冷冻速率对冻干法制备BN多孔陶瓷显微结构的影响

为研究利用冻干法制备氮化硼多孔陶瓷时冻干过程中冷冻速率的影响,以分析纯六方氮化硼(h-BN)为原料,分析纯氧化硼为烧结助剂,去离子水为冷冻溶剂配制浆料,再将分散均匀、稳定的浆料通过冷冻速率分别为1.03、1.77和34.7℃·min~(-1)的三种冷冻干燥方式制备成冻干坯体,最后在1 500℃的氮气气氛下保温3 h热处理后制得BN多孔陶瓷。通过观察冻干试样的显微结构以及检测烧后多孔陶瓷试样的气孔率及体积密度,探讨了冷冻速率对冰晶生长行为以及多孔材料显微结构的影响。结果表明,通过调整浆料冷冻过程中的冷冻速率,可以实现对BN多孔陶瓷材料显微结构的控制。当冷冻速率较小(1.03℃·min~(-1))时,冰晶成核的位置随机分布,得到试样的气孔分布不均匀。随着冷冻速率的增大,试样的孔结构发生变化:当冷冻速率为1.77℃·min~(-1)时,冰晶的成核速率接近冰晶的生长速率,得到分布均匀的直通孔结构,孔径约为50μm;当冷冻速率增加至34.7℃·min~(-1)时,冰晶的成核速率超过冰晶生长速率,从而得到分布均匀的竹节状孔结构,孔径细小,约为10μm。而且材料的热导率随着多孔结构的引入会大大降低。     

超声辅助冷冻对湿面筋蛋白中冰晶粒度分布及总水含量的影响

超声辅助食品冷冻过程是一种新的技术。本文通过对湿面筋蛋白中冰晶粒度分布及总水含量的检测,探讨超声改善冷冻食品品质的微观作用机制,为超声冷冻新技术在食品化工中的应用奠定化学工程学基础。测定了有无超声环境下冷冻的湿面筋蛋白经过不同冷冻贮藏时间后总水含量, 结果显示：随着冷冻贮藏时间的延长,超声环境下冷冻的湿面筋蛋白中总水含量比传统环境下高。用扫描电镜和压汞仪间接观察和分析了冷冻的湿面筋蛋白中冰晶的形状和粒度分布。研究表明,适宜的功率超声辅助下,冷冻过程能在湿面筋蛋白内部形成细小且分布均匀的冰晶体,减少面筋蛋白网络结构的破坏,从而改善冷冻食品的品质。     

冷冻干燥过程强化中冷冻阶段优化的研究进展

冷冻干燥产品质量高,但时间长、能耗高。本文综述了冷冻干燥过程强化中冷冻阶段的优化方法,控制冷冻速率、调节冰晶成核和退火处理可以获得大而均匀的冰晶从而提高升华干燥阶段速率,但物料内部比表面积的减小会降低解吸干燥阶段速率,这类常规的冷冻阶段优化方法对弱吸湿性的物料有一定的强化效果。有机溶剂具有较高的蒸气压,作为共溶剂时可以增加传质推动力,但较低的有机溶剂残留量要求阻碍了其进一步应用。“初始非饱和多孔介质冷冻干燥”的技术思想是将液体物料首先制备成具有一定初始孔隙的冷冻物料,然后再进行冷冻干燥。物料具有的初始孔隙为水蒸气的迁移提供了便捷的通道,而且纤薄的固体基质也有利于结合水的解吸,可以同时强化升华干燥阶段和解吸干燥阶段。该技术思想是过程低消耗和产品高质量的完美结合,为解决冷冻干燥过程速率低的问题提供了新的方案。     

湿度差驱动下溶液蒸发冷冻过程中冰体的发展规律

针对湿度(绝对湿度)差驱动下溶液的蒸发冷冻过程进行了分析研究,在热质平衡理论的基础上,考虑溶液表面冰体的形面变化特征,建立了蒸发冷冻过程中溶液表面冰体生长的热力学非稳态模型,分析了不同蒸发冷冻时刻,气-液界面间湿度(绝对湿度)差、气流速度以及气-液界面间质扩散对溶液表面冰体发展分布的影响,研究表明湿度(绝对湿度)差、气流速度和质扩散系数对溶液的蒸发冷冻作用明显。该理论模型及研究结果为强化湿度差驱动下溶液的蒸发冷冻及工程应用提供了理论指导和依据。     

