【摘要】：石油烴類化合物是海洋環(huán)境中常見的有機污染物,已成為近岸海域最主要的有機污染物之一。這些石油類污染物通過發(fā)生一系列的物理、化學和生物作用,對海洋生態(tài)環(huán)境造成了嚴重的破壞,危害人類健康。油類污染物進入水體后,隨著風化過程的進行,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-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。 本論文運用實驗室模擬的方法,在盡可能保持顆粒原結構的基礎上,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,并討論了相關的影響因素,重點考察了陰離子表面活性劑十二烷基苯磺酸鈉(sodium dodecylbenzene 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,得到的主要結論如下: 1.吸附過程 (1)動力學研究發(fā)現(xiàn)沉積物對重油的吸附速率較快,吸附動力學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增強吸附作用。 (3)重油在HCl、H_2O、H_2O_2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,有機質(zhì)的分配作用占主導。沉積物粒徑的增大導致其吸附能力的降低,原因主要是不同粒徑的沉積物具有的比表面積、有機碳、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,因為溫度會影響重油在溶液中的溶解度和沉積物中有機組分向溶液中釋放的程度,最終影響了沉積物有機碳的分配作用。 (5)沉積物對重油吸附過程的熱力學函數(shù)ΔG~φ0,ΔH~φ0,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準吸附自由能變(|ΔG~φ|)和標準吸附焓變(|ΔH~φ|),更大的標準吸附熵變(|ΔS~φ|)。而在20 mg·L~(-1) Tween20存在下,重油在沉積物上吸附過程的|ΔG~φ|、|ΔH~φ|,較單一體系的小,且ΔS~φ0。 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)部微孔擴散到溶液中的過程,解吸動力學符合二室一級動力學模型。 (2)SDBS和Tween20均有利于重油在沉積物上的解吸,且解吸速率常數(shù)隨表面活性劑濃度的增加而加快,但在相同的表面活性劑濃度下,Tween20的影響較顯著。 (3)環(huán)境因素研究表明,隨著介質(zhì)鹽度的減小和溫度的升高,沉積物對重油的解吸量和解吸速率常數(shù)均增加;重油在較大粒徑的沉積物上的解吸較為明顯,可能與粒徑大的沉積物的比表面積較小,重油不易在其上面吸附有關。
【圖文】：

10圖1-2 三種模型的吸附等溫線（吳俊文, 2006）Fig.1-2 Sorption isotherms for three models1.4.4 油類污染物的吸附解吸機理油類污染物進入水體環(huán)境后，其在沉積物上的吸附解吸行為對其歸宿有著及其重要的影響。據(jù)Pignatello和Xing的文獻報道吸附質(zhì)在土壤上的吸附將依次通過以下5個步驟：①在溶液中的分散；②在沉積物/土壤表面上分散；③在沉積物/土壤內(nèi)部空隙中擴散均勻；④在顆粒內(nèi)微孔中擴散；⑤向顆粒內(nèi)有機質(zhì)內(nèi)部擴散，其中，前兩個過程屬于快吸附階段，后3步的速度較慢，屬于吸附的慢步驟（Xing and Pignatello, 1996;李曉薇, 2009）。眾多研究表明，分配作用和吸附作用是有機污染物在沉積物中吸附的兩種主要機制（Chiou and Kile, 1994）。當沉積物/土壤中的有機質(zhì)對吸附起主要作用時，非離子有機化合物在其上吸附的主要機理是分配作用，其實質(zhì)是沉積物/土壤中的有機質(zhì)對有機物染物的溶解作用。沉積物/土壤中的有機質(zhì)含量和有機污染物在水溶液中的溶解度大小決定了分配能力的強弱

圖 1-3 沉積物的主要組成Fig.l-3 Components of sediments吸附劑的有機質(zhì)含量中的有機質(zhì)不僅對油類污染物有溶解作用，還具有表面吸附作用。有機化合物，沉積物有機質(zhì)是其重要的吸附劑。研究表明，沉積物附隨著有機質(zhì)含量的增加而增加，這可能是有機質(zhì)含量增加，吸附從而增大有機污染物的吸附量（Amy et al., 2004; 周巖梅等, 等指出對于給定顆粒大小的沉積物，非極性有機污染物在沉積物和直接與沉積物有機碳含量有關（Karickhoff et al., 1979）。鄭西來等油在土壤中的吸附量主要取決于土壤有機質(zhì)含量（鄭西來等, 2003了西湖沉積物對苯胺、苯酚的吸附機理，，發(fā)現(xiàn)西湖沉積物對苯胺的有機質(zhì)含量成正比，其相關系數(shù)達 0.99（朱利中等, 2000）。吸附劑的粘土礦物含量
【學位授予單位】：中國海洋大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2011
【分類號】：X55;P734

【參考文獻】

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本文編號：2608441