钠-蒙脱石地球化学性能模拟研究

膨润土已经被许多国家确定为高放废物深地质处置系统的缓冲/回填材料。钠-蒙脱石作为钠基膨润土的主要矿物,对钠基膨润土的地球化学稳定性能起着关键作用。以地球化学模拟软件PHREEQC和GWB为平台,对内蒙古高庙子膨润土的关键矿物——钠-蒙脱石在无氧和不同温度条件下的地球化学行为进行了模拟研究,分析了钠-蒙脱石在北山地下水体系中矿物成分、液相化学成分、pH值的长期演变规律。     

硬脂酸钠改性蒙脱石对水中亚甲基蓝的吸附性能研究

以阴离子表面活性剂硬脂酸钠为改性剂制备了硬脂酸钠改性蒙脱石(NaSTA-MMT).FI-IR和XRD分析表明插层剂已进入蒙脱石层间,且随着硬脂酸钠量的增加蒙脱石层间距从1.274 nm增加到4.805 nm。亚甲基蓝吸附实验表明,硬脂酸钠改性蒙脱石吸附行为遵循伪二级动力学方程。平衡吸附量与平衡质量浓度之间的关系符合Langmuir等温吸附方程所描述的规律。硬脂酸钠改性膨润吸附亚甲基蓝表现为自发的表面物理吸附过程,吸附活化能、吸附焓变和熵变分别为2.36 kJ/mol-、21.47 kJ/mol和-44.45 J/mol.K。     

超强吸水性蒙脱石/聚丙烯酸钠复合材料的研究

以蒙脱石和丙烯酸为原料,采用溶液聚合法合成了超强吸水性蒙脱石／聚丙烯酸钠复合材料,优化了该复合材料吸自来水性能的配方,即蒙脱石添加量为30％,单体的中和度为70％．交联剂用量为0．10％,引发剂用量为0．15％,在此配方下制备的复合材料吸蒸馏水倍率为420g／g,吸自来水倍率为220g／g,吸生理盐水倍率为55g／g,凝胶强度215g／cm^2。同时,该复合材料具有聚合反应便于控制且不粘容器、吸水倍率高、抗盐性能好、凝胶强度大、成本大幅度降低的优点,可广泛应用于农林园艺、生态环境治理等领域作保水剂。     

水化蒙脱石在浓电解质溶液中的特征及对溶液电导率的影响

经水化的蒙脱石,具有特殊的性能.本文通过经纯水水化的蒙脱石和未经纯水水化的蒙脱石,在浓Nil_4Cl溶液中的行为及对溶液电导率的影响,说明蒙脱石经纯水水化,在其表面形成较厚的水化膜,在浓NH_4Cl溶液中不易被NH_4~(+)离子“剥离”掉,表现出具有特殊的胶体性能.     

阳离子交换容量和烷基链链数对有机蒙脱石性能的影响

已有研究表明影响有机蒙脱石性能的因素很多,除了有机改性剂的特性外,蒙脱石的晶体化学特征也是不容忽视的因素。为了探讨烷基链链数和阳离子交换容量与有机蒙脱石性能之间的关系,本文选择3种不同阳离子交换容量的蒙脱石为主体,4种季铵盐阳离子改性剂十八烷基三甲基溴化铵(S18)、双-十八烷基二甲基溴化铵(D18)、十二烷基三甲基溴化铵(S12)和双-十二烷基二甲基溴化铵(D12)为客体,在不同添加量条件下(0.2、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、4.0CEC)制备了多个系列的有机蒙脱石,并用XRD、TG-DTG等手段对产物进行表征。实验结果表明,阳离子交换容量与层间柱撑高度之间不存在明显的相关性,但对表面活性剂在蒙脱石上的吸附量有显著的影响,吸附量随着阳离子交换容量的增加而增加。双链表面活性剂对蒙脱石层的撑开能力比单链更强,在层间具有更复杂的自组装过程,导致其热分解过程更为复杂。     

