超声波强化多孔介质中油类污染物脱除过程的机理研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    51906159
  • 项目类别：
    青年科学基金项目
  • 资助金额：
    24.0万
  • 负责人：
    赵芳
  • 依托单位：
    上海应用技术大学
  • 学科分类：
    E0603.传热传质学
  • 结题年份：
    2022
  • 批准年份：
    2019
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2020-01-01 至2022-12-31

项目摘要

The low deoiling efficiency is a critical problem for recycling processing of oily solid waste. For solving this urgent problem, ultrasonic treatment is applied to the deoiling process of porous solid waste. The mechanism on ultrasonic treatment enhancing removal of oil contaminants in a porous media is studied from pore scale in this project. Firstly, the characteristics of molecular dynamics on adsorption and desorption of oil droplets in the porous media are investigated by means of microscopic visualization experiment. The stripping phenomenon of oil droplets adsorbing on the pore surface subjected to the local micro-jets caused by momentary collapses of cavitation bubbles is focused on specially. Secondly, the rules of agglomeration or dispersion of suspended oil droplets in a porous media are analyzed under various ultrasonic operating conditions. The size distribution of free oil droplets is characterized based on fractal theory, and then the change trend of size distribution of oil droplets is quantified by fractal dimension. Finally, lattice Boltzmann method is applied on simulation of oil transfer in porous media under ultrasonic treatment. Dynamic characteristics of oil droplet migration in pore channel under ultrasound are studied. The influence of ultrasonic sponge effect on migration of free oil located in pores is discussed. The mechanism on ultrasonic treatment enhancing removal of oil contaminants in a porous media is systematically revealed in this study. It provides a theoretical guidance for the practical application and generalization of ultrasonic technology on recycling processing of oily solid waste.
针对含油固体废弃物资源化处理中脱油效率低的问题，将超声波技术应用于多孔固体废弃物的脱油过程，从孔隙尺度对超声波强化多孔介质油类污染物脱除过程的作用机制进行研究。首先通过微观可视化实验台对多孔介质孔隙表面油滴吸附及解析过程的动力学特性进行分析，重点研究超声空化气泡湮灭瞬间形成的局部微射流对孔隙表面吸附油滴的剥离现象。其次，研究不同超声工况下，多孔介质内不同尺度悬浮油滴的凝聚或分散规律，并基于分形理论表征孔隙内游离油滴尺度分布，采用分形维数对油滴尺度分布的变化趋势进行量化。最后，基于LBM建立超声波强化多孔介质内部油分迁移模型，模拟研究超声耦合作用下油滴在多孔介质孔隙通道中迁移的动力学特性，探讨超声海绵效应对多孔介质孔隙内油相输运的强化机制。本课题对超声波强化多孔介质油类污染物脱除机理的系统揭示，为超声技术在含油固体废弃物处理中的实际应用和推广提供理论指导。

结项摘要

含油固体废弃物的脱油处理是其资源化处理中的关键环节，不仅可以缓解含油污染物对环境产生的巨大压力，同时可以对油品进行有效回收利用，提高资源利用率，高效环保的脱油技术对含油废弃物的资源化处理具有重要意义。项目针对超声波辅助含油固体废弃物的脱油技术，对超声波强化多孔介质油类污染物脱除过程的作用机理进行系统研究，采用数值模拟及可视化实验相结合的方法，从超声作用下固体表面吸附油滴脱附特性、油滴破碎特性、砂粒孔隙变化及超声声压对油滴在孔隙中迁移的强化作用等方面展开相关研究。项目首先对超声波空化泡溃灭过程微射流形成、微射流对固体表面吸附油滴的脱附及油滴破碎过程进行数值模拟，通过可视化实验台对超声探头振动表面及砂粒表面吸附油滴的脱附过程进行研究。其次，项目对超声驻波作用下油滴破碎过程进行了数值模拟，并对超声作用下油滴的破碎状态进行了可视化实验研究。最后，基于LBM方法对超声声压作用下油滴在多孔介质孔隙通道中迁移特性进行模拟研究，分析声压幅值、油滴尺度对油滴迁移过程的影响。对超声作用下砂粒中油滴迁移脱除过程进行可视化实验，并对砂粒振动过程中孔隙变化规律进行研究，对不同尺度孔隙中油滴的迁移过程进行了模拟分析。研究表明，超声空化泡产生的气泡流、空化泡持续溃灭产生的微射流、超声声压梯度、超声振荡作用下砂粒在跳跃、跌落和翻滚过程中产生的逆向流体剪切力及整体孔隙尺度变化，是超声波强化多孔介质中油滴脱除的主要作用机制。项目研究成果对超声技术在含油多孔废弃物处理中高效利用具有一定的理论指导价值。

