题目：油品中氧化物微粒的介电泳分离与操控研究

从液体中分离固体微粒是化工、生物和油品精制等的重要过程，特别是小尺寸粒子的固/液分离尤为重要。从微观角度研究液体中固体微粒的介电响应，对油品中氧化物微粒的介电泳去除，以及其他液体介质中氧化物微粒的介电分离与操控具有重要的指导意义。本文利用介电泳工艺对含固体微粒的石油产品进行了精制研究，进而从微观角度研究了氧化物微粒在油品介质中的介电响应规律，探讨了微粒的介电捕获机理。在此基础上，可将介电泳技术用于氧化物微粒、特别是稀土氧化物微粒的分离、操纵及其粒度分级。通过油品介电精制工艺研究发现，在介电精制工艺装置中选用介电常数高陶瓷，可显著提高油品的精制效率。固体微粒的去除率随介电常数ε的增加先增后减（ε=12000时介电精制效果最好）。在介电常数为12000下，固体微粒的去除率随分离电压U的增加先增后减（U=4000V时介电精制效果最好）。固体微粒的去除率随油品流量Q的增加先增后减(Q=36.4mL/min时介电精制效果最好)。另外，石油产品中固体微粒含量高的介电精制效果更明显。自行设计、研制了介电泳微阵列芯片，组装了显微介电泳系统（包括静态和动态的）。结果表明所研制的介电泳芯片及其他组件适于多种氧化物微粒在非均匀电场中的介电响应研究。通过SiO2、Fe2O3和空心微球在油品中的静态显微介电泳研究，筛选出空心微球作为粘土微粒介电精制的模型。研究发现油品中氧化物微粒介电响应的最佳频率为50Hz，在频率固定的条件下，氧化物微粒的迁移电压随其粒径的增加而降低。研究还发现液体介质的电导率影响氧化物微粒的介电迁移，其中在油品介质中发生正介电泳，在水介质中发生负介电泳，且微粒在水中的迁移电压远低于油品中的，因此水可作为氧化物微粒介电操控研究的理想介质。对于氧化物微粒的介电泳微观机理的研究表明，氧化物微粒的形状对介电迁移有影响，适当的热运动有利于更多的微粒发生介电捕获。通过8种金属氧化物微粒在油品中的静态显微介电泳研究，发现在粒径为2-10μm的范围内，微粒的迁移电压与粒径成负相关、频率成正相关。通过6种金属氧化物微粒在油品中的动态显微介电泳研究，发现不同氧化物微粒其悬浮液的最佳流量不同，在该流量下，可用较低的电压实现对粒子的介电捕获或操控。氧化铈与其他几种氧化物的迁移电压在相同频率和流量下相差较大，因此可以通过控制频率或流量用介电泳技术进行有效分离，也可在非均匀电场的不同区域定位。此外，动态下，由于流体介质的流动带动了微粒随流体运动，交流非均匀电场不需克服微粒与基板的静摩擦力，故迁移电压较低。