泡沫強化多孔介質(zhì)中納米零價鐵遷移試驗

蘇 燕，張文靜，梁秀春，秦傳玉，李璐璐，趙勇勝*（1.吉林大學(xué)地下水資源與環(huán)境教育部重點實驗室，吉林 長春 10021；2.吉林大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院，吉林 長春 10021；.環(huán)境保護部環(huán)境規(guī)劃院，北京 100012；.吉林市水利水電勘測設(shè)計研究院，吉林 吉林 1201）

泡沫強化多孔介質(zhì)中納米零價鐵遷移試驗

蘇 燕1，2，張文靜3，梁秀春4，秦傳玉1，2，李璐璐1，2，趙勇勝1，2*（1.吉林大學(xué)地下水資源與環(huán)境教育部重點實驗室，吉林 長春 130021；2.吉林大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院，吉林 長春 130021；3.環(huán)境保護部環(huán)境規(guī)劃院，北京 100012；4.吉林市水利水電勘測設(shè)計研究院，吉林 吉林 132013）

通過批量模擬試驗考察了納米零價鐵（NZVI）在水、十二烷基硫酸鈉（SDS）溶液與SDS泡沫3種流體中的沉降性能，以及3種流體輸送作用下NZVI在多孔介質(zhì)中的遷移分布特性.結(jié)果表明：NZVI在SDS溶液中的穩(wěn)定性遠大于其在水中的穩(wěn)定性；攪拌速度為3000r/ min時，NZVI在泡沫中的分布較均勻且泡沫對NZVI攜帶量較大；NZVI對泡沫穩(wěn)定性影響不大.水、SDS溶液、SDS泡沫分別作為輸送流體時，NZVI遷移的最大距離分別為0.8m，7.9m和2.1m，SDS溶液和泡沫均顯著促進了其在多孔介質(zhì)中的運移.當(dāng)NZVI由SDS溶液和泡沫輸送時，其在介質(zhì)中的分布范圍（33.5％和42.5％）大于水（12.8％）；由于重力作用，SDS溶液攜帶NZVI的遷移主要集中在垂向上，水平遷移能力有限；而泡沫受重力影響較小，其攜帶的NZVI在水平和垂直方向上的分布更為均勻.可見泡沫作為NZVI的輸送流體具有明顯優(yōu)勢.

泡沫；強化遷移；納米零價鐵；多孔介質(zhì)

近年來，NZVI（納米零價鐵）以其高效的反應(yīng)活性和較大比表面積等優(yōu)勢逐漸應(yīng)用于地下水環(huán)境修復(fù)領(lǐng)域，并在實際場地修復(fù)過程中具有較好的應(yīng)用前景［1-4］.由于地下水中離子強度、NZVI顆粒間磁吸引力、范德華力以及密度等因素，導(dǎo)致NZVI顆粒極易聚合成較大顆粒、沉積并附著在多孔介質(zhì)顆粒表面或截留在多孔介質(zhì)孔隙中，從而使其在多孔介質(zhì)中的遷移嚴重受阻［5-7］.針對NZVI在多孔介質(zhì)中易聚合的現(xiàn)象，許多學(xué)者［8-10］提出利用聚乙烯醇乙酸乙烯酯衣康酸（PV3A）、聚丙烯酸（PAA）、羧甲基纖維素（CMC）、黃原膠等聚合物將NZVI進行表面改性，以此降低顆粒之間的范德華力、增大空間位阻、降低其在介質(zhì)中的聚合幾率，從而提高NZVI在介質(zhì)中的遷移性.此外，如何將NZVI在可控制條件下運送至污染區(qū)域成為成功修復(fù)地下水和包氣帶的關(guān)鍵，也逐漸成為針對該技術(shù)的研究重點.Schrick等［11］于2004年提出“媒介”的概念，即利用聚丙烯酸溶液作為攜帶NZVI的流體，該流體與NZVI形成一定的鍵橋作用，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在該流體作用下，NZVI在多孔介質(zhì)中的遷移距離遠大于水溶液作為流體時的遷移距離，從而有效促進了NZVI在多孔介質(zhì)中的運移.研究［3-5］表明，在水溶液攜帶作用下NZVI在多孔介質(zhì)中的遷移距離為幾cm或者十幾cm，即使在實際場地研究中，NZVI的遷移距離也局限在幾cm甚至更小的范圍.Kanel等［12］將PAA溶液作為運送NZVI的流體，探究注入流量和PAA濃度對NZVI遷移的影響，結(jié)果表明，當(dāng)PAA的濃度為6g/L、流量為2mL/min時，NZVI在多孔介質(zhì)中的遷移距離最大.然而，這些基于水的運輸方式存在重力流和優(yōu)先流等弊端，其中重力流導(dǎo)致NZVI懸濁液在重力作用下垂向遷移，從而限制懸濁液的水平運移，降低其影響范圍；在非均勻介質(zhì)中，優(yōu)先流會導(dǎo)致NZVI懸濁液繞過滲透性低的區(qū)域，優(yōu)先進入高滲透區(qū)域，從而使低滲透區(qū)域中的污染物難以去除.

