盐溶液浸润下团粒膨润土的膨胀与渗透性能研究

为有效阻滞海边垃圾填埋场污染物迁移,填充施工缝隙,提出通过制备团粒膨润土,提高膨润土的压实度,获取其低渗透、强吸附和适宜膨胀能力来改善这一现状.在团粒膨润土制备过程中,其膨胀性能与渗透性能是否产生影响亟需验证.以团粒膨润土与普通膨润土压实试样为研究对象,其含水率为20％,干密度为1.69 g/cm3.选取2.0 mol...     

高压实膨润土-砂混合型缓冲材料的渗透性能研究

缓冲材料作为高放废物深地质处置中的最后一道人工屏障,它的水力学屏障作用直接影响到化学屏障作用的有效发挥及处置库的长期稳定性及安全性。采用自主研制的高压实黏土渗透实验装置,探讨了不同干密度和掺砂率条件下的膨润土-石英砂混合型缓冲饱和侧限渗透性能。实验研究结果表明,随着掺砂率的增加,膨润土-石英砂混合型缓冲材料的渗透系数先减小再增大,当掺砂率为10%时,缓冲材料的渗透系数最小,其最佳掺砂率为10%;缓冲材料的渗透系数随着试样干密度增加而减小,干密度控制在1.6~1.8 g/cm~3时,能够更好地满足高放废物深地质处置库对缓冲材料的渗透特性的要求。     

碱热耦合的膨润土-花岗岩岩屑混合物膨胀特性

在高放废物处置库的运营过程中, 核废料的衰变热和混凝土老化产生的碱性孔隙水均会对缓冲回填材料的工作性能产生影响. 为了研究碱热耦合对缓冲回填材料膨胀特性的影响, 采用高庙子 (Gaomiaozi, GMZ) 膨润土和花岗岩岩屑混合材料, 选用 NaOH 溶液模拟碱性孔隙水, 利用水浴锅提供恒温溶液, 并将溶液在自主研制的耐腐蚀固结仪中不断循环, 分别开展 25 和 50 ${^circ}$C 两种温度以及 0.1、0.5 和 1.0 mol/L 3 种碱性溶液浓度下的膨胀力试验, 获得了各试样的膨胀力时程曲线. 试验结果表明: 当温度相同时, 试样的最大膨胀力和稳定膨胀力均随碱性溶液浓度的增加而降低; 当同一浓度碱性溶液入渗时, 试样的最大膨胀力和稳定膨胀力均随掺岩率的增大而降低; 相同掺岩率及入渗碱性溶液浓度的试样的最大膨胀力和稳定膨胀力均随温度的升高而降低. 碱性溶液对膨胀力的衰减程度随溶液浓度的增加而增大, 随温度的升高而增大. 对于膨润土-花岗岩岩屑混合物, 在相同入渗溶液浓度和相同反应温度下, 膨胀力衰减率随掺岩率的增大而降低.     

干湿循环对云南红土渗透性的影响

以云南红土为研究对象,以浸泡增湿12 h、低温脱湿12 h的干湿循环作为控制条件,考虑干湿循环次数(1～8次)和干密度(1. 20、1. 25、1. 30、1. 35 g/cm3)的影响,通过变水头渗透试验的方法,研究了干湿循环作用对云南红土渗透特性的影响。试验结果表明,经过干湿循环作用的红土,随干湿循环次数的增加,渗透前后红土试样的质量和含水率减小;渗透后的质量和含水率大于渗透前的相应值;渗透过程中,初始渗透时间延长,初始渗透水头差减小,渗透系数减小。相同干湿循环条件下,随干密度的增大,渗透前后红土试样的质量增大,含水率减小,初始渗透时间延长,初始渗透水头差减小,渗透系数减小。干湿循环作用引起红土试样的渗透特性变化的实质在于,干湿循环过程中,脱湿收缩、增湿膨胀、渗透迁移泥化、孔隙堵塞减小的综合作用,而干密度的大小和干湿循环时间的长短则影响了干湿循环作用的程度(脱湿程度高于增湿程度),相应地改变了干湿循环红土的渗透特性。     

