刁靜茹,趙保衛(wèi),喬洪濤,馬鋒鋒

?

N-LED3A在土壤中的吸附特征及其影響因素

刁靜茹,趙保衛(wèi)*,喬洪濤,馬鋒鋒

(蘭州交通大學(xué)環(huán)境與市政工程學(xué)院,甘肅蘭州 730070)

采用批平衡試驗(yàn)法,研究了新型螯合型表面活性劑N-十二?；叶啡宜徕c(N-LED3A)在土壤上的吸附特征,并探討了pH值、溫度、離子強(qiáng)度和水土比對(duì)N-LED3A在土壤上的吸附影響.結(jié)果表明:準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程適合描述N-LED3A在土壤上的吸附過(guò)程. Langmuir、Freundlich和Dubinin-Radushkevich(D-R)吸附等溫方程均可較好地用于擬合吸附行為.土壤有機(jī)質(zhì)和粘土礦物對(duì)N-LED3A在土壤上的吸附起到重要作用.溶液pH值對(duì)N-LED3A在土壤上的吸附有顯著影響,隨pH值增大(5~11),N-LED3A在土壤上的吸附量明顯減小. N-LED3A濃度低于1000mg/L時(shí),升高溫度(25,35,45℃)對(duì)吸附量影響不大,但當(dāng)濃度大于3000mg/L時(shí),吸附量隨溫度的升高有所降低. N-LED3A在土壤上的吸附量隨離子強(qiáng)度增大而增加. N-LED3A吸附量隨水土比變化順序?yàn)?水/土(20:1) <水/土(40:1) <水/土(80:1).

螯合型表面活性劑；吸附；土壤；動(dòng)力學(xué)；等溫線

有毒有害重金屬和有機(jī)物造成的土壤污染已成為普遍的環(huán)境問(wèn)題[1-3].重金屬-有機(jī)物復(fù)合污染土壤因形成機(jī)理復(fù)雜[4],控制治理難度大而備受關(guān)注[5].目前,土壤污染化學(xué)淋洗法因周期短、效率高而被廣泛應(yīng)用于單一污染土壤修復(fù),如表面活性劑淋洗修復(fù)有機(jī)污染土壤[6-7],螯合劑萃取修復(fù)重金屬污染土壤[8].有研究者采用表面活性劑和EDTA聯(lián)用[9]淋洗修復(fù)重金屬-有機(jī)物復(fù)合污染土壤,雖能取得一定的效果,但存在過(guò)程不易調(diào)控、增效試劑用量大、回收利用困難和試劑存在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等問(wèn)題.因此,選擇能夠同時(shí)有效與重金屬和有機(jī)污染物作用的試劑,以實(shí)現(xiàn)對(duì)重金屬-有機(jī)物復(fù)合污染土壤的修復(fù)十分必要.

N-十二?；叶啡宜徕c(N-LED3A)是新型螯合型表面活性劑,該試劑兼具表面活性和螯合性能,且易于生物降解[10].其分子的雙親結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)同時(shí)螯合重金屬和增溶有機(jī)物,因此N-LED3A在重金屬-有機(jī)物復(fù)合污染土壤修復(fù)中具有良好的應(yīng)用前景.近幾年,作者所在課題組相關(guān)研究表明N-LED3A可有效處理銅、菲污染土壤[11]和復(fù)合重金屬污染土壤[12-13].

N-LED3A作增效試劑修復(fù)重金屬-有機(jī)物復(fù)合污染土壤,其關(guān)鍵是最大限度地洗脫土壤中的污染物,同時(shí)最大限度地降低N-LED3A在土壤上的吸附.表面活性劑在土壤上吸附不僅會(huì)減少其有效成分,而且會(huì)對(duì)共存染物在水/土壤界面間的遷移行為及修復(fù)效率產(chǎn)生影響[14-15].因此,研究N-LED3A在土壤上的吸附特征,對(duì)合理應(yīng)用其修復(fù)復(fù)合污染土壤十分重要.目前,有關(guān)表面活性劑在土壤上的吸附行為研究大都針對(duì)常用表面活性劑,如陰、非離子表面活性劑以及混合表面活性劑[16-19].關(guān)于螯合型表面活性劑在土壤中的吸附行為研究尚未見報(bào)道.

