表面活性剂在土壤有机污染修复中的作用及机理

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修复和缓解土壤有机污染是环境科学和工程等领域急待解决的热点问题之一。表面活性剂在土壤有机污染修复/缓解中具有巨大的应用潜力,特别是表面活性剂增强修复(Surfactant-enhanced Remediation,SER)有望成为土壤有机污染修复的实用技术。 本文在评述表面活性剂在土壤有机污染修复中的应用及机理的基础上,围绕表面活性剂对有机污染物在土壤/水界面间吸附行为的影响这一中心,深入探讨了表面活性剂-土壤-水-有机污染物复杂体系中多界面、多过程的吸附行为。重点研究了阳离子表面活性剂对土壤/粘土截留固定各种极性有机污染物的增强效应、机理及影响因素,特别是吸附态表面活性剂的吸附机理和临界固定浓度;研究了阴、非离子表面活性剂对有机污染物的增溶和洗脱作用,深入探讨了表面活性剂的临界洗脱浓度及其影响因素。系统地研究了表面活性剂的增溶作用(动力学、热力学)、在土壤上的吸附、洗脱或固定土壤中有机污染物、表面活性剂的回收等内容,试图为表面活性剂在土壤有机污染修复/缓解中的应用,拟订快速、经济、有效的土壤有机污染修复的实用技术,同时为土壤污染地区有效控制农产品污染、生产优质农产品提供理论依据。论文取得了一些创新性的研究成果。 (1)阳离子表面活性剂(MPB)能显著增强土壤吸附固定对硝基苯酚、苯酚、萘等有机污染物,吸附机理为土壤SOM和吸附态MPB烷基链形成有机相的双分配作用,表观分配系数Kd*=Kocfoc+Koc*foc*;Kd*增大源于土壤有机碳含量foc*提高和MPB烷基链形成的有机相分配能力Koc*增强(Koc*比Koc约大10~25倍);最佳的截留固定作用(Kdmax*/Kd比值)与MPB的饱和吸附量Qo呈正相关,与土壤本身有机碳含量(foc)呈负相关。 (2)发现吸附态MPB提供的有机碳(fsoc)标化的吸附系数(Kss)不为常数,而随fsoc出现规律性变化;据此,提出了吸附态表面活性剂的“吸附结构模型”,即在低吸附量时,形成了一层薄薄表面吸附膜(Thin Adsorptive Film),对有机物产生较强的表面吸附作用;在较高吸附量时,表面吸附膜逐渐转化成吸附能力相对较弱的分配相(Partition Phase),对有机物产生分配作用。用XRD、FTIR谱图证实了吸附态MPB从低覆盖量的“表面膜”逐渐演变到高覆盖量的“分配相”。暴中文摘要 (3)提出了有机物在表面活性剂一土壤一水体系中的“四角锥”分布模型,探讨了PAHs在非离子表面活性剂(TX一100)一土壤一水体系中多界面、多过程的吸附行为;溶解态的表面活性剂提高PAHs溶解度,有利于洗脱作用,吸附态的则增强RAHs的吸附作用,不利于洗脱作用;表面活性剂洗脱土壤中有机污染物的必要条件是关rKs扩Kd<火石nK山n+方补沪场c,进而提出了表面活性剂在土壤有机污染修复中的临界洗脱浓度(Critieal Deso印tion Concentratlons,CDC)概念,探讨了CDC的影响因素及机理;表面活性剂CDC值随有机污染物溶解度降低和土壤有机碳含量升高而降低。
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