TiO2纳米粒子气固相光催化降解乙烯初探

该文对TiO₂纳米粒子气固光催化降解果蔬贮藏环境乙烯技术进行了初步研究。采用溶胶-凝胶法制备的纳米TiO₂薄膜作光催化剂，利用自行设计的气固光催化实验系统，研究了乙烯浓度、紫外光作用时间对光催化降解反应的影响，探讨了乙烯的光催化降解的动力学。结果显示：该研究所制备的TiO₂锐钛矿型含量为48.766%，比表面积为47.186 m²/g，具有良好的光催化性能；光催化降解乙烯比直接紫外线光降解效果显著，光照10 min时光催化乙烯降解率比直接紫外线光降解提高23.76%；乙烯的降解率随着其浓度的增加而降低；乙烯的光催化降解的动力学可以用Langmuir-Hinshelwood动力学方程加以描述。     

介质阻挡放电降解果蔬贮藏环境中的乙烯

为了去除园艺产品贮运环境中的乙烯以达到保鲜效果,该研究采用一种介质阻挡放电（DBD）反应器对乙烯进行降解,对影响乙烯降解的各主要因素进行了考察。结果表明,放电间隙1 mm、放电功率大于15 W、气体流量1.5 L/min时乙烯的降解效果较好,30 min内乙烯被完全降解;产生的臭氧能够更好促进乙烯的降解,但也存在随功率增加臭氧含量突增的缺陷。低温等离子体技术在果蔬保鲜领域是有应用前景的。     

CFD模拟气调库快速降氧过程O_2和CO_2浓度变化规律

O2和CO2浓度对果蔬的贮藏品质有着极大的影响,获得其在气调库内的变化和分布规律可以为气调库优化设计提供理论依据。该文以西安某苹果气调库为研究对象,采用k-ε紊流模型建立了气调库内气体流动、传热与传质的三维数学求解模型,并通过编写UDF程序获得苹果呼吸强度和冷风机送风口O2、CO2质量分数随库内气体组分浓度变化实时数据。经过对该气调库的快速降氧过程数值模拟获得库内O2和CO2浓度随时间变化的规律,并与试验数据呈现较好的一致性,相对偏差平均值为0.027。结果表明库内气体区O2浓度随时间呈指数衰减。该文的研究对象经过4.1 h,气体区O2浓度下降速度小于货物区,此时提高制氮机制氮体积分数会缩短降氧时间。气体区和货物区CO2浓度变化规律相似,升高速度逐渐变小。库内O2和CO2浓度分布在气体区比较均匀,在货物区则存在一定的梯度,货物区中心位置不利于果蔬的贮藏。该文研究对于获取实际气调库降氧时间及选择合理的制氮机,改进气调工艺具有重要参考价值。     

TiO2纳米粒子气固相光催化降解乙烯初探

该文对TiO2纳米粒子气固光催化降解果蔬贮藏环境乙烯技术进行了初步研究.采用溶胶-凝胶法制备的纳米TiO2薄膜作光催化剂,利用自行设计的气固光催化实验系统,研究了乙烯浓度、紫外光作用时间对光催化降解反应的影响,探讨了乙烯的光催化降解的动力学.结果显示:该研究所制备的TiO2锐钛矿型含量为48.766%,比表面积为47.186 m2/g,具有良好的光催化性能;光催化降解乙烯比直接紫外线光降解效果显著,光照10 min时光催化乙烯降解率比直接紫外线光降解提高23.76%;乙烯的降解率随着其浓度的增加而降低;乙烯的光催化降解的动力学可以用Langmuir-Hinshelwood动力学方程加以描述.     

便携式鱼粉品质检测装置的设计与参数优化

为了快速检测鱼粉的品质,该文设计了一种便携式的鱼粉品质检测装置,该装置以微处理器树莓派为核心,主要由气路气体采集、电路数据获取和软件等部分组成,其中气路气体采集主要是采集零气和样品气体,电路数据获取主要是将传感器的电信号进行采集、放大和AD(analog-digital)转换,软件部分则设计了传感器数据采集和清洗等界面,并实时显示采集到的数据。为了研究该装置的检测性能,该文采用响应面法,选取了对检测结果影响较大的气体流量、采样时间、清洗时间作为试验因素,以离散比为试验指标,利用Design-Expert软件对该装置的参数进行优化,得到最优的参数组合,并在最优参数下,验证了检测装置对鱼粉品质检测的可行性和检测性能。试验结果表明:气体流量、采样时间、清洗时间均对离散比影响显著,且显著性影响程度为清洗时间采样时间气体流量,综合考虑各因素,得到最佳参数组合为气体流量2.2 L/min,采样时间39 s,清洗时间77 s,此时离散比实测值为0.579 9。在最优参数下,对不同储藏时间等级的鱼粉样品进行检测,得到不同储藏时间等级逐步判别的正确度为89.4%,可以实现对不同品质的鱼粉进行检测,可为鱼粉品质检测装置的研究提供相应参考和技术支撑。     

