甲烷燃燒法合成納米TiO_2的實驗與理論研究

【摘要】： 納米TiO2具有催化活性高、穩(wěn)定性好、廉價無毒等優(yōu)點,在污水處理、凈化空氣、金屬防腐等方面有著非常廣闊的應(yīng)用前景。研究低成本、高質(zhì)量的納米TiO2合成技術(shù)和納米TiO2的應(yīng)用日益受到科學(xué)家們的重視。 本文研究了以甲烷為燃料,空氣為氧化劑,TiCl4為原料的燃燒法合成納米TiO2的技術(shù),改變實驗操作參數(shù),得到了不同甲烷/空氣摩爾比、不同TiCl4流量下的納米TiO2產(chǎn)品,并利用掃描電鏡和X射線衍射對顆粒的形貌和晶體結(jié)構(gòu)進行了表征,得到了顆粒尺寸分布特征和樣品中的物相組成情況等。實驗結(jié)果表明制得的納米TiO2大部分為銳鈦礦,含有少量的金紅石,粒徑主要分布在50nm~70nm,討論了實驗操作參數(shù)對顆粒形貌和晶形的影響。 建立燃燒法合成納米TiO2顆粒的數(shù)學(xué)模型,對實驗過程進行數(shù)值模擬。在標(biāo)準(zhǔn)壁面函數(shù)和非平衡壁面函數(shù)處理條件下,采用Standard k-ε、RNG k-ε和RSM三種湍流模型對甲烷燃燒時的湍流擴散火焰進行數(shù)值模擬,得出非平衡壁面函數(shù)下RNG k-ε湍流模型的模擬結(jié)果與實驗中觀測到的結(jié)果最接近,在此模型基礎(chǔ)上,把TiO2當(dāng)作一種準(zhǔn)氣體,模擬計算通入TiCl4后的火焰場和物質(zhì)濃度場。假定TiCl4在瞬間反應(yīng),全部轉(zhuǎn)化為TiO2單體分子,把顆粒動力學(xué)與計算流體力學(xué)相結(jié)合,對顆粒長大過程進行了數(shù)值模擬,得到了燃燒器不同截面上的顆粒數(shù)密度和顆粒直徑,分析了影響顆粒形成的主要因素,并把模擬結(jié)果與實驗結(jié)果進行了對比。 【關(guān)鍵詞】：燃燒法 納米顆粒 湍流擴散火焰 數(shù)值模擬 顆粒動力學(xué)
【學(xué)位授予單位】：大慶石油學(xué)院
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2008
【分類號】：TB383.1
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-6
• 創(chuàng)新點摘要6-9
• 前言9-13
• 第一章 納米TiO_2的性質(zhì)及其制備方法13-19
• 1.1 納米材料的特性13-14
• 1.1.1 小尺寸效應(yīng)13
• 1.1.2 量子尺寸效應(yīng)13
• 1.1.3 表面效應(yīng)13-14
• 1.1.4 宏觀量子隧道效應(yīng)14
• 1.2 納米TiO_2的性質(zhì)及應(yīng)用14-15
• 1.3 納米TiO_2的生產(chǎn)現(xiàn)狀及制備方法15-18
• 1.3.1 納米TiO_2的生產(chǎn)現(xiàn)狀15-16
• 1.3.2 納米TiO_2的制備方法16-18
• 1.4 本章小結(jié)18-19
• 第二章 燃燒法合成納米TiO_2的實驗研究19-32
• 2.1 實驗裝置19-20
• 2.2 實驗原理20-22
• 2.2.1 粒子形成理論20-21
• 2.2.2 反應(yīng)過程描述21-22
• 2.3 實驗步驟及實驗操作參數(shù)22-23
• 2.4 納米TiO_2的表征23-29
• 2.4.1 顆粒形貌及粒徑分布23-26
• 2.4.2 氧化鈦物相分析26-29
• 2.5 實驗結(jié)果分析29-31
• 2.5.1 甲烷/空氣摩爾比的影響29-30
• 2.5.2 TiCl_4 流量的影響30-31
• 2.6 本章小結(jié)31-32
• 第三章 燃燒法合成納米TiO_2的數(shù)值模擬32-49
• 3.1 CFD 基礎(chǔ)32-33
• 3.2 火焰模擬計算中的控制方程33-36
• 3.2.1 質(zhì)量守恒方程33-34
• 3.2.2 動量守恒方程34-35
• 3.2.3 組分守恒方程35
• 3.2.4 能量守恒方程35-36
• 3.3 湍流模型36-39
• 3.3.1 k-ε模型36-38
• 3.3.2 Reynolds 應(yīng)力方程模型（RSM）38-39
• 3.3.3 壁面函數(shù)法39
• 3.4 輻射模型39
• 3.5 甲烷燃燒火焰的數(shù)值模擬39-42
• 3.5.1 物理模型的建立及網(wǎng)格劃分39-40
• 3.5.2 物性的選取40-41
• 3.5.3 邊界條件41
• 3.5.4 初步計算后網(wǎng)格的細化41-42
• 3.6 甲烷燃燒火焰的模擬結(jié)果42-45
• 3.7 通入TiCL_4后火焰的數(shù)值計算45-48
• 3.8 本章小結(jié)48-49
• 第四章 納米TiO_2顆粒生長的數(shù)值模擬49-60
• 4.1 顆粒動力學(xué)模型49-55
• 4.1.1 SDM 顆粒動力學(xué)模型49-51
• 4.1.2 POC 顆粒動力學(xué)模型51-53
• 4.1.3 積分碰撞模型53-55
• 4.2 顆粒動力學(xué)與計算流體力學(xué)結(jié)合55-56
• 4.3 模擬結(jié)果分析56-59
• 4.3.1 火焰結(jié)構(gòu)的模擬結(jié)果56-57
• 4.3.2 火焰結(jié)構(gòu)對顆粒形成的影響57-59
• 4.3.3 顆粒尺寸分布的模擬結(jié)果59
• 4.4 本章小結(jié)59-60
• 結(jié)論60-62
• 參考文獻62-65
• 發(fā)表文章目錄65-66
• 致謝66-67
• 詳細摘要67-72

