸气压，通过降低温度或增加压力，使某些有机物首先凝结出来。该法常作为净化填埋气中VOCs前处理，以降低有机负荷。冷凝法在理论上可达到很高的净化程度，但是当其浓度低于约4.5×10-7mol/L时，需采取深度冷冻，这将使运行成本大大提高。

硅氧烷是可引起内燃机严重磨损的杂质组分，Martin等[7]将过滤后的LFG冷却到-23℃，使其蒸汽发生深度冷凝，经干燥和净化分离后，硅氧烷即可除去。Markbreiter等[8]先将填埋气压缩至一台加压罐，通过等焓膨胀冷凝其中的水蒸气；然后向气体中注入甲醇，使其深度制冷；在甲醇冷凝液中，即包含有从深度制冷的填埋气中脱除的VOCs杂质组分，经杂质分离脱除后的气体，则可作进一步处理。

2.2 吸附净化

吸附净化是通过吸附剂对气体组分的选择性吸附来实现的。可净化VOCs的吸附剂有活性炭、硅胶、分子筛等，其中活性炭因其价廉易得、较大的表面积、良好的微孔结构、多样的吸附效果、较高的吸附容量和高度的表面反应性等特征，应用最为广泛[9]。该技术具有净化效率高、可回收有用成分、设备简单、操作方便等优点，适用于处理低浓度（≤5000mg/m3（标））的VOCs废气[10]。吸附效果取决于吸附剂性质、VOCs种类、浓度、性质和吸附系统的操作温度、湿度、压力等因素，常与吸收、冷凝、催化燃烧等方法联合使用。

存在的问题主要是：在吸附剂定期再生和更换的过程中，VOCs有散逸的可能；吸附操作对进气湿度有较高要求，当相对湿度超过60％时，苯系化合物等VOCs的穿透时间和吸附容量迅速下降[11]；由于全过程的复杂性，吸附操作费用相对较高，且会有废弃吸附剂和再生废液等引起的二次污染问题[12]。

2.3 溶剂吸收

溶剂吸收是采用低挥发或不挥发溶剂对VOCs进行吸收，再利用有机分子和吸收剂物理性质的差异进行分离的VOCs控制技术，吸收效果主要取决于吸收剂的吸收性能和吸收设备的结构特征。存在的问题主要是：对吸收剂和吸收设备要求较高，而且吸收剂需要定期更换，过程较复杂，费用较高。

Troost等[13]在0℃以下将填埋气通过四乙醇二甲醚溶液，使其中的VOCs被溶液吸收，使用过的溶剂可通过加热脱除其中的挥发性有机物，得以再生。另据报道[14]，NHD(聚乙二醇二甲醚)溶剂具有良好的脱硫脱碳性能，对填埋气中的部分VOCs有较好的脱除效果。

2.4 膜技术

膜分离是根据VOCs和其它组分透过膜组件速率的差异，而达到分离的目的。采用膜分离技术处理填埋气中的VOCs，具有流程简单、回收率高、能耗低、无二次污染等优点。近年来，随着膜材料和膜技术的进一步发展，国外已有许多成功应用的范例，日东电工、GKSS和MTR公司等已经开发出多套用于VOCs回收的气体分离膜。常用的处理废气中VOCs的膜分离工艺包括:蒸汽渗透、气体膜分离和膜接触器等[15]。

由于气体分离效率受膜材料、气体组成、压差、分离系数以及温度等多种因素的影响，且对原料气的清洁度有一定要求，膜组件价格昂贵，因此气体膜分离法一般不单独使用[16]。

2.5 生物降解

生物降解是附着在滤料介质上的微生物在适宜的环境条件下，利用废气中的有机成分作为碳源和能源，维持其生命活动，并将有机物同化为CO2、H2O和细胞质的过程。该法的设备流程简单、运行费用和成本低、安全可靠、无二次污染，尤其在处理低浓度、生物可降解性好的VOCs时更显其经济性。国内利用生物膜过滤器对苯系VOCs进行处理，去除率达75％[17]；国外也有用土壤床层处理甲苯的应用研究[13]。

