表面活性剂增溶性能及强化KMnO4氧化甲苯和菲效果研究

来源 :中国环境科学研究院 | 被引量 : 0次 | 上传用户:cicihaicic
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我国土壤和地下水污染形势严峻,原位化学氧化技术(In-situ chemical oxidation,ISCO)能够快速去除大多数有机污染物,但是ISCO对疏水性有机污染物去除效率低。基于此,论文将表面活性剂和KMn O4结合(S-KMn O4),构建混合表面活性剂体系提升增溶能力,提高典型疏水性有机污染物甲苯和菲的去除率,降低修复成本和次生污染,为提高有机污染场地修复效率提供新思路。论文首先综合考虑界面张力、亲水亲油平衡值、临界胶束浓度值(CMC)、聚集体直径等方面,研究了四类型共10种表面活性剂增溶能力差异及其成因。随后选择增溶性能靠前的单一表面活性剂进行复配以提升增溶能力,阐明复合表面活性剂协同提升增溶机制,优化并确定出复合表面活性剂增溶最佳配比和应用浓度。之后,综合考虑表面活性剂与KMn O4相容性、强化氧化甲苯和菲效果等方面,筛选确定出表面活性剂与氧化剂的最佳S-KMn O4组合。最后,探究了环境中天然有机质(NOM)、阴离子、阳离子对该S-KMn O4体系的影响,研究了层状硅酸盐(Na2Si2O5)消除不良影响和保护体系的机制。研究结果表明,表面活性剂的增溶能力与CMC值倒数和增溶后聚集体平均表面积的乘积呈显著正相关,增溶后的聚集体包括胶束和微乳液,其中微乳液具有主要贡献。非离子型、阴离子型和两性型表面活性剂中增溶能力最强的分别是Tween20、SDBS和BS-12,而生物型表面活性剂效果均较差。不同类型相互混合后,仅SDBS/BS-12间存在协同作用,它们之间阴、阳离子基团互相吸引,导致实际CMC值低于理论CMC值,同时形成了直径更大混合聚集体,促使增溶能力提升。SDBS/BS-12复配最佳摩尔比为2:1、浓度为5 mmol·L-1。含有糖环、C=C双键、聚氧乙烯链结构的表面活性剂容易被KMn O4氧化,而SDBS/BS-12却与KMn O4相容性好,能够将多相体系中甲苯、菲的氧化去除率从2%和29%提升至48%和86%。高价态阳离子Ca2+、Mg2+、Fe3+、Mn2+等会与SDBS/BS-12发生沉淀反应,Na2Si2O5的层间离子交换作用可以消除上述影响,Na2Si2O5与高价态阳离子的摩尔比例至少为2:1才能达到最佳效果。经优化的S-KMn O4体系在低表面活性剂浓度下就可将砂箱中甲苯和菲氧化去除率提高约10%。
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