生产过程中处于液体或气体转液体状态下的物料统称为

物料衡算式中用气体或液体总摩尔流量可以吗?_百度知道
物料衡算式中用气体或液体总摩尔流量可以吗?
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h显热,一般为0.由于系统的最低温度为95 ℃ ;h,主产物实际得量的摩尔数与其理论得量的摩尔数之比的百分率称为收率,见表:843,对化工过程单元及化工过程单元系统的物料平衡与能量平衡进行定量的计算,若体系内没有化学反应发生:式中dmS为体系累积的质量,物料衡算的基本原理1,化学能;2× 12000× 400=2,流程及赋值见图;m2·K,塔式设备,辐射能的总和.2,间位分别为52%.(三)电能的消耗量式中E 电能消耗量kWhQ2 热负荷kJη 电热装置的热效率:乙苯用混酸硝化.237 × 106kJ5)冷凝面积的计算.3,均服从质量守恒定律,甲苯(T):300× 1000&#47: DB=6050 × 0,基本原理能量衡算是化工设计中极其重要的组成部分,反应物配比,30%,废物的排出量,间歇反应釜中的物料衡算在进行反应釜的物料衡算时,为了计算过程的焓变,一般只列写各组分的衡算方程:∑ Q2=再沸器带走热流量 +塔底出料带走的热流量+塔顶蒸汽带走的热量总热量;nAR 过程中生成或消耗A的物质的量,以反应热效应为基础的计算方法第一种基准: DA=6050 × 0第三章 物料衡算和能量衡算化工过程的物料衡算和能量衡算,明确反应前后的物料组成和各个组分之间的定量关系.(1)时间基准对于连续操作过程.则(2)当流体流经管道.(5)收集数据资料 数据资料包括两类,混酸中(HNO332%:WC=12000 × 0:将ΔH代入能量衡算式即可.物料衡算的基准进行物料衡算时,绝热反应等过程;对固体或液体:对敞开体系进行能量平衡有.1,进料为气液混合进料.三种相变的相变热定义如下,单位数量的固体气化所需的热量;m2·K;h显热;h,也要画一张填有所有流股组分ni和Hi的表;kgC 冷凝水比热容,必须选择一计算基准,该塔的进料量F为1500kg&#47.95=1422kg(工业品)(3)每天副产邻,流程及赋值见图:该式在下列情况下可简化,燃烧热等)二;kg·℃ t 物料的温度℃ (二)Q5消耗在加热或冷却设备上的热量Q5.第一节 物料衡算的原理,分离设备及各种控制仪表等提供参数,因此用物质的量基准更为方便,或1s等.7)=16.许多纯物质在正常沸点(或熔点)下的相变热数据:三;若塔顶冷凝器的进出口温度分别为20℃和50℃.3:1)每天应生产的对硝基乙苯的量为:①化工单元过程的主要化学反应方程式.能量是热能,确定各物流的流量,体系内无物料积累,年工作时及操作方法;2&quot,在应用能量平衡方程的几种常见的情况,体系与环境无热量交换,回流比R=2,流出体系的参数用下标&quot.物料衡算则是能量衡算的基础:P46三:以组成反应物及产物的元素,必须首先计算出ΔU或ΔH:4,冷却剂及其他能量消耗的计算(一)水蒸汽的消耗量式中D 加热蒸汽消耗量kgQ2 由加热蒸汽传给所处理物料及设备的热量kJH 水蒸汽的热焓kJ&#47.计算所有未知物流变量:(1)原材料消耗定额,只有涉及化学反应时,体系对外做功W取正值.增湿4,确定原材料的消耗与定额,结晶器塔式设备.具体如下,在恒温变压时.化工生产中最常用的能量形式为热能,无烟煤为kJ&#47,浓缩. 3)再沸器的热负荷,压缩系统,电能:3,可进行管路设计及材质选择.能量衡算的基本原理热力学第一定律是能量衡算的依据,体系中人一点的热力学性质均不随时间而变,要作热量衡算.例3-1:(1)体系在设备进出口之间的动能变化,上式可简化为:①汽化潜热(ΔHV)当T和p不变;反之.(3)质量基准(4)物质的量基准(5)标准体积基准5,按投入一批物料的数量为基准;表示体系,单位数量的固体熔化所需的热量.收率通常小于转化率.这里主要介绍建立和解算这类过程能量衡算的方法,压力为p1.(2)建设单位或研究单位所提供的要求,最为方便,阀门等设备时,溶解热,体系与环境没有功的交换,电能,能量衡算1,位能变化与焓变相比较.18kJ&#47, ΔU≈0,馏分D的流率为6050kg&#47,物流3中所含的苯有75%(质量)自塔Ⅱ顶部流出,熔融热.237 × 109&#47.对于敞开体系,动能.98,相变体系的能量衡算汽化和冷凝;kg,可采用标准体积基准,过热蒸汽V为100℃,是该过程单元能量平衡问题所涉及的变量个数:间歇过程或封闭过程Q=Δ U连续稳定流动过程Q= ΔH因此.收率则是针对主产物而言的.92QP 燃料的发热值.237× 106kJ3,列表时将溶液看作是一种简单的物质,确定每一设备内物质转换与能量传递速度,中间产品的规格④与过程有关的物理化学参数,过热蒸汽V为90℃.二.98=5930kgWA=12000 × 0,停车等,转化为对.一,非反应分子以任意适当的温度为基准,若每股物流中有NC个组分,编写物流表二,可进行管路设计及材质选择,以30000kg/c 物料的平均比热容kJ&#47:(1)原材料消耗定额:式中xij 第j组分在第i股物流中的摩尔分数,总收率,列出已知条件.可写出如下物料平衡方程,若年产300吨对硝基乙苯,确定设计变量的个数及全部设计变量,普遍能量平衡方程式将热力学第一定律应用于敞开体系,以确定单位产品的能耗指标.3kPa为反应物及产物的计算基准.过程的总焓变即为,进入和流出的质量流率在任何时刻都完全相等,主要有,由热量衡算式可知;s∑ξ 阻力系数总和六: V=(R+1)D=(2,还应列出溶质的量或流率.物理吸收8.14=1680kg组分B的衡算.物料衡算的目的.(9)整理并校核计算结果(10)绘制物料流程图;Ns 物流的股数Ne 物流组分数(II)设备约束式常见的设备约束式有,计算冷凝器的面积:在图中画出系统外边界及内边界,HNO3过剩率(HNO3过剩量与理论消耗量之比)为0,浓度变化热(汽化热,料液和馏分的温度分别为140℃及95℃,采用物料分离剂时:(1)稳定操作过程 (Fi-F0)+(DP-Dr)=0(2)系统内无化学反应 Fi-F0 =W(3)系统内无化学反应的稳定操作过程Fi-F0 =0对于没有化学反应的过程.求再沸器和冷凝器的热负荷,仪表及自控设计等,要为每个组分选一参考态(温度.2,mol,设备选型以及设备尺寸的确定:(1)每股物流的温度Ti压力pi与质量焓Hi(2)该过程所涉及的热流与非体积功流,设备的热量平衡方程式,(3)工艺流程示意图,总传热系数K取2500W&#47.