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原文传递纳米颗粒调控界面电动流动及其应用研究

论文题名：	纳米颗粒调控界面电动流动及其应用研究
关键词：	船舶油污水处理装置;纳米颗粒;电渗流;电场强度;油滴聚结
摘要：	船舶承载了80％的世界贸易运输量。船舶在营运过程中产生的大量含油污水如果被直接排放将危害海洋环境和人体健康，破坏生态平衡。聚结分离法和超滤膜分离法虽然可以满足船舶处理乳化油的强制要求，但实际应用中聚结滤芯和滤膜在截留乳化油滴的同时易被油黏附堵塞而失效。因此，通过纳米颗粒调控固-液界面电动流动从而抑制油滴在油污水处理材料表面的粘附具有重要研究意义。此外，基于纳米颗粒调控液-液界面电动流动强化油滴聚结的原理发展一种新型高效绿色的船舶油污水处理技术是从根本上解决这一问题的关键。　　本文基于纳米颗粒的大比表面积和强吸附性能，旨在通过改变固-液界面和液-液界面zeta电势分布改变界面电动流动，发展基于纳米颗粒界面改性的新型绿色高效船舶油污水处理技术。采用数值模拟和实验验证相结合的方法，研究了纳米颗粒非均匀分布造成PDMS微通道壁面和油水界面zeta电势非均匀分布对电渗流的影响，发现了界面zeta电势不均匀分布对电动涡流的影响规律。此外，本文还进行了直流电场作用下Al2O3纳米颗粒强化油滴聚结研究。具体来看，本文的研究内容主要包括: 　　(1)Fe3O4纳米颗粒调控固-液界面电动流动　　采用数值模拟和实验验证相结合的方法，研究了Fe3O4纳米颗粒非均匀分布对PDMS微通道壁面电动流动的影响。首先建立了直微通道电渗流模型，数值模拟研究了直微通道经Fe3O4纳米颗粒改性后非均匀zeta电势值分布长度比值不同对微通道中电动涡流产生的影响。采用示踪颗粒法，对数值模拟结果进行了实验验证。研究结果表明:2mg/mL的Fe3O4纳米颗粒悬浊液对微通道的最佳处理时间为20min;在相同电场强度作用下，直微通道Fe3O4纳米颗粒改性部分壁面和未改性部分壁面的长度比不同，涡的个数也会不同，实验与模拟结果基本吻合;在直微通道Fe3O4纳米颗粒改性部分壁面和未改性部分壁面的长度比相同情况下，涡流的位置不随直流电场强度变化而变化，说明固液界面的电荷不会发生移动。　　(2)Al2O3纳米颗粒调控液-液界面电动流动　　采用数值模拟和实验验证相结合的方法，研究了Al2O3纳米颗粒非均匀分布对油水界面电动流动的影响。首先建立了油滴表面电渗流模型，数值模拟研究了油滴表面非均匀zeta电势值分布角度不同对油滴表面电动涡流产生的影响。采用示踪颗粒法，对数值模拟结果进行了实验验证。研究结果表明:相同电场作用下，Al2O3纳米颗粒在油滴表面响应覆盖面积比随着油滴直径增加而减小;Al2O3纳米颗粒在相同大小的油滴表面响应覆盖面积比随着电场强度增加而减小;电场强度大小对涡流的形状、大小和位置没有产生影响，但涡流的旋转速度与电场强度成正比。实验与模拟结果吻合较好。　　(3)Al2O3纳米颗粒强化直流电场作用下油滴聚结研究　　设计并搭建了能够形成可控大小和位置的固定油滴的实验台，实验研究了直流电场作用下油滴大小和电场强度对油滴聚结速度的影响，并对比研究了Al2O3纳米颗粒对直流电场作用下油滴聚结的强化作用。研究结果表明:直流电场可以加速水中油滴的聚结。当电场强度一定时，油滴的聚结时间随油滴直径的增大而减小;当油滴直径一定时，油滴的聚结时间随电场强度的增大而减小;在电场强度和油滴直径相同的情况下，涂覆纳米颗粒的油滴比不涂覆纳米颗粒的油滴聚结时间更短。　　本文的研究对于发展新型高效绿色的船舶油污水处理装置，提高油污水处理效率具有一定的参考意义。
作者：	刘士恒
专业：	轮机工程
导师：	李冬青;潘新祥
授予学位：	硕士
授予学位单位：	大连海事大学
学位年度：	2018
正文语种：	中文