胶体在地下水中的环境行为特征及其研究方法探讨

在收集查阅国内外已有研究资料的基础上,对地下水中胶体稳定性、迁移机制以及模拟预测方法进行了详细归纳和总结。研究表明,胶体稳定性主要受自身理化性质和水文地球化学条件的影响,其受控于胶体粒径、形态、电势电位以及地下水的pH、离子强度等条件。胶体在多孔介质中的迁移机制主要表现为胶体沉积和形变阻塞,其中针对胶体稳定性的差异性,胶体沉积过程分别表现为表面封阻和过滤熟化。目前有关胶体在地下水中迁移的模拟技术已发展得日益成熟,但结合多孔介质非均质性和胶体化学性质非均质性的数学模型还需进一步探讨。     

不同钠吸附比含水介质中胶体迁移-沉积动力学

以滨海含水介质中天然胶体为研究对象,采用自行设计的室内土柱装置,研究不同钠吸附比胶体在滨海含水介质中迁移动态特征,测定了胶体沉积动力学曲线,计算了胶体总沉积率和沉积速率常数,最后对胶体迁移沉积机理进行了探讨。研究结果表明,胶体的穿透曲线与示踪离子相比,存在一个临界孔隙体积数(临界点),在临界点之前胶体的迁移速度大于示踪离子,之后则相反;胶体未发生完全穿透,钠吸附比SAR为0,2.85和∞;出水胶体最大相对浓度为0.65,0.16和0.70;胶体在含水介质迁移过程中发生了沉积,沉积量随孔隙体积数的增加而增加。胶体在含水介质中迁移的总沉积率分别为50.96%、87.95%和54.24%。钠吸附比SAR=2.85时沉积动态曲线为直线,沉积速率常数为0.151h-1,而钠吸附比SAR为0和∞时胶体沉积动态曲线为分段直线,拐点前后胶体沉积速率常数分别为0.072 h-1、0.048h-1和0.211 h-1、0.194 h-1。研究结果用双电子层理论可以很好地解释。     

滨海含水介质胶体对垃圾渗滤液氨氮的吸附特征

根据天津含水介质的结构和组成,选择代表性的2种含水介质,分析了土样和胶体的主要物理和化学性质,系统测定不同胶体对氨氮吸附的动力学曲线和吸附等温线,并分析了胶体粒径、ζ电位、电泳淌度对吸附作用的影响。结果表明,含水介质胶体对氨氮的吸附动力学过程为对数曲线,其平衡时间约为20~24 h;不同胶体的吸附等温线均为直线型理想吸附,并且当水相中氨氮浓度低于一定浓度时,不但不产生吸附,反而使胶体中的残留氨氮释放出来;胶体颗粒细,比表面积大,表面能大,吸附能力就越大;胶体的ζ电位和淌度愈高,胶体的稳定性愈大,与铵离子接触的机会多,容易吸附铵离子。     

关于胶体分散金

胶体分散金是金的一种重要赋存状态,考查胶体分散金对确定矿石工艺性质及了解金的矿化作用有重要意义. 胶体分散金与次显微金胶体分散金指以胶体微粒(d=0.1～0.000144μ)分散于其他介质中的金.胶体分散金与分散介质构成了胶体分散系.在地质作用中出现的是固-固及固-液相的胶体分散系,当介质是结晶的固体(如黄铁矿)形成晶溶胶;当介质是液体(海水、热液、陆表水等)形成液溶胶.晶溶胶是研究含金矿石的对象,液溶胶的研究为揭示金在矿液中的运移和沉淀过程提供信息.金     

紫色土坡地泥岩裂隙潜流中的胶体迁移

为探求自然胶体迁移进入地下水的潜力,建立原位坡地径流观测场,研究了2013年夏季3场不同雨型降雨事件下,紫色土坡地(1 500 m2)泥岩裂隙潜流中自然胶体的迁移规律。结果表明:裂隙潜流中胶体对降雨的响应时间为30~90 min,比潜流对降雨的响应更迅速,且取决于坡地雨前干旱情况及降雨强度;胶体浓度峰早于潜流流量峰,峰值浓度相对背景浓度可增加1~2个数量级,最大雨强及雨型决定潜流流量和胶体浓度峰型。气液界面是胶体初始迁移响应的主要驱动因素,雨水混合土壤前期水对土壤介孔和大孔内壁胶体的剪切、裹携是胶体释放、分散与迁移的主要机制。因此,胶体辅助运移可能成为紫色土地区吸附性较强的污染物(如磷、疏水性农药等)的重要迁移方式。     

