海洋底栖硅藻附着机理及其防污技术研究

发布时间：2017-08-02 07:05

  本文关键词：海洋底栖硅藻附着机理及其防污技术研究

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【摘要】：海洋生物污损导致海洋舰船航速降低、能耗增加，增大了船体腐蚀及维护成本，因而研究生物防污对海洋业有重要的现实意义和工程应用价值。本文以典型海洋底栖硅藻Navicula sp.为研究对象，着重研究了硅藻本身的生理结构、硅藻与壁面的趋近与初步附着、爬行特性以及基底表面性能与光照因素对硅藻深度附着的影响，在此基础上，研发了一种新型无污染的防污涂层—夜光粉复合涂层。 基于对硅藻与壁面的趋近与初步附着的研究，发现硅藻具有周期性自主沉浮的能力，从而增大了靠近待附着表面的概率，修正了硅藻被动趋近壁面的传统观点。基于近程表面作用力的理论，计算了硅藻趋近壁面过程中各种近程力的作用范围。在更大范围内，硅藻本身的自主沉浮特性以及水流力的作用影响了硅藻与壁面的初步附着。 基于对爬行硅藻的显微研究和分析，揭示了从硅壁纵沟处伸出的F-肌动蛋白是爬行的功能组织，爬行粘液则是实现爬行不可或缺的关键要素。通过动力学分析提出了全新的硅藻爬行模型，很好的解释了传统模型所不能解释的现象。通过仿真硅藻的爬行与附着过程，验证了爬行硅藻间存在群体感知；揭示了导致硅藻附着聚集性的主要原因是细胞间的感知、细胞的繁殖分裂以及细胞粘液的粘着力。 研究了外界因素对硅藻深度附着的影响。基底特性研究表明：在各种表面性能参数中，只有表面能极性项与附着量形成显著的线性关系，表面能极性项越大，硅藻附着量越多；氢键和空间聚合力对硅藻的附着有着重要的影响。光照试验表明：光照可通过影响叶绿体的铺展形式通过与圆形结构的空间竞争抑制硅藻的附着；硅藻内生节律与外界光照条件共同决定其附着偏好，且后者对硅藻附着的影响更加显著；夜间提供光照时，随着光照强度增强硅藻的附着量先降低后增多；并且底部入射的光照即使光强很弱，也会对硅藻附着有明显的抑制。 基于上述对硅藻附着机理的研究成果，研发了一种新型夜光粉复合涂层。试验证实：该涂层上的硅藻附着量和冲刷移除率分别为无涂层不锈钢表面的28%和4倍。海洋实测表明该涂层优于某国产无锡自抛光防污涂层。并且该涂层环境友好，，无毒无污染，成本低廉，具有较好的应用前景。
【关键词】：硅藻 防污技术 爬行机理 附着机理 光照条件
【学位授予单位】：清华大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U672.72
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-11
• 主要符号对照表11-12
• 第1章 引言12-28
• 1.1 海洋生物防污研究的背景及意义12-13
• 1.2 海洋生物附着物及其附着机理13-20
• 1.2.1 海洋生物附着的典型过程13-14
• 1.2.2 硅藻及硅壁特征14-15
• 1.2.3 硅藻与基体壁面的趋近与初步附着15-17
• 1.2.4 硅藻在基体壁面上的爬行17-18
• 1.2.5 硅藻在基体壁面的深度附着18-20
• 1.3 海洋生物防污技术途径20-24
• 1.3.1 化学防污方法20-22
• 1.3.2 物理防污方法22-24
• 1.3.3 生物防污方法24
• 1.4 海洋生物防污技术发展趋势及现有不足24-25
• 1.5 本文的主要研究内容及框架25-28
• 第2章 硅藻结构及硅壁力学特性28-39
• 2.1 硅藻样品的处理与观察方法28-30
• 2.1.1 光学显微镜观察方法28
• 2.1.2 扫描电子显微镜观察方法28-29
• 2.1.3 透射电子显微镜观察方法29-30
• 2.2 硅壁结构及其特点30-32
• 2.3 硅藻内部结构及分泌液32-34
• 2.4 硅壁的力学特性34-38
• 2.4.1 硅壁自然弯曲的试验观测34-35
• 2.4.2 硅壁弯曲能力的测试方法35-37
• 2.4.3 硅壁弯曲能力的测试结果37-38
• 2.5 本章小结38-39
• 第3章 硅藻与基体壁面的初步附着39-62
• 3.1 硅藻在不同深度水平壁面上的附着39-42
• 3.1.1 试验方法与装置39-40
• 3.1.2 硅藻在不同深度水平壁面上的附着结果40-42
• 3.2 硅藻在不同深度垂直壁面上的附着42-43
• 3.2.1 试验方法与装置42
• 3.2.2 硅藻在不同深度垂直壁面上的附着结果42-43
• 3.3 硅藻在垂直壁面上的爬行43-48
• 3.3.1 试验方法与装置43-45
• 3.3.2 硅藻在垂直壁面上的爬行结果45-46
• 3.3.3 硅藻在垂直壁面上的附着分布仿真46-48
• 3.4 硅藻上浮机理的计算与讨论48
• 3.5 硅藻与壁面间吸附自由能与势能的计算与分析48-60
• 3.5.1 DLVO 理论及 XDLVO 理论简介49-51
• 3.5.2 粒子与壁面间吸附自由能与空间势能的计算51-53
• 3.5.3 海水中硅藻与壁面间吸附自由能与空间势能的计算53-58
• 3.5.4 海水中硅藻与壁面间吸附自由能与势能的相关讨论58-60
• 3.6 本章小结60-62
• 第4章 硅藻的爬行机理及附着聚集性62-98
• 4.1 硅藻的爬行过程观察62-67
• 4.1.1 爬行硅藻的活体观察62-66
• 4.1.2 硅藻细胞的染色观察66-67
• 4.2 硅藻爬行粘液的观察与分析67-72
• 4.2.1 爬行粘液的 SEM 观测与分析67-69
• 4.2.2 爬行粘液的力学性能69-72
• 4.3 硅藻的爬行机理72-76
• 4.3.1 新的硅藻爬行模型72-74
• 4.3.2 新爬行模型的力学合理性分析74-75
• 4.3.3 新爬行模型对经典 Edgar 模型的修正75-76
• 4.4 硅藻的爬行与聚集性附着76-84
• 4.4.1 硅藻的爬行轨迹及速率76-81
• 4.4.2 硅藻附着的聚集性81-84
• 4.5 硅藻的爬行、附着及相互感知的仿真84-94
• 4.5.1 仿真软件 NetLogo84
• 4.5.2 NetLogo 仿真环境及模块简介84-89
• 4.5.3 硅藻爬行轨迹及相互感知的仿真89-91
• 4.5.4 硅藻附着及相互感知的仿真91-94
• 4.6 硅藻的附着聚集性机理94-96
• 4.6.1 导致硅藻附着聚集性的原因94-95
• 4.6.2 硅藻附着聚集性的生态学意义95-96
• 4.7 本章小结96-98
• 第5章 硅藻的深度附着及外界影响因素98-134
• 5.1 硅藻附着量的图像处理与统计98-99
• 5.2 基体样品表面活化处理对硅藻附着的影响99-104
• 5.2.1 样品的活化处理方法99-100
• 5.2.2 活化处理后样品的表面特性100-103
• 5.2.3 样品活化处理后的附着试验103-104
• 5.3 不同聚合物基体表面硅藻的附着104-110
• 5.3.1 样品的表面特性104-105
• 5.3.2 硅藻附着量试验方法及试验结果105-106
• 5.3.3 硅藻附着量与表面特性参数之间的关系106-110
• 5.4 光照对硅藻附着影响的试验方法110-114
• 5.4.1 持续光照或持续黑暗条件110
• 5.4.2 白光条件110-112
• 5.4.3 有色光条件112-114
• 5.5 不同光照条件下硅藻附着量的观测114-122
• 5.5.1 持续黑暗/持续光照下的硅藻附着量114-115
• 5.5.2 光照逆转下的硅藻附着量115-116
• 5.5.3 不同白光条件下的硅藻附着量116-120
• 5.5.4 不同有色光条件下的硅藻附着量120-121
• 5.5.5 不同有色光条件下的硅藻分裂速度121-122
• 5.6 光照影响硅藻附着的机理122-126
• 5.6.1 光照作用与硅藻的生理结构及习性122-125
• 5.6.2 底部入射光照对硅藻附着量的影响机理125-126
• 5.6.3 有色光光照对硅藻附着的影响126
• 5.7 硅藻分泌液及对附着的影响126-131
• 5.7.1 附着分泌液的力曲线127-128
• 5.7.2 硅藻分泌液的成分128-130
• 5.7.3 硅藻粘液影响硅藻附着的机理130-131
• 5.8 硅藻附着机理分析131-132
• 5.9 本章小结132-134
• 第6章 基于硅藻附着机理的夜光粉复合涂层及其防污效果134-152
• 6.1 夜光粉复合涂层的组分及制备方法134-135
• 6.2 样品试验方案及冲刷试验装置135-138
• 6.2.1 试验方案设计135-136
• 6.2.2 样品冲刷试验装置136-138
• 6.3 夜光粉复合涂层的基本特征138-139
• 6.4 夜光粉复合涂层的防污试验139-145
• 6.4.1 涂层的功能试验139-140
• 6.4.2 涂层防附着性能测试140-142
• 6.4.3 涂层冲刷性能测试142-145
• 6.5 夜光粉复合涂层的海洋实测试验145-150
• 6.5.1 试验样本、试验条件和执行标准145-147
• 6.5.2 试验结果及分析147-150
• 6.6 本章小结150-152
• 第7章 结论与展望152-157
• 7.1 主要结论152-155
• 7.2 创新点155
• 7.3 展望155-157
• 参考文献157-168
• 致谢168-170
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果170-171