化-力耦合作用下石墨烯改性GMZ膨润土的膨胀变形特性

针对作为我国高放射性废物处置库首选缓冲/回填材料的高庙子(GMZ)膨润土,通过掺入石墨烯进行物理改性以改善其膨胀性能;采用一维膨胀变形试验仪,研究不同荷载与不同NaCl浓度作用下膨润土/石墨烯混合物的膨胀变形规律;并对试验结束后的试样进行扫描电镜测试,分析化-力耦合作用下GMZ膨润土/石墨烯混合物的膨胀变形机理.研究结...     

高庙子钙基膨润土的膨胀特性

对高庙子钙基膨润土进行了膨胀变形试验、膨胀力试验及湿陷试验, 研究了其膨胀特性及湿陷特性. 试验结果表明: 膨胀力随初始干密度的增加而增大, 且膨胀力的对数与初始干密度大致呈线性关系; 浸水引起的膨胀应变随着竖向应力、初始含水量的增大而减小, 且随着初始干密度的增加而增大; 膨胀速率随初始干密度的增加而增大,随竖向应力、初始含水量的增大而减小; 在相同竖向应力下, 3 种试验方法得到的浸水饱和稳定后的孔隙比大致相同, 在双对数坐标下, 孔隙比与竖向应力呈线性关系.     

水生植物根系对膨润土防水毯渗透性能影响

膨润土防水毯(geosynthetic clay liner,GCL)是常用于湖底防渗的新型材料,但湖泊水生植物根系的生长可能对GCL的防渗效果产生影响.为探究植物根系穿透下GCL的渗透性能,选取再力花、芦苇、香蒲等植物开展模型试验,并采用全自动渗透仪(global digital systems,GDS)对水生植物根...     

溶液特征对GCL膨胀和渗透特性的影响

利用自由膨胀试验和渗透试验研究了溶液阳离子的离子价、浓度和水化离子半径对GCL(土工织物膨润土垫)中膨润土膨胀特性和GCL渗透性能的影响.试验结果表明溶液的这些特征均对GCL的膨胀性和渗透性有不同程度的影响:膨润土的自由膨胀量随着阳离子离子价和浓度的增大而逐渐减小,而GCL的渗透系数则逐渐增大;1价阳离子溶液的浓度对GCL的膨胀量和渗透系数影响显著,而2价或3价阳离子溶液浓度的影响较小;对于1价阳离子溶液,膨润土的自由膨胀量随着水化离子半径的增大而增大,而GCL渗透系数则随之减小.最后,根据研究结果和相关理论对GCL的膨胀和渗透特性进行了机理分析.     

平面裂隙中膨润土挤出过程的数值模拟

膨润土因其膨胀性、低渗透性等特性常被用作高放核废料处置库的缓冲和回填材料。与地下水接触时,膨润土会发生膨胀,挤入周围岩体的裂隙中。如果进入裂隙中的膨润土的质量超过一定程度的话,会使得缓冲层中的膨润土密度下降,可能会导致处置库性能的降低甚至丧失。为了系统地了解这一过程,建立了膨润土在平面裂隙中的挤出模型,研究了地下水中电解质的浓度和缓冲层内膨润土的干密度的影响。计算结果表明膨润土的挤出距离和时间的平方根成正比关系,比例系数随着电解质浓度的减小而增加,随着膨润土干密度增加而增大。     

