电磁场对碳酸钙成核诱导期影响的实验研究

基于电导率随滴定液容积变化特征与碳酸钙结晶过程的对比分析,研究了电磁场作用对碳酸钙结晶过程中成核诱导期的影响。在不同频率的电磁场作用下观察了碳酸钙溶液临界过饱和度及成核诱导期的变化,大量实验结果表明:电磁场作用能够降低碳酸钙溶液临界过饱和度,加速碳酸钙成核,缩短成核诱导期。通过机理分析,电磁场对碳酸钙成核过程的主要作用为:在洛伦兹力的影响下,溶液中的Ca2+及CO32-等带电离子运动方向要向相反方向偏离,增加了Ca2+和CO32-离子间的碰撞几率,加快新相晶核的生成。     

基于分子运动学的水汽在细颗粒表面异质核化的数值模拟

为研究过饱和水汽在细颗粒表面异质核化特性，准确预测成核参数，基于分子运动学异质核化理论建立了过饱和水汽在燃煤细颗粒表面异质核化的运动学模型。数值分析了液滴晶核长大过程中水汽分子和水分子两种扩散凝结机制对晶核长大的促进作用及其相对重要性，数值预测了水汽过饱和度和宏观接触角对成核速率的影响；数值计算了不同温度和宏观接触角下细颗粒的临界过饱和度。结果表明：当液滴晶核尺寸小于临界晶核半径时，颗粒表面吸附水分子扩散凝结速率与水蒸气分子直接扩散凝结速率的比值大于100，颗粒表面吸附水分子的扩散凝结机制对晶核长大起主导作用。提高水汽过饱和度或减小宏观接触角均可显著提高液滴晶核的成核速率；成核速率随水汽过饱和度增大呈指数型增长。提高气相主体中水汽温度或减小细颗粒物的宏观接触角均可显著降低异质成核的临界过饱和度；对于粒径小于0.1 μm的细颗粒物，随着细颗粒粒径的增大，异质核化的临界过饱和度显著减小。     

水汽在燃煤PM2.5表面异质核化特性数值预测

根据Fletcher经典异质核化理论建立数值实验平台，将水汽在不可溶微粒表面异质核化临界过饱和度模拟结果与文献中实验结果进行了对比，二者符合较好。在此基础上，结合燃煤PM2.5物化性质及实测的表面张力与接触角数据，数值预测了水汽及润湿剂溶液蒸气在燃煤PM2.5表面异质核化晶核形成自由能、临界晶核半径、成核速率、临界饱和度。结果表明，添加润湿剂能降低临界晶核形成自由能，减小临界晶核半径，使成核速率急剧增加，成核临界饱和度显著降低，极大地改善了水汽的核化凝结能力，但不同润湿剂的作用效果不同，所选用的5种润湿剂中，以SDS与Silanol w22效果最佳。     

牙本质再矿化动力学和磷蛋白的作用研究

牙本质再矿化过程是羟基磷灰石 (简称 :HAP)晶体的结晶过程。应用等组分晶体生长方法 ,研究了牙本质的结晶动力学过程 ,并探索了磷蛋白在矿化过程中的作用。实验条件是 :溶液温度θ=(3 7± 0 5 )℃ ;溶液酸度pH =7 0 0± 0 0 3 ;初始离子强度IS =0 15mol/L ;溶液的饱和度δ =5 2 3。研究结果表明如下 :(1)牙本质再矿化动力学过程可划分为初始反应、诱导反应及快速反应 3个阶段。第Ⅰ阶段揭示籽晶初始状态对于反应速率的影响 ;第Ⅱ阶段揭示二次成核的诱导时间 ;第Ⅲ阶段揭示二次成核后的晶体生长速率。 (2 )经EDTA和乙酸脱矿后的牙本质籽晶 ,其再矿化生长速率与脱矿时间相关 ,它表明HAP的结晶动力学特征与多种因素相关。 (3 )游离存在的磷蛋白 ,在矿化过程中的作用类似于无机杂质离子 ,抑制动力学过程的反应速率。     

