生物炭改性黏土气体突破机理微-细观研究及在土质气体屏障中的应用

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51808171
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    26.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0807.岩土与基础工程
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2021-12-31

项目摘要

Landfill gas control requires high gas holding capacity of landfill covers. However, conventional landfill covers normally have poor performance in preventing landfill gas emission, thereby they need to be urgently improved. Biochar has a big potential application in enhancing the performance of landfill gas barriers since it has a special pore structure and good gas adsorption capacity. This project aims to investigate gas emission characteristics of biochar-amended clay and reveal the mechanism of gas breakthrough in biochar-amended clay barriers and provide optimized design method for the biochar-amended clay barriers. To achieve the above objectives, understanding how the application of biochar into clay changes gas emission in clay and the action mechanism, developing mathematical model for gas emission in biochar-amended clay, determining the key controlling parameters for biochar-amended clay barriers are the key scientific challenges for the design of clay gas barriers. This project comprehensively adopts laboratory element tests, column physical model tests, theoretical study and numerical modelling. The project proposes a comprehensive study on gas breakthrough mechanism of biochar-amended clay from perspectives of macroscopic experiments and microscopic pore structure, respectively. Furthermore, this project also proposes to develop gas mathematical model in unsaturated soil considering the effect of biochar application and evaluate the performance of the biochar-amended clay barriers in preventing gas emission. The outputs from this project can enrich the theory of gas flow in unsaturated soils and provide solid theoretical guidance for the design of landfill gas barriers.
填埋气逸散防控要求覆盖屏障具有良好的闭气性能,然而传统土质覆盖屏障闭气性能不佳,亟需改良。生物炭因其独特的孔隙结构和气体吸附特性,对改良土质气体屏障潜力巨大。本课题拟获取生物炭改性黏土的渗气特性,揭示生物炭改性黏土覆盖屏障气体突破机理,提出生物炭改性黏土覆盖屏障的优化设计方法。为此,明确生物炭的掺入改变黏土渗气特性的规律及作用机理、建立生物炭改性黏土气体渗流数学模型、确定生物炭改性黏土覆盖屏障的关键调控参数,是实现黏土覆盖屏障闭气功能设计的关键和亟需解决的问题。本项目综合采用室内单元试验、土柱模型试验、理论模型构建、数值模拟等研究方法开展研究。拟从宏观试验和微细观结构分析两个角度对生物炭改性黏土气体突破机理展开系统深入的研究,构建考虑生物炭影响的非饱和土气体渗流数学模型,综合评估生物炭改性黏土气体屏障的闭气性能。研究成果能丰富非饱和土气体渗流理论,为填埋场气体屏障的科学设计提供理论依据。

结项摘要

填埋场覆盖层是垃圾填埋场封场后阻止填埋气逸出的最后一道屏障,如何改良传统土质覆盖层,进而提高其闭气性能,最大限度地减少填埋气的排放是当前解决垃圾填埋气恶臭扰民问题的关键。生物炭在解决全球生态环境安全与农业可持续发展等方面的作用已获得普遍认可,对改良土质覆盖屏障潜力巨大。本项目综合土单元特性试验、土柱物理模型试验、微细观分析和数值模拟手段,对生物炭改性土气体运移特性和突破机理展开系统深入研究,综合评估了生物炭改性土气体屏障的闭气性能。研究结果表明,掺入细颗粒的生物炭增大了土体持水能力,减小了土体透气系数。随着生物炭掺量增加,土体有效含水率增加,土体近饱和透水系数和透气系数均显著减小。从微细观角度分析原因发现,掺入细颗粒生物炭显著减小了土体峰值孔径和大孔隙,从而使土体进气值增大。在干燥蒸发过程,掺入细颗粒(小于0.25mm)生物炭能使土体保持较高的持水量,其中掺入20%生物炭降低土体累积蒸发量和覆盖层气体逸出速率最显著。基于本项目研究结果,建议在填埋场覆盖层建设中掺入细颗粒生物炭,并且在保证覆盖层稳定性的前提下,可尽量加大覆盖层倾角,以此来降低气体逸出速率。本课题研究结果不仅对发展非饱和土气体渗流基础理论有科学意义,也对填埋场恶臭气体防控有实际意义,可为垃圾填埋场终场覆盖层的后续科学化建设提供指导意见。

项目成果

期刊论文数量(5)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(1)
专利数量(1)
Experimental Study on Soil Deformation during Sampler Penetration
采样器贯入过程中土体变形试验研究
  • DOI:
    10.1007/s12205-021-0463-5
  • 发表时间:
    2021-12
  • 期刊:
    KSCE Journal of Civil Engineering
  • 影响因子:
    2.2
  • 作者:
    Liang Chuanyang;Liu Jian;Wu Yuedong;Chen Zhongkui;Luo Ruping;Zheng Jin;Meng Yike
  • 通讯作者:
    Meng Yike
Experimental investigation on water release and gas emission of evapotranspirative capillary barrier landfill covers
蒸发毛细管屏障垃圾填埋场放水和气体排放试验研究
  • DOI:
    10.1002/saj2.20348
  • 发表时间:
    2022-02-07
  • 期刊:
    SOIL SCIENCE SOCIETY OF AMERICA JOURNAL
  • 影响因子:
    2.9
  • 作者:
    Chen, Rui;Huang, Junwen;Chen, Zibin
  • 通讯作者:
    Chen, Zibin
Influence of degree of compaction on unsaturated hydraulic properties of a compacted completely decomposed granite
压实度对压实全风化花岗岩非饱和水力特性的影响
  • DOI:
    10.1155/2020/7615361
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Geofluids
  • 影响因子:
    1.7
  • 作者:
    Rui Chen;Runqiang Tan;Zhongkui Chen;Yang Ping;Zhen Mei
  • 通讯作者:
    Zhen Mei
A new simple and low-cost air permeameter for unsaturated soils
一种新型简单且低成本的非饱和土壤空气渗透仪
  • DOI:
    10.1016/j.still.2021.105083
  • 发表时间:
    2021-06-12
  • 期刊:
    SOIL & TILLAGE RESEARCH
  • 影响因子:
    6.5
  • 作者:
    Chen, Rui;Huang, Jun-Wen;Chen, Zhong-Kui
  • 通讯作者:
    Chen, Zhong-Kui
Gas permeability and water retention of a repacked silty sand amended with different particle sizes of peanut shell biochar
不同粒径花生壳生物炭改性粉砂的透气性和保水性
  • DOI:
    10.1002/saj2.20130
  • 发表时间:
    2020-09-01
  • 期刊:
    SOIL SCIENCE SOCIETY OF AMERICA JOURNAL
  • 影响因子:
    2.9
  • 作者:
    Chen, Zhongkui;Chen, Chaowei;Chen, Rui
  • 通讯作者:
    Chen, Rui

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其他文献

Development of a pore gas pressure transducer used in unsaturated soils at high water content
高含水量非饱和土孔隙气体压力传感器的研制
  • DOI:
    10.1051/e3sconf/20199202003
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    E3S Web of Conferences
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    陈锐;陈中奎;Ng Charles Wa;Liu Jian
  • 通讯作者:
    Liu Jian

其他文献

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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