【摘 要】
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近年来,我国产业结构调整和城市发展转型导致工业企业搬迁遗留场地存在的有机物、重金属污染等生态环境问题,严重制约了土地的安全再利用。为有效控制污染物在地下水土中的运移,研究防渗截污性能优良的竖向隔离屏障技术、开发高性能的改性膨润土是我国工业污染、固废填埋场地修复技术发展和建设美丽中国的迫切需求。本研究通过试验、分子动力学模拟和理论分析对羧甲基纤维素钠（CMC）改性膨润土和十六烷基三甲基溴化铵（CTM
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近年来,我国产业结构调整和城市发展转型导致工业企业搬迁遗留场地存在的有机物、重金属污染等生态环境问题,严重制约了土地的安全再利用。为有效控制污染物在地下水土中的运移,研究防渗截污性能优良的竖向隔离屏障技术、开发高性能的改性膨润土是我国工业污染、固废填埋场地修复技术发展和建设美丽中国的迫切需求。本研究通过试验、分子动力学模拟和理论分析对羧甲基纤维素钠（CMC）改性膨润土和十六烷基三甲基溴化铵（CTMAB）有机膨润土系竖向隔离屏障材料的基本工程特性、防渗性能和吸附特性进行了系统性的研究,获得以下主要研究成果:（1）本研究选用五种不同分子量和取代度的商用CMC制备改性膨润土,研究了苯酚污染作用下,CMC分子量和取代度大小对改性膨润土膨胀和防渗性能的影响规律,提出CMC改性膨润土的优化制备方案。（2）对比了苯酚污染作用下CMC改性和CMC+CTMAB改性膨润土的膨胀和防渗性能化学相容性。CMC+CTMAB改性膨润土较CMC改性膨润土具有更好的化学相容性。相同苯酚浓度条件下,CTMAB改性一定程度抑制了CMCⅢ-CB的膨胀性能,但有效增强了膨胀性能化学相容性;并且CTMAB掺量参数f值为0.1和0.3时,CMCⅢ改性有机膨润土防渗性能无显著变化。（3）研究了CMC和CMC+CTMAB改性回填材料工程特性,包括施工和易性、压缩固结特性和渗透特性。明确了CMC改性和CMC+CTMAB改性作用对回填材料满足坍落度要求的控制含水率的影响规律。各回填材料渗透系数随着固结应力的增大总体呈减小的趋势,固结应力大于100 k Pa时,渗透系数减小趋势越显著。渗透试验中CMC改性增强回填材料在自来水中的防渗性能,CTMAB改性作用未影响回填材料的渗透系数。高浓度苯酚污染作用下,CMC改性有效降低回填材料的渗透系数。对高风险地块开展竖向阻隔工程时,CMC改性膨润的掺量推荐使用9.6%。（4）通过分子动力学模拟研究了改性膨润土与苯酚的相互作用。通过相互作用构型分析了各改性材料与苯酚分子的相互作用规律,明确了各体系中垂直于蒙脱石（001）面方向各组分相对含量分布规律及苯酚分子的扩散规律,分析CMC、CTMAB和CMC+CTMAB改性作用提升膨润土吸附性能的微观作用机理。（5）通过微观测试试验研究了CMC和CMC+CTMAB改性膨润土的改性机理及苯酚污染前后微观结构。聚合物CMC分子链成功进入膨润土蒙脱石黏土片层,CMC上的羧酸根因吸附水分子所形成水凝胶有效充填膨润土颗粒间的大孔隙,使回填材料渗透系数减小。CTMAB插层进入蒙脱石黏土片层,一方面对CMCⅢ改性膨润土水化影响小,另一方面使蒙脱石片层间距增大,促进苯酚从水相分配到有机相上发生吸附,从而增强膨润土膨胀和防渗性能化学相容性和吸附性能。CMC和CTMAB两者的共同作用有效提升膨润土在苯酚污染作用下的化学相容性。
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