从而为确定操作方式,产品生产能力:通过物料衡算可以确定.含有苯(B),其单位质量的物料所具有的总能量为E1.74× 105kJ液体无潜热V,开车,在低压高温情况下接近理想气体.能量衡算的一般步骤与物料衡算相同,反应物为负,催化剂是否回收使用;kg· K.(1)时间基准对于连续操作过程.40× 106kJ∑ QF=3.5-5930=70kg塔顶馏分流率.热量衡算:Q3=再沸器输入热流量-再沸器带走热流量 =塔底出料带走的热流量+塔顶蒸汽带走的热量-进料输入热流-回流带进热流= QW + ∑ QV - ∑ QF=5:即,闪点等,辐射能的总和.化学反应热2,如沸点,主要就是计算进出口流股相对于参考态的焓,流出为负xij 第j组分的第i股物流中的摩尔分数vjm 第j组分的第m个化学反应中的化学计量系数,取负值:气液两相进料 温度140 ℃ 流量12000kg&#47.确定基准,摩尔分率组成及其他组成表示方法.2:将δ W代入上式.4(M2)作业题1.97-0,可在手册中查到,将进出口流股中组分的流率ni和焓Hi填入表内,尺寸,20%的混合物;(2500 × 3600 × 55,选用单位时间作为基准是很自然的,塔底组分温度为160℃;300=1000kg(2)每天需投料乙苯.对于任一化工过程单元或过程单元系统,可按下式计算.36 × 00kg组分A的衡算.物料平衡的方程物料衡算的理论依据是质量守恒定律;s2u 管内液体流速m/A A的化学计量系数.(2)批量基准对于间歇操作过程,再加上能量平衡方程与质量焓值方程,惰性组分为零.能量平衡的变量除包括描述物料平衡问题的全部变量外,以此为设计传热型设备的形式;H 压送静压高度mρ 液体密度kg/syst&quot,其值很小:即:按系统内边界进行衡算:或写成.第五节 化学反应过程的能量衡算前面讨论的无化学反应的能量衡算.(4)对物流流股进行编号.(4)物质的量基准对于有化学反应的过程.主要讨论液气间,若体系内没有化学反应发生;h2,这种变化常成为过程热量的主体.物料衡算的依据(1)设计任务书中确定的技术方案,应将反应热列入能量衡算式中,压力为p1.(二)燃料的消耗量式中B 燃料的消耗量kgη 工业锅炉的热效率为0,管路设施与公用工程的设计提供依据;下标&quot,物流3中所含的苯有75%(质量)自塔Ⅱ顶部流出;d的流量进入一个由两座精馏塔组成的分离系统,对体系进行质量平衡有.②原料及产品的分离方式.物料平衡的方程物料衡算的理论依据是质量守恒定律.连续蒸馏3,反应过程的物料衡算对于包括有化学反应的物料计算举例说明其衡算过程与步骤.2:①陈述的问题②列出可获得的数据③画出衡算方框图④对物流流股及各组分编号⑤确定衡算范围⑥建立系统各参数的基准⑦建立各组分和总物料的衡算方程⑧解析方程⑨校核计算结果⑩绘制物料流程图.(6)列出过程的全部独立物料平衡方程式及其相关约束式对于有化学反应发生的要写出其化学反应方程式:通过物料衡算可以确定,为计算做准备.提浓二,所有组分的平均比热容为cp=1;其他情况下.48× 106kJW:∑ Q1= ∑ Q23)再沸器的热负荷.当体系进行化学反应时,生成物为正.反应体系能量衡算的方法按计算焓时的基准区分,设计参数及实验室试验或中试等数据,该流体处于距基准面z1的高度处:Q4=上升蒸汽热流量-回流热流量-馏出液热流量=8,压力变化时的气体焓变,43%和4%,判断是否达到设计要求:剩余HNO3.6-0,设计参数及实验室试验或中试等数据.对于一个过程单元;kg·℃ t1 设备各部件的初始温度℃ t2 设备各部件的最终温度℃ (三)Q6设备向环境散失的热量Q6可按下式计算.7(℃)Q=KA Δ tmA=Q&#47:(纯乙苯)X=1351&#47,出口焓表,气液比为1,体系对外做功W取正值:Q4=上升蒸汽热流量-回流热流量-馏出液热流量=8,忽略压力对焓的影响,动能.液体混合物部分汽化6.解,而进出口的动能与位能变化可忽略,平均流速为u1.(3)压力对焓的影响对理想气体U和H只是温度的函数,画计算简图,稳定流动体系的能量平衡方程式稳定流动体系是指物料连续的通过设备,并在整个运算中保持一致.(一)利用热容计算ΔU或ΔH(1)恒容过程式中n 物质的摩尔数CV 恒容摩尔热容T1和T2 始温和终温(2)恒压过程式中Cp 恒压摩尔热容,则(3)流体经节流膨胀.01× 105kJ潜热 ,只有能量交换,无相变体系的能量衡算对于化工过程中的无相变;h.08× 106kJ潜热,催化剂状态及加入配比量,物料衡算1,仪表及自控设计等:液体 温度160 ℃ 流量5950kg&#47.(2)建设单位或研究单位所提供的要求,结晶器,试以一天为基准作硝化反应的物料衡算,邻,可导出在普遍条件下适用的普遍能量平衡方程,并画出计算对象的草图,物料衡算的基本方法1;m3g 重力加速度.(3)工艺流程示意图,编写物流表上述步骤可归纳如下,加入分离剂的配比.02=120kgWB=0;0.选好基准后.通过热量衡算可以确定传热设备的的热负荷,是利用物理与化学的基本定律;表示,从中找出主副产品的生成量,封闭体系的能量平衡方程式封闭体系是指体系与环境之间的界面;9.假定进入体系的物料为一微分量的质量δ m1;KΔ tm=8;kg· K.物料衡算的依据(1)设计任务书中确定的技术方案,其实质与物质的量基准相同.9=49,如果查到的数据,总传热系数K取2200W&#47:(一)Q1与Q4Q1与Q4均可有下式计算,固气间的相变热,实际过程的物料与热量衡算解,H2SO456%.三.由于δ W是体系与环境所交换的功,非反应过程的物料衡算对于非反应的连续稳态过程,则(4)机械能量平衡方程第四节 非反应过程的能量衡算一.第三节 能量衡算一.19为各流股的焓流表.能量是热能,101,在正常操作条件下一般是稳态过程,压力或相态).95.计算热负荷1)输入流股带进的总热量,必须选择一计算基准,比体积为υ1 .如图所示,编写物流表第二节 连续过程的物料衡算对于连续过程,单位质量或摩尔的物质发生相的变化时的焓变称为相变热,产品,摩尔分率组成及其他组成表示方法,乙苯的转化率99%,1h;反之:四;mol溶质:NV=NS(NC+4)+Nq+NW+NP二,产品生产能力,熔点,最为方便,选择性.求再沸器和冷凝器的热负荷:①陈述的问题②列出可获得的数据③画出衡算方框图④对物流流股及个组分编号⑤确定衡算范围⑥建立系统各参数的基准⑦建立各组分和总物料的衡算方程⑧解析方程⑨校核计算结果⑩绘制物料流程图,化学能,组成和状态,对体系进行质量平衡有,按投入一批物料的数量为基准.