土壤Cr(Ⅵ)在非线性Langmuir吸附条件下的径流流失试验与模拟

针对重金属铬(Cr)污染严重的现象,基于简单的二层非完全混合模型,将降雨时农田土壤与积水整个系统分为混合区及混合区以下两个部分,根据水量平衡原理和溶质质量守恒定律,研究土壤在非线性Langmuir吸附条件下,吸附性溶质Cr(VI)的径流流失规律。试验模拟的田间地表径流是由降雨引起的,根据降雨期间土壤与雨水相互作用情况,将降雨过程分为4个阶段分别求解进行研究。利用室内模拟降雨-径流试验所得数据进行模拟计算,并通过敏感性分析和模型参数对径流流失量的影响分析,阐明模型参数对土壤中吸附性溶质径流流失规律的影响。研究结果表明:此二层非完全混合模型能预测土壤在非线性Langmuir吸附条件下,吸附性溶质Cr(VI)的径流流失规律。该模型对入渗水溶质与土壤混合层溶质之间的非完全混合系数γ非常敏感,对土壤混合层溶质与地表积水-径流水溶质之间的非完全混合系数α不敏感,对Langmuir吸附方程中的参数B、C也不敏感。其中γ和α对模拟径流流失过程的影响主要作用于降雨前期,而Langmuir吸附方程中的参数B对模拟过程的影响作用于降雨前期,C也主要作用于降雨前期,但对后期的影响比其他参数更大。试验数据显示地表径流中溶质含量很低,说明该次试验中混合层溶质进入地表积水-径流层量很少,而模拟α值很小,与实际情况吻合,同时也说明,土壤中流失的污染物重金属Cr(VI)大多存在于地下排水中。

耦合高压降吸附作用的压驱非线性渗流模型——以大庆油田中低渗透储层为例

考虑压驱剂在基质内的吸附耗损,提出压驱剂动态饱和吸附量随压差和渗透率变化的表征方法,耦合压驱剂黏度-浓度变化关系,建立考虑高压降吸附作用的压驱非线性渗流模型,并开展了影响因素分析。研究表明:压驱技术补能效果主要受基质渗透率、裂缝长度、压驱剂初始浓度影响,补能效果与基质渗透率、裂缝长度呈正相关,与压驱剂初始浓度呈负相关;高压驱剂初始浓度和注入量有利于提高基质内压驱剂浓度从而增强洗油效率,但较长裂缝不利于保持基质内较高的压驱剂浓度;裂缝长度和泵注排量是影响压驱后基质内流体渗流速度的直接因素,可控制驱替相前缘位置,从而影响压驱波及面积。合理选择上述参数,可有效补充地层能量,扩大压驱剂波及体积,提高压驱采收率,并节约开发成本。

泥煤吸附镍Langmuir等温式：线性与非线性方法对比

应用同位素示踪技术，简要地研究了^63Ni在泥煤中的等温吸附行为。结果表明，Langmuir等温式能准确表述室温下泥煤吸附镍的热力学行为。但是，不同的Langmuir等温式线性拟合式求得的Langmuir常数值有所差异，而非线性拟合得到的结果却完全一致。非线性试差拟合比线性最小二乘法拟合更能获得满意的Langmuir常数值且更能恰当地描述泥煤对镍的吸附规律。

非平衡—非线性吸附情况下填埋场污染物运移分析

采用 Langmuir 等温吸附线方程描述非线性吸附性能, 基于改进的混合元方法,通过数值计算与分析,探讨了非平衡吸附条件下污染物运移过程及其机理。计算结果表明: 当考虑非平衡、非线性吸附性能时, 污染物穿透曲线即浓度的时程变化曲线尖锐而狭窄、峰值点前移, “拖长尾”现象不明显, 由此说明,土颗粒对污染物的非平衡、非线性吸附使得污染物的穿透能力增强, 滞留能力下降。进一步的变动参数比较分析表明:Langmuir 等温线方程中的参数 B、压实粘土衬里的渗透性及地下水渗流速度对污染物运移过程具有显著的影响。

CCL非线性吸附特性及孔隙率变化对污染物运移影响分析

假设压实黏土衬里(compacted clay liner,CCL)中的孔隙在空间均匀分布,土颗粒表面可均匀吸附重金属离子或有机污染物,且可用Langmuir方程表示其非线性吸附特性,依据体积与质量关系,提出了土体因吸附污染物而引起的孔隙率降低的估算公式.在饱和稳态和考虑土体孔隙率变化的条件下,建立了污染物一维运移的控制方程,在控制方程中,分别考虑垃圾降解效应、CCL、下卧有限厚度含水层等情况.应用所建立的控制方程对某一假想填埋场进行了数值计算与分析.变动参数计算与对比分析表明,因土颗粒对污染物的非线性平衡吸附所引起的孔隙率降低对污染物的运移具有显著的影响,污染物穿过CCL的能力显著下降.与不考虑孔隙率变化的情况相比,穿透曲线的峰值浓度降低近10%.考虑吸附引起的孔隙率变化情况下,线性吸附与非线性吸附对污染物运移影响规律相似.吸附强度参数K1和弥散系数对污染物运移影响较为显著.

