一种预测土壤重金属污染防渗材料服役寿命的方法技术

本发明专利技术公开了一种预测土壤重金属污染防渗材料服役寿命的方法。该方法利用湿热加速材料的老化，以其力学性能变化来预测其服役寿命，无需复杂计算、简单易行。具体步骤如下：（1）使用氢氧化钠、硫酸、亚砷酸钠、氯化镉配制老化溶液。利用老化溶液模拟土壤环境，采用双面浸泡的方法将样品置于老化溶液中，随后将其放入湿热加速老化装置进行老化，温度设置为85℃，pH值为6。（2）200天内，每隔40天取样品，检测其拉伸强度。当材料的拉伸强度小于原始材料的一半时，判定材料到达使用寿命。（3）根据老化样品的拉伸强度，利用阿伦尼乌斯方程建立服役寿命预测方程，以对防渗材料进行服役寿命预测。以对防渗材料进行服役寿命预测。以对防渗材料进行服役寿命预测。

【技术实现步骤摘要】
一种预测土壤重金属污染防渗材料服役寿命的方法


[0001]本专利技术属于重金属污染风险管控防渗材料领域，涉及一种预测土壤重金属污染防渗材料服役寿命的方法。

技术介绍

[0002]随着社会经济的快速发展，城市化和工业化进程的加快，场地土壤重金属污染问题越来越严重。重金属元素在土壤中迁移缓慢，停留时间长，并且在物质循环中难以分解，其可以通过干湿沉降、地表径流等方式迁移到其他生态环境，这严重影响了耕作土壤和农产品的质量，妨碍了我国农业的可持续发展。通常重金属通过食物链进入生物体，对人类、动植物造成不可估量的危害。因此，加强场地重金属污染土壤环境管理，对于保证人民生命财产安全，建设良好生态环境具有重要的现实意义。
[0003]在场地污染控制防治上，防渗材料往往被放置于土体表层、内部或各层土体之间，起到增强或保护土体、隔绝受污染土壤和地下水等作用，主要材料为天然或人工合成高聚物。场地污染治理工程上常用的防渗衬垫主要由两大类构成：土工布和土工膜，统称为土工合成材料。按材质分，目前土工布主要常用的材质为聚酯纤维（Polyethylene terephthalate，简称PET）和聚丙烯纤维（Polypropylene，简称PP）。
[0004]土工布具有良好的隔离、过滤、保护的作用，被广泛地应用于公路铁路、土木工程、生态保护等领域。在实际的场地重金属污染治理中，土壤防渗材料所处土壤及水文环境复杂多变，PET短丝土工布容易受到酸碱度、重金属浓度、温度的影响，随着时间的增加，会极大的降低土工布的使用寿命及工程质量。因此对于重金属土壤环境下PET短丝土工布服役寿命的预测有着重要的意义。
[0005]目前国内外的研究者以土工合成材料为研究对象，开展了诸多室内外关于材料老化和服役寿命的研究，这些研究成果为土工合成材料在工程的应用提供了广袤前景。但仍需解决的问题是如何模拟符合工程应用的室内老化条件对防渗材料进行研究。因此需要一种快速准确预测土壤重金属防渗材料的服役寿命的方法。

