塿土—多环芳烃—表面活性剂之间的相互作用研究

论文摘要

多环芳烃（PAHs）是广泛存在于土壤等环境介质中的一类难降解的有机污染物,目前修复这类有机物污染土壤常用的方法就是表面活性剂增效修复（surfactant enhanced remediation , SER）技术,该技术是利用表面活性剂溶液对疏水性有机污染物的增溶作用来促使吸附在土壤中的有机污染物解吸及溶解、并最终从土壤环境被去除。然而在应用表面活性剂增效修复土壤中有机物的同时,如果土壤对有机物具有较强的吸附能力以及绝大部分表面活性剂被土壤吸附,将会使其增溶有机物的能力大大的减弱。因此,在选择表面活性剂修复有机物污染土壤时,考虑土壤对有机物的吸附特性和表面活性剂被土壤的吸附能力及吸附量的大小是非常重要的。本文以菲和萘为多环芳烃的代表物,选取4种典型的表面活性剂（阴离子型SDS,非离子型Brij35、Triton X-100、Tween80）,采用平衡吸附法研究了石灰性土壤（塿土）对菲和萘的吸附行为以及对单一和混合表面活性剂的吸附特性。在此基础上,以最少的增效试剂用量达到最大的增效修复效果为目标,试验了浓度在CMC之下的SDS和TritonX-100、Brij35、Tween80,以及浓度在CMC之上的Brij35和Tween80对污染土壤中菲和萘总的洗脱效果,进一步探明了阴-非离子混合表面活性剂的混合比例对菲和萘污染土壤的增效修复效果,以期寻求表面活性剂修复这类土壤中有机污染的最佳方法,为评价表面活性剂的环境污染和开展应用表面活性剂进行污染治理和石灰性土壤修复提供理论依据。（1）菲和萘在塿土上的吸附实验表明:菲和萘在塿土上的吸附等温线为非线性, Freundlich方程最符合其吸附行为。菲和萘在塿土上的吸附量随温度升高而降低,其吸附是一个自发的放热过程;熵变值小于零,焓变值是吸附过程的驱动力。pH增加,塿土对菲和萘的吸附量下降;而随着离子强度增加,塿土对菲和萘的吸附量增加。CaCO3对菲和萘的吸附等温线也为非线性,其对塿土吸附菲和萘具有较大的贡献。（2）单一表面活性剂在塿土上的吸附行为表明,非离子表面活性剂在塿土上吸附等温线均呈L型,且均符合Freundlich和Langmuir方程,其主要通过与土壤粒子表面基团形成氢键而吸附;塿土对SDS的吸附等温线呈LS型,可用Freundlich方程来描述, SDS单体主要通过疏水基与土壤中的OM结合、静电引力与粘粒矿物的边面及CaCO3表面结合而被吸附、SDS与Ca2+的沉淀而导致吸附量增加;塿土对4种表面活性剂吸附量的大小顺序为Tween80>SDS>Brij35>TritonX-100。pH对非离子表面活性剂的吸附影响不大;而随着pH的增加,塿土对SDS的吸附百分率明显下降;在pH为8.0时,塿土对非离子表面活性剂的吸附百分率达到80%以上。（3）塿土对阴-非离子混合表面活性剂吸附实验表明,SDS-Brij35之间的相互影响不大;TritonX-100与SDS相互作用较大,无论二者以何种方式混合都会使TritonX-100在塿土上的吸附量增加,SDS的吸附量下降;SDS与Tween80之间的相互作用最大,混合后吸附量均下降,但Tween80吸附量降低的幅度最大。因此在选择合适的表面活性剂进行有机污染土壤修复和治理时,考虑土壤的特性和表面活性剂的结构是非常重要的。（4）单一表面活性剂对菲和萘污染塿土的洗脱实验表明,在临界胶束浓度以下,随着单一表面活性剂的增大,菲和萘的总洗脱百分数不断增大,大小顺序为:SDS>Tween80> TritonX-100>Brij35,其洗脱机理归因于表面活性剂分子对疏水性有机物在水介质中溶解度的增加和对土壤表面结构的改变;离子强度增加有利于增加SDS对菲和萘的洗脱百分数,而不利于增加非离子表面活性剂对菲和萘的洗脱百分数。（5）混合表面活性剂对菲和萘污染塿土的洗脱实验表明,由于更易于在溶液中形成稳定的混合胶束,因而混合表面活性剂对菲和萘污染土壤具有较好的修复效果,其最佳洗脱质量比为Tween80:SDS=3:5;TritonX-100:SDS=1:8; Brij35:SDS为21:200时,洗脱百分数达到100%。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 土壤对多环芳烃吸附研究进展
• 1.1.1 多环芳烃的简介
• 1.1.2 多环芳烃的来源
• 1.1.3 土壤多环芳烃的污染状况
• 1.1.4 土壤对多环芳烃的吸附机理
• 1.1.5 影响土壤对多环芳烃吸附的影响因素
• 1.2 土壤对表面活性剂吸附研究进展
• 1.2.1 表而活性剂的定义和分类
• 1.2.2 表面活性剂在固体表面的吸附形态
• 1.2.3 表面活性剂在土壤表面的吸附行为
• 1.2.4 影响土壤吸附表面活性剂的因素
• 1.3 表面活性剂增效修复土壤中有机污染物研究进展
• 1.3.1 表面活性剂增效修复原理
• 1.3.2 表面活性剂在土壤修复中的特性
• 1.3.3 影响表面活性剂增效修复的因素
• 1.4 本研究的目的与意义
• 第二章 不同条件下塿土对菲和萘的吸附特征
• 2.1 实验材料与方法
• 2.1.1 实验仪器
• 2.1.2 实验材料
• 2.1.3 塿土对菲和萘的吸附实验
• 2.2 结果与讨论
• 2.2.1 塿土对菲和萘的吸附影响因素分析
• 2.2.2 塿土对菲和萘的混合吸附特征
• 2.2.3 塿土对菲和萘吸附的热力学特征
• 2.3 结论
• 第三章 塿土对阴-非离子表面活性剂的吸附特征研究
• 3.1 材料与方法
• 3.1.1 主要试剂和材料
• 3.1.2 实验方法
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 塿土对单一表面活性剂的吸附特征
• 3 与塿土对表面活性剂吸附的比较'>3.2.2 CaCO₃与塿土对表面活性剂吸附的比较
• 3.2.3 塿土对阴-非离子表面活性剂混合吸附特征
• 3.3 结论
• 第四章 阴-非离子表面活性剂对污染塿土中菲和萘的洗脱研究
• 4.1 材料与方法
• 4.1.1 主要试剂和材料
• 4.1.2 实验方法
• 4.2 结果与分析
• 4.2.1 单一表面活性剂对塿土中菲和萘洗脱效果
• 4.2.2 混合表面活性剂对污染塿土中菲和萘的洗脱结果
• 4.2.3 离子强度对表面活性剂洗脱污染塿土中菲和萘的影响
• 4.3 结论
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介