西藏地区羊八井地热水中胶体粒子分析与表征

地热水的水化学特征包含其形成过程中地质、构造、断裂、蚀变以及环境变化等多种信息。西藏地区地热资源丰富，部分地热水中含有胶体粒子，开展胶体粒子的形貌、成分、结构等物理化学信息研究，对于了解地热流体的物质来源与胶体粒子关系具有重要意义。胶体粒子的生成与沉淀过程影响着地热水的浊度、电导率、部分阳离子的含量。本文对羊八井地热水中胶体粒子进行一系列分析，采用激光粒度仪测定地热水中胶体粒子的粒径，透射电镜(TEM)和扫描电镜(SEM)表征胶体粒子的形貌，红外光谱(FTIR)测定胶体粒子的特征谱峰，能谱仪(EDS)分析胶体粒子的主要成分，电感耦合等离子体发射光谱(ICP-OES)测定地热水中二氧化硅(SiO₂)含量。结果表明：地热水中高含量的SiO₂除了以偏硅酸形式存在，还以胶体粒子的形式存在。胶体粒子的平均粒径为80.83nm，该胶体粒子与铯硅华的形成及轻稀土元素的富集有关。此外，该胶体粒子可以用ICP-OES法分析，但不与钼酸铵显色，从而导致采用紫外可见分光光度法(UVVis)和ICP-OES测定该类型水体中偏硅酸(H₂SiO     

地下咸水储能回灌含水层胶体释放动力学与渗透性变异

为了揭示天津滨海地区咸水储能回灌过程中含水层渗透性变化的机制,采用室内土柱试验的方法研究不同温度下咸水储能回灌过程中含水层胶体的释放量、释放速率以及胶体释放对含水层渗透性的影响,同时探讨了胶体释放过程中Ca2+的变化特征。研究结果表明,咸水储能回灌过程中含水层胶体释放是脉冲式的,表现为突然增加,然后缓慢降低,大约20个孔隙体积为一个周期;胶体累积释放量随着孔隙体积数的增加而增加;胶体释放量与孔隙体积数为分段函数,不同阶段胶体累积释放量增长幅度和释放速率发生变化。胶体释放过程中含水层的渗透系数随着孔隙体积数的增加呈“S”型曲线;0℃、10℃和20℃情况下咸水含水层渗透系数分别增加了4.02倍、12.21倍和6.63倍;不同温度下虽然含水层渗透系数开始有差异,但60个孔隙体积数后渗透系数均接近15 cm/d左右。胶体释放过程中也存在着Ca2+-K+、Na+ 阳离子交换作用,不同的温度下这种交换作用动态特征不同。     

不同SAR条件下滨海含水层胶体释放与渗透性变异

在野外调查的基础上, 研究不同钠吸附比(SAR)条件下滨海含水层胶体释放规律, 采集天津平原区代表性含水层土样, 采用室内批实验和土柱实验, 研究胶体释放浓度和释放量的动态特征, 识别不同含水介质胶体释放的差异性, 同时分析胶体颗粒释放过程中含水介质渗透性变异特征.结果表明, 在NaCl和CaCl₂混合溶液系统中, 含水层含水介质胶体颗粒的释放与地下水溶液所含阳离子价态有关, Ca2+含量越高, SAR越小, 胶体越不容易释放出来, Ca2+对胶体释放的抑制作用越强烈.土柱实验表明不同吸附比情况下粉砂和中砂胶体释放浓度均很小; 当地下水中SAR为0和8时粉土胶体释放很少, 当溶液的SAR为∞时胶体有明显的释放, 释放浓度随孔隙体积数的增加而增加, 在52个孔隙体积数瞬时达到峰值73.76 mg/L, 然后缓慢减少, 最后累积释放量达0.13 mg/g.胶体释放过程中, 粉土、粉砂和中砂渗透性损失分别为98.2%、86.7%和95.9%;含水介质渗透性的降低主要是由于释放的胶体颗粒在空间上重新分布造成的.      