生物法的主要问题是设备体积大、停留时间长、容易堵塞，且处理混合VOCs的效果欠佳。但该法的前景看好。目前主要研究方向是微生物种类，生物反应器和最佳工艺条件等。

2.6 燃烧

燃烧是利用VOCs的易燃性，将其在较高温度下转化为CO2和H2O的一种方法，它对VOCs的处理更彻底、更完全，是处理成分复杂、高浓度VOCs废气的首选方法。

目前有直接燃烧、热力燃烧和催化燃烧三种方式。直接燃烧运行费用较低，但容易发生爆炸，浪费热量、且产生二次污染。热力燃烧处理低浓度VOCs时，需加入辅助燃料，会增大运行费用。催化燃烧为无火焰燃烧，安全性好；要求的燃烧温度低（300～450℃），对可燃组分浓度和热值限制小；但为延长催化剂使用寿命，不允许废气中含有尘粒和雾滴[18]。

一般情况下，VOCs中空气的比例较大，这就要求根据废气的温度、体积、化学组成、露点以及进出口浓度等因素，来选择焚烧方式。

3.填埋气中VOCs净化的新兴技术

3.1 光催化降解

光催化是化学、物理和材料等学科交叉研究产生的新技术，它可在常温常压下将大多数VOCs彻底分解，与前述常规处理方法相比，反应过程快速高效，反应条件比较温和，且无二次污染问题。国内外对VOCs的光催化转化规律的研究表明，对大多数VOCs而言，转化效果良好，含氮VOCs比含磷、硫、氯的VOCs的光催化转化速率低[19]；在253.7nm的紫外灯光照射下，除CCl4外，其它三氯乙烯、丙酮、苯、甲苯、二氯甲烷、三氯甲烷等，均易于光催化降解[20]。

近年来，用半导体催化剂光催化降解VOCs的研究与开发相当活跃，TiO2是最常用的光催化剂，它在紫外线照射下，使H2O生成-OH，然后-OH可将VOCs氧化成CO2和H2O，该技术成本较低，已接近商业化使用阶段[21]。

目前，该方法因降解效率不高而处于研究开发阶段，研究重点在于探索高效反应器，提高并充分利用催化剂的活性。

3.2 等离子体净化

等离子体被称为物质的第4种形态，由电子、离子、自由基和中性粒子组成，为导电性流体，总体上保持电中性。按照离子温度的不同，可分为平衡等离子体和非平衡等离子体。

近年来发展起来的非平衡等离子体技术，具有工艺简单、效率高、能耗低、适用范围广等优点。它是通过高电压放电形式，产生大量的高能电子或高能电子激励产生的O、OH、N基等活性粒子，破坏VOCs分子中的C-H、C＝C或C-C等化学键，使其中的H、C1、F等发生置换反应。由于O、OH基等具有强氧化能力，结果使C、H分解氧化、最终生成CO2和H2O，即VOCs通过放电处理最终变为无害物质[22]。

研究表明[23]，非平衡态等离子中，只有电子的温度是很高的，整个等离子气体区域温度只比未反应时升高10℃，因此该法具有很高的能量效率，是处理低浓度、高流速、大流量的VOCs较为理想的方法。当前，等离子法处理VOCs的技术尚处研究阶段。

3.3 紫外线氧化

紫外线(UV)氧化法，也称间接等离子体法。它是利用短波长紫外线以及氧基氧化剂，如O3和H2O2等，在紫外光照射下，将VOCs转化成CO2和H2O。紫外光由低压辉光放电(汞灯)，或者高压低温等离子体产生。

在这种间接等离子体工艺中，紫外光起到催化剂的作用。发射管效率低以及停留时间长是这种方法的主要障碍。现在通过结合管催化剂如TiO2，FexOy等，这些方面已得到改善。不足之处是热力发生以及要求停留时间较长，而这又影响到去除率。并且，副产物可能会覆盖于反应器表面，对表面光催化反应产生影响。

