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分子传质问题的变分原理与广义变分原理

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吉林工学院学报（自然科学版） 1992年第3期13卷 157-161页

作者：王国栋吉林工学院化学工程系

本文利用加权余值法从微分方程及其定解条件出发,导出了分子传质问题的变分原理,利用拉格朗日乘子法吸收第一类边界条件给出其广义变分原理。

关键词：分子扩散广义变分原理加权余值法分子传质变分原理拉格朗日乘子法

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永磁场对气体中分子传质过程的影响

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化学工业与工程 2004年第5期21卷 327-330页

作者：贾绍义李磊吴松海天津大学化工学院天津300072

在不同磁感应强度的磁场中,研究了磁场对气体中分子传质过程的影响。研究结果表明,磁场对水、甲醇、乙醇、甲酸及乙酸在空气中的分子传质过程具有正效应,即在磁场中的扩散系数增大。定量计算表明,其扩散系数提高4%～7%。磁场对苯、甲苯... 详细信息

在不同磁感应强度的磁场中,研究了磁场对气体中分子传质过程的影响。研究结果表明,磁场对水、甲醇、乙醇、甲酸及乙酸在空气中的分子传质过程具有正效应,即在磁场中的扩散系数增大。定量计算表明,其扩散系数提高4%～7%。磁场对苯、甲苯、丙酮及甲基乙基酮在空气中的分子传质过程基本无影响。对磁场影响气体中分子传质过程的机理进行了探讨。

关键词：永磁场磁感应强度分子传质扩散系数

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GO层叠通道结构调控及限域传质机理研究

GO层叠通道结构调控及限域传质机理研究

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作者：雒洋大连理工大学

学位级别：硕士

氧化石墨烯（GO）堆叠结构具有精确的分离、分子筛分能力,目前在众多分离体系中受到广泛的关注,但是目前对其限域通道内传质过程仍缺乏微观层面上的认识。对GO与客体分子间相互作用的忽视,或许是造成GO层叠通道限域传质机理研究进程缓... 详细信息

氧化石墨烯（GO）堆叠结构具有精确的分离、分子筛分能力,目前在众多分离体系中受到广泛的关注,但是目前对其限域通道内传质过程仍缺乏微观层面上的认识。对GO与客体分子间相互作用的忽视,或许是造成GO层叠通道限域传质机理研究进程缓慢的主要原因。因此,本文采用实验和分子动力学（MD）模拟相结合的手段,从尺寸筛分和界面势能协同作用的角度,探究通道尺寸和界面作用对客体分子（气体、水、离子）限域传质的影响规律,以期揭示GO层叠通道限域传质机理,为高性能GO堆叠态复合膜的制备提供理论指导。为了探究GO堆叠结构对分子的限域传递特性,本文利用水热还原法制备得到的还原氧化石墨烯（r GO）具有褶皱结构,且还原程度越高,褶皱越大,其堆叠后的层间通道尺寸也随之增大。由于层间通道尺寸越大,气体分子渗透性越高,但通道尺寸过大则会大幅降低气体选择性。此外,GO对二氧化碳具有强的吸附作用,而对氮气和甲烷具有次强的吸附作用,对氢气的吸附作用最弱。这种吸附作用抑制了二氧化碳、氮气和甲烷在GO层间通道内的传质。通过MD模拟进一步发现,这种吸附作用是石墨烯片固有的性能,与官能团无关,但官能团的空间位阻却会在一定程度上抑制该吸附作用。因此,还原度的优化对于r GO与客体分子间的相互作用就显得格外重要。鉴于此,本文通过还原温度调变r GO褶皱结构,进而调控其堆叠通道尺寸。研究发现,120℃处理后的r GO具有纳米级褶皱,其尺寸接近气体的分子动力学直径,因此展现出明显的氢气对二氧化碳、氮气、甲烷的渗透差异,氢气/二氧化碳选择性高达584,氢气/氮气选择性高达353,氢气/甲烷选择性高达672。为了进一步探究GO堆叠结构对具有水合结构的分子的传递特性,本文利用交联方法调控层间距并抑制其溶胀。研究发现,在层间距相同的条件下,GO层叠通道对水分子的传质速率低于r GO,并远低于在石墨烯。这说明GO通道对水分子的传递具有阻碍作用。进一步分析发现,这种阻碍作用是由GO表面大量的含氧官能团产生的。以阳离子为例,其在通道内并不是以完整的水合结构进行传递,由于GO表面含氧官能团的极性作用对阳离子具有吸引作用,故可破坏离子的水合结构,因而不能以水合离子直径来判断限域通道的筛分作用。由此可知,GO层叠通道对离子的传递过程由尺寸筛分和界面势能作用协同决定的。本文发现尺寸筛分决定了客体分子（气体、水、离子）能否进入通道,界面作用决定了客体分子在通道内的传质速率。因此协同调控尺寸筛分和界面作用有望实现GO膜高选择渗透性。