滨海地下水交互带中的胶体运移行为研究综述

在分析国内外已有研究的基础上,综述滨海地下水交互过程中的胶体运移规律,重点阐述咸淡水驱替作用下胶体的宏观运移规律和微观作用机理。胶体在滨海地下水交互中可成为联系海-陆相的物质传输纽带,其运移行为主要受地下水水化学参数波动影响,受控于胶体类型与数量、表面电位及地下水pH、离子强度等因素,具有水动力、水环境多因子联合作用的特征,并在含水层中具有空间堵塞和团聚体结构改变的不确定性。未来关于滨海地下水交互带中的胶体行为研究应重视基础勘察,考虑胶体群体效应,结合滨海含水层对水动力、水化学条件的敏感性,研究胶体在多相体系中胶体运移的不确定性及其对污染物的协同运移作用,为滨海资源化研究构建统一分析体系和预测机制。     

不同pH条件下胶体对含水介质中铵氮迁移的影响

为了研究在不同酸碱条件下含水介质中铵氮迁移的胶体效应,文章在室内水动力弥散试验的基础上,进行了不同酸碱条件下天然黏土胶体对铵氮迁移影响的试验。研究结果表明:土柱出水铵氮穿透曲线表现为"未穿透"、"开始穿透"和"完全穿透"三个阶段;含水介质对铵氮的迁移有一定的阻滞作用,阻滞因子Rd1。根据胶体DLVO理论,不同pH不仅影响水溶液中铵氮水解平衡,同时也影响胶体粒径及Zeta电位,影响铵氮、胶体及含水介质三者间的相互作用,从而进一步影响铵氮在含水介质中的迁移:当水溶液pH为3.5时,含胶体含水介质对铵氮的阻滞因子Rd(4.17)大于无胶体铵氮Rd(3.57),胶体对铵氮的迁移起到阻滞作用;pH为10.5时,不含胶体Rd为2.50,大于含胶体Rd(2.03),胶体对铵氮运移促进作用;pH=7.5时,胶体对铵氮迁移影响不显著;同时研究发现,不论有无胶体作用,不同酸碱环境中含水介质对铵氮迁移的阻滞作用一致,阻滞系数大小均表现为:Rd(pH=10.5)Rd(pH=7.5)Rd(pH=3.5)。     

晋城矿区粘土矿物特征及沉积-成岩响应

在X射线衍射和扫描电镜观测的基础上,结合区域沉积演化分析,探讨了晋城矿区粘土类型、组合特征、微观结构与沉积-成岩作用的关系。结果表明,晋城矿区粘土矿物以高岭石为主,其次为伊利石和伊利石/蒙脱石混层,还有少量的绿泥石和蒙脱石;山西组粘土矿物颗粒排列定向性优于太原组,多呈带状或平叠状产出,而太原组多为蜂巢状、花朵状或凝絮状;由于太原期频繁的海侵海退致使煤层顶底板处于pH值较高的碱性环境,使成岩过程中高岭石向伊利石转化,造成太原组粘土矿物的伊利石含量明显高于山西组,而高岭石含量相对较低。     

镉在蒙脱石等粘土矿物上的吸附行为研究

研究了土壤中主要硅酸盐粘土矿物蒙脱石、伊利石、高岭石、海泡石对重金属镉的吸附行为.结果表明:硅酸盐粘土矿物吸附镉受酸度和离子强度的影响;吸附反应是快反应,能很好地符合Lagergren二级吸附速度方程;优化条件下的高岭石对镉吸附很弱,蒙脱石、伊利石、海泡石对镉的实验饱和吸附容量分别为2.88、1.08、2.82 mg/g,蒙脱石吸附镉更适合Freundlich拟合,伊利石、海泡石对镉的吸附结果更适合Langmuir拟合;相关性分析表明,硅酸盐粘土矿物对镉的饱和吸附容量大小与其理化性质有关,其中矿物中氧化锰含量高低与其对镉饱和吸附容量大小的相关性达到极显著水平.     

