微孔陶瓷灌水器原料配方筛选与规范化制备工艺研究
发布时间：2021-10-02 03:40
地下滴灌技术以其优良的节水增产效果在发达国家得到较广应用,但高能耗及因塑料大量使用带来的环境等问题却限制了其进一步发展。为解决上述问题,西北农林科技大学科研团队受陶罐灌溉启发,将微孔陶瓷材料引入灌水器研发中,利用陶瓷相互连通的微孔替代传统灌水器中的复杂迷宫流道进行渗流灌溉,研发出微孔陶瓷根灌技术,实现微压、小流量、自适应灌溉,具有良好的节水增产效果。但由于微孔陶瓷灌水器原料配方、制备工艺与陶瓷材料性能之间的定量关系尚不明晰,导致其规范化制备方法缺乏,仍然存在流量控制不精确、制造偏差大等诸多问题,严重影响其应用效果。为此,本文以材料科学为基础,采用理论、大数据分析,室内试验和数值模拟相结合的研究方法,分析了原料配方和制备工艺对微孔陶瓷材料性能以及灌水器水力性能的影响,揭示了水力性能对材料性能关键参数（孔隙特征）的响应关系,构建了微孔陶瓷灌水器出流模型,优选出适宜于制备微孔陶瓷灌水器的原料配方和工艺,并提出一套微孔陶瓷灌水器规范化制备方法,初步得出如下结论:（1）基于材料学理论和Meta大数据分析,初步筛选出可用于制备灌水器的微孔陶瓷原料配方和制备工艺。在制备微孔陶瓷灌水器主要原料选择上,...
【文章来源】：西北农林科技大学陕西省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：121 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
原材料烧结示意图
西北农林科技大学博士学位论文14第二章研究方法与试验方案2.1研究方法与技术路线本文通过理论分析、室内试验和数值模拟相结合的方法开展研究。首先，通过理论分析和室内试验，研究微孔陶瓷灌水器材料的微孔陶瓷材料性能，其中包括原料配方和制备工艺两方面对材料性能的影响；其次分析微孔陶瓷材料渗透系数与材料性能关键指标（孔隙特征）的关系，并配合不同的结构参数，确定微孔陶瓷灌水器水力性能即流量；最终控制制备过程中关键可控因素，提出微孔陶瓷灌水器规范化制备方法。应用规范化的制备方法，便能根据需求的水力性能设计出适宜的微孔陶瓷灌水器。具体技术路线如下图所示。图2-1技术路线图Fig.2-1TechnicalFlowChart
西北农林科技大学博士学位论文18表2-3原料信息表Table2-3RawMaterialInformation名称级别生产厂家备注硅溶胶工业级山东百特新材料有限公司型号：AM30质量分数：30%±1%SiO2平均粒径为8～20nmNa2O质量分数＜0.05%石英砂（SiO2）工业级连云港瑞创新材料科技有限公司45μm试验室级山西省富宏矿物制品有限公司球形50μm工业级山西省富宏矿物制品有限公司50μm滑石粉工业级商丘亮峰有限公司纯度>99%糊精工业级福晨化学试剂厂纯度>99%氧化铝工业级国药集团化学制剂有限公司200-300目钠长石工业级连云港瑞创新材料科技有限公司Na2OAl2O36SiO2高岭土工业级国药集团化学制剂有限公司Al2O32SiO22H2O碳粉工业级安徽焦步有限公司50μm黏土-就地取土烘干-去杂-筛分2.3.2黏土基微孔陶瓷灌水器原料配方与制备工艺试验设计本研究中微孔陶瓷灌水器的制备流程较为类似（图2-2），均包含混料、模压、干燥、烧结等过程，因此后文不在赘述。图2-2制备流程图Fig.2-2PreparationFlowChart2.3.2.1造孔剂掺量对黏土基微孔陶瓷灌水器材料性能与水力性能的影响本试验主要为研究造孔剂掺量对微孔陶瓷灌水器性能的影响。试验设置单因素4水平试验，造孔剂选择小麦秸秆，小麦秸秆的掺量分别为10%、15%、20%、25%。通过分析相关影响规律，最终确定微孔陶瓷灌水器中合适的小麦秸秆掺量。