对苯二甲酸锌初级成核过程研究

为研究对苯二甲酸锌的成核过程,实验采用平衡法测量对苯二甲酸锌在苯二甲酸钠溶液中的溶解度计算成核过程的过饱和度;298.15 K下用聚焦光束发射测量仪在线监测对苯二甲酸锌反应结晶过程中诱导期,并计算临界成核半径和临界成核自由能与过饱和度的关系。结果表明:过饱和度越大,诱导期时间越短;根据经典成核理论,在过饱和度S大于8.16时,发生的是均相成核过程,过饱和度S小于6.66时,发生的是非均相成核过程;其中在均相成核中,临界成核半径和临界成核自由能都是随着过饱和度的增加不断减小。因此,提高过饱和度使成核过程更加容易进行。     

甲基丙烯酸甲酯/改性纳米碳酸钙原位非均相聚合

将偶氮二氰基戊酸螯合到纳米碳酸钙表面，引发甲基丙烯酸甲酯非均相聚合，对聚合动力学和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)在纳米碳酸钙表面的包覆进行了研究。差热扫描量热分析表明偶氮引发剂与纳米碳酸钙螯合后分解温度略有降低；随着螯合引发剂浓度和聚合温度增加，聚合速率增加；随着碳酸钙含量增加，聚合速率降低；PMMA接枝率随聚合转化率增加而增加，而接枝效率下降；随聚合进行，纳米粒子团聚体会剥离成较小粒子，复合粒子的粒径减小。     

电磁场对碳酸钙反应结晶成核影响的研究

基于自制CaCO3溶液临界过饱和度实验装置,通过测量加磁与未加磁对比实验的碳酸钙溶液电导率-滴定液容积,研究了电磁场作用对CaCO3过饱和度及成核诱导期的影响。在不同频率的电磁场作用下观察了CaCO3过饱和度及成核诱导期的变化,大量实验结果表明:在电磁场作用下,CaCO3的过饱和度减小,成核速率加快,成核诱导期减小。     

超声强化对二甲苯结晶特性及调控机理实验

对二甲苯（PX）是石油化工中最重要的芳烃原料之一。随着对PX的需求日益增长，迫切需要开发一种成本更低、效率更高的对二甲苯生产工艺。本文将超声引入到PX结晶过程，分析了不同工况下PX的超溶解度、介稳区宽度和诱导期等数据。基于经典成核理论，探究了PX的结晶特性和超声强化PX的作用机制。结果如下：超声减小了PX结晶过程的介稳区宽度和诱导期，加快了晶体成核速率，并避免了爆发成核。当过饱和度低于1.055时，PX成核机制为非均相成核；当过饱和度高于1.055时，PX为均相成核。晶体生长机制为连续生长。超声降低了PX的临界成核半径和临界成核自由能，也降低了两种成核机制对应的界面张力和表面熵因子，同时提高了体系的扩散系数。当超声功率从0变化到88W时，晶体成核速率常数增大了22.4倍，扩散系数增大了11.86倍。所得结论可为PX结晶工艺的改进提供参考。     

硫酸铵介稳区宽度的研究及成核动力学计算

介稳区宽度(MSZW)是无机盐工业结晶过程设计的重要参数,在工业生产硫酸铵过程中,可将结晶条件控制在介稳区以制备高纯度大颗粒硫酸铵。采用多温法测定了313.15~343.15 K温度范围硫酸铵的介稳区宽度。研究了显著影响硫酸铵介稳区宽度的因素,如冷却速率、初始组成、搅拌速率、溶液体积及晶种。实验结果表明,硫酸铵介稳区宽度随初始组成、搅拌速率、晶种质量的增加而降低;随冷却速率的提高而变宽;溶液体积则对介稳区宽度没有影响。以溶解度数据为基础,通过范特霍夫方程计算了硫酸铵的溶解焓。采用自洽N伥vlt型方程及3D成核理论,由实验介稳区宽度数据估算硫酸铵成核动力学,得到了临界成核参数,包括成核级数m、成核常数K和固-液界面能γ。     

