重油在膠州灣沉積物上的吸附解吸行為及其影響因素研究.pdf

1、石油烴類化合物是海洋環(huán)境中常見的有機(jī)污染物,已成為近岸海域最主要的有機(jī)污染物之一。這些石油類污染物通過發(fā)生一系列的物理、化學(xué)和生物作用,對海洋生態(tài)環(huán)境造成了嚴(yán)重的破壞,危害人類健康。油類污染物進(jìn)入水體后,隨著風(fēng)化過程的進(jìn)行,其中的輕組分容易通過蒸發(fā)、溶解、乳化等作用其含量不斷降低,而重組分有很大一部分會在懸浮顆粒物上吸附而隨之沉降到海底沉積物,在沉積物有機(jī)質(zhì)和粘土礦物中發(fā)生吸附分配等作用。一定條件下吸附在沉積物上的油類污染物又會向上覆水

2、體中釋放,成為一種內(nèi)源污染,造成水體二次污染。油類污染物在沉積物一水界面處的吸附解吸是影響其在海洋環(huán)境中遷移、轉(zhuǎn)化、和生物利用等的重要途徑,因而研究其在近岸海洋環(huán)境中的吸附解吸具有重要的意義。
　　 本論文運(yùn)用實(shí)驗(yàn)室模擬的方法,在盡可能保持顆粒原結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,采用濕篩法處理的膠州灣沉積物為吸附劑,研究在人工海水介質(zhì)中,重油的吸附解吸行為,并討論了相關(guān)的影響因素,重點(diǎn)考察了陰離子表面活性劑十二烷基苯磺酸鈉(sodiumdodecy

3、lbenzene sulfonate,SDBS)和非離子表面活性劑失水山梨醇聚氧乙烯(20)醚月桂酸酯(Polyoxyethylene(20)sorbitan Monolaurate,Tween20)存在時重油在膠州灣沉積物上的吸附解吸行為,得到的主要結(jié)論如下:
　　 1.吸附過程
　　 (1)動力學(xué)研究發(fā)現(xiàn)沉積物對重油的吸附速率較快,吸附動力學(xué)曲線符合偽二級非線性速率方程,SDBS的加入能夠加快重油在沉積物上的吸附,且

4、吸附速率常數(shù)k2隨SDBS初始濃度的增大而增大,而Tween20存在下,重油在沉積物上的吸附速率隨Tween20初始濃度的增大而減小。
　　 (2)熱力學(xué)研究發(fā)現(xiàn),沉積物對重油的吸附等溫線較好地符合Freundlich等溫線,吸附系數(shù)KF隨SDBS濃度的增大而增大,SDBS能夠顯著提高沉積物對重油的吸附量:而Tween20不利于重油在沉積物上的吸附,KF隨Tween20濃度的增大而減小,說明Tween20與重油的競爭吸附作用大于

5、增強(qiáng)吸附作用。
　　 (3)重油在HCl、H2O、H2O2處理沉積物上的吸附行為均可用Freundlich等溫線描述,吸附等溫線的線性程度隨沉積物有機(jī)碳含量的升高而升高,表明沉積物對重油的吸附是通過分配作用和表面吸附作用來完成的,有機(jī)質(zhì)的分配作用占主導(dǎo)。沉積物粒徑的增大導(dǎo)致其吸附能力的降低,因?yàn)橹饕遣煌降某练e物具有的比表面積、有機(jī)碳、粘土礦物含量不同。
　　 (4)環(huán)境因素研究表明,三種體系下重油在沉積物上的吸附量

6、均隨鹽度的增加而增大,其中SDBS存在下鹽度的影響較顯著,而Tween20影響下不明顯。溫度對重油吸附的影響表現(xiàn)為溫度的升高吸附量降低,因?yàn)闇囟葧绊懼赜驮谌芤褐械娜芙舛群统练e物中有機(jī)組分向溶液中釋放的程度,最終影響了沉積物有機(jī)碳的分配作用。
　　 (5)沉積物對重油吸附過程的熱力學(xué)函數(shù)△Gθ<0,△Hθ<0,即該過程是一個自發(fā)、放熱的物理吸附過程。在20mg·L-1 SDBS影響下,重油在沉積物上的吸附有較大的標(biāo)準(zhǔn)吸附自由能變

7、(｜△Gθ｜)和標(biāo)準(zhǔn)吸附焓變(｜△Hθ｜),更大的標(biāo)準(zhǔn)吸附熵變(｜△Sθ｜)。而在20 mg·L-1 Tween20存在下,重油在沉積物上吸附過程的｜△Gθ｜、｜△Hθ｜,較單一體系的小,且△Sθ>0。
　　 2.解吸過程
　　 (1)重油在沉積物上的解吸較慢,分兩個階段,第一階段的快解吸階段,第二階段是從沉積物內(nèi)部微孔擴(kuò)散到溶液中的過程,解吸動力學(xué)符合二室一級動力學(xué)模型。
　　 (2)SDBS和Tween20均