仿真实验研究富勒烯在地下水中的运移
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tract: By taking fullerene as the research object, this paper explores the influence of high permeable zone in underground aquifer on the migration and distribution of fullerene and the migration law of fullerene in heterogeneous saturated porous media. The results show that the high permeable zone provides a preferential path for the migration of fullerenes. The concentration of fullerene adsorbed in the high permeability layer is lower than that in the surrounding background saturated medium, and the concentration of the observation point located in the highest permeability layer is the highest in the water phase among the six observation points. Key words: fullerene; groundwater pollution; high permeable zone; simulation experiment
层区吸附的富勒烯浓度 S 均比周边背景饱和介质上的低；6 个观测点对应的水相富勒烯浓度值中最高的观测
点位于最高渗透层。
关键词：富勒烯；地下水污染；高渗透层区；仿真实验
中图分类号：X523
文献标识码：A 文章编号：1002-4956(2020)02-0132-04
Simulation experiment on migration of fullerenes in groundwater
ISSN 1002-4956 CN11-2034/T
实验技术与管理 Experimental Technology and Management
第 37 卷 第 2 期 2020 年 2 月 Vol.37 No.2 Feb. 2020
DOI: 10.16791/ki.sjg.2020.02.031
仿真实验研究富勒烯在地下水中的运移
白春妹 1，赖焕生 2
（1. 中山大学 土木工程学院，广东 珠海 519082； 2. 中山大学 中法核工程与技术学院，广东 珠海 519082）
摘 要：以富勒烯为研究对象，探索地下含水层中的高渗透层区对富勒烯迁移分布的影响和富勒烯在非均质
饱和多孔介质中的运移规律。结果显示，高渗透层区为富勒烯纳米材料的迁移提供了优先传播路径；高渗透
近 30 年来，我国虽然在经济上取得了很大的发 展，但地下水污染问题也比较突出。目前，我国 90% 城市的地下水正遭受不同程度有毒有害物质的污染
白春妹，等：仿真实验研究富勒烯在地下水中的运移
133
（包括纳米材料污染）。据统计，我国约 70%的饮用 水来自于地下水，但目前全国地级市的 4 896 个监测 点，地下水水质呈较差和极差的占比已达到 61.5%。 地下水自净能力较弱，一旦受到污染，将难以更新和 恢复，会对整个生态环境造成严重危害；而纳米材料 对地下水的危害，将使我国地下水污染防治工作面临 更严峻的挑战。
BAI Chunmei1, LAI Huansheng2
(1. School of Civil Engineering, Sun Yat-sen University, Zhuhai 519082, China; 2. Sino-French Institute of Nuclear Engineering and Technology, Sun Yat-sen University, Zhuhai 519082, China)
要研究方向为土木环境工程。 E-mail: baichunmei2005@
1 富勒烯纳米材料污染地下水的复杂性
纳米材料可通过不同的途径排放进入地下水环 境，例如日常生活中使用含有纳米材料的洗发水和清 洁剂等产生的废水的随意排放，农业上用含有人工纳 米材料的生物固体施肥等都可能导致纳米材料排放并 最终进入地下水域[3-4]。已有研究发现：富勒烯纳米材 料对鱼类和微生物有一定的毒性，富勒烯对人类淋巴 细胞有基因毒性[5-6]，纳米二氧化钛会引起小神经胶质 细胞的氧化应激[7-9]。许多在宏观尺度下没有生物毒性 的物质，在纳米尺度下却表现出很强的生物毒性，可 造成包括人类在内的生物组织功能和形态的改变、生 长发育迟缓、染色体损伤、细胞分裂异常、细胞死亡 等损害[10-11]。
富勒烯纳米材料及其衍生物广泛应用于新能源、 生物制药、新型材料等领域[12-13]。一般情况下，富勒 烯极难溶于水，在水中常以胶体形式 nC60 存在。富勒 烯纳米材料一旦进入地下水，极易成为有毒有害物质 的载体，促进有毒物质的迁移，从而扩大污染范围， 进一步威胁生态环境[14]。
