泥沙颗粒污染前后表面孔隙力学特征分析

天然颗粒物表面孔隙众多,比表面积丰富,均有很强的吸附填充能力,在污染物迁移过程中起着重要的作用．通过氮气吸附-脱附实验研究官厅底泥沙样表面的孔隙分布特征,并根据FHH（ferenkel-halsey-hill）方程计算出能够真实反映颗粒表面粗糙程度的表面分形维数．结果表明官厅底泥颗粒的分形维数约2．6～2．85,底泥颗粒在被污染前后孔径小于10nm的孔隙体积变化很大,相应其分形维数也因为表面孔隙被污染物填充而变小．     

基于弱作用力的固液相微界面作用模拟方法

为了探究固液相微界面作用的物质输移机制,丰富水-沙-污染物微界面作用的数值模拟方法,本文基于光滑粒子流体动力学方法(SPH)耦合电场力、布朗运动力、曳力等弱作用力,构建复杂微界面作用模型,模拟了细颗粒泥沙吸附Pb²⁺的微界面作用过程.模拟结果演示了细颗粒泥沙与Pb²⁺的微界面作用全过程,Pb²⁺进入液膜,由液膜迁移至颗粒内,逐渐填满液膜和孔道,最终填充空腔.微界面作用动力学分析结果表明模拟结果符合准二级动力学模式;微界面作用模式识别结果表明0～10min为膜扩散阶段,10～60min为膜扩散和颗粒内扩散并存阶段,60～210min为颗粒内扩散阶段.模拟结果具有较好的微界面作用动力学相似性和微界面作用模式一致性.该方法适用于微米尺度下的微界面作用过程模拟,为水-沙-污染物交互作用的微观尺度建模提供新思路.     

水动力作用对污染物在河流水沙两相中分配的影响研究进展

通过总结近年来有关水动力作用对河流中泥沙吸附/释放重金属、磷等污染物影响研究成果,分析了水流紊动强度和流速对污染物在河流水沙两相中分配的影响规律。当水流紊动强度较低时,泥沙主要以床沙形式存在,泥沙对污染物的吸附/释放速率和强度较低;随着紊动强度增大,水沙界面切应力随之增大并促使泥沙悬浮,污染物与悬浮泥沙颗粒接触面积增大,使得泥沙对污染物的吸附/释放速率和强度显著增加。流速对污染物在水沙两相间分配的影响较为复杂。泥沙静止时,流速的增大会减小边界层厚度,增大水体溶解氧含量、氧化还原电位等参数,并使污染物在水体里的扩散由分子扩散转变为以紊动扩散为主,增强污染物在水-沙界面的交换通量,对污染物在水沙两相间的分配产生影响;随着流速进一步增大,床沙逐渐起动、悬浮,此时除上述因素外,泥沙运动状态、悬浮颗粒间碰撞强度、悬浮物的絮凝等均会对泥沙吸附/释放污染物产生影响,由于影响因素较多,作用机制复杂,目前关于泥沙运动对污染物在水沙两相间分配的影响所得结论仍存在分歧。相应的机理研究及数学模型的建立均做了较大简化。综观当前的研究成果,水沙运动及其化学生物过程等对污染物在河流水沙两相中的分配作用机理和耗氧有机物、有毒有机物等污染物与泥沙的作用机理是这一领域的未来研究重点。     

长江口细颗粒泥沙对Pb、Cd、Cu的吸附

长江年输水量达一万亿公方,并携带五亿吨泥沙入海。长江口是典型的潮汐河口,咸淡交汇,水体中固-液界面过程十分复杂。本文研究长江口铜沙浅滩沉积物对Pb、Cd、cu的吸附。结果表明:泥沙表面的有机物,固一液界面ζ电位,介质pH值盐度、温度对吸附均有影响。介质pH值不仅影响水体中重金属的水解沉淀作用,同样影响泥沙表面的电性质。泥沙对Pb、Cd、Cu的吸附符合Freundlich等温式。     

长江口细颗粒泥沙对 Pb、Cd、Cu 的吸附

长江年输水量达一万亿公方,并携带五亿吨泥沙入海。长江口是典型的潮汐河口,咸淡交汇,水体中固-液界面过程十分复杂。本文研究长江口铜沙浅滩沉积物对 Pb、Cd、Cu 的吸附。结果表明:泥沙表面的有机物,固-液界面ζ电位,介质 pH值盐度、温度对吸附均有影响。介质 pH值不仅影响水体中重金属的水解沉淀作用,同样影响泥沙表面的电性质。泥沙对 Pb、Cd、Cu 的吸附符合 Freundlich 等温式。     