基于此,本文研究了N-LED3A在土壤上的吸附特征及其影響因素,并探討了吸附機(jī)理.研究結(jié)果可為進(jìn)一步應(yīng)用螯合型表面活性劑修復(fù)重金屬-有機(jī)物復(fù)合污染土壤,提高修復(fù)效率、減小修復(fù)成本提供理論基礎(chǔ)和技術(shù)參考.

1 材料與方法

1.1 試劑與儀器

螯合型表面活性劑N-LED3A,純度95%,分子量482g/mol,臨界膠束濃度(CMC)707mg/L,購(gòu)于杭州生物科技有限公司;無(wú)水CaCl2、乙二胺四乙酸二鈉(EDTA)、鉻黑T和NH4Cl等均為分析純,購(gòu)于天津市津東天正精細(xì)化學(xué)試劑廠;所有試劑在使用時(shí)未經(jīng)進(jìn)一步純化,實(shí)驗(yàn)用水為去離子水.

SHZ-82氣浴恒溫振蕩器(金壇市丹陽(yáng)門石英玻璃廠),TD6離心機(jī)(長(zhǎng)沙平凡儀器儀表有限公司),FA2004N電子天平(上海良平儀器儀表有限公司),PHS-3C pH計(jì)(上海儀電科學(xué)儀器股份有限公司),10mL微量滴定管.

1.2 土壤樣品

供試土壤為蘭州交通大學(xué)后山表層清潔土壤,土壤類型為黃土(淡灰鈣土),采樣深度0~20cm,去除碎石、敗葉等雜物,自然風(fēng)干,研磨過(guò)60目篩,置于棕色玻璃瓶備用.經(jīng)測(cè)土壤有機(jī)質(zhì)含量為9.56g/kg,陽(yáng)離子交換容量(CEC)為5.40cmol/kg, pH為8.35,土壤含砂礫18.65%,粉砂52.85%和粘土28.50%.

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

N-LED3A吸附實(shí)驗(yàn)采用批平衡法,研究不同吸附時(shí)間、N-LED3A濃度、溫度、pH值、離子強(qiáng)度和水土比條件下,土壤對(duì)N-LED3A的吸附作用.在下列試驗(yàn)中,除考察離子強(qiáng)度影響實(shí)驗(yàn)以外,背景電解質(zhì)NaNO3濃度均為0.01mol/L.具體實(shí)驗(yàn)條件設(shè)置如下:

1.3.1 吸附動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn) N-LED3A吸附時(shí)間設(shè)為0.083,0.167,0.5,1,2,4,8,12,18,24h,加入2000mg/L的N-LED3A溶液(pH 9.5),進(jìn)行振蕩吸附實(shí)驗(yàn),分別在不同振蕩時(shí)間時(shí)取相應(yīng)試樣測(cè)定,計(jì)算N-LED3A的吸附量.繪制N-LED3A的吸附量與振蕩時(shí)間的關(guān)系曲線,擬合吸附動(dòng)力學(xué)方程,計(jì)算動(dòng)力學(xué)參數(shù).

1.3.2 等溫吸附實(shí)驗(yàn) 分別加入濃度為200, 400,600,800,1000,2000,3000,4000,6000mg/L的N-LED3A溶液(pH在9~10之間),25℃下進(jìn)行吸附實(shí)驗(yàn),測(cè)定計(jì)算N-LED3A的平衡吸附量和液相平衡濃度.繪制N-LED3A在土壤上的等溫吸附曲線,擬合吸附熱力學(xué)方程,計(jì)算熱力學(xué)參數(shù).

1.3.3 吸附影響因素 ①pH值: N-LED3A濃度3000和6000mg/L,用0.1mol/L HNO3或NaOH調(diào)節(jié)pH值分別為5,6,7,8,9,10,11;②溫度: N- LED3A濃度為600,1000,2000,3000,4000, 5000mg/L,吸附溫度為25,35,45℃;③離子強(qiáng)度: N-LED3A濃度為200,400,600,800,1000,2000, 3000,4000,6000mg/L,將溶液中NaNO3濃度分別控制為0.03,0.30mol/L;④水土比:N-LED3A濃度為3000和6000mg/L,加入溶液體積為20mL,改變土樣用量,調(diào)節(jié)水/土比為20:1、40:1和80:1.

