納米顆粒調(diào)控界面電動(dòng)流動(dòng)及其應(yīng)用研究.pdf

1、船舶承載了80％的世界貿(mào)易運(yùn)輸量。船舶在營運(yùn)過程中產(chǎn)生的大量含油污水如果被直接排放將危害海洋環(huán)境和人體健康，破壞生態(tài)平衡。聚結(jié)分離法和超濾膜分離法雖然可以滿足船舶處理乳化油的強(qiáng)制要求，但實(shí)際應(yīng)用中聚結(jié)濾芯和濾膜在截留乳化油滴的同時(shí)易被油黏附堵塞而失效。因此，通過納米顆粒調(diào)控固-液界面電動(dòng)流動(dòng)從而抑制油滴在油污水處理材料表面的粘附具有重要研究意義。此外，基于納米顆粒調(diào)控液-液界面電動(dòng)流動(dòng)強(qiáng)化油滴聚結(jié)的原理發(fā)展一種新型高效綠色的船舶油污水處

2、理技術(shù)是從根本上解決這一問題的關(guān)鍵。
　　本文基于納米顆粒的大比表面積和強(qiáng)吸附性能，旨在通過改變固-液界面和液-液界面zeta電勢分布改變界面電動(dòng)流動(dòng)，發(fā)展基于納米顆粒界面改性的新型綠色高效船舶油污水處理技術(shù)。采用數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證相結(jié)合的方法，研究了納米顆粒非均勻分布造成PDMS微通道壁面和油水界面zeta電勢非均勻分布對(duì)電滲流的影響，發(fā)現(xiàn)了界面zeta電勢不均勻分布對(duì)電動(dòng)渦流的影響規(guī)律。此外，本文還進(jìn)行了直流電場作用下Al2O

3、3納米顆粒強(qiáng)化油滴聚結(jié)研究。具體來看，本文的研究內(nèi)容主要包括:
　　(1)Fe3O4納米顆粒調(diào)控固-液界面電動(dòng)流動(dòng)
　　采用數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證相結(jié)合的方法，研究了Fe3O4納米顆粒非均勻分布對(duì)PDMS微通道壁面電動(dòng)流動(dòng)的影響。首先建立了直微通道電滲流模型，數(shù)值模擬研究了直微通道經(jīng)Fe3O4納米顆粒改性后非均勻zeta電勢值分布長度比值不同對(duì)微通道中電動(dòng)渦流產(chǎn)生的影響。采用示蹤顆粒法，對(duì)數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。研究結(jié)果表明

4、:2mg/mL的Fe3O4納米顆粒懸濁液對(duì)微通道的最佳處理時(shí)間為20min;在相同電場強(qiáng)度作用下，直微通道Fe3O4納米顆粒改性部分壁面和未改性部分壁面的長度比不同，渦的個(gè)數(shù)也會(huì)不同，實(shí)驗(yàn)與模擬結(jié)果基本吻合;在直微通道Fe3O4納米顆粒改性部分壁面和未改性部分壁面的長度比相同情況下，渦流的位置不隨直流電場強(qiáng)度變化而變化，說明固液界面的電荷不會(huì)發(fā)生移動(dòng)。
　　(2)Al2O3納米顆粒調(diào)控液-液界面電動(dòng)流動(dòng)
　　采用數(shù)值模擬和實(shí)

5、驗(yàn)驗(yàn)證相結(jié)合的方法，研究了Al2O3納米顆粒非均勻分布對(duì)油水界面電動(dòng)流動(dòng)的影響。首先建立了油滴表面電滲流模型，數(shù)值模擬研究了油滴表面非均勻zeta電勢值分布角度不同對(duì)油滴表面電動(dòng)渦流產(chǎn)生的影響。采用示蹤顆粒法，對(duì)數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。研究結(jié)果表明:相同電場作用下，Al2O3納米顆粒在油滴表面響應(yīng)覆蓋面積比隨著油滴直徑增加而減小;Al2O3納米顆粒在相同大小的油滴表面響應(yīng)覆蓋面積比隨著電場強(qiáng)度增加而減小;電場強(qiáng)度大小對(duì)渦流的形狀、大

6、小和位置沒有產(chǎn)生影響，但渦流的旋轉(zhuǎn)速度與電場強(qiáng)度成正比。實(shí)驗(yàn)與模擬結(jié)果吻合較好。
　　(3)Al2O3納米顆粒強(qiáng)化直流電場作用下油滴聚結(jié)研究
　　設(shè)計(jì)并搭建了能夠形成可控大小和位置的固定油滴的實(shí)驗(yàn)臺(tái)，實(shí)驗(yàn)研究了直流電場作用下油滴大小和電場強(qiáng)度對(duì)油滴聚結(jié)速度的影響，并對(duì)比研究了Al2O3納米顆粒對(duì)直流電場作用下油滴聚結(jié)的強(qiáng)化作用。研究結(jié)果表明:直流電場可以加速水中油滴的聚結(jié)。當(dāng)電場強(qiáng)度一定時(shí)，油滴的聚結(jié)時(shí)間隨油滴直徑的增大而減