柴油机排气颗粒吸附与结构特征试验研究

针对柴油机排气颗粒的吸附能力以及与吸附相关的结构特征研究不足的现状,对柴油机不同工况排气颗粒的吸附能力和结构特征进行了测量与分析。通过柴油机试验台架采集了柴油机不同工况(100%负荷下转速分别为1 500、2 700、3 600r/min)下的排气颗粒,采用氮气吸附法对柴油机排气颗粒的吸附性能进行了测量,通过多点BET法、DFT法、FHH法分别对柴油机排气颗粒的比表面积、孔隙结构、分形维数进行了表征,探讨了颗粒的结构特征参数随柴油机转速的变化规律,并运用透射和扫描电镜对颗粒结构特征参数随柴油机转速变化的规律进行了分析。结果表明:柴油机排气颗粒具有吸附能力,氮气吸附等温线属第II类等温吸附趋势,随着柴油机转速的增加,颗粒吸附能力增强;颗粒的孔径分布呈多峰连续分布,孔径分布于8～80nm,属中孔和大孔范畴;当柴油机转速为1 500、2 700、3 600r/min时,比表面积分别为65.408、78.562、101.885m2/g,孔容积分别为0.093、0.113、0.152mL/g,分形维数分别为2.551 5、2.561 3、2.584 9,平均孔径分别为14.483、13.236、10.736nm;颗粒的比表面积、累积孔容积和分形维数随柴油机转速的增加而增大,平均孔径随柴油机转速的增加而减小。     

纳米氢氧化铝稳定泡沫性能研究

通过原位表面活性化可使纳米颗粒变成表面活性颗粒,使其能够吸附在气-液界面上形成颗粒单层,这种颗粒单层类似于表面活性剂在气-液界面上的吸附单分子层,有起泡和稳泡的作用.研究了纳米氢氧化铝与表面活性剂SDS及OP-10复配产生的泡沫的性能.结果表明,以水为溶剂时,OP-10基本不能使纳米氢氧化铝颗粒原位表面活性化,不能在起泡和稳泡方面产生协同效应.而阴离子表面活性剂SDS能够通过静电作用吸附在纳米氢氧化铝颗粒表面,使颗粒表面覆盖一层烷基链而亲水性减弱,从而能以颗粒单层形式吸附在气-液界面上起到起泡和稳泡的作用.当SDS质量分数大于0.6%后,表面活性剂分子在颗粒表面形成双层或多层吸附,打破了活性颗粒的亲水-亲油平衡,纳米颗粒重新转变为强亲水颗粒,起泡、稳泡能力下降.质量分数0.1%纳米Al(OH)3+SDS体系的泡沫封堵性能明显优于单一SDS体系,文中实验条件下阻力因子可达100以上.     

多颗粒沉积模型预测铜和铝冷喷涂层微观形貌

采用有限元软件ANSYS/LS--DYNA建立了15个颗粒与基板的冷喷涂沉积模型,通过多颗粒沉积模型预测工艺条件、不同颗粒/基板组合的沉积行为和微观形貌;制备了Al和Cu冷喷涂涂层,观察了涂层截面形貌和颗粒变形特征,并与模拟结果进行对比.结果表明,多颗粒沉积模型可预测喷涂条件对颗粒沉积过程及涂层微观特征的影响,以及不同颗粒/基板组合的界面微观形貌.当碰撞速度低时,颗粒变形不充分,颗粒交界处易形成孔洞;随着速度增加,颗粒流变填充孔洞,涂层致密.与颗粒相比,硬基板涂层/基板界面平滑,机械互锁作用小;软基板形成射流状金属挤入颗粒之间,增加结合作用.     

凝析油气体系流固耦合相平衡计算新方法

在分析了孔隙介质内表面吸附、毛细凝聚、毛细管压力等界面物理化学效应和应力变形对孔隙介质中流体相态影响的现象学特征和影响机制的基础上,通过在大尺度空间常规流体相平衡热力学模型中引入界面物理化学效应的影响,同时通过高才尼卡尔曼方程将毛细管半径与孔隙介质储渗特性的应力敏感性研究成果相关联,建立了同时考虑储层应力变形和界面物理化学效应影响的微孔隙尺度条件下的低渗特低渗凝析气藏多相流体流固耦合露点压力、pT相图及定容衰竭相平衡热力学计算模型。该模型的初步应用表明,其相态模拟计算结果能更为合理地解释孔隙介质环境中的凝析油气体系相态特征实验研究结果。     

