《泥沙在吸附和絮凝過程中表面電荷的特性研究》是依託中國農業大學，由陳明洪擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：泥沙在吸附和絮凝過程中表面電荷的特性研究
- 依託單位：中國農業大學
- 項目負責人：陳明洪
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
水體環境的污染導致泥沙顆粒表面的特性發生改變，從而影響顆粒物的輸移規律和對污染物的吸附規律。研究泥沙顆粒的表面電荷特性和力學原理是研究泥沙與污染物相互作用和泥沙顆粒間絮凝作用的重要手段。本研究擬藉助電位儀、原子力顯微鏡等儀器通過室內實驗的方法來研究泥沙顆粒表面電荷總量及微觀分布的規律。研究顆粒表面電荷分布的非均勻性對泥沙顆粒吸附污染物和泥沙顆粒絮凝沉降的影響規律，以及顆粒表面電荷在吸附和絮凝過程中的空間重分布規律。結合已經建立的可描述泥沙顆粒複雜空間表面的數學泥沙平台，將吸附和絮凝過程的動力學原理運用於一維水沙輸移的動力學模型中，對環境泥沙和污染物在實際河道中的輸移過程進行模擬。本研究通過研究泥沙顆粒表面形貌及電荷特性從微觀角度探討環境泥沙在輸移過程中發生吸附和絮凝作用的機理，為環境泥沙的輸移過程提供更好的模擬和預測手段，同時也為污染物的遷移和轉化規律研究打下良好的基礎。
結題摘要
本項目根據擬定的研究內容和技術路線開展了大量試驗和模擬計算工作，基本完成了預先設定的工作任務。本研究利用Dimension 3100型原子力顯微鏡以接觸模式在大氣環境下對泥沙顆粒的表面形貌進行觀察，得到解析度很高的形狀採樣數據，同時以lift-mode模式對顆粒表面進行掃描得到樣品表面電荷的分布情況。通過改變施加在導電針尖上的電壓分別測量泥沙顆粒表面的正電荷和負電荷區域。將大量顆粒表面形貌與對應的電荷分布數據疊加，統計分析電荷分布位置與顆粒表面微結構的關係，得到表面電荷分布與顆粒表面非球狀曲率的擬合公式。採用計算靜電平衡狀態下導體表面電荷的分布定理來模擬泥沙顆粒表面的電荷分布，並與實測電荷分布結果進行對比，表現出較高的吻合度。根據顆粒表面電荷分布的異質性，計算顆粒間的電荷作用力，建立考慮顆粒形貌和電荷分布的修正絮凝模型。根據顆粒表面形貌和孔隙分布複雜性對吸附模型進行了修正，並與BET模型和DR模型進行了對比。最後，將絮凝和吸附模型集成於一維水沙輸移的動力學模型中，對三峽庫區泥沙淤積進行了模擬套用。本研究以試驗數據為基礎，以數學模擬為手段，對泥沙吸附和絮凝過程顆粒表面電荷的作用特徵進行探討，揭示泥沙顆粒界面過程機理，為水沙科學與其他科學的交叉融合起到積極的推動作用。
