低场核磁共振及成像技术分析天花粉干燥过程中水分变化规律

目的:研究天花粉样品干燥过程中水分含量状态、状态与分布变化规律,为天花粉合理加工提供依据.方法:采用低场核磁共振与成像技术(LF-NMR、MRI)研究天花粉样品在干制过程中氢质子(H)的横向弛豫时间(T_2)、MRI图像的变化.结果:鲜天花粉中水分含量为64.96%,主要为自由水(峰面积占比77.79%),其余为束缚水.在干燥过程中,T_2向左移动,水流动性降低,自由水含量不断降低,束缚水含量先减少后增加,随后再减少;干燥终点时,自由水含量先于束缚水趋近于零值,饮片外层水分先于内层干燥完毕,且干燥过程随干燥温度升高而加快. MRI图像可直观显示样品水分含量和分布区域由外向内的变化.结论:建立了中药水分低场核磁分析技术,为中药干燥终点判定与工艺条件优化提供了新的技术手段与示范.     

基于干燥动力学结合LF-NMR分析的不同干燥过程中天麻切片水分变化

为探究天麻(Gastrodia elata Blume)切片干燥过程中水分迁移变化规律，并建立其量化表征方法，本研究采用低场核磁共振(Low-Field Nuclear Magnetic Resonance，LF-NMR)技术分析热风干燥(Hot Air Drying，HAD)和微波干燥(Microwave Drying，MWD)过程中不同热风温度(60、70、80 ℃)和不同微波功率密度(2、3、4 W/g)条件下的天麻切片，结合干燥特性曲线建立基于LF-NMR 参数的天麻切片含水量预测模型。结果表明，MWD速率远大于HAD，在热风温度(60-80 ℃)和微波功率密度(2-4 W/g)范围内，高温、高功率密度有利于提高干燥速率，缩短干燥时间。Logarithmic模型可以准确描述天麻切片HAD和MWD过程中含水量的变化。经LF-NMR技术分析，在HAD 和MWD 过程中，天麻切片的横向弛豫时间曲线整体上呈现左移的趋势，各状态水的弛豫峰信号强度不断降低；干燥结束时天麻切片中的自由水完全被脱去，仅存少量的不易流动水和结合水。无论是HAD还是MWD，弛豫峰总面积A₂ 和天麻片的干基含水量相关性均在0.99以上。研究结果可为阐明天麻切片干燥机制和干燥工艺参数的优选提供参考。     

渗透剂预处理对扇贝柱热泵干燥动力学及品质特性的影响

为提高扇贝柱热泵干燥效率,改善干制品品质,分别采用不同种类(菊糖、海藻糖、麦芽糊精和乳清分离蛋白)和质量浓度(50、100、150g/L)的渗透剂预处理扇贝柱,在温度45℃、风速2m/s条件下进行后续热泵干燥,探究不同渗透剂预处理对扇贝柱热泵干燥动力学和品质特性的影响。基于低场核磁共振(low field nuclear magnetic resonance, LF-NMR)技术,分析扇贝柱热泵干燥过程中水分状态和分布规律。结果表明:适宜质量浓度的菊糖、海藻糖、麦芽糊精和乳清分离蛋白溶液预处理可显著提高热泵干燥速率,降低色差(ΔE),提高复水效率。菊糖、海藻糖、麦芽糊精和乳清分离蛋白质量浓度分别为100、150、100、50g/L时,综合加权评分最高,复水率相比于对照组分别提高了2.98%、12.76%、11.91%和7.13%。150g/L海藻糖预处理对扇贝柱热泵干燥速率和品质特性的改善效果最优,与对照组相比,干燥时间缩短2h,ΔE降低40%,硬度降低,复水率增加22.79%,综合加权评分提高12.76%。LF-NMR结果表明:热泵干燥过程中,扇贝柱含水率的降低主要取决于不易流动水的去除；适宜质量浓度渗透剂预处理后,扇贝柱中不易流动水干燥过程中迁移速率加快,自由水峰面积占比略有增加,但总体变化不大；结合水峰面积占比呈增加趋势,而不易流动水峰面积占比显著降低；扇贝柱横向弛豫时间随干燥进行向左偏移,水分子流动性变低。综合考虑,扇贝柱热泵干燥优化预处理条件为150g/L海藻糖。     