冷冻保存中影响胞内冰生长的因素

细胞胞内冰的形成会导致严重的细胞损伤从而导致低温贮存中的诸多问题。以蚕豆为研究对象,用细胞松弛素B溶解细胞骨架,使用低温显微系统在不同的冷却速率下进行冷冻实验。实验结果表明,使用细胞松弛素B处理过的细胞在冷冻过程中结晶温度更高,结晶时间更短,但细胞骨架对胞内冰的生长过程影响较小。外界条件起着关键作用,接种冰晶影响细胞内冰晶的形成温度及冰晶的生长速率。最后,通过光强度图对细胞的损伤程度进行了分析。     

海水雾化冷冻脱盐技术研究

首先利用雾化冷冻方法来处理渤海湾海水,使得海水部分冷冻为海冰,更多的盐分被包含在未发生冷冻的海水中而脱离冰体.在海冰形成过程中,由于冰晶形成速度要大于海水脱离冰晶的速度,所以最初形成的冰晶、冰针和冰片会发生合并,合并过程中包裹海水形成了"盐胞",因此海冰具有一定的含盐量.然后依次利用重力法和离心法对雾化冷冻得到的海冰进行深层脱盐.依次通过上述3种方法,能够将海水的盐度从25.5‰降低到2.9‰,脱盐率为88.63%.     

冻结液滴融化过程中的表面及界面演化特性分析

液滴在血浆储存、航空航天等技术领域广泛存在,而其机理研究主要集中在冻结阶段,对融化阶段的研究则相对较少。故此,本文通过液滴可视化实验,发现并归纳了冻结液滴在不同材料表面、不同基底温度下融化过程的动态表面及界面演化模式,总结了液滴表面扩散系数、高度系数、相界面偏离度等形态演化参数与相变时间之间的变化规律并对其展开分析。结果表明：冻结液滴存在3种不同的表界面演化模式;在熔融中后阶段,金属材料（纯铝板、镀锌板）表面冻结液滴的冰相区以颗粒群状分布态融化,冰晶结合度低,而高分子聚合物材料[有机玻璃（PMMA）及聚氯乙烯（PVC）试板]表面冻结液滴的冰相区呈块状分布态融化,冰晶结合度高;金属类材料表面冻结液滴的相变速率高于聚合物类材料表面冻结液滴的相变速率,金属表面相变时间在100s以内,而聚合物表面冻结液滴的相变时间在300s以内;金属表面最大扩散系数分布区间为0.950～1.021,聚合物表面最大扩散系数分布区间为1.000～1.076,温度高,则各类材料表面液滴的微观前驱膜移动受阻,液滴的表面润湿过程受阻;金属表面冻结液滴的高度系数及冰相高度变化率受冰相区变化影响,聚合物表面则主要受温度影响...     

冻结液滴融化过程中的表面及界面演化特性分析

液滴在血浆储存、航空航天等技术领域广泛存在,而其机理研究主要集中在冻结阶段,对融化阶段的研究则相对较少。故此,本文通过液滴可视化实验,发现并归纳了冻结液滴在不同材料表面、不同基底温度下融化过程的动态表面及界面演化模式,总结了液滴表面扩散系数、高度系数、相界面偏离度等形态演化参数与相变时间之间的变化规律并对其展开分析。结果表明：冻结液滴存在3种不同的表界面演化模式;在熔融中后阶段,金属材料（纯铝板、镀锌板）表面冻结液滴的冰相区以颗粒群状分布态融化,冰晶结合度低,而高分子聚合物材料[有机玻璃（PMMA）及聚氯乙烯（PVC）试板]表面冻结液滴的冰相区呈块状分布态融化,冰晶结合度高;金属类材料表面冻结液滴的相变速率高于聚合物类材料表面冻结液滴的相变速率,金属表面相变时间在100s以内,而聚合物表面冻结液滴的相变时间在300s以内;金属表面最大扩散系数分布区间为0.950~1.021,聚合物表面最大扩散系数分布区间为1.000~1.076,温度高,则各类材料表面液滴的微观前驱膜移动受阻,液滴的表面润湿过程受阻;金属表面冻结液滴的高度系数及冰相高度变化率受冰相区变化影响,聚合物表面则主要受温度影响;温度升高会使热量传递过程不稳定,加剧聚合物表面冻结液滴偏离度位移的波动性。     

