造纸产业废水应用复合活性炭三维粒子电极绿色处理研究

深入探讨了复合活性炭三维粒子电极在造纸废水处理中的应用,通过系统实验研究了其处理效果、影响因素、优化措施及实际应用前景。结果显示,该技术在去除造纸废水中的COD、色度和重金属等污染物方面表现出显著效果。通过选择复合多孔活性炭作为粒子电极基底材料,负载多金属化合物催化剂和二氧化硅(SiO_(2))稳定剂,并通过高温烧结处理制备出高效的粒子电极。研究表明,复合活性炭三维粒子电极技术在绿色环保和高效节能方面具有一定优势,为造纸产业废水处理提供了一种新颖而有效的方法。

Fe,Co/NPs@GO双金属三维粒子电极电催化氧化卡马西平

采用冷冻/碳化法制备了铁钴双金属粒子电极(Fe,Co/NPs@GO),并通过改善铁钴的前驱体比例优化了Fe,Co/NPs@GO双金属三维粒子电极体系对CBZ的降解性能,探讨电流密度和PMS投加量对CBZ降解的影响结果表明:0.15g/L的Fe,Co/NPs@GO(Fe:Co=1:1),3mmol/L PMS,在20mA/cm^(2)的电流密度下,CBZ(1mg/L)在30min内的去除率达99.5%.与单纯的催化剂活化PMS体系相比,加入电催化条件后,CBZ的去除率提升了约37%.通过自由基淬灭实验及电子顺磁共振(EPR)证实,羟基自由基和单线态氧是降解CBZ的主导活性物种,并推测出CBZ在电催化耦合三维粒子电极活化过一硫酸盐(PMS)体系的降解机理.同时,粒子电极的循环利用实验表明,Fe,Co/NPs@GO粒子电极具有较好的催化稳定性和重复利用性.

负载型三维粒子电极技术处理农药生产废水研究

以活性炭为载体制备了负载Cu、Zn、Ni、Mn氧化物为活性成分的粒子电极,并应用于农药生产混合废水的预处理。通过对比实验发现负载Mn氧化物活性炭粒子电极对农药生产混合废水中有机物的降解催化效果最好,反应2 h后COD去除率最高达到49.5%。探讨了Mn氧化物负载活性炭粒子电极预处理农药生产混合废水的最佳工艺条件。实验显示在p H为3,槽电压为18 V和辅助电解质Na2SO4浓度为0.09 mol/L的条件下反应2 h后COD去除率最高达到59.5%。采用一级反应动力学方程对Mn氧化物负载活性炭粒子电极预处理农药生产混合废水的反应过程进行拟合,结果表明降解过程较好地符合一级反应动力学方程。

负载型三维粒子电极在苯胺废水处理中的研究

采用溶胶-凝胶法合成前驱体,将其负载于活性炭载体上经焙烧形成三维粒子电极催化剂,SEM、TEM、XRD等表征结果显示前驱体焙烧后形成粒度均一的Li_(2)Zr(PO_(4))_(2)-ZrP_(2)O_(7)-Cu_(3)(PO_(4))_(2)复合材料均匀分布在活性炭载体上。以苯胺为模拟废水进行三维电催化氧化降解试验,考察停留时间、pH值、气流量、电流密度对苯胺降解效率的影响。优化条件下连续试验25 d,三维粒子电极对苯胺模拟废水的COD去除率高于63%,三维粒子电极经洗涤再生后COD去除率基本恢复,试验结果表明:制备的三维粒子电极在苯胺模拟废水处理中表现出较好的催化活性、反应稳定性、再生性能及应用前景。

TiO_2/沸石与活性炭三维粒子电极体系光电催化研究

采用溶胶-凝胶法制备沸石负载TiO2(TiO2/沸石)。将TiO2/沸石与活性炭按照不同比例混合为粒子电极,采用钛网作为主电极,硫酸钠溶液为助电解质,紫外灯为光源建立了三维电极光电催化体系,处理亚甲基蓝模拟废水。实验表明:当电极间距为4.0 cm、TiO2/沸石∶活性炭=2∶3、亚甲基蓝的初始浓度为3 mg/L,灯距为10 cm、电压为2.0 V、电解质浓度为0.04 mol/L、初始p H=6.0,光催化降解效率可达49.5%。三维电极光电催化效果优于二维电极光电催化与光催化效果。Fe3+离子掺杂提高了体系的光电催化效率,最大光电催化效率可达53.3%。