綜上，研究人員提出利用泡沫作為輸送微顆粒的流體，將微顆粒懸濁液通過高速攪拌或者多孔介質(zhì)形成微顆粒負載泡沫，通過對泡沫施加壓力將其運送至污染區(qū)域.研究［13-15］表明，泡沫輸送較溶液輸送更能有效促進微顆粒的水平遷移、增加微顆粒的影響范圍.Zhong等［16］利用泡沫運輸多硫化鈣對污染土壤中Cr（VI）進行固定時發(fā)現(xiàn)，當(dāng)多硫化鈣由泡沫輸送時，Cr（VI）的固定率為90％，而多硫化鈣由水輸送時，Cr（VI）的固定率僅為25％.Shen等［17］分析了在泡沫攜帶作用下，羧基改性聚苯乙烯膠體微顆粒在包氣帶中的遷移分布情況，結(jié)果顯示，泡沫對微顆粒具有較好的攜帶能力，微顆粒的存在并沒有降低泡沫的穩(wěn)定性，從而實現(xiàn)了泡沫輸送時微顆粒在介質(zhì)中的順利遷移；通過比較表面活性劑溶液和表面活性劑泡沫對微顆粒在介質(zhì)中的輸送效果發(fā)現(xiàn)，泡沫對微顆粒的輸送可有效增大微顆粒的影響范圍.

鑒于泡沫作為輸送流體需要有足夠的穩(wěn)定性，本課題組于試驗前期對陰離子表面活性劑—十二烷基硫酸鈉（SDS）泡沫和非離子表面活性劑—Tween 80泡沫的穩(wěn)定性進行了考察，研究表明，SDS泡沫具有較高的穩(wěn)定性，且對NZVI顆粒具有較好的攜帶能力［18］.此外，由于環(huán)境介質(zhì)表面主要攜帶有負電荷，而SDS為陰離子表面活性劑，因此可以降低環(huán)境介質(zhì)對SDS表面活性劑的吸附量.國內(nèi)外針對納米鐵在多孔介質(zhì)中的遷移主要集中在一維模擬柱中，探究基于液體的改性納米鐵漿液在多孔介質(zhì)中的遷移，而對于泡沫攜帶納米鐵在二維空間上的遷移特征尚不明確.鑒于此，本研究選擇SDS泡沫（質(zhì)量濃度w為0.25％）作為攜帶NZVI的流體，并設(shè)置對照試驗，研究在不同流體（水，SDS溶液，SDS泡沫）作用下，NZVI在模擬柱和模擬槽中的遷移特性.

1 材料與方法

1.1 試驗材料

1.1.1 試驗試劑及介質(zhì) 所用試劑均為分析純.SDS、七水合硫酸亞鐵（FeSO4·7H2O）、聚乙烯吡咯烷酮-30［（C6H9NO）n，PVPK-30］、硫氰酸鉀（KSCN）與過硫酸銨（（NH4）2S2O8）均購自北京化工制藥廠；硼氫化鉀（KBH4）與鹽酸（HCl）購自天津百世精細化學(xué)試劑廠；高純氮氣購自長春市巨洋氣體有限公司.將過篩的石英砂（0.5～0.9mm）在體積比為1：1的鹽酸中清洗浸泡12h，用自來水洗凈，直至清洗水的pH值為7左右，風(fēng)干后備用.1.1.2 NZVI懸濁液與SDS-NZVI懸濁液的制備 稱取8.34g FeSO4·7H2O和5g（PVPK-30）溶解于250mL去氧水中，機械攪拌使其充分溶解.稱取6.48g KBH4溶于250mL去氧水中，充分攪拌溶解；用一次性滴管將KBH4溶液逐滴加入FeSO4-PVP的混合溶液中，邊滴加邊攪拌，溶液變成黑色時，繼續(xù)攪拌30min，形成NZVI懸濁液.然后用磁選法將形成的NZVI分選出來，用無氧水沖洗3次，保存于600mL無氧水中［19-20］.該方法制備懸濁液的NZVI濃度即ρ（NZVI）理論值為2.8g/L.稱取1.5g SDS置于上述NZVI懸濁液中，氮氣保護下攪拌30min，形成SDS質(zhì)量濃度即w（SDS）理論值為0.25％的懸濁液.

