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固體堿催化劑,非均相,生物柴油,酯交換反應(yīng),微波

生物柴油（即脂肪酸烷基酯）已成為一種替代柴油的燃料，是一種新型清潔燃燒燃料，可作為礦物柴油的替代品，用于由植物油和脂肪等可再生資源生產(chǎn)的發(fā)動(dòng)機(jī)，這些資源主要由甘油三酯構(gòu)成（Gao等人，2010；Li等人，2012；Shao等人，2008）。使用生物柴油的主要優(yōu)點(diǎn)是它具有可生物降解性、可再生性、低排放特性、高閃點(diǎn)、優(yōu)異的潤(rùn)滑性和優(yōu)越的十六烷值，可在不修改現(xiàn)有發(fā)動(dòng)機(jī)的情況下使用（Leung等人，2010；Li等人，2011）。最近，它在世界各地受到越來越多的關(guān)注。
酯交換反應(yīng)是目前生產(chǎn)生物柴油最受歡迎的反應(yīng)途徑。任何含有游離脂肪酸和/或甘油三酯的原料，如植物油、廢油、動(dòng)物脂肪和廢油脂，都可以轉(zhuǎn)化為生物柴油。在傳統(tǒng)的酯交換反應(yīng)方法中，使用了不同種類的催化劑，如硫酸、氫氧化鈉或氫氧化鉀。然而，為了分離和凈化催化劑和產(chǎn)品，會(huì)產(chǎn)生大量廢水。因此，為了開發(fā)一種環(huán)境友好的工藝并降低生產(chǎn)成本，引入了一種使用非均相催化劑的新工藝（Demirbas，2009；Kim等人，2004；Wen等人，2010）。
Kim等人（2004）報(bào)道了Na/NaOH/c - Al?O?非均相堿催化劑的制備以及使用非均相催化劑從植物油生產(chǎn)生物柴油。對(duì)反應(yīng)時(shí)間、攪拌速度、共溶劑的使用、油與甲醇的比例以及催化劑的用量等反應(yīng)條件進(jìn)行了優(yōu)化研究。制備的Na/NaOH/c - Al?O?非均相堿催化劑在優(yōu)化的反應(yīng)條件下表現(xiàn)出與傳統(tǒng)均相NaOH催化劑幾乎相同的活性。Alonso等人（2009）研究了鋰摻雜CaO催化劑中鋰含量和活化溫度對(duì)甘油三酯與甲醇酯交換反應(yīng)的影響。結(jié)果表明，當(dāng)活化溫度高于LiNO?的熔點(diǎn)（492K）時(shí)，催化劑開始具有活性。Soares Dias等人（2012）研究了用氧化鎂負(fù)載的SrO非均相催化劑對(duì)大豆油進(jìn)行甲醇解。制備的催化劑表現(xiàn)出類似的催化行為，使FAME（生物柴油）含量高于94%。Srilatha等人（2012）展示了通過兩步非均相催化過程從含有高游離脂肪酸的廢食用油中生產(chǎn)生物柴油。首先使用25wt.%的TPA/Nb?O?催化劑將游離脂肪酸與甲醇酯化，然后在ZnO/Na - Y沸石催化劑上用甲醇對(duì)油進(jìn)行酯交換。負(fù)載20wt.%ZnO的Na - Y催化劑表現(xiàn)出高活性。Wan Omar和Amin（2011）研究了在Sr/ZrO?催化劑上廢棕櫚油（WCPO）向生物柴油的非均相酯交換反應(yīng)以及該過程的優(yōu)化。在最佳甲醇與油摩爾比為29:1、催化劑負(fù)載量為2.7wt.%、反應(yīng)時(shí)間為87min和反應(yīng)溫度為115.5℃時(shí)，WCPO的酯交換反應(yīng)產(chǎn)生了79.7%的最大甲酯產(chǎn)率。
此外，目前大多數(shù)酯交換反應(yīng)都是使用傳統(tǒng)的傳熱設(shè)備如水浴、油浴和加熱夾套進(jìn)行加熱。但這些加熱技術(shù)相當(dāng)緩慢，并且樣品內(nèi)部會(huì)形成溫度梯度。微波輻射作為一種非常規(guī)能源，在過去幾年中已廣泛應(yīng)用于有機(jī)合成（Lidstrom等人，2001）。與傳統(tǒng)加熱相比，微波輻射加熱所需的能量輸入非常少，并為化學(xué)反應(yīng)提供了一種舒適、安全和清潔的工作方式（Liu等人，2010）。如今，微波輻射也被用于許多領(lǐng)域，包括輔助植物油酯交換生產(chǎn)生物柴油（Hsiao等人，2011；Kumar等人，2011）。
本文的主要目的是研究酒石酸鉀鈉摻雜氧化鋯在微波輻射輔助下對(duì)大豆油酯交換反應(yīng)的影響。此外，還研究了影響大豆油酯交換反應(yīng)的其他重要因素，如甲醇/油摩爾比、催化劑用量、反應(yīng)溫度和反應(yīng)時(shí)間。