碳酸锂结晶动力学与机理研究

本文对碳酸锂自碳酸氢锂溶液中结晶的过程动力学进行了研究。研究了碳酸锂的结晶速率,包括晶核生长速率、晶粒长大速率与温度和质量浓度之间的关系。实验表明:晶核生长和晶粒长大速率可用二级反应速率方程来描述,并计算出了不同温度、质量浓度下,碳酸锂的结晶速率常数和表观活化能;诱导期与过饱和度之间的关系符合经典的相生成的热力学理论,并以此为依据推导出了晶体表面自由能和临界晶核半径等临界状态的热力学参数。晶体的生长机制表明,Li2CO3自LiHCO3溶液中的结晶主要受扩散机制控制。     

微孔塑料物理发泡的成核理论

研究了微孔塑料物理发泡的成核机理，给出了均相成核、非均相成核和空穴成核三种成核方式的临界成核半径、所需克服的吉布斯自由能及成核速率的计算公式；介绍了含有成核添加剂时的成核理论。     

泡沫塑料加工过程中的气泡成核理论（I）——经典成核理论及述评

介绍了泡沫塑料加工过程中气泡成核的经典理论，给出了几种成核方式的临界成核半径、所需克服的吉布斯(Gibbs)自由能及成核速率的计算公式；评述了经典成核理论的发展，包括自由体积和气体过饱和度对气泡成核的影响，并分析指出了经典成核理论对动态聚合物熔体气泡成核解释存在的不足。     

微孔塑料挤出成型中气泡成核的聚合物刷子模型

气泡成核是微孔塑料连续挤出成型中的关键步骤之一，临界气泡核直径是影响制品中泡孔直径的主要因素，成核密度则是影响制品泡孔密度的主要因素，但现有的成核理论大都是以经典成核理论为基础的，而经典成核理论虽然人出了临界气泡核及成核速率的计算公式，但并没有考虑到聚合物的物性参数，并且不能计算临界气泡核半径的具体数值，所以其应用有很大的局限性，从聚合物刷子模型出发建立气泡成核的刷子模型，从而得出临界气泡核半径的计算公式，并分析温度，压力，聚合物相对分子质量等对临界气泡核半径的影响。     

泡沫塑料加工过程中的气泡成核理论(Ⅰ)——经典成核理论及述评

介绍了泡沫塑料加工过程中气泡成核的经典理论,给出了几种成核方式的临界成核半径、所需克服的吉布斯(Gibbs)自由能及成核速率的计算公式;评述了经典成核理论的发展,包括自由体积和气体过饱和度对气泡成核的影响,并分析指出了经典成核理论对动态聚合物熔体气泡成核解释存在的不足。     

交变电磁场与超声波对硬水溶液及其结晶的影响

实验研究了交变电磁场、超声波及二者协同作用对硬水溶液pH及电导率的影响,并对实验过程中溶液内析出的碳酸钙晶体表面形态及晶体组成进行了观测与研究。研究结果表明:交变电磁场与超声波都能影响Ca(HCO_3)_2溶液内的离子水解平衡;交变电磁场能提升正、负离子的碰撞概率,促进CaCO_3晶体成核并抑制其体积增长;超声波能够促使CaCO_3沉淀的生成,同时增大溶液内离子的迁移速率,破坏晶体内碳酸根排列的有序性,诱导CaCO_3晶体缺陷性生长;通过SEM对最终生成的晶体形态观测可知,交变电磁场与超声波协同作用能够增加CaCO_3小尺寸晶体的数量,并抑制晶体体积生长,且能增加霰石在沉淀中的比例。     

