表面活性剂对有机污染物在土壤/沉积物上吸附行为的调控机制

【摘要】：土壤/沉积物对有机污染物的吸附是影响其在环境中迁移转化、归宿和生物生态效应的主要因素之一。为控制和修复土壤及地下水有机污染，需要了解和调控有机污染物在水饱和土壤/沉积物上的吸附行为。环境中共存的表面活性剂，会显著影响有机污染物在土壤/沉积物上的吸附。因此，可以利用表面活性剂调控其吸附行为，达到控制和增效修复土壤及地下水有机污染的目的。本文研究了有机物、表面活性剂和混合表面活性剂在土壤/沉积物上的吸附行为、规律及机理，探讨了混合表面活性剂增强调控有机物在土壤/沉积物上吸附行为的作用机制。论文取得了以下一些价值的研究结果： (1) 发现在所研究的有机物范围内，它们在土壤/沉积物上的分配系数和表面吸附系数都与土壤/沉积物有机碳含量呈显著线性正相关，与有机物溶解度呈负相关，而与比表面积、粘土含量等无关。明确了有机质是有机物在土壤/沉积物上非线性吸附的主导源。建立了利用土壤/沉积物有机碳含量和有机物溶解度两个参数预测估算有机物在土壤/沉积物上非线性吸附的模型。 (2) 建立了多元线性统计回归分析土壤/沉积物组成吸附非离子表面活性剂能力的方法，探明了土壤/沉积物对非离子表面活性剂的吸附由有机质含量、粘土矿物含量及类型共同决定。土壤/沉积物各成份对Triton X-100的吸附能力大小顺序为：蒙脱石＞有机碳＞伊利石＞1.4nm矿物＞＞高岭石。 (3) 探明SDBS在土壤/沉积物粘土矿物上损失的主要原因为SDBS和钙镁离子间的沉淀，其机理为SDBS的钠离子将粘土中的钙离子通过阳离子交换释放到溶液中，并与SDBS在溶液中产生沉淀。 (4) 发现阴-非混合表面活性剂能降低表面活性剂在土壤粘土上的吸附等损失，并增强洗脱土壤有机污染。Triton X-100和SDBS质量比为1：9时，表面活性剂在土壤上的吸附损失最少，对污染土壤中菲的洗脱效率最高。溶液中混合胶束阻止类胶束态的形成、阻止SDBS和土壤表面间的静电吸引、阻止Triton X-100和土壤表面间的氢键、促进SDBS和钙离子形成沉淀产物的再溶解，是降低以及最小化Triton X-100和SDBS损失的主要机理。建立了利用表面活性剂的损失量和临界胶束浓度计算其对土壤中有机污染临界洗脱浓度的模型。 (5) 提出了用阳-非混合表面活性剂增强土壤/沉积物对有机污染物吸附固定的方法。单一CPC或Triton X-100能将沉积物吸附硝基苯的能力分别提高50倍和 9.1倍，cPc和Tritonx一100混合表面活性剂溶液则能将沉积物吸附硝基苯的能力 提高70倍。阳一非混合表面活性剂提高有机物在土壤/沉积物上吸附的机理为阳离 子表面活性剂和非离子表面活性剂在土壤/沉积物上的共同吸附提高了沉积物的有 机碳含量。