气-液界面处疏水碳酸钙纳米颗粒的分布行为及其对传质过程影响的研究

在纳米碳酸钙原位改性、碳酸钙基润滑油清净剂制备等过程中,疏水碳酸钙纳米颗粒易富集在气-液界面处并对气-液传质过程造成影响。为揭示疏水碳酸钙纳米颗粒的分布行为,并量化其对传质过程的影响程度,提出利用探索界面处颗粒层流变行为的方法来确定疏水性碳酸钙纳米颗粒在气-液界面上的吸附量,并预测其对传质过程的影响。一方面,通过对界面处疏水碳酸钙颗粒层进行流变测量,量化不同疏水性颗粒加入条件下界面处的表面压力;另一方面,利用膜分散微反应器进行Ca（OH）₂溶液-CaCO₃疏水颗粒体系吸收CO₂的传质行为研究。研究结果表明,碳酸钙纳米颗粒的疏水性和颗粒表面浓度会直接影响颗粒的分布状态,进而改变界面处的表面压力,最终导致传质效率出现差异。当颗粒达到临界浓度、颗粒层呈现不可压缩的流变状态时,气-液传质系数会降低约一个数量级（从10^-3 m/s到10^-4 m/s）。此外,还进一步提出了气-液界面处表面压力与液相中碳酸钙纳米颗粒疏水性和表面浓度关系的计算式,进而确定了气-液体系原位合成改性碳酸钙纳米颗粒的适宜操作范围。     

纳米颗粒表面修饰对纳米流体粘度的影响

纳米流体的黏度受流体温度、纳米颗粒粒径、纳米颗粒浓度等多方面的影响。在前人的研究中,黏度随流体温度的增加而减小,随纳米颗粒粒径的增加而减小,随纳米颗粒浓度的增加而增大,但黏度随纳米颗粒浓度的增大程度不同。通过总结大量不同情况下纳米流体的黏度数据,分析纳米流体黏度随纳米颗粒浓度的增加与纳米颗粒表面性质的关系。分析结果表明:纳米颗粒的添加增加基础流体的黏度;且亲水型纳米颗粒比疏水型纳米颗粒与水形成的纳米流体的黏度高。通过对纳米颗粒表面性质的修饰,可以控制纳米流体黏度的变化,从而影响流体输送过程中的能耗。     

纳米颗粒表面修饰对纳米流体黏度的影响

纳米流体的黏度受流体温度、纳米颗粒粒径、纳米颗粒浓度等多方面的影响。在前人的研究中,黏度随流体温度的增加而减小,随纳米颗粒粒径的增加而减小,随纳米颗粒浓度的增加而增大,但黏度随纳米颗粒浓度的增大程度不同。通过总结大量不同情况下纳米流体的黏度数据,分析纳米流体黏度随纳米颗粒浓度的增加与纳米颗粒表面性质的关系。分析结果表明:纳米颗粒的添加增加基础流体的黏度;且亲水型纳米颗粒比疏水型纳米颗粒与水形成的纳米流体的黏度高。通过对纳米颗粒表面性质的修饰,可以控制纳米流体黏度的变化,从而影响流体输送过程中的能耗。     

烷烃修饰SiO_2纳米颗粒油/水界面吸附特性的分子动力学模拟

采用分子动力学方法对比研究烷烃修饰前后SiO2纳米颗粒在油/水界面的吸附组装行为,分析其密度分布、界面层厚度、界面张力等参量。结果表明:烷烃修饰后纳米颗粒疏水性增强,能自发地快速向油/水界面扩散运移,并在界面形成致密的组装单层膜;烷烃修饰纳米颗粒在油/水界面的吸附能够有效降低界面张力,提高水相对油相的携带能力。     

氨基酸修饰的纳米硫水溶胶的制备与性质

以硫粉与硫化钠为起始原料,采用乙酸为沉淀剂,氨基酸作表面修饰剂制备纳米硫溶胶. 通过透射电镜、激光散射、共振瑞利散射等手段对氨基酸修饰的纳米硫溶胶进行了表征. 研究了水相中氨基酸对纳米单质硫的粒径调控和稳定化作用. 结果表明:氨基酸通过控制单质硫的粒径进行表面修饰,使纳米硫粒径控制在较窄的粒度分布范围. 其中,含硫氨基酸(胱氨酸、蛋氨酸)修饰的纳米硫溶胶最为稳定,粒径50～100 nm,形貌均为分散球形.     

