彭愛夏，占敬敬，吳明火

（大連理工大學(xué)海洋科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，遼寧盤錦124221）

引 言

納米材料具有特殊的理化性質(zhì)，現(xiàn)已被廣泛地應(yīng)用于生命科學(xué)[1]、土壤修復(fù)[2]、水處理[3]、能源[4]和農(nóng)業(yè)肥料等諸多領(lǐng)域[5]。然而，其應(yīng)用后最終仍不可避免地匯入土壤和地下水等地下環(huán)境，具有潛在的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)[6-7]。因此研究納米粒子在地下環(huán)境中的運(yùn)移和歸趨規(guī)律具有重要意義[8-10]。

納米粒子在多孔介質(zhì)中的遷移經(jīng)歷兩個(gè)過程[11]。第一個(gè)過程為碰撞：隨流體進(jìn)入多孔介質(zhì)的納米粒子與多孔介質(zhì)可能發(fā)生碰撞，未發(fā)生碰撞的納米粒子順利通過；第二個(gè)過程為附著：發(fā)生碰撞的顆粒可能會(huì)附著在多孔介質(zhì)表面，從而被截留，而未附著的顆粒繼續(xù)隨流體流動(dòng)。所以，只有當(dāng)碰撞和附著同時(shí)發(fā)生時(shí)，納米粒子才會(huì)被留在多孔介質(zhì)表面[12]。最早用于定量描述納米粒子在多孔介質(zhì)中傳輸?shù)哪Ｐ褪荵ao等[13]開發(fā)的CFT模型，其認(rèn)為納米粒子在多孔介質(zhì)中的捕集率或去除率（η）是由碰撞效率（η0）和附著效率（α）共同決定，為二者之積。其中，碰撞效率（η0）是指與多孔介質(zhì)碰撞的顆粒數(shù)量與流向多孔介質(zhì)的顆粒總數(shù)量之比；附著效率（α）是指由于碰撞并附著于多孔介質(zhì)表面的納米粒子數(shù)量與介質(zhì)發(fā)生碰撞的納米粒子總數(shù)量之比。

迄今，已有較多的模型用來預(yù)測(cè)碰撞效率（η0），并進(jìn)而預(yù)測(cè)納米粒子在多孔介質(zhì)中的捕集效率或去除率（η）[14-16]。Yao等[13]基于軌跡分析的方法，認(rèn)為碰撞效率（η0）受攔截、重力沉降和自由擴(kuò)散三個(gè)機(jī)制的共同影響。盡管CFT模型明確了以上三種機(jī)制對(duì)碰撞效率的貢獻(xiàn)是疊加的，但卻沒有考慮水動(dòng)力和范德華力的影響[17]。Rajagopalan和Tien[18]采用合適的多孔介質(zhì)模型對(duì)非布朗粒子軌跡方程的數(shù)值求解，建立了預(yù)測(cè)單個(gè)多孔介質(zhì)的碰撞效率的R-T半經(jīng)驗(yàn)方程。但R-T方程也忽略了范德華力的影響，以及不適于預(yù)測(cè)以布朗擴(kuò)散為主納米粒子的沉積[19]。在前人的研究基礎(chǔ)上，2004年Tufenkji和Elimelech等[20]比較全面地考慮了顆粒去除機(jī)制和相互作用力，在對(duì)流-擴(kuò)散方程數(shù)值解的基礎(chǔ)上，提出了用于計(jì)算飽和多孔介質(zhì)中碰撞效率的T-E模型。鑒于該模型所得出的理論值與實(shí)際結(jié)果較為吻合，故當(dāng)前被廣泛地應(yīng)用于預(yù)測(cè)納米粒子在多孔介質(zhì)中的遷移[21-23]。

