重金属Pb(II)在黏土上吸附特性研究

采用Batch试验研究了黏土对水溶液中Pb(II)的吸附特性,分析了土水比、反应时间、pH和温度对Pb(II)在黏土上吸附性能的影响,并对吸附动力学和吸附平衡试验进行了探讨。试验结果表明,当土水比增加时,吸附量相应降低,去除率却相应提高。黏土对Pb(II)的吸附速度较快,可在120 min内达到吸附平衡。pH0较低时,黏土对Pb(II)的主要吸附机理为离子交换;pH0较高时,黏土对Pb(II)的主要吸附机理为表面络合反应。吸附动力学特性符合伪二级动力学模型,液膜扩散速率显著大于黏土颗粒内扩散速率。Langmuir模型可较好地模拟黏土对Pb(II)等温吸附特性,吸附量可达18.86 mg/g,低温有利于黏土对Pb(II)的吸附。     

基于热力学理论的超固结黏土边界面模型

基于热力学理论和临界状态土力学的框架,建立了耗散应力空间内的α-β屈服面。定义耗散势和背应力为应力的函数来实现在真实应力空间非相关联流动。基于边界面模型框架,准确模拟了超固结黏土在初始屈服面内的弹塑性响应。采用临界状态线与边界面交点在静水压力轴上的投影为映射中心,并定义剪胀函数,保证了"干侧"发生剪胀,而"湿侧"发生剪缩。与Boston Blue Clay,Lower Cromer Till和London Clay 3种土在不排水条件下的三轴试验数据进行对比,验证了模型的合理性和有效性。     

固（气）液吸附理论的热力学初探

研究了产生固液吸附的基本条件，及在固气，固液界面吸附中的应用。并对“最小不被顶替吸附量”和“溶液中的理想吸附”的观点进行了理论解释。     

基于非Darcy渗流的饱和黏土一维固结理论

 按Terzaghi饱和黏土一维固结理论得到的固结度理论值有时与实际值之间存在较大的误差,其原因之一是忽略了某些饱和黏土中孔隙水的渗流对Darcy定律的偏离。引入可以同时考虑低速渗流曲线段和较高速渗流直线段的非Darcy渗流方程,重新推导饱和黏土一维固结方程,并采用有限体积法对该方程进行数值求解。与Terzaghi饱和黏土一维固结理论解析解的对比,证明该方法的有效性。在此基础上,探讨非Darcy渗流参数对固结过程的影响。计算结果表明,非Darcy渗流延缓了饱和黏土中孔隙水压力的消散速度,故使得地基的固结速度比Terzaghi一维固结理论值要慢。同时,除固结系数外,综合直线渗流起始水力梯度i1、土层厚度H、地面荷载p0等3个参数的指标I1也是表征饱和黏土渗透固结特性的一个重要指标。最后,讨论Terzaghi一维固结理论的适用范围。     

黏土的一维非平行等效时间线流变模型

在连续介质流变理论框架内研究了等效时间与流变速率之间的内在关系。当软土的流变速率仅取决于应力和应变量时,在相同应力和应变状态下简单加荷历史的黏土流变速率等于复杂加荷历史的流变速率,故根据简单加荷历史反算而得的黏土流变速率可用于复杂加荷历史的建模工作,在简单加荷历史下反算黏土流变速率所用的持续时间即是等效时间,在简单加荷历史簇中相同等效时间的应力应变关系线即为等效时间线。根据上述建模思路,获得了软土等效时间线不平行时流变速率与等效时间之间的关系, 建立了等效时间线不平行时黏土的一维流变模型,该流变模型可退化     