成骨细胞玻璃化冷冻保护剂的研究

在超低温冷冻过程中,冷冻保护剂(CPA)抑制胞内冰晶形成和避免溶质效应.然而,在其导入和洗脱过程中,由于渗透压的急剧变化将导致细胞大量死亡.本文以成骨细胞为样本,通过测定冷冻保护剂的玻璃化温度、CPA导入和洗脱时渗透压变化及其对细胞活性的影响,研究冷冻保护剂浓度和不同种类保护剂的联合使用对成骨细胞玻璃化冷冻过程的影响.     

二氧化硅纳米颗粒对冰浆中冰晶粒径分布及存储演化特性的影响

分别以乙二醇水溶液和氯化钠水溶液为基液配制不同浓度的二氧化硅纳米流体并以此制备冰浆,通过显微装置获得冰晶图像,将实验得到的粒径分布与正态分布、对数正态分布、Gamma分布和Weibull分布进行对比,探讨纳米二氧化硅对冰晶平均粒径与分布特性的影响,同时观测储存过程中冰晶粒径演化规律。结果表明:加入纳米二氧化硅前后冰晶粒径分布均可用Gamma分布描述;纳米二氧化硅可起到细化晶粒的作用,而且添加浓度越高冰晶颗粒越小;当基液为乙二醇水溶液时,加入纳米二氧化硅可较好地抑制储存过程中的冰晶粒径增长,但基液为氯化钠水溶液时,纳米二氧化硅浓度需达到0.75%,才可抑制冰晶增大。研究结果证明,一定浓度的纳米二氧化硅流体可作为制冰溶液,起到减小冰晶粒径并控制冰晶生长的作用,这对冰浆流动和传热性能的改善具有重要的应用价值。     

A novel way to fabricate tubular porous mullite membrane supports by TBA-based freezing casting method

Porous tubular mullite supports with gradient unidirectional aligned pores were successfully fabricated by TBA-based freezing casting method. The effects of freezing temperature, solids loading and particle size distribution of mullite powders on the microstructure and properties of the supports were investigated extensively. The results show that the pore size, porosity and compressive strength of the supports can be effectively adjusted by controlling the parameters. Both the results of microstructure observations and properties testing indicate that the pore channel size increases along the freezing direction, accompanied by the changes of pore structure from homogeneous near the freezing medium to unidirectional away from the freezing medium. The pore channel size decreases significantly with increasing solids loading, decreasing freezing temperature and reducing the particle size. The porosity also decreases with increases of solids loading and freezing temperature, as well as reduces of the particle size, while the compressive strength increases.     

Freeze casting for near‐net‐shaping of dense zirconium diboride ceramics

Zirconium diboride (ZrB₂) was formed into dense complex shapes using freeze casting as a near‐net‐shaping technique. Aqueous‐based formulations were compared with nonaqueous (cyclohexane) based formulations in terms of rheological behavior, particle packing in the green body, sintered density, macroscale porosity, and cracking. The influence of particle solids concentration and freezing rate was investigated. The aqueous formulations were found to be deficient in that they produced macroscale porosity that could not be eliminated during sintering resulting in low density and large pores in the final shaped objects. The nonaqueous‐based system was able to produce complex shaped objects with significantly reduced macroscale porosity. The higher concentration of solids in the nonaqueous‐based formulations was primarily responsible for the reduced macroscale porosity and enabled higher sintered densities (up to 90%‐91.5% of theoretical density for fast freezing). The microstructure of the ZrB₂ formed at fast freezing rates and high solids content typically had isolated pores in the order of 5‐10 μm in size, mainly found along grain boundaries (grain sizes between 20 and 50 μm). Although this rapid freezing produced denser components, it tended to produce objects with internal cracks. When slower freezing rates were used, intricate complex shaped objects could be produced without cracks but their density was only between 65% and 80% of theoretical density.     

