磁场特性与作用方式对HCFC-141b气体水合物生成过程的影响

通过实验研究考察了静态磁场和旋转磁场下磁场特性与作用方式对低压制冷剂HCFC-141b气体水合物生成过程特性影响, 重点研究在不同磁场条件下的气体水合物结晶形态、生成温度和引导时间三个重要因素. 试验结果发现, 适当的旋转磁场对提高水合物生成温度、降低过冷度、减少引导时间、提高生成速度有显著的作用, 使结晶形态混杂致密; 而适当的静态磁场则使水合物形态规整, 有利于提高传热性能.     

用激光散射法研究冷冻剂R12水合物的生成动力学

建立了高压混相全透明循环管路装置, 装置中配备有水合物生成器、激光粒度仪和控温系统等, 工作压力可达4 MPa, 用来研究水合物生成动力学行为. 利用激光散射方法, 测定了0.24和0.32 MPa下, 温度为277.1 K 时, 冷冻剂CCl₂F₂, 即R12, 生成水合物的颗粒尺寸和分布, 液体流量范围为300~1400 L/h. 并使用Rosin-Rammler分布分析了所测粒径分布数据. 实验结果表明, 反应初期水相中水合物粒子的直径增加很快, 随着水合物的大量生成, 水相中水合物的浓度不断增加, 水合物颗粒的尺寸逐渐趋于稳定. 在液体流量较大和压力较高的情况下所生成水合物颗粒的浓度较大. 根据物料平衡, 建立了水合物的粒度生长模型, 将水合物生成气消耗量与所生成水合物粒度分布相关联. 基于由粒度生长模型算出的气体消耗量与实测值相近.     

纳米磁性液体对多元多相体系结晶特性的影响

以HCFC141b气体水合物结晶生成体系为对象,通过实验研究了磁场作用下纳米磁性液体对多元多相体系结晶生成特性的影响.重点研究了互不相容的水相与HCFC141b液相间、水相与气相(水蒸汽与HCFC141b蒸气)间的质量传递现象.结果发现,在旋转磁场作用下,纳米磁性液体能显著增强相间的质量传递和热量传递,使得结晶生成性能包括生成温度、生成速率等得到很大的提高.     

十二烷基硫酸钠对甲烷水合物生成过程影响研究

根据甲烷水合物含气率高、分解速度慢等特性,提出利用高压注水技术和表面活性剂促进作用促使矿井瓦斯水合化以预防煤与瓦斯突出的思路。进行了3·6~12℃、7·82~12·26MPa条件下两种浓度体系(10mmol/L和0·3mmol/L)中十二烷基硫酸钠(SDS)对甲烷水合物作用效果的实验研究,结合水合物诱导时间、生成速度及含气率等计算对实验数据进行了分析,并运用表面张力法测得8℃时SDS溶液的临界胶束浓度(CMC)为2·5mmol/L。结果表明,高浓度体系对水合物生成速度、含气率的影响较之低浓度体系的更强,但是低浓度体系中水合物生成的诱导时间却较短,表面活性剂溶液浓度超过其CMC后对水合物的生成影响显著。     

3A分子筛对四氢呋喃水合物生成过程的影响

用显微镜从微观角度研究了0℃以下常压四氢呋喃-水体系中加入3A分子筛粉后THF水合物的生成过程,结果表明3A分子筛的存在能诱发水合物的成核,促进THF水合物的生成,提高THF水合物的生长速率;有3A分子筛存在时,THF水合物晶体的生长速率介于0．01～0．05gm／s之间;相对于无3A分子筛存在的体系,THF水合物晶体的生长速率提高约4nm／s;在相同条件下,THF水合物晶体长成后大晶体还会发生部分变化和重组。     

HCFC-141b致冷剂气体水合物结晶生成过程及其分形生长模型

通过对致冷剂HCFC-141b气体水合物结晶生成过程的显微观测研究,得到了水合物的结晶生成过程微观图像,认为水合物的生成是由于HCFC-141b致冷剂与水在过冷的条件下在界面接触处率先成核,成核诱导与致冷剂的扩散导致水合物不断长大,并呈现出枝状生长的现象.对水合物生成过程中不同阶段的图像进行维数计算,结果表明该水合物结晶生成过程初期属于分形生长,其生长的维数为1.52.应用分形理论,建立了HCFC-141b水合物结晶生长的RIN-DLA (Random Inducement Nucleation-Diffu-sion Limited Aggregation)模型,并对水合物的结晶生成过程进行了计算机模拟,计算并比较了实际图形和模拟图形的维数.     

