低浓度纳米颗粒在剪切流中扩散、吸附的简单模型.pdf

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1、第66卷第1期化工学报Vl01．66No．12015年1月CIESCJournalJanuary2015荑j3j；；030≥{)：；：低浓度纳米颗粒在剪切流中扩散、吸附的简单模型乔崇智，刘文君，付林伟，白志山，赵双良，刘洪来(华东理工大学化学工程国家重点实验室，上海200237；华东理工大学国家环境保护化工过程环境风险评价与控制重点实验室，上海200237)摘要：剪切流场中粒子扩散、吸附的微观机理探索为提高分离、传递等典型化工过程的效率提供理论依据。针对旋流分离过程中低浓度污染物纳米颗粒在剪切流场中被螯合剂大颗粒(又称吸附大颗粒)吸附及扩散过程构建近似理论模型，研究了污

2、染物颗粒扩散及螯合剂捕集吸附与剪切流速度的关系。结果表明，剪切流的存在对于颗粒的吸附过程起到强化的效果，剪切流速度越大效果越强，而吸附的方向(朝向或远离吸附大颗粒)只取决于吸附大颗粒及溶液的特性，此外低浓度污染物纳米颗粒被捕集吸附的过程主要与颗粒的扩散有关。推导了扩散时间的简洁解析表达式，扩散时间与吸附大颗粒浓度的4／3次方呈反比，与粒子的体积大小呈正比。剪切流对吸附的影响及捕集吸附时间的估算，为物理化学吸附结合旋流分离处理污染物等技术开发提供理论指导。关键词：自转；吸附；污染物；扩散；时间；模型DOI：10．119490．issn．0438—1157．20140912

3、中图分类号：TQ013．1文献标志码：A文章编号：0438—1157(2015)01—0132—10Theoreticalstudyonadsorptionofnanoparticlesindilutec0ncentrati0nundershearflowQIAOChongzhi，LIUWenjun2，FULinwei1，BAIZhishan2，ZHAOShuangliang，LIUHonglai(1StateKeyLaboratoryofChemicalEngineering,EastChinaUniversityofScienceandTechnology，Shan

4、ghai200237，China；StateEnvironmentalProtectionKeyLaboratoryofEnvironmentalRiskAssessmentandControlonChemicalProcess，EastChinaUniversityofScienceandTechnology，Shanghai200237，China)Abstract：Fundamenta1studyofdiffusionandadsorptionofnanoparticlesundershearflowprovidesatheoreticalbasisfordesi

5、gningmoreeficientprocessesforseparationsandtransportations．Inthiswork，themechanismofchelatingparticles(ChP)trappingcontaminantparticles(CoP)inhydrocyclonewasaddressed．Byconstructingsimpleyetmeaningfultheoreticalmodels，theefectsofshearflowonadsorptionswereinvestigated．Rotationalspeedonlys

6、trengthenedadsorption，whereasadsorptiondirectionwasdeterminedbyintrinsiccharacteristicsofadsorbentsandsolvent．Besides，thecapturetimeofCoPwasdominatedbythediffusionprocessofCoPinthesolvent，towardswhichasimpleequationforestimatingdiffusiontimewasderived．Difusiontimewasinverselyproportional

7、tothe4／3powerofChPconcentrationbutdirectlyproportionaltotheaveragedvolumeofasingleCop．Currenttheoreticalstudyprovidedguidanceforimprovingeficiencyofseparatingcontaminants．Keywords：rotationefect；adsorption；molecularcontaminants；difusion；time；model2014—06．18收到初稿，2014．09．12收