根據(jù)T-E模型，無論孔隙大小納米粒子在多孔介質(zhì)中碰撞效率與孔隙度是一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。也就是說，在相同孔隙度下，即使多孔介質(zhì)的排列方式不同，介質(zhì)對(duì)納米粒子的碰撞效率和去除率也是一致的。這是由于T-E模型是將多孔介質(zhì)看作一個(gè)獨(dú)立的顆粒，僅對(duì)單個(gè)多孔介質(zhì)或孔隙分布均勻的介質(zhì)體系有效[24]。然而在實(shí)際過程中并非如此[25]。如圖1所示，在多孔介質(zhì)孔隙度相同的情況下（孔隙體積等于總體積與介質(zhì)體積之差），多孔介質(zhì)排列方式不同會(huì)造成納米粒子的通過率不同，也就是碰撞效率會(huì)有明顯差異。由于多孔介質(zhì)中孔隙特征不同，圖1中右邊介質(zhì)的穿透率將高于左邊。因此，在研究納米粒子在多孔介質(zhì)中的遷移過程，多孔介質(zhì)的孔隙特征是一個(gè)不可忽視的因素[26-27]。Bradford等[26]報(bào)道，當(dāng)納米粒子直徑與多孔介質(zhì)顆粒直徑之比大于0.005時(shí)，介質(zhì)顆粒之間的阻塞作用對(duì)納米粒子在多孔介質(zhì)中的遷移有影響。而考慮納米粒子與多孔介質(zhì)顆粒的直徑比在多孔介質(zhì)分布均勻的情況下是具有參考價(jià)值的。在實(shí)際應(yīng)用中多孔介質(zhì)顆粒之間的孔隙特征往往是不均勻的，當(dāng)多孔介質(zhì)顆粒之間孔隙較小甚至形成死端孔隙時(shí)，納米粒子與多孔介質(zhì)顆粒的直徑比并不能直接反映所有多孔介質(zhì)顆粒間的孔隙對(duì)粒子的攔截作用。因此用納米粒子與多孔介質(zhì)顆粒的直徑比描述固相顆粒對(duì)粒子的阻塞作用仍有不足之處。

圖1 納米粒子懸浮液流入多孔介質(zhì)示意圖Fig.1 Schematic diagram of nanoparticles flowing into porous media with liquid flow

本文的目的是深入了解多孔介質(zhì)中孔隙對(duì)納米粒子遷移的影響。在此，利用持水度（fr）來表征孔隙特征，并進(jìn)一步量化其對(duì)多孔介質(zhì)碰撞效率的影響。具體工作如下：（1）證明納米粒子通過相同孔隙度（f）砂柱的穿透率不相同，且與持水度（fr）呈反比；（2）根據(jù)實(shí)驗(yàn)和擬合的模型參數(shù)，對(duì)截留機(jī)制下的多孔介質(zhì)碰撞效率（ηI）進(jìn)行調(diào)整，使其由孔隙度（f）和持水能力（fr）共同決定，進(jìn)而對(duì)原模型進(jìn)行優(yōu)化，新模型充分考慮了多孔介質(zhì)中孔隙對(duì)納米粒子遷移的影響；（3）通過納米二氧化硅（nSiO2）在砂柱中的傳輸實(shí)驗(yàn)和納米二氧化鈦（nTiO2）在不同粒徑石英砂中的傳輸實(shí)驗(yàn)證明，優(yōu)化模型適用于不同粒徑的多孔介質(zhì)并可以更準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)納米粒子在多孔介質(zhì)中的遷移。

1 實(shí)驗(yàn)材料和方法

1.1 材料

本實(shí)驗(yàn)所用多孔介質(zhì)為超純類球形石英砂（99.8%二氧化硅），天津市東麗區(qū)天大化學(xué)試劑廠提供。通過排水法測(cè)得石英砂的密度為2.63 g/cm3。

納米二氧化鈦（nTiO2），上海麥克林生化科技有限公司提供，平均粒徑為20 nm，密度為4.26 g/cm3,Hamaker常數(shù)為1.4×10-20J。納米二氧化硅（nSiO2），上海阿拉丁生化科技股份有限公司提供，平均粒徑為30 nm，密度為2.59 g/cm3，Hamaker常數(shù)為0.77×10-20J。每次實(shí)驗(yàn)前，將nTiO2、nSiO2納米粒子置于去離子水中，超聲15 min，使其充分分散。

1.2 分析測(cè)試儀器

蠕動(dòng)泵（JIHPUMP,153Yx），重慶杰恒蠕動(dòng)泵有限公司；美國哈希2100N濁度計(jì)。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