1.3.4 分析方法 采用鉻黑T指示劑配位滴定法[20]測(cè)定N-LED3A在土壤上的吸附量.分別測(cè)定N-LED3A在土壤上吸附后與氯化鈣的螯合量,以及相應(yīng)的無(wú)土對(duì)照樣與氯化鈣的螯合量,由吸附前后螯合量差值計(jì)算N-LED3A在土壤上的吸附量和平衡濃度.測(cè)定步驟如下:①吸附后螯合量:準(zhǔn)確稱取0.5g(精確至0.1mg)土樣于50mL磨口碘量瓶中,加入20mL一定濃度的N-LED3A溶液,塞緊蓋子,在25℃和150r/min條件下振蕩12h(預(yù)實(shí)驗(yàn)表明12h已足夠),將溶液轉(zhuǎn)入10mL離心管中,加蓋密封后以4000r/min離心15min,上清液用于滴定分析.移取5mL上清液于50mL三角瓶中,再加入5mLCaCl2標(biāo)準(zhǔn)溶液(0.050mol/L),間歇振蕩1h后加2.5mL氨-氯化銨緩沖溶液(pH=10)和2滴鉻黑T指示劑,然后用0.02mol/L的EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定,以溶液從酒紅色變?yōu)樗{(lán)色為終點(diǎn)②吸附前螯合量:在50mL三角瓶中,加入5mL與①相應(yīng)N-LED3A和5mLCaCl2標(biāo)準(zhǔn)溶液,間歇振蕩蕩1h后,以同樣方法滴定.實(shí)驗(yàn)平行3次,為扣除土壤中溶出的微量多價(jià)金屬離子(Ca2+、Mg2+、Fe3+等)對(duì)滴定的影響,同時(shí)做空白實(shí)驗(yàn).

2 結(jié)果與分析

2.1 吸附動(dòng)力學(xué)

N-LED3A在土壤上的吸附動(dòng)力學(xué)曲線如圖1所示.

N-LED3A在土壤上的吸附量在1h已達(dá)到24.33mg/g,隨后增加幅度逐漸變慢,12h基本達(dá)到吸附平衡,吸附過(guò)程趨于平穩(wěn).因此,將12h確定為N-LED3A在土壤上的吸附平衡時(shí)間.

將N-LED3A在土壤上的吸附動(dòng)力學(xué)過(guò)程分別用準(zhǔn)一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程(1)和準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程(2)進(jìn)行擬合,方程如下:

(2)

式中:q為時(shí)刻吸附量,mg/g;e為平衡吸附量, mg/g;1為準(zhǔn)一級(jí)吸附動(dòng)力學(xué)速率常數(shù),h-1;2為準(zhǔn)二級(jí)吸附動(dòng)力學(xué)速率常數(shù),g/(mg·h);為反應(yīng)時(shí)間,h.分別以ln(e-q) –和t/q–作圖得準(zhǔn)一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程擬合曲線和準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程擬合曲線.研究表明,準(zhǔn)一級(jí)、準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)速率常數(shù)1、2與1/2(吸附達(dá)平衡所需時(shí)間的一半)存在如下關(guān)系[16,21]:

(4)

N-LED3A在土壤上的吸附動(dòng)力學(xué)擬合參數(shù)列于表1.準(zhǔn)一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程的2值為0.8434,而準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程的2值為0.9973,呈現(xiàn)良好的相關(guān)性.因此,準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程適合描述N-LED3A在土壤上的吸附過(guò)程.由準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程計(jì)算其理論e值為35.58mg/g,與實(shí)驗(yàn)測(cè)得e值35.63mg/g相吻合,吸附速率常數(shù)2為0.0473g/(mg·h),1/2為0.59h,而實(shí)驗(yàn)得到0.5h時(shí)吸附量為平衡吸附量的49%.