仿生制备氧化锌纳米棒阵列超疏水表面

通过模仿荷叶表面微观结构和表面化学成分的方法,以玻璃为基底在溶液中生长ZnO纳米棒并经表面低自由能化修饰,从而成功制备了ZnO纳米棒阵列超疏水表面.经接触角测量仪表征,该超疏水表面静态水接触角为156°,扫描电镜分析表明所制备的ZnO纳米棒均具有100 nm左右的直径,这种微纳米的复合结构是赋予材料表面超疏水性能的主要因素.最后采用Cassie模型对该超疏水表面的超疏水性能进行了理论分析.     

F修饰对SiO2@TiO2亲疏水性及光催化性能的影响

采用两步法制备了氟修饰疏水性F-SiO_2@TiO_2材料.以三乙氧基氟硅烷(TEFS)为硅源,采用后嫁接的方法在短孔道MCM-41小球表面引入F原子,再利用醇热法在F-MCM-41小球表面生长TiO_2纳米晶颗粒.利用透射电子显微镜(TEM)、X射线粉末散射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、N_2气吸脱附等手段表征了材料的物相组成和表面结构.研究表明:所制备的氟修饰F-SiO_2@TiO_2纳米复合材料为核壳结构,具有较大的比表面积、较好的介孔结构及较佳的热稳定性.同时,TiO_2纳米颗粒在F-MCM-41小球表面分散均匀、结晶度高、颗粒尺寸小且均一、与F-SiO_2结合牢固.重量吸附实验和光催化实验进一步证实F修饰可抑制水的吸附有利于提高F-SiO_2@TiO_2材料的疏水性和对气相有机污染物的光催化性能.     

铜纳米颗粒的制备与表征

 在乙醇-水体系中,碱性条件和CTAB的存在下,以硼氢化钠为还原剂,硝酸铜为铜源,制备了铜纳米颗粒的水溶胶;然后以S-十二烷-N-二硫代氨基甲酸酯-聚丙烯酰胺(PAMDTCD)为修饰剂和相转移剂,将铜纳米颗粒从水相转移到油相中.利用FTIR,TEM,XPS和XRD对所得的铜纳米颗粒进行了表征.结果表明,PAMDTCD能在铜纳米颗粒表面形成紧密的吸附层,有助于提高铜纳米颗粒的稳定性和分散性.     

全氟癸基硅烷(PTES)修饰微纳结构超疏水表面耐久性研究

为了探究全氟癸基硅烷(PTES)修饰化学刻蚀的铝基底制备的超疏水表面的耐久性及其丧失超疏水性的原因,探讨了该超疏水样品在海水和自然环境中的耐久性,采用液体压力研究模拟样品在不同深度的海水中的行为,并通过电镜及X射线光电子能谱仪分析了超疏水性变化的原因.结果显示:超疏水样品在自然环境中展示出了较好的稳定性和耐久性,而抗海水腐蚀性则显不足,尤其是在水压下,其变化主要是微纳结构被破坏,使表面趋于平整.     

电化学沉积法制备超疏水镍薄膜

通过电镀方法在铜基体表面制备出了粗糙镍表面,SEM照片显示镍层呈现纳米针状结构,接触角测试表明水在其表面接触角约为112°,调节电镀时间,增大纳米针尺寸并不能实现超疏水性.在针状镍表面继续施加化学镀,对微结构进行修饰,SEM照片显示当化学镀达到1min时,纳米针尖被球冠状结构所代替,水在表面接触角增至152.3°,这表明镍表面成功地从疏水性转变成了超疏水性.     

