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三氯乙烯在包气带介质中的吸附行为特征研究

张晶  
【摘要】: 三氯乙烯(TCE)是目前地下水有机污染中较普遍的氯代烃污染物,由于其难降解性,在垂向入渗过程中,包气带土壤对TCE吸附行为垂向变化规律对于其在包气带环境中的迁移、转化规律及其归宿具有重要意义。本文以典型氯代烃TCE作为吸附质,分别以包气带剖面实际土样、提取胡敏酸以及各种模拟样品进行吸附批实验,研究了TCE在包气带各组分的吸附行为,主要内容主要得出以下结论: (1)包气带土样和模拟矿物质对比研究表明,粘土矿物的最大吸附容量为200μg·kg-1,原生矿物最大吸附容量仅为15μg·kg-1,土壤有机质(SOM)的最大吸附容量平均约为250 mg·kg-1,三者吸附性能差距显著,其中SOM对土壤吸附TCE的贡献百分比达到90%左右。 (2)有机-矿质复合体会影响有机质的组成和结构从而对其吸附行为有重要作用,土壤有机碳含量与土壤粘土矿物含量的比值(C/M)是反映有机-矿质作用对吸附行为影响的一个重要参数。实验结果发现:对于包气带剖面不同深度土样,C/M值越小,土样对TCE的Koc值越大。 (3)通过对提取胡敏酸的吸附批实验发现,包气带表层SOM比下部SOM含有更多的直链烷烃以及N,且Koc值较小。提取胡敏酸的Koc值与土样C/M值成负相关,包气带不同深度SOM在分子组成和结构的微观差异与有机-矿质作用有重要关系,最终反映到宏观变量C/M值上来。 (4)矿物质混合腐殖酸模拟土样吸附试验结果表明,模拟样品的Freundlich常数n与foc之间存在几个吸附行为变化区间:总体来说,随着foc的增加,样品的等温吸附线由非线性向线性过渡,n值的增加速率先快后慢,逐渐趋向于1。在0.2%foc0.6%这个区间,n值随foc增加的趋势明显变缓,这是由于有机-矿质复合体发生团聚现象,团聚体对一些吸附位产生物理保护作用所致。 (5)通过腐殖酸(HA)与高岭土在形成复合体前后的核磁共振谱图对比分析发现,在腐殖酸-高岭土复合体形成过程中,高岭土更倾向与吸附腐殖酸中的芳香C,导致复合体腐殖酸中芳香C明显高于未结合态腐殖酸(复合体腐殖酸的芳香度为75%,明显高于后者43%的芳香度),且随着腐殖酸含量的增加,复合体中芳香C含量也越多。由于芳香C相对于脂肪C疏水性较弱,对TCE等疏水性有机污染物吸附能力也较弱,因此这种分子组成的差异导致了样品含芳香C比例高越高Koc值越小的现象。 (6)包气带垂向上C/M值的差异其实是有机-矿质作用下有机质分子组成和结构微观差异的宏观体现。试验结果证实:包气带垂向剖面上部土壤有机碳含量较高,C/M在1.5左右,在有机-矿质作用下,土壤有机质中含有较高比例的芳香C,对TCE的Koc值较小,约250 L·kg-1左右;包气带下部土壤有机碳含量一般较低,C/M在0.5左右,土壤有机质中含有更多的脂肪C,Koc值较大,一般达到500 L·kg-1左右。


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