基于CFD的养殖污水净化内循环流化床反应器结构优化

针对水产养殖污水净化对内循环流化床反应器的相关要求及流化状态下反应器结构、操作参数与相流体力学行为的密切关系,该文利用构建的描述不同结构、操作参数反应器气液两相流动的计算流体力学数学模型,分析了不同结构、操作参数下反应器液体流场、液体循环流量、气含率的变化规律,得到了对于内径200 mm、底部采用均孔布气盘的反应器,在表观气速为0.5~2.5 cm/s时,导流筒与反应器的内径比0.5,导流筒高度与反应器内径比6,导流筒下端到反应器底部距离50 mm,导流筒上端到液面距离100 mm为最优值;针对液体循环流量,使用相关数学模型求解理论值并与试验值进行比对,通过偏差分析探究了数学模型应用的局限性;使用MATLAB最小二乘法拟合了反应器在最优结构参数下表观气速与液体循环流量、气含率的关系,验证了拟合公式的精确性。该研究为内循环流化床反应器在水产养殖污水处理中的设计应用提供理论和技术参考。     

方波脉冲电压提高光催化降解乙烯反应器性能

为了解以活性炭纤维(activated carbon fiber,ACF)为载体负载Ag沉积TiO2的光电极膜材料((Ag+TiO2)/ACF)在方波脉冲电压(pulsed direct current DC square-wave,PDCSW)下光催化降解冷藏环境中乙烯的效率,该文以自行研制的乙烯反应器为研究对象,该反应器的电压源以数字信号处理器(digital signal processor,DSP)为核心,控制输出方波的幅值、占空比和频率等高精确参数值。试验对催化后的光电极膜材料进行X射线能谱分析(energy dispersive x-ray spectroscopy,EDS)表征,结果表明,方波脉冲作用后对光电极破坏较小,Ag的脱落情况不明显。试验展开直流电压源(direct-current power,DC)和方波脉冲电压源下光电催化降解乙烯效率的比较。结果表明,方波脉冲下乙烯降解速率常数K值2.296×10-4 min-1较直流下K值1.715×10-4 min-1更大,有较高的催化效率。研究了方波电压、占空比和频率对降解乙烯效率的影响,采用二次旋转组合试验和回归拟合,建立了乙烯降解速率常数(K)与参数关系的二次多项式数学模型,验证了模型的有效性,结果表明,随着方波电压不断增大,乙烯的降解速率呈现先增大后减小的趋势,占空比和频率对降解乙烯的影响呈现出与电压同样的变化趋势。利用数学模型找出最优参数组合,电压25.5 V,占空比23%,频率310 Hz,最优K值为0.0002783 min-1。该研究为方波脉冲电压辅助光催化技术的应用和进一步的研究提供科学依据。     

基于CFD数值模拟的平板式微藻光生物反应器比较

为进一步提高微藻光生物反应器的混合与传质性能,在已有多节隔板平板式光生物反应器的基础上设计多级进气,新建立了多级进气多级隔板平板式光生物反应器。构建了普通反应器、多节隔板反应器、多级进气反应器并利用计算流体动力学模拟研究了3种反应器的流动与传质特性。结果表明,模拟结果与相关试验测量值吻合良好,多级进气结构可以带来更明显的级内环流现象,从而使该反应器在液体平均速度、死区比、湍动能、湍动能耗散率、气含率、液相传质系数等性能参数上较前2种反应器均有很大提高。在适合微藻培养的通气率0.4~0.8(每分钟通入反应器的气体体积与反应器实际装液体积之比)内,该反应器的混合及传质性能均表现优异。该工作为平板式生物反应器的设计及优化提供了新的方向。     