考虑非线性吸附时溶质在有限厚度粘土中的一维扩散解

在采用非线性分段式吸附等温模式的基础上,建立了溶质在粘土中的一维扩散模型,在考虑有限厚度边界及土中溶质背景浓度的条件下得到了相应的解.模型引入了移动边界以说明当溶质在粘土孔隙水中的浓度达到某一较高值后,阻滞因子将发生显著变化.算例分析表明,该模型和考虑经典非线性吸附等温线得到的结果相差不大,这进一步说明了该模型的合理性.考虑非线性吸附效应对溶质迁移有重要影响.在较高溶质浓度下采用线性吸附等温模式会得到偏不安全的结果.该解相对较简单,并可用于验证各种数值模型、拟合试验数据等.

考虑非线性吸附时污染物在半无限黏土中的一维扩散解

在考虑分段吸附等温模式的基础上,建立了污染物在黏土中的一维扩散模型。并得到了简化求解条件下的解析解。模型引入了移动边界以说明当污染物在黏土孔隙水中的浓度达到某一较高值后,阻滞因子将发生显著变化。通过该解分析了黏土颗粒对污染物的这种非线性吸附特征对其在黏土中扩散的影响。算例分析表明本文解得到的计算结果介于不考虑吸附情形和考虑线性吸附情形得到的结果之间。对于文中算例,考虑线性等温线得到的污染物击穿时间为按本文解得到的击穿时间的2.2倍。因此,在浓度较大时,采用线性吸附等温模线会得到偏不安全的结果。该解相对较简单,并可用于验证各种数值模型,拟合试验数据等。

表层沉积物和生物膜对双酚A的非线性吸附

以松花江表层沉积物和生物膜为例，建立液相色谱法快速检测水中双酚A（BPA），并研究了BPA在表层沉积物（SSs）和生物膜（NSCSs）上的吸附规律．结果表明，采用液相色谱法，配以紫外检测器，对BPA的检测限（MDLs）为10扯g／L，相对标准偏差（RSD）为2．6％～5．7％，加标回收率为99．4％～117．8％（n=5）．吸附实验结果表明，BPA在松花江表层沉积物和生物膜上的吸附过程主要为非线性吸附，Freundlich和Langmuir等温线均可描述BPA在表层沉积物和生物膜样品上的热力学吸附过程（P=0．001，n=8）．与表层沉积物相比，生物膜有机质含量较高，具有较强的吸附能力．

CCL非线性平衡吸附条件下填埋场渗滤液运移过程数值分析

采用Langmuir等温吸附方程表示黏土对渗滤液中某种污染物的非线性吸附,依据污染物在多孔介质中运移机理,建立了渗滤液在饱和多孔介质运移的一维数学模型。在考虑填埋场采用压实黏土衬里防渗层、垃圾生物降解生成污染物的特性、在填埋场下含有一定厚度含水层等实际情况下,采用有限差分法求解控制方程。通过参数对比计算与分析表明,与线性吸附相比,非线性吸附使得污染物的穿透能力增强,污染物浓度随时间变化曲线尖锐而狭窄、峰值浓度出现时间提前、曲线有尾部拖长现象。组合参数Sl对污染物运移影响较大,当Sl取值较大时,可降低污染物浓度,"挫峰"能力增强,污染物浓度随时间变化曲线表现出线性吸附性质。参数K1对污染物运移影响较参数Sl小。压实黏土衬里的渗透系数较低时,弥散控制污染物运移,且弥散系数较大和较小时,穿透曲线分别表现出线性吸附性质和非线性性质。