您可以在本站搜索以下學(xué)術(shù)論文文獻來了解更多相關(guān)內(nèi)容

氣相氧化法制備超細TiO_2粒子的研究進展    施利毅,李春忠,房鼎業(yè)

燃燒法合成二氧化鈦納米顆粒的數(shù)值模擬    陳石,謝洪勇,王利希,馬世虎

氣相燃燒合成二氧化鈦納米顆粒    姜海波,李春忠,叢德滋,朱以華

外加電場氣相法制備納米無機氧化物    莊清平;

納米二氧化鈦的現(xiàn)狀與發(fā)展    魏紹東,夏林勝

氯化法制備金紅石型二氧化鈦的研究進展    施利毅,李春忠,房鼎業(yè)

化學(xué)氣相合成TiO_2過程中的冷壁凝結(jié)機理    朱以華,陳愛平,李春忠,叢德滋,姜海波

NUMERICAL SIMULATION OF THE GROWTH OF NANOPARTICLES IN A FLAME CVD PROCESS    

高溫氣相反應(yīng)合成金紅石型納米TiO_2顆粒的研究    施利毅,李春忠,古宏晨,房鼎業(yè),朱以華,陳愛平

顆粒動力學(xué)模型的建立    陳新國,徐春明,郭印誠

略論二氧化鈦的高性能化和高功能化(上)    李大成,周大利,劉恒,張萍,陳朝珍,全學(xué)軍

納米TiO_2的制備    李大成,周大利,劉恒,張萍,張云,龔家竹

金屬包履型復(fù)合粉末的研究進展    賴雪飛,游賢貴,謝克難,黃學(xué)超,秦艷芳

高溫?zé)煔庵兴畏堑葴卣舭l(fā)的數(shù)值模擬研究    金光;宋興旺;王華;

納米粒子填充PTFE摩擦副材料的研究進展    車劍飛,汪信,陸路德,楊緒杰

防高能輻射的樹脂/納米鉛復(fù)合材料的制備及研究    安駿,吳海霞,辛寅昌

復(fù)合墻體室內(nèi)溫度響應(yīng)研究    許建柳;

節(jié)能多孔磚墻體熱工性能的數(shù)值計算及應(yīng)用分析    王曉璐;黃大宇;

雙層皮玻璃幕墻風(fēng)口的確定    周傳輝;吳銀光;陳華良;

含濕多孔介質(zhì)應(yīng)用于建筑墻體的制冷性能分析    陳威;張愛國;劉倩;戴青;

汽車空調(diào)風(fēng)道設(shè)計及驗收方法    王利希;周健;Jimmy Tsang;潘樂燕;

水壓雙噴嘴擋板閥先導(dǎo)閥的CFD分析    孫春耕;羅璟;張利;何敏;

TiO2/4A沸石復(fù)合光催化劑制備及性能研究    徐志兵;桂祖勝;