2.2 等溫吸附曲線

25℃下N-LED3A在土壤上的等溫吸附曲線如圖2所示.可以看出,隨N-LED3A平衡濃度增大,其在土壤上的吸附量逐漸增加,最后達(dá)到飽和.N-LED3A的吸附等溫線呈“LS”型,可大致分為4個(gè)階段:第1階段,N-LED3A在土壤上的吸附量隨平衡濃度增加逐漸上升;第2階段,吸附平衡濃度為571.1mg/L,接近N-LED3A的CMC (707mg/L)時(shí),曲線出現(xiàn)了拐點(diǎn),N-LED3A吸附量隨平衡濃度增加陡然上升;第3階段,N-LED3A在土壤上的吸附量隨平衡濃度增加仍呈快速增大趨勢(shì),但增加速度趨于緩和;第4階段, N-LED3A吸附量逐漸趨于平衡,不隨表面活性劑濃度增大而變化,此時(shí)飽和吸附量為83.6mg/g.

表1 N-LED3A在土壤上吸附的動(dòng)力學(xué)方程參數(shù)

研究表明,表面活性劑在固體表面上的吸附機(jī)理主要有離子交換吸附、離子對(duì)吸附、氫鍵形成吸附、π電子極化吸附、色散力吸附等[22]. N-LED3A在土壤上的吸附過(guò)程見圖3.黃土的陽(yáng)離子交換容量較小,表面帶弱的凈負(fù)電荷,對(duì)N-LED3A的排斥作用很小,N-LED3A能夠通過(guò)靜電吸引被吸附到帶正電荷的粘土結(jié)構(gòu)單元邊界上或因與土壤表面形成氫鍵而吸附,陳寶梁等[23]研究指出陰離子表面活性劑SDBS在潮土上的吸附也存在靜電吸附現(xiàn)象,因此,離子對(duì)吸附、氫鍵形成和色散力吸附可能是第1階段的主要吸附機(jī)理.有研究報(bào)道,土壤有機(jī)質(zhì)和礦物質(zhì)對(duì)常見陰、非表面活性劑的吸附均起到重要作用[17,19].第2階段中N-LED3A吸附量隨平衡濃度增加陡然上升,可能歸因于土壤中的有機(jī)質(zhì)、礦物質(zhì)和N-LED3A之間的相互作用,N-LED3A單體疏水鏈可溶解于土壤有機(jī)質(zhì)中,形成親水基向外的單吸附層或半膠團(tuán);其親水基因具有較強(qiáng)的螯合能力可與土壤粘土礦物配合甚至螯合奪取與土壤有機(jī)質(zhì)配合的氧化礦物(如SiO2、Al2O3和Fe2O3)而被吸附,形成疏水基向外的單吸附層,單吸附層的形成導(dǎo)致吸附量急劇上升.第3階段吸附量隨N-LED3A平衡濃度繼續(xù)增大,這可能是由于吸附在粘土礦物質(zhì)上的疏水基向外的吸附單層通過(guò)疏水締合作用吸附,即表面活性劑在固體表面發(fā)生有序化聚集作用,此時(shí)吸附態(tài)N-LED3A成為進(jìn)一步吸附N-LED3A的介質(zhì),使更多的表面活性劑進(jìn)入吸附層,N-LED3A在土壤上的吸附量明顯上升.疏水締合作用形成吸附雙分子層或膠束態(tài)吸附層后吸附趨于飽和,達(dá)到第四階段.

將N-LED3A在土壤上的吸附熱力學(xué)數(shù)據(jù)分別用Langmuir(5)、Freundlich(6)及Dubinin- Radushkevich (D-R)(7)吸附模型進(jìn)行擬合,結(jié)果見表2.

(6)

(7)

式中:e為固相平衡吸附量,mg/g;m為固相最大吸附量,mg/g;e為液相平衡濃度,mg/L;L為L(zhǎng)angmuir常數(shù),L/mg;F(mg/g)/(mg/L)1/n和為經(jīng)驗(yàn)參數(shù);為平均吸附自由能相關(guān)活度系數(shù),mol2/kJ2;為吸附勢(shì),kJ/mol,見公式(8);為氣體摩爾常數(shù),kJ/(K·mol));為絕對(duì)溫度,K.分別以1/e-1/e、lne-lne和lne2作圖,得Langmuir、Freundlich和D-R線性回歸方程.平均吸附自由能(kJ/mol)由公式(9)計(jì)算得到:

(9)

