大家好，今天小編精挑細選了一篇在2020年2月剛剛出版在《天津大學學報》上的一篇文章，利用核磁共振技術研究柴油污染粉土中水油在孔隙中的分佈規律，研究過程並不複雜，但結果很有意思，希望對大家有所幫助！
核心觀點:將柴油作爲污染物，將水和柴油按照一定的比例加入到粉土試塊中，爲了在T2譜中將水和油完全區分開，將水中加入低濃度的Mn2+降低水的弛豫時間。研究水和柴油的加入順序不同，柴油與水在孔隙中的分佈變化。
結論：
- 在單相體系中，柴油體系中的孔隙油比水相體系中的孔隙水更易優先佔據大孔隙空間。
- 對於水-柴油兩相體系，含油量增加，孔隙中非連續形態的孔隙油向連續形態轉化，孔隙油向更大孔隙中富集。
- 當柴油首先進入孔隙時，非浸潤相的柴油優先佔據大孔隙和孔吼，迫使後進入的水相更多地分佈在大孔隙中。
1 試驗設計和過程 採用0號柴油爲污染物，將土和水按照1：1的比例混合做成粉土基質，將水、柴油按照不同的比例加入到粉土中，其中每加入一種基質後都需用保鮮膜包裹試樣在養護室內養護48h後方可進行後續操作。 將試樣放入淨尺寸爲 50mm×55mm(高 ×直徑)的聚四氟乙烯(分子式(C2F4)n，不含鐵磁物質1H)圓筒模具中。採用蘇州沙巴买球分析儀器股份有限公司生產的核磁共振成像分析儀MesoMR23-60H-I 進行採樣分析。
▲圖1. 試樣的參數控制
2 結果分析 01
單體系中，柴油比水更易佔據較大孔隙 如圖2所示，1和2分別是僅有水或者柴油的試樣。明顯看出，第 1 組試樣的 T2 分佈區間主要集中在 0.1～10.0ms；第 2 組試樣的 在T2分佈區間主要集中在 0.1～100.0ms且0.1ms附近較少；弛豫時間與對應孔隙的孔徑成正比（核磁共振測試孔徑分佈的原理），0.1～10.0ms 對 應孔徑較小的孔隙，10.0～100.0ms 對應孔徑較大的孔隙，因此我們可以得出：單體系中，柴油比水更容易佔據較大孔隙。
▲圖2. 第1組和第2組試樣T2譜曲線
由於含蒸餾水的試樣與含柴油的試樣，其T2曲線大部分重合，因此加入適當濃度的Mn2+離子，縮短水的弛豫，使得二者曲線儘量分開。因此需要研究在油水同時存在情況下， Mn2＋對 T2 譜曲線的影響。 02
混合體系中加入 MnCl2縮短水的弛豫，對柴油無影響。
▲圖3. 第3—6試樣的T2譜曲線
與圖2類似，第 3～6 組試樣的T2譜曲線均呈雙峯狀。由於 5g/L的 Mn2＋作用，第 3、 4 組已經將油和水的信號分離，其 T2 譜曲線雙峯分離。進一步分析每個峯的情況，現在對4組曲線進行定量分析。
▲圖4. 第3—6試樣的T2曲線信息
4 組試樣較第 3 組試樣的 T2 區間小，並且區間的左端點右移，第 6 組試樣和第 5 組試樣相比也有相似的變化規律。此外，第 4 組和第 6 組的第 2 峯面積在總峯面積中的佔比遠大於第 3 組和第 5 組。 以上說明，在 MnCl2 溶液-柴油體系和水-柴油體系中，當含水量不變時，柴油含量的增加使流體在試樣孔隙中的孔徑分佈空間更加集中，表現爲向大孔徑孔隙分佈的趨勢，導致孔隙油分佈變化的原因主要是含油量增加導致孔隙油分佈形態發生變化。
▲圖5. 多孔介質中非水相液體的分佈
究其原因，在多孔介質中， 非水相液體（NAPLs）可能賦存形態爲不連續形態和連續形態(圖 5)。其中當 NAPLs 的含量超過殘餘飽和度時，NAPLs 更多地以連續形態存在，但不會佔據所有大孔隙空間。粉土中的柴油作爲非浸潤液體，可能因爲含油率的增加，小孔隙油(如圖 5(a)所示)合併爲大孔隙油(如圖 5(b)所示)，分佈在大孔隙中。 03
當柴油首先進入孔隙時，柴油優先佔據大孔隙和孔喉
▲圖6. 第4組和第7組T2譜曲線
▲圖7. 第4、7組T2試樣曲線信息
第 4 組和第 7 組試樣的總峯面積幾乎相等，這說明配製的樣品是可靠的。進一步分析發現，發現第 7 組的第 1 峯面積略小於第 4 組的第 1 峯 面積。 相應地，第 7 組的第 2 峯面積略大於第 4 組的 第 2 峯面積．由於第 2 峯主要由柴油的核磁信號構 成，第 1 峯主要由 MnCl2溶液的核磁信號構成，因此，相較於制樣時第 1 相爲水的情況，第 1 相爲柴油時，柴油優先進入較大孔徑的孔隙，後加入的水更多地進入大孔徑的孔隙。
小編說 這篇文章利用T2弛豫時間與孔隙大小成比例的關係，研究水和柴油兩相進入粉土中在孔隙中的分佈過程，這點兒值得借鑑；此外利用MnCl2縮短水的弛豫同時又不影響柴油的分佈，這種方法使得研究清晰而準確。
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