CHINESE JOURNAL OF ENERGETIC MATERIALS
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    • 基于生物传感的痕量炸药检测方法研究进展

      2022, 30(10):1047-1054. DOI: 10.11943/CJEM2021277

      摘要 (414) HTML (210) PDF 2.52 M (9429) 评论 (0) 收藏

      摘要:2,4,6-三硝基甲苯(TNT)是军事活动中最重要的武器能源体,其不仅具有强大的毁伤作用,同时还具有化学毒性,即使是痕量的TNT,也会对自然环境、人类健康造成严重威胁。因此,发展具有高灵敏、高准确性、快响应的痕量炸药检测技术,对保护生态环境、维护人类健康具有深远研究意义。在众多痕量检测技术中,生物传感技术具有选择性好,合成简单,响应快,灵敏度高等优势,具有良好的应用前景。本文综述了近年来生物传感技术在痕量炸药检测中的研究进展,重点讨论了抗体免疫、肽、适配体、酶以及多参量加载5大类生物传感器的优势以及局限性。其中基于适配体制备的传感器对炸药分子具有良好的亲和力以及特异性,检出限相较于其他几类传感器低1000倍,且稳定性良好,易于改造修饰,结构拓展能力强。今后研究的重点为基于适配体等生物受体元件构筑的高通量痕量炸药传感系统,结合神经网络算法,机器学习技术,构筑具有多重检测以及仿生遥感性能的痕量炸药生物传感技术。

    • 超重力强化处理硝基苯类废水的研究进展

      2022, 30(10):1069-1080. DOI: 10.11943/CJEM2022197

      摘要 (257) HTML (151) PDF 1.22 M (5783) 评论 (0) 收藏

      摘要:硝基苯类化合物广泛存在于火炸药、石化、染料等行业,在其生产过程中产生大量硝基苯类废水,因其结构稳定、毒性大、可生化性差等特点备受广大科技工作者关注。传统废水处理方法存在传质受限、处理效率低等问题,利用超重力技术强化处理硝基苯类废水成为一种新的颇具潜力的方法。本文综述了超重力强化物理法、还原法、臭氧高级氧化法等处理硝基苯类废水方法研究进展,包括强化传质过程、材料制备、催化降解等方面,并对超重力强化处理硝基苯类废水放大过程中应关注的关键问题以及今后对优化结构、延长液体停留时间的研究方向进行了阐述和展望。

    • 废旧TNT资源化再利用研究进展

      2022, 30(10):1030-1046. DOI: 10.11943/CJEM2022195

      摘要 (235) HTML (269) PDF 1.38 M (6484) 评论 (0) 收藏

      摘要:从化学转化及微生物降解2个方面综述了2,4,6-三硝基甲苯(TNT)资源化再利用的研究进展及应用。化学转化途径以TNT甲基氧化、硝基还原、取代反应等进行分类,系统地梳理了多样性的化学转化途径,结合资源化再利用从绿色环保、反应机理、反应效率、产物特性等多个维度进行了评价;微生物转化途径以需氧细菌、厌氧细菌和真菌代谢进行分类,较为全面的梳理了TNT微生物需氧代谢和厌氧代谢途径,汇总了相关微生物及代谢过程。最后对基于化学转化和生物转化的废旧TNT资源化再利用发展方向进行了展望:TNT化学转化将超越实验室研究阶段,绿色工艺研究及安全性将是本阶段研究的重点; TNT微生物转化依旧是研究重点,结合基因工程及现代分子生物学技术,有望为废旧TNT深度再利用提供新的解决方案。

