背景介紹:氣-液傳質理論涉及相與相之間的物質傳遞，它是化工單元操作中最普遍存在的現象，所以受到學術界的高度重視。尤其是以氣體為分散相在生物反應器(即城市污水生物反應器)中起著關鍵作用，例如處理發(fā)酵控制可用的氧氣用于微生物代謝。生物過程的性能以及相關的能源消耗，因此這直接關系到后一種轉移現象的效率。常規(guī)的生物反應器涉及到液體培養(yǎng)基(培養(yǎng)基)，它比純空氣-水系統(tǒng)復雜得多，因為它含有許多種類(鹽、碳氫化合物、酒精、有機營養(yǎng)物質、表面活性劑等)。本研究人員應用微電極系統(tǒng)研究了含有鹽、葡萄糖或表面活性劑的清水中的氧的擴散系數實驗研究，討論溶液中不對物質對液相傳質系數的影響。

Unisense微電極系統(tǒng)的應用

unisense公司的克拉克型氧微電極應用于溶液中氧氣的濃度測試。實驗中所使用的丹麥unisense公司氧氣微電極的尖端直徑是25微米，所使用的氧氣微電極屬于快速響應型微電極，該電極的對于溶液中的氧的相應時間是小于1s，應用氧氣微電極測試含有溶液中的氧氣剖面濃度。其中的氧氣微電極在使用前進行了常規(guī)的兩點校正做出標準曲線。

實驗結果

本論文研究了生物介質中常見的一些化合物在清水中存在對氧擴散系數的影響。2)量化其對液相傳質系數的影響，首次測試了在含有鹽(NaCl)、葡萄糖或表面活性劑(十二烷基硫酸鈉)等各種溶液的液相中氧的擴散系數（D），與純凈的水測試的氧的擴散系數相比，可明顯觀察到氧的擴散系數（D）的減少。從而建立了氧的擴散系數（D）隨溶液中化合物濃度C變化的模型，并發(fā)現其依賴性取決于所添加的化合物本身性質。在第二次使用相同的液體介質系數時，實驗是在靜止的液相中一列氣泡上升的過程中進行并確定了相關液相傳質系數(KL)。對于所有條件下中測試的（無論是哪種溶液）擴散系數（D）和液相傳質系數（KL）對比，都能清楚地觀察到溶液的濃度(C)隨時間的增加而降低。這些發(fā)現首先表明了即使是潔凈水的性能(密度、粘度、表面張力)沒有顯著變化，通過添加鹽(NaCl)，液體側傳質系數可以得到同樣的修正。對于葡萄糖水溶液，液相傳質系數（KL）與擴散系數（D）的降低有很好的相關性，這主要是由于粘度是隨物質濃度變化的。對于表面活性劑，水的動力條件(即泡沫雷諾數)在所有濃度下幾乎保持不變，唯一的氧擴散系數（D）產生變化的原因是KL下降導致的。

圖1、試驗裝置用于測量氧擴散系數:(1)雙壁船,(2)Unisense氧微電極,(3)數據采集系統(tǒng),(4)溫度計(5)恒溫水浴(6)磁力攪拌器(7)氣體流量計(8)氮氣供應瓶、(9)空氣供應瓶、(10)三通閥

圖2、(a)產生一系列氣泡的圖解。(b)用于測量與后一列火車有關的液體側傳質系數的實驗裝置(1)壓力表、(2)氣體流量計、(3)電子壓力計、(4)方形罐、(5)膜噴器、(6)氣泡柱、(7)皂膜儀、(8)化學溶液容器，(9)氧微傳感器，(10)采集系統(tǒng)(攝像頭，電腦)，(11)氮氣壓力表，(12)攪拌系統(tǒng)

圖3、實驗過程中溶解氧濃度隨時間變化情況。采用亞硫酸鹽靜態(tài)法測試體積傳質系數（kLa）。從圖中可以看出，當體系中充入氮氣后，水溶液中的氧氣呈現明顯的下降趨勢。

圖4、(a)含有鹽的水溶液中氧擴散系數的對比（實際測試與文獻報道的比較）。(b)葡萄糖水溶液的氧氣擴散粘度系數與粘度倒數的關系。

圖5、合成液體介質中氧的擴散系數的比值。指的是純凈水中加入一定濃度的化合物(鹽-□；◆-表面活性劑；○-糖;)的氧的擴散系數(T=20?C)。虛線線和實線的曲線是通過方程擬合獲得(15)和表3所列的相關系數進行建模獲得的。

結論與展望

本論文主要就溶液中存在著不同物質對于氣液介質中的液相傳質系數的影響，就氣液傳質系數方面進行相關的研究。研究人員在研究過程中很好的結合了丹麥unisense公司開發(fā)的快速響應的克拉克型氧微電極（該類型的微電極具有響應快，測試精度高等優(yōu)點）完成了溶液中氧的剖面濃度測試，獲得的氧濃度的相關數據為研究人員研究溶液中的氧的擴散系數提供了重要的數據支持，從而為研究氣液傳質理論中解釋關于溶液中存在的物質是如何影響液相中氧的擴散系數（D）及液相傳質系數(KL)的，從而提出了關于純水溶液中存在鹽、葡萄糖或表面活性劑對氧擴散系數及液相傳質系數的影響及提出產生這些影響的相關機制，強調了在復雜介質溶液中的氧擴散系數數據庫的完成對于描述和建立關于氣-液傳質現象的模型的重要性和必要性。