3.4 脉冲电晕技术

脉冲电晕法去除VOCs的基本原理是通过沿陡峭、脉冲窄的高压脉电晕的放电，在常温常压下获得非平衡等离子体，即产生大量高能电子和O、OH等活性粒子，对有害物质分子进行氧化降解反应，使污染物最终无害化[24]。1988年以来，美国环保局进行了VOCs和有毒气体电晕破坏的研究，模拟表面反应器进行分子形式的电晕破坏，达到分解的目的，并由此开发了低成本低浓度污染物流的控制技术，电晕技术被认为是一种有前途的控制技术。

3.5 脱除VOCs的联合工艺

针对LFG中VOCs种类多、浓度低、毒性大等特点，单靠某种工艺显然不能彻底解决污染问题，因此，许多新型工艺不断涌现，并和常规控制工艺联合起来，应对填埋气回收利用中存在的VOCs隐患。

如非平衡等离子体技术在处理低浓度VOCs方面具有独特的作用，若与催化剂合用，通过改善等离子体反应器的结构等手段，则VOCs的脱除效率可达到实用化水平。而电晕法与催化法或吸附法相结合，也可进一步完善VOCs处理技术。

最近，对于低浓度（≤100mg/m3（标））、高流量（≥34000（标）m3/h）的VOCs气流，国外开发出活性炭吸附浓缩与催化焚烧联合工艺。其特点是先通过吸附塔将有机物浓缩，脱附后再进行焚烧，从而大大减少了需要催化焚烧的气流量，这不仅减少了装置运行需投入的燃料量，同时增加了单位时间内气流中有机物自身的燃烧热。与相同条件下的单催化焚烧系统相比，装置规模要小得多，需投入的燃料量也大为减少，从而降低了投资及操作费用。

4 结论

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关键词：集束拉拔法 不锈钢纤维 耐蚀性能

中图分类号：TB302 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）03（b）-0079-02

1 不锈钢纤维生产工艺简析

不锈钢纤维的制造方法主要有熔融纺丝法，切削法，单丝拉拔法，集束拉拔法。

熔融纺丝法是较早开发的金属纤维制造方法，目前主要包括坩埚熔融抽丝法、悬滴熔融抽拉法和熔融纺丝法。熔融纺丝法的基本原理是将金属加热到熔融状态，再通过一定的装置将熔融金属液体喷射或甩出后冷却而形成金属纤维。

切削法是制造金属纤维的常用方法之一，用该种方法制造的金属纤维产品种类齐全，适用面较广。切削法既可制取长纤维也可制取短纤维，生产设备简单，成本较低，适用于加工不锈钢、低碳钢、铸铁、铜、铝及其合金等不同材质的金属。切削法与熔融纺丝法虽然都具有生产成本低的特点，但用这两种制造方法制备的不锈钢纤维不连续且截面不均匀，在一些要求较高的场合不能满足服役条件。

单丝拉拔法是制造金属线材的通用方法，其原理就是使金属线材通过孔径逐渐递减的拉丝模孔进行多次拉伸。单丝拉拔法具有生产工艺复杂，纤维容易断裂，并且不能生产细纤维，生产成本高的特点。

集束拉拔法的主要生产过程是把多根金属线包在外包材料里，经过多级拉丝模进行连续拉拔，根据需要可以在中间设置热处理等工艺。在其拉拔和热处理过程中的任何参数变化都会使纤维的性能发生变化，从而影响纤维质量。目前，集束拉拔法主要用于生产不锈钢纤维和高温合金纤维（铁铬铝纤维）。用集束拉拔法生产的不锈钢纤维，其抗拉强度很高，可达2000 MPa，但延伸率低。并且用此种方法可生产直径10μm以下的不锈钢纤维，纤维丝直径均匀，连续性好，成本低，是目前制备不锈钢纤维的普遍采用的方法[1]。