相对论绕射辐射振荡器的三维粒子模拟

开展了具有同轴波纹渐变式反射器与光滑漂移段结构的相对论绕射辐射振荡器的研究,并运用全三维粒子模拟软件CHIPIC对其进行数值模拟仿真,分析了漂移段、反射器等结构对输出功率的影响,探讨了反射器位置和输出功率的关系。仿真结果表明:合适的漂移段与反射器的引入,能大大提高输出功率。优化结构参数,在输入电压480kV下,平均输出功率达到774.5MW,平均功率效率为32.3%。

三维粒子动态分析仪的原始数据开发

三维粒子动态分析仪（３－ＤｉｍｅｎｓｉｏｎａｌＰａｒｔｉｃｌｅＤｙｎａｍｉｃＡｎａｌｙｚｅｒ）是利用激光多普勒频移原理，来测量两相流动中球形粒子的速度、粒径、浓度等参数，从而进一步得到三维湍流流动中粒子动态特性的一种激光测速设备。在其采集过程中自动建立的数据文件是以二进制形式存贮的，而且记录的都是每个球形粒子的信息，不能直接求平均及湍流计算。本文给出了处理这些数据的基本方法，通过编制的Ｃ语言程序得到各测点所通过的粒子数、三维速度、湍流特性以及相对体积流量，为ＰＤＡ数据软件的进一步利用与开发提供了很大的方便。

采用三维粒子图像测速系统测量汽车尾部流场

采用三维粒子图像测速系统对某跑车模型的尾部流场进行测量。根据测试结果,分析了跑车模型尾部速度场与涡量场的全局特性、上尾涡的形态及其发展过程,以及雷诺数对模型尾部流场特性的影响。

复极性负载型三维粒子电极降解苯酚废水的研究

设计了圆筒状复极性三维粒子电极反应器。粒子电极选用以13X分子筛和γ-Al2O3负载第一过渡系金属氧化物形式，制备方法为浸渍法。经过比较，确定以γ-Al2O3作为载体更为适宜；负载的活性组分以Mn、Sn两种效果更好。进一步的优化设计，确定了制备条件为：0浸渍溶液Mn、Sn物质的量之比为2：1；焙烧温度为550℃。这样制得的粒子电极电催化活性高，稳定性好。采用BET、SEM、XRD对粒子电极进行了表征。

基于三维粒子图像测速技术的艉流场试验

为了解决船舶艉部流场复杂流动机理认知困难的问题,本文依托哈尔滨工程大学船模水池实验室拖曳水池中的大型水下三维粒子图像测速系统,以具有槽道U型船艉的某型号单桨商船缩比模型为研究对象,对设计工况下不同截面处的船舶艉流场进行测量。测量结果展现了舭涡、螺旋桨毂帽涡以及"钩状"速度等值线等流动结构。同时对不同截面位置处的船舶艉流场进行了3方向速度、涡旋强度以及涡量等对比分析。分析结果表明:与一般U型艉肥大型船舶艉流场相比,具有槽道U型船艉流场在其结构形式中同样具有强烈的船艉舭涡和"钩状"速度等值线。但是其船艉舭涡和"钩状"结构有明显的向船中收缩趋势,受船中向内的凹陷船体表面影响,具有明显的边界层流场收缩现象。

基于三维粒子图像测速技术的滚流运动研究

借助自主搭建的三维粒子图像测速系统对4气门汽油机缸盖进行了稳流条件下缸内流场测量,得到缸内不同测量截面处流场的三维速度分布,对不同气门升程下缸内流场结构进行了分析,并基于离面速度分布对滚流比进行了计算.研究发现:缸内滚流流场在垂直于气缸轴线的测量平面内主要体现为位于进/排气门侧的进气射流;较高的气道压差可以保证流场结构充分发展,使流场结构趋于稳定,滚流比计算结果准确性提高;测量截面处流场离面速度分布直接影响滚流比计算结果,过小的可视区域无法将典型的流场结构(如靠近壁面的射流结构和局部涡团结构)包括在测量范围内,导致滚流比计算结果产生偏差.测量截面的位置直接影响流场离面速度的测量结果,测量截面太靠近缸盖底平面,缸内流动得不到充分发展,反之典型流场结构因衰减而不再明显,最终影响滚流比的计算结果.