1.2 試驗方法

1.2.1 模擬柱試驗 模擬柱的填充和預(yù)處理：模擬柱為有機玻璃柱（內(nèi)徑2cm，高20cm）（圖1）.向模擬柱中均勻填滿0.5～0.9mm粒徑石英砂，填充密度為1.465g/cm3；介質(zhì)孔隙度為0.41；該研究選擇懸濁液的注入速率為5mL/min，因此由模擬柱橫截面積和液體注入速率計算得出懸濁液通過模擬柱的達西流速為1.59cm/min.模擬柱的頂端和底端分別裝入紗網(wǎng)以保證布水的均勻性.待石英砂裝填完畢后，向模擬柱中通入高純氮氣15min，以去除其中的氧氣.

圖1 模擬柱試驗裝置Fig.1 Schematic of column experiment

模擬柱試驗步驟：選擇攪拌速度為3000r/ min，w（SDS）為0.25％.通過蠕動泵控制液體流量為5mL/min，NZVI懸濁液、SDS-NZVI懸濁液和NZVI負載泡沫的泵入液體體積均為7孔隙體積（PV）（1PV=26.5mL）.試驗每隔2.6min進行一次取樣并用硝酸溶解，待NZVI完全溶解在硝酸中，取該硝酸溶解液1mL利用硫氰酸鹽比色法測定其中的ρ（NZVI），計算出水中NZVI的相對濃度（出水與原始懸濁液中ρ（NZVI）的比值），并繪制其隨時間的變化曲線.待試驗完成后，將模擬柱內(nèi)石英砂介質(zhì)拆分成等質(zhì)量（10g）樣品，加入10mL硝酸消解24h后，測定其中總鐵離子的含量，從而計算多孔介質(zhì)中NZVI的質(zhì)量濃度w（NZVI，mg/kg）.分析出水中NZVI的相對濃度變化以及模擬柱介質(zhì)中NZVI的空間分布情況.

1.2.2 模擬槽試驗 模擬槽的填充和預(yù)處理：模擬槽為有機玻璃槽（長、寬、高分別為50，2.5，40cm）（圖2）.向模擬槽中均勻填入0.5～0.9mm石英砂，填充密度和孔隙度均與模擬柱相同.填充完畢后向模擬槽中通入高純氮氣15min，以去除其中的氧氣.密封模擬槽以避免泡沫注入過程中多孔介質(zhì)發(fā)生隆起和斷裂.在模擬槽頂端密封玻璃板上設(shè)置2個孔與大氣相連用以保證流體為重力流.

圖2 模擬槽試驗裝置Fig.2 Schematic of sand box experiment

模擬槽試驗步驟：選擇攪拌速度為3000r/ min，w（SDS）為0.25％.通過蠕動泵控制液體流量為17mL/min，分別泵入0.15PV（1PV=1900mL）的NZVI懸濁液、SDS-NZVI懸濁液和NZVI負載泡沫.NZVI與SDS-NZVI懸濁液的注入點位置與模擬槽左端和上端距離分別為15cm和12cm，NZVI負載泡沫的注入點位置與模擬槽左端和上端的距離分別為25cm和22cm.觀察并用攝像機（Canon LE GRIA FS46，佳能中國有限公司，中國）記錄NZVI的遷移過程.待試驗結(jié)束后，將模擬槽分成2cm×2cm網(wǎng)格并提取介質(zhì)樣品，用10mL硝酸溶解測定總鐵離子含量，計算每個網(wǎng)格介質(zhì)中的w（NZVI），將該數(shù)值設(shè)為網(wǎng)格中心點的w（NZVI），并用Suffer 8.0繪制其空間分布曲線.