2 集束拉拔法生产工艺过程对金属纤维耐蚀性能影响分析

2.1 表面涂铜的影响

在加工集束型不锈钢纤维[2]的过程中为了降低拉拔的次数和减小单根细丝被拉断的概率，通常是将多根用单丝拉拔法制备的不锈钢线材集成一束，外加与不锈钢有类似倾向加工硬化的包覆材料（一般采用中碳钢），再进行拉伸。在加工过程中为了防止相邻纤维之间粘着现象的发生，会把Cu等物质涂覆在在其表面，拉伸完成后再使用化学方法除去涂层物质。然而，在纤维的表面会有铜残留，关于Cu对不锈钢的腐蚀性能的影响已有不少研究，普遍认为Cu能提高不锈钢抗全面腐蚀能力，是由于沉淀Cu附在钢的腐蚀表面抑制了阳极溶解，从而达到抗腐蚀的效果[3]。

2.2 减径过程中造成纤维表面缺陷的影响

金属纤维在一定拉伸量下，晶粒沿变形方向产生变形；变形量加大，呈现纤维状；进一步加大变形量，产生形变织构。在高倍电子显微镜下可以看到纤维表面有微小突起，这是拉拔退火过程综合作用引起的成分偏聚[4]，以及拉拔过程中在其表面形成了很多微小的裂纹（图1，金属纤维表面SEM图片，表面有大量微小裂纹）。

由图2（金属纤维表面SEM图片）可以看出，在纤维的表面镶嵌有大量的颗粒。这些颗粒主要是拉拔及退火过程中，由于不锈钢纤维溶质原子在生产条件下扩散速率不同及原子间相互作用力大小不同，进而导致内部发生碳化物（碳化物主要是由Cr元素组成的Cr23C6以颗粒形式存在）的析出所产生的，在拉伸过程中随着纤维的减径在表面或近表面上呈现出来，从而在不锈钢纤维的表面形成大量的突起。

这种Cr23C6颗粒会大幅降低细纤维的物理及化学性能，它不仅使纤维芯严重不均匀，还会导致纤维沿颗粒处损坏[5]。

减径过程中带到表面的Cr23C6颗粒以镶嵌的形式与铁基连接。在铁基表面形成大量的位错，特别在铁基表面与Cr23C6颗粒接触环线，由于角度的起伏大，能量较其他部位高出很多，生产过程中自发形成的钝化膜[6]容易沿此环线破裂，从而使铁基与Cr23C6颗粒之间产生缝隙，在酸性环境中局部会形成较封闭的反应环境，自催化反应

（Fe2++2H2O=Fe（OH）2+2H+，Fe+2H+=Fe2++H2）会进一步加剧。使原本动态修复平衡的钝化膜逐渐落后于铁基的腐蚀。整个反应一直进行到Cr23C6颗粒从铁基上掉落（图4，腐蚀后的金属纤维表面SEM图片，颗粒大量减少），形成Cr23C6颗粒掉落留下的凹坑（图2与图4对比，表面颗粒大量的减少），从而导致点蚀加剧，直至金属纤维被破坏。

同理，生产过程中表面形成的大量的微小裂纹也是诱导金属纤维表面钝化膜动态修复平衡被破坏以及引发点蚀的又一因素。

2.3 减径过程中金属纤维内部成分变化的影响

由于减径退火过程中碳化物颗粒的析出使得基体内部晶界附近的铬含量大量减少，当晶界附近的铬的质量分数低于到小于12%时，造成了相对的“贫铬区”，“贫铬区”电位下降，而晶粒本身仍维持高电位，晶粒与“贫铬区”之间存在着一定的电位差，而在腐蚀介质中晶界的溶解速度和晶粒本身溶解速度是不同的，晶界的溶解速度远大于晶粒本身的溶解速度，“贫铬区”作为阳极与晶粒构成大阴极和小阳极的微电偶电池，造成“贫铬区”选择性的局部发生腐蚀（也就是晶间腐蚀[7]），从而导致金属纤维耐蚀性能下降。

3 研究结论

（1）金属纤维在生产过程中表面产生了大量缺陷。

（2）集束拉拔过程中涂层物质中铜对金属纤维耐蚀性能起到促进作用。

（3）金属纤维集束拉拔过程中造成的缺陷加速了其表面钝化膜的破裂及点蚀的形成，导致其在酸性环境中腐蚀加剧。

（4）金属纤维减径过程中其内部形成“贫铬区”造成晶间腐蚀，从而使金属纤维耐蚀性能下降。

参考文献

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[2] 杨强.不锈钢纤维的抗损伤性能研究[D].青岛大学.