As(Ⅴ)在粉质黏土中的吸附特性研究

目前对土中重金属吸附特性的研究多集中在金属阳离子,对As(Ⅴ)等以阴离子基团形式存在的重金属关注较少。研究了As(Ⅴ)在粉质黏土中的吸附,并与常见阳离子Pb(Ⅱ)进行了对比。考虑了土水比、反应时间、溶液浓度、pH和温度对吸附的影响,通过吸附动力学、吸附等温线、吸附热力学模型和微细观测试分析了吸附机制,另外研究了吸附As(Ⅴ)和Pb(Ⅱ)后土的渗透特性。试验结果表明,As(Ⅴ)在粉质黏土上的最大吸附量远低于Pb(Ⅱ);As(Ⅴ)吸附量随溶液浓度增加线性增加;Pb(Ⅱ)吸附量随溶液p H增加而增加,而As(Ⅴ)吸附量在碱性条件下稍有减小。As(Ⅴ)和Pb(Ⅱ)的吸附都符合准二阶动力学模型,都是以化学吸附为主,Pb(Ⅱ)吸附与颗粒内扩散和液膜扩散有关,而颗粒内扩散是As(Ⅴ)吸附的主要控速因素;Langmuir模型对As(Ⅴ)拟合较差,As(Ⅴ)属于中等难吸附;Pb(Ⅱ)的吸附是吸热过程,温度高有利于Pb(Ⅱ)吸附,而As(Ⅴ)的吸附过程放热,吸附量随温度升高而降低。微观测试表明,粉质黏土对As(Ⅴ)和Pb(Ⅱ)的吸附基本发生在晶格以外;吸附Pb(Ⅱ)后土颗粒团聚导致孔隙变大,而吸附As(Ⅴ...     

骨炭吸附砷的平衡及动力学研究

研究了骨炭吸附去除砷离子的可行性和影响因素.砷的去除受pH值、吸附剂剂量以及反应时间的影响较大.平衡研究表明,砷离子在pH值为10时与骨炭有很强的亲和力.骨炭吸附砷同时符合Langmuir和Freundlich等温吸附模型.动力学研究显示在初始的30 min砷离子的吸附非常快,而且达到吸附平衡的时间与砷的初始浓度无关.结果表明骨炭能有效去除水中的砷离子.     

一类非奇异黑洞的热力学稳定性

黑洞也是一种热力学系统,则对于黑洞通常的热力学定律也应该成立。基于此,研究了巴丁黑洞的热力学量及其热力学稳定性。结果表明巴丁黑洞的熵应该仍然是贝肯斯坦-霍金熵,但是巴丁黑洞的质量不再是该系统的内能。利用重新定义的巴丁黑洞内能,计算了热容量和热力学曲率,以此分析了巴丁黑洞的热力学稳定性和相变。     

白陶瓷土对多元重金属体系吸附特性研究

主要研究了白陶瓷土对一元(Pb,Cd,Cu)、二元(Pb-Cd,Pb-Cu,Cu-Cd)、三元(Pb-Cd-Cu)体系下金属离子的吸附特性。在一元体系下,分析了白陶瓷土对不同金属的动力学与等温平衡吸附特性,试验结果表明,白陶瓷土对3种金属离子的吸附为快速反应,3 h即可达到平衡吸附,伪二级动力学模型计算结果与试验结果吻合较好,Langmuir模型可较好地预测白陶瓷土对3种金属的等温吸附过程。最大吸附量由大到小的顺序为PbCuCd。在Pb-Cd,Pb-Cu二元体系下,Cu可显著抑制白陶瓷土对Pb的吸附,且吸附量随Cu增加而下降,Cd的影响相对较小;Cu-Cd二元体系下,当Cu浓度高于某一值时,Cd的吸附受到明显抑制,且不随Cu浓度变化而变化。在三元体系下,受离子间竞争吸附叠加效应影响,3种金属的吸附量均显著下降,Pb的吸附量随Cu与Cd浓度增加而下降,而Cu与Cd的吸附量受Pb浓度变化影响较小。     

氨氮在土工合成黏土衬垫中的扩散行为研究

氨氮是垃圾渗滤液中最具代表性的污染物之一,但其在土工合成黏土衬垫(GCL)中的扩散行为至今尚未得到重视。开展批式吸附试验和扩散试样浸提试验测定氨氮在GCL中的吸附分配系数;进行扩散试验测定氨氮在GCL中的扩散系数;基于试验得到的吸附分配系数和扩散系数,使用数值软件POLLUTE v7.0对氨氮在GCL中的运移行为进行模拟。试验结果表明,氨氮在膨润土上的吸附分配系数为0.017L/g,在GCL中的扩散系数约为9.0×10^-11m²/s。POLLUTE v7.0的模拟结果显示,当考虑扩散存在时,氨氮将提前30 a击穿GCL。     

混合粉质粘土和疏浚土填埋场防渗垫层的环境土工特性研究

充分利用疏浚土有机质含量高、吸附能力强和低透水性等特点,将其作为填埋场粘土衬垫的添加材料。等温吸附试验和扩散试验的结果表明:粉质粘土掺入疏浚土后,对金属离子的吸附能力得到增强,尤其对高价Cu2+的吸附能力显著提高,同时可以显著地降低Cu2+的扩散系数。研究表明,有机质对Cu2+的强吸附能力是Cu2+扩散系数降低的主要原因。粉质粘土掺入疏浚土后极大地提高了粘土衬垫的环境土工特性,非常适合作为填埋场粘土衬垫。     

