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微流控离子浓差极化芯片研制及其生化检测中的应用
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作者 贺志恒 王小丽 +1 位作者 葛闯 徐溢 《生物化学与生物物理进展》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2024年第7期1618-1631,共14页
离子浓差极化(ion concentration polarization,ICP)现象是在外加电场作用下发生在微纳交界面处的一种电富集现象,将ICP现象与微流控分析技术相结合,可广泛应用于生化分析中带电粒子预富集、目标物分离、靶标物检测等领域。本文首先对IC... 离子浓差极化(ion concentration polarization,ICP)现象是在外加电场作用下发生在微纳交界面处的一种电富集现象,将ICP现象与微流控分析技术相结合,可广泛应用于生化分析中带电粒子预富集、目标物分离、靶标物检测等领域。本文首先对ICP原理及微流控ICP芯片进行了简要介绍,梳理总结了ICP芯片的制备技术和方法,其中重点关注了微流道结构设计、纳米结构制备与设计等方面的研究现状与进展。首先对基础单通道ICP芯片的结构进行分析,进而对并行通道ICP芯片结构以及集成多功能的微流控ICP芯片进行了总结和讨论,列举了ICP芯片中纳米结构的制备方法及其优缺点。进而,讨论了优化ICP芯片的富集效能途径,可通过引入多场耦合、阀门控制等多种手段,实现对靶标物的富集效能优化。最后,针对ICP芯片在多种带电生化样本分析检测中的应用进行综述,指出ICP芯片在匹配检测目标生物特性方面面临挑战,需要提高富集效率和选择性,解决流体控制、混合及传输问题。可以看到,微流控ICP芯片具有处理样本流量低、分离富集效果好、检测效率高以及易于集成化和小型化等优势,在生化检测领域展示出很好的研究意义和实用前景。 展开更多
关键词 离子浓差极化 微纳结构 微流控芯片 分离富集 生化检测
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压力驱动双膜离子浓差极化系统中带电粒子分离与富集数值模拟研究
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作者 勾易行 孙国伟 +1 位作者 孙润泽 李子瑞 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期1241-1250,共10页
微纳流体器件中的离子浓差极化现象可以高效富集低浓度粒子,但多种粒子的富集与分离仍然存在分离效果差的问题.文章提出了一种基于离子浓差极化现象的粒子分离与富集系统,该系统通过设置两个离子交换膜构建两个微纳界面调控带电粒子所... 微纳流体器件中的离子浓差极化现象可以高效富集低浓度粒子,但多种粒子的富集与分离仍然存在分离效果差的问题.文章提出了一种基于离子浓差极化现象的粒子分离与富集系统,该系统通过设置两个离子交换膜构建两个微纳界面调控带电粒子所受的电场环境,以DNA和牛血清白蛋白(BSA)为例,依据不同淌度粒子所受电场力和流体曳力的竞争机制使得DNA和BSA在不同膜前富集,进而实现二者的区位分离.数值模拟分析了外部压力和不同离子交换膜跨膜电压的影响,其中,入口压力控制通道内的流体流速以影响粒子所受的流体曳力,跨膜电压调节离子浓差极化现象以影响粒子所受的电场力.数值模拟分析表明,双膜系统的分离机制为不同耗尽区产生的高电场对两种粒子施加的电场力与其本身所受的流体曳力的竞争作用,即在第一个膜前BSA所受的电场力小于流体曳力,而DNA的受力则相反.同时,本文揭示了离子浓差极化形成下带电粒子在压力驱动双膜系统的富集机制.结果表明,当V_(cm1)=5V_(T),V_(cm2)=10 V_(T),P_(0)=400 Pa时,DNA和BSA可实现高效的区位分离且二者的富集倍数可分别达到1.2×10^(5)和6.0×10^(4),这将为多带电粒子的同时富集并分离及多级离子浓差极化级联系统设计提供新的思路和理论指导. 展开更多
关键词 微纳流控 离子浓差极化 双膜系统 粒子分离 粒子富集
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微滤和超滤过程中浓差极化和膜污染控制方法研究 被引量:38
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作者 邢卫红 童金忠 +4 位作者 徐南平 时钧 王焕章 陈文艳 蔡旭新 《化工进展》 EI CAS CSCD 2000年第1期44-48,56,共6页
本文较全面的介绍了微滤和超滤过程中浓差极化和膜污染的各种控制方法,并比较了各种方法的优缺点。
关键词 微滤 超滤 浓差极化 膜污染 控制方法 过滤
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电渗析过程中的浓差极化及水解离机理 被引量:19
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作者 孟洪 彭昌盛 +1 位作者 卢寿慈 宋存义 《膜科学与技术》 CAS CSCD 北大核心 2003年第1期7-11,共5页
分析了电渗析在运行过程中浓差的形成以及与水解离之间的关系 ,在此基础上 ,分析了V -I曲线以及其拐点所代表的物理意义 .通过理论分析认为 :“浓差极化”的实质是“电势极化” .实际测得的V -I曲线验证了理论V -I曲线的正确性 .