在實(shí)驗(yàn)中，用標(biāo)準(zhǔn)篩篩選出0.425~0.850 mm石英砂，反復(fù)沖洗除去雜質(zhì)，然后在105℃烘箱中烘12 h。在傳輸實(shí)驗(yàn)中，將潔凈的石英砂填充到直徑為3 cm的色譜柱中，通過間歇振蕩，使石英砂自然壓實(shí)[28]。將石英砂填充到12 cm高，通過比較干柱質(zhì)量和飽水柱質(zhì)量來測(cè)量石英砂柱的孔隙度。蠕動(dòng)泵轉(zhuǎn)速設(shè)置為10 r/min（9 ml/min）。先用10孔隙體積（PV）的去離子水沖洗填充砂柱，再注射5 PV的納米粒子懸浮液，最后用5 PV的去離子水沖洗砂柱。通過測(cè)定膠體溶液的濁度來確定納米粒子的濃度。

1.4 理論背景

T-E模型如式(2)~式(5)所示：

式中，η0表示單個(gè)介質(zhì)顆粒對(duì)納米粒子的碰撞效率;ηD表示擴(kuò)散機(jī)制產(chǎn)生的碰撞效率；ηI表示攔截機(jī)制產(chǎn)生的碰撞效率；ηG表示重力沉降機(jī)制產(chǎn)生的碰撞效率。具體參數(shù)表達(dá)式如表1所示。

表1 T-E模型中參數(shù)的表達(dá)式Table 1 Expression of parameters in the T-E model

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 T-E模型的應(yīng)用

根據(jù)T-E模型，可以直接得到顆粒大小、孔隙度與碰撞效率之間的關(guān)系。本文以nTiO2為例，將具體數(shù)值代入相應(yīng)的參數(shù)中，可將T-E模型簡化為式(5)和式(6)。式中所用石英砂柱的孔隙度為0.445，nTiO2粒徑為20 nm。

由上述方程得到圖2相關(guān)曲線。從圖2（a）可以看出，在整個(gè)過程中，截留機(jī)制導(dǎo)致的碰撞效率（ηI）對(duì)總碰撞效率的貢獻(xiàn)很?。?2.7%）。同時(shí)，ηI隨納米粒子大小的變化很小，說明截留機(jī)制產(chǎn)生的碰撞效率對(duì)總碰撞效率的貢獻(xiàn)可能沒有得到充分反映。此外，從圖2（b）可以看出，隨著孔隙度的增加，碰撞效率（以ηI為例）降低，說明在納米粒子大小相似的情況下，孔隙對(duì)納米粒子的輸運(yùn)影響很大。但也表明，碰撞效率與孔隙度之間存在著一對(duì)一的匹配關(guān)系。這意味著，只要孔隙度相同，無論孔隙結(jié)構(gòu)是怎樣的，納米粒子與多孔介質(zhì)之間的碰撞概率都是相同的。

圖2 T-E模型理論曲線Fig.2 The theoretical curves of T-E model

2.2 T-E模型的局限性

在實(shí)際應(yīng)用中，實(shí)際去除效率（η）低于碰撞效率（η0），這是因?yàn)榧{米粒子與多孔介質(zhì)碰撞并不一定附著在多孔介質(zhì)表面。例如，雙電層作用和布朗運(yùn)動(dòng)可能導(dǎo)致兩者具有相互排斥力，這就是附著效率的物理意義。先前的研究表明，納米粒子在多孔介質(zhì)上的附著效率可以根據(jù)碰撞效率（η0）和去除效率（η）來估算，如式(7)、式(8):

其中,L為柱實(shí)驗(yàn)填充多孔介質(zhì)的高度;C/C0為納米粒子突破曲線的穿透率。

因此，當(dāng)多孔介質(zhì)的孔隙度固定時(shí)，碰撞效率（η0）將由T-E方程確定并具有唯一值。然后根據(jù)C/C0計(jì)算附著效率（α）。顯然，附著效率理論上應(yīng)該是一個(gè)固定值，因?yàn)樗蝗Q于納米粒子和多孔介質(zhì)的表面性質(zhì)。因此，可以反向推斷，在孔隙度相同的情況下，納米粒子在砂柱中的穿透率（C/C0）應(yīng)該大致相同。

