本发明属于环境岩土和环境工程领域，涉及一种渗透实验系统，尤其是涉及一种石墨烯颗粒在gcl中渗透的实验系统。
背景技术：
石墨烯凭借其优异的物理化学性质和独特结构而被广泛应用于材料、催化、吸附、电子器件等领域中，但在其生产、运输和应用过程中，不可避免的以垃圾的形式进入垃圾填埋场等待处置。而石墨烯在水环境中具有极强的迁移性能，且具有生物毒性和环境危害性，若石墨烯透过垃圾填埋场gcl进入生态环境中，将对生物圈中的动物、植物、水体和人产生巨大危害。
目前，针对石墨烯在土壤中运移性能和截留的情况，已有部分学者研制过实验系统，但现有装置着重于石墨烯分散液的性质研究，不能实现上部压力、温度、石墨烯初始浓度、离子强度、有机物含量、ph值等作用下gcl对石墨烯的截留性能研究，因此，本发明装置的开发对实现gcl对石墨烯截留性能研究具有重要的意义。
技术实现要素：
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种石墨烯颗粒在gcl中渗透的实验系统，可控制实验变量如gcl铺砌厚度、溶液中石墨烯初始浓度、离子强度、有机物含量、ph值、压力和温度等，研究石墨烯分散液在gcl中的渗透性能情况，进而分析gcl对石墨烯的截留阻滞性能。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种石墨烯颗粒在gcl中渗透的实验系统，包括：
渗透装置，为一底部带有渗透孔的封闭容器，用于盛放石墨烯颗粒液体，所述的渗透装置底部铺有土工合成材料黏土衬垫gcl；
加压装置，与所述的渗透装置相连通，用于调节渗透装置内部压力；
收集装置，与所述的渗透孔连接，用于收集从渗透装置渗出的液体；
控温装置，包覆在所述的渗透装置外部，用于调节渗透装置的内部温度。
所述的渗透装置包括依次连接的顶盖、圆柱筒和底座，所述的顶盖与加压装置连接，所述的底座上设置渗透孔。
所述的顶盖上设有带控制开关的排气阀。
所述的顶盖底部与圆柱筒连接处设有第一凹糟，用于安装o型密封圈。
所述的圆柱筒底面边沿带有环形内置凹槽，底面铺有不锈钢滤网，所述的不锈钢滤网的边沿通过o型密封圈挤压嵌入环形内置凹槽内，并与圆柱筒内壁紧贴，所述的gcl位于不锈钢滤网之上，所述的渗透孔位于不锈钢滤网下方。
所述的加压装置包括空气压缩机、输气管和调压阀，所述的空气压缩机通过输气管与渗透装置顶部连接，所述的调压阀设置在输气管上。
所述的收集装置包括收集漏斗、三脚支架和三根固定螺杆，所述的收集漏斗固定在渗透装置底部，所述的固定螺杆顶部与渗透装置连接，底部与三脚支架连接，所述的三脚支架和固定螺杆用于支撑渗透装置。
所述的收集漏斗底部带有渗透管。
所述的控温装置包括循环水槽、恒温水箱和水泵，所述的循环水槽由薄层壳体环绕在渗透装置外围形成，薄层壳体与渗透装置之间的间隙供水流过，所述的循环水槽通过进水管和回水管与恒温水箱连接形成循环，所述的循环通过水泵提供动力。
所述的循环水槽为有机玻璃。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)通过设置内腔室压力和石墨烯颗粒液体的参数，控制内腔室温度，可实现上部压力、温度、石墨烯初始浓度、离子强度、有机物含量、ph值等作用下gcl对石墨烯的截留性能研究，对石墨烯截留性能研究具有重要的意义。
(2)顶盖底部与圆柱筒连接处设有第一凹糟，用于安装o型密封圈，密封效果好，提高实验参数控制精准度。
(3)圆柱筒底面边沿带有环形内置凹槽，底面铺有不锈钢滤网，不锈钢滤网的边沿通过o型密封圈挤压嵌入环形内置凹槽内，并与圆柱筒内壁紧贴，保证渗滤效果。
(4)渗透装置通过三脚架和固定螺杆支撑，稳定性好，不易晃动和变形，减少对实验结果的影响。
(5)通过外部的循环水槽控制内腔温度，接触面积大，传热效果好。
(6)循环水槽为有机玻璃，可观测到渗透装置内部状态，保证实验效果。
附图说明
图1为本实施例实验系统的结构示意图；
附图标记：
1为螺纹；2为螺帽；3为顶盖；4为固定螺杆；5为收集漏斗；6为三脚支架；7为空气压缩机；8为输气管；9为第一凹槽；10为；11为圆柱筒；12为循环水槽；14为底座；15为gcl；16为不锈钢滤网；17为渗透孔；18为环形内置凹槽；19为渗漏管；20为排气阀；21为控制开关；22为进水管；23为回水管；24为恒温水箱；25为水泵；26为内腔室。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例
