氯苯類化合物在有機粘土和沉積物上的吸附行為及其機理.pdf

1、疏水性有機污染物(HOCs)在沉積物上的吸附與解吸是影響其在水體環(huán)境中的化學與生物活性、遷移、降解、生態(tài)毒理學和最終歸宿的主要物理化學過程之一。為了控制和修復地下水的有機污染，就需要了解和控制HOCs在沉積物各組分上的吸附-解吸行為。就沉積物本身而言，其中的自然有機質(zhì)(NOM)一直以來被認為是沉積物吸附HOCs的主要成分，而沉積物中各種類型粘土中的無機陽離子被有機陽離子替換后，其滯留HOCs的能力得到大大的提高，這一點可以用來對沉積物進

2、行原位或者異位的表面活性劑改性，從而形成一個有效的吸附區(qū)，然后結(jié)合生物降解途徑來提供一種綜合的修復工藝。因此，研究HOCs在有機粘土和沉積物上的吸附行為及其機理，對開發(fā)受HOCs污染的沉積物修復技術(shù)具有重要意義。目前，對于HOCs在有機粘土和沉積物上吸附機理及影響因素認識的局限性，為受其污染的沉積物的修復工程帶來很大的困難。本研究以氯苯類化合物(CBs)為代表性HOCs，通過靜態(tài)吸附實驗，從吸附/解吸等溫線、吸附熱力學、吸附/解吸動力學

3、、競爭吸附等方面，定性定量地探討了CBs在不同類型的有機粘土以及幾種NOM特性不同的沉積物上吸附作用及機理，取得了以下研究成果： 1.從吸附等溫線、吸附動力學和熱力學的角度對比研究了CBs在CTMAB-膨潤土和CTMAB-高嶺土上的吸附機理，發(fā)現(xiàn)這兩種有機粘土都能有效地從水溶液中吸附CBs，吸附過程主要是CBs在有機粘土中CTMAB烷基鏈所形成的有機相中的分配作用所致，并且，改性時CTMAB與不同類型的粘土結(jié)合方式的不同，影響著

4、有機粘土對CBs的吸附性能及機理。 2.仔細研究低濃度范圍內(nèi)1,2,4-三氯苯在CTMAB-膨潤土上的吸附過程時，發(fā)現(xiàn)吸附等溫線存在非線性現(xiàn)象。通過用CTMAB-膨潤土和預負載了共溶質(zhì)1,4-二氯苯和苯胺的CTMAB-膨潤土對1,2,4-三氯苯進行了等溫吸附和動力學實驗，發(fā)現(xiàn)共溶質(zhì)1,4-二氯苯和苯胺因其極性的不同，對1,2,4-三氯苯吸附過程的影響方式和作用機理也不同；另外，對于同一種共溶質(zhì)，在混合吸附體系和預負載吸附體系中對

5、1,2,4-三氯苯吸附的影響也不同。 3.四種CBs在NOM特性不同的幾種沉積物上的吸附等溫線均表現(xiàn)出明顯的非線性和吸附-解吸滯后現(xiàn)象。等溫線的非線性程度、沉積物對CBs的吸附親和力、CBs在沉積物上吸附-解吸滯后效應都隨著沉積物NOM聚合度的增大而增大。另外，溶質(zhì)分子CBs本身的分子尺寸越大，其在沉積物上吸附的非線性程度和吸附-解吸滯后現(xiàn)象越弱。 4.隨著沉積物NOM聚合度的降低、吸附質(zhì)初始負載水平的提高和溫度的升高，

6、1,2,4,5-四氯苯在沉積物上解吸過程的速度和程度都隨著增大。并且，吸附質(zhì)慢解吸速率常數(shù)ks要比其相應的快解吸速率常數(shù)kr低兩個數(shù)量級以上。 5.共溶質(zhì)1,2,4-三氯苯和四氯乙烯在三種沉積物上對1,2,4,5-四氯苯都表現(xiàn)出明顯的競爭效應。1,2,4-三氯苯因為在分子大小、極性和增水性等方面的性質(zhì)與主溶質(zhì)更為相似，所以比四氯乙烯表現(xiàn)出對1,2,4,5-四氯苯更強的競爭能力。同時，沉積物NOM的聚合度在決定HOCs的競爭性能方

7、面起著控制作用，NOM的聚合度越高，共溶質(zhì)對主溶質(zhì)的競爭效應也越明顯。 6.沉積物不同粒徑組分所含NOM的質(zhì)和量的不同，導致其對1,2,4,5-四氯苯吸附性能的不同。顆粒最細的沉積物組分因其主要結(jié)合聚合度較低的無定型腐殖物質(zhì)，導致1,2,4,5-四氯苯吸附等溫線的非線性程度最低，在沉積物上的吸附親和力和吸附-解吸滯后現(xiàn)象也最弱。而顆粒最粗的組分因為含有一些煤炭和木炭等高比表面積碳黑類物質(zhì)的緣故，導致1,2,4,5-四氯苯吸附等溫