不同颗粒粒径下型煤孔隙及发育程度分形特征

煤是一种非均匀多孔隙介质,其孔隙特征及其发育程度与煤层中瓦斯的吸附解吸特性及流动特征密切相关。为探讨型煤的孔隙结构,实验以颗粒粒径分别为4.00～1.70 mm、1.70～0.38 mm及0.38～0.18 mm的煤颗粒制作而成的型煤为研究对象,利用CF-2000P偏光分析软件和Fractalfox2.0分形分析软件对由不同粒径煤颗粒压制成的型煤孔隙特征及发育程度开展了系统研究。结果表明,随着型煤颗粒粒径逐渐减小,型煤中的孔隙半径逐渐减小,孔隙总数逐渐增多,分形维数值逐渐增大,孔隙发育程度逐渐增大,孔隙分布均匀程度逐渐增大。     

三峡库区泥沙对磷的吸附试验研究

采用三峡库区长寿段、忠县段、奉节段泥沙为研究对象,通过室内试验,研究了泥沙对磷的吸附动力学及等温吸附过程。结果表明,泥沙对磷的吸附存在一个先快后慢的过程,快速反应基本都在前5h,随后水中磷酸盐浓度下降速度逐渐变缓,12h后基本可达平衡,准二级动力学方程能很好地拟合泥沙对磷的吸附动力学过程;单位质量泥沙对磷的平衡吸附量与液相磷平衡质量浓度成正比,且在液相磷平衡质量浓度较低时上升较快,Langmuir及Tempkin模型对等温吸附过程的拟合优于Freundlich模型,等温模型参数随着泥沙浓度的变化表现出一定的规律性;随着泥沙浓度的增大,三地区泥沙对磷的吸附速率增大,但单位质量泥沙对磷的平衡吸附量减少;长寿、忠县、奉节三个地区的泥沙在相同实验条件下表现出不同的吸附特性,考虑是由于其理化特性的差异而引起。     

多种环境因子交互作用对沉积物吸附阿特拉津的影响

采用自行研制的模拟自然水环境吸附解吸系统实验装置, 运用24完全析因实验设计, 研究4种环境因子（pH、 离子强度、 曝气强度和温度）共同作用对沉积物吸附阿特拉津的影响规律, 并利用固定效应模型估算各环境因子主效应和高阶交互效应对沉积物吸附阿特拉津的贡献. 结果表明： 4种环境因子主效应对沉积物吸附阿特拉津的影响均较大（显著性水平0.05）, 其中曝气强度与离子强度促进沉积物吸附阿特拉津, 温度与pH抑制沉积物吸附阿特拉津; 4种环境因子的二阶交互效应对沉积物吸附阿特拉津的影响也较大（显著性水平0.05）, 效应估计值依次为温度×pH值=-73.53, 曝气强度×pH值          =-59.03, 温度×离子强度=33.19, pH值×离子强度=27.55; 在三阶交互作用中, 仅有曝气强度×温度×pH值可促进沉积物吸附阿特拉津（显著性水平0.05）.     

Correlation between surface charge and hydration on mineral surfaces in aqueous solutions: A critical review

Surface charges and hydration are predominant properties of colloidal particles that govern colloidal stability in aqueous suspensions. These properties usually coexist and interact with each other. The correlation between the surface charge and hydration of minerals is summarized on the basis of innovative experimental, theoretical, and molecular dynamics simulation studies. The factors affecting the adsorption behavior of ions and water molecules, such as ion concentration, ion hydration radius and valence, and surface properties, are discussed.For example, the hydration and adsorption states completely differ between monovalent and divalent ions. For ions of the same valence, the effect of surface charge on the hydration force follows the Hofmeister adsorption series. Electrolyte concentration exerts a significant effect on the hydration force at high ion concentrations. Meanwhile, the ion correlations in high-concentration electrolyte systems become long range.The interfacial water structure largely depends on surface chemistry. The hydration layer between different surfaces shows large qualitative differences.     