蒙脱石与滑石矿物对菲吸附-解吸行为的对比研究

采用批量处理平衡实验,考察蒙脱石与滑石矿物对菲的吸附解吸行为。采用Henry和Freundlich方程对其吸附等温线进行分析比较,并着重考察软阳离子K+对上述两种矿物吸附菲的影响机制。研究结果表明:蒙脱石对菲的吸附等温线表现出明显的非线性,吸附/解吸有滞后现象,Freundlich方程最符合其吸附/解吸曲线;滑石吸附菲的能力较之蒙脱石的强,且吸附呈线性,其吸附曲线与Henry方程吻合程度最好。此外,随着溶液中K+离子浓度增加,蒙脱石吸附菲的能力增强,而滑石吸附菲的能力减弱,说明软阳离子K+对蒙脱石吸附菲有明显的强化作用,而对滑石吸附菲却有抑制作用。说明黏土矿物内部结构与表面理化性质控制着污染物的吸附-解吸环境行为,从而影响着PAHs等污染物的迁移转化。     

酸化对蒙脱石成分和结构影响的研究

通过对高州蒙脱石及其酸化产物的X射线衍射、化学全分析、魔角旋转核磁共振谱（MASNMR）的研究发现,酸化导致蒙脱石成分和结构都发生一定程度的变化,特别是魔角旋转核磁共振谱研究发现,高州蒙脱石分别在八面体片和四面体片中存在六配位铝和四配位铝;其酸化产物由于八面体片内脱羟基,新出现了一类四配位铝。蒙脱石酸化后物化性能的改善至少与酸化引起的层间域中离子交换、八面体片内阳离子溶出及八面体片内脱羟基等因素有关。     

低分子有机酸对聚合羟基铁铝-蒙脱石复合体吸附磷的影响

在一定条件下,利用钠基化蒙脱石(Na-Mt)合成聚合羟基铁铝-蒙脱石复合体(HyFeAl-Mt),M3+/Mt比为10mmol/g,Fe3+/Al3+摩尔比分别为0.1、0.2和0.5。研究了酸性和弱酸性条件下低分子有机酸(以柠檬酸、草酸和苹果酸为代表)及其添加顺序对HyFeAl-Mt复合体吸附磷的影响。结果表明,低分子有机酸对HyFeAl-Mt复合体吸附磷有抑制作用,且随着低分子有机酸浓度的增加愈加明显,酸性条件下的抑制作用比弱酸性条件下明显;低分子有机酸羧基个数越多、分子结构越大,对HyFeAl-Mt对吸附磷的影响越大;酸性环境中低分子有机酸与磷共存时,磷吸附曲线较好地符合Freundlich方程,且其对磷在HyFeAl-Mt0.2上的最大吸附量影响较小;磷与低分子有机酸的添加顺序不同也影响HyFeAl-Mt复合体对磷的吸附。     

NaCl溶液对土体持水特性影响的试验研究

分别采用不同浓度的NaCl溶液对低塑性黏土进行饱和,然后进行压力板和蒸汽平衡法试验,获得整个吸力范围内的土-水特征曲线（SWCC）。分析不同浓度的孔隙溶液对SWCC的影响规律,结果表明：盐分对基质吸力的影响较小,对总吸力影响较大,这主要是因为盐溶液引起的渗透吸力所致。在蒸汽平衡法试验中,随着含水率的降低,孔隙浓度增大,渗透吸力增大。然而,基质吸力随着含水率的减小迅速增大,使得渗透吸力所占的比例逐渐减小。在非饱和土中,总吸力包括基质吸力和渗透吸力;基质吸力包括毛细部分和吸附部分,当土体中含水率较低时,主要是吸附效应在起作用;渗透吸力与溶液浓度有关。根据试验结果深入分析了吸附水膜和土颗粒之间的相互作用,得出由于溶质的存在对分子间吸附力的影响规律。根据表面化学原理,建立了分子间作用力和吸附水膜厚度之间的关系,以描述处于吸附状态的土-水特征曲线。     

降温速率对硫酸钠溶液晶体析出影响的试验研究

为探讨硫酸钠盐渍土盐胀机理,研究了十水硫酸钠晶体在硫酸钠溶液中的析出规律.针对不同浓度的硫酸钠溶液,在1℃·min^-1、0.1℃·min^-1和0.02℃·min^-13种降温速率下,通过降温试验对晶体初始析出温度进行观测.试验表明：十水硫酸钠晶体的析出受降温速率的影响,随着降温速率的减小,晶体初始析出温度升高;降温速率的大小对晶体析出后溶液浓度变化几乎没有影响,但其会影响晶体形态,降温速率越小,晶体形态更为稳定;晶体析出受到相变驱动力作用,相变驱动力与降温速率大小呈正比,降温速率越大,晶体初始析出结晶力越大.     