关键词 电渗析过程 浓差极化 水解离 机理 V-I曲线 拐点
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电场作用下超滤膜的浓差极化比模型 被引量:7
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作者 陈山 蔡妙颜 +3 位作者 郭祀远 李琳 肖凯军 陈健 《华南理工大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2003年第3期36-39,共4页
针对电场作用下的超滤膜浓差极化现象 ,根据传递过程中的质量守恒定律并结合膜的吸附 -扩散分离理论 ,推导出了电超滤过程中的浓差极化比理论模型 ,并对该模型的影响因素如溶质的电泳速度和吸附 -扩散作用等进行了分析 .
关键词 超滤膜 浓差极化比模型 电场超滤 传质 质量守恒定律 吸附-扩散分离理论
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研究浓差极化和膜污染过程的方法与策略 被引量:29
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作者 刘忠洲 张国俊 纪树兰 《膜科学与技术》 CAS CSCD 北大核心 2006年第5期1-15,共15页
简要综述了浓差极化和膜污染的研究方法和策略.利用超滤法处理印钞擦版废液实验说明研究思路和各种分析方法的应用.通过膜阻力模型实验,分析出各污染途径产生的阻力大小,讨论了应注意的问题.采用EDX,ICP,TOC,SEM,FTIR和MC对膜污染物... 简要综述了浓差极化和膜污染的研究方法和策略.利用超滤法处理印钞擦版废液实验说明研究思路和各种分析方法的应用.通过膜阻力模型实验,分析出各污染途径产生的阻力大小,讨论了应注意的问题.采用EDX,ICP,TOC,SEM,FTIR和MC对膜污染物、酸洗和碱洗液、清洗前后膜表面形貌分析鉴定,发现主要无机污染物是钙离子,主要有机污染物是磺化蓖麻油.模拟实验结果与上述结果一致,并引导出四步清洗方法,可对污染膜进行有效清洗;并发现对于严重污染的膜,采用三个以上清洗周期才能使膜通量得到完全恢复.最后提出一个浓差极化和膜污染的研究方法和策略框架图. 展开更多
关键词 浓差极化 膜污染 方法和策略 印钞擦版废液
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反渗透系统中浓差极化的影响 被引量:13
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作者 徐腊梅 夏罡 +1 位作者 毕飞 靖大为 《工业水处理》 CAS CSCD 2004年第1期63-65,共3页
以实测数据为依据,论证了反渗透膜系统中浓差极化的影响,测定了保证系统稳定运行时浓差极化系数的临界值。由此为反渗透膜系统的稳定运行与优化设计提供了一个重要依据。
关键词 反渗透 浓差极化 难溶盐 纯水制备
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土壤金属界面水膜测量的浓差极化方法 被引量:4
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作者 石要武 任露泉 +1 位作者 李建桥 王昕 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 1997年第1期25-29,共5页
利用在阶跃电压作用下土壤水分中水溶性氧粒子放电的电化学反应过程,首次完成了土壤—金属界面水膜面积与厚度的测量。理论及实验均证明了此方法用于界面水膜测量的可靠性及准确性。
关键词 土壤-金属 界面水膜 电化学 测量 浓差极化
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钯膜分离氢氦过程中浓差极化现象 被引量:4
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作者 侯京伟 彭述明 +2 位作者 胡胜 熊亮萍 龚宇 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第1期276-280,共5页