分段煅燒法制備納米TiO_2    楊哲;鄭經(jīng)堂;周磊;隋吳彬;吳明鉑;

密閉空間內(nèi)丙烷泄漏燃燒爆炸三維數(shù)值模擬計算    魯建英;陳朗;

事故條件下~(239)PuO_2氣溶膠微粒在室內(nèi)小環(huán)境擴散的三維數(shù)值模擬    王國慶;昌旭東;付廣智;

多區(qū)域網(wǎng)絡(luò)模型在高速列車通風(fēng)系統(tǒng)中的應(yīng)用研究    劉福生;譚魯志;王剛;

流體自控振蕩器的模擬研究    孫赫晨;趙靜野;

旋轉(zhuǎn)切向入流膜蒸餾裝置熱容腔CFD的數(shù)值模擬    齊曉娟;田瑞;楊曉宏;李嵩;

計算流體力學(xué)在膜技術(shù)及膜生物反應(yīng)器研究中的應(yīng)用    于艷;樊耀波;徐國良;王琦;楊文靜;

氣膜孔幾何結(jié)構(gòu)對渦輪葉片氣膜冷卻的影響研究    戴萍

載人潛器阻力性能的數(shù)值和試驗預(yù)報及外形優(yōu)化研究    李佳

燃氣輪機雙燃料燃燒室流場及污染排放數(shù)值研究    穆勇

有壁面質(zhì)量注入通道流體動力學(xué)典型問題分析    王革

船用燃氣輪機排氣引射裝置性能研究    王忠義

羥基磷灰石（HAP）材料制備及性能研究    楊春

涉?？咕臀g性TiO_2復(fù)合薄膜的制備及其性能研究    王洪芬

改性納米二氧化鈦薄膜制備及其在模擬海水中光生陰極保護性能研究    王愛萍

摻雜型ZnS納米粒子的制備及表面修飾對其發(fā)光性質(zhì)的影響    曲華

高結(jié)晶度一維納米二氧化鈦的制備和修飾及光電性質(zhì)研究    夏明霞

水性量子點的制備及其作為雙酚A分析探針的研究    匡芮

納米CeO_2-TiO_2復(fù)合介孔材料的制備及性能    張旭

通風(fēng)方式對氣流組織和室內(nèi)空氣品質(zhì)的模擬研究    王高飛

基于FLUENT的干法磁分離機理的數(shù)值模擬    王發(fā)輝

高溫礦井熱環(huán)境數(shù)值模擬及熱害控制技術(shù)研究    侯建軍

納米TiO_2的表面改性及其對聚氨酯涂層耐蝕性能的影響    龐宇

輸送石灰石懸索橋鋼索塔抗風(fēng)性能研究    王春磊

變壓吸附管道流體動力學(xué)特性研究    蘇超

山區(qū)風(fēng)特性參數(shù)與自錨式懸索橋的靜風(fēng)穩(wěn)定性研究    王珺

自清潔保健型建筑涂料的制備及其性能的研究    劉東方

納米TiO_2的制備方法    唐陽清,周馨我

氣相氧化法制備超細TiO_2粒子的研究進展    施利毅,李春忠,房鼎業(yè)

納米二氧化鈦的應(yīng)用與市場研究    葛軍;丁輝;

納米SiO_2與有機物分子的親和性和分散性    莊清平

納米粒子鏈/聚合物基復(fù)合體的界面形態(tài)及力學(xué)行為    莊清平

微乳液的結(jié)構(gòu)及其在制備超細顆粒中的應(yīng)用    施利毅,華彬,張劍平

超細二氧化鈦的開發(fā)研究現(xiàn)狀    段明華,蔣祉剛,謝兵

納米SiO_2粒子鏈對硅橡膠的補強機理    莊清平

高頻等離子體化學(xué)氣相淀積法制備TiO_2超細粒子    朱宏杰，王新，李春忠，胡黎明

摻鋁對氣相合成TiO_2超細粒子形態(tài)的影響    施利毅,陳愛平,朱以華,李春忠,房鼎業(yè)

均勻湍流內(nèi)有限慣性顆粒碰撞率的直接模擬    陳胤密

納米顆粒在火焰中聚結(jié)過程湍流稀釋的數(shù)值模擬    李云;陳石;謝洪勇;

聚合物納米復(fù)合材料蠕變性能研究進展    張忠;賈玉;高云;楊晶磊;

納米科技發(fā)展迅速    

納米材料免疫毒理學(xué)研究進展    張婷;唐萌;浦躍樸;

納米Sr_2SiO_4:Eu~(3+)熒光粉的燃燒法合成及光譜性質(zhì)    雷炳富;沙磊;劉應(yīng)亮;滿石清;樂松;

