本文關(guān)鍵詞：海洋底棲硅藻附著機(jī)理及其防污技術(shù)研究

  更多相關(guān)文章： 硅藻 防污技術(shù) 爬行機(jī)理 附著機(jī)理 光照條件

【摘要】：海洋生物污損導(dǎo)致海洋艦船航速降低、能耗增加，增大了船體腐蝕及維護(hù)成本，因而研究生物防污對海洋業(yè)有重要的現(xiàn)實(shí)意義和工程應(yīng)用價值。本文以典型海洋底棲硅藻Navicula sp.為研究對象，著重研究了硅藻本身的生理結(jié)構(gòu)、硅藻與壁面的趨近與初步附著、爬行特性以及基底表面性能與光照因素對硅藻深度附著的影響，在此基礎(chǔ)上，研發(fā)了一種新型無污染的防污涂層—夜光粉復(fù)合涂層。 基于對硅藻與壁面的趨近與初步附著的研究，發(fā)現(xiàn)硅藻具有周期性自主沉浮的能力，從而增大了靠近待附著表面的概率，修正了硅藻被動趨近壁面的傳統(tǒng)觀點(diǎn)�；诮瘫砻孀饔昧Φ睦碚�，計(jì)算了硅藻趨近壁面過程中各種近程力的作用范圍。在更大范圍內(nèi)，硅藻本身的自主沉浮特性以及水流力的作用影響了硅藻與壁面的初步附著。 基于對爬行硅藻的顯微研究和分析，揭示了從硅壁縱溝處伸出的F-肌動蛋白是爬行的功能組織，爬行粘液則是實(shí)現(xiàn)爬行不可或缺的關(guān)鍵要素。通過動力學(xué)分析提出了全新的硅藻爬行模型，很好的解釋了傳統(tǒng)模型所不能解釋的現(xiàn)象。通過仿真硅藻的爬行與附著過程，驗(yàn)證了爬行硅藻間存在群體感知；揭示了導(dǎo)致硅藻附著聚集性的主要原因是細(xì)胞間的感知、細(xì)胞的繁殖分裂以及細(xì)胞粘液的粘著力。 研究了外界因素對硅藻深度附著的影響�；滋匦匝芯勘砻鳎涸诟鞣N表面性能參數(shù)中，只有表面能極性項(xiàng)與附著量形成顯著的線性關(guān)系，表面能極性項(xiàng)越大，硅藻附著量越多；氫鍵和空間聚合力對硅藻的附著有著重要的影響。光照試驗(yàn)表明：光照可通過影響葉綠體的鋪展形式通過與圓形結(jié)構(gòu)的空間競爭抑制硅藻的附著；硅藻內(nèi)生節(jié)律與外界光照條件共同決定其附著偏好，且后者對硅藻附著的影響更加顯著；夜間提供光照時，隨著光照強(qiáng)度增強(qiáng)硅藻的附著量先降低后增多；并且底部入射的光照即使光強(qiáng)很弱，也會對硅藻附著有明顯的抑制。 基于上述對硅藻附著機(jī)理的研究成果，研發(fā)了一種新型夜光粉復(fù)合涂層。試驗(yàn)證實(shí)：該涂層上的硅藻附著量和沖刷移除率分別為無涂層不銹鋼表面的28%和4倍。海洋實(shí)測表明該涂層優(yōu)于某國產(chǎn)無錫自拋光防污涂層。并且該涂層環(huán)境友好，，無毒無污染，成本低廉，具有較好的應(yīng)用前景。
【關(guān)鍵詞】：硅藻 防污技術(shù) 爬行機(jī)理 附著機(jī)理 光照條件
【學(xué)位授予單位】：清華大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：U672.72
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-11
• 主要符號對照表11-12
• 第1章 引言12-28
• 1.1 海洋生物防污研究的背景及意義12-13
• 1.2 海洋生物附著物及其附著機(jī)理13-20
• 1.2.1 海洋生物附著的典型過程13-14
• 1.2.2 硅藻及硅壁特征14-15
• 1.2.3 硅藻與基體壁面的趨近與初步附著15-17
• 1.2.4 硅藻在基體壁面上的爬行17-18
• 1.2.5 硅藻在基體壁面的深度附著18-20
• 1.3 海洋生物防污技術(shù)途徑20-24
