阿米尔卡比尔技术大学–功能化氧化石墨烯纳米粒子在饱和不饱和多孔介质中的传输和保留流速离子强度和初始粒子浓度的影响

纳米材料的广泛使用增加了纳米颗粒 (NPs) 感染土壤和地下水资源的威胁。本研究旨在研究流速、离子强度 (IS) 和初始颗粒浓度三个参数对聚乙烯吡咯烷酮功能化氧化石墨烯 (GO-PVP) 传输行为和保留机制的影响。在实验室规模的研究中研究了 GO-PVP 通过饱和/不饱和（饱和度 = 0.91）沙柱的传输。实验在流速为 1.20 至 2.04 cm min^–1、初始颗粒浓度为 10 至 50 mg L^–1 和 IS 为 5-20 mM 的条件下进行。使用 HYDRUS-1D 中的单点动力学附着模型可以最好地描述 GO-PVP 的保留，该模型考虑了时间和深度相关性的保留。根据突破曲线 (BTCs)，通过降低流速和初始颗粒浓度并增加通过沙柱的 IS，获得了与 GO-PVP 质量恢复速率相关的较低传输率。增加 IS 可以提高饱和/不饱和介质中的 GO-PVP 保留率（基于 k_att 和 S_max）；在饱和/不饱和条件下，k_att 从 2.81 × 10^–3 增加到 3.54 × 10^–3 s ^–1，S_max 从 0.37 增加到 0.42 mg g^–1。研究结果表明，在不饱和条件下通过沙柱增加 GO-PVP 的保留率可以降低生态系统暴露纳米颗粒的危害。

图1. 本研究中用于GO-PVP在不饱和条件下运输和保留的实验室规模设置：（a）示意图，（b）现场照片。

图2. 流速对运输和保留实验中观察到的 GO-PVP 的 BTCs（a、c）和 RPs（b、d）的影响（固定参数为 C₀ = 25 mg L^–1 和 IS = 10 mM）。

图3. IS 对 GO-PVP 在运输和保留实验中观察到的 BTCs（a、c）和 RPs（b、d）的影响（固定参数为 C₀ = 25 mg L^–1 和 q = 1.50 cm min^–1 ）。

图4. 初始粒子浓度对 GO-PVP 在运输和保留实验中观察到的 BTCs（a、c）和 RPs（b、d）的影响（固定参数为 q = 1.20 cm min^–1 和 IS = 5 mM）。

相关研究成果由阿米尔卡比尔技术大学 (德黑兰理工学院)土木与环境工程系及隆德大学建筑与环境技术系Mahsa Shahi等人于2024年发表在Chemosphere (https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2024.141714 )上。原文：Transport and retention of functionalized graphene oxide nanoparticles in saturated/unsaturated porous media: Effects of flow velocity, ionic strength and initial particle concentration