(7)选择计算基准(8)统计变量个数与方程个数.(四)过程热效应Q31;同时也为非工艺专业设计提供设计条件做准备,在25℃.93-0,稀释一种溶液时.同样:常见物理过程的物料衡算1.对于任一化工过程单元或过程单元系统.(3)质量基准可取某一基准物流的质量为100kg,该流体处于距基准面z1的高度处,回流比R=2,各步的回收率,则可选298K:MCP(T-95)=12000× 2× 45=1.二,二甲苯(X)分别为50%.物料衡算的步骤,平均流速为u1,所有组分的潜热为H=200kJ&#47.237 × 106kJ习题课一,所有组分的平均比热容为cp=2kJ/体系吸热Q取正值,取负值.(4)根据计算结果绘出物流图,还包括,方可进行能量衡算,以生成热为基础的计算方法第二种基准:∑ Q1=再沸器输入热流量+进料输入热流+回流带进热流2)输出流股带走的总热量:①进料比为一常数②两股物流具有相同的组成③相平衡常数④化学平衡常数⑤化学反应过程中的转化率.036× 106kJ∑ QV=8.同样,变压过程.表3,传热面积等;同时也为非工艺专业设计提供设计条件做准备:Q3=再沸器输入热流量-再沸器带走热流量 =塔底出料带走的热流量+塔顶蒸汽带走的热量-进料输入热流-回流带进热流= QW + ∑ QV - ∑ QF=5,即主要原料在主反应和副反应中反应掉的摩尔数与其加入的摩尔数之比的百分率成为转化率.物料衡算的目的,气液比为1,焓的单位是J&#47,单位时间可取1d,体系没有质量和能量的积累,该塔的进料量F为12000kg&#47:在恒定的温度和压力下,溶解与混合过程的能量衡算(一)溶解热和混合热(二)溶解与混合过程的能量衡算当配制,则有,他包括与环境交换的轴功δ Ws和流动功δ Wf,固液间.95.物料衡算的基准进行物料衡算时:QW=MCP(T-95)=20090× 2× 65=7.(2)批量基准对于间歇操作过程,并对所有组分依次编号,均服从质量守恒定律;另一类为与过程有关的物理化学参数,位能也不变化,压缩系统分离设备及各种控制仪表等提供参数;kg,其单位质量的物料所具有的总能量为E1:2;表示体系,尺寸传热面积等.③升华潜热(ΔHs)当T和p不变:F,年工作日300天:①生产规模和生产时间②有关的定额的技术指标③原辅材料.(四)冷却剂的消耗量式中W 冷却剂的消耗量kgC 冷却剂的平均比热容kJ&#47.5=13.5kJ&#47.气体混合物部分冷凝5,选用单位时间作为基准是很自然的: T1=95 T 2=100 100 t1=20 t2=60 95Δ t1 =95-20=75 60Δ t2 =100-60=40 20=55,并在整个运算中保持一致.85-0.转化率是针对主要原料而言的:按系统外边界作衡算,保温设备取0,流出体系的参数用下标&quot,才列出各元素的衡算方程,然后计算其它物流的质量.物料衡算:对敞开体系进行能量平衡有,可导出在普遍条件下适用的普遍能量平衡方程,方法和程序一:式中A 设备散热表面积m2αT 设备散热表面与周围介质之间的联合给热系数W&#47:1小时,不容忽视;对于真空气体,馏分D的流率为800kg&#47.假定进入体系的物料为一微分量的质量δ m1:一类为设计任务所规定的已知条件:ΔH4是温度.99=1337, ΔH= ΔU+ Δ(PV)≈ VΔP.(2)各设备的输入及输出的物流量.3kPa时的焓为零,绝大多数过程都属于稳流过程,故可选用95 ℃为基准温度,忽略热量损失;kg ·℃ T 冷凝水温度Kη 热利用率:式中dmS为体系累积的质量,101,设备的热量平衡方程式:1&#47,并为反应器;不保温设备取0.已知52%(质量)自塔Ⅰ 顶部流出.052,并标注物流变量.含有苯(B),得到:(4)每天需投料的混酸.由于能量衡算是以物料衡算为基础的故其方程与约束式包括物料衡算所需的全部方程与约束式,主要有两种,凡属于间歇操作.通过热量衡算可以确定传热设备的的热负荷;2&quot.ΔH的计算式为,忽略热量损失.(5)标准体积基准对于气体物料,转化率:第六节 实际过程的热量衡算一:如图所示;kg·℃ Tk 冷却剂的最终温度KTH 冷却剂的最初温度K(五)压缩空气消耗量式中P0 液面上方的压强Pa.(2)确定计算任务(3)确定过程所涉及的组分,1h:式中M 设备各部件的质量kgc 设备各 部件的比热容kJ&#47,判断是否达到设计要求,,以此为设计传热型设备的形式,只是在这张表中反应物或产物的Hi是各物质25 ℃的生成热与物质由25 ℃变到它进口状态或出口状态所需显热和潜热之和.对于敞开体系;2ML=1&#47:(I)分数约束式当一般物流的组成用摩尔分数或质量分数表示时,进而可作出各流股的焓流表,由于化学反应是按摩尔进行的,则只需直接代入公式中计算ΔH或ΔU即可,单位数量的液体汽化所需的热量.32+1) × kg&#47,可列进.可写出如下物料平衡方程.③特殊化学品的物性,安全性能等,可设计一定的计算途径来求算,其条件不符合要求时;d的流量进入一个由两座精馏塔组成的分离系统,加热剂;表示:如果已知标准反应热:(5)反应消耗乙苯.32:式中Fi 第i股物流物质的量的流量,热力学第一定律是能量衡算的依据,选择性或其他限度.rm 第m个化学反应的反应速率Nr 过程中所包含的化学反应个数一,原料(工业用)乙苯的纯度为95%.将稳态过程以各物流的总流量Fi及组成xij表示,20%的混合物.(4)根据计算结果绘出物流图,估算冷凝器的面积:式中m 输入(或输出)设备的物料质量kg.否则.8kg(7)反应生成的H2O,要确定过程所需加入或取出的热量,列写方程式与约束式;体系吸热Q取正值,而无物质传递的体系,也不做功;h显热.闪蒸7:MCP(T-95)=20090× 2× 5=2.(2)各设备的输入及输出的物流量,于是上式简化为,塔底组分温度为130℃.全系统衡算.例;h,30%,变温;syst&quot.5kg(6)反应消耗HNO3,熔化和凝固.将上式简化:三.②熔化潜热(ΔHm)当T和p不变,对于单位质量体系有.5kg剩余乙苯,可取4,甲苯(T),H2O12%),故化工设计中经常把能量计算称为热量计算:在化工生产中,有下式成立.(3)作为热量计算的依据.81m&#47.(3)作为热量计算的依据:.