核磁共振成像原位监测冰融化及四氢呋喃水合物分解的微观过程

核磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging,MRI)可以通过物质在不同相态之间的亮度差别来识别物质相态的变化,冰、水和水合物之间较大的亮度对比使MRI成为监测水合物生成分解动态过程的有效工具.采用MRI原位监测了冰融化和四氢呋喃(THF)水合物分解的微观过程,从微观角度对比研究了THF水合物分解与冰融化过程的异同.冰融化和THF水合物的分解过程受传热程控,冰的融化和水合物的分解总是沿着固-液界面从外向内推进,消解速度持续加快.固相表面的"结构化水层"是冰和水合物立体结构瓦解的主要原因.THF水合物的分解过程与气体水合物不同,没有明显的"自保护效应".由于温度梯度产生的密度差异,液相产生自然对流,造成了水合物的分解及冰的融化过程中固-液界面运动的随机性.     

银杏白果干燥过程中水分分布及迁移的变化

【目的】探讨银杏白果在干燥过程中水分分布、迁移规律及低场核磁共振信号量与含水量之间的关系,为银杏白果水分传递模型的建立以及储存过程中含水量的快速测定提供依据。【方法】利用低场核磁共振技术,对不同热风干燥温度(50、60、70、80、90 ℃)处理的银杏白果中氢核的横向弛豫衰减信号进行测试,并利用SIRT模型对数据进行反演,得出横向弛豫时间T₂的反演数据。利用自旋回波脉冲序列对银杏白果的质子密度加权成像。【结果】银杏白果中的水分主要有3种存在状态,分别为结合水(0.79~7.32 ms)、束缚水(13.67~89.07 ms)和自由水(109.70~1 072.27 ms)。经过热风干燥处理改变了银杏白果中水分的结合状态,水分发生明显迁移,自由水和束缚水的信号幅值随干燥温度的升高而逐渐减弱。不同含水率银杏白果的反演峰总面积不同,随着干基含水率的增加,核磁共振信号增强、峰面积增大,两者具有显著的相关性,拟合方程为y=7 436.46x + 153.32(R²=0.993)。核磁共振成像技术通过图片明暗的不同,直观地呈现出不同阶段的水分含量。【结论】干基含水率与核磁共振横向弛豫时间、弛豫峰面积之间有较好的相关性,可以利用低场核磁技术快速检测出银杏白果中的水分含量。通过核磁共振图谱也可以直观地观察银杏白果内部水分含量的变化。     

大温差条件下多孔材料干燥过程数值模拟

基于热力学平衡假设并结合动态边界条件,对大温差下多孔保温材料中的水分迁移及三态相变过程进行数值模拟,并以海绵干燥过程为例给出了实验验证.在数学模型中考虑了由于温差引起的自然对流效应,分析了不同时刻海绵内部的温度、水蒸气浓度、液态水及冰体积分数的分布规律,讨论了材料主要物性参数对水分传递过程的影响.结果表明:数学模型能够实现对大温差下多孔介质中水分传递过程的准确预测;由物性参数分析的结果可知,相比于影响多孔保温材料水分传递的有效扩散系数和孔隙率两个关键物性参数而言,有效导热系数影响相对微弱.     

