岩土力学 ›› 2022, Vol. 43 ›› Issue (2): 337-344.doi: 10.16285/j.rsm.2021.1236

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多孔介质中磷负载纳米铁运动特性的模型试验

林丹彤,胡黎明   

  1. 清华大学 水利系 水沙科学与水利水电工程国家重点实验室,北京 100084
  • 收稿日期:2021-08-06 修回日期:2021-11-26 出版日期:2022-02-11 发布日期:2022-02-22
  • 通讯作者: 胡黎明,男,1974年生,博士,教授,主要从事土力学及环境岩土工程领域的研究。E-mail: gehu@tsinghua.edu.cn E-mail: ldt16@tsinghua.org.cn
  • 作者简介:林丹彤,女,1993年生,博士,助理研究员,主要从事污染地下水修复领域的研究。
  • 基金资助:
    国家重点研发计划(No. 2020YFC1806502);国家自然科学基金(No.51979144);水沙科学与水利水电工程国家重点实验室基金(No. 2020- KY-01, No. 2021-D-03)。

Model tests on the transport behavior of phosphate-sorbed nano zero-valent iron in porous media

LIN Dan-tong, HU Li-ming   

  1. State Key Laboratory of Hydro-Science and Engineering, Department of Hydraulic Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084, China
  • Received:2021-08-06 Revised:2021-11-26 Online:2022-02-11 Published:2022-02-22
  • Supported by:
    This work was supported by the National Key Research and Development Program of China (2020YFC1806502), the National Natural Science Foundation of China (51979144) and the Foundation of State Key Laboratory of Hydro-Science and Engineering (2020-KY-01, 2021-D-03).

摘要: 纳米零价铁在多孔介质中的运动能力影响其作为污染地下水修复材料的应用潜力。已有研究多采用一维柱试验研究纳米零价铁的运动行为,对于其二维运动行为的报道有限。自主研发了模拟多孔介质中纳米颗粒运动的模型试验系统,采用细、中、粗3种不同粒径的玻璃珠模拟土体,通过取样测量和图像分析等方法获得了磷负载纳米铁在多孔介质中的运动行为。一维柱试验结果表明磷负载纳米铁在中玻璃珠和粗玻璃珠中均有一定的运动能力,其液相回收率分别为50.3%和41.0%,而在细玻璃珠中运动能力较差;二维模型试验表明磷负载纳米铁在中玻璃珠中的滞留量随距离逐渐降低,而在粗玻璃珠中则呈现出滞留量随距离先升高后降低的趋势。由模型试验结果分析可知,磷负载纳米铁的运动和滞留过程与多孔介质孔隙结构和流速密切相关,颗粒阻塞与表面沉积等不同物理过程的共同作用导致了其在不同粒径多孔介质中运动特性的差异。研究成果可用于评估磷负载纳米铁的运动能力及分析其在多孔介质中的运移和滞留机制,为纳米零价铁技术的工程应用和环境风险评价提供参考依据。

关键词: 磷负载纳米铁, 多孔介质, 运移, 滞留, 模型试验

Abstract: The mobility of nano zero-valent iron (nZVI) will greatly affect its potential application as a remediation material for polluted groundwater. One-dimensional (1D) column tests are commonly used in previous works to study the transport behavior of nZVI. However, the reports about the two-dimensional (2D) transport behavior of nZVI are still very limited. In this study, model test systems were developed to simulate the transport and retention of nanoparticles in porous media. Glass beads of different sizes (fine, medium and coarse) were used to simulate the porous media. The motion behavior of phosphate-sorbed nZVI (PS-nZVI) in porous media was obtained by sampling and image analysis. Results of 1D column tests show that PS-nZVI has certain mobility in medium and coarse glass beads with liquid-phase recoveries equal to 50.3% and 41.0%, but has poor mobility in fine glass beads. Results of 2D model tests show that the retention of PS-nZVI in medium glass beads decreases with the distance, while the retention in coarse glass beads increases first and then decreases with the distance. Results show that the transport and retention process of PS-nZVI is affected by both the particle size of porous media and the flow velocity. The combined influence of clogging and surface deposition leads to the different transport and retention behaviors of PS-nZVI in glass beads of different sizes. The results of this study can be used to evaluate the mobility of PS-nZVI and analyze its retention mechanism in porous media, and provide a reference for engineering application and environmental risk assessment of nZVI technology.

