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透过对比法


透过对比法, 已对比法 MBGA1 和 PAC 等复合材料的高岭土悬浮液的絮凝条件的优化。 采用对比法研究 MBFGA1 和 PAC 的复合絮凝剂对高岭悬浮液的影响。 使用两个二次方 程和 5 个因素作为絮凝率和絮凝尺寸的控制因素。 最佳絮凝条件是 MBFGA199.75mg/l PAC 121mg/l pH 7.3 Cacl2 27mg/l 最高转速是 163rpm。从两种较适宜的反应频率的实验结果 我们折中可得,当我们絮凝比例为 100%时 絮凝大小为 1.7mm。通过电动电势测量和絮凝 过程的实验,可以得出结论,PAC 更有利改变胶体的潜力。MBFGA1 在吸收和过度作用上 更好。两种优势的复合在提高絮凝率 降低絮凝成本和减少二次污染上有重要作用。 絮凝剂, 特别是合成化学的类型, 现在被广泛用于物质的分离过程。 比如自来水的生产, 污水处理,活性污泥的脱水,疏浚下游,加工食品与发酵过程。尽管絮凝性能非常有效,合 成化学絮凝的成本很低,但他们的普及也会导致一些健康和环境的问题。例如,剩余的铝引 起的老年痴呆的发病率,此外,丙烯酰胺单体不仅是神经毒素,致癌,还不能被生物降解。 相反的,使用生物絮凝剂是一种环保材料,它无毒,并且具有生物降解的特点。近年来,使 用生物絮凝剂被视为解决传统絮凝剂造成的二次污染的方法。 然而,絮凝活性和种植成本会限制生物絮凝剂的应用。因此,在国去的十年里,主要研 究那些具有高絮凝活性的生物絮凝剂,和优化他们的条件 来提高产量降低成本。同时,在 絮凝过程中, 在复合絮凝剂是另一种降低成本的方法。 因为这种絮凝可以减少生物絮凝剂的 使用并提高他的絮凝活性。从另一方面,复合絮凝剂降低合成化学絮凝剂带来的风险,因为 他们的剂量减少到对少。 在本研究中,聚合氯化铝和 MBFGA1 组合。我们用由一个有效工具建立一个多边方程 求得他们最佳值的响应方法来优化絮凝过程的条件。探讨实验的影响因素:MBFGA1 的剂 量 PAC 的剂量 氯化钙的剂量 pH 值 和搅拌的最高速度。因为高岭土是一种著名的广泛运 用的增稠剂,高岭粘土悬浮液被用作胶体材料,高岭土的表面特征容易理解的。这使得近年 来高岭粘土获得了极大的关注。 絮凝率和絮状物的大小被选作应变量。 优化条件是他们的最 适结果。 方法: 高岭土 3g/l 。上阶段是在 300rpm 的条件下搅拌 1 小时,然后重力沉降 2 小时。PAC 与铝水解率和氧化铝的浓度分别是 2.4 28%和 10g/l。Cacl2 3g/l。Cacl2 可以自絮凝过程中提 供二价钙离子通过减少两个聚合物上的负电荷离子增加生物聚合物的初始吸附悬浮离子来 作为一种助凝剂。 GA1 生物絮凝剂产物菌株 CCTCC M206017 经 16s rDNA 序列及其生物特点被确认为 多粘土芽孢杆菌 发现与中国长沙岳麓书院的土壤中。种子的培养基如下:蛋白胨 10.0 克, 牛肉膏 10.0 克 和氯化物 5.0g/l pH7.0 在 0.1MPade 压力下蒸汽灭菌 30 分钟。 种子培养及接 种后, 在迂回培养基中转速 150rpm 30 摄氏度的情况下培养 24 小时、 发酵培养基: 蔗糖 40.0g 酵母提取物 4.0 克 KH2PO4 4.0g 氯化钠 21g 硫化镁 0.2g/l pH 7.0。0.07MPa 的压力下持续 蒸汽灭菌 30 分钟。整个过程分为两个阶段。第一个 24 小时,媒介在 30 摄氏度 150 转速下 为细菌的生长提供了积极地影响。在接下里的 48 小时,整栋器的转速减速到 100 温度降低 至 25 摄氏度。因为这个条件有利于 MBFGA1 的收益率。在 72 小时后,发酵液体的有效成 分,线性分子含有大量的羟基和羧基多糖。17.5g/l 存贮于 4 摄氏度,之后就可以直接利用 在絮凝上了。 絮凝活性的絮凝率 FR FR=(b-a)/b*100% 在 a 和 b 的样本光学密度在 500nm。 絮凝对象是高岭土悬浮液。 烧杯 800ml 注射 400ml 高岭土悬浮液,然后固定在 floc-tester。每次添加后,快速搅拌 30s,降速到 40rpm 搅拌分 钟。上阶段混合物持续沉降 80 分钟,将 OD 控制在 550nm 用分光光度计测量。 对于雷诺系数小于 1.0,粘度是沉降过程的主导力量。球形颗粒的沉降速度有公式可求得。