乙酸丁酯萃取火焰原子吸收法测定铝酸钠溶液中的镓

在6．0mol／LHCI介质中,用乙酸丁酯苹取镓,水反革取后,用火焰原子吸收测定镓。方法线性范围为0～100μg／mL,检出限为0．028μg／mL,样品加标回收率为97．9％～101．8％,RSD在2．83％～3．96％之间。方法应用于拜尔溶液中镓的测定,结果满意。     

盐分对土的冻结温度及未冻水含量的影响研究

利用测温法和核磁共振法测量了不同浓度典型盐溶液(Na Cl、Na₂CO₃)饱和重塑粉土的冻结温度及冻结特征曲线,并与不同浓度的Na Cl、Na₂CO₃纯溶液作对比分析,研究初始含盐量对冻结温度及未冻水含量的影响。结果表明:土样冻结温度随初始含盐量的增加而逐渐降低;相同浓度Na Cl溶液饱和土样的冻结温度低于相应纯溶液的冻结温度,但相同浓度(<0.6mol/L)Na₂CO₃溶液饱和土样的冻结温度却比纯溶液的冻结温度高;同一负温下,土样中未冻水含量随Na Cl初始含盐量的增加而增多,但随Na₂CO₃初始含盐量的变化不明显。通过机制分析,表明盐类型和含盐量对土水势具有不同的影响。基于改进的广义Clapeyron方程,将含盐分土冻结温度表达式引入未冻水含量预测模型,得到了能够考虑不同含盐量影响的土体未冻水含量的定量表达,并与实测数据进行对比,验证了该模型能够较为合理的预测不同温度下含盐土体的未冻水含量。     

盐穴储气库水溶造腔夹层垮塌力学机制研究

盐岩矿床中难溶泥质夹层的存在给地下储库水溶造腔带来了诸多不利影响,如何有效地预测与控制水溶造腔过程中泥质夹层的垮塌成为亟待解决的技术难题。夹层垮塌力学机制研究以该问题为背景,建立了水溶造腔过程中夹层垮塌分析的力学模型,并应用弹性板壳理论进行了求解,根据求解结果对夹层因局部破损及整体失稳引起垮塌的力学机制分别进行了论述,对夹层垮塌的力学机理进行了总结,给出了一种计算夹层极限跨度的方法。研究成果对水溶造腔过程中夹层垮塌的预测与控制有重要指导意义。     

含NaCl和Na2SO4双组分盐渍土的水盐相变温度研究

盐渍土相变温度是判断土体中水分冻结与融化、盐分结晶与溶解的重要参数.不同盐分含量相变温度的差异,给盐渍土在降温过程中的水盐迁移过程及变形规律的模拟带来极大的不确定性.通过降温试验,研究了降温过程中氯盐和硫酸盐综合作用盐渍土中水盐相变温度的变化情况.结果表明:全盐量相同时,盐结晶温度随NaCl和Na2SO4比例的不同而不...     

硫酸钠盐渍土土-水特征曲线的试验与理论研究

土-水特征曲线（SWCC）在非饱和土力学中扮有重要的角色,是非饱和土力学研究的核心问题。以西北地区黄土中含有的典型硫酸钠盐为变化因素,采用滤纸法测得了兰州黄土及不同含盐量黄土状硫酸钠盐渍土的基质吸力并绘制土-水特征曲线,通过试验测试和理论分析来解释硫酸钠盐分对黄土状硫酸钠盐渍土基质吸力的影响规律,以期为工程实践提供一定的理论依据。结果表明：相同含水率下硫酸钠盐渍土的含盐量越高,基质吸力越大。以非饱和土力学理论和表面物理化学理论为基础,考虑了土中的盐分对基质吸力的毛细部分及吸附部分的影响,得到了土中含盐量与基质吸力关系的半经验公式。利用该公式计算得到不同含盐量硫酸钠盐渍土的土-水特征曲线,计算曲线与试验曲线吻合程度较高,表明该公式可以很好地描述盐渍土中不同含盐量与基质吸力的关系。     