Key words: phosphate-sorbed nano zero-valent iron (PS-nZVI), porous media, transport, retention, model test

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[1] 张雨坤, 秦廷辉, 李大勇, 王冲冲, . 分层土中裙式吸力基础吸力沉贯特性模型试验研究[J]. 岩土力学, 2022, 43(5): 1317-1325.
[2] 雷华阳, 王磊, 刘景锦, 王鹏, 章纬地, 薄钰, . 化学改性联合真空预压法加固吹填土试验分析[J]. 岩土力学, 2022, 43(4): 891-900.
[3] 戴北冰, 李天齐, 杨峻, 刘锋涛, . 组构对自然休止角影响的试验研究[J]. 岩土力学, 2022, 43(4): 957-968.
[4] 路乔, 杨智超, 杨志全, 于荣霞, 朱颖彦, 杨溢, 张碧华, 王仁超, 方迎潮, 余东亮, 刘浩, 苏建坤, . 考虑扩散路径的宾汉姆流体渗透注浆机制[J]. 岩土力学, 2022, 43(2): 385-394.
[5] 邱金伟, 权全, 刘军, 童军, 胡波, . 考虑非等温环境下污染物在黏土中的运移解析模型[J]. 岩土力学, 2022, 43(2): 423-431.
[6] 周光新, 盛谦, 崔臻, 王天强, 马亚丽娜, 付兴伟, . 走滑断层错动影响下跨活断层铰接隧洞 破坏机制模型试验[J]. 岩土力学, 2022, 43(1): 37-50.
[7] 肖飞, 孔令伟, 刘观仕, 冯衡, 董义义, 曾二贤, . 中密风积沙地层金属装配式基础抗拔模型试 验与承载力改进计算方法[J]. 岩土力学, 2022, 43(1): 65-75.
[8] 吴慧明, 赵子荣, 林小飞, 史建乾, 龚晓南, . 主动排水固结法气举降水效应模型试验研究[J]. 岩土力学, 2021, 42(8): 2151-2159.
[9] 李元海, 刘德柱, 杨硕, 孔骏, . 深部复合地层TBM隧道围岩应力与变形 规律模型试验研究[J]. 岩土力学, 2021, 42(7): 1783-1793.
[10] 王崇宇, 刘晓平, 张家强, 曹周红, . 刚性墙后有限宽度土体被动滑裂面特征试验研究[J]. 岩土力学, 2021, 42(7): 1839-1849.
[11] 刘志鹏, 孔纲强, 文磊, 王志华, 秦红玉, . 砂土地基中倾斜螺旋桩群桩上拔与水平 承载特性模型试验[J]. 岩土力学, 2021, 42(7): 1944-1950.
[12] 饶佩森, 李丹, 孟庆山, 王新志, 付金鑫, 雷学文, . 循环荷载作用下钙质砂地基土压力分布特征研究[J]. 岩土力学, 2021, 42(6): 1579-1586.
[13] 郭明伟, 马欢, 杨忠明, 王斌, 董学超, 王水林, . 常泰长江大桥施工阶段大型沉井基础沉降变形分析[J]. 岩土力学, 2021, 42(6): 1705-1712.
[14] 鞠远江, 胡明鉴, 秦坤坤, 宋博, 孙子晨, . 珊瑚礁岛钙质砂细颗粒渗透运移规律研究[J]. 岩土力学, 2021, 42(5): 1245-1253.
[15] 沈扬, 冯照雁, 邓珏, 陈锴嘉, 许俊红, . 南海珊瑚砂地基承载力模型试验研究[J]. 岩土力学, 2021, 42(5): 1281-1290.
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[1] 姚仰平,侯 伟. 土的基本力学特性及其弹塑性描述[J]. , 2009, 30(10): 2881 -2902 .
[2] 徐金明,羌培,张鹏飞. 粉质黏土图像的纹理特征分析[J]. , 2009, 30(10): 2903 -2907 .
[3] 向天兵,冯夏庭,陈炳瑞,江 权,张传庆. 三向应力状态下单结构面岩石试样破坏机制与真三轴试验研究[J]. , 2009, 30(10): 2908 -2916 .
[4] 石玉玲,门玉明,彭建兵,黄强兵,刘洪佳. 地裂缝对不同结构形式桥梁桥面的破坏试验研究[J]. , 2009, 30(10): 2917 -2922 .
[5] 夏栋舟,何益斌,刘建华. 土-结构动力相互作用体系阻尼及地震反应分析[J]. , 2009, 30(10): 2923 -2928 .
[6] 徐速超,冯夏庭,陈炳瑞. 矽卡岩单轴循环加卸载试验及声发射特性研究[J]. , 2009, 30(10): 2929 -2934 .
[7] 张力霆,齐清兰,魏静,霍倩,周国斌. 淤填黏土固结过程中孔隙比的变化规律[J]. , 2009, 30(10): 2935 -2939 .
[8] 张其一. 复合加载模式下地基失效机制研究[J]. , 2009, 30(10): 2940 -2944 .
[9] 易 俊,姜永东,鲜学福,罗 云,张 瑜. 声场促进煤层气渗流的应力-温度-渗流压力场的流固动态耦合模型[J]. , 2009, 30(10): 2945 -2949 .
[10] 陶干强,杨仕教,任凤玉. 崩落矿岩散粒体流动性能试验研究[J]. , 2009, 30(10): 2950 -2954 .