本文關鍵詞：海洋底棲硅藻附著機理及其防污技術研究

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【摘要】：海洋生物污損導致海洋艦船航速降低、能耗增加，增大了船體腐蝕及維護成本，因而研究生物防污對海洋業(yè)有重要的現實意義和工程應用價值。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構、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，在此基礎上，研發(fā)了一種新型無污染的防污涂層—夜光粉復合涂層。 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�；诮瘫砻孀饔昧Φ睦碚�，計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，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，爬行粘液則是實現爬行不可或缺的關鍵要素。通過動力學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象。通過仿真硅藻的爬行與附著過程，驗證了爬行硅藻間存在群體感知；揭示了導致硅藻附著聚集性的主要原因是細胞間的感知、細胞的繁殖分裂以及細胞粘液的粘著力。 研究了外界因素對硅藻深度附著的影響。基底特性研究表明：在各種表面性能參數中，只有表面能極性項與附著量形成顯著的線性關系，表面能極性項越大，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。光照試驗表明：光照可通過影響葉綠體的鋪展形式通過與圓形結構的空間競爭抑制硅藻的附著；硅藻內生節(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，隨著光照強度增強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理的研究成果，研發(fā)了一種新型夜光粉復合涂層。試驗證實：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。海洋實測表明該涂層優(yōu)于某國產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，具有較好的應用前景。
【關鍵詞】：硅藻 防污技術 爬行機理 附著機理 光照條件
【學位授予單位】：清華大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：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 海洋生物防污技術途徑20-24
• 1.3.1 化學防污方法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 海洋生物防污技術發(fā)展趨勢及現有不足24-25
• 1.5 本文的主要研究內容及框架25-28
• 第2章 硅藻結構及硅壁力學特性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 硅壁結構及其特點30-32
• 2.3 硅藻內部結構及分泌液32-34
• 2.4 硅壁的力學特性34-38
• 2.4.1 硅壁自然彎曲的試驗觀測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果37-38
• 2.5 本章小結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果42-43
• 3.3 硅藻在垂直壁面上的爬行43-48
• 3.3.1 試驗方法與裝置43-45
• 3.3.2 硅藻在垂直壁面上的爬行結果45-46
• 3.3.3 硅藻在垂直壁面上的附著分布仿真46-48
• 3.4 硅藻上浮機理的計算與討論48
• 3.5 硅藻與壁面間吸附自由能與勢能的計算與分析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討論58-60
• 3.6 本章小結60-62
• 第4章 硅藻的爬行機理及附著聚集性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 爬行粘液的力學性能69-72
• 4.3 硅藻的爬行機理72-76
• 4.3.1 新的硅藻爬行模型72-74
• 4.3.2 新爬行模型的力學合理性分析74-75
• 4.3.3 新爬行模型對經典 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理94-96
• 4.6.1 導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)學意義95-96
• 4.7 本章小結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 硅藻附著量試驗方法及試驗結果105-106
• 5.3.3 硅藻附著量與表面特性參數之間的關系106-110
• 5.4 光照對硅藻附著影響的試驗方法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理122-126
• 5.6.1 光照作用與硅藻的生理結構及習性122-125
• 5.6.2 底部入射光照對硅藻附著量的影響機理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理130-131
• 5.8 硅藻附著機理分析131-132
• 5.9 本章小結132-134
• 第6章 基于硅藻附著機理的夜光粉復合涂層及其防污效果134-152
• 6.1 夜光粉復合涂層的組分及制備方法134-135
• 6.2 樣品試驗方案及沖刷試驗裝置135-138
• 6.2.1 試驗方案設計135-136
• 6.2.2 樣品沖刷試驗裝置136-138
• 6.3 夜光粉復合涂層的基本特征138-139
• 6.4 夜光粉復合涂層的防污試驗139-145
• 6.4.1 涂層的功能試驗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 夜光粉復合涂層的海洋實測試驗145-150
• 6.5.1 試驗樣本、試驗條件和執(zhí)行標準145-147
• 6.5.2 試驗結果及分析147-150
• 6.6 本章小結150-152
• 第7章 結論與展望152-157
• 7.1 主要結論152-155
• 7.2 創(chuàng)新點155
• 7.3 展望155-157
• 參考文獻157-168
• 致謝168-170
• 個人簡歷、在學期間發(fā)表的學術論文與研究成果170-171

【參考文獻】

中國期刊全文數據庫 前10條

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本文編號：608069