2 結(jié)果和討論

2.1 NZVI的表征

NZVI的X射線衍射（XRD）圖譜如圖3所示.在30°～90°范圍內(nèi)，衍射角2θ分別在44.75°和82.6°處出現(xiàn)了體心立方為α-Fe0的（110）晶面和（211）晶面彌散衍射峰，由于Fe3O4和Fe2O3均在2θ為35.32°處有衍射峰并且區(qū)分度欠佳，因此35.32°處的次級峰對應(yīng)的均為鐵的氧化物.對照α-Fe0標(biāo)準譜圖可知，試驗室制備的NZVI主要成分為α-Fe0.

圖3 NZVI的XRD圖Fig.3 XRD pattern of NZVI particles

圖4 不同SDS濃度下NZVI 顆粒的透射電鏡（TEM）Fig.4 TEM images of NZVI particles with different SDS dosages

SDS改性NZVI的透射電鏡（TEM）圖如圖4所示.大部分NZVI顆粒尺寸介于20～100nm之間.當(dāng)w（SDS）為0％時，由于NZVI顆粒間的磁吸引力和范德華力作用，NZVI顆粒團聚成熱力學(xué)穩(wěn)定性較強的鏈狀或塊狀結(jié)構(gòu).而當(dāng)加入SDS時，NZVI顆粒表層會包覆一層透明的薄膜，使NZVI顆粒之間的磁吸引力降低，并提高顆粒之間的空間位阻，從而使NZVI較均勻地分散于SDS溶液中，可見SDS是一種可以有效抑制NZVI聚合的表面活性劑.

2.2 NZVI在一維模擬柱中的遷移

當(dāng)NZVI懸濁液、SDS-NZVI懸濁液以及NZVI負載泡沫的注入體積（以液體計）分別為0.5PV和1PV時，模擬柱中NZVI的遷移情況如圖5所示.

圖5 三種輸送流體作用下NZVI的遷移情況Fig.5 Transport photograph of NZVI in column under three vehicles

由圖5（a）可見，當(dāng)3種流體的注入體積均為0.5PV時，對于NZVI懸濁液，NZVI與水分離，水的遷移速度遠大于NZVI，大部分NZVI被截留在模擬柱底端2cm范圍內(nèi)，水遷移至模擬柱中間；對于SDS-NZVI懸濁液，NZVI與SDS溶液同時快速向上遷移達到模擬柱中間位置；相比于SDS溶液和水作為輸送流體時，泡沫攜帶作用下NZVI的遷移速度更大，當(dāng)注入液體量為0.4PV時，NZVI遷移出模擬柱.由圖5（b）可見，3種流體注入體積均為1PV時，對于NZVI懸濁液，NZVI遷移至模擬柱中間位置；而對于SDS-NZVI懸濁液與NZVI負載泡沫，NZVI已經(jīng)遷移出模擬柱.由于泡沫組成大部分為氣體，在氣體拖拽作用下，NZVI在模擬柱中遷移性增強，此外在相同液體注入量情況下，泡沫的注入體積更大，也是導(dǎo)致泡沫輸送的NZVI在模擬柱中遷移較快的原因.

當(dāng)w（SDS）為0.25％時，NZVI在3種輸送流體攜帶下，注入體積分別為7PV時，出水和介質(zhì)中ρ（NZVI）和w（NZVI）的變化情況如圖6所示.

圖6 三種輸送流體作用下NZVI在出水中的相對濃度變化以及在介質(zhì)中的空間分布Fig.6 Curves of relative concentration of NZVI in effluent and the spatial distribution of NZVI in media under three vehicles at 7PV liquid injection

對于NZVI懸濁液，由圖6（a）可知，出水中NZVI相對濃度初始值為0，當(dāng)注入體積為2PV時，其相對濃度僅為0.27％；持續(xù)注入NZVI懸濁液，出水中NZVI的相對濃度緩慢增大；直至注入體積為7PV時，出水中NZVI的相對濃度為32％.當(dāng)NZVI懸濁液注入體積為7PV時，計算可得，51.12％的NZVI殘留在模擬柱底端6cm區(qū)域內(nèi)，NZVI在介質(zhì)中的殘留率為78.97％，溢出率是17.43％.由圖6（b）可知，距離注入點位置越遠，介質(zhì)中w（NZVI）越低.當(dāng)注入體積為7PV時，模擬柱頂端處w（NZVI）驟升主要是因為模擬柱出水管變徑導(dǎo)致阻力升高，從而攔截了部分NZVI.可見，由于NZVI聚合形成大顆粒而被截留在多孔介質(zhì)孔隙中以及附著于其表面，導(dǎo)致NZV的遷移受阻.NZVI的TEM圖（圖4a）也印證了該結(jié)論.

