納米銀在飽和多孔介質(zhì)含水層中遷移主控機(jī)理和影響特征

袁雪梅，鄧仕槐，楊悅鎖，楊新瑤

（1四川農(nóng)業(yè)大學(xué)環(huán)境學(xué)院，四川 成都 611130；2沈陽(yáng)大學(xué)區(qū)域污染環(huán)境生態(tài)修復(fù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，遼寧 沈陽(yáng) 110044）

納米銀在飽和多孔介質(zhì)含水層中遷移主控機(jī)理和影響特征

袁雪梅1,2，鄧仕槐1，楊悅鎖2，楊新瑤2

（1四川農(nóng)業(yè)大學(xué)環(huán)境學(xué)院，四川 成都 611130；2沈陽(yáng)大學(xué)區(qū)域污染環(huán)境生態(tài)修復(fù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，遼寧 沈陽(yáng) 110044）

納米銀（AgNP）作為應(yīng)用最廣、生態(tài)毒性最強(qiáng)的工程納米材料之一，一旦進(jìn)入地下水環(huán)境，將引發(fā)環(huán)境問題。目前，環(huán)境因素對(duì)納米銀在地下水環(huán)境中運(yùn)移的影響機(jī)理尚不清楚。通過室內(nèi)柱實(shí)驗(yàn)，研究了流速（1、2 ml·min-1）和介質(zhì)粒徑特征（0.605、0.115 mm以及混合粒徑的玻璃珠）對(duì)納米銀在飽和多孔介質(zhì)中遷移的影響。研究結(jié)果表明納米銀在粒徑較大（0.605 mm）的介質(zhì)中的遷移主要受吸附沉降控制；在小粒徑介質(zhì)中（0.115 mm以及混合粒徑玻璃珠），遷移過程同時(shí)受吸附沉降和阻塞沉降兩種機(jī)理的控制，且阻塞效應(yīng)主要受小粒徑部分介質(zhì)控制。水流速度提高能降低大粒徑介質(zhì)中納米銀顆粒的沉降效率，從而提高其遷移能力。而對(duì)于小粒徑介質(zhì)和混合粒徑介質(zhì)，流速提高除了降低納米銀的沉降效率，還能降低阻塞效應(yīng)和促進(jìn)尺寸排除效應(yīng)，不但能更顯著地降低納米銀在介質(zhì)中的衰減，還能提高納米銀在介質(zhì)中的穿透速度。研究成果對(duì)于理解復(fù)雜的場(chǎng)地條件下納米材料的遷移分布動(dòng)態(tài)具有理論價(jià)值。

納米銀；遷移；飽和多孔介質(zhì)；流速；粒徑分布

引 言

納米銀是工程納米材料中應(yīng)用最廣的材料之一，在微電子學(xué)、醫(yī)藥業(yè)、食品、紡織和日用護(hù)理等行業(yè)有廣泛使用[1-3]。納米銀在生產(chǎn)、使用和最終的處理處置過程中[4-6]都可能隨著廢水滲流和污泥農(nóng)用等過程進(jìn)入地下水環(huán)境。研究指出，納米銀對(duì)植物、細(xì)菌等會(huì)產(chǎn)生不同程度的毒副作用[7]，同時(shí)納米銀比表面積巨大，可能成為其他移動(dòng)性差的污染物（如有機(jī)物、重金屬）的潛在載體和運(yùn)輸工具[8]，改變這些污染物的遷移能力和在地下水中的時(shí)空分布，對(duì)地下水環(huán)境造成潛在威脅。因此，理解納米銀在地下水環(huán)境中的遷移過程，對(duì)于地下水風(fēng)險(xiǎn)防控與管理有著重要意義。