减阻纳米颗粒吸附岩心表面的去水湿作用机制与实验

疏水纳米颗粒吸附在岩心孔壁发生去水湿,形成超强疏水层,是纳米颗粒吸附法降压增注技术的关键。采用热力学理论研究疏水球状纳米颗粒在亲水表面吸附后产生去水湿的临界覆盖率,利用实际储层参数讨论纳米颗粒吸附表面诱发去水湿的主要因素及影响规律,分析去水湿的力学机制;开展纳米颗粒吸附岩心表面的去水湿模拟实验,研究岩心表面润湿性的变化和纳米颗粒的覆盖率。结果表明:岩心表面发生去润湿现象要求纳米颗粒覆盖率大于临界覆盖率;增大颗粒接触角和基底接触角,减小纳米颗粒粒径,降低液气压差,都可以降低临界覆盖率,有利于产生去水湿;疏水纳米颗粒吸附在岩心表面,使表面接触角从30°增加到127°,颗粒覆盖率达到74%,大于临界覆盖率72%;去水湿现象确实可以通过疏水纳米颗粒吸附诱发产生,验证了理论分析的准确性。     

RAFT聚合制备两亲性嵌段共聚物及其应用研究

研究用两亲性嵌段共聚物和纳米二氧化硅制备超疏水表面.采用可逆加成-断裂链转移聚合法(RAFT)合成了两亲性嵌段共聚物聚甲基丙烯酸叔丁酯-b-聚(4-乙烯基吡啶),用红外光谱,核磁共振,凝胶渗透色谱对聚合物进行了表征,将嵌段共聚物接枝到纳米二氧化硅上,形成一个有机无机杂化材料,通过调节pH值来控制杂化材料在水中的聚集行为,构筑了微纳双重结构的粗糙表面.该表面为超疏水表面,对水接触角达151°,滚动角5°.扫描电镜分析表面形貌表明:具有微纳双重结构的类似荷叶表面是形成超疏水的根本原因.     

单分子层表面修饰铜纳米颗粒的制备方法

在乙醇-水体系中,以N,N'-二丁基二硫代氨基甲酸烷基酯为修饰剂,在NaOH和十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)存在下,用硼氢化钠还原硫酸铜,制备了粒径、形貌可控的单分子层表面修饰铜纳米颗粒.利用FT-IR、TEM、XPS、UV-Vis等手段对铜纳米颗粒进行了表征.结果表明:修饰剂对铜纳米颗粒的粒径大小、分布、形貌有一定影响,N,N'-二丁基二硫代氨基甲酸烷基酯能在铜纳米颗粒表面形成较紧密的吸附层,有效提高了铜纳米颗粒的稳定性和分散性,并且随着修饰剂烷基链的增长,铜纳米颗粒的粒径略有增大.     

旋转流场中颗粒群的运动特性

建立了颗粒群在部分充液旋转容器内水相中运动的非稳态理论模型并进行数值模拟,研究了旋转流场中颗粒群的运动特性.分析了旋转容器内流场、颗粒群演化、颗粒运行轨迹及液体黏度和颗粒密度对颗粒群在水相中分散性能的影响.通过将数值模拟得到的流场中颗粒及速度分布与文献实验数据进行对比,验证了所建立理论模型的合理性.研究结果表明:在旋转容器内水相流场中存在涡流,颗粒群在旋转流场及涡流的作用下运动并逐渐分散至整个水相区域.随着液体黏度的增加,颗粒群在旋转容器内水相中分布更加均匀;颗粒密度的增加,导致颗粒分散驱动力下降,使得颗粒群聚集在水相的旋出侧附近.     

微细鳞片石墨分散性

采用沉降法研究了微细鳞片石墨在水介质中的分散行为,考察了12种药剂对微细鳞片石墨的分散效果,通过测试加入分散剂前、后颗粒表面Zeta电位、悬浮液粘度的变化及颗粒间相互作用能的计算,研究了分散剂的作用机理.研究结果表明:传统表面活性剂对微细鳞片石墨分散效果不佳,高分子化合物羧甲基纤维素钠和聚丙烯酸钠是微细鳞片石墨的良好分散剂,加入分散剂使颗粒表面Zeta电位绝对值变大,提高了悬浮液的稳定性,降低了体系的粘度,分散剂的最佳质量浓度为500mg/L,合适的pH值为8.5～10.5;疏水性石墨在水介质中的分散行为不符合经典DLVO理论,颗粒表面疏水化作用对其分散和聚团起主导作用,分散剂通过增大静电斥力和空间位阻起作用.     