东太平洋水合物海岭沉积物中黏土矿物与水合物饱和度相关性研究

为了探讨水合物储层中不同黏土矿物与水合物饱和度的关系,选取位于东太平洋水合物海岭国际大洋钻探计划204航次中的3个钻孔(1245B孔、1244C孔和1251B),开展储层沉积物黏土矿物的测试和综合分析。结果表明,蒙脱石、伊利石、绿泥石为主要黏土矿物(平均含量分别为40.3%、33.4%、21.4%);高岭石为次要黏土矿物(平均4.9%)。伊利石、绿泥石、高岭石三种矿物含量的垂向变化规律相似,但它们与蒙脱石的垂向变化趋势相反。该区水合物饱和度与蒙脱石含量呈正相关,且正相关程度在“细粒岩性”层段较高(R=0.55~0.97);水合物饱和度与伊利石、绿泥石、高岭石则显示负相关。3个钻孔中水合物储层厚度、水合物饱和度在各钻孔中分布的差异性表明水合物饱和度的受控因素复杂,首先是气源和流体迁移与供给,其次为沉积物岩性;而“细粒岩性”层段较高含量蒙脱石与水合物饱和度正相关关系可能代表了更次一级的沉积影响因素。为检验其它海区是否也存在黏土矿物对水合物饱和度的影响,将上述3个钻孔与印度外海Krishna-Godavari盆地17-07P钻孔记录进行对比。结果显示,17-07P孔的砂含量高,在粗砂层蒙脱石含量与水合物饱和度呈正相关,反映两个海域岩性对水合物饱和度控制机理不同。上述“细粒岩性”层段蒙脱石含量和伊利石、绿泥石、高岭石3种黏土矿物含量与水合物饱和度之间相关性的差异,可能因为蒙脱石具有特殊层状结构和表面化学性质(层间表面带负电荷、具有可交换的层间水合阳离子等),有利于促进水合物的形成和富集,因而表现为正相关;而伊利石、绿泥石、高岭石自身属性与蒙脱石不同(吸水膨胀能力、对甲烷的吸附能力较蒙脱石弱),不利于水合物的聚集,表现为负相关。     

渤中坳陷石臼陀凸起东段幔源CO2充注对储集层粘土矿物的影响

探讨了渤中坳陷石臼陀凸起东段CO2来源及CO2充注对储层粘土矿物的影响.研究表明,CO2中δ13C组成较重,R/Ra值较大,CO2为幔源成因;控盆的深大断裂是CO2的主要运移通道;CO2热流体晚期充注对砂岩储集层粘土矿物产生了明显的影响:CO2热流体侵位后形成的热波动效应加快了储集层中伊蒙混层粘土的演化,含CO2储集层中伊蒙混层中蒙脱石含量要比同深度的泥岩低15％ ～30％;CO2热流体晚期侵入加剧了长石的溶蚀作用,长石溶蚀促进了自生高岭石的大量形成;CO2热流体侵位后形成的偏酸性环境抑制伊利石生长,促进了其他粘土矿物向高岭石转化;含CO2储集层以少见的高自生高岭石、低伊利石为特征,这对储层物性改善起到了决定性的影响.     

Detection of smectites in ppm and sub-ppm concentrations using dye molecule sensors

Methylene blue and rhodamine 6G were used as molecular sensors for the spectrophotometric titrations of the aqueous colloids of clay minerals (montmorillonite, illite and kaolinite). The dyes adsorbed on colloid particles form molecular aggregates, which exhibit spectral properties significantly different from those of dye solutions. Spectrophotometric titrations provide the most sensitive detection of smectites in aqueous colloids (sub-ppm concentrations); and the sensitivity further increases using second derivative spectroscopy. The endpoint of spectrophotometric titrations can be used for the determination of exchange capacity of the mineral in colloids and in this way to estimate its amount. The method is selective only to expandable clays, which was proven by experiments with kaolinite and illite. Spectrophotometric titrations have promising future in the analysis of clays and can be applied in many fields of geology, mineralogy, chemistry, material sciences or in industry. Its application may expand to the analysis of other nanomaterials built from charged particles and exhibiting metachromasy in the systems with organic dyes.     

