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双碳目标下电力行业碳会计信息披露质量评价及其优化研究 ——以大唐发电为例

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作者：谭晓君武汉纺织大学

学位级别：硕士

自驱动Janus颗粒运动特性实验与数值模拟研究

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自驱动Janus颗粒运动特性实验与数值模拟研究

作者：谭晓君西安建筑科技大学

学位级别：硕士

自驱动Janus颗粒是由物理或化学性质不同的两部分所构成的活性颗粒。在不同的外部条件下,Janus颗粒可以在其两侧形成浓度、温度或光强等物理场的非对称分布。在微米尺度下,由催化/非催化表面构成的Janus微球与溶液混合后,在反应侧/未反... 详细信息

自驱动Janus颗粒是由物理或化学性质不同的两部分所构成的活性颗粒。在不同的外部条件下,Janus颗粒可以在其两侧形成浓度、温度或光强等物理场的非对称分布。在微米尺度下,由催化/非催化表面构成的Janus微球与溶液混合后,在反应侧/未反应侧会形成分子数的梯度,在扩散泳力的推动下能够将化学能转变为机械能,产生自驱动现象。在微流控芯片及微机电系统领域,Janus颗粒的自驱动可以替代电池作为简单紧凑的微驱动部件,用于微操作、颗粒分离等方面,具有重要的应用价值;在基础研究方面,Janus颗粒的自驱动与凝聚态物理、物质反常扩散、分数布朗运动及单细胞生物的趋向性等研究紧密相关,具有重要的理论价值。本文首先介绍了有关Janus颗粒的课题背景,并从先前课题组的实验出发,总结了有关自驱动Janus颗粒运动的基本物理特性及运动规律。其次,通过PIV实验记录并分析了Janus颗粒微球的运动,并通过Image J软件平台处理获得了运动状态下Janus微球的偏转仰角?,以及基于Comsol Multiphysics多物理场耦合软件建立了描述Janus微球自驱动的数值模型。再次,在此基础上,通过实验获得的自驱动速度VJanus确定了数值模型中的匹配常数σ,研究了不同类型自驱动微球距底面的平衡位置δ及偏转仰角φ,讨论了近壁受限情况下,自驱动颗粒的平衡位置与偏转仰角对典型宏观统计参数(如Deff、τR等)的影响。另外,在此自驱动的数值模型基础上,不考虑壁面的影响,由Pt-Si O2型Janus微球的实验数据确定了迁移速率匹配常数σ。然后,研究了三种不同形状的Janus颗粒的自驱动,结果表明圆柱及椭球状Janus颗粒具有更快的自驱动速度,燃料消耗更多。特别地,对于圆柱状颗粒,研究了粗细程度对圆柱状颗粒自驱动性能的影响,结果表明存在最优的直径与长度比(D/L=0.28)。这一研究可为Janus颗粒有关形状因素的应用提供理论基础。通过上述研究工作,最后得出自驱动Janus颗粒的近壁运动特性及形状对自驱动Janus颗粒运动特性影响的机理。鉴于此,以上结果可以帮助我们更好地理解自驱运动,并且可以更好地设计基于扩散泳力的微纳器件。同时,本文中实验与数值模拟相结合的研究方法,不仅有助于获得自驱动Janus颗粒的动力学信息及解释其相关规律,而且也为后期课题组的科研进展奠定了一定的基础。

关键词：自驱动Janus颗粒扩散泳力近壁效应数值模拟形状影响

负载银纳米线电纺膜电化学消毒效能及机理研究

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负载银纳米线电纺膜电化学消毒效能及机理研究

作者：谭晓君华南理工大学

学位级别：硕士

饮用水安全是人民正常生活生产的重要保障。因消毒技术的局限性和供水环境的复杂性,在落后地区、部分发展中地区和广大农村地区仍有大量的人无法得到安全洁净的饮用水。因此,开发负载银纳米线纳米纤维膜电化学消毒终端饮用水装置能够在... 详细信息