溶氧水在Fe（001）表面吸附的第一性原理研究

为了研究溶解氧含量对Fe基换热表面腐蚀行为的影响机理,根据第一性原理,对O2单分子、H2O单分子和溶氧水体系在Fe基换热表面的吸附进行了研究,采用GGA/PBE,近似计算吸附过程中的吸附能量、态密度及布居数变化。计算结果表明:含氧水溶液中溶液与Fe基表面存在表面吸附,水分子趋向于顶位吸附,氧分子趋向于Griffiths吸附;H2O分子在Fe(001)表面吸附而相互作用时,引起了界面双电层电荷分布的变化,使Fe原子失去电子带正电,导致表面电位发生变化;O2分子在Fe(001)晶面吸附时,促使Fe(001)表面原子失去电子,表面电位增加,O2分子与表面Fe原子易于发生电子转移,其中O原子的2p轨道对于O2分子在Fe(001)晶面的吸附起主要作用;随着溶氧水体系中O2分子所占比例的增大,吸附能的绝对值也随之增加,Fe基换热表面相互作用更强。研究探明了不同溶氧量对Fe基换热表面腐蚀的影响规律,为实验研究金属基体腐蚀机理提供了理论参考。     

黄浦江底泥对多环芳烃（菲）的吸附过程模拟

以黄浦江底泥作为悬浮物,研究多环芳烃（菲）在天然水体中悬浮物上的吸附机理,结果表明：由甲醇作助溶剂的水溶液中,菲在黄浦江底泥上的吸附为多分子层吸附,可用ＢＥＴ等温吸附模式模合,吸附速率较快,助溶剂中甲醇对菲存在竞争吸附,膜扩散为菲在黄浦江底泥上吸附速度的控制步骤,这些均与菲的分子结构与特性有关。     

Adsorption of polyethyleneimine characterized by spectroscopic ellipsometry

Polyethyleneimine (PEI) is a well known gene transfection reagent that has been extensively studied in the pass two decades. In this work, we have explored its physiochemical properties by examining its interfacial adsorption at the hydrophilic silicon oxide/water interface and its ability to immobilize bioactive DNA under physiological conditions. Its surface excess was found to show a gradual increase with pH between pH 3 and pH 10. At pH 7 the surface adsorbed amount increased with increasing salt concentration. The amount of DNA immobilized was found to be controlled by the charge ratio between PEI and DNA under these conditions. Thus, the amount of bioactive DNA immobilized can be tuned by adjusting the amount of PEI preadsorbed. This study provides useful information for fabrication of biosensors and gene chips via interfacial adsorption.     

铁氧化物掺杂对沉积物吸持Cu与Zn能力的影响

通过分析铁氧化物、 铁氧化物掺杂前后沉积物吸附/解吸特性的变化规律, 研究针铁矿、 赤铁矿、 水铁矿及贫赤铁矿对重金属污染沉积物中Cu或Zn的固定化可行性. 结果表明, 铁氧化物掺杂后沉积物吸持Cu的能力明显下降, 但吸持Zn的能力显著增加, 尤其是针铁矿和赤铁矿的作用效果稳定. 因此, 4种铁氧化物中针铁矿和赤铁矿具有稳定固定污染沉积物中Zn的潜力, 但不能提高污染沉积物吸附Cu的能力.     

地表水环境中PAHs源解析的方法比较及应用

通过对比分析水环境领域多环芳烃(PAHs)的源解析方法综述了各种源解析方法的原理、 优缺点及具体适用范围, 并在此基础上, 分别从内陆河流湖泊及沿海区域两方面对国内外地表水环境中（包括上覆水及水底表层沉积物）PAHs的源解析方法的应用及解析结果进行分析比较. 结果表明, 内陆区域河流和湖泊上覆水及沉积物中的PAHs主要来源为矿物燃料及木材等高温燃烧源, 河口及近海海水和沉积物中的PAHs主要来源为燃烧源及石油源, 石油源对PAHs的贡献较内陆区域更明显.     

适用特低渗透油藏降压增注复合表面活性剂体系及降压因素分析

针对吉林新木油田特低渗透油藏储层物性差、水井注水压力高、部分水井压力接近地层破裂压力、欠注问题严重,研制了一种复合表面活性剂驱降压增注体系并对体系的界面张力、润湿性、防膨性、防垢性和吸附性进行了评价。结果表明,该体系把亲油石英片接触角由90.39°降低至31.38°,防膨率达60.01%,防垢率达77.14%,动态吸附量为0.13 mg/g。选取注入时机、注入段塞及界面张力设计L9(43)正交实验,利用油藏数值模拟技术预测不同方案的降压率;并对实验指标进行极差分析和方差分析。结果表明,影响降压效果的主次因素顺序为界面张力、注入段塞、注入时机,其中界面张力和注入段塞体积对降压效果具有显著性影响。该体系为特低渗透油田水井降压提供了技术支持。