根据设计,未来聚变堆等离子体排灰气中除了氘氚还含有以惰性气体为主的杂质气体,会在钯膜纯化氢同位素的过程中产生不容忽视的浓差极化现象,降低排灰气的处理效率。针对这一现象,以氢氦混合气为源项,研究了钯膜在分离氢氦过程中浓差极... 根据设计,未来聚变堆等离子体排灰气中除了氘氚还含有以惰性气体为主的杂质气体,会在钯膜纯化氢同位素的过程中产生不容忽视的浓差极化现象,降低排灰气的处理效率。针对这一现象,以氢氦混合气为源项,研究了钯膜在分离氢氦过程中浓差极化对渗氢性能的影响,利用极化系数对浓差极化的程度进行评估,并考察了渗氢驱动力、氦气浓度以及原料气流量对极化系数的影响。结果表明:在150,300,450kPa时的H2/He选择性分别为37 460,18 347和7935,可以看出钯膜致密性良好;浓差极化系数随着渗氢驱动力和氦气浓度的升高而增大,对于原料气流量的变化则呈现相反趋势。 展开更多
关键词 钯膜 浓差极化 氢氦分离 等离子体排灰气
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液体分离膜过程中的浓差极化及其评价方法 被引量:7
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作者 王大新 苏萌 王晓琳 《膜科学与技术》 CAS CSCD 北大核心 2005年第6期64-68,79,共6页
膜的污染和劣化始终是制约膜技术发展的瓶颈之一.在液体分离膜过程中,浓差极化是产生膜污染的主要原因,因此减小浓差极化即可减轻膜污染.本文首先介绍了浓差极化现象和模型以及传质系数的求算,并且提出一种简单的实验方法测定膜过程的... 膜的污染和劣化始终是制约膜技术发展的瓶颈之一.在液体分离膜过程中,浓差极化是产生膜污染的主要原因,因此减小浓差极化即可减轻膜污染.本文首先介绍了浓差极化现象和模型以及传质系数的求算,并且提出一种简单的实验方法测定膜过程的浓差极化程度,然后针对不同分子量的溶质体系对影响浓差极化程度的操作条件进行定量分析,包括操作压力和原料液循环流量,最后对如何减轻液体分离膜过程由浓差极化导致的膜污染给出几点建议. 展开更多
关键词 浓差极化 膜分离 循环流量 膜污染
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锂离子电池浓差极化及放电特性分析 被引量:3
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作者 刘良 戴玮 +1 位作者 王丽梅 王亢亢 《江苏大学学报(自然科学版)》 EI CAS 北大核心 2021年第1期33-39,共7页
针对锂离子电池内部浓差极化及其影响因素,对典型的NCM/C系锂离子电池进行试验获得关键性能参数,利用COMSOL软件建立电化学模型并试验验证其准确性,基于模型开展电池放电过程中固、液相浓差极化特性及其主要因素对电池放电性能影响的仿... 针对锂离子电池内部浓差极化及其影响因素,对典型的NCM/C系锂离子电池进行试验获得关键性能参数,利用COMSOL软件建立电化学模型并试验验证其准确性,基于模型开展电池放电过程中固、液相浓差极化特性及其主要因素对电池放电性能影响的仿真研究.结果表明:电池在放电过程中,单独改变负极粒径对负极固相浓差极化的影响更加明显,等比变化范围内负极引起的固相浓差变化幅度约是正极的136.05%;改变正极厚度更易加剧液相浓差极化,等量变化范围内正极引起的液相浓差变化幅度约是负极的199.01%;正极厚度对电压平台和电池容量影响显著,负极粒径影响电压平台而对容量几乎无影响;相比两者,正极厚度是同时影响电池浓差极化和放电性能的关键因素. 展开更多
关键词 锂离子电池 电化学模型 浓差极化 放电特性 数值模拟
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低浓度苯胺类化合物纳滤分离机理的浓差极化S-K模型验证 被引量:2
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作者 黄礼超 李方 +2 位作者 付乐乐 杨波 田晴 《东华大学学报(自然科学版)》 CAS CSCD 北大核心 2014年第5期617-623,共7页