有機(jī)水凝膠,細(xì)菌纖維素,抗凍,多功能性,應(yīng)變傳感器

近年來，具有高靈敏度、柔韌性和變形能力的柔性應(yīng)變傳感器在人機(jī)交互、人造皮膚、人工智能、可穿戴設(shè)備和軟機(jī)器人等領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用前景。應(yīng)變傳感器的關(guān)鍵是設(shè)計(jì)和制造高韌性和可變形的材料，能夠?qū)⑼獠凯h(huán)境給予的刺激（如應(yīng)力、應(yīng)變、剪切等）轉(zhuǎn)化為電信號(hào)（如電阻、電容、電流和電壓等），以實(shí)現(xiàn)對(duì)人體宏觀運(yùn)動(dòng)信號(hào)和微妙生理信號(hào)的實(shí)時(shí)捕捉。迄今為止，在高性能應(yīng)變傳感器的設(shè)計(jì)方面取得了快速進(jìn)展。為了組裝應(yīng)變傳感器，已經(jīng)開發(fā)了各種具有高柔韌性、高靈敏度、生物相容性、水導(dǎo)電性和可變形性的水凝膠。然而，水凝膠的機(jī)械性能不足限制了其應(yīng)用潛力。為了提高水凝膠的機(jī)械性能，人們開發(fā)了一些成功的策略，包括納米復(fù)合水凝膠、拓?fù)渌z和多交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)水凝膠。特別是，細(xì)菌纖維素（BCs）是由細(xì)菌產(chǎn)生的大多糖分子。由于其相對(duì)純凈的化學(xué)成分、良好的機(jī)械強(qiáng)度和機(jī)械穩(wěn)定性、高結(jié)晶度和生物相容性，基于BCs的水凝膠可以成為強(qiáng)化、柔性超級(jí)電容器和可穿戴傳感器的理想候選材料。
通常，富含高含水量的導(dǎo)電水凝膠可以允許離子快速傳輸。然而，使用去離子水作為分散劑的傳統(tǒng)導(dǎo)電水凝膠不可避免地會(huì)遇到凍結(jié)問題，降低了水凝膠的工作溫度范圍和壽命。目前，主要有兩種策略來解決凍結(jié)問題。第一種策略是將兩性離子聚合物/聚電解質(zhì)引入水凝膠中，或?qū)㈦x子/兩性離子引入水凝膠的分散介質(zhì)中。為了達(dá)到抗凍目的，需要引入更高濃度的離子，這會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)電水凝膠的氫鍵和機(jī)械性能下降。第二種是將多元醇（如山梨醇、乙二醇、甘油）引入有機(jī)水凝膠的分散介質(zhì)中。當(dāng)多元醇被引入導(dǎo)電有機(jī)水凝膠中時(shí)，一些水分子被多元醇取代，多元醇可以在二元體系中容易地形成氫鍵，在提高工作溫度范圍的同時(shí)增強(qiáng)有機(jī)水凝膠的機(jī)械性能。實(shí)際上，水含量的減少會(huì)影響水凝膠的導(dǎo)電性，限制其應(yīng)用潛力。經(jīng)典的策略是通過引入導(dǎo)電聚合物、石墨烯、碳納米管、聚苯胺、MXenes和金屬離子等導(dǎo)電部件來構(gòu)建復(fù)合水凝膠，以解決這個(gè)問題。其中，金屬離子通過一系列不同的特征與反饋水凝膠一起顯示出巨大的潛力。在文獻(xiàn)中，金屬配位鍵被用于構(gòu)建能量耗散機(jī)制，以提高水凝膠的機(jī)械性能和電性能。然而，水凝膠的其他性能，如粘附性和自愈合性，卻被忽略了。有一些關(guān)于具有自愈合能力、高韌性和良好靈敏度的纖維素基或聚合物基導(dǎo)電凝膠的報(bào)道。Ding和他的同事開發(fā)了一種具有優(yōu)異生物相容性、粘彈性和快速自愈合能力的CNF - PPy/PB雜化水凝膠。在之前的文獻(xiàn)中，我們的團(tuán)隊(duì)對(duì)具有自愈合能力和良好靈敏度的水凝膠，如纖維素基水凝膠、半纖維素基水凝膠和網(wǎng)絡(luò)水凝膠，做了系統(tǒng)的工作。
值得注意的是，自然界中皮膚和肌肉等生物軟組織由于存在多級(jí)協(xié)同網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)而具有柔韌性和敏感性。受生物軟組織多級(jí)結(jié)構(gòu)的啟發(fā)，本文報(bào)道了一種以聚乙烯吡咯烷酮（PVP）和聚乙烯醇（PVA）共價(jià)交聯(lián)聚合物為第一網(wǎng)絡(luò)，以細(xì)菌纖維素（BCs）和氯化鈣通過配體結(jié)合為第二網(wǎng)絡(luò)的雙網(wǎng)絡(luò)多功能有機(jī)水凝膠。第一網(wǎng)絡(luò)主要作為雙網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中的軟相，以維持有機(jī)水凝膠的穩(wěn)定性和彈性，同時(shí)第二網(wǎng)絡(luò)通過形成納米增強(qiáng)區(qū)域來提高有機(jī)水凝膠的韌性和自愈合性能。此外，構(gòu)建的應(yīng)變傳感器不僅可以檢測(cè)人體的宏觀運(yùn)動(dòng)，還可以檢測(cè)微妙的生理信息，包括行走、手指、肘部和膝蓋彎曲、按壓、吞咽、眨眼和語音識(shí)別。這些優(yōu)勢(shì)使有機(jī)水凝膠在可穿戴傳感器和其他電子設(shè)備中具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。