助剂对氟硅酸钠(钾)诱导时间和界面能的影响

通过测定不同过饱和浓度下的氟硅酸钠和氟硅酸钾在磷酸介质中的结晶诱导时间,并将诱导时间与经典的初级均相成核理论相结合,研究了自制的聚合物型助剂对氟硅酸钠(钾)在磷酸溶液中的界面能的影响。结果表明:助剂可以延长氟硅酸钠和氟硅酸钾的结晶诱导时间,增大其界面能,从而增大成核难度,有效的缓解氟硅酸钠与氟硅酸钾结垢。并通过循环冷却系统来模拟湿法磷酸生产中的真空过滤过程,验证了助剂的阻垢效果,对比发现:100 mg/kg添加量下的结垢速率由未添加时的0.1564 g/h减小至0.06554 g/h。     

阿莫西林成核与生长动力学

阿莫西林现有结晶工艺获得的晶体粒度过小,直接影响到后续的过滤、干燥以及包装运输,研究其结晶动力学参数以指导结晶工艺,控制结晶过程中晶体的成核速度与生长速度,对提高晶体粒度有着重要意义。文章分别采用激光法和显微摄像的方法对阿莫西林结晶过程中初级成核、二次成核和单晶体生长速度进行了测定,计算出动力学相关数据。通过实验确定阿莫西林初级成核中均相成核与非均相成核的分界过饱和度S=4.5以及各自对应的成核自由能与成核半径,确定了二次成核发生时间与过饱和度间的关系以及阿莫西林晶体的生长速率与过饱和度的关系,并由生长指数m=1.995 5推出阿莫西林的生长机制为螺旋错位生长。通过阿莫西林结晶动力学研究为改进和优化结晶过程提供了理论基础。     

超临界CO2脱附作用调控负载纳米颗粒结晶动力学研究

依据经典成核理论和超临界领域中的结晶动力学相关模型,分析影响成核速率的主要因素及其规律。研究共溶剂辅助超临界CO₂溶解无机盐,在SBA-15介孔材料表面沉积实验的结果,发现伴随初始阶段的泄压速率逐步提升（0.05~18 MPa/min,20~14 MPa）,载体所负载的纳米颗粒的粒径逐渐减小至1.5 nm左右,与典型的晶核尺寸1 nm相接近,而担载量却出现逐渐增加的趋势。晶体的临界成核半径取为0.5 nm,通过Türk模型和Debenedetti模型计算超临界流体快速膨胀（RESS）工艺其喷嘴内的成核速率,与超临界反溶剂（SAS）群体平衡模型（PBM）的边界条件即SAS过程的初始成核速率相比较,三者的成核速率相接近,且利用快速泄压方法的沉积实验结果与按Cu担载量所估算的成核速率相接近。分析在沉积反应后的泄压阶段,超临界条件下的CO₂的脱附作用,可能成为吸附于载体表面的前驱物离子结晶的诱导因素。并且CO₂瞬时脱附量能够调控负载型纳米颗粒的成核速率,同时控制复合材料的金属担载量。为研究微观尺度下SAS过程的实现提供了实验与理论基础。     

交变电磁场与超声波对硬水溶液及其结晶的影响

实验研究了交变电磁场、超声波及二者协同作用对硬水溶液pH及电导率的影响,并对实验过程中溶液内析出的碳酸钙晶体表面形态及晶体组成进行了观测与研究。研究结果表明：交变电磁场与超声波都能影响Ca（HCO₃）₂溶液内的离子水解平衡;交变电磁场能提升正、负离子的碰撞概率,促进CaCO₃晶体成核并抑制其体积增长;超声波能够促使CaCO₃沉淀的生成,同时增大溶液内离子的迁移速率,破坏晶体内碳酸根排列的有序性,诱导CaCO₃晶体缺陷性生长;通过SEM对最终生成的晶体形态观测可知,交变电磁场与超声波协同作用能够增加CaCO₃小尺寸晶体的数量,并抑制晶体体积生长,且能增加霰石在沉淀中的比例。     

析气界面上的气泡生长速率

析气界面上的气泡生长速率李新海，陈新民，莫鼎成，刘今（中南工业大学化学系长沙４１００８３）关键词气泡，界面，气泡生长１前言液体中，可以由外界鼓入气体，在气体导管出口即喷咀上形成气泡，也可以由气体物质过饱和的溶液中自动成核，生成气泡。对这两种气泡的成泡...