硅基干水固化气体的动力学特性研究

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1、硕士学位论文硅基干水固化气体的动力学特性研究学科专业：化学工艺研究方向：胶体界面化学作者姓名：张地伟指导教师：周威副教授所在学院：理学院二〇一六年五月StudyonDynamicCharacteristicsofDryWaterSolidifyingGasesDissertationSubmittedtoBeijingTechnologyandBusinessUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementfortheDegreeofMasterofEng

2、ineeringByZhangDiweiDissertationSupervisor：AssociateProfessorZhouWeiMay学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作所取得的研究成果。除了文中已经注明引用的内容外，论文中不包含其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律后果完全由本人承担。作者签名：日期：年月日摘要干水（DryWater，简称DW）是一种由去离子水

3、和疏水性二氧化硅粒子在空气中高速搅拌制得的具有粉体流动性而内部包含大量水的材料。实际上，干水可看作类“油包水”的微乳液体系，准确的说是一种反相泡沫体系。组成上，干水中水粒子表面被疏水性的二氧化硅粒子所包围，二氧化硅粒子之间形成的网状结构防止了各水滴间的凝聚，进而增大了水滴的比表面积，使干水具有高分散性。根据干水的特殊结构与性质以及其在固化气体上的广阔应用前景，本文系统的研究了疏水性二氧化硅（GW100、D10、R202）的理化性质，得到二氧化硅的疏水性大小：GW100＜D10＜R202。以疏水性二氧

4、化硅与去离子水制备干水，并在显微镜下观察干水的微观形貌。得到疏水性二氧化硅与去离子水的最佳配比为5.5:94.5的质量比，搅拌时间90s为最佳。干水的微观形貌与二氧化硅粒子疏水程度相关，即疏水性越大，形成的干水颗粒分散性越好，显微镜下干水颗粒越明亮。此外，研究了干水固化CO2气体的动力学特性。探究温度对干水吸附CO2气体的动力学影响，在系列温度293K、288K、283K、278K、276K、273K下，得到278K时干水吸附CO2气体的气体体积容量最大。在278K下比较微米级和纳米级疏水性二氧化硅

5、的干水，根据微米和纳米二氧化硅干水吸附CO2气体的动力学得到：干水的二氧化硅层厚度决定了干水吸附CO2气体的吸附速率和气体体积容量。即微米外壳干水具有较大的吸附能力，而纳米外壳干水有更快的吸附速率。通过结合高、低初始压强下可溶性NH3的吸附动力学，证明了微米外壳可以增加干水的稳定性和分散性，而纳米外壳则使气体分子更快进入干水内核。利用分子动力学模拟二氧化硅层的尺寸效应对干水吸附气体初始阶段的影响，发现二氧化硅层（区域I）附近的气体分子浓度高于水核附近区域(区域II)。随着二氧化硅球体的增大，区域I中

6、CO2气体减少，气体更容易达到稳定状态。最后，探究添加剂对干水固化气体的动力学特性影响，分别添加十二烷基硫酸钠（SDS）、α-环糊精（α-CD）、β-环糊精（β-CD）到干水体系。添加SDS的干水吸附NH3的动力学研究中，得到SDS可以加快气体的吸附速率但不能提高气体的吸附量。一定添加量的α-CD可以提高干水吸附CH4和CO2气体的气体体积容量。相比于α-CD，添加β-CD会一定程度的降低干水吸附气体的量。关键词：干水；二氧化硅；稳定性；固化气体；α-环糊精IAbstractDryWater(DW)

7、,akindoffree-flowingpowder,containsalotofwaterwithhighdispersiondegreebymixingwater,hydrophobicsilicaparticles,andairathighspeeds.DWisactuallyawater-in-airemulsion,morecorrectlyaninversefoam.InDW,waterdropletsaresurroundedbyhydrophobicsilicaparticles.T

8、henetworkofsilicaparticlespreventswaterdropletscoalescence,andenhancesthedispersionofwater.Asaresult,theDWsystempossessesveryhighspecificsurfacearea.Accordingtothestructure,properties,andpotentialapplicationofDW,thisworkfocusesonprepara