饮用水安全是人民正常生活生产的重要保障。因消毒技术的局限性和供水环境的复杂性,在落后地区、部分发展中地区和广大农村地区仍有大量的人无法得到安全洁净的饮用水。因此,开发负载银纳米线纳米纤维膜电化学消毒终端饮用水装置能够在社区或家庭层面对来水进行消毒净化,具有重要现实意义。本文采用静电纺丝技术制备了聚丙烯腈(polyacrylonitrile,PAN)和热塑性聚氨酯(thermoplastic polyurethane,TPU)混纺静电纺丝膜作为基材,通过真空过滤沉积法在膜表面负载银纳米线(silver nanowires,AgNWs),制备出AgNWs-PAN/TPU复合膜。FESEM表征结果显示,PAN/TPU混合比例为3:1时,纳米纤维直径均匀无结珠,同时机械性能较纯PAN膜提高了约一倍;银纳米线成功附着在AgNWs-PAN/TPU复合膜上,互相搭接形成网状结构;膜的孔径主要分布在1000 nm之间;CV和EIS电化学分析表明复合膜的导电性能优异;GFAAS结果显示,银纳米线的负载稳定性好,溶出量在国际饮用水标准要求的100 ppb以下。采用AgNWs-PAN/TPU复合膜构建了终端饮用水消毒装置和模拟运行体系。灭菌实验结果显示,AgNWs-PAN/TPU复合膜能够完全截留大肠杆菌和金黄色葡萄球菌,且在6 h内将被其截留下来的大肠杆菌和金黄色葡萄球菌全部灭活;电化学消毒实验结果显示,在3.0 V电压下,AgNWs-PAN/TPU复合膜在15 min以内可以完全杀灭10 CFU/mL的大肠杆菌和金黄色葡萄球菌;对低浓度(10 CFU/mL)的大肠杆菌和金黄色葡萄球菌,灭活时间可缩短至5 min内;在含5 mM的NaCl、NaSO和NaNO的水溶液中,同等电压下灭活效果要优于在无盐水中;特别的,在3.0 V电压下,在NaCl水溶液中的灭活率要高于在NaSO和NaNO水溶液中。AgNWs-PAN/TPU复合膜电化学消毒装置的模拟运行实验结果表明,AgNWs-PAN/TPU复合膜对10 CFU/mL大肠杆菌水样过滤消毒,膜通量下降了35.3%,通过5 min反冲洗能够恢复98%的膜通量,能保留99%以上的细菌灭活效率;对自来水过滤消毒,膜通量下降了4.8%,能够保持>99.99%的灭菌效率,膜形貌和机械性能在水力冲刷的作用下变化很小,不影响其运行效果;电场和银纳米线的物理破坏作用是AgNWs-PAN/TPU复合膜电化学消毒的主要机制,且其主要是通过银纳米线的电穿孔进行灭菌;银纳米线在复合膜中的作用是搭建导电网络并保证了没有外加电压下通过银离子的缓释提供基本消毒性能;消毒副产物只有溶液中氯离子在高电压下发生转化,生成生成ClO,有促进消毒作用。

关键词：饮用水处理电化学消毒静电纺丝银纳米线

自驱动Janus微球近壁运动特性实验与数值模拟研究

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物理学报 2015年第13期64卷 269-277页

作者：崔海航谭晓君张鸿雁陈力西安建筑科技大学环境与市政工程学院西安710055

自驱动Janus微球是形状规则但表面构成不同的特殊活性颗粒.针对微米级Pt-Si O2型Janus微球近壁面自驱动现象,实验测得了微球的自驱动速度Janus,并观察到微球运动过程中与垂直方向存在一偏转仰角φ,且φ角随H2O2溶液浓度的增大呈减小趋势... 详细信息

自驱动Janus微球是形状规则但表面构成不同的特殊活性颗粒.针对微米级Pt-Si O2型Janus微球近壁面自驱动现象,实验测得了微球的自驱动速度Janus,并观察到微球运动过程中与垂直方向存在一偏转仰角φ,且φ角随H2O2溶液浓度的增大呈减小趋势.在此基础上,建立自驱动Janus微球的数值模型,通过模拟得到了微球在不同浓度H2O2溶液中的偏转仰角φ及距底面的高度,模拟与实验一致.利用这些数据进一步讨论了壁面效应对微球旋转特征时间R的影响.这一工作对于理解Janus微球的运动机理及发展相关应用具有重要意义.