如图1所示，一种石墨烯颗粒在gcl中渗透的实验装置包括加压装置、渗透装置、收集装置和控温装置，四者构成一个系统，实现不同条件下gcl对石墨烯截留效果的研究，其变量包括gcl厚度、离子强度、温度、压力、有机物含量、ph值和石墨烯浓度等因素。
渗透装置包括顶盖3、圆柱筒11和底座14。顶盖3由不锈钢制作，其上部与排气阀20和带控制开关的调压阀10密闭连接；调压阀10可以显示并调节渗透装置内部压力；顶盖3下部设置第一凹槽9，用以安置o型圈保证装置气密性。圆柱筒11由有机玻璃制成；其下端设置有外螺纹，和底座14的内螺纹密闭连接。底座14由不锈钢制成，其通过螺纹与循环水槽12密闭连接，并与圆柱筒11密闭连接形成内腔室26；在底座14底部铺上不锈钢滤网16，用o型圈将不锈钢滤网16挤压嵌入环形内置凹槽18；同时底座14内底部凸起部分均匀设置直径2mm左右的渗透孔17。
加压装置包括空气压缩机7、输气管8和调压阀10。空气压缩机7带有控制开关21，当压力达到上限时将自动停止工作；输气管8和带控制开关的调压阀10密闭连接。
收集装置由包括收集漏斗5、三根脚支架6和固定螺杆4。收集漏斗5由不锈钢制成，底部设置渗漏管19并焊接三脚支架6，用以支撑实验上部装置；收集漏斗5上部边缘焊接三根固定螺杆4，固定螺杆4顶端有螺纹1，固定螺杆4和顶盖3通过螺帽2密闭固定。
控温装置包括恒温水箱24、水泵25、进水管22、回水管23和循环水槽12。循环水槽12由薄层有机玻璃制成，其下端设置外螺纹和底座14上部内螺纹密闭连接，循环水槽12在下端和上端分别与进水管22、回水管23对应密闭连接，循环水槽底部铺设需要厚度的gcl15。恒温水箱24保持其内水温维持稳定，水泵25将恒温水箱24固定温度的水通过进水管22运送到循环水槽13的底部，循环水槽13中的水经回水管23回流到恒温水箱24升温/降温并继续进入循环水槽12，以此来实现渗透装置内温度恒定。
借助本装置，在渗透装置内底部铺设特定厚度且完全水化的gcl，将离子强度、温度、有机物含量、ph值和石墨烯浓度等变量特定的石墨烯溶液，倒入渗透仪内密闭，通过加压装置维持渗透装置内压力恒定，并借助控温装置保持渗透装置内温度稳定，使石墨烯溶液渗透gcl并经底部不锈钢滤网流出，通过收集装置，收集渗透出的石墨烯渗透液并检测其中石墨烯浓度，从而研究特定条件下gcl对石墨烯的截留效果。
运用本装置分析主要经历以下几个步骤。
首先，模拟渗透环境，设置实验变量。在渗透装置内腔室26底部铺设一张圆形定性滤纸，并在其上铺设一层特定厚度且完全水化的gcl15，并根据实验设计配置特定石墨烯浓度、ph值、离子强度、有机物含量的石墨烯分散液，将分散液倒入内腔室26并置于gcl层之上；分散液倒入之前需经超声波分散仪震荡处理，使其内石墨烯均匀分布。
其次，装配实验装置，并保证气密性。将渗透装置顶盖3和加压装置7通过输气管8紧密连接，输气管上已安装特定尺寸的快速接头，在渗透装置和加压装置上也分别安装对应尺寸快速接头的公头或母头；将渗透装置和恒温装置通过螺纹紧密连接；借助固定螺杆4和螺帽2，将收集装置和渗透装置顶盖3紧密连接；为保证气密性，在渗透装置顶盖下部第一凹槽9内嵌入o型圈；为保证渗滤效果，在渗透装置底座14内凹部位铺设一层100目的不锈钢滤网16，用o型圈将不锈钢滤网压入到底部内置环形凹槽18内，并用环氧树脂将o型圈和渗透装置内壁进紧密粘结。
然后，调节压力和维持温度。组装好仪器并保证气密性后，打开加压装置，使之向内腔室26持续进气，达到一定压力后停止进气，并根据调压阀读数来调节进气量，从而维持压力稳定；加压装置主要采用空气压缩机7，通过通气能使腔室内压强达到0.8mpa；根据实验要求设置恒温水箱24温度，使箱内水达到要求水温，借助水泵25将恒温水箱24内的水经输进水管22输入到循环水槽13底部，同时循环水槽上部水经回水管23自行回流到恒温水箱24。
最后，维持压力稳定，进行试验并收集渗漏液。内腔室26中石墨烯分散液在特定压力和温度作用下，渗透过gcl15经底部渗透孔17流入收集漏斗5，通过渗漏管19流出后被收集并密封保存。