高压实膨润土膨胀力预测研究

作为高放射性核废物深地质处置库缓冲回填材料,高压实膨润土的膨胀力是其缓冲性能的关键指标.在详细阐述膨润土水化膨胀过程的基础上,系统总结了膨胀力的预测机理、理论模型及试验验证的最新研究成果.国内外学者主要基于扩散双电子层理论,建立了膨润土膨胀力的预测模型;通过室内试验,研究了初始干密度、初始含水率等因素对膨润土最终膨胀力的影响规律.理论模型与试验结果对比分析表明,现有模型对蒙脱石含量较高、初始干密度较大的膨润土拟合性较差.实际上,高压实膨润土的膨胀过程包括晶层膨胀和扩散层膨胀,而现有理论模型仅适用于膨润土扩散双电层膨胀阶段,无法涵盖膨润土晶层膨胀阶段.同时,现有理论模型仅适用于预测膨润土的最终膨胀力,难以反映出处置库长期运营期间环境变化所导致的膨胀力演化过程.     

盐溶液饱和高庙子膨润土膨胀特性的时效性

考虑到缓冲材料膨润土块体从制作到浸水的时间很长,需要分析膨润土膨胀特性的时效性.以高庙子钠基膨润土为试验材料,在保持试样干密度和含水率不变条件下,分别静置0,7,15,30和90 d,利用单向固结仪进行不同总溶解固体(total dissolved solid,TDS)浓度溶液饱和的膨胀力和膨胀变形试验,同时完成部分试...     

压实高庙子膨润土抗拉强度各向异性

高放射性核废料深地质处置库中的缓冲层由膨润土块堆砌构成, 而块体由膨润土粉末压制而成, 其强度可能存在各向异性. 采用直接拉伸试验方法, 测得压实高庙子膨润土在不同条件下的抗拉强度, 探讨了干密度和含水率对抗拉强度各向异性的影响, 并进行了机理分析. 试验结果表明: 随着含水率的增加, 抗拉强度先增大后减小, 存在一个峰值; 抗拉强度随着干密度的增加而增大; 当拉力方向与制样压实力方向垂直时, 试样的抗拉强度大于拉力方向与压实力平行时的抗拉强度, 并且在同一含水率下, 抗拉强度各向异性的程度随干密度的增加而增大. 原因在于压实过程中蒙脱石层叠体排列趋于一个方向, 导致各向异性显著. 研究成果可为我国核废料处置库膨润土块体在运输和吊装过程中的抗拉强度特性提供参考数据.     

放射性核素Eu(Ⅲ)在被压实皂土中的扩散和迁移预测

利用实验得到的数据和合理的理论公式,模拟了若干年后放射性核素Eu(Ⅲ)在被压实皂土中的扩散和迁移行为.分析了时间、皂土中水的流速、Eu(Ⅲ)在被压实皂土中的吸附分配系数对Eu(Ⅲ)在被压实皂土中迁移和扩散的影响.计算结果发现,Eu(Ⅲ)在被压实皂土中的迁移主要受水的流速和分配系数的影响.3m厚的皂土可以有效的阻滞Eu(Ⅲ)从皂土扩数到环境中.     

压实膨润土工程屏障对重金属污染物的阻滞

基于渗透、弥散和阻滞作用,探讨压实膨润土工程屏障对重金属污染物的阻滞效果。建立污染物运移过程的三维对流弥散计算模型,采用数值分析方法,分析重金属污染物Cr(Ⅲ)在地下水环境中的迁移特性,研究压实膨润土工程屏障对Cr(Ⅲ)的阻滞效果,分析工程屏障厚度等因素对污染物阻滞效果的影响。研究结果表明:当不设置工程屏障时,重金属污染物Cr(Ⅲ)在研究区域中发生了显著迁移,且随着时间的推移,重金属污染物的扩散范围逐渐增大;当在污染源周围设置压实膨润土工程屏障后,重金属污染物被控制在工程屏障上游区域内迁移,工程屏障对重金属污染物的阻滞率可达99%,阻滞效果显著。     