5A分子筛粉末对四氢呋喃水合物的生成及分解过程的影响

在低于0 ℃和常压下, 将粉碎并筛分后的成型5A分子筛粉末加入四氢呋喃-水(二者质量比为19:81)体系中, 用显微镜观察5A分子筛粉末的存在对四氢呋喃水合物生成和分解过程的影响. 结果表明, 5A分子筛粉末能够促进四氢呋喃水合物的生成. 5A分子筛粉末存在下, 四氢呋喃水合物生成方式主要表现为两种, 脉状生成和块状生成; 同时5A分子筛粉末能够提高四氢呋喃水合物结晶所需要的温度, 降低四氢呋喃水合物的分解温度; 而且5A分子筛粉末粒径的大小及分布对四氢呋喃水合物生成及分解的特性也有很大影响.     

气体水合物膜生长动力学研究进展

由于大多数水合物客体不溶于水,水相与客体相界面首先形成一层气体水合物膜,气体水合物膜生长是水合物生长的主要形式,研究水合物膜生长规律对于理解水合物生长动力学及进一步开发促进和抑制水合物生长的应用技术具有重要意义.本文综述了近年来气体水合物膜生长形态、横向生长和增厚生长的理论和实验研究进展.首先介绍了不同客体-水体系(包括气/液界面、液/液界面和气-液-液体系)形成的水合物膜生长形态随实验条件的变化规律,然后分别从横向生长和增厚生长两方面总结了水合物膜生长的实验和模型方面的研究工作,阐述了常见的膜生长速率和膜厚度的测量方法,分析了水合物膜生长的传热和传质机理.同时展望了未来水合物膜生长研究的发展方向.     

磁场对苯胺微乳液聚合体系相行为的影响

通过十二烷基苯磺酸钠(SDBS)/正丁醇(n-butanol)/苯胺/水微乳液体系的拟三元相图,考察了恒定磁场(0.4T)和助表面活性剂与表面活性剂的质量比(Km=mn-butanol/mSDBS)对苯胺微乳液聚合体系的相行为、电导行为以及微乳化作用的影响.结果表明:随着体系醇含量的增加,微乳区面积先增大后减小,当Km值为1.0时,形成的微乳区最大;外加磁场可以增大微乳区面积.通过对外加磁场条件下溶液电导率随水含量变化规律的分析,印证了拟三元相图的表征结果.透射电镜分析结果表明,磁场条件下合成的聚苯胺颗粒比无磁场条件下合成的聚苯胺颗粒小.     

超声波作用下天然气水合物的形成

实验搭建了一套高压条件下超声波作用于天然气水合物反应的装置系统，该系统中超声波的频率为20kHz，功率为0-150W可调。利用该装置研究了超声波对天然气水合物生成过程和引导时间的影响。实验发现声场中生成特征曲线诸如温度、压力、流量等随着时间的推迟与静态反应时不同，反应引导时间约缩短至静态时的1／6，分解后重新反应引导时间甚至缩短至静态的1／10。水合物成核速率提高是由于超声波提高了传质系数、成核点浓度和过饱和度，而降低了界面能。     

基于转化率法研究冰粉生成乙烯水合物的动力学及THF非常规抑制作用

利用压缩因子Z修正理想气体状态方程,得到冰粉生成乙烯水合物过程中冰体积的转化率,并结合Avrami方程与Arrhenius方程研究温度、压力及四氢呋喃等可控因素对冰粉生成乙烯水合物的影响规律和动力学行为.结果表明,乙烯与冰粉反应生成水合物时不存在诱导期,乙烯在冰粉表面快速成核并在一维方向上等速生长.在乙烯初始压力为4.90 MPa,温度在260.05~269.75 K范围内,冰粉合成乙烯水合物活化能E_a=21.28 kJ/mol,温度为269.75 K时,冰粉的最终转化率达19.20%.随着压力(1.98~4.90 MPa)和温度(250.46~269.75 K)升高,冰粉转化率也增加.THF降低了冰粉转化率和转化效率,分子尺寸效应表明THF在冰粉生成乙烯水合物过程中存在非常规抑制作用.     

