金属中氢鼓泡形核的机理

通过实验和理论分析研究了氢鼓泡形核、长大和开裂的过程. 在充氢试样中发现直径小于100 nm未开裂的孔洞, 它们是正在长大的氢鼓泡, 也发现已开裂的鼓泡以及裂纹多次扩展导致破裂的鼓泡.分析表明, 氢和空位复合能降低空位形成能, 从而使空位浓度大幅度升高, 这些带氢的过饱和空位很容易聚集成空位团.H在空位团形成的空腔中复合成H2就使空位团稳定, 成为氢鼓泡核.随着H和过饱和空位的不断进入, 鼓泡核不断长大, 内部氢压也不断升高.当氢压产生的应力等于被氢降低了的原子键合力时, 原子键断开, 裂纹从鼓泡壁上形核.     

氢鼓泡的形核、长大和开裂

用显微镜原位观察了车轮钢中氢鼓泡的长大过程, 用块状非晶观察了氢鼓泡破裂后的局部断口形貌. 结果表明, 氢鼓泡形核、长大和开裂的过程如下: 氢使过饱和空位浓度急剧升高, 空位聚集成空位团后, 随着空位和氢的不断进入长大成氢鼓泡. 随氢压升高, 基体变形可使近表面鼓泡鼓出表面; 氢压进一步升高可使鼓泡开裂, 体积增大使氢压下降引起止裂; 随氢进入氢压进一步升高, 可使止裂裂纹重新扩展直至鼓泡破裂.     

好氧不产氧光合异养细菌及其在海洋生态系统中的作用

海洋生态系统中好氧不产氧光合异养细菌(AAPB)有着独特的生理特征和生态功能. AAPB具有罕见的3裂方式, 形成“Y”形细胞, 并常集合成自由漂浮的群体. 绝大多数AAPB是专性好氧的. AAPB以细菌叶绿素(BChl a)为惟一的光合色素, 且细胞BChl a含量(分子数)明显比典型的厌氧光合菌低, 但其胡萝卜素含量很高且种类繁多. 除了普遍存在的含Mg的BChl a外, 有的AAPB 还有含Zn的BChl a. AAPB具光捕获系统Ⅰ, 但常缺少光捕获系统Ⅱ. 尽管AAPB可利用光进行光合作用, 但其生长对光无依赖性, 它们具有控制自身光合作用的机制. AAPB分布广泛, 在海洋特别是贫营养的大洋环境的生物量中占有重要份额, 在碳及其他生源要素生物地球化学循环中扮演着独特的角色. 同时AAPB对重金属的矿化作用、解毒以及在生物除污方面有着巨大潜力. AAPB研究对于光合作用的起源与进化、环境调控, 以及海洋生态系统的结构与功能的深入认识具有重要意义.     

好氧不产氧光合异养细菌定量方法研究

好氧不产氧光合异养细菌(AAPB)生态功能的发现, 使人们认识到AAPB可能在全球碳循环中占有重要地位. 本文研究发现, 目前对AAPB定量所用的荧光显微-红外摄像(EFM-IRP)技术, 由于同时将聚球藻计数在内, 造成对AAPB定量的明显误差. 这种误差在我国近海可高达约30%, 而在大洋则更高. 这将影响到基于EFM-IRP的数据对全球AAPB生物量估计及其碳循环中的作用等方面的结论或推论. 本文提出了解决方案.     

碱处理和热处理对污泥发酵产氢途径的影响

城市污水厂产生的污泥中含有多种产氢菌和大量的蛋白质、碳水化合物等有机质, 是潜在的发酵产氢基质之一. 研究了碱处理和热处理对污泥发酵产氢途径的影响. 结果表明, 热处理比碱处理有更强的灭菌作用, 可以有效杀死耗氢菌. 热处理筛选到的产氢菌主要为嗜酸的产氢菌, 而碱处理筛选到的产氢菌主要为嗜碱的产氢菌. 碱处理污泥的最大产氢量在初始pH 11的实验组获得, 为10.32 mL/g-COD; 而热处理污泥的最大产氢量在初始pH 5的实验组获得, 为8.94 mL/g-COD. 热处理污泥在酸性条件下(pH<6)的产氢主要是由利用葡萄糖的菌通过发酵碳水化合物产氢, 而碱处理污泥在碱性条件下(pH>9)的产氢主要是由利用蛋白质的菌通过发酵蛋白质产氢.     

膜生物反应器去除污水中病毒的试验研究

针对中水回用中可能存在的病原微生物对人体健康的风险, 采用重力出流式膜生物反应器对生活污水的处理效果进行系统的考察. 研究结果表明: 膜生物反应器工艺不仅能有效降低COD,NH₄⁺-N, 浊度等; 而且能有效去除污水中的病毒. 0.22和0.1 μm两种孔径膜对T4噬菌体的去除效果表明, 采用这两种孔径的膜组件的膜生物反应器对病毒的去除效果没有显著差别, 去除率在同一数量级上, 对病毒的去除率都大于5.5 lg. 进一步的研究发现: 对于0.22 μm的膜组件, 膜表面的滤饼层和凝胶层在病毒的截留中起了重要的作用; 0.1 μm膜组件主要依靠膜自身完成对病毒的截留.     

