纳米塑料颗粒在饱和多孔介质中的迁移规律

摘要

针对纳米塑料颗粒在饱和多孔介质中的迁移及其影响因素,以纳米聚苯乙烯(PSNPs)作为典型纳米塑料颗粒,通过实验和理论相结合的方法研究纳米塑料颗粒的迁移规律。以经典DLVO理论计算出PSNPs与石英砂颗粒之间的相互作用能,分析预测PSNPs与石英砂之间的吸附、聚沉。在柱实验中,以石英砂作为多孔介质填充到砂柱中,让PSNPs在一维饱和砂柱中迁移,研究不同条件下PSNPs的迁移行为和影响因素。结果表明,当离子强度由1 mmol/L增至50 mmol/L(电解质为NaCl),PSNPs与石英砂颗粒之间的相互作用能的势垒则从215.13 KT逐渐降低至45.9 KT使得PSNPs更易于吸附在石英砂介质表面,从而降低PSNPs在多孔介质中的迁移能力,PSNPs的穿透率由62.16%降至3.65%。当离子强度由0.1 mmol/L增至5 mmol/L(电解质为CaCl_(2))时,势垒则由33.72 KT降至14.03 KT,PSNPs的穿透率从82.46%降至4.27%。这些实验现象说明增加离子强度对PSNPs的穿透起到抑制作用,且Ca^(2+)比Na^(+)具有更强的电荷屏蔽作用。同时提高PSNPs的初始浓度、流速和介质粒径均可增大PSNPs的穿透率,而大粒径PNSPs颗粒的穿透率则较小。研究中构建了PSNPs实际运移与理论之间的关系,进一步推进PSNPs的环境行为和机理研究,为系统全面评价纳米塑料颗粒在土壤-地下水中的环境风险和生态安全提供科学依据。