滇东磷矿床中粘土矿物的研究

滇东磷矿床中粘土矿物分布比较广泛,在震旦系到寒武系各地层中均有分布。本文仅讨论下寒武统渔户村组中谊村段磷矿层夹层及顶、底板页岩中的粘土矿物。经化学分析、X射线衍射、红外吸收光谱分析、差热分析及电子显微镜分析,确定长区磷矿床中的粘土矿物主要是伊利石和伊利石/蒙脱石不规则混层矿物,其次为高岭石、变埃洛石,含少量海绿石。通过对混层矿物的研究,为本区矿物间的转化、沉积环境及成岩作用的探讨提供了重要的资料。     

西藏伦坡拉盆地晚始新世—早渐新世黏土矿物特征及古气候意义

始新世—渐新世是新生代气候从“温室”向“冰室”转变的重要节点，也是青藏高原及邻区气候格局发生重大变革的关键时期。为了重建高原中部腹地始新世—渐新世的古气候演变特征，探讨古气候变化的控制因素，利用X射线衍射分析对高原中部伦坡拉盆地382道班剖面的黏土矿物特征进行了综合研究，结果显示，伦坡拉盆地在始新世—渐新世牛堡组二段沉积的黏土矿物主要以伊利石为主，伊/蒙混层次之，高岭石与绿泥石含量极少，蒙脱石仅出现在极少样品中。黏土矿物类型及组合特征指示伦坡拉盆地在该时期整体处于寒冷干旱的气候条件，但在长周期趋势下伊利石相对含量逐渐减少，伊/蒙混层逐渐增多，显示出青藏高原中部地区的气候系统在晚始新世—早渐新世时期存在向更加湿润的气候条件转变，这种气候系统的改变可能与南亚季风在晚始新世的演化所带来的更多水汽条件和青藏高原中部中央分水岭的形成有关，但在始新世与渐新世之交，伊利石含量陡然增多，而伊/蒙混层含量则减少，且两者频繁波动，这反映了该盆地在EOT时期受到全球降温的影响。     

蒙脱石+伊/蒙混层+伊利石等粘土矿物混合物相X射线定量分析方法—模拟定量法

本文提出粘土矿物(特别是含伊/蒙不规则混层粘土矿物)混合物相的X射线定量分析方法——模拟定量法。着重解决在蒙脱石-不规则伊/蒙混层粘土矿物-伊利石组合中,伊/蒙混层粘土矿物的定量分析计算。模拟定量法是对以前的各种粘土矿物X射线定量分析方法的补充。用纯净的蒙脱石、伊利石、高岭石、绿泥石及各种伊/蒙混层比的伊/蒙混层粘土矿物,配制了各种不同组合的粘土矿物混合样品,制成定向薄膜片,进行了X射线分析,讨论了各种组合的粘土矿物混合物相X射线衍射图谱的特征,并在此基础上提出了粘土混合物相定量分析的方法。     

川东华蓥山二叠系／三叠系界线附近粘土层中粘土矿物的类型及成因

对川东华蓥山二叠系／三叠系界线附近粘土层中的粘土矿物进行野外采样和室内X射线衍射分析,结果表明,这些粘土矿物主要由规则混层伊利石-蒙脱石组成,其中1个样品可能舍有少量不规则混层绿泥石-蒙脱石等粘土矿物。总地看来．该界线粘土层中的规则混层伊利石-蒙脱石中伊利石层的含量自下而上呈现减少的趋势,平均含量约83％,所经历的最大古地温在125-150℃之间。这些粘土矿物的构成和特征与前人在华南其他地区相同层位取得的成果总体上具有较好的一致性．显示了该粘土层成因的相同性及所具有的等时意义。不同地区粘土矿物构成的差异性（如高岭石的存在与含量）可能与二叠系／三叠系界线不整合的存在与否或间断时间有关,规则混层伊利石-蒙脱石的混层比则与埋藏历史和沉积-沉积期后的流体介质有关。     

骨架矿物—粘土矿物碱耗协同效应研究

选择了克拉玛依油田二中区Ｔ２ｋ１砂砾岩储层中的六种储层矿物,石英,正长石,微斜长石,Ｃａ－蒙脱石,高岭石,伊利石。在不同的条件下研究了这六种矿物的碱耗量,还研究骨架矿物与粘土矿物按照一定的质量配比而成的复配矿物的碱耗量,探讨了矿物碱耗的协同效应,结果表明单矿物的碱耗序列为,蒙脱石（Ｓ）〉高岭石（Ｋ）〉伊利石（Ｉ）〉微斜长石（Ｍ）〉石英（Ｑ）〉正长石（Ｊ）,复配物的碱耗总体上受粘土矿物控制,尤其是蒙