[3] 刘继明，梁建宇.合金元素对铁素体不锈钢抗腐蚀性能的影响[J].山西冶金，2005（4）：9-12.

[4] 张文彦.奥氏体不锈钢纤维微观结构与物性研究[D].西安建筑科技大学.

[5] 杨赵玲，李建平，等.超细不锈钢纤维的制备和性能[J].稀有金属材料与工程，2003，32（9）：748-751.

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很多女性朋友在打扮自己的时候一般只会去注意面部的妆容和衣着，往往忽略了牙齿。设想一下，一位面容姣好穿着亮丽的女士站在你面前，当她对着你微笑时露出了一口污黄不齐的牙齿，你的感觉如何?我想她之前给你的美感一定会在暴露牙齿的瞬间荡然无存。这就说明了“打扮”牙齿的重要性。养出一口亮白健康的牙齿，少不了平日里的清洁和保护。如果你的牙齿已经变得羞于启唇了，也不要过于着急烦恼，还是有一些行之有效的方法帮你恢复牙齿最初的光彩的。

牙齿养护进行时

造成牙齿着色，发黄的原因很多，一般来说分为内源性和外源性两种：

外源性着色是由于牙齿表面存在着多种细菌，它们在牙齿表面分泌许多黏性物质，当日常饮食中的茶垢、烟渍、饮用水中的某些矿物质以及人们唾液中的物质等吸附在这些黏性物质上时，便形成了菌斑和牙石，使得牙齿逐渐变黄或变黑。

内源性着色是在牙齿发育过程中形成的，如四环素沉积在牙本质内，就会使得牙齿变成黄色、棕色或暗灰色，称为四环素牙；如果饮用水中含氟过多，也可能导致氟斑牙，牙面呈棕褐色斑块；如果牙髓坏死后，细菌分解牙髓的代谢物，以及牙齿本身的脱水也会让牙齿变色。

外源性的着色可以通过洗牙使牙齿逐渐恢复原本的色泽。而内源性着色，往往就需要通过化学漂白或者遮盖美白来达到了。其实，只要做好平日里的牙齿养护工作，是可以养出一口雪白的牙齿的。

正确的刷牙方法

刷牙一定要掌握正确的方法，不然即使你一天刷十次牙齿，牙齿里面依然存在着大量的残渣。正确的刷牙方法是指简单易学、清洁牙齿效果好、不损伤牙体和牙周组织的方法，方法并不是唯一的。下面就为大家介绍一种比斯刷牙法：洗刷唇舌面时，刷毛与牙面呈45°角，刷毛头指向牙龈方向，使刷毛进入龈沟和邻间区，部分刷毛压于龈缘上作前后向短距离来回颤动。刷毛紧压在牙面，使毛端深入裂沟区作短距离的前后向颤动。这种方法由于清洁能力较强，克服了拉锯式的横刷法的缺点，而变为短横刷，能有效地除去牙颈部及龈沟内的菌斑，按摩牙龈，还可避免造成牙颈部楔状缺损及牙龈萎缩。最后别忘了刷舌头，使口气更清新。建议每天要刷牙两次，每次每个部位刷10次(来回5次)，刷牙时间因人而异，但一般不应少于3分钟。

刷牙的水温

刷牙除掌握正确的方法外，水温也要讲究。据日本医学家的研究表明，牙齿适应在30～36℃水温下进行正常的新陈代谢。因此，刷牙时不讲究水温，长时间使牙齿受到骤热或骤冷的刺激，这不仅容易引起牙龈出血和痉挛，而且会直接影响牙齿的正常代谢，从而发生牙病，缩短牙齿的寿命，同时会引起牙本质过敏症状。正确的方法是使用温水，让牙齿在合适的温度下刷洗干净。