• 1.3.1 化學(xué)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 海洋生物防污技術(shù)發(fā)展趨勢及現(xiàn)有不足24-25
• 1.5 本文的主要研究內(nèi)容及框架25-28
• 第2章 硅藻結(jié)構(gòu)及硅壁力學(xué)特性28-39
• 2.1 硅藻樣品的處理與觀察方法28-30
• 2.1.1 光學(xué)顯微鏡觀察方法28
• 2.1.2 掃描電子顯微鏡觀察方法28-29
• 2.1.3 透射電子顯微鏡觀察方法29-30
• 2.2 硅壁結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn)30-32
• 2.3 硅藻內(nèi)部結(jié)構(gòu)及分泌液32-34
• 2.4 硅壁的力學(xué)特性34-38
• 2.4.1 硅壁自然彎曲的試驗(yàn)觀測34-35
• 2.4.2 硅壁彎曲能力的測試方法35-37
• 2.4.3 硅壁彎曲能力的測試結(jié)果37-38
• 2.5 本章小結(jié)38-39
• 第3章 硅藻與基體壁面的初步附著39-62
• 3.1 硅藻在不同深度水平壁面上的附著39-42
• 3.1.1 試驗(yàn)方法與裝置39-40
• 3.1.2 硅藻在不同深度水平壁面上的附著結(jié)果40-42
• 3.2 硅藻在不同深度垂直壁面上的附著42-43
• 3.2.1 試驗(yàn)方法與裝置42
• 3.2.2 硅藻在不同深度垂直壁面上的附著結(jié)果42-43
• 3.3 硅藻在垂直壁面上的爬行43-48
• 3.3.1 試驗(yàn)方法與裝置43-45
• 3.3.2 硅藻在垂直壁面上的爬行結(jié)果45-46
• 3.3.3 硅藻在垂直壁面上的附著分布仿真46-48
• 3.4 硅藻上浮機(jī)理的計(jì)算與討論48
• 3.5 硅藻與壁面間吸附自由能與勢能的計(jì)算與分析48-60
• 3.5.1 DLVO 理論及 XDLVO 理論簡介49-51
• 3.5.2 粒子與壁面間吸附自由能與空間勢能的計(jì)算51-53
• 3.5.3 海水中硅藻與壁面間吸附自由能與空間勢能的計(jì)算53-58
• 3.5.4 海水中硅藻與壁面間吸附自由能與勢能的相關(guān)討論58-60
• 3.6 本章小結(jié)60-62
• 第4章 硅藻的爬行機(jī)理及附著聚集性62-98
• 4.1 硅藻的爬行過程觀察62-67
• 4.1.1 爬行硅藻的活體觀察62-66
• 4.1.2 硅藻細(xì)胞的染色觀察66-67
• 4.2 硅藻爬行粘液的觀察與分析67-72
• 4.2.1 爬行粘液的 SEM 觀測與分析67-69
• 4.2.2 爬行粘液的力學(xué)性能69-72
• 4.3 硅藻的爬行機(jī)理72-76
• 4.3.1 新的硅藻爬行模型72-74
• 4.3.2 新爬行模型的力學(xué)合理性分析74-75
• 4.3.3 新爬行模型對經(jīng)典 Edgar 模型的修正75-76
• 4.4 硅藻的爬行與聚集性附著76-84
• 4.4.1 硅藻的爬行軌跡及速率76-81
• 4.4.2 硅藻附著的聚集性81-84
• 4.5 硅藻的爬行、附著及相互感知的仿真84-94
• 4.5.1 仿真軟件 NetLogo84
• 4.5.2 NetLogo 仿真環(huán)境及模塊簡介84-89
• 4.5.3 硅藻爬行軌跡及相互感知的仿真89-91
• 4.5.4 硅藻附著及相互感知的仿真91-94
• 4.6 硅藻的附著聚集性機(jī)理94-96
• 4.6.1 導(dǎo)致硅藻附著聚集性的原因94-95
• 4.6.2 硅藻附著聚集性的生態(tài)學(xué)意義95-96
• 4.7 本章小結(jié)96-98
• 第5章 硅藻的深度附著及外界影響因素98-134