I型和II型结构气体水合物的记忆效应

利用水合物二次生成实验装置, 采用“定容法”对I型(甲烷、二氧化碳)和II型(丙烷)结构气体水合物的二次生成进行了实验, 研究了不同结构水合物(I型、II型)彼此间的记忆效应, 发现水合物生成过程存在明显的诱导期, I型结构水合物间在二次生成过程中存在着记忆效应. I型与II型结构水合物之间在相互二次生成过程中存在着显著的记忆效应.     

环丙沙星水合物与无水合物晶型的相互转变(英文)

化合物的水合状态有赖于结晶溶媒中水的活度(aH2O).通过制备不同体积比水-有机溶媒的潜溶剂来控制aH2O,用粉末X射线衍射(PXRD)、热重分析(TGA)和差示扫描热量(DSC)等方法表征在具有不同aH2O的水-甲醇中平衡一段时间后的过剩环丙沙星固体的结晶状态.同时采用高效液相色谱测定环丙沙星水合物、无水合物以及它们的混合物在具有不同aH2O的水-甲醇混合溶液中的溶解度.结果表明溶解度变化规律与在相应aH2O的水-甲醇中多余固体的晶型变化规律基本一致.利用实验所得数据构建了环丙沙星无水合物/水合物相稳定性与aH2O的关系图.将该图像与放置于室温以及一定相对湿度条件下时间长达十二周的样品的PXRD数据对比,表明本实验所用的研究方法能够快速、精确地预测无水合物与水合物之间的相互转变过程以及水-有机溶媒的aH2O对它们的相对稳定性的影响.     

水分子对α相CL-20热分解机理影响的分子动力学研究

研究六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)晶体不同晶型在不同温度下的反应机理, 对于深入认识含能材料在极端条件下的冲击起爆、冲击点火和爆轰过程等具有重要意义. 基于反应力场, 研究水分子在纯α相CL-20及其水合物的晶体结构中数量随时间的变换, 分析水分子对两种体系的初始分解和第二阶段的分解路径的影响. 计算结果表明: CL-20 分子的初始分解路径与水分子无关, 第二阶段的分解反应与水分子有关. 在低温(T<1500 K)下, 水分子对两种体系没有影响, 二者的初始分解路径均为N-NO₂键生成NO₂自由基; 在1500 K≤T≤2500 K时, 水分子作为反应物或与NO₂、、OH自由基等组成催化体系, 生成O₂、H₂O₂等产物, 加速水合物体系在高温下的第二阶段反应, 使得高温下水合物体系的化学反应速率和反应生成的NO₂自由基的数量比纯CL-20体系的化学反应速率和反应生成的NO₂自由基的数量大; 在T>2500 K时, 水分子的催化反应抑制CL-20初始分解反应, 使得在3000 K时纯CL-20体系的反应速率大于水合物体系中CL-20的反应速率.     

MFI/MFI核壳分子筛的合成及催化性能研究

通过对核相ZSM-5的预处理步骤和在温和水热条件下的二次生长, 合成了壳层硅铝比高、核相硅铝比低、纳米晶壳层致密的MFI(核)/MFI(壳)型核壳分子筛材料. 考察了晶化温度和晶化时间对高硅壳层MFI/MFI核壳型沸石分子筛的合成的影响, 其适宜的合成条件为晶化温度高于130 ℃, 晶化时间19 h. 核相ZSM-5的预处理步骤对于成功合成此特殊核壳型分子筛材料十分关键. 与普通ZSM-5沸石分子筛相比, MFI/MFI核壳分子筛在催化甲苯甲基化反应时的失活效率显著降低.     