无机固形物对重金属的吸附去除特性研究

采用石英砂和高岭土为吸附剂,以典型重金属Cu,Zn,As,Cr为吸附质分别进行了单吸附剂单吸附质等温吸附实验,研究了无机颗粒物对重金属离子的吸附去除特性以及无机颗粒物对金属离子吸附水相化学条件影响因素,得出了一些有参考价值的结论。     

活性炭吸附去除重金属研究进展

介绍了国内外学者应用活性炭吸附去除包括:Cr(Ⅵ),Cu2 ,Zn2 ,Cd2 ,Pb2 ,Mn2 ,Hg2 以及混合重金属离子在内的各种废水的处理效果与影响因素,并对相应的吸附机理进行了讨论,以促进活性炭吸附去除重金属离子的进展。     

基于等时曲线的软黏土弹黏塑性模型

软黏土的变形与时间密切相关,包括固结效应与蠕变效应两部分,两者相互作用共同影响着土体的变形及长期变形。在Bjerrum等时曲线理论的基础上,推导了一个能描述软黏土变形时效特性的弹黏塑性本构模型,将此模型代替一维Terzaghi固结理论中的线弹性应力–应变关系,并进一步考虑非线性渗流的影响,实现了一维条件下蠕变–固结的非线性耦合作用。本模型中共有8个模型参数,物理意义明确,均可通过室内试验简单获取,利用Crank-Nicolson有限差分格式在一定的边界条件下可对控制方程进行求解。为验证此模型的有效性,对室内一维K0侧限固结试验及Leroueil和Kabbaj的等应变率试验成果进行了模拟,理论计算值与试验结果能够较好吻合。     

基于扰动状态概念的结构性软黏土本构模型

在扰动状态概念基础上,建立了一个考虑土结构性影响的软黏土应力应变本构模型。模型尝试运用电阻率不规则因子来表征和测定土样的扰动变量,从而克服了传统扰动变量获取方法的不足,使之简便、快捷、经济、实用。另外,模型中,增加了土体体应变对土体扰动影响,且以试验和理论为依据建立扰动函数,从而使得模型更加符合土体实际工程力学特性。模型形式相对简单,参数易于确定。三轴排水剪切试验的验证结果表明,所构建的模型能较为合理地模拟结构性软黏土受荷扰动下的变形过程。     

Experimental study on the permeability and self-healing capacity of geosynthetic clay liners in heavy metal solutions

Geosynthetic clay liners (GCLs), which have a very low permeability to water and a considerably high self-healing capacity, are widely used in liner systems of landfills. In this study, a series of experimental tests were carried out under complex conditions on typical commercial GCLs from China. In particular, the effects of pH values and lead ions (Pb²⁺) were tested in addition to other factors. The swelling properties of natural bentonite encapsulated between geotextile components in the GCLs were tested first. The swelling capacity was reduced rapidly at pH values < 3 and concentrations of Pb²⁺ >40 mM. Permeability tests on GCLs with different concentrations of lead ions were then performed by using the self-developed multi-link flexible wall permeameter, and data showed that increases in lead ion concentrations greatly improved the permeability. Finally, self-healing capacity tests were conducted on needle-punched GCLs under different levels of damage. Results showed that the GCLs have a good self-healing capacity with small diameter damage holes (2 mm, close to three times the original aperture), but with a damage aperture larger than 15% of the sample area, the self-healing capacity could not prevent leakage; hence, in certain situations it will be necessary to repair the damage to meet the anti-seepage requirement.     

Effect of gravel subgrade on hydraulic performance of geosynthetic clay liner

The effect of a gravel subgrade on the hydraulic performance of GCLs is investigated. Laboratory test results show that the GCL specimens exhibit significant variation in thickness when compressed against gravel. The maximum and minimum thicknesses of the specimen were about 20 and 3 mm, respectively, after consolidation by an effective stress up to 138 kPa. However, the permittivity of GCLs remained very low. The permittivity of both needle-punched and adhesive-bonded geotextile-supported GCLs decreased with increasing confining stress, regardless of the type of subgrade materials. In general, larger particles led to more significant migration of bentonite. Nevertheless, there was no significant difference in the degree of bentonite migration between the two GCLs investigated.