离子型化合物对菲吸附解吸影响研究

摘要

本论文系统研究了一系列离子型化合物,氯化钠、有机酸五氯酚、4种有机碱(正己胺、三甲胺、苯胺、1-萘胺)、阴离子表面活性剂十二烷基苯磺酸钠(SDBS)、阳离子表面活性剂十二烷基三甲基氯化胺(DDTMA)、溶解性有机质(DOM)在不同水化学条件下对菲在天然地质吸附剂上吸附解吸的影响,此外还对氯化钠、阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂存在时对菲在人工碳纳米材料上吸附的影响规律进行了初步研究。主要研究结果包括:(1)随pH降低,五氯酚吸附显著增加,而菲的吸附受pH影响较小；五氯酚在纯菲晶体颗粒上的吸附远强于在土壤天然有机质上的吸附能力；pH为8时,五氯酚抑制菲的吸附,除了竞争疏水点位抑制吸附外,水溶液中高浓度五氯酚与菲分子形成二聚物,也是造成菲吸附降低的因为；pH为5和3时,五氯酚对菲的吸附有一定促进作用,因为分子态的五氯酚在溶液中形成二聚物的能力较差,而且以极性端吸附的五氯酚可以通过π-π作用促进菲的吸附；低浓度菲对五氯酚吸附没有明显影响,高浓度菲促进五氯酚吸附,因为高浓度吸附态菲通过π-π作用为五氯酚提供了更多的疏水吸附点位。(2)以阳离子形态存在的有机碱的吸附能力强于以分子形态存在的有机碱,而当有机碱的存在形态相同时,其疏水性越强吸附能力越强；以阳离子形态存在的有机碱可以促进菲的吸附,如正己胺促进菲的吸附,但当有机碱的溶解性强,疏水性弱,吸附能力弱,且没有长的疏水烷基链时,其对菲的吸附则没有明显促进作用,如三甲胺；当以分子形态存在的有机碱疏水性很强时,如1-萘胺,能够竞争菲的吸附点位,从而抑制菲的吸附,而当以分子形态存在的有机碱的疏水性很弱时,如苯胺,则不能有效的竞争菲的吸附点位,对菲的吸附不产生影响；极性分子1-萘胺抑制非极性分子菲的吸附,而菲对1-萘胺的吸附没有明显影响。(3)不同类型表面活性剂的吸附规律不同,其对菲吸附的影响也有不同的规律。DDTMA浓度较低时,盐度增加抑制DDTMA吸附；而高浓度DDTMA的吸附随着盐度增加而增强。SDBS的吸附随着盐度增加显著增强；表面活性剂浓度较低时对菲的增溶作用不显著,当达到临界胶束浓度(CMC)之后,表面活性剂对菲的增溶作用随着表面活性剂浓度增加迅速增加。盐度增加使得表面活性剂CMC值降低,对菲的增溶作用大大增强；阴离子表面活性剂抑制菲的吸附,且抑制作用随盐度增加而增强；阳离子表面活性剂促进菲的吸附,且促进作用随盐度增加而增强,这些现象不能仅仅通过盐析效应来解释,而是因为盐度增加降低了表面活性剂CMC,增加了胶束聚集程度,从而改变了表面活性剂对菲的界面过程的影响。(4)菲在纳米碳管上的吸附能力很强,远高于其在沉积物颗粒上的吸附,而且吸附等温线呈现高度非线性,菲在单壁纳米碳管上吸附能力强于多壁纳米碳管；SDBS和DDTMA都抑制菲在纳米碳管上的吸附,抑制程度随表面活性剂浓度增加而增加,随菲浓度增加而减弱；SDBS和DDTMA的存在使菲在纳米碳管上吸附非线性减弱,NaCl的加入促进菲在纳米碳管上的吸附,但对菲在纳米碳管上的吸附非线性没有明显影响。(5)DOM是一种天然的表面活性剂,可以形成胶束聚集体。DOM浓度低于CMC时,以单体存在,导电能力强,而当DOM聚集成胶束时,即浓度大于CMC时,导电能力下降；当DOM浓度低于临界胶束浓度时,对菲的溶解度没有明显影响,但DOM浓度达到CMC后对菲有显著的增溶作用,而继续增加DOM浓度,对菲的溶解度增加变缓,这是因为在高浓度时,DOM胶束结构发生变化；DOM浓度较低时,沉积物颗粒对其吸附强,随着DOM浓度增加,由于吸附接近饱和,沉积物颗粒继续吸附DOM的能力减弱；随DOM浓度增加,在一定程度上抑制了菲的吸附。(6)研究了阴离子表面活性剂SDBS对沉积物中菲和芘的解吸作用,结果表明:SDBS对芘的增溶作用比菲强,但由于芘的疏水性强,更难于解吸,SDBS对芘的解吸率低于对菲的解吸率:SDBS对菲和芘的解吸率与菲和芘的初始浓度无关,随SDBS浓度增加而增加,菲和芘的解吸率不受另一个多环芳烃存在的影响；菲和芘在固-水-表面活性剂三相中的分配关系为:随着SDBS浓度增加,固相中菲和芘所占比例逐渐降低；而菲和芘在表面活性剂相所占比例逐渐增加,尤其是当溶液中表面活性剂浓度达到CMC后,菲在表面活性剂相所占比例显著增加；在达到表面活性剂临界胶束浓度之前,菲在水相中的浓度基本保持不变,这意味着固相中菲减少的量主要转移到表面活性剂相中了,而不是水相中；当表面活性剂平衡浓度达到CMC后,水相中的菲所占比例下降,说明这时表面活性剂相容纳菲的能力相当强,使得固相和水相中菲的比例都显著减少,菲大量进入到表面活性剂相中；另外菲在三相中的比例及其变化规律与菲的初始染毒浓度无关。(7)研究了菲的不可逆吸附行为,结果表明:菲在不同天然地质吸附剂上的吸附都有一定的迟滞性,菲的迟滞性与吸附剂的不可逆吸附点位含量有关,还与其在可逆点位和不可逆点位间的扩散速率有关,即受吸附解吸时间的影响；土壤用氢氧化钠处理后,破坏了颗粒物的空间结构,使被无机物包裹的有机质暴露出来,有利于被吸附的污染物的解吸,使得菲的解吸不可逆性减弱；由于盐析作用,氯化钠的存在促进菲的吸附,而菲的解吸迟滞性减弱；通过液氮吸附进行吸附剂微孔含量测定结果表明,盐度增加使得土壤颗粒中微孔体积减少。