    • 芳香族硝基化合物废水处理的研究进展

      2022, 30(10):1055-1068. DOI: 10.11943/CJEM2022138

      摘要 (276) HTML (316) PDF 3.99 M (6708) 评论 (0) 收藏

      摘要:芳香族硝基化合物中的硝基苯、硝基甲苯、二硝基苯酚等都是炸药的主要成分,除了它们本身的爆炸性和危险性,还具有高稳定性及高毒性,对人类健康、土壤、水源及生态环境都会造成极大的危害。本研究介绍了目前芳香族硝基化合物废水处理技术的现状,依据物理处理、化学处理和生物降解三种处理方法,进行了各种技术优缺点的总结,并展望了发展趋势。三种处理方法中物理处理法存在潜在的二次污染风险,生物降解法时间成本较高,故认为化学处理法是最具发展前景的方法,其中的光催化法仅借助太阳光就可高效降解芳香族硝基化合物废水,具有绿色环保、节能等优点,虽该方法还未运用到实际应用中,但可将其他处理技术与光催化法联合应用,达到取长补短、相得益彰的效果。

    • 一株高效降解苯胺菌Q6的分离鉴定及其降解特性

      2022, 30(10):1004-1012. DOI: 10.11943/CJEM2022168

      摘要 (347) HTML (215) PDF 1.63 M (7271) 评论 (0) 收藏

      摘要:火炸药在生产和加工中会产生苯胺废水,对环境造成较大的污染。为苯胺降解提供高效的菌种资源,从化工废水处理厂好氧曝气池活性污泥中分离出一株以苯胺为唯一碳源和能源生长的高效降解菌Q6,通过形态观察、生理生化特征和16S rDNA基因序列系统发育分析,初步鉴定菌株属于食酸菌属(Acidovorax sp.)。研究了接种量、温度、pH值、外加碳氮源对菌株Q6降解苯胺的影响,同时拟合了不同初始浓度苯胺的降解动力学过程和菌株Q6生长动力学过程。实验结果表明,在温度23~37 ℃和pH 5~8的条件下,菌株Q6均能高效降解苯胺,且氯化铵可作为最优共代谢氮源促进菌株对苯胺的降解。最适条件33 ℃、pH 7和接种量10%,该菌株对不同初始浓度(200~3000 mg·L-1)苯胺的降解率均可达95.0%以上,降解苯胺过程呈现一级和零级动力学关系。Q6生长过程符合Haldane方程,其最大比生长速率μmax为0.130 h-1,半饱和常数Ks为190 mg·L-1,抑制常数Ki为8497 mg·L-1。研究表明,菌株Q6在处理含高浓度苯胺工业废水方面具有独特潜力。

    • 亲水色谱-质谱联用方法分析水中肼、甲基肼和偏二甲肼

      2022, 30(10):1022-1029. DOI: 10.11943/CJEM2021220

      摘要 (351) HTML (264) PDF 1.10 M (4834) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对现有方法(分光光度法和液相色谱法)在分析水样中肼、甲基肼和偏二甲肼含量中存在的选择性差、分析效率低等问题,开发了一种基于亲水色谱-质谱联用的肼类化合物含量分析方法。分别考察了样品配制条件、流动相组成及质谱分析条件对分离效果、分析时间、检测灵敏度的影响,优化得到了适合于肼类化合物分析的液相色谱-质谱分析条件。该方法使用80%异丙醇-0.1%甲酸溶液作为样品溶剂,进样10 μL进行分析;以70%乙腈-10 mmol·L-1甲酸铵、pH=3.5的混合溶剂作为流动相,用亲水色谱柱进行分离;分别选取质子化肼-乙腈非共价加合物、质子化甲基肼、质子化偏二甲肼作为检测离子,并分别采用50、100、100 eV源后碰撞能对肼、甲基肼和偏二甲肼进行质谱分析。在0.01~2 mg·L-1之间一定的浓度范围内,三种肼类化合物的质谱响应与其浓度呈现出良好的线性关系,可应用于水样中三种肼类化合物的定量分析。三种肼类化合物的方法检出限分别为0.04、0.005、0.025 mg·L-1。对加标水样进行了分析,所得方法回收率介于92%~115%。