土壤有机质对疏水性有机污染物的非线性吸附及其影响因素

土壤有机质(SOM)是土壤的重要组成部分,它对疏水性有机污染物(HOCs)的吸附作用对污染物在环境中的迁移转化有着至关重要的影响。近年来的一些研究表明,HOCs在SOM上的吸附行为并不严格地符合传统的线性分配模型。本文综述了近年来一些学者提出的SOM对HOCs的非线性吸附作用的机制及其影响因素,认为SOM的组成和结构均对HOCs的吸附有着重要的影响。SOM吸附在土壤矿物表面后,其结构或各组分的比例发生了改变,从而对其本身的吸附作用产生影响。溶液的化学环境(主要是阳离子)会对SOM的结构和吸附作用产生影响,特别是当溶液中存在一些过渡金属(如,铜或银)的离子时,共吸附的金属离子可能会与多环芳烃类分子形成阳离子-π键的作用,从而促进多环芳烃类物质在SOM上的吸附。

非线性吸附条件下填埋场污染物运移过程二维数值分析

假设填埋场下部为三层结构体系,且渗流场稳态,建立了污染物二维运移控制方程。在控制方程中分别考虑垃圾降解效应、压实黏土衬里的非线性吸附特性、滞水层与含水层的线性吸附特性及各向异性。采用数值分析方法对某一假想填埋场进行具体计算。通过变动参数计算与分析,计算结果表明:压实黏土衬里和滞水层的垂直弥散系数为污染物二维运移的敏感因素。仅考虑压实黏土衬里的非线性吸附特性下,复合参数Sl,m为污染物运移的敏感因素,当Sl,m取值较大时,污染物的水平向运移能力增强,而对吸附强度Kl,l不敏感。滞水层线性吸附对污染物运移影响显著而含水层吸附性影响较弱。

考虑吸附作用影响的煤岩非线性渗流方程

已有的诸多研究表明,瓦斯在煤体内的流动属非线性流动。依靠自行设计的煤岩渗透特性测试装置,采用实验研究的方法,建立了考虑吸附作用影响的煤岩非线性渗流方程,并通过对煤岩非线性渗流的力学特征分析,阐述了吸附作用对煤岩非线性渗流特性的影响机制。考虑吸附作用影响的煤岩非线性渗流方程,可应用于煤层瓦斯流动理论及开发计算研究。

基于密度差驱动流的非线性瓦斯吸附研究:实验与数值解算

煤瓦斯吸附规律及其数学表征是进行煤层瓦斯含量评估、煤层气产出预测、突出危险性判别的理论基础。在理论描述煤瓦斯吸附时,经典菲克扩散模型仅考虑了吸附瓦斯量的变化,忽略了煤基质孔隙空间内的游离瓦斯,并且煤的孔隙尺度分布广泛,不同尺度孔隙中气体流动机制应有差异,因此仅采用菲克扩散解释瓦斯吸附行为可能不够有效。为对煤瓦斯非线性吸附过程进行精确表征,首先进行了不同尺度煤块在不同初始压力下的瓦斯变压吸附实验,得到瓦斯吸附量随时间的变化曲线;根据菲克模型的推导过程,将吸附瓦斯与游离瓦斯一并计为瓦斯密度,提出基于密度差驱动流的瓦斯非线性吸附数学模型(密度模型);其次,利用有限差分法编制了求解代码分别对菲克模型与密度模型进行了数值解算;最后将两种模型的解算结果与实验结果进行对比,发现:菲克模型计算的瓦斯吸附曲线一定程度上偏离实验曲线,而密度模型的计算曲线与实验曲线吻合良好。结果表明密度模型能更加精确的描述瓦斯非线性吸附。

含杂等离子体中的非线性Langmuir波

非线性Langmuir波在激光聚变、空间等离子体相干结构以及等离子体湍流过程中占有十分重要的地位,它的研究一直受到人们的普遍关注,1972年Zakharov等人研究了非磁化等离子体中Langmuir波与离子声波的非线性耦合,导出了著名的Zakharov方程,1982年Rao等人在更一般条件下得到了Langmuir波缓变振幅与低频静电密度扰动的非线性耦合方程级,并采用小参量展开法,求出包络孤立子解。

一种手性多孔材料的CD光谱和非线性光学性质与吸附

通过元素分析、红外、圆二色光谱等手段表征了配合物[Zn(H2O)(glu)]n.nH2O(1);研究了其倍频效应、热稳定性及气体吸附等性质。圆二色光谱表征表明了其手性特征,固体粉末倍频测试显示1具有中等强度的倍频效应(与KDP相当);热稳定性和气体吸附实验表明1是一种可重复使用的气体吸附材料。该配合物的手性特征引起的倍频效应(非线性光学材料),以及由多孔性特征所引起的气体吸附性能,将为功能分子材料的深入研究提供有益参考。

