環境泥沙的表面特性與模型

環境泥沙的表面特性與模型
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內容簡介

隨著社會經濟的快速發展,中國的水環境污染問題日益突出。天然水體中存在的泥沙顆粒在污染物的遷移和轉化過程中擔任著非常重要的角色。本書以泥沙顆粒為主要研究對象,從微觀角度出發,對泥沙吸附磷和重金屬的遷移規律及其形貌變化進行了研究和闡述。

研究中采用了先進的掃描電鏡對干凈泥沙及完成了磷和重金屬吸附實驗的泥沙進行觀測,測量了泥沙顆粒表面形貌起伏和空隙的變化規律。

在電鏡實驗觀測的基礎上,用數學方法描述了泥沙顆粒的形狀和表面結構,並用概率統計的方法構建了數學泥沙的研究平台。該平台可以表征泥沙顆粒的三維微觀形貌,同時也能反映泥沙顆粒表面上每個微區的污染物吸附過程。用該平台結合吸附動力學方程開發和完善了一維水沙和水質數學模型,完善後的模型已經應用到實際工程計算之中,並取得了滿意的計算效果。
 

目錄

前言
第1章 緒論
1.1 問題的提出
1.2 顆粒物的形貌及表面性質
1.2.1 顆粒物表面形貌
1.2.2 顆粒物表面物理化學性質
1.3 泥沙對污染物的吸附
1.3.1 吸附模式
1.3.2 吸附影響因子
1.3.3 磷的賦存形態和時空分布
1.4 污染物遷移轉化模型
1.4.1 磷污染物遷移轉化
1.4.2 重金屬污染物遷移轉化
第2章 基本實驗儀器及原理
2.1 電子顯微鏡
2.1.1 表面形貌觀測
2.1.2 表面元素探測
2.1.3 樣品制備
2.1.4 圖像采集
2.2 物理化學吸附分析儀
2.3 離子濃度測定
2.3.1 分光光度計
2.3.2 離子色譜儀
第3章 泥沙顆粒形貌定性描述
3.1 樣品采集與制備
3.1.1 樣品采集
3.1.2 天然沙樣品清洗
3.2 天然沙和清洗沙表面形貌
3.2.1 天然沙形貌
3.2.2 清洗沙形貌
3.3 泥沙表面孔隙
3.3.1 鑲嵌實驗
3.3.2 孔隙圖像
第4章 泥沙顆粒形貌定量描述
4.1 圖像數字化
4.1.1 圖像提取
4.1.2 圖像處理基礎
4.2 顆粒投影形狀
4.2.1 泥沙顆粒的形狀
4.2.2 顆粒投影形狀的統計分析
4.2.3 傅里葉級數分析方法
4.3 顆粒表面結構
4.3.1 顆粒的表面導數
4.3.2 形貌的表達
4.4 泥沙顆粒圖像灰度值統計
4.4.1 研究方法
4.4.2 重構泥沙顆粒的表面形貌
第5章 泥沙吸附磷和重金屬實驗
5.1 實驗准備
5.1.1 實驗用沙和用水
5.1.2 標准溶液配制
5.2 泥沙吸附磷的實驗
5.2.1 實驗設計
5.2.2 實驗結果與分析
5.3 泥沙吸附重金屬的實驗
5.3.1 實驗設計
5.3.2 實驗結果
第6章 環境泥沙表面的物理特性
6.1 氣體吸附法測量顆粒表面物理性質
6.1.1 孔隙類型
6.1.2 孔隙與吸附
6.2 泥沙樣品吸附等溫線
6.3 泥沙顆粒表面的主要物理特性
6.3.1 孔分布
6.3.2 比表面積、孔體積和平均孔徑
6.4 泥沙顆粒表面分形維數
6.4.1 表面分形維數
6.4.2 形貌結構分形維數
6.4.3 比較與分析
第7章 環境泥沙表面的化學特性
7.1 顆粒表面元素區域分析
7.1.1 表面元素點分析
7.1.2 表面元素線分布
7.2 顆粒表面元素分布
7.2.1 表面磷元素分布
7.2.2 表面銅離子分布
7.3 元素分布與表面形貌的相關分析
7.3.1 磷元素
7.3.2 銅離子
第8章 數學泥沙研究平台及其應用
8.1 數學泥沙研究平台
8.1.1 數學泥沙重構方法
8.1.2 數學泥沙重構
8.2 數學泥沙的形貌特征
8.2.1 數學泥沙表面高程模型
8.2.2 數學泥沙的形貌特征要素
8.2.3 數學泥沙空間特性驗證
8.3 微觀吸附動力學模型
8.3.1 泥沙吸附污染物過程分析
8.3.2 動力學吸附模式
8.3.3 動力吸附與顆粒表面形貌
8.4 數學泥沙顆粒表面元素分布
第9章 一維數學模型及應用
9.1 一維水沙和水質模型
9.1.1 水沙數學模型
9.1.2 水質數學模型
9.2 模型改進
9.2.1 水質數學模型的改進
9.2.2 水沙數學模型的改進
9.3 模型應用
9.3.1 北運河污染物遷移
9.3.2 岩灘水庫泥沙輸移
第10章 結論與展望
10.1 結論
10.2 展望
參考文獻
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