表面活性剂和环糊精对土壤有机污染物的增溶作用及机理

摘要

以提高增效试剂的增溶能力和增溶效率为目标，论文试图找出适合土壤有机污染修复应用的增效试剂，并研究了相关机理，以提高修复效率、降低修复成本、减少增效试剂对土壤和地下水的污染。论文的主要研究成果如下： (1) 率先推导了增溶过程的双过程动力学方程，指出在POE(10)增溶五氯苯的过程中，溶质的扩散和胶束的吸附/解吸作用同时存在。 (2) 五氯苯（PeCB），六氯苯（HCB）和联苯(BP)在非离子表面活性剂溶液和环糊精溶液中的表观溶解度随增溶试剂浓度线性增加。在CMC以上，表面活性剂Brij30，POE(6)，Brij35，POE(10)和Brij56以及环糊精HPCD对憎水有机污染物有明显的增溶作用。 (3) Na2SO4降低了非离子表面活性剂POE(6)的临界胶束浓度及其胶束化自由能，同时增加了POE(6)的临界胶束堆积参数和胶束聚集数；POE(6)胶束中憎水内核体积的增大是Na2SO4可以提高POE(6)增溶能力的主要原因。 (4) 温度越高，Brij35对HCB的增溶效果越好。增溶热力学参数表明Brij35对HCB的增溶为熵驱动自发过程，升高温度有利于增溶过程的进行。 (5) 环糊精和表面活性剂发生包结作用，但BP与HPCD的包结作用要强于POE(10)单体与HPCD的包结作用。POE(10)和HPCD混合溶液对BP的增溶作用小于两者各自增溶作用之和，产生了一定的拮抗作用，但在适当的浓度配比下，两者产生的增溶效果(表观溶解度)比单一组分要好。表面活性剂/环糊精混合溶液可能会克服各自单独使用时的缺点，有望成为新型复合增溶试剂。 (6) 在表面活性剂的增溶过程中，Aroclor1242和Aroclor1254各单体在其中的表观溶解度取决于它们的水溶解度和它们各自的胶束-水分配系数。HPCD对Aroclor1242和Aroclor1254的增溶，除了要考虑各PCB单体的水溶解度和憎水性，还要考虑PCB单体和HPCD空腔的空间匹配效应，后者甚至是增溶效果的决定因素。 (7) 表面活性剂对憎水有机污染物的增溶作用既与其亲水端有关，又与其疏水端有关；HCB和BP在表面活性剂中的WSR值与表面活性剂的NC/NEO值有很好的线性关系，且随着NC/NEO值的增大而增大；表面活性剂烷基链端(疏水端)碳原子数和亲水端的氧乙基数的比值可作为衡量表面活性剂对憎水有机物增溶能力(WSR)的指标。 (8) 有机物的憎水性是增溶过程的主要动力，表面活性剂胶束核极性比正辛醇极性更小。表面活性剂溶液中的增溶logKmc与溶质分子本征体积(Vi)有较好的线性关系，憎水有机物的分子体积越大，越容易在表面活性剂胶束相中溶解；溶质分子本征体积(Vi)比其辛醇/水分配系数(Kow)具有更好的预测憎水有机物在表面活性剂溶液中的胶束-水分配系数的能力。