目录

文摘

英文文摘

第一章 概述

第一节 复合污染研究意义和研究现状

1.1.1 复合污染研究意义

1.1.2 多环芳烃污染现状

1.1.3 离子型化合物的研究意义

第二节 吸附解吸行为及其不可逆吸附的研究意义和研究现状

1.2.1 吸附理论和吸附等温线

1.2.2 解吸理论和解吸滞后现象

1.2.3 有机污染物吸附解吸的影响因素

第三节 本论文研究背景与主要内容

第二章 五氯酚对菲吸附的影响

第一节 前言

第二节 材料与方法

2.2.1 主要仪器和试剂

2.2.2 天然地质吸附剂样品的采集与制备

2.2.3 储备液和背景溶液的配置

2.2.4.吸附实验方法

2.2.5 分析方法

2.2.6 地质吸附剂样品中菲和五氯酚的本底浓度的测定

2.2.7 模型

第三节 结果与讨论

2.3.1 pH对菲吸附的影响

2.3.2 pH值对五氯酚吸附的影响

2.3.3 不同pH下五氯酚对菲吸附的影响

2.3.4 不同pH下菲对五氯酚吸附的影响

2.3.5 五氯酚分子与菲分子的结合作用

第四节 本章小结

第三章 有机碱对菲吸附的影响

第一节 前言

第二节 材料与方法

3.2.1 主要仪器和试剂

3.2.2.吸附实验

3.2.3.分析方法

第三节 结果与讨论

3.3.1 有机碱的吸附

3.3.2 有机碱对菲吸附的影响

第四节 本章小结

第四章 离子型表面活性剂对菲吸附的影响

第一节 前言

第二节 材料与方法

4.2.1 主要仪器和试剂

4.2.2.表面活性剂在地质吸附剂上的吸附

4.2.3.表面活性剂对菲的增溶作用

4.2.4.表面活性剂对菲吸附的影响

4.2.5.分析方法

第三节 结果与讨论

4.3.1.表面活性剂的吸附

4.3.2.表面活性剂对菲的增溶作用

4.3.3.表面活性剂对菲吸附的影响

4.3.4.盐水中表面活性剂对菲吸附的影响

第四节 本章小结

第五章 离子型表面活性剂对菲在纳米材料上吸附的影响

第一节 前言

第二节 材料与方法

5.2.1 主要仪器和试剂

5.2.2.吸附实验

第三节 结果与讨论

5.3.1 菲在纳米材料上的吸附

5.3.2 SDBS对菲在碳纳米管上吸附的影响

5.3.3 DDTMA对菲在碳纳米管上吸附的影响

5.3.4 NaCl对菲在纳米碳管上吸附的影响

第四节 本章小结

第六章 溶解性有机质对菲吸附的影响

第一节 前言

第二节 材料与方法

6.2.1 DOM提取方法和表征

6.2.2 DOM的电导特性

6.2.3 DOM对菲的增溶作用

6.2.4 吸附实验

第三节 结果与讨论

6.3.1 DOM的电导特性

6.3.2 DOM对菲的增溶作用

6.3.3 DOM的在地质吸附剂上的吸附行为

6.3.4 DOM对菲吸附的影响

第四节 本章小结

第七章 阴离子表面活性剂对菲和芘的解吸的影响

第一节 前言

第二节 材料与方法

7.2.1 SDBS对菲和芘的增溶作用

7.2.2 SDBS对菲和芘的解吸实验

7.2.3 芘的分析方法

第三节 结果与讨论

7.3.1 SDBS对菲和芘的增溶作用

7.3.2 SDBS对菲解吸的影响

7.3.3 SDBS对芘解吸的影响

7.3.4 SDBS对菲和芘共存时的解吸

第四节 本章小结

第八章 氯化钠对菲的不可逆吸附的影响

第一节 前言

第二节 材料与方法

8.2.1 地质吸附剂样品采集与制备

8.2.2 解吸实验方法

8.2.3 模型

第三节 结果与讨论

8.3.1 菲在不同地质吸附剂样品(S1和S3)上的解吸

8.3.2 氢氧化钠处理地质吸附剂样品对菲解吸的影响

8.3.3 盐度对菲解吸的影响

第四节 本章小结

第九章 结论与展望

第一节 研究结论

第二节 研究特色和创新点

第三节 研究展望

参考文献

致谢

个人简历 在学期间发表的学术论文与研究成果