近年來國(guó)內(nèi)外部分學(xué)者已經(jīng)開展對(duì)于納米材料在地下水中遷移的研究。劉慶玲等[9]研究指出，平均孔隙水流速的增加會(huì)促進(jìn)高嶺石膠體和 SiO2膠體的運(yùn)移，同時(shí)流速的變化對(duì)粒徑較大的高嶺石膠體運(yùn)移的影響要更加顯著；由于介質(zhì)粒徑分布不均而產(chǎn)生優(yōu)先流效應(yīng)會(huì)影響大腸桿菌等微生物在多孔介質(zhì)中的遷移[10]；Bradford等[11]的研究指出增加膠體粒徑和減小介質(zhì)尺寸都會(huì)導(dǎo)致阻塞系數(shù)增加，且非均質(zhì)砂中細(xì)砂比例增加會(huì)促進(jìn)膠體顆粒發(fā)生阻塞效應(yīng)（straining）[12]。這些研究表明，流速和多孔介質(zhì)粒徑是影響納米遷移的重要因素。但是，這些研究，主要考慮流速或介質(zhì)粒徑單獨(dú)的影響，而流速與介質(zhì)粒徑交互作用的共同影響，研究較少。此外，自然含水層中，介質(zhì)粒徑往往不是單一值，而是多種粒徑的混合，而理論研究中，柱實(shí)驗(yàn)多采用單一粒徑的多孔介質(zhì)[13-15]。此外，納米銀表面通常附著PVP等有機(jī)聚合物；研究表明這些修飾劑對(duì)于納米銀的遷移有著重要控制[16-17]。但水流速度和介質(zhì)粒徑如何影響修飾劑對(duì)納米銀遷移的影響，尚不清楚。

針對(duì)上述問題，擬通過動(dòng)態(tài)遷移柱實(shí)驗(yàn)，研究水流速度與多孔介質(zhì)粒徑特征兩個(gè)重要參數(shù)的交互作用對(duì)納米銀這類典型膠體顆粒遷移沉積行為的影響。研究結(jié)果表明，多孔介質(zhì)粒徑不同，會(huì)導(dǎo)致納米銀的衰減機(jī)理變化，而這一變化同時(shí)又受水流速度的控制。這些發(fā)現(xiàn)對(duì)于理解納米銀在真實(shí)地下含水層中的遷移轉(zhuǎn)化過程以及地下水生態(tài)保護(hù)具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 多孔介質(zhì)

地下含水層多孔介質(zhì)用高純玻璃珠（亞速旺，日本）模擬。玻璃珠用37.5%的濃鹽酸浸泡12 h以清除表面雜質(zhì)[18]，再用高純水清洗至pH=7，用100℃烘箱烘干。玻璃珠粒徑采用0.500～0.710 mm（平均粒徑0.605 mm），0.350～0.500 mm（0.425 mm）及0.105～0.125 mm（0.115 mm），按一定比例（表1）混合均勻后填充玻璃柱，分別模擬地下含水層的粗砂（平均粒徑>0.5 mm）、細(xì)沙（平均粒徑0.35～0.25 mm）和特細(xì)砂（平均粒徑<0.25 mm），柱實(shí)驗(yàn)條件下玻璃珠表面電勢(shì)用 Zeta CAD（Zeta Instruments Corp，Les Essarts-le-Roi，F(xiàn)rance）測(cè)量。

本文以玻璃珠的數(shù)量平均尺寸代表介質(zhì)粒徑[12]，則粒徑大小為介質(zhì)1>介質(zhì)2>介質(zhì)3。

表1 柱實(shí)驗(yàn)填充玻璃珠混合參數(shù)設(shè)計(jì)Table 1 Design of porous media for column transport experiments

1.2 背景溶液

為了模擬地下淡水環(huán)境，采用硝酸鈉（AR，新化試劑，沈陽(yáng)）調(diào)節(jié)背景溶液離子強(qiáng)度至 1 mmol·L-1。實(shí)驗(yàn)前先用超聲波清洗儀（KQ5200E，昆山超聲，江蘇）與無油隔膜式真空泵（DOA-P504-BN，GAST，USA）聯(lián)用，對(duì)背景溶液抽真空脫氣30 min，以去除溶液中的微小氣泡[16]。

1.3 納米銀懸浮液

納米銀以PVP為分散劑，采用化學(xué)還原方法制備[16]。將20 g PVP K55（AR，西亞試劑，山東）和1.5 g硝酸銀（AR，西亞試劑，山東）先后溶解于50 ml乙二醇（AR，天津試劑，天津）中，140℃恒溫油?。℉H-S，金壇新瑞，江蘇）加熱24 h。將上述試液按 1:10稀釋，15000×g 離心（Optima MAX-XP，Beckman，USA）20 min后去上清液并將沉淀重新分散于高純水中，重復(fù)離心3次共計(jì)1 h，以除去游離的PVP，得到納米銀（PVP-AgNP）貯備液，濃度為1500 ppm。柱實(shí)驗(yàn)用納米銀懸浮液用背景溶液稀釋至15 ppm，柱端流出納米銀濃度用紫外可見分光光度計(jì)（UVVis，U-2910，HITACHI，TYO，JPN）測(cè)量，入射波長(zhǎng)設(shè)置為425 nm。納米銀膠體顆粒的粒徑與電位用 Zeta電位與激光粒度儀（Nano ZS，Malvern Instruments Ltd，UK）進(jìn)行分析表征。測(cè)量結(jié)果顯示，在柱實(shí)驗(yàn)條件下，納米銀形態(tài)特征及水動(dòng)力學(xué)特征穩(wěn)定，顆粒水力直徑約100 nm，表面電勢(shì)為-9.4 mV±1.1 mV。