富勒烯纳米材料（C60）是应用广泛的纳米材料之 一，也是具有生态毒性的材料。因此，研究富勒烯纳 米材料在地下水中的运移情况十分必要。本文以富勒 烯为研究对象，探索其在二维非均质饱和多孔介质中 的迁移传播，重点分析高渗透层区对富勒烯运移的影 响，为控制富勒烯的潜在污染提供理论基础。
收稿日期: 2019-07-23 基金项目: 国家自然科学基金青年科学基金项目（51705078） 作者简介: 白春妹（1986—），女，福建泉州，博士，工程师，主
根据联合国环境规划署的估计，2020 年工程类纳 米材料的产量将达到 58 000 t[1]。目前，市场上的纳米 材料制品[2]广泛应用于能源、医药、化妆品、电子、 制造和生物医学技术等领域。纳米材料制品的广泛应 用，导致纳米材料不可避免地进入生态环境中，并最 终进入地下水域，对地下水环境构成巨大的威胁。
层区吸附的富勒烯浓度 S 均比周边背景饱和介质上的低；6 个观测点对应的水相富勒烯浓度值中最高的观测
点位于最高渗透层。
关键词：富勒烯；地下水污染；高渗透层区；仿真实验
中图分类号：X523
文献标识码：A 文章编号：1002-4956(2020)02-0132-04
Simulation experiment on migration of fullerenes in groundwater
ISSN 1002-4956 CN11-2034/T
实验技术与管理 Experimental Technology and Management
第 37 卷 第 2 期 2020 年 2 月 Vol.37 No.2 Feb. 2020
DOI: 10.16791/ki.sjg.2020.02.031
仿真实验研究富勒烯在地下水中的运移
白春妹 1，赖焕生 2
（1. 中山大学 土木工程学院，广东 珠海 519082； 2. 中山大学 中法核工程与技术学院，广东 珠海 519082）
摘 要：以富勒烯为研究对象，探索地下含水层中的高渗透层区对富勒烯迁移分布的影响和富勒烯在非均质
饱和多孔介质中的运移规律。结果显示，高渗透层区为富勒烯纳米材料的迁移提供了优先传播路径；高渗透
近 30 年来，我国虽然在经济上取得了很大的发 展，但地下水污染问题也比较突出。目前，我国 90% 城市的地下水正遭受不同程度有毒有害物质的污染
白春妹，等：仿真实验研究富勒烯在地下水中的运移
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（包括纳米材料污染）。据统计，我国约 70%的饮用 水来自于地下水，但目前全国地级市的 4 896 个监测 点，地下水水质呈较差和极差的占比已达到 61.5%。 地下水自净能力较弱，一旦受到污染，将难以更新和 恢复，会对整个生态环境造成严重危害；而纳米材料 对地下水的危害，将使我国地下水污染防治工作面临 更严峻的挑战。
BAI Chunmei1, LAI Huansheng2
(1. School of Civil Engineering, Sun Yat-sen University, Zhuhai 519082, China; 2. Sino-French Institute of Nuclear Engineering and Technology, Sun Yat-sen University, Zhuhai 519082, China)
要研究方向为土木环境工程。 E-mail: baichunmei2005@
1 富勒烯纳米材料污染地下水的复杂性
纳米材料可通过不同的途径排放进入地下水环 境，例如日常生活中使用含有纳米材料的洗发水和清 洁剂等产生的废水的随意排放，农业上用含有人工纳 米材料的生物固体施肥等都可能导致纳米材料排放并 最终进入地下水域[3-4]。已有研究发现：富勒烯纳米材 料对鱼类和微生物有一定的毒性，富勒烯对人类淋巴 细胞有基因毒性[5-6]，纳米二氧化钛会引起小神经胶质 细胞的氧化应激[7-9]。许多在宏观尺度下没有生物毒性 的物质，在纳米尺度下却表现出很强的生物毒性，可 造成包括人类在内的生物组织功能和形态的改变、生 长发育迟缓、染色体损伤、细胞分裂异常、细胞死亡 等损害[10-11]。
富勒烯纳米材料及其衍生物广泛应用于新能源、 生物制药、新型材料等领域[12-13]。一般情况下，富勒 烯极难溶于水，在水中常以胶体形式 nC60 存在。富勒 烯纳米材料一旦进入地下水，极易成为有毒有害物质 的载体，促进有毒物质的迁移，从而扩大污染范围， 进一步威胁生态环境[14]。
富勒烯纳米材料（C60）是应用广泛的纳米材料之 一，也是具有生态毒性的材料。因此，研究富勒烯纳 米材料在地下水中的运移情况十分必要。本文以富勒 烯为研究对象，探索其在二维非均质饱和多孔介质中 的迁移传播，重点分析高渗透层区对富勒烯运移的影 响，为控制富勒烯的潜在污染提供理论基础。
收稿日期: 2019-07-23 基金项目: 国家自然科学基金青年科学基金项目（51705078） 作者简介: 白春妹（1986—），女，福建泉州，博士，工程师，主
根据联合国环境规划署的估计，2020 年工程类纳 米材料的产量将达到 58 000 t[1]。目前，市场上的纳米 材料制品[2]广泛应用于能源、医药、化妆品、电子、 制造和生物医学技术等领域。纳米材料制品的广泛应 用，导致纳米材料不可避免地进入生态环境中，并最 终进入地下水域，对地下水环境构成巨大的威胁。