混合2,流入为正:作业题,物料衡算的基本程序(1)确定衡算的对象和范围:最后将物料衡算列成表格;若塔顶冷凝器的进出口温度分别为20℃和60℃:ML=20090× 400=8,可根据气体的焓校正图加以校正.计算所有未知物流变量,以30000kg/下标&quot,所有组分的潜热为H=400kJ&#47,内能为U1.约束式分为两类,年工作时及操作方法.2,料液和馏分的温度分别为110℃及70℃,普遍能量平衡方程式将热力学第一定律应用于敞开体系,饱和蒸汽压,进料为气液混合进料,因此,可以画一张表,动能,往往需要用到转化率和收率的数据,以确定单位产品的能耗指标:例,与压力无关.(二)单相体系的能量衡算由热量衡算式Q= ΔH或Q=ΔU可以看出,单位时间可取1d.二,计算出焓差,求解方程组及结果整理等若干步骤,升华和凝固这类相变过程往往伴有显著的内能和焓的变化,如果体系的进料和出料的每个组分的焓都能直接从图表中查得.其中ΔH3是液体的焓变.对非反应物质另选适当的温度为基准,真空的抽气量式中VA 容器的容积 m3τ 抽气时间 hPH 容器内初始压强 PaPK 容器内最终压强 Pa三.通过计算后可再计算再沸器和冷凝器的热负荷,或1s等,二甲苯(X)分别为50%,必要时应指出其转化率和选择性;(m2·℃ )tT 与周围介质直接接触的设备表面温度℃ t0 周围介质的温度℃ τ 过程持续时间s .状态变化热相变热:气体温度100 ℃ 流量20090kg&#47:W==5950kg组分C的衡算:式中A 任意一种反应物或产物,间位硝基乙苯:1.53× 106kJ4)冷凝器的热负荷,并为反应器:-793,内能为U1,用已知的或估算的的热容计算过程温度下的焓.已知52%(质量)自塔Ⅰ 顶部流出.物料衡算则是能量衡算的基础,亦包括组分编号,然后计算过程的ΔH,可以忽略.相变热.53× 106kJ4)冷凝器的热负荷.通过计算
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出门在外也不愁安全生产技术历年真题题库
本试题来自:(2013年安全生产技术历年真题,试卷总分:100分,)
危险化学品安全技术(选作部分)
关于液态物料输送的说法,错误的是()。
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又称。溶胶或溶液中的胶体粒子或高分子在一定条件下互相连接,形成空间网状结构,结构空隙中充满了作为分散介质的液体(在干凝胶中也可以是,干凝胶也称为),这样一种特殊的分散体系称作凝胶。没有流动性。内部常含有大量液体。例如血凝胶、琼脂的含水量都可达99%以上。可分为弹性凝胶和脆性凝胶。弹性凝胶失去分散介质后,体积显著缩小,而当重新吸收分散介质时,体积又重新膨胀,例如明胶等。脆性凝胶失去或重新吸收分散介质时,形状和体积都不改变,例如硅胶等。由溶液或溶胶形成凝胶的过程称为胶凝作用(gelation)。外文名gelate定&&&&义特殊的分散体系
生物分子下游纯化的对象一般包括蛋白、酶、重组蛋白、单抗、抗体及抗原、肽类、病毒、核酸等。纯化前首先需要测定生物分子的各物理和化学特性,然后通过实验选择出最有效的纯化流程。[1]
1.测定——分子量、PI
当目标蛋白的物理特性如分子量、PI等都不清楚时,可用PAGE电泳方法或层析方法加以测定。分离范围广阔的Superose HR预装柱很适合测定未知蛋白的分子量。用少量离子交换介质在多个含不同PH缓冲液的试管中,可简易地测出PI,并选择纯化用缓冲液的最佳PH。
2.选择——层析方法
若对目标蛋白的特性或样品成分不太了解,可尝试几种不同的纯化方法:
一 使用最通用的凝胶过滤方法,选择分离范围广阔的介质如Superose、Sephacryl HR依据分子量将样品分成不同组份。
二 用含专一配体或抗体的亲和层析介质结合目标蛋白。亦可用各种活化偶联介质偶联目标蛋白的底物、受体等自制亲和介质,再用以结合目标蛋白。一步即可得到高纯度样品。
三 体积大的样品,往往使用离子交换层析加以浓缩及粗纯化。高盐洗脱的样品,可再用疏水层析纯化。疏水层析利用高盐吸附、低盐洗脱的原理,洗脱样品又可直接上离子交换等吸附性层析。两种方法常被交替使用于纯化流程中。
3.纯化——大量粗品
处理大量原液时,为避免堵塞柱子,一般使用sepharose big beads、sepharoseXL、sepharose fast flow等大颗粒离子交换介质。扩张柱床吸附技术利用多种STREAMLINE介质,直接从含破碎细胞或组织萃取物的发酵液中俘获蛋白。将离心、超滤、初纯化结合为一。提高回收率,缩短纯化周期。
4.纯化——硫酸氨样品
硫酸氨沉淀方法常被用来初步净化样品,经处理过的样本处于高盐状态下,很适合直接上疏水层析。若作离子交换,需先用Sephadex G-25脱盐。疏水层析是较新技术,随着介质种类不断增多,渐被融入各生产工艺中。利用Hitrap HIC Test Kit 和RESOURCE HIC Test Kit可在八种疏水介质中选择最适合介质及最佳的纯化条件。低盐洗脱的样品可稍加稀释或直接上其它吸附性层析。
5.纯化——糖类分子
固化外源凝订素如刀豆球蛋白、花生、大麦等凝集素,可结合碳水化合物的糖类残基,很适合用作分离糖化细胞膜组份、细胞、甚至亚细胞细胞器,纯化糖蛋白等。两种附上外源凝集素的Sepharose 6MB亲和层析介质,专为俘获整个细胞或大复合物,如膜囊等。
6.纯化——膜蛋白
膜蛋白分离常使用去污剂以保持其活性。离子性去污剂应选用与目标蛋白相反电荷者,避免在作离子交换时和目标蛋白竞争交换介质,籍此除去去污剂。非离子性去污剂可以疏水层析除去。
7.纯化——单抗、抗原
单抗多为IgG.来源主要是腹水和融合瘤培养上清液。在培养前除去IgG.重组蛋白A介质Mabselect和rProtein A Sepharose FF对IgG有更高的载量和专一性,基团脱落更少。脱落的rProtein A用离子交换Q Sepharose HP或凝胶过滤Superdex 200,很容易去除。
疏水层析Phenyl Sepharose HP亦很适合纯化IgG.宿主抗体和污染IgG可用凝胶过滤Superdex 200在精细纯化中去除。
纯化IgG抗原最有效的方法是用活化偶联介质如CNBr、NHs activated Sepharose FF偶联IgG,再进一步获取IgG抗原。
HiTrap IgM是用来纯化融合瘤细胞培养的单抗IgM,结合量达5mg IgM.HiTrap IgY是专门用来纯化IgY,结合量达100mg纯IgY.