【参考文献】：
期刊论文
[1]肥沙对微孔陶瓷灌水器堵塞的影响研究[J]. 董爱红,蔡耀辉,赵笑,陈玺,张林. 节水灌溉. 2019(01)
[2]土壤初始含水率对微孔陶瓷渗灌入渗特性的影响[J]. 陈玺,董爱红,赵笑,蔡耀辉,张林. 节水灌溉. 2018(11)
[3]中国水稻产量受水分胁迫影响的Meta分析[J]. 张世乔,王瑞峥,江洪,张林静,张金梦. 江苏农业科学. 2018(18)
[4]滴灌系统灌水器堵塞机理与控制方法研究进展[J]. 李云开,周博,杨培岭. 水利学报. 2018(01)
[5]颗粒特性对陶瓷基复合材料有效热-力学性能的影响分析[J]. 宿晓如,谢悦,冯春冬,罗冬梅. 广东建材. 2017(10)
[6]无压条件下微孔陶瓷灌水器入渗特性模拟[J]. 蔡耀辉,吴普特,张林,朱德兰,赵笑,冯立. 水利学报. 2017(06)
[7]中国棉花地膜覆盖产量效应的Meta分析[J]. 李昊,李世平,南灵,李河,郭清卉. 农业机械学报. 2017(07)
[8]设计流量和土壤质地对微孔陶瓷灌水器入渗特性的影响[J]. 蔡耀辉,吴普特,张林,朱德兰,陈俊英,杨帆. 农业工程学报. 2017(07)
[9]微孔陶瓷渗灌与地下滴灌土壤水分运移特性对比[J]. 蔡耀辉,吴普特,张林,朱德兰,任改萍,陈俊英. 农业机械学报. 2017(04)
[10]微灌在中国:历史、现状和未来[J]. 李久生,栗岩峰,王军,王珍,赵伟霞. 水利学报. 2016(03)
博士论文
[1]微孔陶瓷灌水器开发与应用基础研究[D]. 蔡耀辉.西北农林科技大学 2019
[2]小流量微压滴灌技术应用基础研究[D]. 张林.西北农林科技大学 2009
[3]不同灌溉方式入渗条件下的土壤空气阻渗特性试验研究[D]. 李援农.西安理工大学 2007
[4]微压滴灌技术理论与系统研究[D]. 牛文全.西北农林科技大学 2006
硕士论文
[1]负压灌溉对土壤水分分布与油菜水分利用的影响[D]. 王相玲.中国农业科学院 2015
本文编号：3417936
【文章来源】：西北农林科技大学陕西省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：121 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
原材料烧结示意图
西北农林科技大学博士学位论文14第二章研究方法与试验方案2.1研究方法与技术路线本文通过理论分析、室内试验和数值模拟相结合的方法开展研究。首先，通过理论分析和室内试验，研究微孔陶瓷灌水器材料的微孔陶瓷材料性能，其中包括原料配方和制备工艺两方面对材料性能的影响；其次分析微孔陶瓷材料渗透系数与材料性能关键指标（孔隙特征）的关系，并配合不同的结构参数，确定微孔陶瓷灌水器水力性能即流量；最终控制制备过程中关键可控因素，提出微孔陶瓷灌水器规范化制备方法。应用规范化的制备方法，便能根据需求的水力性能设计出适宜的微孔陶瓷灌水器。具体技术路线如下图所示。图2-1技术路线图Fig.2-1TechnicalFlowChart
