气-固振动流化床中混合纳米颗粒聚团的破碎机制

混合纳米颗粒，特别是作为催化剂已应用于各个领域，但由于颗粒间力存在，极易团聚，其优良特性未得到有效利用。如何减少甚至消除其团聚，是目前急需解决的难题。振动流化床已经广泛应用在化工、生物制药、能源、微电子等工业上，具有优良的传质和传热特性，能破碎聚团，无疑是一个很好的选择，但振动对流化床中纳米聚团的破碎作用机理还不十分清楚，严重影响其工业应用。本申请项目将以气-固流化床中混合纳米颗粒聚团为研究对象，探讨振动对混合纳米聚团的破碎作用机理。主要内容为：1）研究振动大小和频率对多种纳米颗粒混合物流化性能的影响；2）研究振动对混合纳米颗粒聚团的破碎规律，建立数学模型。3）纳米颗粒聚团结构不同于微米颗粒聚团的紧密结构，因此，微米级颗粒的粘性能的表达式已不适用，需寻找一种新的表征方法；4）确定混合纳米颗粒聚团之间的碰撞能。最后，进行计算与优化，为混合纳米颗粒的工业化应用提供理论基础。

混合纳米颗粒，特别是作为催化剂已应用于各个领域，但由于颗粒间力存在，极易团聚，其优良特性未得到有效利用。如何减少甚至消除其团聚，是目前急需解决的难题。振动流化床已经广泛应用在化工、生物制药、能源、微电子等工业上，具有优良的传质和传热特性，能破碎聚团，无疑是一个很好的选择，但振动对流化床中纳米聚团的破碎作用机理还不十分清楚，严重影响其工业应用。本申请项目将以气-固流化床中混合纳米颗粒聚团为研究对象，探讨振动对混合纳米聚团的破碎作用机理。主要内容为：1）研究振动大小和频率对多种纳米颗粒混合物流化性能的影响；2）研究振动对混合纳米颗粒聚团的破碎规律，建立数学模型。3）纳米颗粒聚团结构不同于微米颗粒聚团的紧密结构，因此，微米级颗粒的粘性能的表达式已不适用，需寻找一种新的表征方法；4）确定混合纳米颗粒聚团之间的碰撞能。最后，进行计算与优化，为混合纳米颗粒的工业化应用提供理论基础。.本项目通过对三种二元纳米颗粒混合物SiO2/TiO2, SiO2/ZnO和TiO2/ZnO在振动流化床中聚团流化行为和聚团大小随操作条件变化的规律的研究，得出振动能的引入可以有效的消除节涌、抑制沟流、降低最小流化速度、减小聚团尺寸，显著地改善了混合纳米颗粒的流化质量。一定质量分数的SiO2和TiO2纳米混合物在振幅为3.0 mm、频率为40 Hz时，能够正常流态化。频率小于15 Hz的低频振动对混合体系流态化的改善不大。纳米颗粒在流化床中流化一段时间后聚团才形成比较稳定的硬聚团。.针对混合纳米颗粒振动流化床提出了修正的能量平衡模型，所预测的混合纳米颗粒聚团大小与实验测量的混合纳米颗粒聚团大小一致。还通过Richardson-Zaki方程结合Stokes定律预测了混合纳米颗粒聚团大小，其预测值也与实验结果一致。