大家好，今天小編精挑細(xì)選了一篇在2020年2月剛剛出版在《天津大學(xué)學(xué)報(bào)》上的一篇文章，利用核磁共振技術(shù)研究柴油污染粉土中水油在孔隙中的分布規(guī)律，研究過程并不復(fù)雜，但結(jié)果很有意思，希望對(duì)大家有所幫助！

核心觀點(diǎn):將柴油作為污染物，將水和柴油按照一定的比例加入到粉土試塊中，為了在T₂譜中將水和油完全區(qū)分開，將水中加入低濃度的Mn²⁺降低水的弛豫時(shí)間。研究水和柴油的加入順序不同，柴油與水在孔隙中的分布變化。　

結(jié)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(yōu)先占據(jù)大孔隙空間。
　　對(duì)于水-柴油兩相體系，含油量增加，孔隙中非連續(xù)形態(tài)的孔隙油向連續(xù)形態(tài)轉(zhuǎn)化，孔隙油向更大孔隙中富集。
　　當(dāng)柴油首先進(jìn)入孔隙時(shí)，非浸潤相的柴油優(yōu)先占據(jù)大孔隙和孔吼，迫使后進(jìn)入的水相更多地分布在大孔隙中。
　　1　　試驗(yàn)設(shè)計(jì)和過程 　　采用0號(hào)柴油為污染物，將土和水按照1：1的比例混合做成粉土基質(zhì)，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(zhì)后都需用保鮮膜包裹試樣在養(yǎng)護(hù)室內(nèi)養(yǎng)護(hù)48h后方可進(jìn)行后續(xù)操作。　　將試樣放入凈尺寸為 50mm×55mm(高 ×直徑)的聚四氟乙烯(分子式(C2F4)n，不含鐵磁物質(zhì)1H)圓筒模具中。采用蘇州紐邁分析儀器股份有限公司生產(chǎn)的核磁共振成像分析儀MesoMR23-60H-I 進(jìn)行采樣分析。

▲圖1. 試樣的參數(shù)控制

2　　結(jié)果分析 　　01

　　單體系中，柴油比水更易占據(jù)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 分布區(qū)間主要集中在 0.1～10.0ms；第 2 組試樣的 在T2分布區(qū)間主要集中在 0.1～100.0ms且0.1ms附近較少；弛豫時(shí)間與對(duì)應(yīng)孔隙的孔徑成正比（核磁共振測試孔徑分布的原理），0.1～10.0ms 對(duì) 應(yīng)孔徑較小的孔隙，10.0～100.0ms 對(duì)應(yīng)孔徑較大的孔隙，因此我們可以得出：單體系中，柴油比水更容易占據(jù)較大孔隙。

▲圖2. 第1組和第2組試樣T₂譜曲線

由于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(dāng)濃度的Mn2+離子，縮短水的弛豫，使得二者曲線盡量分開。因此需要研究在油水同時(shí)存在情況下， Mn2＋對(duì) T2 譜曲線的影響?！　?2

混合體系中加入 MnCl2縮短水的弛豫，對(duì)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譜曲線均呈雙峰狀。由于 5g/L的 Mn2＋作用，第 3、 4 組已經(jīng)將油和水的信號(hào)分離，其 T2 譜曲線雙峰分離。進(jìn)一步分析每個(gè)峰的情況，現(xiàn)在對(duì)4組曲線進(jìn)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(qū)間小，并且區(qū)間的左端點(diǎn)右移，第 6 組試樣和第 5 組試樣相比也有相似的變化規(guī)律。此外，第 4 組和第 6 組的第 2 峰面積在總峰面積中的占比遠(yuǎn)大于第 3 組和第 5 組?！　∫陨险f明，在 MnCl2 溶液-柴油體系和水-柴油體系中，當(dāng)含水量不變時(shí)，柴油含量的增加使流體在試樣孔隙中的孔徑分布空間更加集中，表現(xiàn)為向大孔徑孔隙分布的趨勢，導(dǎo)致孔隙油分布變化的原因主要是含油量增加導(dǎo)致孔隙油分布形態(tài)發(fā)生變化。

▲圖5. 多孔介質(zhì)中非水相液體的分布

究其原因，在多孔介質(zhì)中， 非水相液體（NAPLs）可能賦存形態(tài)為不連續(xù)形態(tài)和連續(xù)形態(tài)(圖 5)。其中當(dāng) NAPLs 的含量超過殘余飽和度時(shí)，NAPLs 更多地以連續(xù)形態(tài)存在，但不會(huì)占據(jù)所有大孔隙空間。粉土中的柴油作為非浸潤液體，可能因?yàn)楹吐实脑黾?，小孔隙?如圖 5(a)所示)合并為大孔隙油(如圖 5(b)所示)，分布在大孔隙中?！　?3

當(dāng)柴油首先進(jìn)入孔隙時(shí)，柴油優(yōu)先占據(jù)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 組試樣的總峰面積幾乎相等，這說明配制的樣品是可靠的。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)第 7 組的第 1 峰面積略小于第 4 組的第 1 峰 面積?！　∠鄳?yīng)地，第 7 組的第 2 峰面積略大于第 4 組的 第 2 峰面積．由于第 2 峰主要由柴油的核磁信號(hào)構(gòu) 成，第 1 峰主要由 MnCl2溶液的核磁信號(hào)構(gòu)成，因此，相較于制樣時(shí)第 1 相為水的情況，第 1 相為柴油時(shí)，柴油優(yōu)先進(jìn)入較大孔徑的孔隙，后加入的水更多地進(jìn)入大孔徑的孔隙。

小編說 　　這篇文章利用T2弛豫時(shí)間與孔隙大小成比例的關(guān)系，研究水和柴油兩相進(jìn)入粉土中在孔隙中的分布過程，這點(diǎn)兒值得借鑒；此外利用MnCl2縮短水的弛豫同時(shí)又不影響柴油的分布，這種方法使得研究清晰而準(zhǔn)確。