采用结合浓差极化理论的Spiegler-Kedem(S-K)模型进行苯胺类化合物纳滤过程中的溶质反射系数(σ)和溶质渗透系数(Ps)的计算,研究操作压力、溶质相对分子质量以及正辛醇/水分配系数对苯胺类化合物反射系数的影响;另外通过空间位阻模型计... 采用结合浓差极化理论的Spiegler-Kedem(S-K)模型进行苯胺类化合物纳滤过程中的溶质反射系数(σ)和溶质渗透系数(Ps)的计算,研究操作压力、溶质相对分子质量以及正辛醇/水分配系数对苯胺类化合物反射系数的影响;另外通过空间位阻模型计算出3种纳滤膜的孔径,并与实验测定值比较,研究纳滤分离过程中的分离机理.研究结果表明,操作压力和溶质相对分子质量与溶质反射系数具有相关性,纳滤过程中筛分作用为其主要的分离机理. 展开更多
关键词 苯胺类化合物 纳滤 浓差极化 S-K模型
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编织型中空纤维膜污染与浓差极化的试验研究 被引量:3
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作者 湛含辉 湛雪辉 张晶晶 《水处理技术》 CAS CSCD 北大核心 2005年第10期17-20,共4页
导致膜污染和浓差极化的主要因素有:悬浮液浓度、颗粒粒径、颗粒表面性质、膜材料以及膜表面的流态等。设计的一组试验证明了上述因素导致膜污染与浓差极化对膜处理的危害性;同时也证明了在中空纤维膜中,Dean涡这种不稳定流能较大程度... 导致膜污染和浓差极化的主要因素有:悬浮液浓度、颗粒粒径、颗粒表面性质、膜材料以及膜表面的流态等。设计的一组试验证明了上述因素导致膜污染与浓差极化对膜处理的危害性;同时也证明了在中空纤维膜中,Dean涡这种不稳定流能较大程度地降低膜污染与浓差极化,降低的程度取决于Dean涡的优化参数。 展开更多
关键词 编织型中空纤维膜 Dean涡(二次流) 膜污染 浓差极化 渗透流量
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正渗透浓差极化与膜污染特征的研究进展 被引量:5
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作者 薛念涛 潘涛 《膜科学与技术》 CAS CSCD 北大核心 2015年第5期109-113,共5页
正渗透(Forward osmosis,FO)是国际上广泛关注的新型膜分离技术,能耗低、水回收率高,其分离的驱动力来源于原料液和驱动液之间自然存在的渗透压差.浓差极化与膜污染是导致水通量下降的两个主要因素.增加错流流速可显著减少外部浓差极化... 正渗透(Forward osmosis,FO)是国际上广泛关注的新型膜分离技术,能耗低、水回收率高,其分离的驱动力来源于原料液和驱动液之间自然存在的渗透压差.浓差极化与膜污染是导致水通量下降的两个主要因素.增加错流流速可显著减少外部浓差极化对FO性能的负面影响,内部浓差极化只能通过改善膜结构和膜性能来减缓.膜污染是FO的技术障碍之一.产生膜污染的机理有膜表面吸附与滤饼层(凝胶层)形成.膜污染物质可分为溶解性无机物、胶体和悬浮物、有机物及微生物.FO膜的性质、原料液性质、膜的置向、操作条件均是膜污染的影响因素.控制膜污染的方法主要有预处理、流体力学方法、清洗、改变膜的结构等.研究膜污染机理及控制方法可促进FO技术的开发与应用. 展开更多
关键词 正渗透 浓差极化 膜污染
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气体膜分离过程中浓差极化的影响 被引量:3
15
作者 冯献社 蒋国梁 朱葆琳 《膜科学与技术》 CAS CSCD 1989年第2期23-28,共6页
在气体膜分离过程中,浓差极化的存在使分离效果变差。虽然在许多现有的气体膜分离过程中浓差极化并不严重,但随着高通量分离膜的不断问世,浓差极化作用将不可忽视。本文推导了考虑浓差极化时稳态渗透速率表达式,并通过计算考察了操作参... 在气体膜分离过程中,浓差极化的存在使分离效果变差。虽然在许多现有的气体膜分离过程中浓差极化并不严重,但随着高通量分离膜的不断问世,浓差极化作用将不可忽视。本文推导了考虑浓差极化时稳态渗透速率表达式,并通过计算考察了操作参数和膜性能参数变化时,浓差极化作用大小的变化规律,为高通量膜分离器的设计与应用提供参考。 展开更多
关键词 膜分离 气体 浓差极化
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降低直接甲醇燃料电池浓差极化的含磺化碳管阻水夹层的构建 被引量:1