磁场辅助沿面介质阻挡放电对所制备等离子体活化水化学活性及灭菌效应的影响

利用磁场辅助大气压空气沿面介质阻挡放电制备等离子体活化水,研究了不同放电电压与放电频率下有无磁场时放电制备的等离子体活化水的溶液性质,结合气液两相相关化学反应网络,分析了磁场影响放电制备等离子体活化水的机理;并比较了不同放电条件下有无磁场制备的等离子体活化水对大肠杆菌的杀灭效果.结果表明,磁场的加入能通过影响电子碰撞反应,进而影响后续的链式化学反应和液相次级反应进程,提高等离子体活化水的酸度、电导率及NO₃^-,NO₂^–,H₂O₂和ONOOH的浓度,增强对大肠杆菌的灭活效果.对于获得相同的杀菌效果,磁场的引入显著降低了所需的放电电压和放电频率、降低了能耗.等离子体活化水中的H⁺,H₂O₂,ONOOH等活性物种对杀菌具有协同效应.磁场辅助高电压-高频率放电时液相各活性物种的提升最显著,此时杀菌效应的提升也最明显.     

气体水合物垂直换热管外融冰快速成核与静态渗透生长

通过HCFC141b气体水合物在一根垂直换热管外的生成过程可视化实验研究, 发现了融冰快速成核以及水沿垂直换热管自发渗透入客体相中连续生长气体水合物的现象, 并分别利用周公度和Sloan的假说以及表面自由能理论对这两种现象进行了机理性解释, 进而研究出一种新型的气体水合物生成方法——气体水合物换热管外融冰渗透生长方法. 由于不需要机械扰动, 利用该方法生成的气体水合物非常密实, 含水率低, 克服了机械扰动系统中能耗高且生成的水合物含水率高的缺点, 将促进气体水合物储气或蓄冷等应用技术的发展.     

Pt/TiO2上苯和乙烯光催化氧化过程的磁场效应

以Pt/TiO₂为催化剂和365 nm紫外光为光源, 在低于0.2 T的磁场强度范围考察了磁场对苯和乙烯光催化氧化反应的影响. 实验发现, 当用紫外灯管作光源并靠近磁场磁极或者置于磁场磁极间隙内照射反应器时, 磁场可显著提高气相苯和乙烯的光催化转化率和矿化率; 而当光源远离磁场磁极而通过光导纤维传导照射到反应器上时, 磁场对这两个反应没有促进作用. 在前一种情况下, 紫外灯管的发光强度随磁场的增强而提高, 磁场对这两个光催化降解反应的促进作用被证实是由于磁场提高了紫外灯管的发光强度, 进而为反应提供了更多的光能和使反应温度升高所致；在后一种光照方式下, 由于光源不受磁场影响, 磁场对这两个光催化反应不产生影响. 这一研究结果表明, 在所研究磁场强度范围, 磁场对气-固相光催化反应没有任何本征影响.     

水中悬浮气泡法研究水合物生长动力学

提出了利用测定温度、压力与水中悬浮气泡表面上水合物生长速度的关系, 以获得普遍适用的水合物生成动力学数据的新实验方法. 采用Gibbs自由能差作为反应推动力对所测的甲烷、二氧化碳气泡水合物生长动力学数据进行了关联, 取得了较好的效果. 对实验中发现的新现象进行了描述和解释.     

天然气水合物抑制剂用高分子研究进展

海底天然气开采过程中,甲烷和水可以形成天然气水合物,阻塞油气管道。本文先简要介绍高分子化合物用于水合物抑制剂的发展过程,从抗冻抑制剂的结构与性能关系,探讨了高分子型的低剂量天然气水合物抑制剂的特性、作用机理和主要影响因素。近年来的研究发现在寒冷地区海洋鱼类和昆虫体内存在一些抗冻蛋白,不仅能够降低水的冰点,而且能抑制天然气水合物的形成,是绿色环保的天然抑制剂,模拟这些具有抗冻性能的蛋白质结构的高分子化合物为今后水合物抑制剂研究提供一个新的发展方向。本文还提出了今后值得开展研究和应用的若干问题。