氧化石墨烯驱动下渗透土层中重金属污染物的沉积-释放过程及净化机制
批准号:
52079003
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
白冰
依托单位:
学科分类:
水工岩土工程
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
白冰
中文摘要
构建一个考虑沉积历史以及温度效应影响的非线性的悬浮物质静态吸附-解吸模型,进而建立渗透水流作用下能反映悬浮物质与多孔介质固体基质之间“吸附滞后”效应的沉积动力学模型。其中,引入“反应速率常数”的概念来体现多孔介质中悬浮物质沉积、释放和迁移的非平衡态水动力学过程,揭示悬浮物质浓度和渗透速度随时间变化情况下悬浮物质迁移过程的物理本质。利用土柱渗透迁移试验,研究氧化石墨烯驱动下已沉积重金属离子的释放过程(物理过程和化学过程),特别关注氧化石墨烯对重金属离子的吸附作用和络合作用。此外,还研究氧化石墨烯注入浓度和渗透速度的影响,分析氧化石墨烯与重金属离子相互作用过程的内在机制及其温度效应。理论上,建立氧化石墨烯与重金属离子耦合迁移过程的控制方程和求解方法以及全新的迁移参数试验标定方法。最终,发展一个利用氧化石墨烯来净化土层中已沉积重金属污染物的实用技术。
英文摘要
A nonlinear attachment-detachment model with adsorption hysteresis for the transport of suspension-colloidal particles in porous media is constructed by laboratory tests, which considers the influences of deposition history and temperature effect. This model can reflect the hysteretic effects between suspended particles and solid matrix in seepage water. Among these, a physical parameter of reaction rate constant is introduced to indicate the non-equilibrium hydrodynamic process of deposition, release and transport, which reveals the physical essence of transport process under the changes of contaminant concentration and seepage velocity with time. The release process (physical and chemical process) of heavy metal contaminants deposited in the solid matrix of porous media driven by graphene oxide is studied by means of soil column penetration test. Especially, the adsorption and complexation effects of heavy metal ions by graphene oxide, as well as the influence of injection concentration and water velocity, are studied systematically, which can reflect the internal mechanism of the coupling process. In theory, the governing equations and solution methods for the coupled transport of graphene oxide and heavy metal ions are established, and the new experimental calibration methods of transport parameters in the coupled transport process are also proposed. Finally, a practical technology using graphene oxide to purify heavy metal ions in contaminated soils will be developed, which provides a new way for the soil remediation after heavy metal pollution.
渗透作用下土层中重金属污染物(例如铅、镉、汞、铜)与土颗粒的相互作用机理、迁移特征以及水动力学过程的研究是近年来的一个热点课题,应用领域包括浅表渗流中工业污染物治理、地热资源开发、垃圾填埋场渗滤液的阻隔等方面,是环境岩土工程的一个重要方向。土层中存在的可移动悬浮物质(例如胶体颗粒、硅微粉、细菌)为重金属污染物的运动提供了一个新的载体,进而会加快(或阻滞)重金属污染物的渗透迁移过程,是一种潜在的污染物治理措施。. 为发展一个主动地“清除”或“固化”土层中重金属污染物的净化技术,选择一种无害、高效的悬浮物质作为“驱动材料”是十分重要的。纳米级碳基类工程材料(例如石墨烯、氧化石墨烯等)具有比表面积巨大、吸附能力很强的特点。它对重金属污染物有强烈的吸附和络合作用,是一种十分优良的净化剂。其中,氧化石墨烯等改性碳基类材料可再生使用,已用于污水过滤处理、大气污染防治等领域。氧化石墨烯在渗透土层中会随水流一起运动,它比同样带有负电荷的矿物颗粒(例如,石英砂、高岭土)表现出更加卓越的竞争吸附优势。因此,在渗透水流中加入少量氧化石墨烯,即可显著加速已沉积于土层矿物颗粒上重金属污染物的释放过程,进而达到清除或固化的目的。. 本研究构建了一个考虑沉积历史以及温度效应影响的非线性的悬浮物质静态吸附-解吸模型,进而提出渗透水流作用下能反映悬浮物质与多孔介质固体基质之间“吸附滞后”效应的沉积动力学模型,克服了以往的沉积动力学模型不能真正反映沉积历史的缺陷。所建立的耦合迁移理论模型可以揭示渗透过程中氧化石墨烯与重金属离子相互作用的内在机制,为注入浓度或渗透速度反复变化情形的求解提供一个崭新的思路,最终可发展一个利用氧化石墨烯来净化土层中已沉积重金属污染物的实用技术。这些研究可为受到重金属污染后的土层修复开辟一条新的途径。
基于热动力学颗粒重组思想的膨润土的热-水-力耦合机制及愈合过程
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批准号:52378321
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项目类别:面上项目
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资助金额:50万元
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批准年份:2023
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负责人:白冰
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依托单位:
氧化石墨烯驱动下渗透土层中重金属污染物的沉积-释放过程及净化机制
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批准号:--
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项目类别:--
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资助金额:58万元
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批准年份:2020
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负责人:白冰
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依托单位:
考虑结合水与自由水转化的饱和土的热固结模型及试验验证
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批准号:51878035
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项目类别:面上项目
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资助金额:60.0万元
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批准年份:2018
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负责人:白冰
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依托单位:
悬浮颗粒促进下重金属污染物的渗透迁移及耦合过程求解
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批准号:51678043
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项目类别:面上项目
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资助金额:62.0万元
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批准年份:2016
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负责人:白冰
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依托单位:
气体积聚或释放引起的含天然气土的应力状态演化研究
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批准号:51478034
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项目类别:面上项目
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资助金额:82.0万元
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批准年份:2014
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负责人:白冰
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依托单位:
考虑温度效应的多孔介质中悬浮颗粒反复渗透迁移过程研究
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批准号:51279002
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项目类别:面上项目
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资助金额:82.0万元
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批准年份:2012
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负责人:白冰
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依托单位:
非饱和土中温度诱致的水分迁移及污染物扩散规律研究
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批准号:50978022
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项目类别:面上项目
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资助金额:35.0万元
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批准年份:2009
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负责人:白冰
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依托单位:
饱和多孔介质不可逆热-水-力耦合过程的理论求解
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批准号:50879003
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项目类别:面上项目
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资助金额:30.0万元
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批准年份:2008
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负责人:白冰
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依托单位:
非等温条件下饱和粘性土热固结特性试验研究
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批准号:50578008
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项目类别:面上项目
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资助金额:28.0万元
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批准年份:2005
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负责人:白冰
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依托单位:
国内基金
海外基金