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作者 刘杰 李金晟 +4 位作者 柏景森 金钊 葛君杰 刘长鹏 邢巍 《高等学校化学学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2022年第11期165-170,共6页
采用直接接枝法,将来自对氨基苯磺酸的苯磺酸官能团引入氧化多壁碳纳米管,制得磺化多壁碳纳米管(SO_(3)-MCNT).再以SO_(3)-MCNT为填料,以Nafion离聚物为黏结剂,利用超声喷涂在商业N212质子交换膜一侧构建了新的膜层,获得了一种复合膜(SO... 采用直接接枝法,将来自对氨基苯磺酸的苯磺酸官能团引入氧化多壁碳纳米管,制得磺化多壁碳纳米管(SO_(3)-MCNT).再以SO_(3)-MCNT为填料,以Nafion离聚物为黏结剂,利用超声喷涂在商业N212质子交换膜一侧构建了新的膜层,获得了一种复合膜(SO_(3)-MCNT-N212).使用SO_(3)-MCNT-N212制备燃料电池膜电极(MEA),并用于直接甲醇燃料电池(DMFC)测试.与使用普通N212膜的膜电极相比,该膜电极的性能得到明显提升.进一步分析表明,SO_(3)-MCNT膜层的引入降低了阳极向阴极的跨膜水迁移作用,缓解了阴极的水淹,从而降低了浓差极化,提升了膜电极的性能. 展开更多
关键词 直接甲醇燃料电池 质子交换膜 磺化多壁碳纳米管 浓差极化 水管理
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膜厚度和流动状况对渗透蒸发过程的浓差极化影响 被引量:2
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作者 刘庆林 李磊 《化学工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第6期44-47,共4页
浓差极化对渗透蒸发过程的渗透速率和分离因子有一定负面影响。文中利用渗透蒸发过程中的分步阻力传质模型分析浓差极化,以含乙醇质量分数2%的乙醇/水为进料体系,观察进料流速对渗透蒸发过程中分离因子和通量的影响。分别估算了边界层... 浓差极化对渗透蒸发过程的渗透速率和分离因子有一定负面影响。文中利用渗透蒸发过程中的分步阻力传质模型分析浓差极化,以含乙醇质量分数2%的乙醇/水为进料体系,观察进料流速对渗透蒸发过程中分离因子和通量的影响。分别估算了边界层阻力和膜阻力以及流速对边界层阻力的影响,并考察了膜厚度对浓差极化和分离因子的影响。 展开更多
关键词 浓差极化 边界层 分步阻力模型
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超滤过程中浓差极化现象的研究(二)——蛋白质吸附对通量的影响 被引量:2
18
作者 王树森 锁向荣 《北京工业大学学报》 CAS CSCD 1990年第4期67-74,共8页
利用光电法直接测量超滤过程中膜表面边界层内的浓度分布,算出膜的附加阻力,可定量地描述蛋白质分子在膜表面的吸附状况。讨论了膜材料、溶质种类、溶液浓度等因素对蛋白质分子吸附的影响。
关键词 超滤 浓差极化 蛋白质吸附
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浅析UF膜分离过程中的浓差极化问题及其控制方法 被引量:2
19
作者 张志国 陈锦屏 《食品工业科技》 CAS CSCD 北大核心 2005年第3期186-187,共2页
阐述了浓差极化的基本概念,分析了UF膜分离过程中浓差极化产生的原因,提出了控制浓差极化现象的方法。
关键词 膜分离 浓差极化 控制方法
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超滤过程中浓差极化现象的研究(一)——浓差极化边界层阻力和膜阻力对通量的影响 被引量:1
20
作者 王树森 锁向荣 《北京工业大学学报》 CAS CSCD 1990年第3期44-51,共8页
利用光电法直接测量超滤过程中膜表面边界层的浓度分布,在此基础上计算出搅拌和非搅拌条件下浓差极化边界层阻力和膜阻力,并讨论了它们对通量的影响。发现边界层阻力不仅和其厚度有关,还和其形成过程有关。
关键词 超滤 浓差极化 光电法 阻力 通量
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