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《中国科学院大学(中国科学院过程工程研究所)》 2017年
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计算机辅助煤化工废水脱酚萃取剂设计

刘新雨  
【摘要】:酚类有机污染物脱除是煤化工废水处理的难点之一,当前普遍采取溶剂萃取工艺脱酚。但工业常用萃取剂普遍选择性单一,虽对一元酚有较好的萃取效果,但对多元酚和其它有机污染物的萃取能力差,需要寻找新的替代萃取剂,或者采用多种萃取剂混合的方法来提高总酚脱除效率。本文针对常用计算机辅助分子设计模型存在的不足,进行改进和完善,提出可行域分块求解策略,建立了煤化工废水脱酚萃取剂分子设计方法和框架。在此基础上,开展煤化工废水脱酚萃取剂计算机辅助设计。研究结果将为煤化工废水脱酚萃取剂的高效筛选设计提供支持和帮助。主要工作包括:(1)针对Odele等人提出的结构约束在生成环状分子时存在不合理结构出现和合理结构遗漏的问题,进行改进,提出生成单环、双环结构的完备性条件;并在此基础上进一步提出了成环数≤2的非稠合芳香环化合物结构约束,提高了芳香化合物设计结果的可靠性;(2)采用分步求解方法对萃取剂设计的混合整数非线性规划(Mixed integer non-linear programming,MINLP)问题进行求解,针对求解过程中一次搜索全部可行域耗时长的问题,提出可行域分块的策略,提高了求解速率;(3)针对废水中酚类化合物成份复杂的特点,引入虚拟组分概念,用于复杂混合物体系简化表达,并以虚拟组分方法为基础建立了混合萃取剂设计的新方法。(4)采用改进后的分子设计模型和求解方法,以焦化废水为例,对煤化工废水中酚类污染物分别进行了纯化合物萃取剂设计,并在此基础上,进行了酚油协同萃取的纯化合物萃取剂和二元混合萃取剂的设计。最终找到128种潜在的苯酚萃取剂和1186个酚油协同二元混合萃取剂配方。
【学位授予单位】:中国科学院大学(中国科学院过程工程研究所)
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:X784;O658.2

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