甘油制备2-氯-1，3-丙二醇工艺及其动力学研究

河北省石家庄市第一中学

作者：庞歌桐

辅导教师：王嘉

项目简介

1．项目摘要：本文以醋酸为催化剂，甘油与HCl反应制备2-氯-1，3-丙二醇。获得的最适工艺条件为：反应温度90℃，HCl气体流速为20L/h，催化剂含量（w/w）8%，反应时间为4h。在此条件下，甘油转化率可达99％以上。对甘油与HCl反应制备2-氯-1，3-丙二醇的反应表观动力学进行了研究，在均相反应器中对实验数据进行拟合。研究发现，反应速率随温度的升高而加快，二者关系符合Arrhenius方程。该反应的活化能为103.933kJ/mol，反应级数为1.03级，拟为一级反应。在实验范围内，反应速率与催化剂浓度呈线性关系。

2．项目的选题：利用数学模型解决化学反应速率方程问题。

3．研究该项目的目的和基本思路：随着国际油价的高涨，作为可替代能源的生物柴油备受青睐。生物柴油生产过程中副产的大量甘油，每生产10吨生物柴油就可以产生1吨甘油。随着廉价甘油供应的增加，必将带动新的以甘油为原料的产业迅猛发展，由甘油来生产3-氯-1，2-丙二醇以及2-氯-1，3-丙二醇、环氧氯丙烷是一个重要的发展方向。

4．该项目的研究过程：本文以醋酸为催化剂，甘油和HCl氯化反应合成2-氯-1，3-丙二醇。研究考察了不同工艺参数对甘油转化率的影响，并且在恒定反应温度下对氯化反应动力学进行了研究，求得反应级数、反应速度常数。

5．该项目应用了哪些科学方法、科学原理：主要应用了化学中的化学卤代反应，化学反应动力学，热力学，以及数学建模等方法。

6．该项目的主要贡献：以数学建模的方法，运用数学软件matlab计算化学反应常数。

7．他人同类研究的情况调查：目前尚未发现。

8．进一步完善该项目的设想：对于动力学模型的建立，还需要进一步的研究和探讨。

以蛋白质为骨架构建具有核磁造影和荧光成像双功能的探针材料

上海市七宝中学

作者：彭晓韵

辅导教师：周国亮

项目简介

1．摘要：本课题利用两种蛋白（牛血清白蛋白和溶菌酶）作为骨架结构，合成修饰有Gd-DTPA螯合物的金量子点分子探针材料，该材料同时具有核磁共振造影及荧光成像双功能。合成方法简单绿色，在一般的中学化学实验室即可完成。对这些探针材料的结构和性能进行了详细的表征，结果显示这些双功能探针材料具有突出的荧光成像性能，并且核磁共振弛豫度是目前临床使用的造影剂的2.6倍。本课题成功利用Gd/AuNCs对细胞进行成像观察，首次把两种良好的成像功能通过蛋白结构结合在一起，未来可作为双功能造影剂应用于医学诊断和生物分析领域。

2．选题确定：在学校的研究性课程中接触到了关于核磁共振造影剂方面的内容，了解到了未来核磁共振造影剂的研究方向。其中载体负载型造影剂可能拥有的荧光效应引起了我的兴趣。了解到金属离子可用于核磁造影剂，且金属纳米簇拥有荧光效应，设想能否合成一种能同时具备核磁造影和荧光成像双功能的探针材料。

3．设计目的和思路：目的：对于核磁造影和荧光成像双功能探针材料进行初步探究，设想该材料未来应用于医学诊断和生物分析领域。基本思路：利用蛋白结构中的巯基和酚羟基合成金量子点，利用氨基结合DTPA，并与钆离子（Gd）进行螯合。对材料进行一系列表征以探究其性能。

4．研究过程：查阅资料；课题确立；实验设计；实验过程（材料合成及表征）；实验数据处理；实验结论。

5．科学方法：提出问题；查阅资料；进行假设；设计实验；处理实验数据；得出实验结果并与假设进行比较。

6．该项目的主要贡献：以蛋白质为骨架合成材料；将核磁造影及荧光成像两种功能合二为一。

7．他人同类研究的情况调查：已有研究探索利用不同纳米材料用于负载多个Gd配位小分子以提高造影剂造影效果，如应用蛋白，金纳米颗粒等。对于利用蛋白质结合核磁造影及荧光成像双功能的探针材料还未见报道。

8．完善设想：探究材料在动物体内核磁共振成像和荧光成像效果；考察材料的细胞毒性和动物毒性。

亚硫酸钠废液处理非稳定次氯酸钠废液的技术研究

甘肃省兰州第一中学

作者：祁若宸

辅导教师：吕宝信

项目简介

金川公司化工厂氯碱生产系统每天都产生上百吨的含次氯酸钠的废液，该废液通过排水系统进入动力厂进行后续处理，但存在两方面问题，一是废液处理需要消耗大量的化学药剂，另在排水过程中因次氯酸钠不稳定极易造成氯气的外溢，产生区域环境污染。进一步调研中发现，金川公司化工厂双钠车间产生的另一种含亚硫酸钠的废液与次氯酸钠具有可反应性，进而研究了这两种废液综合处理的反应机理、反应过程影响因素等，从而创建了一种应用亚硫酸钠废液来处理次氯酸钠废液的“以废治废”的技术。

目前氯碱生产和使用单位产生的废氯气主要通过烧碱进行吸收处理，采用吸收——尾气吸收两级吸收工艺，吸收过程需要定期对吸收液进行排放和更换吸收液，平均每天的排放量约为80m³/d，主要成分为次氯酸钠及少量的氢氧化钠。这些废水最终进入高盐废水处理站进行处理。但处理环节之前常因废水中次氯酸钠分解造成局部环境的污染。另一方面，亚硫酸钠生产系统的蒸发离心工序会生产一部分含亚硫酸钠及少量烧碱的废母液，这部分废液目前往公司废水处理。由于亚硫酸钠生产系统和硫酸生产系统区域布局上交叉，容易使硫酸废水混入废母液中，造成亚硫酸钠的分解，造成二氧化硫气体的溢出，同样会造成局部环境的污染。

通过对废氯气新型吸收剂的研究，有望从根本上解决了传统废氯吸收废液易造成二次污染的问题，解决废亚硫酸钠液的开路问题。同时与常规的吸收剂相比，废液用于吸收后运行费用将得到较明显降低。