然而，粒徑為20 nm的nTiO2在實(shí)驗(yàn)中的穿透率與孔隙度之間的關(guān)系如圖3所示?？梢姡琻TiO2在同一孔隙度下，納米粒子的穿透率并不穩(wěn)定且差值較大。當(dāng)孔隙度（f）為0.435時(shí)，所得的C/C0分別為0.882，0.853，0.838，0.827，0.803。同理當(dāng)孔隙度（f）為0.445和0.458時(shí)，實(shí)驗(yàn)測(cè)得的C/C0也對(duì)應(yīng)多個(gè)值。結(jié)果表明，納米粒子的穿透率與孔隙度并不對(duì)應(yīng)。因此，計(jì)算的附著效率（α）出現(xiàn)了一個(gè)很大的偏差（詳細(xì)在2.5節(jié)部分），這與α應(yīng)該是一個(gè)固定值的事實(shí)相反。

圖3 孔隙度（f）分別為0.435、0.445和0.458時(shí)納米粒子穿透率的實(shí)驗(yàn)值Fig.3 Experimental values of nanoparticle penetration when porosity(f)was 0.435,0.445 and 0.458

2.3 持水度的影響

以上偏差表明，納米粒子在多孔介質(zhì)中的遷移不僅與多孔介質(zhì)的孔隙度有關(guān)，同樣與多孔介質(zhì)中孔隙特征相關(guān)。美國土壤學(xué)會(huì)（American Soil Society）將多孔介質(zhì)按照當(dāng)量孔徑分為大孔（>75 μm）、中孔（30~75μm）、小孔（5~30μm）、超顯微孔（0.1~5μm）和隱孔（<0.1μm）。多孔介質(zhì)持水度（fr）是指飽水多孔介質(zhì)在重力釋水后仍能保持的水體積與多孔介質(zhì)總體積之比[29]。飽和多孔介質(zhì)在重力作用下（自然釋放）釋放水時(shí)，一部分水從孔隙中流出，另一部分水由于分子力和毛細(xì)管力而留在孔隙中[30]?？紫短卣骺捎贸炙龋╢r）來表征。通常情況下，小孔隙是指孔徑低于30μm的孔隙，包括多孔介質(zhì)之間的小孔、超顯微孔、隱孔以及多孔介質(zhì)表面的可持水孔隙。因此，即使孔隙度相同，不同的孔隙特征也會(huì)導(dǎo)致不同的持水能力。持水度大時(shí)，小孔隙的占比較高，水的可流動(dòng)孔隙少，納米粒子的穿透率也會(huì)隨之減少。反之則會(huì)增大。

為了定量分析持水度與穿透率之間的關(guān)系，考察了孔隙度相同但持水度不同時(shí)納米粒子的突破曲線。在實(shí)驗(yàn)中，通過振動(dòng)或輕輕搖動(dòng)砂柱來調(diào)節(jié)持水能力，但通過控制砂的高度可以保持孔隙度不變。如圖4（a）所示，四份石英砂樣品孔隙度均為0.424，但測(cè)得的持水度分別為0.1294、0.1967、0.2263、0.2846。顯然，相同孔隙度下納米粒子的穿透率并不相同，隨著持水度的增加穿透率從0.8225降至0.6347呈下降趨勢(shì)。當(dāng)孔隙度分別為0.435[圖4（b）]、0.445[圖4（c）]、0.458[圖4（d）]時(shí)，也出現(xiàn)了類似的現(xiàn)象。同時(shí)，持水度差值越大，穿透率差值越大。如圖4（c）所示，穿透率的最小值（0.5759）僅為最大值（0.8436）的68.27%。

圖4 持水度對(duì)納米粒子穿透率的影響Fig.4 The effect of the water holding capacity on the permeability of nanoparticles

圖5為孔隙度為0.445時(shí)，持水度與納米粒子穿透率的對(duì)應(yīng)關(guān)系。從圖中可以看出，納米粒子穿透率不僅與孔隙度有關(guān)，而且隨持水度的增加而降低，這一點(diǎn)在以往的研究中一直被忽視。通過數(shù)據(jù)擬合可以得出，出水濃度與持水度呈反比，R2達(dá)到0.9629。

圖5 持水度與穿透率的線性關(guān)系（孔隙度為0.445）Fig.5 The linear relationship between the water holding capacity and the effluent concentration(porosity is 0.445)