三维粒子电极光电催化处理含盐染料废水

以玻璃珠作为载体,采用溶胶—凝胶法制备Ti O2/玻璃珠,Ti O2/玻璃珠与铁屑组成粒子电极,以钛网为主电极,石墨片为阴极,以亚甲基蓝硫酸钠溶液模拟含盐染料废水,利用三维电极光电催化作用对含盐染料废水进行降解研究,结果表明:当染料废水浓度为5 mg/L,亚甲基蓝50 m L,盐浓度为0.04 mol/L的Na2SO4,粒子电极配比为Ti O2/玻璃珠粒子电极0.8 g和铁屑粒子电极为0.2 g,主电极间外加电压选择2 V,两主电极间距选择1.5 cm,光源为20 W紫外灯,光照高度为15 cm,光催化90 min的降解率能达到35.42%。

螺旋线行波管注-波互作用三维粒子模拟

结合时域有限差分方法和粒子模拟方法,开发了螺旋线行波管的三维注-波互作用粒子模拟程序。从最基本的电磁场运动规律和力学规律出发,利用高速计算机直接求解完整的麦克斯韦方程组和洛伦兹方程,完成了对C波段螺旋线行波管的注-波互作用的模拟计算,得到了电子的相位和空间分布以及管子的功率、增益等电性能参量,验证了程序的正确性,为后期优化和设计奠定了基础。

阴离子浓度对三维粒子电极光电催化含盐染料废水的影响

采用溶胶—凝胶法制备玻璃珠负载TiO_2粒子(TiO_2/玻璃珠),与铁屑组成粒子电极,以钛网为主电极,石墨片为阴极,以亚甲基蓝与不同浓度的氯化钠、磷酸钠、碳酸钠、硅酸钠、硫酸钠等盐溶液模拟含盐染料废水,利用三维粒子电极光电催化作用对含盐染料废水进行降解研究,结果表明:当染料废水浓度为5mg/L亚甲基蓝50 mL,粒子电极配比为0.2 g的铁屑和0.8 g的TiO_2/玻璃珠,主电极间距1.5 cm,外加电压2 V,以20 W紫外灯为光源,紫外灯距离废水液面高度为20 cm,三维光电体系光催化90 min染料废水的降解率达到24.42%。盐度对三维光电体系的影响比较大,不同的盐溶液不同的浓度对降解率的影响也不相同,氯化钠、磷酸钠、碳酸钠、硅酸钠、硫酸钠五种高盐度时对降解率的影响,最好的降解率分别为15.29%、21.26%、20.78%、24.42%、15.82%。

磁绝缘线振荡器的三维粒子模拟

用三维MAGIC数值模拟软件对一种特殊结构的磁绝缘线振荡器进行模拟,在二极管电压为506 kV、电流为56 kA时,在L波段获得了平均输出功率为2.78 GW、工作主频为1.16 GHz的微波输出,平均转换效率为9.8%,并研究了一些参数变化对微波输出的影响。

任意未知三维二粒子态的短距离量子隐形传态

为克服长距离量子隐形传态方案中局域操作受限,且易受环境干扰影响通信质量的缺陷,利用1个三维Bell态和1个处于基态的辅助粒子作为量子信道,提出一个任意未知三维二粒子态的短距离量子隐形传态新方案.在该方案中,发送方和接收方除共享三维Bell态外,还必须预先共享1个辅助粒子.发送者对辅助粒子执行量子门运算后,需对其Bell粒子和未知量子系统进行联合测量,并向接收者发送该测量的经典信息.结果表明,接收者以100%的概率将自己拥有的Bell粒子与辅助粒子的量子态转换成被发送者摧毁的未知量子态的精确复制品.本方案传输距离短、承载信息量大、耗费纠缠资源少,在诸如芯片的固态器件上的量子隐形传态有很好的应用前景.