Au/CaTiO_3纳米复合材料的模拟太阳光光催化性能

采用聚丙烯酰胺凝胶法制备出CaTiO_3纳米颗粒,通过光还原法将Au纳米颗粒修饰在CaTiO_3表面,获得Au/CaTiO_3复合光催化剂.利用X射线粉末衍射技术(XRD)分析产物的物相,通过透射电子显微镜(TEM)观察样品的微观形貌,采用紫外—可见光分光光度计(UV-Vis)测试样品的漫反射光谱.在模拟太阳光的照射下,以罗丹明B(RhB)作为目标降解物,研究样品的光催化性能.结果表明:CaTiO_3颗粒表面沉积了粒径分布在6~13nm之间的Au纳米颗粒,在Au/CaTiO_3的漫反射光谱中发现了Au纳米颗粒表面等离子体共振吸收峰,Au纳米颗粒的修饰明显提升了CaTiO_3的模拟太阳光光催化活性.     

二氧化钛表面修饰的氧化锌纳米棒膜的光催化性能

采用两步化学法制备了氧化锌纳米棒膜,再通过溶胶-凝胶法对氧化锌纳米棒膜进行二氧化钛表面修饰改性．通过XRD、SEM和模拟太阳光下的光催化降解实验等手段研究和分析了氧化锌纳米棒的生长行为及光催化活性．结果表明：两步化学法所制备氧化锌纳米棒主要为C-轴取向生长;二氧化钛表面修饰后可以明显改善氧化锌纳米棒膜的光催化活性和光催化稳定性．     

选择性渗透水泥石作用机理

通过水泥熟料颗粒表面的Zeta电位、相对润湿接触角的测定,考察了高分子聚乙二醇（PEG）的加入对于水泥颗粒表面性质的影响,为进一步分析水泥熟料颗粒的表面特性与水泥石选择性渗流之间的关系提供了理论基础。实验研究表明：在ωPEG〈0.0l时,水泥颗粒表面相对水湿性递增,颗粒的负Zeta电位增长幅度较小,水的相对渗透率增长较快。随着PEG浓度的增加,水泥颗粒相对油湿性增强,负Zeta电位量下降,水的相对渗透率下降,油相的相对渗透率变化缓慢。     

一步喷涂法制备低黏附的超疏水颗粒表面

采用硬脂酸和十八烷基三氯硅烷分别对商业来源的ZnO、TiO2和SiO2颗粒进行修饰得到相应的疏水颗粒.然后利用简单的一步喷涂法通过喷涂所制备的疏水颗粒的无水乙醇悬浮液制备自清洁型的超疏水颗粒表面.通过红外光谱(FT-IR)、X-射线光电子能谱(XPS)、X-射线粉末衍射(XRD)证明低表面能物质成功地修饰在这些氧化物表面;用扫描电镜(SEM)观察超疏水表面形貌发现表面团聚现象比较严重;用DSA100型接触角测量仪测量所制备的超疏水颗粒表面对水滴的静态接触角高达160°,滚动角小于5°,说明该表面具有良好的超疏水性能.     

疏水性纳米碳酸钙的原位合成

在甲醇溶液中通过自制表面活性剂的控制, 成功制备出疏水性纳米碳酸钙. 采用扫描电镜、 透射电镜、 X射线衍射、 红外光谱、 热重分析和接触角测试对产品进行测定. 结果表明, 表面活性剂在反应过程中不但控制晶体的成核生长, 同时还能对碳酸钙表面 进行修饰. 通过控制反应条件, 得到了粒径为40 nm的椭球型纳米碳酸钙粉体, 产品晶型为文石和方解石型, 表面活性剂与碳酸钙形成化学键合,制备的粉体产品为疏水性, 成功地对碳酸钙进行了原位表面修饰.