對于SDS-NZVI懸濁液，初始出水中NZVI的相對濃度為28％；隨著SDS-NZVI懸濁液的持續(xù)注入，NZVI的相對濃度逐漸升高，注入體積為7PV時，其相對濃度達到89％.由圖6（b）可知，當(dāng)SDS-NZVI懸濁液注入體積為7PV時，NZVI均勻分布在多孔介質(zhì)中，其在模擬柱中的殘留率為24.49％，累積溢出率為70.96％.在多孔介質(zhì)中，影響NZVI運移的主要因素是介質(zhì)和NZVI顆粒之間的范德華力和靜電力、懸濁液在介質(zhì)中的拖拽力以及水氣之間的界面張力.當(dāng)加入表面活性劑時，水與氣之間的界面張力降低，同時SDS具有很強的分散作用，因此降低了NZVI顆粒聚合的幾率以及NZVI附著在介質(zhì)中的可能性，從而減少了NZVI在介質(zhì)中的殘留.

對于NZVI負載泡沫，當(dāng)注入體積為0.9PV時，出水中NZVI的相對濃度達到30％，并呈穩(wěn)定升高的趨勢；當(dāng)注入液體體積為7PV時，介質(zhì)中w（NZVI）沿泡沫注入方向而逐漸降低，NZVI的殘留率為39.53％，累積溢出率為53.97％.由于SDS降低了水氣之間的界面張力，此外，泡沫中氣體的速率遠大于液體的速率，因此其在介質(zhì)中的拖拽力也促進納米顆粒的運移［17］.當(dāng)注入SDS-NZVI懸濁液與NZVI負載泡沫時，在測定范圍內(nèi)，出水中ρ（NZVI）均高于NZVI懸濁液注入時出水中ρ（NZVI）.由此可見，輸送流體為SDS溶液和SDS泡沫時，NZVI的遷移性顯著增強，NZVI在介質(zhì)中的分布較水輸送時更加均勻.

顆粒在介質(zhì)中的遷移與附著主要由接觸效率（α）與單一捕集器效率（η0）決定［21］，計算公式：

式中：ηr為實際的捕集系數(shù)；U為流體注入速率，mL/min；dc為單一捕集器的直徑，mm；ω為多孔介質(zhì)的孔隙度；L0為多孔介質(zhì)的長度（模擬柱長，mm）；C和C0是距離注入點為L和L=0處NZVI的濃度，mg/L；kd為沉積速率系數(shù).將式（2）與式（3）合并：

式中：Ci為出水中NZVI的平衡濃度，mg/L.

假設(shè)遷移方向上NZVI的滯留率相同，粒子在各向同性孔隙介質(zhì)中的遷移距離與其出、入口濃度比值的自然對數(shù)成正比：

式中：L為某時刻NZVI遷移距離，m；Cf為當(dāng)NZVI遷移距離為L時，NZVI的濃度，mg/L.當(dāng)Cf/C0為1％時，最大遷移距離（Lmax）：

假設(shè)NZVI懸濁液、SDS-NZVI懸濁液與NZVI負載泡沫注入體積分別7PV時的相對濃度為平衡濃度（Ci/C0分別為0.32，089和0.64），根據(jù)式（6）可得NZVI在多孔介質(zhì)中遷移的最大距離分別為0.8m，7.9m和2.1m.可見SDS溶液與SDS泡沫作為輸送流體時，NZVI最大遷移距離分別是水作為輸送流體時的9.875和2.625倍.因此在相同注入液體體積時，SDS溶液與SDS泡沫促進了NZVI在介質(zhì)中的遷移.