表2表明,3種吸附等溫式均可較好的用于擬合數(shù)據(jù),通過(guò)Langmuir等溫式預(yù)測(cè)的單層最大吸附容量為102.04mg/g;通過(guò)Freundlich等溫式計(jì)算出>1,說(shuō)明吸附過(guò)程比較容易發(fā)生, N- LED3A在土壤上的吸附存在雙層吸附現(xiàn)象.由D-R等溫式計(jì)算出的最大吸附容量比Langmuir等溫式計(jì)算的最大吸附容量大得多,且與實(shí)驗(yàn)結(jié)果不相符,這是由于D-R模型假設(shè)的是一種吸附劑孔隙中完全被溶質(zhì)填充的理想狀態(tài),｜｜= 6.48kJ/mol,可以判斷N-LED3A在土壤上的吸附是以物理吸附為主,這也印證了存在雙層吸附和膠束態(tài)吸附現(xiàn)象.

表2 N-LED3A在土壤上的吸附熱力學(xué)方程參數(shù)及平均吸附自由能

2.3 pH值的影響

不同初始pH值(5~11)對(duì)N-LED3A在土壤上的吸附影響見圖4.可見,3000,6000mg/LN- LED3A溶液在土壤上吸附情況隨pH值的變化規(guī)律基本相同,pH=5時(shí)吸附量分別為101.80, 196.87mg/g;隨pH增大N-LED3A在土壤上的吸附量逐漸減小,pH=10時(shí)吸附量分別降為25.88和59.80mg/g,之后基本不再變化.

以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果可從吸附劑和吸附質(zhì)兩方面進(jìn)行討論.對(duì)吸附劑而言,土壤在低pH值時(shí)表面凈電荷為正,并隨溶液pH值的降低而增加,但當(dāng)pH值大于7以后,土壤表面電荷變?yōu)樨?fù)電荷,并隨溶液pH值的增大而增加.土壤腐植酸和富里酸等含有羧基、酚羥基、醇羥基、氨基等活性功能團(tuán),這些功能團(tuán)隨溶液pH的變化發(fā)生質(zhì)子化-去質(zhì)子化作用,腐植酸和富里酸的負(fù)電荷隨pH值的增大而增加[24].而在中、堿性條件下土壤礦物質(zhì)中的大多數(shù)金屬元素易生成難溶性氫氧化物沉淀.對(duì)吸附質(zhì)來(lái)講,N-LED3A在不同pH值條件下親水基間的電性排斥作用和膠團(tuán)的締合情況不同,低pH值時(shí),N-LED3A親水基部分羧基離子與氫離子結(jié)合成羧酸,表面活性劑離子間電性排斥變?nèi)?膠團(tuán)易于形成.當(dāng)pH值大于7以后,隨pH值繼續(xù)升高,N-LED3A親水基主要以三乙酸鹽的形式存在,導(dǎo)致親水基間斥力增大,影響膠團(tuán)的形成.

土壤在低pH值時(shí)表面電荷為正,N-LED3A會(huì)通過(guò)離子對(duì)吸附和離子交換吸附而使吸附量大大增加;另外,酸性條件下由于電性排斥變?nèi)? N-LED3A在土壤表面的單分子層吸附量可能會(huì)增加,從而增大了吸附態(tài)N-LED3A進(jìn)一步吸附N-LED3A形成雙分子層或膠團(tuán)吸附的能力.堿性條件下土壤表面帶負(fù)電荷,土壤對(duì)N-LED3A的排斥作用隨pH值增大不斷增強(qiáng),土壤有機(jī)質(zhì)負(fù)電荷的增加和難溶性金屬氫氧化物沉淀的生成,使得N-LED3A通過(guò)有機(jī)質(zhì)溶解吸附和粘土礦物配位吸附都變得困難,導(dǎo)致吸附量隨pH值增大急劇下降.

2.4 溫度、離子強(qiáng)度和水土比的影響

實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步考察了溫度、離子強(qiáng)度和水土比對(duì)N-LED3A在土壤上的吸附影響,結(jié)果見圖5~圖7.