膜生物反应器处理垃圾渗滤液的效能及有机污染物的分子量分布

应用一种新型气升式重力出流膜生物反应器(MBR)处理垃圾渗滤液. 试验结果表明: 当5天生化需氧量(BOD5)负荷小于1.71 kg/m³× d时, BOD₅去除率大于99%, 出水BOD₅小于35 mg/L; 当氨氮(NH₄⁺-N)负荷为0.16~0.24 kg/m³× d, 且溶解氧(DO)控制在2.3~2.8 mg/L时, 出水NH₄⁺-N小于15 mg/L; 但溶解性化学需氧量(SCOD)的去除率相对较低(70%~96%). 为了深入探讨垃圾渗滤液中有机污染物在MBR处理过程中的变化, 利用凝胶渗透层析(GPC)分析处理过程中有机污染物分子量的变化. 研究结果表明, 垃圾渗滤液中的有机物主要分布在两个分子量范围: 大分子组分的峰值分子量(M_Wp)在11480~13182 Da之间, 小分子组分的M_Wp则在158~275 Da之间. 大分子组分很难被微生物降解, 但能被微滤膜截留; 小分子组分中的大多数有机物能被微生物降解, 但剩余的小分子物质能够透过微滤膜, 使得MBR处理出水中的SCOD较高.     

紫茎泽兰产氢产甲烷联合发酵的研究

以脱毒预处理的紫茎泽兰为原料,调节发酵体系的pH,可实现紫茎泽兰产氢产甲烷联合发酵.pH为4.7~5.5的情况下先产氢后调至中性产甲烷,对比实验为pH6.5~7.5的情况下先产甲烷后调节至酸产氢.实验结果表明:先产氢后产甲烷实验的TS和VS原料利用率均高于先产甲烷后产氢实验,且纤维素、半纤维素和木质素利用率也高出32.60%,45.80%和50.26%;紫茎泽兰产氢阶段终点可根据实验组、对照组产气趋势是否趋于一致来进行判断;先产氢后产甲烷实验的产甲烷速率比先产甲烷后产氢实验高出18.85%,有效缩短了发酵周期;先产氢后产甲烷实验实现了能源利用效率的68.54%,而先产甲烷后产氢实验只实现了能源利用效率的15.35%.实验得出,与先产甲烷后产氢发酵、单独产甲烷发酵、单独产氢发酵相比,紫茎泽兰联合产氢产甲烷发酵是理想的紫茎泽兰利用途径之一.     

利用纳米粒子强化微乳液体系HCFC141b 水合物的生成

快速有效的促晶方法是实现气体水合物蓄冷技术的关键. 从增大一氟二氯乙烷(HCFC141b)和水的互溶度和相界面出发, 制备了HCFC141b 微乳液, 对比研究了HCFC141b微乳液和HCFC141b/水粗混合体系中的HCFC141b 水合反应诱导时间和过冷度, 分析了水合物生长特征; 在此基础上利用纳米粒子强化传热的特点, 考察了混合体系中添加纳米Cu 粒子和纳米Al₂O₃ 粒子对水合反应的影响. 结果表明, 微乳液体系内快速均匀地生成大量水合物晶体, 水合反应诱导时间比在乳浊液和不含表面性剂的粗混合体系中分别缩短36%和52%. 将纳米粒子加入微乳液体系可降低反应过冷度, 但是对粗混合体系和乳浊液中的反应过冷度无影响. 微乳液体系内添加0.1 wt%纳米Cu 粒子后水合反应诱导时间缩短29%, 过冷度降低39%.将微乳液体系和纳米粒子相结合形成的纳米流体可有效促进制冷剂气体水合物的生成.     

半导体硫化银纳米球的控制合成及室温气敏性

通过改良的水热方法, 成功合成了形貌规则的半导体硫化银(Ag₂S)纳米结构, 并对样品的形貌、化学成分和微观结构进行了详细的表征. 结果发现, 样品为表面光滑的球状结构. X-射线衍射仪/光电子谱仪(XRD/XPS)证明, 产物具有单斜结构且纯度很高. 通过紫外可见吸收光谱发现, 与传统粉体材料相比, 纳米球吸收峰有明显的蓝移(约20 nm). 运用表面光电压(surface photovoltage, SPV)技术系统地研究了Ag₂S 纳米球及传统粉体材料对乙醇气体的室温敏感特性, 在同样条件下, 纳米球的检测限可达<10 mL/m³, 而后者仅为50 mL/m³. 这为Ag₂S气敏纳米器件的潜在应用进行了一些探索.