基于超声衰减谱的脂肪乳粒度分布测量方法

研究了超声衰减法测量高浓度多分散脂肪乳浊液的粒径分布问题. 在理论分析的基础上,实验测量了多个浓度(1%~20%)下脂肪乳试样在2~13 MHz频带下的超声衰减谱,结合反演算法,由实验数据计算出乳浊液颗粒的粒径及其分布. 将用超声衰减法对脂肪乳试样在原始浓度(20%)下测得的粒径分布与用消光法超细颗粒粒径分析仪在稀释条件下对试样的测量结果作对比,粒径均小于1 mm时,二者比较吻合. 超声法测得的浓度与给定值误差约3%,反演谱误差率小于10%,表明此法可在无需稀释的高浓度条件下准确测得乳浊液的粒径分布和浓度.     

光纤后向动态光散射测量纳米颗粒的浓度适用范围研究

常用的动态光散射法在测量高浓度纳米颗粒时需要充分稀释样品,避免多次散射效应,以得到准确的测量结果。基于单模光纤后向动态光散射原理发展了一套光纤后向动态光散射测量装置,利用单根单模光纤同时发射激光与接收散射光来抑制多次散射,无须稀释样品,实现了高浓度纳米颗粒粒度的直接测量。为确定该测量方法的浓度适用范围,开展了理论与实验研究。首先,理论分析了不同粒径的颗粒散射平均自由程与体积浓度的关系,并根据该装置的散射区域特性计算了理论测量浓度上限。其次,利用该装置对不同粒径纳米颗粒多种体积浓度的样品进行了颗粒粒度测量。理论与实验结果表明,随着粒径的增加,测量浓度的上限降低,二者趋势一致,但在颗粒大于300 nm后实验结果与理论分析结果的偏差逐渐增大,实验浓度略低于理论浓度1%～2%(体积)。     

一种纳米颗粒粒度分布的非接触测量方法

研究了基于高频宽带超声衰减谱非接触式方法测量纳米颗粒悬浊液中颗粒相粒度分布问题. 通过理论分析和数值计算,选择ECAH模型作为反演计算的理论模型. 以1%(j)的纳米银水悬浊液作为实验样品,采用标称中心频率为50 MHz的超声换能器和变声程脉冲回波法进行了非接触测量,获得了可利用的高频宽带(10~50 MHz)超声衰减谱,结合理论模型和最优正则化算法反演出纳米颗粒的粒度分布. 实验结果与透射电子显微镜法和高速离心沉降法的测定结果吻合较好,表明该方法可测量悬浊液中纳米颗粒粒度分布.     

基于超声波阻抗谱的颗粒粒径表征方法

研究超声反射波谱与颗粒粒径及浓度之间的关系并发展一种基于超声波阻抗谱的颗粒粒径表征方法。对超声波波动理论模型适当变形,建立超声阻抗谱与颗粒粒径及浓度之间的关系;进一步通过数值模拟分析超声阻抗谱对颗粒浓度及粒径变化的敏感性;实验中使用中心频率10~100MHz超声波换能器,利用自发自收模式对超声波在缓冲层与介质界面上的反射波信号进行测量并分析,对体积中位径分别为7.69、21.58、66.64mm的聚苯乙烯悬浮液进行实验,获得阻抗谱并与数值模拟结果对比,根据实验阻抗谱进行数据反演获得样品颗粒粒度分布,并与图像分析结果进行了对比,结果显示,本方法可有效分辨3种颗粒样品的粒径。     

基于超声波阻抗谱的颗粒粒径表征方法

研究超声反射波谱与颗粒粒径及浓度之间的关系并发展一种基于超声波阻抗谱的颗粒粒径表征方法。对超声波波动理论模型适当变形,建立超声阻抗谱与颗粒粒径及浓度之间的关系;进一步通过数值模拟分析超声阻抗谱对颗粒浓度及粒径变化的敏感性;实验中使用中心频率10~100 MHz超声波换能器,利用自发自收模式对超声波在缓冲层与介质界面上的反射波信号进行测量并分析,对体积中位径分别为7.69、21.58、66.64μm的聚苯乙烯悬浮液进行实验,获得阻抗谱并与数值模拟结果对比,根据实验阻抗谱进行数据反演获得样品颗粒粒度分布,并与图像分析结果进行了对比,结果显示,本方法可有效分辨3种颗粒样品的粒径。     