利用低场核磁共振技术检测刺槐种子吸水过程水分的变化

【目的】探究种子吸水萌发过程中水分相态的变化,为种子吸水、萌发研究提供一种新的研究手段。【方法】以初始温度85 ℃热水处理后的刺槐种子为材料,采用质量法确定种子的吸水曲线,低场核磁共振技术(L-NMR)采集刺槐种子吸水、萌发过程中横向弛豫时间(T₂)的信号,并反演得到T₂弛豫谱,分析此过程中种子体内水分相态及含量的变化。【结果】热水处理后刺槐种子的吸水率远远高于对照组,0~12 h为快速吸水阶段,之后吸水速度变缓,至36 h时吸水渐趋于平衡。核磁共振波谱图表明,刺槐种子水分质量(x)与核磁共振弛豫图谱峰面积(y)呈一元线性回归关系,其线性回归方程为:y = 21 132x + 698.05,R²=0.999 6。刺槐种子在吸水萌发过程中存在3种相态的水:束缚水(T₂₁,>0.1~1.0 ms)、不易流动水(T₂₂,>1~100 ms)、自由水(T₂₃,>100~1 000 ms)。吸水萌发过程中束缚水的峰顶点变化不显著,弛豫范围、峰面积总体呈先上升后下降的趋势,但峰比例总体呈下降趋势,吸水24 h后,比例维持在4%以下,胚根伸出时,束缚水消失。在吸水3~9 h过程中,不易流动水的峰显著向右偏移,随后峰顶点时间趋于稳定(9~96 h);胚根伸出时,峰再次显著向右偏移;弛豫时间范围基本呈不断增大的趋势,胚根伸出时又显著减小;其峰面积总体呈先迅速上升(3~12 h)后保持基本稳定的趋势,但比例略有下降。自由水峰顶点随时间呈先上升后下降的趋势,且在吸水72 h时达到最大值;峰面积及比例的最大值出现在胚根伸出时(3 h时峰面积最大值是最小值的4.16倍)。【结论】刺槐种子在吸水萌发过程中存在3种相态的水,其中不易流动水占比最大,各相态水的含量处于一个动态变化过程;随吸水时间的延长,种子内部营养物质开始分解转化,水分结合能力变弱,特别是胚根穿过种皮时,种子代谢活动旺盛,自由水含量大幅增加。     

西梅花色苷浸提工艺及降解特性

为取得较好的浸提效果,获得西梅花色苷浸提工艺条件及相关降解动力学参数,研究浸提溶剂、乙醇体积分数、料液质量浓度、pH值、浸提温度和浸提时间对西梅花色苷浸提效果的影响,同时研究了pH值、抗坏血酸、葡萄糖对西梅花色苷稳定性的影响及降解动力学过程.发现在浸提溶剂为60％酸性乙醇溶液、料液质量浓度1/10 g·mL-1、浸提时间2.0h、pH2.0、浸提温度60℃时获得较好的浸提效果(浸提得率1.52mg·g-1新鲜西梅).在西梅花色苷中添加质量分数0.01％抗坏血酸或10％葡萄糖,并进行加热处理研究其降解过程活化能、反应速率常数及半衰期的变化,同时对西梅花色苷的热降解动力学进行研究,结果表明:西梅花色苷在本研究条件下降解过程符合一级动力学反应,其热降解活化能在pH3.0时为69.12 kJ·mol-,增加或降低pH都使其活化能减小；在添加质量分数0.01％抗坏血酸、10％葡萄糖后,其活化能分别为下降86.49％和73.15％,表明西梅花色苷添加抗坏血酸或葡萄糖稳定性降低.     

污泥干燥速度曲线的分形维数分析

污泥的干燥速度变化是干燥过程中水分运动的宏观表现，对内部微观的传热传质动力学机制有重要揭示。利用功率谱分析对实验所得间接式加热的污泥干燥速度变化进行分形和混沌特性的判别，并提出Hausdorff维数和整体盒维数的计算方法，以分析其分形规律。通过判断得知，污泥的干燥速度变化具有分形特性。速度变化的Hausdofff维数随参数N值的增大而增大，但波动范围变小，且随着干燥过程进行，其值逐渐减小．另一种反映整体变化的维数——盒维数可以采用变换法计算得出，可用于判别干燥过程的整体分形特性。2种方法所得维数显示，污泥种类和干燥温度等对干燥速度变化的分形均有较大影响。     