去除不良习惯

戒烟、酒，不吃过烫和辛辣的食物，拔除残冠、残根、磨除锐利的牙尖，除去不良的修复体，以避免慢性不良刺激。少喝咖啡、茶、可乐、红酒等着色强的饮品。要节制甜食的摄入，降低唾液及龈沟液的酸度，以减少龋齿和楔状缺损的发生率。

常做护齿操

传统医学提倡早晚叩齿和按摩牙龈是最有效方法，每天晨起或睡下后上下牙齿轻轻对叩数十下，能促进牙体和牙周组织血液循环，同时在洗脸时，用食指上下旋转按摩牙龈，排除牙龈沟及牙周袋分泌物，可改善牙龈内血液循环，提高牙周组织抵抗力，从而防止牙周病。

美白方法大PK

化学漂白包括家庭或诊所药物美白、激光美白、冷光美白等。遮盖美白包括烤瓷牙、牙贴面和牙涂料。通常遮盖方法比化学漂白方法美白效果更好，因为遮盖漶的牙色程度可以控制。专家说各种美白的方法都有其优缺点，效果因人而异。

冷光美白

冷光美白的原理在于通过冷光将药物渗透到牙齿组织中去，从而达到美白的效果。16岁以下人士、孕妇与严重的牙周病患者将不适合这类牙齿美白。牙齿冷光美白后24小时内避免冷热饮；必须避免饮用茶、咖啡、可乐、红酒、莓果类饮料、有色牙膏、漱口水等及食用深色食物，同时要避免吸烟。

优点：花费时间短，见效快，使用人群广。

缺点：对于牙齿釉质的伤害大，容易令牙本质失去必要保护而出现冷热过敏的痛苦。

花费时间：30～40分钟。

见效时间：治疗后即可见效

效果保持时间：两年以上

适用人群：外源性色素粘染，如烟渍、咖啡、可乐；内源性色素沉着如四环素牙；氟斑牙；先天性色泽不均等。

激光美白

激光美白牙其基本原理是通过激光加热，对药物产生催化反应，便药物能更快地渗入牙齿，从而达到美白功效。其过程是在清洁和预处理过的牙体上，涂以高浓度的专用漂白剂。采用氩离子激光激活药物的活性，进行表面及深层色素的去除。

优点：省时，见效快，维持时间较长久。

缺点：美白后牙齿钙化白、无光泽、持续时间短。

花费时间：大约1小时。

见效时间：治疗后即可见效。

效果保持时间：1～2年。

适用人群：氟斑牙；四环素牙；烟草黄牙等。

牙涂料美白

最新美白牙齿方法，用白色的牙涂料涂刷牙齿，牙涂料粘附在牙面上，改变牙齿颜色达到美白牙齿。牙涂料为白色悬浮液体，涂膜口感味淡，薄荷香型，涂膜为白色半透明膜，粘附在牙齿表面相当于牙釉质，有保持口气清新的效果。

优点：方便，见效快。

缺点：牙涂料虽彻底解决了牙齿美白问题，但它是如化妆美容一样不能一劳永逸，生活中早晚刷牙会洗掉牙涂膜，牙齿又回到原来本色，想永远牙齿美白，只能天天涂。

花费时间：几分钟

见效时间：涂完后马上见效

效果保持时间：1天

适用人群：涂刷牙涂料遮盖美白牙齿跟牙齿底色无关，不论什么原因、什么颜色的牙齿包括四环素牙、氟斑牙等。

牙托美白法

牙托美白也是在欧美比较流行的一种牙齿美白方法，属于家庭型的牙齿美白产品。使用者可以根据牙齿形状很简单的制作一个齿模。每晚将美白剂和定向酶放在齿模里，戴着齿模20分钟后即可取下，连续使用9天。