镍铝催化剂吸附动力学参数的非线性动态分析

在推导出适应于甲烷化反应体系非线性动态分析不同吸附物种动力学参数模型的基础上，采用计算机优化出工业镍铝甲烷比催化剂上可逆吸附氢和可逆吸附一氧比碳的吸附速率常数和吸附平衡常数。结果表明，镍铝催化剂上吸附可逆氢要比吸附一氧化碳快２．２倍左右。该结果为镍铝催化剂上甲烷化产物的生成主要依赖于一氧化碳的吸附这一判断提供了理论依据。由于镍铝催化剂上甲烷化是可逆吸附氢与不可逆吸附一氧化碳共同作用的结果，且不可逆吸附一氧化碳不随压力而变化，因而镍铝催化剂上的甲烷化反应可在常压下进行。

菲和萘的非线性吸附过程研究

分配模型认为疏水性有机物在土壤上的吸附过程是一种分配的过程[1,2],平衡分配系数与土壤有机碳的含量存在线性相关关系.Weber和Huang[3,4]提出土壤吸附有机污染物的三端员模式.认为无机矿物表面和无定形有机质对有机污染物的吸附以相分配为主,而凝聚态有机质对有机污染物吸附则表现为非线性的.Pignatello和Xing[5,6]指出双模式吸附模型可将土壤有机质分为溶解相和孔隙填充相两个部分;认为有机污染物在溶解相上的吸附是一个分配过程,而在孔隙填充相中的吸附则服从兰格缪尔吸附等温模型,表现为非线性.可以肯定土壤有机质是引起疏水性有机物非线性吸附过程的主要组分.因此,本研究利用现代分析方法表征土壤有机质的化学组成和结构;定量研究多环芳技烃化合物菲和萘在吸附剂上的等温吸附过程;探讨疏水性有机污染物的非线性等温吸附与吸附剂中有机质化学组成和结构之间的关系.……

煤储层中吸附气含量随埋深非线性变化的研究进展

吸附气含量是决定煤储层含气量和煤层气开发潜力的关键因素。实验表明,吸附气含量随压力增大呈现非线性增加,随温度升高呈现非线性减少,随埋深(地应力、储层压力、温度)的变化规律尚有待进一步揭示。探讨了煤中吸附气含量测试和计算的新方法,分析了压力和温度与吸附气含量的关系,总结了吸附气含量随埋深的变化规律,厘清了临界埋深的界定方法。研究结果表明,不同煤级煤对甲烷的吸附量随气压的增加呈Langmuir方程形式增大,随温度升高不同煤类、不同温度区间减少幅度不同;低煤级煤吸附气含量对温度的敏感程度较弱,而中、高煤级煤对温度的敏感程度较强;煤储层中吸附气含量随埋深(压力和温度)呈现非线性变化特征,分为“四阶段”和“三拐点”,分别为线性增加段、非线性增加段、几乎不增段和减少段;导函数计算吸附气含量随埋深变化预测模型的极值点对应的埋深即为吸附气含量的临界埋深。

土壤多孔介质中的一维非线性吸附平流-弥散方程的差分解法

研究了一维非线性吸附平流-弥散方程的解问题,用差分方法对Frenndlich吸附模式下的一维平流-弥散方程进行了数值求解。不同吸附指数情况下、不同时间、不同屏障位置上的浓度结果表明:用差分方法求解一维非线性吸附平流-弥散方程,得到的数值结果是合理的,差分格式是收敛的。

多孔介质中三氯乙烯的非线性吸附-对流-弥散模型

研究三氯乙烯(TCE)在含水层中的迁移转化规律,对评价其在环境中的影响、预测其在环境中的行为规律及确定相应的修复技术有着重要的意义。TCE在细砂中的等温吸附规律研究采用批试验和模拟柱试验方法。批试验结果采用四种不同的非线性等温吸附模型进行拟合。结果显示,Linear-Langmuir-Freundlich(LLF)模型的拟合效果最佳,且该模型能较好地描述表面吸附和分配作用。利用经典对流扩散模型,将以KCl为示踪剂的柱试验结果采用非线性最小二乘法反演模拟柱中的纵向弥散度;利用非线性吸附对流扩散模型,将TCE的模拟柱试验结果采用遗传算法反演吸附参数;结果显示Langmuir等温吸附模型描述柱试验中的吸附模式最好。即批试验与柱实验中的吸附模式是不同的。该结论表明必须重新审视非平衡吸附理论在运移模型中的适用性,以及该理论适用的前提条件。在试验结果和模型反演获得的参数基础上确定的TCE在多孔介质中运移的一维非线性吸附-对流-扩散模型,能够很好地揭示TCE在多孔介质中的运移规律,且模型中的阻滞系数是质量浓度的非线性函数。