納米顆粒調控界面電動流動及其應用研究.pdf

1、船舶承載了80％的世界貿易運輸量。船舶在營運過程中產(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制要求，但實際應用中聚結濾芯和濾膜在截留乳化油滴的同時易被油黏附堵塞而失效。因此，通過納米顆粒調控固-液界面電動流動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，基于納米顆粒調控液-液界面電動流動強化油滴聚結的原理發(fā)展一種新型高效綠色的船舶油污水處

2、理技術是從根本上解決這一問題的關鍵。
　　本文基于納米顆粒的大比表面積和強吸附性能，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流動，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。采用數(shù)值模擬和實驗驗證相結合的方法，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電勢非均勻分布對電滲流的影響，發(fā)現(xiàn)了界面zeta電勢不均勻分布對電動渦流的影響規(guī)律。此外，本文還進行了直流電場作用下Al2O

3、3納米顆粒強化油滴聚結研究。具體來看，本文的研究內容主要包括:
　　(1)Fe3O4納米顆粒調控固-液界面電動流動
　　采用數(shù)值模擬和實驗驗證相結合的方法，研究了Fe3O4納米顆粒非均勻分布對PDMS微通道壁面電動流動的影響。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微通道中電動渦流產(chǎn)生的影響。采用示蹤顆粒法，對數(shù)值模擬結果進行了實驗驗證。研究結果表明

4、:2mg/mL的Fe3O4納米顆粒懸濁液對微通道的最佳處理時間為20min;在相同電場強度作用下，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，渦的個數(shù)也會不同，實驗與模擬結果基本吻合;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度變化而變化，說明固液界面的電荷不會發(fā)生移動。
　　(2)Al2O3納米顆粒調控液-液界面電動流動
　　采用數(shù)值模擬和實

5、驗驗證相結合的方法，研究了Al2O3納米顆粒非均勻分布對油水界面電動流動的影響。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油滴表面電動渦流產(chǎn)生的影響。采用示蹤顆粒法，對數(shù)值模擬結果進行了實驗驗證。研究結果表明:相同電場作用下，Al2O3納米顆粒在油滴表面響應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覆蓋面積比隨著電場強度增加而減小;電場強度大小對渦流的形狀、大

6、小和位置沒有產(chǎn)生影響，但渦流的旋轉速度與電場強度成正比。實驗與模擬結果吻合較好。
　　(3)Al2O3納米顆粒強化直流電場作用下油滴聚結研究
　　設計并搭建了能夠形成可控大小和位置的固定油滴的實驗臺，實驗研究了直流電場作用下油滴大小和電場強度對油滴聚結速度的影響，并對比研究了Al2O3納米顆粒對直流電場作用下油滴聚結的強化作用。研究結果表明:直流電場可以加速水中油滴的聚結。當電場強度一定時，油滴的聚結時間隨油滴直徑的增大而減