1.4 柱實(shí)驗(yàn)

采用內(nèi)徑 1 cm，總長(zhǎng) 10 cm的玻璃色譜柱（C10/10，GE Healthcare，Piscataway，NJ），柱填充采用低頻超聲濕法，使玻璃珠在柱中分布均勻密實(shí)，介質(zhì)填充厚度為3 cm，利用重力法[8]測(cè)得3種介質(zhì)的孔隙度分別為0.369、0.299和0.369。柱子兩端自配10 μm孔徑的濾膜可避免玻璃珠流失。實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示。采用底部進(jìn)樣的方式，消除重力對(duì)水流速度的影響[19]。實(shí)驗(yàn)中以蠕動(dòng)泵（BF-100，雷弗，保定）控制水流速度分別為1、2 ml·min-1，模擬真實(shí)地下水流。

圖1 實(shí)驗(yàn)裝置Fig.1 Schematic illustration of experimental setup

納米銀注入玻璃珠柱前，先超聲分散。石英柱填充后，先用背景溶液穩(wěn)定30個(gè)孔隙體積（pore volume，PV），使柱子達(dá)到物理化學(xué)條件穩(wěn)定，再分別以1、2 ml·min-1兩種流速注入8PV的納米銀，之后用背景溶液沖洗至納米銀流出濃度接近零為止。用紫外分光光度計(jì)在線連續(xù)監(jiān)測(cè)納米銀的濃度，獲得納米銀的穿透曲線（break through curve，BTC）。

1.5 沉降參數(shù)計(jì)算

在有利沉降條件下，膠體的單收集效率（single collector efficiency, η0）指單位時(shí)間內(nèi)流向單個(gè)介質(zhì)顆粒（單收集器）的膠體顆粒中與該收集器發(fā)生碰撞的顆粒的比例，是一個(gè)介于0和1之間的衡量沉降速度的量綱 1量[20]。單收集效率受擴(kuò)散（diffusion）、攔截（interception）和重力（gravity）3種機(jī)理共同控制，三者的作用具有疊加性，由式(1)～式(4)計(jì)算[21]。

式中，As為 Happel模型中與孔隙率相關(guān)的參數(shù)；D 為擴(kuò)散系數(shù)，m2·s-1；U 為 Darcy 流速，m·s-1；ac為多孔介質(zhì)半徑，m；ap為膠體顆粒半徑，m；ρp為多孔介質(zhì)密度，kg·m-3；ρf為流體密度，kg·m-3；g為重力加速度，m·s-2；μ 為流體黏度，m2·s-1。

在無利沉降條件下，并非所有碰撞都發(fā)生吸附，此時(shí)單收集效率取決于有利條件下的單收集效率（η0）與碰撞效率（collision efficiency, α）之積。

2 結(jié)果與分析

2.1 納米銀與多孔介質(zhì)的相互作用

表2顯示，3種玻璃珠介質(zhì)面上均顯負(fù)電性，且負(fù)電性隨粒徑的減小而增強(qiáng)。由于納米銀表面也帶負(fù)電（表面電勢(shì)-9.4 mV±1.1 mV），納米銀與玻璃界面之間存在靜電排斥。另一方面，界面間存在范德華引力。玻璃珠介質(zhì)與納米銀的相互作用，受這兩種DLVO力的共同控制。圖2繪制了3種玻璃珠介質(zhì)與納米銀界面之間的DLVO能譜曲線。結(jié)果顯示，3種玻璃珠介質(zhì)與納米銀之間均存在一個(gè) 7 kT左右的位壘（potential barrier），阻礙納米銀與介質(zhì)面接觸。由于介質(zhì) 1的表面電勢(shì)略低于介質(zhì) 2和介質(zhì) 3，所以介質(zhì) 1的位壘略低，排斥作用相對(duì)較弱。

表2 多孔介質(zhì)表面電勢(shì)結(jié)果Table 2 Zeta potential results of porious media

圖2 納米銀與多孔介質(zhì)界面之間的DLVO能譜圖Fig.2 DLVO energy profile at interface of AgNP and porous media