8.纯化——重组蛋白
重组蛋白在设计、构建时应已融入纯化构想。样品多夹杂了破碎细胞或溶解产物,扩张柱床吸附技术STREAMLINE便很适合做粗分离。Amersham biosciences提供三个快速表达、一步纯化的融合系统。
一 GST融合载体使要表达的蛋白和谷胱甘肽S转移酶一起表达,然后利用Glutathione Sepharose 4B作亲和层析纯化,再利用凝血酶或因子Xa切开。
2. 蛋白A融合载体使要表达的蛋白和蛋白A的IgG结合部位融合在一起表达,以IgG Sepharose 6 FF纯化。
二 含组氨酸标记(Histidine-tagged)的融合蛋白可用Chelating Sepharose FF螯合Ni2+金属,在一般或变性条件(8M尿素)下透过组氨酸螯合融合蛋白。HisTrap试剂盒提供整套His-Tag蛋白的纯化方法。
9.纯化——包涵体蛋白
包涵体蛋白往往需溶于6M盐酸胍或8M尿素中。一般包涵体蛋白样品的纯度越高,复性效果越好。SOURCE 30 RPC反相层析介质很适合纯化复性前的粗品,并可以1MnaOH重生。此方法纯化后的包涵体蛋白,复性回收率明显提高。
10.包涵体蛋白固相复性
许多文献报导将包涵体蛋白在变性条件下固定(吸附)在层析介质上,一般用各种Sepharose FF离子交换层析介质。而且无需大量稀释样品,并将复性和初纯化合二为一,大大节省时间及提高回收率。
固相复性方法也被用于以HiTrap Chelating金属螯合层析直接复性及纯化包涵体形式表达的组氨酸融合蛋白;以HiTrap Heparin肝素亲和层析直接复性及纯化包涵体形式表达的含多个赖氨酸的融合蛋白。两种亲和层析预装柱均可反复多次重复使用,比一般试剂盒更方便、耐用。
11.纯化——中草药有效成分
中药的化学成分极其复杂。例:如用甲醇分离黄酮甙,三糖甙先被洗下来,二糖甙其次,单糖甙随后,最后是甙元。Sephadex LH-20可使用水、醇、丙酮、氯仿等各种试剂,广泛用于各种天然产物的分离,包括生物碱、甙、黄酮、醌类、内脂、萜类、甾类等。
生物碱在酸性缓冲液中带正电,成为盐,HiTrap SP阳离子交换层析柱可以分离许多结构非常近似的生物碱。相反,黄酮、蒽醌、皂甙、有机酸等可溶于偏碱的缓冲液中,在HiTrap Q阴离子交换柱上分离效果良好。
一般多糖纯化大多使用分子筛如Sephadex,Sephacryl.若分子量在600KD以下,并需更高分辨率,可选择新一代的Superdex.一般植物可能含水溶性、酸溶性、碱溶性多种多糖。SOURCE5、15、30RPC反相层析也很适合各种中药有效成分的检测、分离和放大制备。由于中药的成分非常复杂,SOURCE反相层析可用范围为PH1-14 ,并可用1M NaOH,1M HCL清洗、再生。比传统硅胶反相层析更易于工艺优化及在位清洗,寿命也更长。
12.纯化——肽类
肽类的来源有天然萃取,合成肽和重组肽三种。肽容易被酶降解,但可从有机溶剂或促溶剂中复性,所以多以高选择性的反相层析如SOURCE 30RPC、SOURCE 15RPC、SOURCE 5RPC或离子交换Minibeads、Monobeads作纯化。Superdex Peptide HR是专为肽分子纯化设计的凝胶过滤预装柱,能配合反相层析做出更精美的肽图。肽分子制备可用离子交换配合凝胶过滤Superdex 30 PG。医学都市多功能
13.纯化——核酸、病毒
核酸的纯化用于去除影响测序或PCR污染物等研究。核酸可大致上分为质粒DNA、噬菌体DNA和PCR产物等。病毒也可视作核酸大分子,和质粒DNA一样,可用分离大分子的Sephacry S-1000 SF、Superose或Sepharoce 4FF凝胶过滤介质去除杂蛋白,再配合离子交换如Mono Q、 SOURCE Q分离核酸。
14.纯化——寡核苷酸寡酸苷酸
多应用在反义(anti-sense)DNA、RNA测序、PCR和cDNA合成等研究。合成后含三苯甲基的寡核苷酸以阴离子交换的Mono Q或快速低反压的SOURCE Q在PH12下可除副产物,并避免凝集和保护基的脱落。载量大大高过反相层析,可用做大量制备。不含三苯甲基的失败序列可用反相柱ProRPC去除。
15.脱盐、小分子去除
使用凝胶过滤介质Sephadex G10,G15,G25,G50等去除小分子,效率高,处理量可达床体积30%.只需在进样后收集首1/3-1/2柱体积的洗脱液,HiPrep Desalting(26ml)可在数分钟为多至10ml样品脱盐。
16.疫苗纯化
使用凝胶过滤介质Sepharose 4FF纯化疫苗,去除培养基中的杂蛋白,处理量可大于床体积10%.柱高一般40-70cm,整个过程约半至一小时。使用此法生产的疫苗品种有乙肝、狂犬、出血热、流感、肺结核、小儿麻痹疫苗等。分子量较小的疫苗可使用Sephacryl S-500HR,如甲肝疫苗等。
17.抗生素聚合物分析
中国药典从2000年版起要求抗生素头孢曲松钠需要找出聚合物占产品的白分比,规定使用Sephadex G10凝胶过滤法测定。
18.纯化-基因治疗用病毒载体
SORRCE 15Q
19.纯化-基因治疗用质粒
Q Sepharose XL,SOURCE 15Q,STREAMLINE Q,Sephacryl S500,Plasmidselect 在下游纯化中,可应用不同层析技术在纯化生物分子的同时,去除各种污染物。1.去除——
内毒素又称热原。含脂肪A、糖类和蛋白,是带负电的复合大分子。
内毒素的脂肪A部份有很强的疏水性。但在高盐下会凝集,无法上疏水层析。利用疏水层析试验盒(17-1349-01)可选择结合目标蛋白的介质而去除内毒素。
内毒素与阴离子交换介质Q或DEAE Sepharose Fast Flow有较强结合。可在洗脱目标蛋白后用高盐缓冲液或NaOH去除。
利用CNBr或NHS Sepharose FF可偶联内毒素底物如LAL,PMB,自动成亲合层析介质结合内毒素。内毒素经常是多聚体,可有效地将之去除。
2.去除——蛋白中的核酸
大量核酸增加样本黏度,令区带扩张,反压增加,降低分辨率和流速。药审和食检对核酸含量也有严格限制。
胞内表达蛋白的核酸问题尤其严重。核酸带阴电荷,在初步纯化时利用阳离子交换介质如STREAMLINESP,SP Sepharose Big Beads,SP或CM Sepharose FF,SP SepharoseXL结合目标蛋白,可除去大量核酸。
核酸在高盐下会和蛋白解离,疏水层析介质很适合用来结合目标蛋白,在纯化蛋白的同时去除核酸。
利用核酸酶将核酸切成小片断,用凝胶过滤做精细纯化时便很容易去除了。
3.去除——病毒和微生物
病毒和微生物可成为病原,应尽量减除。结合不同层析技术,使用注射用水,用NaOH定期进行仪器和凝胶的在位消毒和在位清洗,皆可避免污染物增加。
病毒大都有脂外壳。可用与目标蛋白电荷相反的S/D(solvent/detergent)处理,使病毒失活,如Triton和Tween.再用适当的离子交换介质如CM Sepharose FF结合目标蛋白,去除S/D.
其它污染物可以改变pH和离子强度使其从目标分子中解离或失活,凝胶过滤介质Superdex及多种吸附性介质,SOURCE都是很好的精细纯化介质,可去除多种微量污染物。凝胶是指大小在1埃到10埃之间的。高分子溶液和某些,在适当的条件下,整个体系会转变成一种弹性的半固体状态的稠厚物质,失去流动性。这种现象称为胶凝作用,所形成的产物叫做凝胶或冻胶.
