污染粉土中柴油在孔隙中的分布规律研究

大家好，今天小编精挑细选了一篇在2020年2月刚刚出版在《天津大学学报》上的一篇文章，利用核磁共振技术研究柴油污染粉土中水油在孔隙中的分布规律，研究过程并不复杂，但结果很有意思，希望对大家有所帮助！

核心观点:将柴油作为污染物，将水和柴油按照一定的比例加入到粉土试块中，为了在T₂谱中将水和油完全区分开，将水中加入低浓度的Mn²⁺降低水的弛豫时间。研究水和柴油的加入顺序不同，柴油与水在孔隙中的分布变化。　

结论：

在单相体系中，柴油体系中的孔隙油比水相体系中的孔隙水更易优先占据大孔隙空间。
　　对于水-柴油两相体系，含油量增加，孔隙中非连续形态的孔隙油向连续形态转化，孔隙油向更大孔隙中富集。
　　当柴油首先进入孔隙时，非浸润相的柴油优先占据大孔隙和孔吼，迫使后进入的水相更多地分布在大孔隙中。
　　1　　试验设计和过程 　　采用0号柴油为污染物，将土和水按照1：1的比例混合做成粉土基质，将水、柴油按照不同的比例加入到粉土中，其中每加入一种基质后都需用保鲜膜包裹试样在养护室内养护48h后方可进行后续操作。　　将试样放入净尺寸为 50mm×55mm(高 ×直径)的聚四氟乙烯(分子式(C2F4)n，不含铁磁物质1H)圆筒模具中。采用苏州纽迈分析仪器股份有限公司生产的核磁共振成像分析仪MesoMR23-60H-I 进行采样分析。

▲图1. 试样的参数控制

2　　结果分析 　　01

　　单体系中，柴油比水更易占据较大孔隙 　　如图2所示，1和2分别是仅有水或者柴油的试样。明显看出，第 1 组试样的 T2 分布区间主要集中在 0.1～10.0ms；第 2 组试样的 在T2分布区间主要集中在 0.1～100.0ms且0.1ms附近较少；弛豫时间与对应孔隙的孔径成正比（核磁共振测试孔径分布的原理），0.1～10.0ms 对 应孔径较小的孔隙，10.0～100.0ms 对应孔径较大的孔隙，因此我们可以得出：单体系中，柴油比水更容易占据较大孔隙。

▲图2. 第1组和第2组试样T₂谱曲线

由于含蒸馏水的试样与含柴油的试样，其T2曲线大部分重合，因此加入适当浓度的Mn2+离子，缩短水的弛豫，使得二者曲线尽量分开。因此需要研究在油水同时存在情况下， Mn2＋对 T2 谱曲线的影响。　　02

混合体系中加入 MnCl2缩短水的弛豫，对柴油无影响。

▲图3. 第3—6试样的T2谱曲线

与图2类似，第 3～6 组试样的T2谱曲线均呈双峰状。由于 5g/L的 Mn2＋作用，第 3、 4 组已经将油和水的信号分离，其 T2 谱曲线双峰分离。进一步分析每个峰的情况，现在对4组曲线进行定量分析。

▲图4. 第3—6试样的T2曲线信息

4 组试样较第 3 组试样的 T2 区间小，并且区间的左端点右移，第 6 组试样和第 5 组试样相比也有相似的变化规律。此外，第 4 组和第 6 组的第 2 峰面积在总峰面积中的占比远大于第 3 组和第 5 组。　　以上说明，在 MnCl2 溶液-柴油体系和水-柴油体系中，当含水量不变时，柴油含量的增加使流体在试样孔隙中的孔径分布空间更加集中，表现为向大孔径孔隙分布的趋势，导致孔隙油分布变化的原因主要是含油量增加导致孔隙油分布形态发生变化。

▲图5. 多孔介质中非水相液体的分布

究其原因，在多孔介质中， 非水相液体（NAPLs）可能赋存形态为不连续形态和连续形态(图 5)。其中当 NAPLs 的含量超过残余饱和度时，NAPLs 更多地以连续形态存在，但不会占据所有大孔隙空间。粉土中的柴油作为非浸润液体，可能因为含油率的增加，小孔隙油(如图 5(a)所示)合并为大孔隙油(如图 5(b)所示)，分布在大孔隙中。　　03

当柴油首先进入孔隙时，柴油优先占据大孔隙和孔喉

▲图6. 第4组和第7组T₂谱曲线

▲图7. 第4、7组T₂试样曲线信息

第 4 组和第 7 组试样的总峰面积几乎相等，这说明配制的样品是可靠的。进一步分析发现，发现第 7 组的第 1 峰面积略小于第 4 组的第 1 峰 面积。　　相应地，第 7 组的第 2 峰面积略大于第 4 组的 第 2 峰面积．由于第 2 峰主要由柴油的核磁信号构 成，第 1 峰主要由 MnCl2溶液的核磁信号构成，因此，相较于制样时第 1 相为水的情况，第 1 相为柴油时，柴油优先进入较大孔径的孔隙，后加入的水更多地进入大孔径的孔隙。

小编说 　　这篇文章利用T2弛豫时间与孔隙大小成比例的关系，研究水和柴油两相进入粉土中在孔隙中的分布过程，这点儿值得借鉴；此外利用MnCl2缩短水的弛豫同时又不影响柴油的分布，这种方法使得研究清晰而准确。