2.4 T-E模型的優(yōu)化

鑒于介質(zhì)孔隙所產(chǎn)生的主要是攔截作用，此次優(yōu)化只針對(duì)T-E模型中的攔截機(jī)制（ηI），而模型中擴(kuò)散機(jī)制與重力沉降機(jī)制保持不變。在優(yōu)化后的模型中，截留機(jī)制貢獻(xiàn)的碰撞效率不僅取決于孔隙度相關(guān)參數(shù)（As），還受多孔介質(zhì)中孔隙特征的影響。另外新的公式用ηI′來區(qū)分ηI，其表達(dá)式為式(9)：

設(shè)定F為孔隙特征相關(guān)參數(shù)，用以衡量多孔介質(zhì)中孔隙的持水能力對(duì)攔截機(jī)制的貢獻(xiàn)，并定義F=fr/f，a、b為系數(shù)。其中F表示介質(zhì)間具有持水能力的孔隙占總孔隙的比例。F越大說明多孔介質(zhì)的孔隙中可持水孔隙占比越多，介質(zhì)滯留納米粒子溶液的能力強(qiáng)，納米粒子在孔隙中不易流動(dòng)，易被截留。

表2為孔隙度為0.445時(shí)，nTiO2在石英砂中傳輸實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。其中fr和C/C0是通過實(shí)驗(yàn)得到的，η根據(jù)式（8）計(jì)算得到的。由于T-E方程沒有考慮孔隙的影響，因此認(rèn)為該模型更適用于持水度最小的情況。于是假設(shè)T-E方程符合fr=0.1275的情況，這是在實(shí)驗(yàn)中可以得到的最小的持水度值。通過碰撞效率（η0）得到合理的附著效率（α）的值，當(dāng)附著效率為一定值時(shí)，對(duì)于其他具有較高持水能力的情況，碰撞效率（η0）可由式（7）計(jì)算得到。由于三個(gè)機(jī)制所產(chǎn)生的碰撞效率對(duì)總碰撞效率的貢獻(xiàn)是相加的，求出總碰撞效率后減去擴(kuò)散機(jī)制與重力沉降貢獻(xiàn)的值，即可得到新攔截機(jī)制所產(chǎn)生的碰撞效率（ηI′）。

圖6為表2中η′I與F的擬合曲線。通過數(shù)據(jù)擬合，可優(yōu)化得截取機(jī)制所產(chǎn)生的碰撞效率為式(10)。因此，對(duì)已有的T-E模型稍加修改為式(11):

圖6 ηI′與F的對(duì)應(yīng)關(guān)系及擬合曲線Fig.6 Correspondence and fitting curve of the pore spacedependent parameter(F)andηI′

表2 nTiO2在石英砂中遷移的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（孔隙度為0.445）Table 2 Experimental data of nTiO2 transported in quartz sand（porosity is 0.445）

2.5 驗(yàn)證

通過附著效率（α）的偏差來驗(yàn)證模型的準(zhǔn)確性。由于α只與多孔介質(zhì)和納米粒子的屬性、表面性質(zhì)有關(guān)，所以同一種納米粒子在多孔介質(zhì)中傳輸時(shí)附著效率應(yīng)為一固定值。如前述式(7)和式(8)所示，附著效率可以通過η0和實(shí)驗(yàn)所測(cè)的C/C0的對(duì)應(yīng)關(guān)系計(jì)算得到。盡管可以通過不同的（η0，C/C0）數(shù)來計(jì)算α，但只要預(yù)測(cè)的η0合理準(zhǔn)確，則根據(jù)計(jì)算所得的附著效率數(shù)值就相對(duì)一致。因此，可以通過α的偏差來驗(yàn)證模型預(yù)測(cè)η0的準(zhǔn)確性。

30 mg/L粒徑為30 nm的nSiO2在孔隙度為0.453，持水度范圍為0.1277~0.1856時(shí)進(jìn)行傳輸實(shí)驗(yàn)（其他條件與nTiO2傳輸實(shí)驗(yàn)相同）。由式(7)、式(8)、式(11)計(jì)算出優(yōu)化前后T-E模型對(duì)應(yīng)的各值如表3所示。

