انتقال نانوذرات TiO2 در ستونهای خاک دست نخورده: تأثیر نرخ جریان

Abstract

برای بررسی انتقال نانوذرات در محیط متخلخل، با توجه به محدودیت ابزارهای آزمایشگاهی و دشوار بودن تفسیر نتایج به­دست آمده در محیط­های متخلخل پیچیده مانند خاک، اغلب از محیط­های متخلخل، همانند دانه­های شیشه­ای، شن، دانه­های خالص کوارتز و شن­های بستر رودخانه استفاده می شود. در این تحقیق، اثر دبی­های مختلف جریان بر انتقال نانوذرات دی اکسید تیتانیم در ستون­های خاک دست­نخورده بررسی شد. دبی در واحد سطح برابر با هدایت هیدرولیکی اشباع (جریان اشباع)، 9/0، 7/0 و 5/0 برابر هدایت هیدرولیکی اشباع خاک (جریان غیراشباع) توسط پمپ پریستالتیک (BT100-1F) به ستون­های خاک اضافه شد. با اندازه­گیری منحنی­های رخنه مربوط به هر ستون، پارامترهای تبیین کننده انتقال نانوذرات بر مبنای مدل جذب تک مکانی، مدل جذب سینتیک تک مکانی و مدل جذب سینتیک دو مکانی تعیین شدند. نتایج حاکی از آن است که با افزایش نرخ جریان، غلظت نسبی نانوذرات TiO₂ (غلظت نانوذرات در خروجی ستون­های خاک نسبت به ورودی آن) از 3 درصد به 28 درصد افزایش می­یابد. در بین مدل­های مورد بررسی، مدل جذب سینتیک دو مکانی علاوه بر لحاظ نمودن مکانیسم حبس فیزیکی که براساس اندازه ذرات و منافذ محیط متخلخل صورت می­گیرد، با وارد کردن تابع اشباع شدن سطح ذرات محیط متخلخل با نانوذرات و تابع حبس فیزیکی که تغییرات این مکانیسم با فاصله را لحاظ می­کند، بهترین برازش (90 %<R²) را در بین سه مدل به کار گرفته شده برای تخمین میزان انتقال نانوذرات از ستون خاک نشان می­دهد.