一种基于自然冷能模拟的聚合物吸附金属污染试验方法

本发明属于污染土壤修复，涉及一种基于自然冷能模拟的聚合物吸附金属污染试验方法。

背景技术：

1、在寒冷地区，利用自然冷能引发的冻结驱替作用将重金属向聚合物吸附材料迁移富集，是一种低能耗的重金属污染介质净化途径。为评估聚合物吸附材料在此途径中的净化性能，需通过试验对自然冷能冻结驱替—吸附协同净化过程进行模拟。

2、现有试验模拟通常将聚合物吸附材料与重金属污染介质装填于容器，施加单向冻结温度边界形成冻结驱替，并以试验结束后的整体重金属去除率作为净化效果评价指标。

3、然而，现有做法存在以下缺陷：（1）仅以终态整体去除率评价净化效果，难以反映冻结驱替过程中已吸附重金属被重新释放的动态过程。冻结速率过快时，冰晶对聚合物表面已吸附重金属产生机械挤压剥离，或冻结锋面处界面浓度突降引发热力学解吸，使重金属重新进入未冻水，形成先吸附后解吸的负面抵消效应，致使终态去除率虚高、与实际净化能力脱节。

4、（2）未获取冻结速率及其沿装填方向的分布形态，无法辨识冻结过快、沿程衰减不均或推进方向失配等异常冻结模式，也无法确定保证净吸附效果的安全冻结速率范围，试验参数设定缺乏依据。

5、（3）缺乏对冻结模式异常的实时调节手段，一旦出现净解吸，无法通过调整冷能输入速率、保温时长或冻结方向予以纠正，导致试验结果难以稳定、可靠地反映净化效果。

技术实现思路

1、鉴于此，为解决上述背景技术中所提出的问题，现提出一种基于自然冷能模拟的聚合物吸附金属污染试验方法。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：本发明提供一种基于自然冷能模拟的聚合物吸附金属污染试验方法，包括：s1.在容器内装填聚合物吸附材料和重金属污染介质，并沿装填方向埋设温度传感器，得到试样。

3、s2.将试样置于模拟自然冷能的温度场中，施加温度边界条件形成冻结驱替过程。

4、s3.在冻结驱替过程中，获取温度数据以确定试样各装填段的冻结速率，获取固相吸附态重金属浓度以计算试样整体的净吸附速率；以最靠近冷源输入侧的装填段的冻结速率为控制变量，将净吸附速率非负所对应的控制变量取值区间确定为安全冻结速率区间。

5、s4.实时监测净吸附速率，当其小于零时，根据各装填段冻结速率沿装填方向的分布形态选择冻结模式调整指令，所述冻结模式调整指令包括降低冷能输入速率、延长保温时长或改变冻结方向。

6、s5.执行指令以调节各装填段冻结速率，循环执行s3至s4步骤，直至净吸附速率保持非负且各装填段冻结速率均落入安全冻结速率区间内，终止试验并输出净化效果。

7、相较于现有技术，本发明的有益效果如下：（1）本发明以净吸附速率替代终态整体去除率作为净化评价指标：采集聚合物吸附材料样品，测定固相吸附态重金属浓度，以固相重金属质量变化速率作为净吸附速率，并在其小于零时触发冻结模式调整。直接反映冻结驱替过程中已吸附重金属被重新释放的动态过程，避免终态去除率虚高掩盖先吸附后解吸的负面抵消效应。

8、（2）本发明获取各装填段的冻结速率及其沿装填方向的分布形态，并以最靠近冷源输入侧装填段的冻结速率为控制变量，将净吸附速率非负所对应的控制变量取值区间确定为安全冻结速率区间。由此能够辨识冻结过快、沿程衰减不均或推进方向失配等异常冻结模式，并给出保证净吸附效果的安全冻结速率范围。

9、（3）本发明在净吸附速率小于零时，根据冻结速率分布形态选择降低冷能输入速率、延长保温时长或改变冻结方向指令，并循环执行监测与调节，直至净吸附速率保持非负且各装填段冻结速率落入安全冻结速率区间，对冻结模式异常进行实时纠正，使各装填段所处的冻结驱替条件整体改善，从而保障净化效果评价结果稳定可靠。

1.一种基于自然冷能模拟的聚合物吸附金属污染试验方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种基于自然冷能模拟的聚合物吸附金属污染试验方法，其特征在于，所述试样包括以下获取过程：

3.根据权利要求1所述的一种基于自然冷能模拟的聚合物吸附金属污染试验方法，其特征在于，所述施加温度边界条件形成冻结驱替过程，包括：

4.根据权利要求1所述的一种基于自然冷能模拟的聚合物吸附金属污染试验方法，其特征在于，所述获取温度数据以确定试样各装填段的冻结速率，包括：

5.根据权利要求1所述的一种基于自然冷能模拟的聚合物吸附金属污染试验方法，其特征在于，所述获取固相吸附态重金属浓度以计算试样整体的净吸附速率，包括：

6.根据权利要求1所述的一种基于自然冷能模拟的聚合物吸附金属污染试验方法，其特征在于，所述安全冻结速率区间包括以下确定过程：

7.根据权利要求1所述的一种基于自然冷能模拟的聚合物吸附金属污染试验方法，其特征在于，所述根据各装填段冻结速率沿装填方向的分布形态选择冻结模式调整指令，包括：

8.根据权利要求7所述的一种基于自然冷能模拟的聚合物吸附金属污染试验方法，其特征在于，所述降低冷能输入速率，包括：

9.根据权利要求7所述的一种基于自然冷能模拟的聚合物吸附金属污染试验方法，其特征在于，所述延长保温时长，包括：

10.根据权利要求1所述的一种基于自然冷能模拟的聚合物吸附金属污染试验方法，其特征在于，所述输出净化效果，包括：