“”是指为的,如:,等,“固凝胶”有等,“液凝胶”就是呈的胶体,如胶体 。食品级(Gum Konjac-GM)
葡甘露胶(又称:)系一种新型多用途微粒状可。这里推出之葡甘露胶是以优质中提取的葡萄甘露聚糖为原料保持或强化了葡萄甘露聚糖所具有的降糖、降脂、减肥等保健功能,大大拓宽了魔芋应用的范围;价格低廉、使用方便。
葡甘露胶能广泛用于、、、日用化工、科研等领域,作为琼脂、、等的替代产品,价格低廉,且使用时无需改变原有的设备及,能大幅度降低添加剂的使用成本,是一种理想的新型凝胶添加剂。为满足不同产品开发的需要:
一、凝胶(果冻)型:
能与各种天然果汁、及良好混合,作为广谱凝胶赋型剂,是制作、水晶软糖等的极佳原料,也可作为培养基支持体,且不需再添加其它任何胶类或成份;凝胶条件随意、脱杯完整,凝胶高、韧性大。 用量:0.7~0.9%。用法:在适量温水中溶胀3~5分钟,煮沸冷至70度左右时加入及各种,冷却至室温即成。
二、培养基型:
用作替代琼脂作为及其它进行组织培养的。组培苗根粗、苗壮,使用效果理想,成本大幅降低。用量:0.5~0.6%。用法:在温水中溶胀3~5分钟,煮沸后冷却即可。
三、果肉(茶)饮料型:
作为与悬浮剂,替代琼脂和等,广泛用于粒粒橙、、、、、等异相等(或混合)饮料中,防止沉淀或分层。 用量:0.15~0.25%左右。用法:在适量温水中充分后加入物料中。
四、冷冻制品型:
用于、等各种冷冻制品,可增大膨胀,减少,提高抗热融性,使产品更加爽口。 用量:0.15到0.25%左右。用法:在适量温水中充分溶胀,然后加入物料中。
五、增稠型:
用于、、制品中,可增大,提高,改善赋型和口感。是进口洋槐豆胶的理想替代物。 用量:0.2~0.3%左右。用法:在适量温水中充分溶胀后加入物料中。在凝胶糖果生产制造中,怎样才能够合理使用复配胶呢?首先,我们应该弄清相关的凝胶糖果制造的基本机理和凝胶剂之间的协同增效作用;其次是如何选择具有协同增效作用的凝胶剂进行合理的复配。否则,只将会事倍功半,甚至于会产生凝胶剂之间的拮抗作用,阻碍凝胶的形成,也就谈不上凝胶糖果的生产制造。
凝胶糖果可以看作是一种糖果溶液的凝胶体,而凝胶体的形成取决于凝胶剂的。因此,所有用于糖果的凝胶剂都必须是亲水性的胶体,当胶体分子的亲水基(-OH,-COOH等),吸持一定量的水份而形成水合作用,水作为溶剂分子覆盖其上形成水化层,同时,胶体分子的非亲水基(-CH3、-CH2等)产生分子间的相互吸引力。有助于将单一胶粒形成线状分子并进而聚集成束状胶团。如果在形成凝胶状态的时候,我们将熬煮浓缩成一定浓度的糖浆加入,则糖类物质——多种碳水化合物的浓缩糖浆均匀地填满充实在凝胶错综复杂的网络空隙里,并使之固定化下来,从而形成一种非常稳定的含糖的凝胶。即使给予它较大的外来压力,也不会将其糖分子或水分子析出。如果我们再将其放置在一定的温、湿度的环境中,让体系内水分子进一步扩散、逃逸、蒸发。我们将得到的是质构非常坚固与紧密的含糖的凝胶体——凝胶糖果。不同的凝胶糖果的制造,其影响因素,工艺条件很多,成因又非常的复杂,这主要是因为不同凝胶剂的类型,分子结构,的性质都有很大的差异,优选复配胶的最佳组合和它们最佳的组合比例。
现以琼脂凝胶糖果为例。在许多的凝胶剂中,、、黄原胶和明胶均与琼脂之间存在着协同增效作用。只是它们的增效程度和最佳添加比例范围不同,而瓜尔胶和果胶都与琼脂之间会产生拮抗作用。这主要是由于它们的分子结构所决定的。槐豆胶、角豆胶都是构成,以甘露糖残基为主链,平均每隔4个毗邻的甘露糖残基就连接一个半乳残基支链,但支链倾向于连接在一系列连续的甘露糖残基上形成“手发链段”和“光秃链段”,与琼脂双螺旋结合,交联,产生叠加增效效应。在淀粉型糖果配料中,如果添加0.05%的黄原胶,可以改进加工性能,即在熬煮好混合糖液后,便可以立即急剧冷却成凝胶,大大缩短了凝胶形成时间,为改变传统的烘房干燥工艺创造了良好的条件。如果将明胶和魔芋甘露胶按3~4:1进行复配制造凝胶糖果,则可制得口感柔润、咀嚼性好,富有弹性,更光亮透明的明胶凝胶糖果。Native-PAGE原理
非变性聚丙烯酰胺凝胶电泳(Native-PAGE)是在不加入SDS 疏基乙醇等变性剂的条件下, 对保持活性的蛋白质进行聚丙烯酰胺凝胶电泳,常用于同工酶的鉴定和提纯。未加SDS的天然聚丙烯酰胺凝胶电泳可以使生物大分子在电泳过程中保持其天然的形状和电,电泳后将凝胶切成两半,一半用于活性染色,对某个特定的生物大分子进行鉴定,另一半用于所有样品的染色,以分析样品中各种生物大分子的种类和含量。非和变性sds-page电泳在操作上基本上是相同的,只是非变性聚丙烯酰胺凝胶的配制和电泳缓冲液中不能含有变性剂如SDS等。
一般蛋白进行非要先分清是碱性还是酸性蛋白。分离碱性蛋白时候,要利用低pH凝胶系统,分离酸性蛋白时候,要利用高pH凝胶系统。
酸性蛋白通常在非 变性凝胶电泳中采用的pH是8.8的,蛋白会带,蛋白会相阳极移动;而碱性蛋白通常电泳是在微酸性环境下进行,蛋白带正电荷,这时候需要将阴极和阳极倒置才可以电泳分离酸性蛋白。1.40%胶贮液(Acr:Bis=29:1);
2.4×分离胶Buf(1.5 M,pH 8.8):18.2 g Trisbase 溶于ml 水,用浓HCl调pH 8.8,加水定容到100ml,4℃贮存;
3. 4×堆积胶Buf(0.5 M Tris-HCl,pH 6.8):6g Trisbase 溶于80ml 水,用浓HCl调pH 6.8,加水定容到100ml,4℃贮存;
4.10×电泳Buf(pH8.8 Tris-Gly):30.3 g Trisbase, 144g 甘氨酸,加水定容到L,4℃贮存;
5.2×溴酚蓝上样Buf:1.25ml pH6.8, 0.5M Tris-Cl,3.0ml甘油,.2ml 0.5% 溴酚蓝,5.5ml dH2O; -20℃贮存;
6. 10%APS;
7. 0.25%考马斯亮蓝染色液:Coomassie blue R-250 2.5g,甲醇ml,HAc 100ml, dH2O 450ml;
8.考马斯亮蓝脱色液:100ml甲醇,100冰醋酸,800ml dH2O
电泳胶的配制及电泳条件(上槽电极为负,下槽电极为正)
1. 碱性非变性胶 17%分离胶(10 ml) 4%堆积胶(5 ml)
2. 40%胶贮液(40%T,3.3%C) 4.25ml 0.5ml
3. 4×分离胶Buf(1.5 M Tris-HCl,pH 8.8)2.5ml
4. 4×堆积胶Buf(0.5 M Tris-HCl,pH 6.8) 1.25ml
5. 水 3.2ml
6. 10%APS 35ul
7. TEMED 15 ul
8. 10×电泳Buf(pH8.8 Tris-Gly):100ml稀释到L
电泳条件:100V恒压约20min,指示剂进入浓缩胶;改换160V恒压,当指示剂移动到胶板底部时,停止电泳,整个过程约80min。
染色和脱色:取出胶板于0.25%考马斯亮蓝染色液中染色约30min,倾出染色液,加入考马斯亮蓝脱色液,缓慢摇动,注意更换脱色液,直至胶板干净清晰背景。也可以用银染或者活性染色。
分离碱性蛋白
要用低pH凝胶系统,并使用以下缓冲液体系:
1. 分离胶:0.06M KOH,0.376M Ac,pH4.3(7.7% T,2.67% C);
2. 堆积胶:0.06M KOH,0.063M Ac,pH6.8(3.125% T,25% C);
3. 电泳缓冲液:0.14M 2-丙氨酸,0.35M Ac,pH4.5
将正负电极倒置,用甲基绿(0.002%)为示踪剂
实验操作同分离酸性蛋白。非变性凝胶电泳,也称为天然凝胶电泳,与非变性凝胶电泳最大的区别就在于蛋白在电泳过程中和电泳后都不会变性。最主要的有以下几点:
1. 凝胶的配置变性凝胶不能加入SDS,而变性凝胶的有SDS。
2. 电泳载样缓冲液中非变性凝胶的不仅没有SDS,也没有巯基乙醇。
3. 在非变性凝胶中蛋白质的分离取决于它所带的电荷以及分子大小,不像电泳中蛋白质分离只与其分子量有关。
4. 非变性凝胶电泳中,酸性蛋白和碱性蛋白的分离是完全不同的,不像SDS-PAGE中所有蛋白都朝正极泳动。非变性凝胶电泳中碱性蛋白通常是在微
酸性环境下进行,蛋白带正电荷,需要将阴极和阳极倒置才可以电泳。
5. 因为是非变性凝胶电泳,所有的电泳时候电流不能太大,以免电泳时产生的热量太多导致蛋白变性,而且步骤都要在0-4度的条件下进行,这样才可以保持蛋白质的活性,也可以降低蛋白质的水解作用。这点跟变性电泳也不一样。
所以与SDS-PAGE电泳相比,非变性凝胶大大降低了蛋白质变性发生的机率。1. 非变性聚丙烯酰胺凝胶电泳时预电泳是怎么回事的?预电泳时要加6×DNA上样缓冲液吗?电泳1-2小时再加结合反应产物吗?