铀系不平衡在粤北花岗岩风化速率研究中的应用

为探讨粤北花岗岩化学风化过程中所表征的地貌演化和气候环境变化，选取锦江流域为研究区，运用铀系不平衡方法，测试流域内河流水中铀的质量浓度、风化壳及岩石中铀的质量分数、234U与238U的放射性活度比，计算流域中花岗岩的化学风化速率.结果显示:在当前水热条件下，本流域中平均CIA值为86.84的花岗岩风化壳的化学风化速率为0.038 mm/a，即风化1 m厚的花岗岩需要约26 000年；在热带亚热带地区，控制岩石风化的主要因素是高温潮湿的气候条件；铀系同位素之间产生的不平衡适用于量化评估风化作用下水-土-岩三者间的相互作用，也为岩石风化及地表过程的相关研究提供了一种新的示踪手段.     

钢带烧结料层的干燥氧化过程仿真

针对钢带烧结机内铬铁球团的干燥氧化过程，建立一套多尺度的欧拉-欧拉双流体数学模型. 基于收缩核模型计算单个球团的物理化学反应，模型预测结果与现场数据吻合.结果发现生球层的干燥可以分为两阶段:不均匀升速干燥阶段和降速干燥阶段. 在生球层底部，第二干燥阶段会出现干燥速率又升高的现象，此时湿核表面温度为383K. 而当湿核半径小于4.75mm后干燥速率又开始下降. 过湿区的最大水分质量分数为10.2%，比初始值高7.4%. 当铬铁球团的温度达到焦炭的燃点后，焦炭的氧化优先于磁铁矿. 生球层在烧结区出口的平均温度达到1698K，满足生产需求.     

琼脂凝胶中氯化铵结晶生长的形态转化

为了在同一系统中通过改变外部条件得到目前所报道的一些典型的远离平衡态下的几种凝聚形态，研究了NH4Cl在琼脂凝胶中的枝晶生长，实现了在其生长过程中通过改变条件得到不同的形态变化．结果表明，NH4Cl起始质量分数对其结晶形态产生明显的影响，随着起始NH4Cl质量分数的减少，晶体生长形态的不规则程度增加，逐渐由枝晶过渡到密枝；在一定条件下，普通枝晶生长完成以后其生长形态转变为近来人们很感兴趣的曲折(zigzag)结构．产生这种形态转化的原因是琼脂中的NH4Cl结晶有分层生长的现象，随着琼脂凝胶水分的不断蒸发和琼脂表层的干燥和收缩，NH4Cl先在琼脂表层形成枝晶，然后过渡到在琼脂下面结晶成zigzag结构，在不同的结晶层面，生长的结晶体形态不一样．     

TiO2离子筛的制备及表征

采用商品二氧化钛（P25）经过改性、浸渍、焙烧、酸洗和干燥过程制备离子筛，并通过X-射线衍射对样品晶相结构进行了表征，进一步对锂离子的吸附性能进行了研究．结果表明，P25在1173K、焙烧8h后得到了锐钛相TiO2，进一步得到对锂离子具有特殊记忆效应的离子筛；随着浸渍过程Li与Ti摩尔比的增加，前驱体中Li—Ti—O固熔体的量逐渐增加，主要物质为立方晶系的Li1.33Ti1.66O4；经酸浸脱得到的离子筛为锐钛相TiO2，对锂离子的平衡吸附量达到0．7mmol／g．     