脂肪酶连续催化桐油酯交换反应制取生物柴油

为了提高酶法催化桐油制取生物柴油的生产效率,找到适合其工业化生产的工艺,该文探索了固定化脂肪酶连续催化桐油与甲醇酯交换反应制取生物柴油的连续反应工艺条件,在流化床反应器中、43℃的反应温度下,考察了反应液体积流量、脂肪酶填充密度、醇油摩尔比、反应连续时间等因素对单根反应器内连续酯交换反应的影响,得到了单根反应器连续反应条件：反应液体积流量为0.33 mL/min,醇油摩尔比为0.75︰1,脂肪酶填充密度为0.15 g/mL,酯交换率达22%;利用4根相同反应器串联操作,操作参数与单根反应器相同,油脂一次加入,在进入每根反应器前向反应液中加入油脂酯交换反应所需理论甲醇量的1/4,在该连续反应工艺条件下,桐油的酯交换率达到88%～92%。结果发现,本连续反应工艺条件比间歇反应具有更高的生产效率,可以应用于酶法制取生物柴油的工业化生产中。     

肘形进水流道对立式轴流泵水力性能影响的数值模拟

为定量研究肘形进水流道对轴流泵水力性能的影响，实现性能预测，该文采用雷诺时均N-S方程和标准 紊流模型，数值模拟了某肘形进水流道和轴流泵联合运行时的三维流场，获得了水泵的流量～扬程曲线、流量～功率曲线和流量～效率曲线，并与设计进水条件下的水泵性能进行了对比。在该肘形进水流道提供的进水条件下,在计算流量范围内，泵的扬程和效率分别平均下降约8.62%和5.74%，轴功率平均增加约3.56%，最优工况点效率降低了5.99％，流量减少了8.59％。通过5个肘形进水流道设计方案的计算对比发现，流道出口水流的偏流角与水泵性能的发挥密切相关，在相同流量下，水泵效率差值达4.34%。因此，为确保水泵高效、安全地运行，应重视进水流道水力设计优化和面向对象的水泵设计，改善水泵进水条件，减少进水流道对水泵水力性能的影响。     

猕猴桃大帐气调气流组织的数值模拟及优化

为确定合理的猕猴桃大帐气调参数,提高大帐气调贮藏性能,该研究通过模拟猕猴桃在果框内的自然堆叠状态,建立了单个猕猴桃尺度的大帐气调微环境模型,采用数值模拟方法,分析猕猴桃大帐气调过程中N₂纯度、流量、管径、出口高度4个关键参数对降氧时间及气体分布均匀性的影响。基于Box-Behnken原理设计四因素三水平正交仿真试验,利用Design-Expert软件建立响应指标回归模型,对所选取的4个因素进行响应面分析和参数优化。对优化参数组合进行仿真试验,对比优化参数组合条件下响应面回归模型预测值与仿真试验数值模拟值。结果表明：各因素对降氧时间影响由大到小顺序为出气口高度、流量、N₂纯度、管径;对不均匀系数影响由大到小顺序为N₂纯度、出气口高度、管径、流量。猕猴桃大帐气调的最优气调参数组合为N₂纯度96.0%、流量23.0 m³/h、管径50 mm、出气口高度3126 mm,对应的降氧时间、不均匀系数分别为989 s、6.1%。降氧时间响应面回归模型预测值与仿真值之间的相对误差为3.1%,不均匀系数响应面回归模型预测值与仿真值之间的相对误差为8.4%。研究对于大帐气调装备的研发及性能提升具有重要的理论和实际意义。     

正直流电晕放电降解果蔬冷藏环境中乙烯

为了了解正直流电晕放电技术作为一种新的降解园艺产品保鲜环境中乙烯方法的可行性。该文以多针对圆筒内壁式电晕放电反应器为对象,进行了单位体积放电功率、混合气体流量和混合气体相对湿度等因素对电晕放电特性及乙烯降解效果的影响研究。结果表明:正直流电晕放电对乙烯降解有明显的效果,乙烯降解率的半经验模型动力学模型可用Weibull方程来描述;电晕起始电压随混合气体相对湿度、流量的增加而降低,电晕运行电压范围随混合气体相对湿度的增加而增大,但混合气体流量对电晕运行电压范围的影响不大;采用二次旋转组合实验和回归拟合,建立了90%乙烯降解所需的时间(tR)与影响因素关系的二次多项数学模型,验证了模型的有效性,并探讨了单位体积放电功率、混合气体流量和混合气体相对湿度对正直流电晕放电对乙烯降解的影响。为正直流电晕放电技术应用及进一步的等离子体催化技术的研究提供依据。     