    • 低温等离子体降解偏二甲肼废水的实验研究

      2022, 30(10):1013-1021. DOI: 10.11943/CJEM2021236

      摘要 (168) HTML (136) PDF 1.37 M (3509) 评论 (0) 收藏

      摘要:从低温等离子体对偏二甲肼(Unsymmetrical Dimethylhydrazine,UDMH)降解的实际应用出发,以微秒脉冲电源和6根同轴反应管为主要构成,设计研制了基于气液两相介质阻挡放电的UDMH废水处理装置,探究了不同频率、不同脉宽的电源参数对实验装置放电功率和功率因数的影响,以功率因数为主要目标优选了微秒脉冲电源参数;并对两种典型浓度的UDMH废水进行了降解实验,测定了UDMH的去除率和降解能耗。实验装置的功率因数随频率变大而提升,且在脉宽2~10 μs间有极大值,电源参数优选为控制电压200 V、频率1000 Hz、脉宽6 μs。UDMH废水降解实验中,对于初始浓度43.5、264.5 mg∙L-1的UDMH废水,UDMH去除率分别为99.9%、93.8%,降解能耗为0.51、0.18 kWh∙g-1。结果表明,以石英玻璃加水膜为阻挡介质、空气为工作气体的同轴反应管能够通过DBD产生LTP活性粒子,以较低的能耗为代价有效去除UDMH,实验装置可较好应用于工程。

    • CL-20废水处理组合工艺的开发及应用

      2022, 30(10):980-987. DOI: 10.11943/CJEM2022135

      摘要 (283) HTML (189) PDF 1.24 M (5293) 评论 (0) 收藏

      摘要:典型第三代含能材料六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)特殊的多环笼状结构,使其生产过程会伴随着高浓度的有机溶剂,具有较大的生物毒性,为解决CL-20投产所造成严重的污染排放问题,研究通过内电解-碱解-生物处理组合工艺,采用零价铁还原硝基化合物、碱解分解乙酸乙酯和氯仿成为小分子有机酸的预处理工艺,利用厌氧-好氧生物组合工艺去除废水中的有机污染物。结果表明内电解工段可完全去除废水中的CL-20,反应最佳pH值为2。在pH值和停留时间分别为11和4 h的最优碱解工艺参数条件下,废水中的乙酸乙酯和氯仿的去除率分别达到(99.4±0.1)%和(95.4±0.9)%。经内电解-碱解预处理废水的可生化性得到显著提高,上流式厌氧污泥反应器(UASB)-曝气生物滤池(BAF)组合生物工艺最终出水化学需氧量(COD)可降至300 mg·L-1以下,表明“内电解-碱解-UASB-BAF”组合工艺具有良好的运行稳定性。

    • 超重力强化O3/Fe(Ⅱ)氧化降解DNT实际废水

      2022, 30(10):995-1003. DOI: 10.11943/CJEM2022150

      摘要 (175) HTML (156) PDF 1.05 M (3115) 评论 (0) 收藏

      摘要:二硝基甲苯(DNT)生产工艺中产生的废水具有成分复杂、难生物降解等特点,为此本研究提出采用超重力强化O3/Fe(Ⅱ)氧化降解DNT实际废水的思路,研究了操作参数对DNT废水去除效果的影响规律,揭示了超重力强化O3/Fe(Ⅱ)氧化降解DNT的催化机理,分析了DNT降解过程中间产物,推测了其降解途径。结果表明:超重力因子的提高有利于硝基化合物的深度降解,体系 pH 值会影响臭氧的直接氧化和间接氧化反应以及催化剂 Fe(Ⅱ)的浓度,在超重力因子β为40,Fe(Ⅱ)浓度为 0.8 mmol·L-1,O3浓度为60 mg·L-1,液体流量QL为80 L·h-1,pH值为1.1的条件下,反应60 min硝基化合物的去除率达60%,相近操作条件下,硝基化合物去除率比鼓泡反应器(BR)O3/Fe(Ⅱ)体系提高18.30%;电子顺磁共振图谱显示出1∶2∶2∶1的相对峰强度,表明了羟基自由基(·OH)的存在,证实该降解过程遵循·OH的催化机理;旋转填料床(RPB)O3/Fe(Ⅱ)体系中降解DNT过程的中间产物主要有二硝基苯甲醛、二硝基苯甲酸、二硝基苯、间苯二酚和丙二酸,并推测了Fe(Ⅱ)催化臭氧氧化二硝基甲苯的降解途径。