分别是絮凝沉降速度,絮状物的密度,水的密度,g 是重力加速度, μ 是动态粘度,dp 是絮状物直径。假设絮状物是相同的球状粒子。我们可以得出一个结论, 絮体在不同直径会得到不同的沉降速度。根据这个理论,将单独絮体用 15x15x100cm 的透 明矩形容器收集在一起。 数码相机放在完全分离的容器的底上, 从而保证相机清晰的捕捉每 一个絮体。黑色背景在一个低水平的反应,这两个也是提供高质量图片所必须的。毫米尺放 在容器上以提供一个直观的影像。絮体的直径用一个叫 lmage-pio plus6.0 的软件做图像分析 (美国媒体控制论)并且每组根据其数值大小排序。排名前 50 位计算平均值。 中心复合设计(ccd),一个标准的 RSM,对絮凝效果有意义的优化因素。在这个设计中, 5 个因素的量分别是: MBFGA1 (x1) PAC (x2) 氯化钙 ((x4) pH(x5)和最高的搅拌速度 (x5) . 所有的因素都控制在 5 个层次 ,应变量为 y 代表絮凝率。

絮状物的大小使用二次多项式方程。 Xi 和 xj 是确定γ 和β 的独立变量 实际的设计有统计软件做 得表 1 使用 PAC 的絮凝过程的电动电势的变化有 ZATASIZER2000 测量(摩尔纹仪器有限公 司,公司,英国)取样的过程是在 3 个不同的跨度。没有添加剂的高岭粘土悬液,调整 pH 和添加絮凝剂之后。相应的,这个使用 MBFGA1 或复杂絮凝剂的过程会子啊添加 Cacl2 之 后有一个插入点。

OD550 随着 MBFGA1 由 43.75 到 262.5mg/l 变化, 变化如图 1 所示。 使用 PAC (25,150mg/l) 的絮凝如图一所示, MBFGA1 絮凝过程中, 将 400ml 的高岭土悬浮液的 pH 值也调整到 7.0。 采样点分别为 2 5 10 20 40 80 分钟。图一显示 OD550 取最低值时,MBFGA1 的剂量分别为 131.25mg/l。按公式 (1)这意味着 MBFGA1 的最好的絮凝活性在 131.25mg/l。同理 PAC 在 125mg/l 时有最好的絮凝活性。 (如图 1b)众所周知的,絮凝剂用量过多会影响胶体系统 的稳定。因此,当 MBFGA1 和 PAC 的剂量超过最大时,随着剂量的变化,絮凝率表现出类 似正态分布和下降趋势。 此外。 絮凝剂通过背景值影响 OD550.尤其在大量时.和图一 b 对比: 图一中从 2~10 分钟中大多数轴线斜坡都小,或者说,这种现象意味着 MBFGA1 产生絮体 沉降速度高于 PAC。因为多数有 MBFGA1 絮凝产物在最初的 5 分钟已经完成絮凝。这比其 他花的时间都短。这两集絮凝剂之间的区别是絮状物的大小和密度在 MBF 的絮凝过程中, 研究表明, 生物聚合物可以形成聚合李子封锁微生物或者艾滋病毒和形成的絮体。 这种机制 在絮凝物的大小和密度上产生了积极地影响。此外,正常水平的 CACL2 的浓度有利于通过 吸附架桥。在此基础上对 MBFGA1 和 PAC 的絮体尺寸加以区别控制,可以实现合成复合絮 凝剂。应变量,絮凝剂和絮凝物的大小,从 50 组的实验数据总结分析得表 2。以下二次多 项式代表絮凝率和其他五个因素(x1~x5)之间的关系。