项目成果

期刊论文数量（4）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（1）
专利数量（8）
超声驻波场中狭窄通道内游离油滴破碎数值模拟
  • DOI：
    10.13637/j.issn.1009-6094.2021.2326
  • 发表时间：
    2022
  • 期刊：
    安全与环境学报
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    赵芳;王瑶;程道来
  • 通讯作者：
    程道来
油水两相流中超声振动表面油滴的脱附行为
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2022
  • 期刊：
    工程热物理学报
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    赵芳;王瑶;刘亚涛;闫倩倩
  • 通讯作者：
    闫倩倩
Numerical study on the desorption processes of oil droplets inside oil-contaminated sand under cavitation micro-jets.
空化微射流作用下油污砂内油滴解吸过程的数值研究
  • DOI：
    10.1016/j.ultsonch.2021.105745
  • 发表时间：
    2021-10
  • 期刊：
    Ultrasonics sonochemistry
  • 影响因子：
    8.4
  • 作者：
    Zhao F;Yan Q;Cheng D
  • 通讯作者：
    Cheng D
Bioinspired functional SLIPSs and wettability gradient surfaces and their synergistic cooperation and opportunities for enhanced condensate and fluid transport
仿生功能性 SLIPS 和润湿性梯度表面及其协同合作以及增强冷凝水和流体输送的机会
  • DOI：
    10.1016/j.cis.2021.102564
  • 发表时间：
    2022-01-01
  • 期刊：
    ADVANCES IN COLLOID AND INTERFACE SCIENCE
  • 影响因子：
    15.6
  • 作者：
    Lv, Fengyong;Zhao, Fang;Orejon, Daniel
  • 通讯作者：
    Orejon, Daniel

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其他文献

锦鸡儿属灌丛化对草原化荒漠区土壤线虫群落组成和代谢足迹的影响
  • DOI：
    10.5846/stxb202106081517
  • 发表时间：
    2022
  • 期刊：
    生态学报
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    赵芳;张明伟;王春雯;梅续芳;解李娜;马成仓
  • 通讯作者：
    马成仓
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Ti3SiC2基多相陶瓷的合成与表征
  • DOI：
    10.4028/www.scientific.net/kem.602-603.503
  • 发表时间：
    2014-03
  • 期刊：
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  • 影响因子：
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  • 作者：
    李俊寿;李苏;赵芳;王明远
  • 通讯作者：
    王明远
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  • DOI：
    10.14108/j.cnki.1008-8873.2017.04.020
  • 发表时间：
    2017
  • 期刊：
    生态科学
  • 影响因子：
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  • 作者：
    赵芳;卢涛
  • 通讯作者：
    卢涛
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  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2014
  • 期刊：
    Key Engineering Materials
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    赵芳;李俊寿;李苏;武小娟
  • 通讯作者：
    武小娟
基于承载力分析的公路隧道结构健康度评价方法
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2018
  • 期刊：
    岩石力学与工程学报
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    刘学增;郭乔堃;桑运龙;赵芳;周若阳
  • 通讯作者：
    周若阳

其他文献

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课题项目：调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要：

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题，其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子，其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而，TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用，影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法，探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用，为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义，并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路：

科学问题：TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达？
前期研究：已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应，但其具体机制尚不明确。
研究创新点：本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线：包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术：TRIM2与病毒RNA的相互作用分析，IFN-β启动子活性检测。
实验模型：使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
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