关键词：氧化石墨烯通道尺寸相互作用力分子传质离子传质

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静态/力学载荷下软骨组织内分子转运规律的研究

静态/力学载荷下软骨组织内分子转运规律的研究

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作者：全洲天津理工大学

学位级别：硕士

关节软骨是覆盖在软骨下骨表面的一种无血管、无神经的结缔组织,能够传递载荷、缓冲吸震,维持正常的关节活动。由于关节软骨无血管导致其营养运输方式与其他组织有所不同,探究关节软骨内分子的运输规律对关节软骨疾病的治疗和修复起着... 详细信息

关节软骨是覆盖在软骨下骨表面的一种无血管、无神经的结缔组织,能够传递载荷、缓冲吸震,维持正常的关节活动。由于关节软骨无血管导致其营养运输方式与其他组织有所不同,探究关节软骨内分子的运输规律对关节软骨疾病的治疗和修复起着重要的作用。本文首先对静态条件下软骨内的分子转运规律进行了探究。考虑到软骨内分子转运路径的不同,设计了三种分子传质路径,分别为表面传质路径、侧面传质路径和复合传质路径,进行2h、12h和24h三个时间段的分子传质,同时考虑到软骨细胞在获取营养物质及生长因子时,各种分子的大小有所不同,因此,采用了分子量分别为479Da、40KDa和150KDa的三种示踪剂分子进行传质规律的研究。结果表明,示踪剂分子在通过软骨表面路径进行传质时,传质2h即可扩散至软骨全层。在侧面路径条件下进行传质时,分子运输距离随着传质时间的增加而增加,且三种分子在侧面路径条件下均表现出随着距离软骨侧面长度的增加,软骨层内分子的浓度逐渐降低的趋势。在三种路径条件下,分子的质量传输速率均随着传质时间的增加而降低,同时通过对比三种路径条件下的传质结果,可以看出,复合路径条件下的分子传质效果要优于表面路径和侧面路径,复合路径为最佳的分子传质路径。然后,进一步探究了动态加载对软骨内分子传质的影响。动态加载传质实验结果表明,在相同加载频率条件下,加载应力的增加会促进软骨层内分子的运转,其中对小分子的运转促进效果最为明显。当加载的最大应力值相同时,改变加载频率对软骨层内的小分子传质有所影响,随着加载频率的增加,软骨内小分子的转运得到促进,导致这种现象的原因可能是在相同加载时间内循环加载次数的增加所造成的。最后,考虑到力学加载导致软骨发生变形与变形恢复可能是力学加载促进软骨内分子转运的原因。因此,采用与动态加载传质相同的力学条件对浸泡在PBS溶液中的软骨进行加载与卸载恢复,并使用DIC全程观察并记录软骨在加载过程中的变形与恢复情况,结果表明:在加载频率和加载时间相同的情况下,加载应力越大,软骨发生的累积应变越大,而在加载应力与加载时间相同的情况下,频率的改变对软骨累积应变的影响较小。同时通过DIC观察到在10min的恢复时间中,软骨在加载过程中的累积应变可以得到较好的恢复,但无法完全恢复。在相同的循环加载条件下,将软骨的变形与恢复的结果同软骨内分子传质结果进行比较可以得出:在能够保证软骨应变可以恢复的前提下,软骨产生的累积应变越大,软骨内分子的转运效果越佳。综上所述,本文分别在静态和动态条件下对软骨内分子的传质进行了探究并得出相应的规律,有望为后期治疗软骨退变、修复软骨损伤提供理论依据。

关键词：关节软骨分子传质转运路径静态传质力学加载

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