• 5.1 硅藻附著量的圖像處理與統(tǒng)計(jì)98-99
• 5.2 基體樣品表面活化處理對硅藻附著的影響99-104
• 5.2.1 樣品的活化處理方法99-100
• 5.2.2 活化處理后樣品的表面特性100-103
• 5.2.3 樣品活化處理后的附著試驗(yàn)103-104
• 5.3 不同聚合物基體表面硅藻的附著104-110
• 5.3.1 樣品的表面特性104-105
• 5.3.2 硅藻附著量試驗(yàn)方法及試驗(yàn)結(jié)果105-106
• 5.3.3 硅藻附著量與表面特性參數(shù)之間的關(guān)系106-110
• 5.4 光照對硅藻附著影響的試驗(yàn)方法110-114
• 5.4.1 持續(xù)光照或持續(xù)黑暗條件110
• 5.4.2 白光條件110-112
• 5.4.3 有色光條件112-114
• 5.5 不同光照條件下硅藻附著量的觀測114-122
• 5.5.1 持續(xù)黑暗/持續(xù)光照下的硅藻附著量114-115
• 5.5.2 光照逆轉(zhuǎn)下的硅藻附著量115-116
• 5.5.3 不同白光條件下的硅藻附著量116-120
• 5.5.4 不同有色光條件下的硅藻附著量120-121
• 5.5.5 不同有色光條件下的硅藻分裂速度121-122
• 5.6 光照影響硅藻附著的機(jī)理122-126
• 5.6.1 光照作用與硅藻的生理結(jié)構(gòu)及習(xí)性122-125
• 5.6.2 底部入射光照對硅藻附著量的影響機(jī)理125-126
• 5.6.3 有色光光照對硅藻附著的影響126
• 5.7 硅藻分泌液及對附著的影響126-131
• 5.7.1 附著分泌液的力曲線127-128
• 5.7.2 硅藻分泌液的成分128-130
• 5.7.3 硅藻粘液影響硅藻附著的機(jī)理130-131
• 5.8 硅藻附著機(jī)理分析131-132
• 5.9 本章小結(jié)132-134
• 第6章 基于硅藻附著機(jī)理的夜光粉復(fù)合涂層及其防污效果134-152
• 6.1 夜光粉復(fù)合涂層的組分及制備方法134-135
• 6.2 樣品試驗(yàn)方案及沖刷試驗(yàn)裝置135-138
• 6.2.1 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)135-136
• 6.2.2 樣品沖刷試驗(yàn)裝置136-138
• 6.3 夜光粉復(fù)合涂層的基本特征138-139
• 6.4 夜光粉復(fù)合涂層的防污試驗(yàn)139-145
• 6.4.1 涂層的功能試驗(yàn)139-140
• 6.4.2 涂層防附著性能測試140-142
• 6.4.3 涂層沖刷性能測試142-145
• 6.5 夜光粉復(fù)合涂層的海洋實(shí)測試驗(yàn)145-150
• 6.5.1 試驗(yàn)樣本、試驗(yàn)條件和執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)145-147
• 6.5.2 試驗(yàn)結(jié)果及分析147-150
• 6.6 本章小結(jié)150-152
• 第7章 結(jié)論與展望152-157
• 7.1 主要結(jié)論152-155
• 7.2 創(chuàng)新點(diǎn)155
• 7.3 展望155-157
• 參考文獻(xiàn)157-168
• 致謝168-170
• 個人簡歷、在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與研究成果170-171

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：608069