纳米颗粒分散模型及其在纳米CaCO3悬浮液制备中的应用

文章以简单立方体堆积模型作为纳米颗粒在分散体系中的分散模型,分析了纳米颗粒的体积百分含量和质量百分含量与纳米颗粒的颗粒间距离和粒径的关系,制备了1 wt%,2 wt%,10 wt%的纳米CaCO3悬浮液。透射电镜显示纳米CaCO3分散均匀,未出现团聚。模型及实验结果表明颗粒间距离为粒径的2-3倍时,纳米颗粒分散均匀并保持稳定。对于平均粒径为40 nm的纳米CaCO3,悬浮液的最佳质量百分含量为10%左右。     

圆管中中性悬浮液流动阻力和流变性的实验测定

对高浓度的液固悬浮液在圆管中的流变特性进行了实验研究,实验体系为聚苯乙烯颗粒在NaCl水溶液中的中性悬浮液。测定了在层流状态下,固体颗粒的体积分数变化（20%～50%）、悬浮液流速变化（0.031～0.22 m•s^-1）以及颗粒粒度变化对悬浮液压降的影响规律。实验结果表明,固体颗粒的浓度会影响悬浮液的流变性质,颗粒粒径对悬浮液流变性影响微弱。悬浮液的压降随颗粒体积分数和流速的增大而增大,悬浮液的流动特性在较高颗粒浓度范围内符合幂率流体模型。     

高频宽带超声衰减谱表征纳米颗粒粒度的方法

为研究纳米颗粒粒度的表征,在"长波长"条件下,通过提高超声波频率、增加频带宽度以及提高纳米颗粒悬浊液中超声波检测的稳定性等技术手段,实现了纳米级颗粒粒度分布的准确测量。实验中,采用中心频率50MHz宽频超声换能器,通过缓冲块内一次回波校验和变声程方法,以体积分数0.5%的纳米银-水悬浊液为验证性测量对象,获得了频率为25～62MHz的宽带声衰减谱。粒度反演过程中,采用McClementsBLBL理论模型结合最优正则化算法,将实测声衰减谱进行反演计算获得了纳米银颗粒的粒度分布,并证实了在50MHz频率下的理论测量下限可以达到5nm。与CPS离心沉降纳米颗粒测量仪、TEM图像等结果相比较,表明超声衰减谱法测量纳米颗粒的结果是可信的。     

Fe_3O_4@SiO_2核壳结构磁性纳米颗粒的制备研究

以FeCl_3·6H_2O、乙二醇、醋酸钠、聚乙二醇等为主要原料首先通过溶剂热法在200℃反应生成平均粒径为26.6 nm的Fe_3O_4纳米颗粒。然后加入浓氨水催化正硅酸乙酯(TEOS)水解、缩合生成Fe_3O_4@SiO_2核壳结构纳米颗粒。通过对比纯Fe_3O_4纳米颗粒的粒径及核壳结构Fe_3O_4@SiO_2纳米颗粒的粒径,可计算得到SiO_2壳层平均厚度约为273.5 nm。     

Fe_3O_4@SiO_2核壳结构磁性纳米颗粒的制备研究

以FeCl_3·6H_2O、乙二醇、醋酸钠、聚乙二醇等为主要原料首先通过溶剂热法在200℃反应生成平均粒径为26.6 nm的Fe_3O_4纳米颗粒。然后加入浓氨水催化正硅酸乙酯(TEOS)水解、缩合生成Fe_3O_4@SiO_2核壳结构纳米颗粒。通过对比纯Fe_3O_4纳米颗粒的粒径及核壳结构Fe_3O_4@SiO_2纳米颗粒的粒径,可计算得到SiO_2壳层平均厚度约为273.5 nm。     

用蒙特卡罗方法预测液固两相体系中颗粒的超声衰减

为研究高浓度颗粒两相流中超声复散射现象并建立颗粒表征模型,从单颗粒弹性散射理论出发,采用蒙特卡罗方法预测不同粒度、浓度及超声频率下玻璃微珠/水颗粒两相体系中颗粒的超声衰减特性.在颗粒体积浓度低于1%时,蒙特卡罗方法与基于单散射理论的ECAH模型吻合较好,随颗粒体积浓度和颗粒尺寸增加,声的衰减呈非线性变化,二者差异增加.利用该方法预测颗粒半径为35和90μm的液固两相体系随浓度衰减变化的结果与文献实验值基本一致.蒙特卡罗方法可用于50%固相体积浓度范围内超声衰减计算并为超声法颗粒测量提供理论模型基础.     