2.2 納米銀在多孔介質(zhì)中的遷移動(dòng)態(tài)

圖3匯總了6組柱實(shí)驗(yàn)結(jié)果，每組實(shí)驗(yàn)重復(fù)2～3次以保證結(jié)果的可復(fù)制性。實(shí)驗(yàn)采用2種水流速度和3種多孔介質(zhì)粒徑，以研究這兩個(gè)參數(shù)相互作用對(duì)納米銀遷移的影響。穿透曲線結(jié)果[圖3(a)]顯示，在流速較低（1 ml·min-1）時(shí)，納米銀穿透曲線在大玻璃珠介質(zhì)（介質(zhì)1）中達(dá)到一個(gè)約0.48的平臺(tái)高度，而在另外兩種玻璃珠介質(zhì)中僅達(dá)到0.18左右，表明納米銀在大玻璃珠介質(zhì)中的衰減相對(duì)較弱。納米銀從大玻璃珠中的穿透時(shí)間（對(duì)應(yīng)穿透曲線的拐點(diǎn)）比混合玻璃珠（介質(zhì)2）和小玻璃珠（介質(zhì)3）提前約0.7 PV，表明納米銀在大玻璃珠中遷移速度更快。圖3(b)顯示，當(dāng)流速增加到 2 ml·min-1，各介質(zhì)中納米銀穿透曲線平臺(tái)均有所提高，但程度不同：在介質(zhì)1中平臺(tái)高度增至0.56（增幅為17%）；在介質(zhì)2和3中平臺(tái)高度增至0.35（增幅為95%）。表明流速增加納米銀在各介質(zhì)中的遷移能力均有所增加，而在介質(zhì)2和3中遷移能力對(duì)水流速度的變化更為敏感。此外，流速增加，大玻璃珠介質(zhì)中納米銀的突破時(shí)間相比低流速時(shí)無顯著變化，而小玻璃珠和混合玻璃珠介質(zhì)中納米銀的突破時(shí)間顯著提前。

圖3 納米銀在不同玻璃珠柱中的穿透曲線Fig.3 Breakthrough curves of PVP-AgNPs in 3 types of glass beads

基于穿透曲線，計(jì)算了各實(shí)驗(yàn)中納米銀的沉降參數(shù)（表3）。計(jì)算結(jié)果顯示，當(dāng)多孔介質(zhì)粒徑特征一致時(shí)，流速越高，單收集效率（η）越低；而當(dāng)流速一致時(shí)，介質(zhì)粒徑越小，單收集效率越高。

表3 沉降速度計(jì)算結(jié)果Table 3 Deposition rates for column tests

3 討 論

沉降吸附（deposition）是膠體顆粒在飽和多孔介質(zhì)中質(zhì)量衰減的重要機(jī)理。沉降吸附包括兩個(gè)過程：首先，膠體顆粒需遷移到介質(zhì)顆粒（單收集器）附近。根據(jù)過濾理論，這一遷移過程受膠體的彌散、重力和介質(zhì)顆粒橫向攔截3種機(jī)理共同作用[22]。其次，遷移到介質(zhì)顆粒附近的膠體顆粒發(fā)生吸附，這一過程主要取決于膠體顆粒與單收集器表面的相互作用力。經(jīng)典DLVO理論模擬了界面間靜電力與范德華力的相互作用[23-25]。單收集效率是一個(gè)量綱 1的沉降速參數(shù)，可用于定量評(píng)價(jià)沉降吸附過程。

流速固定時(shí)，穿透曲線平臺(tái)高度隨介質(zhì)粒徑減小而減小，表明小粒徑介質(zhì)更利于膠體顆粒的沉降吸附。表3顯示，流速固定時(shí)，單收集效率隨多孔介質(zhì)粒徑減小而增大。根據(jù)過濾理論，多孔介質(zhì)粒徑減小，可以導(dǎo)致擴(kuò)散和橫向攔截效應(yīng)增強(qiáng)，從而提高膠體顆粒遷移到介質(zhì)面的效率。此后，介質(zhì)面附近的膠體顆粒發(fā)生吸附，需要玻璃珠與納米銀之間存在吸引力。圖2顯示納米銀與玻璃珠之間存在DLVO位壘，會(huì)阻礙納米銀的吸附。盡管納米銀表面與玻璃珠界面上存在著位壘，納米銀依然能發(fā)生沉降吸附，可能是由于納米銀表面存在不帶電的有機(jī)聚合物（PVP），通過其他非 DLVO力使納米銀發(fā)生吸附。其他研究表明PVP可以使納米銀吸附在石英砂面[17]。粒徑減小，導(dǎo)致DLVO位壘增加（圖2），使納米銀在玻璃珠上的吸附更加困難，但另一方面，介質(zhì)粒徑減小促進(jìn)納米銀往介質(zhì)上遷移。粒徑變化產(chǎn)生的這兩種對(duì)立效應(yīng)，共同影響納米銀在玻璃珠上的吸附。單收集效率隨粒徑減小而增大，表明銀表面DLVO勢(shì)能的影響相對(duì)次要。