铬铁精矿球团烧结工艺与机理

对铬铁精矿球团烧结新工艺以及球团烧结矿冶金性能和固结机理进行研究。研究结果表明:铬铁精矿粒度粗,成球差,必须经过球磨机细磨,使其比表面积达到1 700 cm2/g,才具有良好的成球性;在膨润土配比为1.5%(质量分数)、造球水分为9.0%(质量分数)、造球时间为12 min的条件下,生球落下强度5次/(0.5 m),抗压强度11 N/个,爆裂温度480℃。优化的球团烧结工艺参数为:焦粉用量7%(质量分数)(内配比例30%),烧结混合料水分为9.5%,料层高度为650 mm,干燥温度为300～350℃,干燥负压为4 kPa,干燥时间为3 min,点火温度为1 100℃,点火负压为5 kPa,点火时间为1.5 min,烧结负压为8 kPa,取得了良好的指标:烧结矿产量为3.01 t/(m2.h),转鼓强度为89.33%,固体燃耗为79.19 kg/t。铬铁精矿球团烧结矿在900℃时很难还原,但还原膨胀率只有5%～6%,还原粉化率RDI+3.15大于94%,还原过程将具有较好的强度;在烧结料层的中上部,烧结矿的宏观结构以单个散状球团为主;在烧结料层下部以葡萄状烧结矿为主。铬铁精矿球团烧结矿矿物组成以铁铬尖晶石和硅酸盐矿物为主,单颗粒的球状烧结矿以固相固结为主,葡萄状烧结矿中液相量占30%左右,由固相固结和液相黏结共同维持烧结矿强度。     

高性能冷黏结剂中水泥与乳化沥青相互作用行为的机制探讨

“双碳”背景下以乳化沥青为连续相的高性能冷黏结剂已成为全球道路行业的青睐材料.为充分提升该类非均质多相复合体系材料的工程性能，从水泥和乳化沥青的自身材料特性出发，系统地总结与梳理了不同状态下水泥与乳化沥青相互作用行为特征对高性能冷黏结剂性能影响的关键要点和研究进程.在新拌状态下，阐明了水泥颗粒与沥青液滴在吸附过程中的微观形貌变化特征，凝练了吸附行为的多尺度测试手段及评价指标；在固化过程中，阐明了水泥乳化沥青黏结剂相互作用区的微观结构特征的演化规律，归纳了二者之间相互作用能力的测试与表征方法.结果表明：多尺度表征水泥与乳化沥青相互作用的微、宏观特征，并揭示其在新拌状态和固化过程中吸附行为和强度生成的演变规律，有助于强化对水泥与乳化沥青相互作用行为的理解与表达，为后续乳化沥青类高性能冷黏结剂的研发提供理论依据和实践支撑.     

基于复杂类型数据的发现特征子空间模型(DFSSM)的研究

探讨围绕知识发现领域中较为宏观、较为重大的问题。首先，根据复杂类型数据（包括Web数据、多媒体数据、空间数据、时间序列数据等）所具有的非线性动力学性质和特征，采用模式（定义为Hilbert空间中的矢量）来定量地表征复杂类型数据的多变性及具有的不确定状态和行为，并用模式的变化来刻画其整体知识发现过程的发展和演变规律；其次，以知识发现系统内在机理的研究为基础，构造了复杂类型数据知识发现系统的总体结构模型——发现特征子空间模型DFSSM；最后，用基于Web的文本挖掘系统和基于图像信息（气象云图）的知识发现系统作为实例进行了验证，结果表明DFSSM方法对于非结构化的文本数据及图像数据类型的知识发现过程具有指导性作用。因此，该结构模型具有较好的实用性与普适性，有望拓展到其他复杂类型数据的知识发现过程中。     

油基钻井液侵入对核磁共振测井响应影响的实验研究

油基钻井液可有效降低施工成本，缩短钻井周期，在大斜度定向井、水平井及各种复杂地层钻探施工中应用广泛。然而，油基钻井液侵入会改变井周地层的岩石物理性质，给储层流体识别、测井精细评价带来极大挑战。为了明确油基钻井液侵入对核磁共振测井响应的影响，本文选取新疆准噶尔盆地南缘超深井致密砂砾岩储层岩心，围绕岩石物性、钻井液成分、油水比、流体性质、钻井液侵入时间、温度等六个方面分别开展油基钻井液成分、油基钻井液驱替和油基钻井液渗吸三组岩石物理实验，并分析实验过程中核磁共振T2谱变化特征。结果表明，油基钻井液中的基液组分既能在正向压差作用下侵入井周地层，也可通过浮力和毛管力的作用渗吸进入地层。当地层含水/油时，油基钻井液基液侵入会引起微小孔隙T2谱（＜10ms）横向驰豫时间和谱峰值减小，谱峰逐渐左移；而中孔隙T2谱峰（＞100ms）右移且面积增大；上述T2谱变化速率主要受到地层渗透率、侵入时间和温度影响，钻井液类型、油水比等因素影响有限。     