这个模型的统计执行用 了费舍尔年代统计方差分析方法(方差分析) 。对絮凝方差分析的结果,如图 4 表示,与二 阶方差相似。总的絮凝系数 R2=0.7449。

在表 4 中列出了对应变量 的编码因素的方程系数的显著性。编码和现实因素的转换系数如公式 5 。Xj 和 xi 分别是编码

因素和实际因素 M 是在试验范围内的变量值。 H 是半径。 有重大意义。 在线性条件,pH 是重要独特的,它在絮凝过程中发挥了决定性作用。因为,MBFGA1 的有效 成分是线性的在除了可能会刺激线性分子的扩散作用与吸收电荷的碱性条件下,总是曲线 的。线性形状可以提供更多的吸收粒子的空间。相比于 PAC 明显 MBGA1 用电量在絮凝率 上更好。 因此, PAC 比 MBFGA1 用量更广。 在高效率中, PAC 和 pH 值关系显著, 如图 2a-c。 图二所示,当 pH 值 氯化钙用量和搅拌的最高速度保持在中等水平时,絮凝率的变化

随着 PAC 和 MBFGA1 在试验范围内的用量而变化。图的曲线和轮廓的曲率在底部显示。在 复合过程中 PAC 对絮凝率具有明显的二次影响。这符合先前只用 PAC 的研究。预计,在低 浓度的 PAC 絮凝率像添加 MBFGA1 一样提高,增加并且最终达峰值。然而,当 PAC 浓度 保持中等时,这个目标明显变得简单。这一现象表明 PAC 是一个在低浓度可以产生积极影 响的合适的絮凝剂。图 2 表明,在 pH>7.4 时,最高速搅拌,中等 PAC 的量和氯化钙浓度。 少量的 MBFGA1 的絮凝率饥渴达到期望。MBFGA1 的活性在碱性条件下高。图 2c 也表明 当其他三个因素保持在中等水平的时候,高 pH 值对絮凝过程很重要。

公式 6 表示了絮状物的大小 Y2 和其他五个因素之间的关系。

表五所示,絮状物大小的方差分析结果,二阶方程复合。F-value
of 5.91 was greater than F0.01(20, 29) = 2.57, values of ‘Prob > F’ < 0.0001 less than 0.05 and the total determination coefficient R2 reached 0.8029.公式

6 的重要测试 公式 6 的编码变量在表 6 PAC pH 值和搅拌最高速度是重要的,特别是对 MBFGA1 的吸收桥接 作用。其絮凝机理影响絮凝的大小和密度。此外,最高速度的搅拌混合可以作为一个粗略的 测量效率。一次推论,更高的速度创造更大的动荡,更大的动荡导致更好的混合。然而,形 成絮体的时间在不同的絮凝条件下不同, 更大的动荡可能有更多的负面影响絮体的形成。 因 此, 搅拌的最高速度是显著的。 在更深层次, 因为 PAC 的过度剂量, 影响胶体悬浮液的稳定。 所以 PAC 是重要独特的,其相互之间的影响如图 3d 所示。

图三表明,当氯化钙的剂量和 PAC 和搅拌的最高时速都保持在中等水平时,絮凝的大小随 着 BMFGA1 的增大而增大。这表明 在碱性环境中,BMFGA1 对絮状物的大小有积极影响。 图 3 表明在 MBFGA1 和氯化钙剂量 搅拌速度中等时,絮状物的大小随着 pH 值和 PAC 的 浓度的变化而变化。在低水平的 pH 值 PAC 对絮凝的影响不明显。然而,随着 pH 值的增大