微通道中悬浮液流动及颗粒分布的CFD模拟

以DFM模型(Diffusive Flux Model)为基础,建立了颗粒的质量传递方程,之后以Fluent为计算平台,结合其UDF和UDS功能,对高浓度悬浮液在直型微通道中的流动和颗粒定态平衡分布进行了CFD模拟。研究中首先模拟非布朗悬浮液在常规通道中的流动,通过与文献结果的比较验证了建立的数学模型和求解方法的正确性。然后模拟悬浮液在微通道中的流动,分析了计算模型用于微通道模拟应做的修正,确定了相关参数,并考察了颗粒浓度、粒径、悬浮液流动速度及Pe数对通道中颗粒分布的影响,特别是明确了布朗运动对悬浮液流动的影响。模拟结果表明,DFM-CFD模拟结果与实验结果具有较好的一致性,优于文献中SBM(Suspension Balance Model)-CFD的模拟结果。     

基于超声衰减谱和相速度的颗粒粒径测量

超声波在颗粒两相体系中传播,包含了大量颗粒粒径信息,结合理论模型,通过提取超声波有效衰减谱和相速度谱分析了颗粒的粒径分布。实验中,对体积分数为10%的3种不同粒径分布的聚苯乙烯-水悬浊液,通过双样法和插入取代法(单样法)分别获得宽带超声波衰减谱与相速度谱,以ECAH模型为理论基础,并分别用Twomey、ORT和Davidon-Fletcher-Powell优化算法,反演出悬浊液颗粒粒径分布。测量结果与显微镜图像法结果进行对比,中位径误差小于15%,表明了利用超声波衰减谱法(UASA)和相速度谱法(UPVSA)测量悬浊液颗粒粒径分布的可行性与可靠性。     

制备方法对Al/Fe_2O_3纳米铝热剂性能的影响

分别采用超声共混法、机械球磨法和溶胶-凝胶法制备出Al/Fe2O3纳米铝热剂。研究了3种制备方法对纳米铝热剂晶型、平均粒径、形貌、比表面积和热反应性能的影响。结果表明,超声共混法只能使两组分简单地混合在一起;机械球磨法通过机械作用力使两组分混合均匀,但部分Al颗粒破裂,平均粒径减小;溶胶-凝胶法制备的Fe2O3凝胶均匀包裹着Al颗粒,形成核壳结构的Al/Fe2O3纳米铝热剂,有效地保护了Al颗粒,同时纳米铝热剂具有高的比表面积,固—固反应放热量为896J/g。     

改性纳米Si O2颗粒对泡沫稳定性的影响研究

为了研究纳米颗粒对泡沫稳定性产生影响的原因,对不同改性程度的纳米Si O2颗粒悬浮液浓度、亲油化度、黏度、聚集体半径、表面张力与泡沫稳定性之间的关系展开了实验。通过向纳米Si O2颗粒悬浮液中加入不同浓度的己胺,使二氧化硅颗粒表面改性,并对改性后的悬浮液流变性及其产生的泡沫稳定性进行测量。实验结果表明,由于聚集体半径增大破坏泡沫,使改性剂浓度有极大值,对应泡沫稳定性最高。己胺浓度一定时,二氧化硅颗粒含量越多,泡沫稳定性越高。随改性剂浓度增加,悬浮液黏度有极大值,而悬浮液黏度与泡沫稳定性表现出良好的相关程度。     

CdS/CdSe核壳结构半导体纳米晶结构及光谱特性

采用共沉淀法在水相中将CdS外延生长于CdSe半导体纳米晶(CdSe NCs)表面,制备了结晶形态较好的CdSc/CdS核壳结构半导体纳米晶(CdSe/CdS C/S NCs),并改善了CdSe NCs的荧光性能.通过X射线衍射,透射电镜和选区电子衍射分析证明了核壳结构的形成,并通过紫外可见光吸收光谱和荧光光谱分析证明了核壳结构对CdSe NCs荧光性能的改善.此外,实验结果表明:控制CdSe核合成中Cd前驱体溶液pH值能获得粒径分布较窄的CdSe/CdS C/S NCs;采用不同浓度比的Cd和Se前驱体溶液可以有效调节核壳结构半导体纳米晶的粒径;选择合适的CdSe与CdS摩尔比及壳层中Cd与S摩尔比能改善CdSe/CdS C/S NCs的荧光性能.     