Cell-culture compatible silk fibroin scaffolds concomitantly patterned by freezing conditions and salt concentration

The morphology of freeze-dried silk fibroin 3D-scaffolds was modified by varying both the NaCl concentration and the freezing temperature of the silk fibroin solution prior to lyophilization. Scanning electron micrographs showed that slow freezing at −22 °C generated sponge-like interconnected porous networks, whereas fast freezing at −73 °C formed stacked leaflet structures. The presence of millimolar NaCl (50–250 mM) increased the porosity of the scaffolds and generated small outgrowths at their surface, depending on the freezing regime. Our results suggest that the morphological differences seen between the materials likely depend on ice and NaCl hydrate crystal nucleation and growth mechanisms. Infrared spectroscopy and X-ray diffraction analyses revealed that the salt concentration and freezing conditions induced no structural changes in fibroin. The seeding of P19 embryonic carcinoma cells showed that the presence of salt and freezing conditions influenced the cell distribution into the scaffolds, with salt addition increasing the access of cells to deeper regions.     

冻融作用对土壤中总磷含量的影响

我国对土壤冻融作用研究主要集中在自然环境条件下冻土环境变化。对齐齐哈尔市南郊污水处理厂附近的氧化塘中的冻融土壤进行研究,论述了冻融作用对土壤中总磷含量的影响。研究表明,季节性冻融作用对土壤总磷含量有较大影响。     

冻融作用对土壤中氨氮的影响

我国对土壤冻融作用研究主要集中在自然环境条件下冻土环境变化.本文是对齐齐哈尔市南郊污水处理厂附近的氧化塘中的冻融土壤进行研究,论述了冻融作用对土壤中氨氮的影响.研究表明,季节性冻融作用对土壤氨氮有较大影响.     

湿饱和多孔介质冻结过程中壁面效应的影响

采用节点跳跃技术的隐式数值焓法，对湿饱和多孔介质在第三类边界条件下发生的一维“双区域”导热控制型冻结过程进行求解，着重讨论了壁面效应的存在对冻结过程的影响．     

冷冻浓缩污水处理的能耗分析

冷冻浓缩作为一种环保和节能的污水处理方式,一方面可缓解缺水地区对水资源的需求,另一方面能耗低可节省大量能量。冷冻浓缩污水处理法是一种兼具节能和环保的污水处理方式。应用冷冻浓缩方法与真空蒸发污水处理方法,研究污水处理过程的运行能耗情况,通过理论计算冷冻浓缩法和真空蒸发法在污水处理过程中的能耗并分析其节能潜力。在本文的设计条件下,理论计算结果表明仅考虑污水处理能耗时,冷冻浓缩法比蒸发法节能30.35%;当采取预冷后,冷冻浓缩法比蒸发法节能45.7%;当结合预冷和冰蓄冷后,冷冻浓缩法处理污水比蒸发法节能62.5%。     

声场作用下含盐液滴冻结过程及组分迁移特性的研究

为了揭示超声波辅助冻结的内部作用机理，明确声场作用下相变冻结过程中的热质传递规律及组分迁移特性，根据声场理论分析了超声波的空化作用和热效应，并在冻结过程能质守恒的基础上建立了超声波作用下液滴相变冻结及盐分迁移数学模型，研究了超声波对液滴冻结过程中气泡状态和液滴温度的影响，分析了不同盐浓度下液滴冻结过程中固液界面、溶液比例、盐度及盐水残余率的变化规律。结果表明，超声波空化作用强化了界面处的热质传递，液滴温度下降较快，有利于液滴的冻结；液滴盐浓度越高，凝固界面的移动越慢，液滴直径为2 mm时，盐浓度5wt%时达到冻结点的时间为15 s，盐浓度8wt%时达到冻结点的时间为20 s；超声波作用下盐浓度越低，冻结过程中盐分迁移变化越剧烈。     

超细分级机进料管内颗粒浓度分布特性的数值模拟

采用RNG k-e湍流模型和随机轨道模型,对SCX超细分级机进料管内颗粒浓度分布进行了数值模拟,探讨了入口固体浓度、入口气速、粒径等的影响. 结果表明,弯管出口附近颗粒浓度分布波动大,但在距弯管出口距离为6倍管径处波动趋于稳定. 整个竖直段任意横截面可分为高浓度和低浓度区域,且两区的无因次半径(r/R)有一定范围：X方向低浓度区为-1相似文献