毛细管法研究pH值对放射性核素^152＋154Eu（Ⅲ）在紧密皂土中的扩散影响

利用毛细管法研究了pH值对放射性核素^152＋154Eu在紧密皂土中的吸附和扩散影响．实验结果与Fiek定律理论计算值非常一致，与近似条件下其他方法的测量结果非常相近，表明毛细管法的正确性．研究结果表明，放射性核素^152＋154Eu（Ⅲ）在紧密皂土中的扩散随pH值的升高而减小，^152＋154Eu（Ⅲ）在紧密皂土上的吸附随pH值的升高而增加，Eu（Ⅲ）在皂土上吸附的分配系数随皂土密度的增加而减小．皂土的密度（皂土的空隙数）对放射性核素的吸附、扩散和迁移起重要的作用．     

毛细管法研究pH值对放射性核素152+154Eu(III)在紧密皂土中的扩散影响

利用毛细管法研究了pH值对放射性核素152 154Eu在紧密皂土中的吸附和扩散影响.实验结果与Fick定律理论计算值非常一致,与近似条件下其他方法的测量结果非常相近,表明毛细管法的正确性.研究结果表明,放射性核素152 154Eu(III)在紧密皂土中的扩散随pH值的升高而减小,152 154Eu(III)在紧密皂土上的吸附随pH值的升高而增加,Eu(III)在皂土上吸附的分配系数随皂土密度的增加而减小.皂土的密度(皂土的空隙数)对放射性核素的吸附、扩散和迁移起重要的作用.     

表面活性剂改性膨润土吸附Cr(VI)的研究

研究了膨润土原土及2种经不同表面活性剂改性的膨润土在不同的pH值、不同的用量等条件下对Cr(VI)的吸附情况,以及3种土达到吸附平衡所需的时间.还研究了3种土对Cr(VI)的等温吸附.结果表明,1827改性的膨润土吸附效果好,平均去除率为93%,且几乎不受pH值和时间的影响.其中2种改性膨润土对Cr(VI)的吸附为Freundlich吸附.     

膨润土改性及其在废水处理中的应用

膨润土是一种由蒙脱石构成的非金属矿物,具有优良的物化性能。综述了膨润土的基本概况、改性方法及其在废水处理中的主要应用现状;指出简化膨润土制备工艺,进行扩大化生产,积极开发利用新产品,减小对环境的污染将是其发展方向。     

膨润土及其碱熔活化产物对锶的吸附行为

以膨润土为主要原料,碱熔制备A沸石,结合静态吸附实验,研究膨润土、A沸石对溶液中锶的吸附以及吸附过程中动力学和热力学. 结果表明,膨润土、沸石对Sr2+的吸附能力受初始浓度影响,膨润土、沸石在吸附过程中的规律趋势大致相同. 膨润土和沸石对Sr2+的等温吸附过程符合Langmuir等温吸附模型,吸附机制为单分子层的阳离子交换吸附.膨润土和沸石对Sr2+的吸附机制相似,其动力学吸附过程为化学反应控制的拟二级动力学吸附过程. 对吸附前后的膨润土、沸石进行XRD、SEM表征分析,膨润土、沸石在酸性溶液中进行吸附不会对自身骨架结构产生严重破坏或影响. A沸石对Sr2+的吸附量约为膨润土的3.9倍,表现出比膨润土更优秀的吸附能力.     

膨润土有机改性及其对含油废水的吸附性能

以十八烷基三甲基溴化铵(OTAB)为改性剂,对天然膨润土进行有机改性,并采用X射线衍射仪对样品进行表征.考察温度、吸附时间、有机改性膨润土投加量、pH对含油废水中COD去除效果的影响.结果表明:OTAB成功插入到膨润土层间,其层间距增加.在30℃、有机改性膨润土投加量9g/L、吸附时间45 min、pH 6.0的条件下,有机改性膨润土对含油废水中COD的去除率可达86.8％.该研究为膨润土表面改性方法改进提供了借鉴.