Cu2+在HPMC改性膨润土中的吸附和扩散行为

doi:10.11988/ckyyb.20240104

raybet体育在线院报 ›› 2025, Vol. 42 ›› Issue (4): 127-126.DOI: 10.11988/ckyyb.20240104

Cu²⁺在HPMC改性膨润土中的吸附和扩散行为

王宝¹^,²(), 胡业昊¹, 朱佳佳¹, 张迪¹, 周浩然¹

¹ 西安建筑科技大学环境与市政工程学院,西安 710055
² 西安建筑科技大学陕西省岩土与地下空间工程重点实验室,西安 710055

收稿日期:2024-01-29 修回日期:2024-03-31 出版日期:2025-04-01 发布日期:2025-04-01
作者简介:
王宝(1983-),江苏东海人,副教授,博士,主要从事固体废物处理与处置方面的研究工作。E-mail: wangbao@xauat.edu.cn
基金资助:
国家自然科学基金项目(41602291)

Diffusion and Adsorption of Copper Ion in HPMC-modified Bentonite

WANG Bao¹^,²(), HU Ye-hao¹, ZHU Jia-jia¹, ZHANG Di¹, ZHOU Hao-ran¹

¹ School of Environmental & Municipal Engineering, Xi’an University of Architecture and Technology, Xi’an 710055,China
² Shaanxi Key Laboratory of Geotechnical and Underground Space Engineering, Xi’an University of Architecture and Technology, Xi’an 710055, China

Received:2024-01-29 Revised:2024-03-31 Published:2025-04-01 Online:2025-04-01

摘要/Abstract

摘要：

开展穿透扩散试验(Through-Diffusion Test),研究重金属Cu²⁺在羟丙基甲基纤维素(HPMC)改性膨润土中的吸附和扩散行为,并与未改性膨润土进行比较。同时,使用污染物运移模拟软件Pollute V7.0定量评估HPMC改性对膨润土截污性能的影响。研究结果表明,当HPMC的添加量为2%和5%时,Cu²⁺在膨润土上的吸附量分别减小了40%和46%,而扩散速度分别降低了7%和34%。Pollute V7.0的模拟计算结果显示,添加2%和5%的HPMC,可将膨润土对Cu²⁺的截污性能分别提高1.32倍和2.58倍。研究结果可为HPMC改性膨润土截污性能评估提供基础参数。

关键词: 土工复合膨润土衬垫, 膨润土, 羟丙基甲基纤维素, 扩散, 吸附

Abstract:

A series of through-diffusion tests were carried out to explore the diffusion and adsorption behaviors of Cu²⁺ in bentonites modified with hydroxypropyl methylcellulose (HPMC). The test results were compared with those of untreated bentonite. Pollute V7.0 was employed to quantitatively evaluate the impact of HPMC on the performance of bentonite in intercepting Cu²⁺. The diffusion test results indicated that when the HPMC content reached 2% and 5%, the capacity of bentonite adsorbing Cu²⁺ decreased by 40% and 46%, respectively, while the diffusion coefficient of Cu²⁺ dropped by 7% and 34%, correspondingly. The results from Pollute V7.0 demonstrated that adding 2% and 5% HPMC to sodium bentonite enhanced the performance of bentonite for adsorbing Cu²⁺ by factors of 1.34 and 2.03, respectively. Overall, the findings of this study offer valuable information for assessing the performance of HPMC-modified bentonite.

Key words: geosynthetic clay liners, bentonite, hydroxypropyl methylcellulose, diffusion, adsorption

中图分类号:

TU57

王宝, 胡业昊, 朱佳佳, 张迪, 周浩然. Cu²⁺在HPMC改性膨润土中的吸附和扩散行为[J]. raybet体育在线院报, 2025, 42(4): 127-126.

WANG Bao, HU Ye-hao, ZHU Jia-jia, ZHANG Di, ZHOU Hao-ran. Diffusion and Adsorption of Copper Ion in HPMC-modified Bentonite[J]. Journal of Changjiang River Scientific Research Institute, 2025, 42(4): 127-126.

图/表 11

图1 试验用膨润土

Fig.1 Test sodium bentonite

表1 天然钠基膨润土基本性质[11]

Table 1 Basic properties of the sodium bentonite [11]

含水率/%	密度/ (g·cm^-3)	阳离子交换容量/ (meq·100g^-1)^*	蒙脱石含量/%	液限/ %	塑限/ %
6.56	2.65	64.87	70.56	314	40

图2 试验用羟丙基甲基纤维素

Fig.2 Hydroxypropyl methylcellulose used in the present study

图3 穿透扩散试验装置

Fig.3 Device for the through-diffusion test

表2 膨润土扩散试样基本性质

Table 2 Basic properties of bentonite specimens used in the through-diffusion test

试样种类	试样质量/g	试样厚度/mm	含水率/%	孔隙率
天然膨润土	86.50	7.70	106.73	0.74
HPMC2膨润土	87.95	8.59	103.30	0.76
HPMC5膨润土	94.35	10.11	129.27	0.79

图4 Cu2+在天然膨润土、HPMC2膨润土和HPMC5膨润土试样中扩散的结果

Fig. 4 Diffusion of Cu2+ in natural bentonite and HPMC-modified bentonites (with HPMC dosages of 2% and 5%)

图5 扩散试样SEM照片

Fig.5 SEM images of bentonite specimens with diffused Cu2+

表3 运移模拟参数

Table 3 Modelling parameters for Cu2+ transfer

膨润土种类	尾矿库长度/m	尾矿库宽度/m	含水层深度/m	地下水流速/ (m·a^-1)	含水层孔隙率	淋滤液水头/m	淋滤液中 Cu²⁺浓度/ (mg·L^-1)	膨润土厚度/ mm	膨润土渗透系数/ (10^-11m·s^-1)	膨润土扩散系数/ (10^-11m²·s^-1)	膨润土吸附分配系数/ (mL·g^-1)
天然膨润土	500	100	3	1	0.3	0.3	5 000	7.70	9.48	2.76	6.59
HPMC2膨润土	500	100	3	1	0.3	0.3	5 000	8.59	6.42	2.57	3.97
HPMC5膨润土	500	100	3	1	0.3	0.3	5 000	10.11	2.52	1.82	3.58

图6 膨润土试样底部Cu2+浓度随时间的变化曲线

Fig.6 Time-dependent curves of the concentration of Cu2+ in the bottom of bentonite specimens

表4 各参数不同变化幅度下击穿时间的变化

Table 4 Change in breakthrough time under different variation amplitudes of parameters

参数	变化幅度	击穿时间/d
参数	变化幅度	HPMC2	HPMC5
扩散系数	水平1(-20%)	361	738
	水平2(-10%)	340	679
	对照(0%)	320	628
	水平3(+10%)	302	584
	水平4(+20%)	286	547
吸附分配系数	水平1(-20%)	316	622
	水平2(-10%)	318	625
	对照(0%)	320	628
	水平3(+10%)	322	631
	水平4(+20%)	324	635

图7 不同参数敏感性指数对比

Fig.7 Comparison of sensitivity index of different parameters

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Cu²⁺在HPMC改性膨润土中的吸附和扩散行为

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