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 张占平;齐育红;刘红;;PTFE/FEVE氟碳防污涂层的表面特性与海藻附着[J];中国表面工程;2010年03期

2 张占平;齐育红;刘德良;;海洋底栖硅藻在电气石涂层上的附着行为[J];中国表面工程;2011年06期

3 金晓鸿;;海洋污损生物防除技术和发展(Ⅳ)——中国船舶防污漆技术的发展过程[J];材料开发与应用;2006年02期

4 黄晓冬;张占平;齐育红;孙祥山;张祖文;;水性聚氨酯防污涂料的海洋细菌附着实验[J];大连海事大学学报;2007年01期

5 叶萍;阮传清;;海洋生物对船舶的污损及其无公害防治[J];福建农业科技;2006年03期

6 胥震;欧阳清;易定和;;海洋污损生物防除方法概述及发展趋势[J];腐蚀科学与防护技术;2012年03期

7 于良民;李霞;王利;董磊;;吲哚类防污剂及其在海洋防污涂料中的应用[J];化工新型材料;2007年S1期

8 陈美玲;曲园园;杨莉;高宏;;SiO_2改性低表面能纳米结构无毒海洋防污涂料[J];化工新型材料;2008年05期

9 李兆龙,袁雅君;辣素类化合物的提取方法及其在防污和防鼠咬涂料中的应用[J];化工新型材料;1998年07期

10 王大志,黄世玉,程兆第;三种海洋硅藻胞外多聚物形态、微细结构及组成的初步研究[J];海洋与湖沼;2004年03期

本文编号：608069