优点：在家即可完成，有一定牙齿美白效果。

缺点：对中重度的四环素牙、氟斑牙等效果一般，对于敏感性牙齿容易引起不适。

花费时间：7～10天／疗程

见效时间：大约3周

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关键词：隧道；防水材料；铺设工艺

隧道渗水与漏水是一种常见的问题，不仅会使隧道内衬材料使用的耐久性，同时还会对隧道内部的环境造成严重的影响，从而对洞内设施的使用和维护带来很大的困难。所以隧道防水工程已经成为隧道工程建设广泛关注的问题。在2008年我国铁路相关部门统计出我们国家将近有铁路隧道5000公里，其中有将近三分之一的隧道出现不同程度的漏水。目前在日本与西方等发达国家中有很多关于隧道建设过程中，铺设了材料、制造工艺相对先进的PE或PVC防水板。由于采用有铺设工艺，防水板存在孔眼与焊缝不结实，导致渗透漏水，并殃及整段隧道，导致隧道防水系统的整治工作变得异常困难。本文通过对相关参考文献的调研，分析了国内外防水隧道的铺设工艺措施，并对现有的规范和隧道防水措施所存在的问题进行了探讨，最后对隧道防水板的铺设工艺进行了相关研究。

1.我国隧道防水措施目前存在的问题

1.1 颁布的相关隧道防水

我国铁路、公路以及城市地铁都具有种类不同的隧道工程，在隧道建设的过程中，除了要注意总的隧道防水治理的原则以外，还要根据隧道的具体功能要求以及施工费用方面进行充分的考虑。比如在我国的铁路隧道建设方面，1985年颁布了《铁路隧道建设规范》以及1986年颁布的《铁路隧道新奥法指南》中明确的规定，隧道建设要根据总的防水原则，从而形成完整合理的防水系统建设，基本压迫球就是防水可靠，经济成本合理。1992年颁布的《地下铁道设计规范》，明确规定了，在车站以及机电设备集中的地段，隧道结构不应该出现渗水结构，隧道结构的表面不应该有湿渍，当含有少量漏水点时，应该根据实际情况进行昼夜观察，并采取相对应的基本措施进行相关治理。如果在带有侵蚀性介质中，仅仅使用防水混凝土，如果此时的耐腐蚀系数小于0.8，应该加强可靠的耐腐蚀措施。

1.2 目前隧道防水措施存在的不足

作者通过对一些隧道防水工程建设的调研发现，目前我国的隧道防水系统建设还存在以下三个方面的问题：1）隧道防水的等级并不明确。我国各种隧道的防水等级都未得到明确的规范，缺乏统一的规定标准，只是从定性的角度去衡量隧道建设所需要的防水等级。2）大部分隧道规范等级的划分比较模糊。不同的隧道建设采用不同防水等级标准进行划分。比如在铁路隧道建设方面，还是基本上按照防水总要求来进行隧道建设，并没有实施具体的防水等级 要求；但是对于地铁隧道建设方面的防水等级要求却分为的了3级，并提出了定量的隧道防水标准。3）隧道防水系统在具体施工的过程中，并不能够做到规范施工。通常很多施工单位都是按照自己的意愿来实施防水措施，缺乏统一的评价标准。

1.3 隧道新型防水材料的发展概况

隧道防水材料可以大体上分为三类，分别为防水卷材、防水涂料以及刚性防水材料。首先对于防水卷材而言，主要可以分为两个类别，分别为高聚物改性沥青防水卷材和高分子防水卷材。其中高聚物改性沥青防水卷材是在我国发展最快的一种防水卷材，主要是以APP和SBS作为改性材料的防水卷材。高分子防水卷材主要包括三元乙丙、聚氯乙烯、氯化聚乙烯等防水卷材。对于防水涂料而言，主要指的是有机物防水涂料，有机物防水涂料主要以高分子防水图来哦和改性沥青防水图来哦为主，高分子防水涂料主要是聚氨酯防水涂料、丙烯乳酸液防水涂料、IS符合防水涂料。其中阳离子型氯丁胶乳沥青防水涂料的应用最为广泛，这种防水涂料作用的基本原理就是通过喷涂在需要进行防水处理的基层表面上，通过溶剂挥发或者是固化反应以后，形成一层连续的薄膜从而达到防水的目的。对于刚性防水材料而言，主要包括水泥基渗透结晶型防水涂料。渗透防水结晶型涂料是由硅酸盐水泥、石英砂和化学活性物质以及各种中添加剂组成的无机粉末状防水材料，是在水泥催化反应的基础上形成的一种涂料，从而形成不溶于谁的枝蔓状结晶体，与混凝同形成防水层整体，提高混凝土的抗渗水的能力。水泥基渗透结晶型防水材料按照国家标准GB18455-2001《水泥基渗透结晶型防水材料》。