技术实现思路

[0006]为了预测防渗材料PET短丝土工布在土壤重金属环境下的服役寿命，本专利技术提供了一种预测土壤重金属污染防渗材料服役寿命的方法。
[0007]本专利技术的第二方面实施例提出了一种湿热加速老化装置（装置见说明书附图）。主要部件为：循环泵、温度控制器、加热管、烧杯、交流电源等。实验装置可模拟温度、pH值、时间、重金属浓度等因素对防渗材料的老化过程特征。装置设置了自动恒温装置，自动补水装置。规格：2700.0 mm
×
1520.0 mm（外尺寸），装置分3层。单层高：320.0 mm，层间距：280.0 mm。
[0008]本专利技术采用的技术方案如下：
[0009]本专利技术的第一方面实施例提出了一种预测土壤重金属污染防渗材料服役寿命的
方法，包括以下步骤：
[0010]（1）首先将PET短丝土工布，裁剪成统一规格：长200.00 mm、宽50.00 mm。使用氢氧化钠、硫酸、亚砷酸钠、氯化镉配制老化溶液：pH=6重金属溶液（砷、镉浓度为1.0mg/L、4.0mg/L），利用老化溶液模拟土壤重金属环境。随后采用双面浸没的方法将PET短丝土工布置于老化溶液后放入湿热加速老化装置，湿热加速老化装置温度设置为85℃，调节pH值保持为6；进行为期0天、40天、80天、120天、160天、200天的加速老化。
[0011]（2）将加速老化的材料样品用去离子水充分清洗，直到pH为7，35℃干燥48 h后进行力学性能指标检测。测试条件：拉伸速度100mm/min，隔距长度100mm，采用松式夹持，夹持距离50mm。测得拉伸强度（MPa）。当材料的拉伸强度小于原始材料的一半时，判定PET短丝土工布到达使用寿命。
[0012]（3）基于阿伦尼乌斯方程，依据“10度原则”入手，选择经典的高分子聚合物=2，即体系温度每增加10℃，反应速率提高一倍。进行老化动力学方程的推导，得到以下服役寿命预测公式：
[0013][0014]其中，为加速老化温度； 为实际温度；为加速老化时间；为实际老化时间；=2
[0015]（4）利用加速老化材料的力学性能和温度，结合服役寿命预测公式，可以直接预测PET短丝土工布的寿命。
附图说明
[0016]图1为本专利技术湿热加速老化装置的结构示意图。
[0017]图2为本专利技术实施例中PET短丝土工布力学性能随时间衰减图
具体实施方式
[0018]实施例：
[0019]下面结合附图，对本专利技术的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本专利技术的保护范围并不受具体实施方式的限制。
[0020]（1）PET短丝土工布产自南方环境有限公司，规格为400 。首先将PET短丝土工布，裁剪成统一规格：长200.00 mm、宽50.00 mm。使用亚砷酸钠、氯化镉配制老化溶液，溶液的砷浓度为1.0mg/L、镉浓度为4.0mg/L，再使用4.0mol/L氢氧化钠溶液和20%浓度的硫酸调节pH值使得溶液pH=6。利用老化溶液模拟土壤重金属环境。
[0021]（2）如图1所示构建湿热加速老化装置。
[0022]（3）采用双面浸没的方法将PET短丝土工布置于盛有老化溶液的烧杯，然后放入湿热加速老化装置。湿热加速老化装置温度设置为85℃，加速老化期间调节pH值保持为6。进行为期0天、40天、80天、120天、160天、200天的加速老化。
[0023]（4）对步骤(3)得到的PET短丝土工布样本进行力学性能检测。先将样品用去离子水充分清洗，直到pH为7，35℃干燥48 h后进行力学性能指标检测。在标准条件下对试样进行拉伸试验，不同老化时间下每种样品各取5块，测试材料的拉伸强度，取平均值。测试参照
《纺织品织物拉伸性能》(GB/T 3923.1—2013)，测试条件：拉伸速度100 mm/min，隔距长度100 mm，采用松式夹持，夹持距离 50mm。测得拉伸强度（MPa）。
[0024]（5）结合阿伦尼乌斯方程，进行PET短丝土工布服役寿命预测方程的构建。基于阿伦尼乌斯方程，依据“10度原则”入手，选择经典的高分子聚合物=2，即体系温度每增加10 ℃，反应速率提高一倍。进行老化动力学方程的推导，得到以下服役寿命预测公式：
[0025][0026]其中，为加速老化温度；为实际温度；为加速老化时间；为实际老化时间；=2
[0027]（6）通过对步骤（4）测得的PET短丝土工布力学特征数据进行拟合，得到图2。
[0028]（7）由图2可知，在 85℃
‑
pH=6（重金属溶液）的条件下材料的力学性能随时间的增加明显降低（11.73MPa
‑
1.23MPa），以材料的拉伸强度下降至初始强度的50%作为材料的失效依据，从图中可以看出材料老化120天的拉伸强度（5.64MPa）小于原始材料（12.63MPa）的一半，判定120天时PET短丝土工布失效。
[0029本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种预测土壤重金属污染防渗材料服役寿命的方法，其特征在于通过模拟土壤重金属环境提高温度加速材料老化进程，基于阿伦尼乌斯方程推导获取老化动力学方程，使用老化动力学方程进行防渗材料服役寿命预测，具体包括：（1）将土壤重金属污染防渗材料裁剪成统一规格，具体地，土壤重金属污染防渗材料为PET短丝土工布，具体地，统一规格为：长200.00mm、宽50.00mm；（2）使用氢氧化钠、硫酸、亚砷酸钠、氯化镉在烧杯里配制老化溶液，老化溶液水质指标为：pH=6，砷、镉浓度为1.0mg/L、4.0mg/L，利用老化溶液模拟土壤重金属污染环境；（3）采用双面浸没的方法将步骤（1）制得的PET短丝土工布置于步骤（2）制得的老化溶液中，放入湿热加速老化装置（图1）进行加速老化处置，监测0天、40天、80天、120天、160天、200天的加速老化情况，监测指标为拉伸强度；（4）湿热加速老化装置运行条件为：温度为80℃
‑
85℃，pH值为5
‑
7；（5）对步骤(3)得到的PET短丝土工布样本进行力学性能检测，当材料的拉伸强度小于原始...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭雨琪，朱宗强，章俊，刘兴航，莫晓馨，周杏子，刘瀚琨，徐春丽，
申请(专利权)人：桂林理工大学，
类型：发明
国别省市：