微热管阵列式太阳能空气集热-蓄热系统性能试验

该文采用了以微热管阵列(micro heat pipe arrays,MHPA)为核心元件的真空管型空气集热器与新型相变空气蓄热器,设计搭建了以空气为传热介质的太阳能集热-蓄热系统.集热器采用微热管阵列与真空管结合的新形式,蓄热器以相变温度42℃的月桂酸为蓄热相变材料,测试了系统在不同空气流量下集热过程的集热效率,蓄放热过程中蓄热放热的时间、功率,并在不同空气流量下对蓄热器的蓄热、放热特性进行了研究.研究表明:空气流量240m3/h工况下,集热效率最高;蓄热器的蓄热时间和放热时间最短,蓄热功率和放热功率最大,分别是633和486W;而空气流量60 m3/h能提供更加稳定的出口温度与放热功率,在供暖与干燥领域更加适用.集热-蓄热过程和放热过程阻力分别小于327和40 Pa,说明放热过程系统阻力损失较小,选用功率较小的风机就可提供空气流动的动力.     

正电晕放电耦合Ag-TiO_2降解乙烯的动力学及参数优化

为了解直流正电晕-纳米银沉积纳米TiO2光电催化耦合反应系统降解乙烯及调控臭氧的机理及其动力学规律,该文采用多针对圆筒内壁式电晕放电反应器为对象,在模拟园艺产品的冷藏环境中,进行了纳米TiO2的掺银量、放电功率和气流量等因素对乙烯降解和臭氧控制效果的影响研究。结果表明:建立了正电晕放电耦合活性炭纤维(activated carbon fiber,ACF)负载掺银的纳米TiO2(Ag-TiO2/ACF、Ag-TiO2*/ACF)降解乙烯的动力学模型,通过龙格库塔法数值求解微分方程组和最小二乘法得到动力学模型的反应常数,通过对反应常数比较,正电晕放电耦合Ag-TiO2*/ACF催化膜对乙烯降解和控制臭氧浓度具有较优的性能。采用二次旋转组合试验和回归拟合,建立了正电晕放电耦合Ag-TiO2*/ACF催化膜的乙烯降解反应常数、臭氧浓度上限的预测值与影响因素关系的二次多项数学模型,验证了模型的有效性,并优化出反应体系参数。研究结果为正直流电晕放电耦合纳米二氧化钛技术在园艺产品贮运保鲜设备中的应用提供了依据。     

有机磷农药纳米TiO2光催化降解反应器的优化设计

为了提高有机磷农药的TiO2光催化降解效率,以乙酰甲胺磷为降解对象,对光源、反应器结构及两者之间的结合方式、反应器材质等影响因素进行了试验,建立了可有效降解有机磷农药的纳米TiO2光催化反应器。结果表明:以石英材质加工冷阱部分、钠钙玻璃加工外层反应瓶的内照式反应器配以450W、主波长365nm的高压汞灯搭建的反应平台,经评估,当TiO2添加量为0.1g/L时,反应60min可使初始质量浓度为16mg/L的乙酰甲胺磷农药降解率达96.55%。该研究对有机磷农药光催化降解反应器的优化有一定的技术参考价值。     

循环水养殖水处理系统中UVC-LED光反应器的CFD模拟及优化

为探究循环水养殖水处理系统中紫外发光二极管(Ultraviolet C Light Emitting Diode,UVC-LED)光反应器的合理结构,基于计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)的方法建立了UVC-LED光反应器消毒计算模型,并对该反应器进行了验证与优化.结果表明...     

60Co-g辐照改性银掺杂纳米TiO2及光催化降解乙烯

为了解60Co-射线辐照且以活性炭纤维(ACF)为载体所负载TiO2的半导体材料(TiO2/ACF)对光催化降解冷藏环境中乙烯的影响,该文拟采用60Co-辐照制备纳米Ag沉积的TiO2/ACF(Ag-TiO2/ACF)光催化材料,在模拟园艺产品的冷藏环境中,进行了3种不同膜的光催化降解乙烯效果的研究,并利用场发射扫描电镜(FESEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)对所制备的光催化材料进行相关的表征分析。结果表明:在加入分散剂聚乙烯吡咯烷酮后,60Co-辐照能使Ag颗粒较好地负载在TiO2上,TiO2均匀分散在ACF膜上而不发生团聚,且TiO2颗粒晶相改变、尺寸变小,有助于提高Ag-TiO2/ACF的催化效率。Ag-TiO2/ACF光催化降解乙烯的效果用一级动力学速率方程描述;经辐照制备的Ag-TiO2/ACF薄膜比未辐照的TiO2/ACF和辐照的TiO2/ACF薄膜光催化降解乙烯的反应速率常数分别提高了44%和37%。研究结果为TiO2光催化技术的进一步的应用提供了参考。