重油在胶州湾沉积物上的吸附解吸行为及其影响因素研究

发布时间：2020-03-31 02:45

【摘要】：石油烃类化合物是海洋环境中常见的有机污染物,已成为近岸海域最主要的有机污染物之一。这些石油类污染物通过发生一系列的物理、化学和生物作用,对海洋生态环境造成了严重的破坏,危害人类健康。油类污染物进入水体后,随着风化过程的进行,其中的轻组分容易通过蒸发、溶解、乳化等作用其含量不断降低,而重组分有很大一部分会在悬浮颗粒物上吸附而随之沉降到海底沉积物,在沉积物有机质和粘土矿物中发生吸附分配等作用。一定条件下吸附在沉积物上的油类污染物又会向上覆水体中释放,成为一种内源污染,造成水体二次污染。油类污染物在沉积物-水界面处的吸附解吸是影响其在海洋环境中迁移、转化、和生物利用等的重要途径,因而研究其在近岸海洋环境中的吸附解吸具有重要的意义。本论文运用实验室模拟的方法,在尽可能保持颗粒原结构的基础上,采用湿筛法处理的胶州湾沉积物为吸附剂,研究在人工海水介质中,重油的吸附解吸行为,并讨论了相关的影响因素,重点考察了阴离子表面活性剂十二烷基苯磺酸钠(sodium dodecylbenzene sulfonate,SDBS)和非离子表面活性剂失水山梨醇聚氧乙烯(20)醚月桂酸酯(Polyoxyethylene (20) sorbitan Monolaurate,Tween20)存在时重油在胶州湾沉积物上的吸附解吸行为,得到的主要结论如下: 1.吸附过程 (1)动力学研究发现沉积物对重油的吸附速率较快,吸附动力学曲线符合伪二级非线性速率方程,SDBS的加入能够加快重油在沉积物上的吸附,且吸附速率常数k2随SDBS初始浓度的增大而增大,而Tween20存在下,重油在沉积物上的吸附速率随Tween20初始浓度的增大而减小。 (2)热力学研究发现,沉积物对重油的吸附等温线较好地符合Freundlich等温线,吸附系数KF随SDBS浓度的增大而增大,SDBS能够显著提高沉积物对重油的吸附量;而Tween20不利于重油在沉积物上的吸附,KF随Tween20浓度的增大而减小,说明Tween20与重油的竞争吸附作用大于增强吸附作用。 (3)重油在HCl、H_2O、H_2O_2处理沉积物上的吸附行为均可用Freundlich等温线描述,吸附等温线的线性程度随沉积物有机碳含量的升高而升高,表明沉积物对重油的吸附是通过分配作用和表面吸附作用来完成的,有机质的分配作用占主导。沉积物粒径的增大导致其吸附能力的降低,原因主要是不同粒径的沉积物具有的比表面积、有机碳、粘土矿物含量不同。 (4)环境因素研究表明,三种体系下重油在沉积物上的吸附量均随盐度的增加而增大,其中SDBS存在下盐度的影响较显著,而Tween20影响下不明显。温度对重油吸附的影响表现为温度的升高吸附量降低,因为温度会影响重油在溶液中的溶解度和沉积物中有机组分向溶液中释放的程度,最终影响了沉积物有机碳的分配作用。 (5)沉积物对重油吸附过程的热力学函数ΔG~φ0,ΔH~φ0,即该过程是一个自发、放热的物理吸附过程。在20mg·L~(-1) SDBS影响下,重油在沉积物上的吸附有较大的标准吸附自由能变(|ΔG~φ|)和标准吸附焓变(|ΔH~φ|),更大的标准吸附熵变(|ΔS~φ|)。而在20 mg·L~(-1) Tween20存在下,重油在沉积物上吸附过程的|ΔG~φ|、|ΔH~φ|,较单一体系的小,且ΔS~φ0。 2.解吸过程 (1)重油在沉积物上的解吸较慢,分两个阶段,第一阶段的快解吸阶段,第二阶段是从沉积物内部微孔扩散到溶液中的过程,解吸动力学符合二室一级动力学模型。 (2)SDBS和Tween20均有利于重油在沉积物上的解吸,且解吸速率常数随表面活性剂浓度的增加而加快,但在相同的表面活性剂浓度下,Tween20的影响较显著。 (3)环境因素研究表明,随着介质盐度的减小和温度的升高,沉积物对重油的解吸量和解吸速率常数均增加;重油在较大粒径的沉积物上的解吸较为明显,可能与粒径大的沉积物的比表面积较小,重油不易在其上面吸附有关。
【图文】：

吸附等温线,沉积物,油类污染物,分配作用

10图1-2 三种模型的吸附等温线（吴俊文, 2006）Fig.1-2 Sorption isotherms for three models1.4.4 油类污染物的吸附解吸机理油类污染物进入水体环境后，其在沉积物上的吸附解吸行为对其归宿有着及其重要的影响。据Pignatello和Xing的文献报道吸附质在土壤上的吸附将依次通过以下5个步骤：①在溶液中的分散；②在沉积物/土壤表面上分散；③在沉积物/土壤内部空隙中扩散均匀；④在颗粒内微孔中扩散；⑤向颗粒内有机质内部扩散，其中，前两个过程属于快吸附阶段，后3步的速度较慢，属于吸附的慢步骤（Xing and Pignatello, 1996;李晓薇, 2009）。众多研究表明，分配作用和吸附作用是有机污染物在沉积物中吸附的两种主要机制（Chiou and Kile, 1994）。当沉积物/土壤中的有机质对吸附起主要作用时，非离子有机化合物在其上吸附的主要机理是分配作用，其实质是沉积物/土壤中的有机质对有机物染物的溶解作用。沉积物/土壤中的有机质含量和有机污染物在水溶液中的溶解度大小决定了分配能力的强弱

沉积物,有机质含量,吸附剂,西湖

图 1-3 沉积物的主要组成Fig.l-3 Components of sediments吸附剂的有机质含量中的有机质不仅对油类污染物有溶解作用，还具有表面吸附作用。有机化合物，沉积物有机质是其重要的吸附剂。研究表明，沉积物附随着有机质含量的增加而增加，这可能是有机质含量增加，吸附从而增大有机污染物的吸附量（Amy et al., 2004; 周岩梅等, 等指出对于给定颗粒大小的沉积物，非极性有机污染物在沉积物和直接与沉积物有机碳含量有关（Karickhoff et al., 1979）。郑西来等油在土壤中的吸附量主要取决于土壤有机质含量（郑西来等, 2003了西湖沉积物对苯胺、苯酚的吸附机理，，发现西湖沉积物对苯胺的有机质含量成正比，其相关系数达 0.99（朱利中等, 2000）。吸附剂的粘土矿物含量
【学位授予单位】：中国海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：X55;P734

【参考文献】