新型原位混合墙体材料对石油烃类污染物的增强阻渗性能研究：压力铸就钻石

为解决石油烃类污染物（NAPLs）在土壤和地下水中的扩散问题，研究人员开发了一种原位混合改性砂-膨润土（SB）墙体材料，通过添加苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯（SEBS）改性膨润土，显著降低了柴油渗透系数（kdiesel）至2.5×10-11-5.4×10-11 m/s。该材料通过SEBS凝胶堵塞孔隙，有效抑制污染物迁移，为污染场地治理提供了创新解决方案。

　　

随着工业快速发展，石油烃类污染物（NAPLs）在土壤和地下水中形成了复杂的污染源区，其质量占比范围达1.0%-8.1%，对生态环境和人类健康构成严重威胁。传统土壤-膨润土（SB）垂直阻隔墙在NAPLs存在下渗透性能显著恶化，渗透系数（k）可能增加3个数量级。为解决这一难题，中国的研究团队创新性地提出了一种原位混合改性SB墙体材料，通过引入疏水性聚合物苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯（SEBS）来增强材料对石油烃类污染物的阻渗性能，相关成果发表在《Journal of Hazardous Materials》上。

研究采用了自由膨胀试验、柔性壁渗透试验、扫描电镜（SEM）结合能谱分析（EDS）以及压汞孔隙度测定（MIP）等关键技术方法。其中，自由膨胀试验用于评估SEBS改性膨润土在柴油中的动力学膨胀行为；柔性壁渗透试验测量了不同柴油-砂质量比（0-10%）下墙体试样的柴油渗透系数（k_diesel）；SEM-EDS和MIP分析则揭示了材料微观结构和孔隙分布的变化特征。

研究结果显示，SEBS改性膨润土在柴油中的自由膨胀指数（FSI）变化（FSIC）呈现先加速后稳定的趋势，第4天出现明显转折。渗透试验发现，改性墙体试样的k_diesel呈现三阶段变化趋势：逐渐增加、逐渐降低和最终稳定。值得注意的是，随着柴油-砂质量比的增加，转变点对应的峰值k_diesel反而降低，最终k_diesel可低至2.5×10^-11-5.4×10^-11 m/s。微观分析表明，柴油渗透后的改性试样孔隙被SEBS凝胶有效堵塞，大孔体积百分比显著降低（41-53% vs 未改性试样的63-73%）。

在讨论部分，研究人员提出了概念模型来解释k_diesel的三阶段变化现象。SEBS的动力学膨胀行为对改性试样的k_diesel至关重要，这种独特的膨胀可以掩盖柴油对膨润土颗粒扩散双电层的压缩效应。研究还发现，当柴油-砂质量比≥4%时，SEBS改性试样的k_diesel可稳定维持在10^-9 m/s以下，满足工程应用要求。

该研究的结论具有重要的环境意义。首先，证实了SEBS改性SB墙体材料在实际污染场地（石油烃-土壤质量比1.0-8.1%）应用的可行性。其次，揭示了SEBS通过物理吸附柴油形成凝胶来堵塞孔隙的微观机制。最后，为污染场地的原位修复提供了一种经济有效的解决方案，相比有机粘土材料（4470美元/吨），SEBS（2476美元/吨）更具成本优势。

研究的局限性在于使用了实验室制备的污染砂样，未来需要在真实污染场地的土壤上进行验证。尽管如此，这项研究为石油烃类污染场地的治理提供了新的技术思路，对环境保护和可持续发展具有重要的实践价值。