氣-固振動(dòng)流化床中混合納米顆粒聚團(tuán)的破碎機(jī)制項(xiàng)目摘要

混合納米顆粒，特別是作為催化劑已應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，但由于顆粒間力存在，極易團(tuán)聚，其優(yōu)良特性未得到有效利用。如何減少甚至消除其團(tuán)聚，是目前急需解決的難題。振動(dòng)流化床已經(jīng)廣泛應(yīng)用在化工、生物制藥、能源、微電子等工業(yè)上，具有優(yōu)良的傳質(zhì)和傳熱特性，能破碎聚團(tuán)，無(wú)疑是一個(gè)很好的選擇，但振動(dòng)對(duì)流化床中納米聚團(tuán)的破碎作用機(jī)理還不十分清楚，嚴(yán)重影響其工業(yè)應(yīng)用。本申請(qǐng)項(xiàng)目將以氣-固流化床中混合納米顆粒聚團(tuán)為研究對(duì)象，探討振動(dòng)對(duì)混合納米聚團(tuán)的破碎作用機(jī)理。主要內(nèi)容為：1）研究振動(dòng)大小和頻率對(duì)多種納米顆?；旌衔锪骰阅艿挠绊?；2）研究振動(dòng)對(duì)混合納米顆粒聚團(tuán)的破碎規(guī)律，建立數(shù)學(xué)模型。3）納米顆粒聚團(tuán)結(jié)構(gòu)不同于微米顆粒聚團(tuán)的緊密結(jié)構(gòu)，因此，微米級(jí)顆粒的粘性能的表達(dá)式已不適用，需尋找一種新的表征方法；4）確定混合納米顆粒聚團(tuán)之間的碰撞能。最后，進(jìn)行計(jì)算與優(yōu)化，為混合納米顆粒的工業(yè)化應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)。

混合納米顆粒，特別是作為催化劑已應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，但由于顆粒間力存在，極易團(tuán)聚，其優(yōu)良特性未得到有效利用。如何減少甚至消除其團(tuán)聚，是目前急需解決的難題。振動(dòng)流化床已經(jīng)廣泛應(yīng)用在化工、生物制藥、能源、微電子等工業(yè)上，具有優(yōu)良的傳質(zhì)和傳熱特性，能破碎聚團(tuán)，無(wú)疑是一個(gè)很好的選擇，但振動(dòng)對(duì)流化床中納米聚團(tuán)的破碎作用機(jī)理還不十分清楚，嚴(yán)重影響其工業(yè)應(yīng)用。本申請(qǐng)項(xiàng)目將以氣-固流化床中混合納米顆粒聚團(tuán)為研究對(duì)象，探討振動(dòng)對(duì)混合納米聚團(tuán)的破碎作用機(jī)理。主要內(nèi)容為：1）研究振動(dòng)大小和頻率對(duì)多種納米顆?；旌衔锪骰阅艿挠绊懀?）研究振動(dòng)對(duì)混合納米顆粒聚團(tuán)的破碎規(guī)律，建立數(shù)學(xué)模型。3）納米顆粒聚團(tuán)結(jié)構(gòu)不同于微米顆粒聚團(tuán)的緊密結(jié)構(gòu)，因此，微米級(jí)顆粒的粘性能的表達(dá)式已不適用，需尋找一種新的表征方法；4）確定混合納米顆粒聚團(tuán)之間的碰撞能。最后，進(jìn)行計(jì)算與優(yōu)化，為混合納米顆粒的工業(yè)化應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)。 本項(xiàng)目通過(guò)對(duì)三種二元納米顆?；旌衔颯iO2/TiO2, SiO2/ZnO和TiO2/ZnO在振動(dòng)流化床中聚團(tuán)流化行為和聚團(tuán)大小隨操作條件變化的規(guī)律的研究，得出振動(dòng)能的引入可以有效的消除節(jié)涌、抑制溝流、降低最小流化速度、減小聚團(tuán)尺寸，顯著地改善了混合納米顆粒的流化質(zhì)量。一定質(zhì)量分?jǐn)?shù)的SiO2和TiO2納米混合物在振幅為3.0 mm、頻率為40 Hz時(shí)，能夠正常流態(tài)化。頻率小于15 Hz的低頻振動(dòng)對(duì)混合體系流態(tài)化的改善不大。納米顆粒在流化床中流化一段時(shí)間后聚團(tuán)才形成比較穩(wěn)定的硬聚團(tuán)。 針對(duì)混合納米顆粒振動(dòng)流化床提出了修正的能量平衡模型，所預(yù)測(cè)的混合納米顆粒聚團(tuán)大小與實(shí)驗(yàn)測(cè)量的混合納米顆粒聚團(tuán)大小一致。還通過(guò)Richardson-Zaki方程結(jié)合Stokes定律預(yù)測(cè)了混合納米顆粒聚團(tuán)大小，其預(yù)測(cè)值也與實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致。

汞是一種具有持久性、易遷移性和高度生物蓄積性且嚴(yán)重威脅生態(tài)環(huán)境和人類健康的全球性污染物，而汞在自然界中累積最嚴(yán)重的是在水生物系統(tǒng)。水中汞的監(jiān)測(cè)與凈化一直是研究熱點(diǎn)。然而至今仍沒有徹底凈化水中汞的科學(xué)方法。.本申請(qǐng)項(xiàng)目鑒于胸腺嘧啶與汞的配位模式，構(gòu)建了一系列新型有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化磁性熒光納米傳感器用于汞的快速監(jiān)測(cè)。采取汞的配位促使納米顆粒聚集沉降方法來(lái)實(shí)現(xiàn)水中汞的徹底凈化，并論證了其凈化機(jī)制。其配位促使納米顆粒聚集沉降策略，為水體內(nèi)其他污染物的凈化開辟了嶄新途徑。未沉積磁性納米顆粒能夠借助于電磁場(chǎng)作用去除而避免二次污染。

納米等離子體噴涂技術(shù)中，納米顆粒的多相流基礎(chǔ)研究遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于應(yīng)用，特別是納米顆粒的聚并、飛行等的機(jī)理尚不清楚。本研究通過(guò)對(duì)納米等離子體噴涂中的納米顆粒多相流過(guò)程進(jìn)行理論分析、數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究，達(dá)到以下目標(biāo)：給出流體介質(zhì)非連續(xù)性條件下納米顆粒所受的拖曳力、范德華力、屏蔽靜電力、布朗脈動(dòng)力的表達(dá)式，用量綱分析找出不同雷諾數(shù)下的主導(dǎo)力；用拉格朗日方法直接數(shù)值模擬多個(gè)納米粒子的聚并過(guò)程，給出聚并直徑與初始狀態(tài)的關(guān)系；制備納米顆粒懸浮液并測(cè)量聚并直徑，實(shí)驗(yàn)結(jié)果用于驗(yàn)證數(shù)值模型；建立等離子體射流中納米粒子飛行、熔化和碰撞過(guò)程的多相流模型；實(shí)現(xiàn)納米等離子體噴涂多相動(dòng)力學(xué)全過(guò)程的建模，模擬不同參數(shù)下納米粒子的聚并、霧化、飛行、碰撞、熔化、蒸發(fā)和氧化過(guò)程；研究納米粒子初始直徑、懸浮液物性、霧化氣液比、射流溫度和速度、飛行距離等參數(shù)對(duì)噴涂效果的影響，為工程應(yīng)用提供理論依據(jù)。