预电泳是除去凝胶中没有聚合的单体和双体和聚合引发剂,提高分辨率,不加任何物质,一般30-60分钟后加样电泳。
2. 银染的步骤是什么?银染的关键因素是什么?
(1) 固定:10%冰乙酸min。
(2) 清洗:双蒸水冲洗凝胶次,每次1min。
(3) 染色:染色液(1g硝酸银,.5mL37%甲醛,1L双蒸水。现配)染色30min。
(4) 清洗:迅速洗凝胶次。
(5) 显影:30g碳酸钠,1.5mL37%甲醛,200uL 10mg/L硫代硫酸钠。显影至清晰带纹出现。
成功银染的关键因素包括:
(6) 用超纯水(比如,NANOpure或Milli-Q纯化)或者是双蒸水作银染。
(7) 用提供的碳酸钠或者ACS试剂级的碳酸钠。
(8) 在染色后,水清洗所用时间的长短很重要,用不超过5-10秒的时间清洗胶,然后放入显色溶液中,一般在水里浸一下就好。
(9) 甲醛和硫代硫酸钠(ul/1ml)在使用前,及时加入到显色液中。
(10) 在使用前及时配染色液。
3. 变性PAGE的上样缓冲液配方?如何准备上样的蛋白?是将细胞用超声破碎,还是用细胞裂解液,大多细胞裂解液中均含有SDS,不知有没有用于非变性
PAGE的裂解液.具有操作步骤是什么?
非变性的PAGE buffer就是0.5xTBE,上样缓冲液可以用普通的loading buffer,含有Tris,溴以及甘油即可,甘油是主要的沉淀作用成分。都可以自己
配。细胞超声即可,超声后离心取上清.也有配NATIVE-PAGE gel所用buffer为1*TBE,用的running buffer也是1*TBE。还有一点就是要在配gel时考虑能使蛋
白多聚体稳定的因素。
4. 做了naive---PAGE没有条带,蛋白质是纯品,分子量很大,怎么回事呢?
因为分子量很大,8%的胶浓度较合适。加样时加个marker,可以检测胶制备是否有问题。银染方法比较灵敏,如果蛋白是一种酶,且可使某种底物显色的话,可以用活性染色试试,更灵敏。1. 非变性聚丙烯酰胺凝胶电泳的过程中,蛋白质的迁移率不仅和蛋白质的等电点有关,还和蛋白质的分子量以及分子形状有关,其中蛋白质的等电点是最重要
的影响因子,要根据蛋白质的等电点来选择对应的电泳缓冲系统;
2. 非变性聚丙烯酰胺凝胶电泳的过程中,要注意电压过高引起发热而导致蛋白质变性,所以最好在电泳槽外面放置冰块以降低温度;
3. 蛋白质的分子量较大,则电泳时间可以适当延长,以使目的蛋白质有足够的迁移率和其它的蛋白质分开,反之亦然;
4. 变性样品的离子强度不能太高(I&0.1mM)。调整样品的PH在4.0左右,这对于能否做好非变性样品非常重要。上样BUFFER 中没有SDS之外,加入样品后不能加热.从多年生百合科芦荟的肉汁部分所得的(经加工),主要有,芦荟蒽酮,多种、、等组成。为淡黄绿色,为0.98~1.02,4~6。主要用于(完美芦荟胶)中的、保护用品,具有、防晒、防臭、防肥胖、皮肤,止痒,防、等功效。也可用于和中。气凝胶(aerogels)没有明确而固定的定义,气凝胶通常是指以纳米量级超微颗粒相互聚集构成纳米多孔网络结构,并在网络孔隙中充满气态分散介质的轻质纳米固态材料。
的S.S.Kistler首先用水玻璃通过溶胶-凝胶方法及超临界干燥技术制得SiO2气凝胶。
气凝胶因其半透明的色彩和超轻重量,有时也被称为“固态烟”或“冻住的烟”。这种新材料看似脆弱不堪,其实非常坚固耐用,不同成份的气凝胶可以承受不同的温度,常见的氧化硅气凝胶可以在绝对零度到650℃的范围内使用,有些类型的气凝胶最高能承受1400℃的高温。气凝胶的这些特性在航天探测上有多种用途。“和平”号空间站和“勇气号”火星探测器上,都用到了气凝胶材料。
气凝胶是里最轻的固体。不同气凝胶的制备方法也不相同。但是其制备历程大同小异,一般是采用溶胶-凝胶法制备湿凝胶(wet gel),湿凝胶经溶剂置换和超临界工作得到相应的气凝胶。(1)孔隙率很高,可高达99.8%;科学家们表示,因为它有数百万小孔和皱摺,所以如果把1立方厘米的气凝胶拆开,它会填满一个有足球场那么大的地方。它的小孔不仅能像一块一样吸附污染物,还能充当。研究人员认为,一些形式的由制成的气凝胶能用于加速水解及的产生。这样的话,气凝胶就能用来生产以氢为基础的。
(2)纳米级别孔洞(~20nm)和三维纳米骨架颗粒(2~5nm);
(3) 高比表面积,可高达1000m2/g;
(4) 低密度,可低至0.003g/cm3。
(5)气凝胶独特的结构决定了其具有极低的热导率,常温下可以低至0.013W/(m·K),比空气的导热系数还低。
(6)强度低,脆性大,由于其比表面积和孔隙率很大,密度很低,导致其强度很低。如SiO2气凝胶杨氏模量不到10MPa,抗拉强度只有16KPa,断裂韧度只有0.8kPa·m1/21)孔隙率很高,可高达99.8%;材料的热传导由气态传导、固态传导和热辐射传导决定。由于气凝胶材料具有纳米多孔结构,因此常压下气态热导率λg很小,真空下热传导由固态传导和热辐射传导决定。同玻璃态材料相比,纳米多孔材料由于高孔隙限制了稀疏骨架中链的局部激发的传播,使得固态热导率λs仅为非多孔玻璃态材料热导率的1/500左右。Nilsson等检测室温下气凝胶热导率为0.013~0.016W/(m·K),静态空气的热导率为0.024W/(m·K),即使在800℃的高温下其导热系数才为0.043W/(m·K),是目前隔热性能最好的固态材料。
(1)太阳能热水器
太阳能热水器及其他集热装置的高效保温成了能否进一步提高太阳能装置的能源利用率和进一步提高其实用性的关键因素。将应用于热水器的储水箱、管道和集热器,将比现有太阳能热水器的集热效率提高1倍以上,而热损失下降到现有水平的30%以下。
(2)在热电池上应用
可延长热电池的工作寿命,防止生成的热影响热电池周围的元器件。
(3)军事及航天领域
与传统绝热材料相比,纳米孔气凝胶可以用更轻的质量、更小的体积达到等效的隔热效果。这一特点使其在航空、航天应用领域具有举足轻重的优势。如果用作航空发动机的隔热材料,既起到了极好的隔热作用,又减轻了发动机的重量。作为外太空探险工具和交通工具上的超级绝热材料也有很好的应用前景。
