冷冻浓缩技术的晶核形成与冰晶生长过程中冰晶纯化的机制与调控方法研究

The freezing concentration water treatment technology is to create the optimal heat and mass transfer conditions for the preparation of large particle and high purity ice crystals. The research on mechanism and regulation method in the process of purification of ice crystal of frozen concentrated water treatment technology, intends to study the pollutant entrainment, adsorption and coating as well as their the influence factors and regulation methods during the nucleation and growth of ice crystals. This project is to observe the nucleation and formation of ice crystals and the morphology of entrainment vacuoles by using high-speed camera and freeze scanning electron microscope, providing a new perspective and method for the studying of freeze concentration process. This project would deepen the basic theory research of ice crystal purification mechanism of freeze concentration water treatment technology, and provided a method to control and improve ice crystal purification, indicating a theoretical and realistic significance.

冷冻浓缩技术的核心是创造最佳的传热和传质条件，制备大颗粒、高纯度的冰晶。本课题是对冷冻浓缩废水处理技术的晶核形成与冰晶生长过程中冰晶纯化的机制与调控方法研究，拟研究晶核形成与冰晶生长的规律，探究冰晶对污染物的夹带、吸附和包覆的影响因素及调控方法。本课题拟采用高速摄像机以及冷冻扫描电镜平台观测晶核形成以及冰晶生长过程的冰晶微观状态及夹带液泡的形态，为冷冻浓缩过程研究提供了一个新的视野和方法。该项目深化了冷冻浓缩水处理技术的冰晶纯化机制的基础理论研究，提供了调控和提高冰晶纯度的方法，具有一定的科学价值和实际意义。

冷冻浓缩技术的核心是创造最佳的传热和传质条件，制备大颗粒、高纯度的冰晶。本课题是对冷冻浓缩废水处理技术的晶核形成与冰晶生长过程中冰晶纯化的机制与调控方法研究，拟研究晶核形成与冰晶生长的规律，探究冰晶对污染物的夹带、吸附和包覆的影响因素及调控方法。本项目按计划考察了载冷介质温度、降温速率对模拟海水冷冻过程中过冷度的影响，盐浓度以及有机物浓度对溶液冰点、粘度以及过冷度的影响，探究了搅拌转速、搅拌桨桨型以及不同醇系物对冰晶纯度的影响。用量子化学软件Gaussian 09 计算有机物和磷酸钠的表面静电势，并据此进行了有机物/磷酸钠和水分子相互作用的几何优化，由此推断出杂质对冷冻浓缩过程的影响因素。通过Multiwfn软件计算冰分子、水团簇、正己烷、正己醇、正己醛的表面静电势，推断出最容易从水中析出吸附到冰晶上的有机物。采用实际工业废水香芹酮生产废液进行试验，验证了在悬浮结晶冷冻浓缩处理过程中，磷酸钠比有机物更容易进入冰晶中。采用光学摄像观测冷冻过程中晶核的形态，最后以金兹堡-朗道(Ginzburg-Landau)相变理论为基础对冰晶纯化过程的相场理论进行分析。该项目深化了冷 冻浓缩水处理技术的冰晶纯化机制的基础理论研究，提供了调控和提高冰晶纯度的方法，具有一定的科学价值和实际意义。