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(duì)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(huì)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(huì)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(shí)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(dòng)力學(xué)研究發(fā)現(xiàn)沉積物對(duì)重油的吸附速率較快,吸附動(dòng)力學(xué)曲線符合偽二級(jí)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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?huì)影響重油在溶液中的溶解度和沉積物中有機(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(duì)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(gè)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(gè)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(dòng)力學(xué)符合二室一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型。
　　 (2)SDBS和Tween20均