西北农林科技大学博士学位论文18表2-3原料信息表Table2-3RawMaterialInformation名称级别生产厂家备注硅溶胶工业级山东百特新材料有限公司型号：AM30质量分数：30%±1%SiO2平均粒径为8～20nmNa2O质量分数＜0.05%石英砂（SiO2）工业级连云港瑞创新材料科技有限公司45μm试验室级山西省富宏矿物制品有限公司球形50μm工业级山西省富宏矿物制品有限公司50μm滑石粉工业级商丘亮峰有限公司纯度>99%糊精工业级福晨化学试剂厂纯度>99%氧化铝工业级国药集团化学制剂有限公司200-300目钠长石工业级连云港瑞创新材料科技有限公司Na2OAl2O36SiO2高岭土工业级国药集团化学制剂有限公司Al2O32SiO22H2O碳粉工业级安徽焦步有限公司50μm黏土-就地取土烘干-去杂-筛分2.3.2黏土基微孔陶瓷灌水器原料配方与制备工艺试验设计本研究中微孔陶瓷灌水器的制备流程较为类似（图2-2），均包含混料、模压、干燥、烧结等过程，因此后文不在赘述。图2-2制备流程图Fig.2-2PreparationFlowChart2.3.2.1造孔剂掺量对黏土基微孔陶瓷灌水器材料性能与水力性能的影响本试验主要为研究造孔剂掺量对微孔陶瓷灌水器性能的影响。试验设置单因素4水平试验，造孔剂选择小麦秸秆，小麦秸秆的掺量分别为10%、15%、20%、25%。通过分析相关影响规律，最终确定微孔陶瓷灌水器中合适的小麦秸秆掺量。
【参考文献】：
期刊论文
[1]肥沙对微孔陶瓷灌水器堵塞的影响研究[J]. 董爱红,蔡耀辉,赵笑,陈玺,张林. 节水灌溉. 2019(01)
[2]土壤初始含水率对微孔陶瓷渗灌入渗特性的影响[J]. 陈玺,董爱红,赵笑,蔡耀辉,张林. 节水灌溉. 2018(11)
[3]中国水稻产量受水分胁迫影响的Meta分析[J]. 张世乔,王瑞峥,江洪,张林静,张金梦. 江苏农业科学. 2018(18)
[4]滴灌系统灌水器堵塞机理与控制方法研究进展[J]. 李云开,周博,杨培岭. 水利学报. 2018(01)
[5]颗粒特性对陶瓷基复合材料有效热-力学性能的影响分析[J]. 宿晓如,谢悦,冯春冬,罗冬梅. 广东建材. 2017(10)
[6]无压条件下微孔陶瓷灌水器入渗特性模拟[J]. 蔡耀辉,吴普特,张林,朱德兰,赵笑,冯立. 水利学报. 2017(06)
[7]中国棉花地膜覆盖产量效应的Meta分析[J]. 李昊,李世平,南灵,李河,郭清卉. 农业机械学报. 2017(07)
[8]设计流量和土壤质地对微孔陶瓷灌水器入渗特性的影响[J]. 蔡耀辉,吴普特,张林,朱德兰,陈俊英,杨帆. 农业工程学报. 2017(07)
[9]微孔陶瓷渗灌与地下滴灌土壤水分运移特性对比[J]. 蔡耀辉,吴普特,张林,朱德兰,任改萍,陈俊英. 农业机械学报. 2017(04)
[10]微灌在中国:历史、现状和未来[J]. 李久生,栗岩峰,王军,王珍,赵伟霞. 水利学报. 2016(03)
博士论文
[1]微孔陶瓷灌水器开发与应用基础研究[D]. 蔡耀辉.西北农林科技大学 2019
[2]小流量微压滴灌技术应用基础研究[D]. 张林.西北农林科技大学 2009
[3]不同灌溉方式入渗条件下的土壤空气阻渗特性试验研究[D]. 李援农.西安理工大学 2007
[4]微压滴灌技术理论与系统研究[D]. 牛文全.西北农林科技大学 2006
硕士论文
[1]负压灌溉对土壤水分分布与油菜水分利用的影响[D]. 王相玲.中国农业科学院 2015
本文编号：3417936
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