关键词： Janus微球自驱动近壁效应旋转扩散

银纳米线复合静电纺丝膜终端饮用水处理装置电化学消毒效能研究

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环境科学学报 2018年第10期38卷 3964-3972页

作者：谭晓君胡勇有陈超华南理工大学土木与交通学院广州510641 华南理工大学环境与能源学院工业聚集区污染控制与生态修复教育部重点实验室广州510006

终端饮用水电化学消毒装置是分散式饮用水安全的重要保障,其关键技术是过滤膜.本研究采用静电纺丝法和真空过滤沉积法制备了新型银纳米线-聚丙烯腈/热塑性聚氨酯(AgNWs-PAN/TPU)复合膜,并对复合膜的形貌、机械强度和导电性等进行了表征... 详细信息

终端饮用水电化学消毒装置是分散式饮用水安全的重要保障,其关键技术是过滤膜.本研究采用静电纺丝法和真空过滤沉积法制备了新型银纳米线-聚丙烯腈/热塑性聚氨酯(AgNWs-PAN/TPU)复合膜,并对复合膜的形貌、机械强度和导电性等进行了表征.同时,构建了电化学消毒装置,通过对模拟水样的过滤和电化学消毒实验,考察了复合膜长期运行的杀菌性能、膜通量、膜形貌及总银离子释放变化,评估了复合膜的消毒效果.结果表明,电纺纳米纤维膜基材具有均匀的直径和增强的机械性能.银纳米线嵌入到PAN/TPU电纺纳米纤维膜的表面构建了一个连接的导电网络,具有很好的机械性能、导电性、电化学性能及银负载稳定性.经过10 d的自来水过滤实验,AgNWs-PAN/TPU复合膜膜通量下降了4.8%,保持了>99.99%的灭菌效率;经过10 d的10~5CFU·mL^(-1)大肠杆菌水样运行实验,膜通量下降了35.31%,经5 min反冲洗能够恢复98%的膜通量,可保留99%以上的细菌灭活效率.AgNWs-PAN/TPU复合膜的银负载稳定性好,总银离子释放量在30μg·L^(-1)以下的安全范围;纳米纤维膜表面在长期水力冲刷下变得粗糙,机械强度略有减弱.本研究为高导电性缓释银离子纳米银复合纤维膜杀菌材料的研发及其在终端饮用水消毒的应用提供了科学依据.

关键词：饮用水处理电化学消毒静电纺丝银纳米线

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不同形状Janus颗粒自驱动特性数值模拟

纳米技术与精密工程 2014年第5期12卷 340-345页

作者：崔海航谭晓君张鸿雁西安建筑科技大学环境与市政工程学院西安710055

Janus颗粒利用自身非对称的表面性质建立浓度梯度场,并在其作用下产生自驱动,在微机电系统、生物学、流体力学等领域具有重要的应用.本文首先建立了模拟这一过程的数值模型,并由Pt-SiO2型Janus微球的实验数据确定了迁移速率匹配常数.随... 详细信息

Janus颗粒利用自身非对称的表面性质建立浓度梯度场,并在其作用下产生自驱动,在微机电系统、生物学、流体力学等领域具有重要的应用.本文首先建立了模拟这一过程的数值模型,并由Pt-SiO2型Janus微球的实验数据确定了迁移速率匹配常数.随后,研究了3种相同体积、不同形状的Janus颗粒的自驱动,结果表明,与相同体积的球形Janus颗粒相比,圆柱及椭球状Janus颗粒具有更快的自驱动速度,同时燃料消耗更多.对于圆柱状颗粒,研究了粗细程度对圆柱状颗粒自驱动性能的影响,结果表明存在最优的直径与长度比(d/l=0.28).这一研究可为Janus颗粒具体应用提供理论基础.

关键词： Janus颗粒自驱动形状影响扩散泳力