2.3 NZVI在二維模擬槽中的遷移

圖7 當(dāng)3種輸送流體注入體積為0.15PV時，NZVI在介質(zhì)中的遷移分布Fig.7 Transport and distribution photographs of NZVI in sand box at 0.15PV liquid injection

在水、SDS溶液和SDS泡沫3種輸送流體攜帶作用下，當(dāng)注入體積均為0.15PV時，NZVI在介質(zhì)中的遷移分布情況如圖8和圖9所示.

圖8 介質(zhì)中NZVI的空間分布Fig.8 The spatial distribution of NZVI in porous media

由圖7（a）可知，當(dāng)注入NZVI懸濁液時，大部分NZVI被截留在注入點附近，NZVI懸濁液中的水與NZVI分離并在重力作用下遷移至模擬槽底部并在槽底部形成水飽和態(tài).當(dāng)NZVI懸濁液注入體積為0.15PV時，NZVI在左側(cè)和右側(cè)的水平遷移距離分別為9cm和7cm，垂直方向的最大遷移距離為8cm和20cm.此時，NZVI覆蓋范圍約是整個模擬槽的12.8％［圖8（a）］.在20cm范圍內(nèi)，由于NZVI的聚合作用，NZVI的濃度從最大值5800mg/kg降至0.可見當(dāng)水作為攜帶NZVI的流體時，NZVI在介質(zhì)中的分布不均勻.由于NZVI 在pH值為7左右時帶正電，介質(zhì)帶負電，因此當(dāng)NZVI在介質(zhì)中運移時，由于靜電引力作用，導(dǎo)致NZVI黏附在多孔介質(zhì)上，從而抑制NZVI的遷移［22］.此外，介質(zhì)對NZVI的攔截和沉積作用對NZVI在介質(zhì)中的遷移亦有較大影響［22］.

由圖7（b）可知，當(dāng)SDS溶液作為NZVI的攜帶流體時，NZVI與SDS溶液在重力作用下同時向下遷移，SDS-NZVI懸濁液在注入點下部的模擬槽底部積累達到飽和狀態(tài)，并在槽底部發(fā)生側(cè)向遷移.NZVI在模擬槽底端的遷移覆蓋整個模擬槽，在模擬槽上端側(cè)向遷移距離分別為5cm和7cm，NZVI的覆蓋面積占整個模擬槽面積的33.5％，由此可見，SDS溶液作為NZVI的輸送流體時，NZVI的覆蓋范圍遠大于輸送流體為水時的覆蓋范圍.然而，當(dāng)注入SDS-NZVI懸濁液時，NZVI在介質(zhì)中的分布不均勻，在注入點下部形成較窄的柱狀區(qū)域.SDS溶液促進NZVI在介質(zhì)中的遷移主要是由于SDS疏水基與NZVI相結(jié)合，因此在SDS連接作用下，NZVI與SDS溶液同時垂向遷移.此外，由于SDS為陰離子表面活性劑，導(dǎo)致SDS的加入可能改變NZVI表面電荷的性質(zhì)，從而使介質(zhì)對NZVI的吸附性降低，進而提高NZVI在介質(zhì)中的遷移性［23］.

當(dāng)注入NZVI負載泡沫時，NZVI在模擬槽中同時發(fā)生水平和垂向遷移.由圖7（c）可見，NZVI在介質(zhì)中的遷移圖像是以注入點為圓心、逐漸向四周擴散的圓形.在泡沫擴散過程中，外圍泡沫首先破裂形成NZVI懸濁液，在重力作用下垂向遷移，并累積在模擬槽底部直至飽和.相對于NZVI懸濁液和SDS-NZVI懸濁液，NZVI負載泡沫在水平方向上的遷移距離大大增加，當(dāng)注入體積為0.15PV時，NZVI的水平遷移距離達到25cm［圖8（c）］.由泡沫輸送時，NZVI的影響范圍為整個模擬槽范圍的42.5％，遠大于水和SDS溶液輸送時的影響范圍.泡沫強化NZVI在介質(zhì)中遷移的研究表明，泡沫輸送大大增加了NZVI的水平遷移距離以及影響范圍.與SDS溶液作為輸送流體相比，SDS泡沫不僅強化了NZVI在水平方向上的遷移，而且使NZVI在介質(zhì)中的分布更均勻.由圖8（c）可見，w（NZVI）的最大值為1600mg/kg，在水平方向上25cm范圍內(nèi)降至0；而對于SDS溶液，w（NZVI）介于700～2400mg/kg的區(qū)域主要集中在注入點以下，橫向距離10cm范圍內(nèi).

