飽和多孔介質(zhì)中納米膠體吸附機理的研究.pdf

1、膠體是指粒徑范圍在1 nm-10μm的極細物質(zhì)顆粒，由于其特殊的表面化學性質(zhì)，膠體在地下環(huán)境可攜帶污染物運移，或者自身就具有污染能力，比如病毒，細菌等病原體微生物以及納米顆粒。隨著近年來納米技術的廣泛應用，其環(huán)境安全問題越來越受到人們關注。因此研究納米膠體(直徑10-100 nm)在多孔介質(zhì)中的運移和吸附過程對于預測膠體以及膠體攜帶污染物對地下環(huán)境的潛在危害具有重要意義。 本文通過對20 nm橡膠顆粒在飽和石英砂介質(zhì)中吸附過程的

2、研究，旨在說明溶液化學條件(離子強度)對于納米膠體吸附機理的影響。首先根據(jù)動電測量結果得到溶液離子強度為0.001，0.01，0.04，0.1和0.2 M時膠體與石英砂顆粒表面的ζ電勢，由Derjaguin-Landau-Verwey-Overbeek(DLVO)理論計算得到界面相互作用能量曲線，其規(guī)律表現(xiàn)為：1)隨著顆粒作用間距的增加，相互作用能量曲線依次為初級勢阱，排斥勢壘和次級勢阱；2)隨著離子強度的增加，排斥勢壘逐漸降低，次級勢

3、阱逐漸增大；3)離子強度為0.2 M時排斥勢壘消失，能量曲線上只存在初級勢阱。 運用DLVO能量曲線對膠體吸附實驗結果進行分析，可以很好的解釋膠體吸附作用隨著離子強度的增加而增強這一現(xiàn)象。為了進一步研究膠體的吸附機理隨離子強度的變化，考慮溶液化學條件的擾動對膠體釋放的作用，于較高離子強度0.1和0.2 M條件下，在原吸附實驗結束后再輸入蒸餾水以降低溶液離子強度，由流出液中檢測到部分膠體釋放出來。結果說明溶液濃度為0.1 M時，降

4、低離子強度消除了次級勢阱，使吸附于次級勢阱中的膠體釋放出來，而0.2 M為有利吸附條件，通入蒸餾水后溶液化學條件在一定程度上轉變?yōu)闊o利吸附條件，使部分發(fā)生可逆吸附的膠體解吸下來。最后通過對各實驗過程中膠體質(zhì)量分數(shù)的計算，發(fā)現(xiàn)在最高離子強度0.2 M條件下，部分膠體發(fā)生了不可逆吸附，化學條件的改變也無法使這部分膠體從介質(zhì)表面釋放出來。同時還可得到殘留膠體在土柱內(nèi)部的空間分布情況。 最后引入吸附效率來描述膠體的吸附作用。通過實驗吸附

5、效率與理論吸附效率(相互作用邊界層IFBL-Interaction Force Boundary Layer模型以及麥克斯韋模型預測值)的對比發(fā)現(xiàn)，實驗吸附效率與IFBL模型預測結果相差較大，而與麥克斯韋模型預測結果一致性較好。這是由于麥克斯韋模型同時考慮了初級勢阱與次級勢阱吸附效應，較好的說明了膠體在介質(zhì)表面的吸附過程，而IFBL模型只考慮了初級勢阱效應。 本研究通過膠體吸附實驗與相關理論的結合，說明了隨著溶液離子強度的增加，