火焰CVD法合成納米顆粒的燃燒過程數(shù)值模擬    趙和平;郝曉梅;陳石;謝洪勇;

顆粒簡化成核、燒結(jié)及成長過程的數(shù)值模擬    董楠航;陳石;謝洪勇;盛玉美;

納米顆粒在人類鼻腔中沉降率的研究    趙曉東;張凱;田福真;

納米材料及其檢測技術(shù)    曹標(biāo),陳明

納米顆粒的毒性問題    趙宇亮;

水溶性納米磁性顆粒的制備及其水合催化作用    夏建漢;陳美園;沈輝;舒碧芬;張偉;

Al_2O_3/H_2O納米流體管內(nèi)流動和對流換熱行為的數(shù)值模擬研究    何玉榮;韓杰才;

納米材料的生物安全性    孫皎;

納米材料的生物安全性    孫皎;

納米毒理學(xué)研究進展    襲著革;

超聲波對納米材料分散性能影響的研究    馬建偉;王廣闊;

納米顆粒構(gòu)筑的三維Pt基合金網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的合成及電化學(xué)性能研究    許友;許蕊;武萱;侯雙霞;張兵;

水中ZnO納米顆粒的溶解行為及對大腸桿菌毒性的影響    李梅;朱利中;

LaF_3:Ce,Tb發(fā)光納米顆粒的微波輔助加熱合成    密叢叢;田振煌;徐淑坤;

鋰離子正極材料Li_4Mn_5O_(12)納米顆粒的制備及其電化學(xué)性能    蔣燕萍;謝鍵;余紅明;鄔春陽;曹高劭;趙新兵;

納米材料 新世紀(jì)的黃金材料    

成果停留在獎狀上,不甘心    本報記者 許琦敏

納米材料市場前景廣闊    張小明

納米材料：IT突破的催化劑    美國Ferro公司 奉向東

我國RTV納米材料達到國際領(lǐng)先水平    科文

我國RTV納米材料成本性能優(yōu)于國外    宗樾

透視納米涂料    本報記者 熊瀟汀 通訊員 郭志帥

納米材料是涂料的好幫手    袁封

正確認(rèn)識納米材料在紡織上的應(yīng)用    杭州科瀚盟公司 黃海

我納米材料領(lǐng)域獲重要突破    記者 馮永鋒

金屬離子改性的二氧化錫納米材料的制備及特性的研究    方麗梅

二氧化鈦納米顆粒的細胞生物學(xué)效應(yīng)及其在乳腺癌治療中的應(yīng)用    王艷麗

幾種納米材料的電化學(xué)法及液相法制備、分析與表征    時雪釗

新型光學(xué)—磁性納米生物材料的液相合成、表征及性質(zhì)研究    任翠領(lǐng)

復(fù)合熒光二氧化硅納米顆粒的制備及其在生物分析和光催化降解中的應(yīng)用    謝春娟

常壓等離子體聚合共軛聚合物熒光納米顆粒的研究    楊平

尺寸形貌可控磁性納米粒子的制備及表征    李芳

硫化物半導(dǎo)體發(fā)光納米晶和稀土熒光納米顆粒的制備、表征及應(yīng)用研究    李岳彬

面向磁共振成像應(yīng)用的Fe_3O_4納米顆粒/團簇的可控制備    程昌明

納米顆粒與環(huán)境水結(jié)構(gòu)對蛋白質(zhì)構(gòu)象影響的分子動力學(xué)模擬研究    左光宏

甲烷燃燒法合成納米TiO_2的實驗與理論研究    李盼

基于納米材料的腫瘤活體熒光成像以及光動力學(xué)治療研究    伍旭

火焰CVD法合成二氧化鈦納米顆粒的數(shù)值模擬    趙和平

火焰CVD法制備TiO_2納米顆粒的數(shù)值模擬    郝曉梅

磁性Fe_3O_4納米顆粒的制備及其弛豫性能的研究    王理莎

金納米顆粒大小和覆蓋率對GOD結(jié)構(gòu)和生物活性影響研究    王國軍

基于二氧化硅納米顆粒的抗腫瘤藥物載體研究    海羅

基于核酸適配子和納米顆粒的朊蛋白檢測及活細胞標(biāo)記成像研究    彭麗

鈷納米顆粒及鈷鎳合金亞微米顆粒結(jié)構(gòu)控制合成與表征    潘鵬

ZnO納米顆粒對大蒜根尖細胞有絲分裂的影響    塔力哈爾