由圖5可知,在N-LED3A初始濃度低于1000mg/L時(shí),隨溫度升高,N-LED3A在土壤上的平衡吸附量變化不大,這可能是由于溫度對(duì)N-LED3A的CMC值影響很小[25],對(duì)N-LED3A在土壤有機(jī)質(zhì)和礦物質(zhì)上的單層吸附影響也較小;當(dāng)N-LED3A初始濃度升高到3000mg/L以后,吸附量隨溫度的升高呈降低趨勢(shì),可能是由于溫度對(duì)N-LED3A在吸附態(tài)N-LED3A上的吸附影響較大,溫度升高時(shí),N-LED3A在水中的溶解度升高,而溶解度增加表示表面活性劑與水的親和性增強(qiáng)[22],表面活性劑分子自水中逃離而吸附于固體上的趨勢(shì)相對(duì)減小,雙分子層或膠束態(tài)吸附層在吸附劑上的形成隨溫度的升高而減弱,因此吸附量降低.

圖6可以看出,增大離子強(qiáng)度,對(duì)土壤吸附N-LED3A的影響與其濃度有關(guān).N-LED3A平衡濃度小于3CMC時(shí),離子強(qiáng)度為0.03mol/L時(shí)的吸附量均小于0.30mol/L時(shí)的吸附量;但隨平衡濃度繼續(xù)增大,吸附量反而有所降低并趨于一致,如離子強(qiáng)度為0.03和0.3mol/L時(shí),6000mg/L的N-LED3A吸附量分別為47.70和48.72mg/g.這是由于N-LED3A為陰離子表面活性劑,Na+離子強(qiáng)度增大,使得膠團(tuán)易于形成,N-LED3A的CMC降低,造成N-LED3A易于在固體表面發(fā)生膠團(tuán)化作用,因而吸附量增加[26],但隨平衡濃度不斷增大,N-LED3A在土壤上形成的吸附態(tài)膠束變大,使其容易從固體表面上脫落下來(lái),造成吸附量反而降低.

圖7中,水土比為20:1、40:1和80:1時(shí), 3000mg/L N-LED3A在土壤上的吸附量分別為40.75,61.20,118.91mg/g,6000mg/LN-LED3A的吸附量分別為60.28,74.23,135.58mg/g.可見,水土比相同時(shí),N-LED3A在土壤上的吸附量隨著表面活性劑濃度增大而增大,而對(duì)于相同濃度N-LED3A,其吸附量隨水土比變化順序?yàn)?水/土(20:1)<水/土(40:1)<水/土(80:1).這是因?yàn)?當(dāng)N-LED3A濃度一定時(shí),雖然有效吸附點(diǎn)位會(huì)隨土壤劑量的增加相應(yīng)地增加,吸附效率相應(yīng)提高,但吸附點(diǎn)位與N-LED3A結(jié)合未達(dá)到飽和從而使單位吸附量減小.另外,土量過(guò)大,會(huì)引起土壤顆粒膠結(jié),表面積減小,且會(huì)影響表面活性劑膠束聚集,溶質(zhì)擴(kuò)散路徑變長(zhǎng),亦會(huì)導(dǎo)致吸附量減小.

本文的研究結(jié)果,可以為N-LED3A修復(fù)重金屬-有機(jī)物復(fù)合污染土壤研究提供理論依據(jù).在修復(fù)應(yīng)用中,結(jié)合N-LED3A在土壤上的吸附特征,通過(guò)科學(xué)合理地控制吸附影響因素,來(lái)減小吸附損失,提高修復(fù)效率,降低修復(fù)成本,以達(dá)到較好的修復(fù)效果.

3 結(jié)論

3.1 N-LED3A在土壤上的吸附動(dòng)力學(xué)過(guò)程符合準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型,吸附初期速率較快,后期吸附速率明顯減慢,約12h達(dá)到吸附平衡.動(dòng)力學(xué)擬合參數(shù)為e= 35.58mg/g,2= 0.0473g/(mg·h),2= 0.9973.

3.2 N-LED3A在土壤上的吸附等溫線呈“LS”型,N-LED3A既可以通過(guò)疏水基在土壤有機(jī)質(zhì)中的分配而吸附,又可以通過(guò)親水基上的羧基配位基團(tuán)與土壤礦物配位而被吸附.土壤對(duì)N- LED3A的吸附量隨平衡濃度的增加而增加,并逐漸趨于平衡. Langmuir、Freundlich和Dubinin- Radushkevich(D-R)吸附等溫方程均可較好的用于擬合吸附行為.