基于动态光散射下纳米二氧化硅分散性的影响因素研究

纳米二氧化硅是目前应用最为广泛的一种纳米材料,但其团聚行为对粒径测量和应用效果有不利的影响。为减少纳米二氧化硅颗粒的团聚行为,应用动态光散射粒度分析方法,考察了分散方式、分散剂种类、悬浮液条件对不同纳米二氧化硅的粒径及多分散性指数（PDI）的影响规律。实验结果表明,磁力搅拌条件下,0.1%（质量分数）的PEG-2000对各类纳米二氧化硅均具有较好的分散效果;随着悬浮液pH增大,硅溶胶悬浮液粒径和PDI均呈下降趋势,是因为悬浮液pH影响了硅溶胶的溶解平衡;而固态二氧化硅悬浮液的粒径和PDI则呈先上升后下降的趋势,这是由于悬浮液pH影响了双电层结构。实际测试和应用中应注意悬浮液配制条件和纳米二氧化硅类别对粒径和PDI的影响。     

超声作用联合纳米腐植酸处理苯酚废水

采用静态吸附法研究了超声联合纳米腐植酸处理苯酚废水;用红外光谱(FT-IR)、扫描电镜(SEM)、比表面积测试仪(BET)对纳米腐植酸的粒径大小、形貌、比表面积及孔径等进行表征,结果表明:纳米腐植酸粒度分布均匀,平均粒径为50 nm,比表面积为110.31 m2/g,孔径为6.56 nm;考察了苯酚初始浓度、纳米腐植酸用量、超声声强及频率等因素对纳米腐植酸和超声作用协同处理苯酚废水的最佳工艺条件。实验结果表明:超声频率为20 kHz,超声声强0.2 W/cm2,苯酚初始质量浓度为100 mg/L,pH值为6.0,溶液体积100 mL,吸附温度40℃,吸附时间120min,纳米腐植酸用量为40 g/L的条件下,纳米腐植酸与超声作用协同处理苯酚废水吸附率可以达到95.7%;吸附剂纳米腐植酸对苯酚的吸附主要受颗粒内扩散所控,其再生循环使用5次后,苯酚的吸附容量仅减少18.9%。     

几丁聚糖纳米颗粒的动态光散射研究

利用离子凝胶法制备几丁聚糖纳米颗粒,并用动态光散射测量所得颗粒的粒径分布与界面电位。研究结果发现,随着CS/TPP比值的减小,几丁聚糖纳米颗粒的粒径由单峰分布转变为双峰分布,说明三聚磷酸钠含量的增加会使几丁聚糖纳米颗粒之间产生聚集效应。界面电位值随着CS/TPP比值的减小而逐渐下降,原因是三聚磷酸钠浓度的增加使几丁聚糖纳米颗粒表面上更多的NH3+离子与三聚磷酸根离子反应中和的缘故。     

纳米与微米颗粒污垢沉积的表面特性及等效关系

目前对颗粒污垢的研究主要局限于实验研究,通过实验和模拟的手段分别对微米和纳米颗粒污垢沉积的内在关系研究较少。为了研究静止流体中纳米级颗粒污垢与微米颗粒污垢出现相似沉积特点的原因,分别在不同工况下进行纳米颗粒污垢和微米颗粒污垢的沉积实验,并应用扫描电镜对试片表面进行观测。通过模拟方式得出不同粒径微米颗粒污垢的沉积质量,由实验得出颗粒污垢沉积质量呈现出渐进增长趋势。随着浓度的增大其渐进沉积质量越来越大,达到渐进污垢沉积量的时间越来越短。由于颗粒间的团聚效应,使纳米颗粒污垢出现与微米颗粒污垢相似的沉积规律。基于这种规律,提出纳米颗粒污垢等效直径的概念。将实验结果与不同直径微米级颗粒沉积模拟结果相结合,得出浓度0.4g/L的纳米悬浮液团聚后的等效直径约为9.2μm;浓度0.6g/L的纳米颗粒悬浮液团聚后的等效直径约为11.2μm。