碳纳米管在膨润土防水毯中迁移规律的研究

摘要

纳米技术目前在各领域都有广泛的应用，而纳米粒子对环境和生物系统产生的毒性危害也日益引起人们的重视。现有的固体废弃物填埋场防污屏障系统设计时并没有考虑对纳米颗粒的拦截，这极有可能导致今后纳米颗粒透过防污屏障系统进入到环境中去，从而对环境产生潜在的危害。
　　本文通过对碳纳米管在防污屏障系统中的运移规律进行研究，建立能够反映和描述纳米颗粒在防污屏障系统中的运移规律的数学模型，计算它的解析解，并结合有限元软件开展数值模拟。同时通过渗透试验等手段，对防污屏障采用的膨润土防水毯材料进行试验，评价其对碳纳米管的拦截能力，并为数学模型和数值计算提供计算参数。研究结果为有效改善现有防污屏障系统的设计方法，提高其对碳纳米颗粒的拦截能力，提供了一定的设计依据，对避免日后纳米粒子可能造成对环境和生物系统的潜在危害，具有非常重要的意义。
　　主要研究结果如下：
　　（1）本文通过常水头渗透试验对碳纳米管在单层膨润土防水毯中运移的研究表明：其渗透系数在随着时间的增加逐渐减小，并在同一个时刻下，渗透系数随着压力的增大而减小，而且其渗透系数与压力的对数成明显的线性关系。
　　（2）采用烘干称重法对碳纳米管渗滤液的浓度作了定量测定，研究发现膨润土防水毯对碳纳米管的平均拦截率达到了95％；
　　（3）通过提出分段线性函数边界条件和引入压力影响系数，建立了可以较好地描述碳纳米管在膨润土防水毯中运移规律的数学模型，并得到其解析解；
　　（4）采用有限元分析软件SEEP/W和CTRAN/W，模拟分析了碳纳米管在膨润土防水毯中的运移过程，其结果与试验和理论得到的结果相一致。

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第一章 绪论

1.1 论文选题的背景和意义

1.2 现阶段国内外关于该课题的研究进展

1.3 本文研究的主要内容和创新点

第二章 碳纳米管在GCL中迁移的试验研究

2.1 试验研究概况

2.2 试验方案

2.3 试验过程

2.4 试验结果及分析讨论

2.5 本章小结

第三章 碳纳米管在GCL中迁移的理论研究

3.1 碳纳米管在GCL中迁移的数学模型

3.2 理论分析

3.3 与试验结果对比

3.4 本章小结

第四章 基于SEEP/W和CTRAN/W有限元软件模拟碳纳米管在GCL中的迁移规律

4.1 SEEP/W和CTRAN/W软件简介[87]

4.2 碳纳米管在GCL中迁移的有限元模拟

4.3 与试验结果对比

4.4 与理论模型对比

4.5 基于GeoStudio系统软件分析垃圾填埋场防渗系统的应用

4.6 本章小结

第五章 结论与展望

5.1 本文主要结论

5.2 后续研究工作

参考文献

作者在攻读硕士学位期间所取得的科研成果

致谢