表3 優(yōu)化前后T-E模型計(jì)算值（nSiO2）Table 3 Values calculated by the T-E model before and after optimization（nSiO2）

圖7為原T-E模型以及優(yōu)化后T-E模型所計(jì)算出的納米粒子穿透率（C/C0）與附著效率（α）之間的關(guān)系。圖7顯示優(yōu)化后T-E模型計(jì)算出的α為0.010（nSiO2），相對(duì)于優(yōu)化前模型計(jì)算的附著效率更加穩(wěn)定。所以優(yōu)化后的T-E模型對(duì)納米粒子在多孔介質(zhì)中傳輸效率的描述更準(zhǔn)確。

圖7 基于優(yōu)化前后T-E模型計(jì)算的nSiO2附著效率（α）Fig.7 The attachment efficiency（α）of nSiO2 calculated by the T-E model before and after optimization

為驗(yàn)證優(yōu)化后T-E模型適用于不同粒徑石英砂。在孔隙度為0.442，持水度范圍為0.2451~0.3140的0.250~0.425 mm的石英砂中用30 mg/L粒徑為20 nm的nTiO2進(jìn)行傳輸實(shí)驗(yàn)。由式(7)、式(8)、式(11)計(jì)算出優(yōu)化前后T-E模型對(duì)應(yīng)的各值如表4所示。

表4 優(yōu)化前后T-E模型計(jì)算值（nTiO2）Table 4 Values calculated by the T-E model before and after optimization（nTiO2）

圖8為原T-E模型以及優(yōu)化后T-E模型所計(jì)算出的nTiO2在0.250~0.425 mm的石英砂中的穿透率（C/C0）與附著效率（α）之間的關(guān)系。圖8顯示優(yōu)化后T-E模型計(jì)算出的α約為0.0064。由此可得，優(yōu)化后的T-E模型適用于不同粒徑的多孔介質(zhì)。

圖8 基于優(yōu)化前后T-E模型計(jì)算的附著效率（α）Fig.8 The attachment efficiency(α)calculated by the T-E model before and after optimization

3 結(jié) 論

本文在接受現(xiàn)有T-E模型中各種概念的基礎(chǔ)上，充分考慮了多孔介質(zhì)中孔隙特征對(duì)納米粒子在多孔介質(zhì)中遷移的影響。結(jié)果表明，納米粒子在多孔介質(zhì)中的遷移不僅與孔隙度有關(guān)，還與其持水度有關(guān)。為了反映持水度對(duì)截留機(jī)制的貢獻(xiàn)，提出了孔隙特征相關(guān)參數(shù)F，即具有持水能力的孔隙占介質(zhì)孔隙總數(shù)的比例。通過實(shí)驗(yàn)和數(shù)據(jù)擬合，優(yōu)化了原始模型，并將截留機(jī)制下的碰撞效率（ηI）調(diào)整為與孔隙度（f）和持水度（fr）同時(shí)相關(guān)。此外，通過砂柱對(duì)納米二氧化硅（nSiO2）的傳輸實(shí)驗(yàn)以及納米二氧化鈦（nTiO2）在不同粒徑石英砂中的傳輸實(shí)驗(yàn)證明，優(yōu)化后的模型可以更準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)納米粒子在多孔介質(zhì)中的遷移。

符號(hào)說明

A——哈梅克常數(shù)，J

As——孔隙度常數(shù)

ap——納米粒子半徑，m

C——納米粒子出口處濃度，mg/L

C/C0——相對(duì)濃度（穿透率）

C0——納米粒子進(jìn)口處濃度，mg/L

D——粒子擴(kuò)散系數(shù)，D=

dc——多孔介質(zhì)直徑，m

dp——納米粒子直徑，dp=2ap，m

F——孔隙常數(shù)

f——孔隙度

fr——持水度

g——重力加速度，g=9.81 g/s2

k——玻爾茲曼常數(shù)，1.3805×10-23J/K

L——多孔介質(zhì)裝填高度，m

r——與孔隙度相關(guān)的參數(shù)，

T——熱力學(xué)溫度，K

U——液體行進(jìn)流速，m/s

μ——絕對(duì)黏度，Pa·s

ρf——液體密度，g/cm3

ρp——納米粒子密度，g/cm3