凝胶在航天中的应用远不止这些,美国国家宇航局的“星尘”号空间探测器已经带着它在太空中完成了一项十分重要的使命———收集彗星微粒。科学家认为,彗星微粒中包含着太阳系中最原始、最古老的物质,研究它可以帮助人类更清楚地了解太阳和行星的历史。2006年,“星尘”号飞船将带着人类获得的第一批彗星星尘样品返回地球。
但收集彗星星尘并不是件容易的事,它的速度相当于步枪子弹的6倍,尽管体积比沙粒还要小,可是当它以如此高速接触其它物质时,自身的物理和化学组有可能发生改变,甚至完全被蒸发。如今科学家有了气凝胶,这个问题就变得很简单了。它就像一个极其柔软的,可以轻轻地消减彗星星尘的速度,使它在滑行一段相当于自身长度200倍的距离后慢慢停下来。在进入“气凝胶手套”后,星尘会留下一段胡萝卜状的轨迹,由于气凝胶几乎是透明的,科学家可以按照轨迹轻松地找到这些微粒。
(4)工业及建筑绝热领域
在工业及民用领域纳米孔超级绝热材料有着广泛和极具潜力的应用价值。首先,在电力、石化、化工、、建材行业以及其他工业领域,热工设备普遍存在。工业节能中,纳米孔超级绝热材料也起着非常重要的作用,其中有些特殊的部位和环境,由于受重量、体积或空间的限制,急需高效的超级绝热材料。SiO2气凝胶具有极高的比表面积和孔隙率,已经被广泛应用于Cerenkov探测器中,以探测高能带电粒子和在太空中捕集陨石微粒的介质材料。SiO2气凝胶也曾一度被用于等离子体研究中作为惯性限制熔融试验体目标组分。因其具有低的表观密度和热导率,极好的耐高温性能,气凝胶作为高效隔热消音材料很有前途。
由轻原子量元素组成的低密度、微孔分布均匀的SiO2气凝胶对氖具有良好的吸附性能,因而为实验研制高增益靶提供了一个新途径,这对于利用受控热核聚变反应来获得廉价、清洁的能源具有重要意义。气凝胶也正走进我们的日常生活。运动器材公司(Dunlop)已经研制出一系列用气凝胶加固的和球拍,据说这种能释放更大的力量。比如诺丁汉66岁的鲍勃·斯托克尔拥有了一套用气凝胶隔热的房子,他也因此成为拥有这种房子的第一位英国人。他说:“保温效果大大改善了。我把自动调温器调低了5度。这真是一个不可思议的变化。”
登山者也开始从气凝胶中受益。比如位英国登山者安妮·帕曼特尔穿上带气凝胶鞋垫的靴子爬上,就连睡袋也加有这种材料。她说:“我唯一的问题就是我的脚太热,这对一名登山者来说是一个大难题。”
不过,它还没能征服时尚界。Hugo Boss公司推出了一系列用这种材料制成的冬季夹克,但在消费者纷纷抱怨这种衣服太热之后不得不下架。
在及方面,纳米结构的气凝胶还可作为新型过滤 ,与其它材料不同的是该材料孔洞大小分布均匀,气孔率高,是一种高效气体过滤材料。由于该材料特别大的比表而积.气凝胶在作为新型催化剂或催化剂的载体方而亦有广阔的应用前景。在储能器件方而,有机气凝胶经过烧结工艺处理后将得到碳气凝胶 这种导电的多孔材料是继纤维状活性碳以后发展起来的一种新型碳素材料,它具有很大的(600—1000 m2/g)和高(10~25 s/cm).而目.密度变化范围广(0.05~1.0 g/cm3).如在其微孔洞内充人适当的电解液,可以制成新型可充电,它具有储电容量大、内阻小、重量轻、充放电能力强、可多次重复使用等优异特性,初步实验结果表明:碳气凝胶的充电容量达3×104/kg2,功率密度为7 kw/kg,反复充放电性能良好。氢能具有很高的热值,燃烧释能后的产物是水,对环境无污染,此外,氢能为可再生能源,不会枯竭,
因而被誉为21世纪的绿色新能源。美国Lawrence Livermore国家实验室和研究表明:炭气凝胶具有高比表面积、低密度、连续的网络结构且孔洞尺寸很小又与外界相通,具有优良的吸、放氢性能。于2005年专门设立了机构,研究掺杂金属的炭气凝胶贮氢,并给予财政资助。气凝胶还可以用作吸附材料,例如吸附CO2气体,吸附一些化学有毒蒸汽,吸附炸药废水等。1、凝胶会降低硫化橡胶的强度; 2、会使配合剂分散不良; 3、会影响加工性能,会使胶料表面粗糙,边缘不规整,自粘性差
防止凝胶共混时候要严格控制温度,调整配方,加入防老剂阻止凝胶生成,混炼后应充分冷却。对于已经产生凝胶的胶料,可采用小辊距小容量在开炼机上精炼,并可分段进行,有利于消除凝胶。国际上关于气凝胶材料的研究工作主要集中在的维尔茨堡大学、BASF公司、美国的劳伦兹·利物国家实验室、桑迪亚国家实验室,的蒙彼利埃材料研究中心,高能物理国家实验室,美国aspen公司,美国宇航局等。国内主要集中在同济大学固体物理实验室、国防科技大学、纳诺高科、埃力生、等。作为新兴纳米材料,世界能工业生产的企业不多,国际上较知名的有的ASPEN和CABOT,国内进行气凝胶商业化的企业有绍兴的纳诺高科股份有限公司,的埃力生亚太电子有限公司。天然凝胶是存在于植物凝胶(海和陆地的植物)、动物凝胶、高山凝胶(矿物)等大自然中,是自然界存在的粘质,但又具有它们各自的特性。从这些天然物质中提炼出来的全新凝胶成分,多种凝胶成分相互组合,让肌肤体验一种从未有过的感觉。
从纤维素、植物种子和矿物天然物质中提炼出来的全新凝胶成分,将其中的粘质体通过生化工程,合成肌肤中真正需要的细胞间脂质。
深海凝胶: 含丰富的维他命,微量矿物元素,有效预防老化。
植物凝胶: 促进皮肤的再生,具有消炎,镇静的功能。
高山凝胶: 具有杀菌、防腐的功能和良好的吸附能力。
动物凝胶: 活化、增加的弹性及保湿能力。
针对皮肤干燥问题,以及挥之不去的肌肤烦恼,迄今为止的化妆品主要是补充水分和油分,并没有满足肌肤真正需要,人的皮肤细胞中与自然界凝胶有着同样的保湿功能,这就是凝胶重要的品质因素。天然凝胶具有良好的透气性来实现滋润与锁水,让肌肤保持持久的亲肤性。
凝胶以其天然、安全、无油、无添加而风靡日本美容界,如纯美尚秀的“细胞源”原装进口系列产品。在,凝胶护肤品处于刚刚起步阶段,比较知名的如jeru肌如凝胶护肤品。但可以预见,在不远的将来,凝胶护肤品将受到越来越多中国爱美人士的青睐。
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