3.3 不同因素對(duì)土壤吸附N-LED3A的影響情況不同. N-LED3A的吸附量隨pH的增大明顯減小,酸性條件下有利于吸附,而堿性條件不利于吸附;離子強(qiáng)度的增加會(huì)導(dǎo)致N-LED3A分子臨界膠團(tuán)濃度的降低,從而使吸附量增加; N-LED3A在土壤上的吸附為放熱過(guò)程,升高溫度不利于吸附,但溫度對(duì)土壤吸附N-LED3A的影響不大;在水土比選取范圍內(nèi)N-LED3A吸附量隨水土比增大而增大.

[1] 孔 明,董增林,晁建穎,等.巢湖表層沉積物重金屬生物有效性與生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)[J]. 中國(guó)環(huán)境科學(xué), 2015,35(4):1223-1229.

[2] 杜芳芳,楊 毅,劉 敏,等.上海市表層土壤中多環(huán)芳烴的分布特征與源解析[J]. 中國(guó)環(huán)境科學(xué), 2014,34(4):989-995.

[3] 汪 杏,沈根祥,胡雙慶,等.鉻(Ⅵ)和菲單一及復(fù)合污染對(duì)土壤微生物酶活性的影響[J]. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào), 2016,35(7): 1300-1307.

[4] 莊緒亮.土壤復(fù)合污染的聯(lián)合修復(fù)技術(shù)研究進(jìn)展[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2007,27(11):4871-4876.

[5] 吳志能,謝苗苗,王瑩瑩.我國(guó)復(fù)合污染土壤修復(fù)研究進(jìn)展[J]. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào), 2016,35(12):2250-2259.

[6] 程 洲,吳吉春,徐紅霞,等. DNAPL在透鏡體及表面活性劑作用下的運(yùn)移研究[J]. 中國(guó)環(huán)境科學(xué), 2014,34(11):2888-2896.

[7] Bandala E R, Aguilar F, Torres L G. Surfactant-enhanced soil washing for the remediation of sites contaminated with pesticides [J]. Land Contamination and Reclamation, 2010,18(2):151-159.

[8] Le?tan D, Luo C L, Li X D. The use of chelating agents in the remediation of metal-contaminated soils: A review [J]. Environmental Pollution, 2008,153:3-13.

[9] Yuan S H, Wu X F, Wan J Z, et al. Enhanced washing of HCB and Zn from aged sediments by TX-100and EDTA mixed solutions [J]. Geoderma, 2010,156:119-125.

[10] 王 軍,楊許召,李剛森.功能性表面活性劑制備與應(yīng)用[M]. 北京:化學(xué)工業(yè)出版社, 2009:79-100.

[11] Huang L P, Zhao B W, Diao J R, et al. Desorption of phenanthrene and copper (II) from contaminated loess soil by a novel chelating surfactant [J]. International Journal of Applied Environmental Sciences, 2014,9:2973-2985.

[12] 喬洪濤,趙保衛(wèi),刁靜茹,等.螯合型表面活性劑對(duì)Pb-Zn復(fù)合污染土壤的洗脫效果[J]. 環(huán)境科學(xué)研究, 2015,28(12):1931- 1938.

[13] Zhao B W, Huang L P, Diao J R, et al. Remediation of copper (II) cadmium (II) contaminated loess soil using a novel chelating surfactant [J]. Fresenius Environmental Bulletin, 2015,24:2473- 2478.

[14] 陳 濤,孫成勛,陳薇薇,等.表面活性劑對(duì)多氯聯(lián)苯在土壤中吸附的影響[J]. 環(huán)境污染與防治, 2013,35(10):59-64.

[15] Harendra S,Vipulanandan C. Sorption and transport studies of cetyl trimethylammonium bromide (CTAB) and Triton X-100in clayey soil [J]. Journal of Environmental Sciences, 2013,25(3): 576-584.

[16] Zhang G Z, Hu H, Sun W L, et al. Sorption of Trition X-100on soil organic matter fractions: kinetics and isotherms [J]. Journal of Environmental Sciences, 2009,21:795-800.