泡沫灭火剂热老化机理研究

水成膜泡沫灭火剂在长期储存过程中存在由于老化而导致性能下降的问题。为了研究泡沫灭火剂的老化降解机理，分别在60℃和90℃下对灭火剂进行加速热老化192 h，研究了灭火剂在老化前后的性能变化；采用液相色谱-质谱联用技术（LC-MS），通过灭火剂在老化前后的离子流变化分析了碳氢表面活性剂的降解情况；采用核磁共振氢谱法（¹H NMR）定量分析了不同pH环境对碳氢表面活性剂稳定性的影响。结果表明：在60℃和90℃下加速热老化192 h后，泡沫灭火剂的发泡倍率明显下降，pH值显著升高，表面张力未发生明显变化；在90℃下热老化192 h后，烷基链长度在C₁₂以下的碳氢表面活性剂发生了明显降解，烷基链长度为C₁₄和C₁₆的碳氢表面活性剂相对稳定；在90℃下热老化192 h后，糖苷类表面活性剂在酸性和碱性环境下的降解率大于中性环境，甜菜碱类表面活性剂在碱性环境下的降解率大于酸性和中性环境，因此在实际应用时应避免添加导致体系pH大幅升高的组分。     

深层低渗透砂砾岩油藏注CO2吞吐提高采收率实验研究

深层低渗透砂砾岩油藏地层天然能量较低，压裂后产能递减较快，并且由于地层水敏性以及非均质性较强，采取注水开发的效果较差，采出程度较低。为进一步提高此类油藏的开发效率，开展了注CO₂吞吐提高采收率实验研究，分析了生产压力、焖井时间、吞吐周期以及岩心渗透率对吞吐采收率的影响，并结合核磁共振分析实验研究了CO₂吞吐微观孔隙动用特征。结果表明：生产压力越低、焖井时间越长，吞吐采收率越高；随着吞吐周期的增加，周期吞吐采收率和换油率均逐渐降低；岩心的渗透率越大，不同周期的吞吐采收率就越高；注CO₂吞吐的最佳生产压力为26 MPa,最佳焖井时间为8 h,最佳吞吐周期为5次。岩心的孔隙结构对CO₂吞吐过程中原油的微观动用特征影响较为明显，大孔隙发育较少、物性较差的岩心，吞吐初期主要动用大孔隙中的原油，而吞吐后期采收率的贡献主要来自小孔隙，此类岩心整体采出程度较低；而对于大孔隙发育较多、物性较好的岩心，大孔隙中原油的动用程度一直高于小孔隙，并且总体采出程度较高。S-1Y井实施注CO₂吞吐措施后，日...     

Pb-6％Bi合金熔体结构转变及其对凝固的影响

通过Pb-6％Bi(质量分数)合金熔体的电阻率-温度行为，揭示在第一轮升温过程于813.3～1 135.9℃温度区间内发生熔体结构状态不可逆的变化；探索熔体状态对凝固行为与组织的影响，并利用牛顿热分析法(NrA)计算凝固潜热及固相分数随时间的变化。研究结果表明：当合金熔体经历结构转变后，凝固过冷度从5.4℃增大到8.4℃，凝固潜热从5.33×107 J/m3增加到7.08×107J/m3，凝固所需时间由28 s增加到39 s，凝固组织显著细化。熔体结构变化是合金熔体中Bi-Bi共价键原子团簇分解所致，且这一过程是一个熵增的过程，新的熔体结构更加均匀无序；当温度降低时，这些团簇不会重新形成。这会使得凝固形核需要有更大的过冷度，形核率增加，晶体生长速度降低，从而致使组织细化。不同的熔体结构状态对凝固有明显的影响。