2.隧道防水板的铺设工艺研究

2.1 隧道防水板铺设施工的现状及存在的问题

隧道防水卷材的铺设施工主要包括两个步骤：土工布和防水板的铺设，在这两个铺设环节中以防水板的铺设最为重要。通常防水板的铺设施工处于初期支护基础工序以后，二次衬砌之前，初期支护尽管不属于防排水系统的施工范畴，但是它们与防水系统的施工有着密切的关系。，初期支护期间表面应该保持平整。，主要目的有两个方面，首先平整的表面就可以省去挂防水板找平这一环节，其次可以保证防水卷材与之间实现表面密贴，同时射钉之间防水板的松弛梁的预留可以得到很好的控制。

2.2 防水板材的铺设工艺

目前防水板材的铺设采用的是无钉铺设工艺。在具体的施工的过程中，首先将装载机移动简易工作架到合适的位置。其次，人工进行防水板的铺设工序可以分为铺设-支撑-焊接三个工序。实践工艺表明，各工序作业人员的劳动强度较大，铺设速度较慢，防水板材的铺设质量主要依靠人工的技术水平，随意性比较大，所以会在一定程度上导致隧道防水板的铺设质量受到衬砌质量的影响，造成隧道渗水，缩短隧道的使用寿命。

对于那些自粘性防水卷材而言，在铺设的过程中，应该注意到根据不同的施工部位和防水要求，自粘性防水卷材的施工工序包括空铺、水泥砂浆粘贴、机械固定、热喷涂等几种方式。但是无论采取何种施工方式，笔者认为自粘性防水卷材最终只能在合适的工作环境中达到所需求等的防水效果。这种合适的工作环境通常需要两个条件：1）自粘性防水卷材要与基面有着充分的接触，而且基面要保留着尚未完全水化的水泥面层，才能有效的形成与卷材中自粘胶料相互渗透、相互要咬合的效果。另外这种界面层可以采用涂抹水泥砂浆层的方式来形成。2）自粘性防水卷材与基面相互作用的初始阶段，通产需要一定的机械压应力，这种初始压应力可以通过人工的方式来提供方，当然也可以通过后期隧道浇筑的混凝土的自重压力来实现。另外，如果自粘性防水卷材与基面之间保持一定的接触距离，所施加的压力并没有达到所应有的效果，那么自粘性防水卷材与基面之间的粘接层只能由胶料的粘结料来实现，而这种方法却不能形成有效的粘接强度。

3.小结

隧道防水系统施工的好坏直接的影响到施工质量的好坏，并最终影响到隧道工程质量和使用寿命。所以选择正确的施工方法和较好的防水材料是确保隧道施工的防水承办的关键。本文结合大量的参考文献和实际施工经验，对隧道防水板的铺设工艺进行了深入的研究。首先对我国铁路、公路以及地铁建设过程中有关隧道防水的标准进行了有关介绍。指出，目前隧道防水标准存在的主要问题就是缺少合理定量的防水等级确定，随意性较大。其次重点介绍了三种发展表迅速的隧道防水材料的发展概况；最后针对高分子隧道防水卷材的铺设工艺展开了深入的探讨。

参考文献：

[1]蒋雅君，杨其新.自粘防水卷材在隧道防水中的适应性探讨[J].新型建筑材料.2010，33：34.