[17] Chen W W, Kang C L, Wang T T, et al. Adsorption behavior and mechanisms of surfactants by farmland soils in northeast China [J]. Chemical Research in Chinese Universities, 2011,27(3):402- 406.

[18] 萬(wàn)卷敏,楊亞提,劉 霞,等.塿土對(duì)陰-非離子表面活性劑的吸附特征研究[J]. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào), 2011,30(4):690-696.

[19] 王婷婷,陳薇薇,張迎新,等.土壤及其組分對(duì)表面活性劑Tween80的吸附作用及影響因素[J]. 吉林大學(xué)學(xué)報(bào)(理學(xué)版), 2011,49(3):559-564.

[20] 周駿宏,張利平,嚴(yán) 平.三聚磷酸鈉鈣螯合值測(cè)定方法[J]. 日用化學(xué)工業(yè), 2009,39(3):210-212.

[21] 汪賽奇,唐玉朝,黃顯懷,等.還原共沉淀法制備Fe-Ti復(fù)合氧化物及其吸附水中As(Ⅴ)的研究[J]. 環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào), 2014,34(8): 2014-2021.

[22] 趙國(guó)璽,朱?瑤.表面活性劑作用原理[M]. 北京:中國(guó)輕工業(yè)出版社, 2003:253-279.

[23] 陳寶梁,李 菱,朱利中. SDBS在潮土/膨潤(rùn)土上的吸附行為及其影響因素[J]. 浙江大學(xué)學(xué)報(bào)(理學(xué)版), 2007,34(2):214-218.

[24] Wu X, Xiao B, Li R, et al. Mechanisms and factors affecting sorption of microcystins onto natural sediments [J]. Environment Science and Technology, 2011,45(7):2641-2647.

[25] Diao J R, Zhao B W, Ma F F, et al. Solubility enhancement of phenanthrene using novel chelating surfactant [J]. Chemical Papers, 2016,70(3):375-383.

[26] 吳志堅(jiān),劉海寧,張慧芳.離子強(qiáng)度對(duì)吸附影響機(jī)理的研究進(jìn)展[J]. 環(huán)境化學(xué), 2010,29(6):997-1002.

Adsorption characteristics of N-LED3A on soil and its influence factors.

DIAO Jing-ru, ZHAO Bao-wei*, QIAO Hong-tao, MA Feng-feng

(School of Environmental and Municipal Engineering, Lanzhou Jiaotong University, Lanzhou 730070, China).

The characteristics of adsorptive thermodynamics and kinetics of a new type chelating surfactant named N-lauroylethylenediaminetetriacetate (N-LED3A) on water/soil interface were studied by the batch equilibration method. The effects of pH value, temperature, ionic strength and water-soil ratio on the adsorption behavior of N-LED3A were also investigated. The results showed that pseudo-second order kinetics equation was adapted to describe the adsorption process of N-LED3A on soil, and Langmuir, Freundlich and Dubinin-Radushkevich (D-R) isotherm models fitted well to the adsorption behavior. In addition, soil organics and clay minerals played important roles in the adsorption characteristics of N-LED3A on soil. The pH values of solution greatly impacted the adsorption process of N-LED3A on soil as well. As the pH value increased from 5 to 11, the adsorption amount of N-LED3A on soil decreased sharply. Moreover, increasing temperature (from 25℃ to 35℃, and then to 45℃) had little influence on the adsorption amount when N-LED3A concentration was below 1000mg/L. When N-LED3A concentration was higher than 3000mg/L, however, the adsorption amount decreased as the temperature increased. Besides, the adsorption amount of N-LED3A on soil increased with the increasing Na+ionic strength in solution, and the adsorption amount varied with water-soil ratio in the sequence of (20:1)<(40:1)<(80:1).

chelating surfactant；adsorption；soil；kinetics；isotherm

X53

A

1000-6923(2017)04-1442-08

2016-09-18

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(41261077);甘肅省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(1010RJZA070)

刁靜茹(1977-),女,山東平原人,講師,蘭州交通大學(xué)博士研究生,主要研究方向?yàn)槲廴究刂苹瘜W(xué).發(fā)表論文10余篇.

* 責(zé)任作者, 教授, baowei.zhao@yahoo.com

, 2017,37(4)：1442~1449