玻璃介質(zhì)粒徑一定時(shí)，流速增加納米顆粒穿透曲線平臺(tái)上升，表明納米顆粒的衰減減弱，這與表3的計(jì)算結(jié)果（單收集效率隨流速增加而減小）一致。Elimelech[26]發(fā)現(xiàn)，對(duì)于布朗顆粒（粒徑小于1 μm的膠體顆粒），彌散是主要的遷移控制機(jī)制。流速增加，減弱膠體的彌散，從而降低其單收集效率。

雖然穿透曲線平臺(tái)高度一般隨流速增加而增加，但玻璃介質(zhì)粒徑不同，平臺(tái)高度對(duì)流速變化的敏感性存在顯著差異：流速?gòu)? ml·min-1增加到2 ml·min-1，納米銀穿透曲線高度增長(zhǎng)對(duì)于大粒徑介質(zhì)為17%，而對(duì)于小粒徑介質(zhì)達(dá)到95%。此外，小粒徑介質(zhì)（介質(zhì)2和3）中，流速增加，會(huì)引起納米銀穿透時(shí)間縮短（遷移速度增加），而大粒徑介質(zhì)中納米銀遷移速度無明顯變化。這些現(xiàn)象，過濾理論無法解釋。因此除了沉降吸附，可能還存在其他膠體衰減機(jī)理。

根據(jù)Bradford等[27]的研究，當(dāng)膠體顆粒與多孔介質(zhì)顆粒粒徑比在約 0.003時(shí)可能發(fā)生阻塞效應(yīng)（straining effect）而引起膠體顆粒衰減。本實(shí)驗(yàn)中，納米銀與介質(zhì)2和3的粒徑比（0.001）接近這一范圍，可能引起阻塞效應(yīng)。流速增大，阻塞速率減小[27]，從而進(jìn)一步增加納米銀穿透曲線的平臺(tái)。而對(duì)于大粒徑玻璃珠介質(zhì)（介質(zhì)1），納米銀與玻璃珠粒徑比約為0.02，遠(yuǎn)大于發(fā)生阻塞效應(yīng)的門檻值（約0.003），因此可以假設(shè)阻塞效應(yīng)不顯著。流速增加不會(huì)顯著增加阻塞引起的納米銀衰減?；谧枞?yīng)，可以較好地解釋不同粒徑的多孔介質(zhì)中，穿透曲線平臺(tái)高度對(duì)水流速度的敏感性不同，可能是由于納米銀在不同粒徑玻璃珠介質(zhì)中的阻塞效應(yīng)強(qiáng)弱的差別引起。

水流速增加，小粒徑介質(zhì)中納米銀穿透時(shí)間提前，而對(duì)于大粒徑介質(zhì)（阻塞效應(yīng)不明顯），納米銀遷移速度并無顯著增加。當(dāng)阻塞效應(yīng)存在時(shí)，流速增加促使膠體顆粒選擇更暢通的孔道遷移（尺寸排除效應(yīng)size exclusion effect），阻塞效應(yīng)減弱，膠體遷移速度提高（尺寸排除效應(yīng)增強(qiáng)）[27]。由于小玻璃珠介質(zhì)中納米阻塞效應(yīng)相對(duì)要顯著，因此流速增加會(huì)更顯著地增強(qiáng)納米銀顆粒的遷移速度；而對(duì)于大玻璃珠介質(zhì)，阻塞效應(yīng)不顯著，故納米顆粒遷移對(duì)流速變化不敏感。這一解釋與圖3中納米銀穿透曲線顯示的特征具有一致性。因此，本實(shí)驗(yàn)體系中，除了沉降吸附，阻塞效應(yīng)是影響納米銀遷移的另一重要機(jī)理。圖4展示了流速對(duì)納米銀在不同尺度的玻璃珠介質(zhì)中遷移的影響?；旌辖橘|(zhì)中含有40%的小粒徑介質(zhì)和30%的大粒徑介質(zhì)，但穿透曲線的平臺(tái)高度和穿透時(shí)間均與小顆粒介質(zhì)更接近，表明納米銀在混合玻璃珠中的吸附沉降和阻塞主要受小粒徑介質(zhì)部分的影響。這意味著，對(duì)于粒徑非均一的多孔介質(zhì)，用一個(gè)單一的粒徑值（如粒徑中值d50）來代表介質(zhì)粒徑，會(huì)造成阻塞效應(yīng)以及膠體衰減量的低估，因?yàn)樽枞?yīng)主要受混合介質(zhì)中小粒徑部分介質(zhì)控制[28]。