基于卷积神经网络深度学习模型的光场显微三维粒子空间分布重建

光场显微粒子图像测速技术通过单光场相机即可实现微尺度三维速度场的测量,但单光场相机角度信息有限,导致粒子重建的轴向分辨率低、重建速度慢。基于此,提出一种基于卷积神经网络深度学习模型的光场显微粒子三维空间分布重建方法,以实现粒子三维分布的高分辨率快速重建。首先,根据光场显微成像模型,基于粒子的实际发光特性生成模拟光场图像,进而构建“粒子空间分布-光场图像”数据集;然后,耦合光场显微成像特点,建立卷积神经网络深度学习模型,通过“粒子空间分布-光场图像”数据集对模型进行学习和训练,获得光场显微三维粒子空间分布预测模型,并对预测模型的性能进行评价;最后,测量水平微通道层流流动中的示踪粒子空间分布和三维速度场。模拟和实验结果表明:相比常规的反卷积方法,所提方法的粒子重建轴向分辨率提高79.3%,基本消除了粒子重建的拉伸效应;单张图像重建时间仅为0.243 s,可以满足实时测量的需求。

CFD和三维激光粒子测速技术在工程流体力学教学中的应用

工程流体力学是资源循环科学与工程的核心课程之一,在课堂教学中除了讲授流体力学知识,教会学生使用先进的流场测试手段以及数值模拟工具也是极其重要的一个环节。结合科研实践,将目前先进的三维激光粒子测速技术(V3V)讲授给学生,同时将计算流体力学(CFD)数值软件Fluent的相关使用和操作教授给学生,使学生在理论学习的基础上,进行良好的实践,加深理论学习效果,同时培养了相关技能,对学生将来工作和继续深造都有重要作用。

有限尺寸方靶等离子体离子注入动力学的三维粒子模拟研究

采用三维粒子模拟模型研究了有限尺寸方靶等离子体浸没离子注入过程中的鞘层动力学行为,得到了鞘层尺寸和方靶表面的注入剂量、注入能量以及注入角度等信息,并与二维无限长方靶注入结果进行了对比.模拟结果表明,与无限长方靶不同,有限尺寸方靶周围鞘层很快扩展为球形,但鞘层厚度明显减小.在模拟的50ω-1pi时间尺度内靶表面注入剂量很不均匀,中心区域注入剂量最小,四个边角附近位置注入剂量最大.这种剂量不均匀性是由于鞘层扩展为球形,使得鞘层内离子被聚焦并注入到边角附近所致.方靶中心区域离子接近垂直注入,并且注入能量超过最大注入能量的90%;而在边角位置离子以45°左右的入射角度注入到靶表面,注入能量仅仅约为最大注入能量的50%.

Fe-Mt三维粒子电极体系去除水中亚甲基蓝

以铁改性蒙脱石(Fe-Mt)制备粒子电极,探究了其在三维电极体系中的催化性能。通过SEM-EDS和XRD对Fe-Mt粒子电极进行了形貌和物相表征,分析了不同反应条件(pH、投加量、槽电压等)对亚甲基蓝去除率的影响,进一步通过自由基抑制实验、H2O2的产生量以及总溶解性铁离子浓度检测探讨了Fe-Mt粒子电极对亚甲基蓝的氧化去除机理。结果表明,Fe-Mt粒子电极能够拓宽pH的有效作用范围,在pH=3.0、电压为5 V、粒子电极投加量为10 g·L^−1条件下,较二维电化学体系亚甲基蓝去除率提高了约25%。Fe-Mt粒子电极能够直接或间接催化H2O2以产生羟基自由基,并结合吸附-氧化降解耦合机制强化了亚甲基蓝去除率。以上研究结果可为拓宽以蒙脱石为基材的催化材料在高级氧化体系的应用提供参考。