含氯盐和硫酸盐类盐渍土膨胀特性的研究

对含氯盐和硫酸盐类盐渍土的盐胀规律及影响因素进行了较为系统的试验研究，得出了盐胀随温度变化的若干规律，即盐胀随温度变化的关系式，起胀温度与各影响因素之间的关系式，盐胀与降温速度的关系式，成型温度对盐胀规律的影响等。分析了Ｎａ２ＳＯ４含量，ＮａＣｌ含量，Ｃｌ＾－／ＳＯ４＾２－，含水量对盐胀的影响，给出了盐胀与各影响因素之间的关系式。     

盐溶液饱和高庙子膨润土膨胀特性及预测

甘肃北山被首选为修建高放废物处置库的地区。考虑到该地区地下水中含有总溶解固体（TDS）,选择NaCl-Na2SO4作为溶解固体。以高庙子钠基膨润土为试验材料,利用单向固结仪,进行不同TDS浓度盐溶液和蒸馏水饱和的膨胀试验。根据蒙脱石孔隙比的概念,统一整理了饱和高庙子膨润土在盐溶液和蒸馏水饱和下的膨胀特性。结果表明,当TDS浓度为12.3 g/L（预选处置库区的最高离子浓度）时,在双对数坐标中蒙脱石孔隙比与膨胀力关系和干密度与膨胀力关系均呈直线且平行于蒸馏水的试验结果;对于给定干密度试样,膨胀力的对数与TDS浓度呈线性关系。根据以上试验结果,给出了由高庙子钠基膨润土的设计干密度和离子浓度计算相应膨胀力和膨胀变形的表达式。     

盐渍土与盐溶液冻结温度关系的试验研究

通过不同降温方式的冻结温度试验,明确了降温速率对土体冻结温度的影响,并采用快速降温方法,测定了不同含水率的三种天然氯（亚）盐渍土和黄土的冻结温度,以及不同浓度Na₂SO₄、NaCl溶液和由溶液配制的黄土的过冷温度和冻结温度,分析了降温速率、含水率、含盐量、盐类对土和溶液相变过程的影响。结果表明,快速降温得到的冻结温度值比缓慢降温得到的值偏低。当含水率低于盐渍土的塑限含水率时,水分是冻结温度的主要制约因素;当含水率大于土的塑限含水率时,天然盐渍土的含盐量对土的冻结温度起控制作用,Na₂SO₄含量控制含盐土的第一次相变,NaCl含量控制含盐土在低温下的第二次相变;低含盐量黄土含水率低于塑限含水率时,冻结温度随含水率增大而增大,但当含水率高于饱和含水率时,冻结温度随含水率变化不大。含Na₂SO₄的土和溶液的过冷温度变化规律与冻结温度变化规律类似,且其温度差值较小,通过Na₂SO₄溶液的冻结温度试验,可近似得到同浓度下含水率为16%只含Na₂SO₄黄土的冻结温度。     

Effects of dry density and exchangeable cations on the diffusion process of sodium ions in compacted montmorillonite

As a part of the safety assessment of the geological disposal of high-level radioactive waste, the effects of dry density and exchangeable cations on the diffusion process of Na⁺ ions in compacted bentonite were studied from the viewpoint of the activation energy for diffusion. The apparent self-diffusion coefficients of Na⁺ ions in compacted Na-montmorillonite and in a Na- and Ca-montmorillonite mixture were determined by one-dimensional, non-steady diffusion experiments at different temperatures and dry densities. A unique change in activation energy as a function of dry density was found for the Na⁺ ions in compacted Na-montmorillonite. The activation energy suddenly decreased from 18.1 to 14.1 kJ mol^− 1 as the dry density increased from 0.9 to 1.0 Mg m^− 3, whereas it increased to 24.7 kJ mol^− 1 as the dry density increased to 1.8 Mg m^− 3. Examination of the effect of exchangeable cations on the activation energies determined that the activation energies were almost constant, approximately 25 kJ mol^− 1, for the montmorillonite specimens at a dry density of 1.8 Mg m^− 3. However, three different activation energy values were obtained at a dry density of 1.0 Mg m^− 3. These findings cannot be explained by the conventional diffusion model (the pore water diffusion model), which suggests that the predominant diffusion process alternates among pore water diffusion, interlayer diffusion, and external surface diffusion.