    • 离子交换树脂回收废水中3-硝基-1,2,4-三唑-5-酮(NTO)

      2022, 30(10):988-994. DOI: 10.11943/CJEM2022050

      摘要 (146) HTML (169) PDF 874.88 K (3442) 评论 (0) 收藏

      摘要:为处理3-硝基-1,2,4-三唑-5-酮(NTO)精制过程产生的有害酸性废水,研究采用碱性阴离子交换树脂吸附的方法处理废水并回收NTO。通过静态吸附实验筛选出4种市售树脂(D301、D201、D311、IRA402)中吸附效果较佳的树脂,并研究了吸附时间及废水初始浓度对树脂吸附NTO的影响;通过动态吸附实验进行了模拟废水的pH、初始浓度及流速的筛选,得到最佳的吸附条件,筛选效果较佳的脱附剂,并在最佳条件下进行了吸附脱附的5次重复实验,对脱附液进行酸化及萃取处理回收NTO。结果表明D301湿树脂对NTO有较好的吸附能力,吸附曲线符合Langmuir方程,由方程可推得其理论饱和吸附量为232 mg·mL-1。在模拟废水的初始浓度为8 mg·mL-1,流速3 BV·h-1,pH 3时,D301对NTO的吸附效果最佳,饱和吸附容量为205 mg·mL-1。树脂经10%NaOH溶液脱附,脱附效果最好,脱附率可达到98%。重复实验中,NTO的回收率为82%~88%,表明树脂性能稳定,可循环使用。可见碱性离子交换树脂吸附废水中NTO方法可行,具有实际应用前景。

    • 二甲基亚砜对乳胶基质耐低温性能及热分解特性的影响

      2022, 30(3):242-249. DOI: 10.11943/CJEM2021176

      摘要 (327) HTML (205) PDF 1.98 M (3493) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了提升乳化炸药的耐低温性能,向乳化炸药水相中加入不同含量的二甲基亚砜(DMSO)。利用析晶率实验、扫描电镜(SEM)观察和猛度实验,研究冷冻后(-2 0℃)乳化炸药的稳定性及爆轰性能,并结合热重-微商热重(TG-DTG)技术研究乳胶基质的热分解特性。实验结果表明,在-20 ℃冷冻条件下,与未添加DMSO的乳胶基质相比,加入1.5%(质量分数)的DMSO能使乳胶基质达到最大析晶率时间由24 d推迟到51 d;冷冻12 d后,含DMSO的乳胶基质其乳胶粒子分布更加均匀,DMSO含量为1.5%的乳化炸药较未添加DMSO的乳化炸药猛度增加29.9%;DMSO的加入对于乳胶基质热分解过程没有明显影响,但会降低其表观活化能,当DMSO含量为1.5%时乳胶基质表观活化能降低约18.5%。

    • 采用高温烧结资源化技术修复TNT红水污染土壤

      2021, 29(6):552-556. DOI: 10.11943/CJEM2020296

      摘要 (428) HTML (365) PDF 475.25 K (2460) 评论 (0) 收藏

      摘要:为筛选最佳治理技术以解决火炸药行业TNT红水污染土壤问题,研发了高温烧结资源化修复技术。将污染土壤与粘土按体积比(4∶6)混配后在隧道窑烘干段利用焙烧余热烘干26 h,再进入焙烧段焙烧24 h,烧结温度1100 ℃左右。隧道窑烟气经脱硫脱硝设施处理后由43 m排气筒排入大气。成品砖出窑后自然降温。土壤中的特征污染物-二硝基甲苯磺酸盐完全氧化分解,烧结烟气达标排放,资源化产品符合建材砖的质量标准且无特征污染物残留,满足土壤修复目标值(二硝基甲苯磺酸钠含量100 mg·kg-1)的要求。工程应用证明了高温烧结资源化技术修复TNT红水污染土壤的可行性和有效性。

富氮杂环含能化合物的创制

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