綜上，當(dāng)NZVI由SDS溶液和SDS泡沫輸送時，NZVI在介質(zhì)中的影響范圍相對于水作為輸送流體時大大增加.但受重力影響，SDS溶液對NZVI的強化遷移能力主要體現(xiàn)在垂向上；而由于泡沫為氣水混合物，其受重力影響較小，故可以相對均勻地分布在污染區(qū)域，從而強化了NZVI在水平方向上的運移.可見，在輸送NZVI進入目標(biāo)污染區(qū)域時，相對于SDS溶液和水，SDS泡沫具有明顯優(yōu)勢，是具有發(fā)展前景的輸送流體.

3 結(jié)論

3.1 NZVI在SDS溶液中的穩(wěn)定性較水中穩(wěn)定性更強，SDS泡沫對NZVI具有較好的攜帶能力；NZVI對SDS泡沫的穩(wěn)定性影響不大，從而為SDS泡沫作為輸送NZVI的流體提供條件.

3.2 當(dāng)水、SDS溶液與SDS泡沫作為輸送流體時，NZVI遷移的最大距離分別為0.8m、7.9m和2.1m.SDS溶液和SDS泡沫均能夠顯著促進NZVI在多孔介質(zhì)中的運移.

3.3 當(dāng)NZVI由SDS溶液和SDS泡沫輸送時，NZVI在介質(zhì)中的影響范圍相對于水作為輸送流體時大大增加.由于受重力影響，SDS溶液對NZVI的強化遷移能力主要體現(xiàn)在垂向上，水平遷移能力有限；而SDS泡沫受重力影響較小，NZVI在水平和垂直方向上均遷移良好且分布較均勻.可見泡沫作為NZVI的輸送流體具有明顯優(yōu)勢，擁有良好的應(yīng)用前景.

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Enhanced delivery of nanoscale zero valent iron by foam in porous media.

SU Yan1，2，ZHANG Wen-jing3，LIANG Xiu-chun4，QIN Chuan-yu1，2，LI Lu-lu1，2，ZHAO Yong-sheng1，2*（1.Key Laboratory of Groundwater Resources and Environment ministry of Education，Jilin University，Changchun 130021，China；2.College of Environment and Resources，Jilin University，Changchun 130021，China；3.Chinese Rcademy for Environmental Planning，Beijing 100012，China；4.Jilin Hydropower Planning and Design Institute，Jilin 132013，China）.China Environmental Science，2015，35（6）：1700～1708

Laboratory scale experiments were conducted to investigate the sedimentation and delivery properties in the three vehicles，i.e.water，sodium dodecyl sulfate（SDS）solution and SDS foam.Experimental results showed that the stability of NZVI in SDS solution was much greater than that in water；the optimum foam capability to carry NZVI and the uniformity of NZVI in foams were observed at 3000 r/min stirring speed；the presence of NZVI has slightly influence on foam stability.The maximum delivery distances for NZVI suspension，SDS-NZVI suspension and NZVI-laden foam were 0.8m，7.9m，and 2.1m，respectively.Therefore，the transport of NZVI in porous media was enhanced apparently by SDS solution and SDS foam.The impact zones for SDS-NZVI suspension（33.5％）and NZVI-laden foams（42.5％）were icreased compared with the bare NZVI suspension（12.8％）.Due to gravity，vertical transport of NZVI carried by SDS solution was prior to horizontal transport，and the horizontal delivery distance was limited；NZVI carried by SDS foam could transport in both horizontal and vertical directions，and the distribution of NZVI was more uniform.Additionally，compared with water and SDS solution，SDS foam was an ideal vehicle to deliver NZVI particles and had a promising application in contamination sites.

foam；enhance delivery；nanoscale zero-valent iron；porous media

X523

A

1000-6923（2015）06-1700-09

蘇 燕（1986-），女，山東菏澤人，吉林大學(xué)博士研究生，研究方向為污染場地的控制與修復(fù).

2014-10-28

國家自然科學(xué)基金項目（41302183）；北京市教育委員會市屬高校創(chuàng)新能力提升計劃項目（TJSH G201310772028）；吉林大學(xué)研究生創(chuàng)新基金項目（2014097）

* 責(zé)任作者，教授，zhaoyongsheng@jlu.edu.cn