4 結(jié) 論

圖4 膠體受流速和顆粒粒徑影響下在多孔介質(zhì)中的運(yùn)移Fig.4 Schematic illustration of colloidal processes in porous media under interplay of flow rate with granular size

本研究從微觀機(jī)理層面探索了水流速度和多孔介質(zhì)粒徑這兩個(gè)因素對(duì)納米銀在飽和多孔介質(zhì)中的遷移沉積的影響。研究結(jié)果表明在粒徑較大的介質(zhì)中，納米銀的遷移主要受吸附沉降控制，其遷移過程可以用經(jīng)典過濾理論模擬。而在小粒徑介質(zhì)中，納米銀的遷移過程同時(shí)受吸附沉降和阻塞兩種機(jī)理的控制。水流速度變化能同時(shí)改變沉降和阻塞效率，以及尺寸排斥效應(yīng)，從而影響納米銀的遷移速度。地下水環(huán)境中多孔介質(zhì)粒徑分布范圍較廣，本研究發(fā)現(xiàn)阻塞效應(yīng)主要受小粒徑部分介質(zhì)控制。這些發(fā)現(xiàn)，對(duì)于今后在更復(fù)雜的場(chǎng)地條件下研究納米銀以及其他工程納米材料的遷移過程，有理論借鑒意義，對(duì)于保障飲水安全、指導(dǎo)地下水環(huán)境的修復(fù)有著理論價(jià)值。

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date:2017-03-22.

Prof. DENG Shihuai, shdeng8888@163.com

supported by the National Natural Science Foundation of China (41471409, 41672248).

Effects of granular size and flow rate on transport of silver nanoparticles in saturated porous media

YUAN Xuemei1,2, DENG Shihuai1, YANG Yuesuo2, YANG Xinyao2
(1College of Environment,Sichuan Agricultural University,Chengdu611130,Sichuan,China;2Ministry of Education Key Laboratory of Eco-restoration of Regional Contaminated Environment,Shenyang University,Shenyang110044,Liaoning,China)

Being one of the most widely used engineered nanomaterials well known for its ecological toxicity,silver nanoparticles have big potential to arise severe environmental problems on entry groundwater environment.Unfortunately, thus far how environmental factors may control the mobility of silver nanparticles remain unclear.In this study, column experiments were employed to investigate the interplay of flow rate (1 and 2 ml·min-1) and granular size characteristics (glass beads of 0.605, 0.115 mm, and the mixture of the two) on the transport of nano silver in saturated porous media. The results suggested that transport of silver nanoparticles in the matrix of large grains (0.605 mm) was controlled mainly by deposition while that in the other two matrix (0.115 mm and the mixture) was controlled by both the deposition and straining processes. For the matrix of the mixed grains,straining was mainly controlled by the fraction of the grains with lower size. Increasing flow rate reduced deposition of the nanoparticles in the matrix with large grains, while for the other two matrices (with small grains or mixed grains), increasing flow rate reduced not only the deposition rate but also the straining rate, resulting in a more significant reduction in particle attenuation by the porous medium. Moreover, the intensified size exclusion effect accompanied by the rising flow rate can also increase the transport velocity of the silver nanoparticles in the matrix of small and mixed grains. These findings were critical to understanding the movement and distribution of nanomaterials in dynamic and complex groundwater environment.

silver nanoparticle; transport; saturated porous media; flow rate; granular size

X 523

A

0438—1157（2017）11—4154—07

10.11949/j.issn.0438-1157.20170282

2017-03-22收到初稿，2017-07-05收到修改稿。

聯(lián)系人：鄧仕槐。

袁雪梅（1991—）女，碩士研究生。

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（41471409，41672248）；沈陽(yáng)市科學(xué)事業(yè)費(fèi)競(jìng)爭(zhēng)性選擇項(xiàng)目，遼寧省創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目（LT2015017）。