PAC 呈阴性,对絮凝尺寸逐渐产生影响。而这可能是 MBFGA1 和 PAC 的综合反应产生的。 另一方面,因为 pH 的增加有助于 MBFGA1 的活动,在低浓度 PAC 情况下,絮状物的尺寸 变大。另一方面,小絮体的比例随着 PAC 浓度的提高而增加。因为絮状物的尺寸减小了。 有图 3c 得, 在有大量氯化钙作为絮凝过程的添加剂 MBFGA1 可以增大絮状物的尺寸。 由图 3d 得:氯化钙并不总是影响絮状物大小的积极因素。机关氯化钙是提供足够钙离子(钙离 子通过压缩双电层和刺激桥接作用而破坏悬浮液) 过量的氯化钙在某种程度上会减小絮凝物 的尺寸,因为过量的钙离子可能会占取原来 MBFGA1 分子上的负电荷的吸附位点。从而阻 碍增加絮状物尺寸的吸附桥接作用。通常,研究人员经常关注 MBFGA1 絮凝活性中金属离 子的影响。但这个又从絮凝物的尺寸方面,显示了钙离子的另一个影响。这个影响对沉降和 脱水过程有重要意义。 两种反应的数值范围内,将絮凝率和絮状物分别分为 12 部分,将他们每部分的分布率 用软件统计 如图 4a 4b。

由图得,絮状物大的并不总是代表絮凝率高。有很多原因可以解释这个现象。一方面。 大的絮状物不利于缓慢搅拌下化学物的生成。 然而这却是足够离子收集的条件, 尽管这对絮 体的沉淀有好处。另一方面,体积小的絮状物对沉淀有反向作用,导致再次浮动。这会在系 统遇到低水平震动时影响絮凝率和污泥脱水,因此,如图 4 所示,最佳絮状物的尺寸是 0.7mm。 根据 100%絮凝率和 0,7mm 絮凝尺寸, 最优条件由回归方程计算得, MBFGA199.75mg/l 和 PAC121mg/l pH7.3 氯化钙 27mg/l 速度 163rpm。 在最优条件下的验证测试的絮凝率大于

98%。 在絮凝过程中点位结果如图五, X 轴代表不同的抽样的跨度。 不同的颜色块表示使用不 同的絮凝剂的变化程度。比较数值,很明显,高岭土颗粒的电动电势在添加 PAC 的变化最 大。这表明,测试的絮凝剂 PAC 修改高岭土颗粒的电动电势的能力最强,这个结果归咎于 PAC 较高的正电荷。同时,钙离子可以通过减少聚合物和粒子上的负电荷修饰它。在这方 面,研究人员总是使用这种二价阳离子破坏胶体之间的稳定。然而,图五表示,钙离子不和 PAC 一样有效。这种限制会导致粒子的不完全占领,尤其是较小的那些。在使用 MBFGA1 絮凝时的絮凝现象很激烈。而且先前的这项工作的研究表明,过量的钙离子可以通过占领 MBFGA1 上的吸附网和使桥接作用受阻碍减小絮状物。因此,添加 PAC 对 MBFGA1 的絮 凝过程产生了重大的影响。一方面,低剂量的 PAC 能充分破坏高岭土悬浮液的稳定性,通 过为吸收后的桥梁和相互间提供一个更不稳定的胶体悬浮液。 另一方面, 钙离子的减少可以 降低对絮状物尺寸的负面影响。 总结:最理想的絮凝条件是 MBFGA199.75mg/L PAC 121mg/l pH7.3 氯化钙 27mg/l 最 高速度 163rpm。此外,较大的絮凝物大小并不总是代表絮凝率越高,0.7 是最优大小。 MBFGA1 的用量对絮凝大小有明显影响。同时,PAC 有修改高岭土粒子的电动电势的 最强能力。因此,复合絮凝剂持有这两个优势,可以获得良好的絮凝效果。 这个项目得到了国家的资助号 50478053 的自然科学基金。


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