基于电化学开关表面活性剂Fc12的PAHs污染土壤可逆泡沫增强修复

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开关表面活性剂除了具有常规表面活性剂的基本性质,还含有某些可响应基团,通过外界刺激这些基团,即可调控表面活性剂性质发生改变,且这种改变具有可逆性,基于开关表面活性剂的性质,提出可逆泡沫增溶修复有机污染土壤的新思路。本文以二茂铁类开关表面活性剂N,N-二甲基二茂铁甲基十二烷基溴化铵(Fc12)为主要研究对象,研究了其表面性质及电化学可逆特性;探讨了此开关表面活性剂对多环芳烃(PAHs)的增溶解吸规律及其泡沫性能的转变;将二茂铁类开关表面活性剂与常规表面活性剂按不同比例混合,电化学调控以实现混合体系对PAHs的增溶解吸和泡沫性质的改变;试图筛选出此表面活性剂及混合体系的最佳复配比例,对PAHs污染土柱进行泡沫淋洗,分离回收表面活性剂溶液,以证实开关表面活性剂泡沫可逆增溶修复有机污染土壤技术的可行性。研究成果如下:(1)使用铂金板法测得所合成Fc12的临界胶束浓度(CMC)值为0.7 mmol/L,将Fc12溶液氧化后,表面张力增加;将氧化态Fc12溶液再次还原后,表面张力值与原始状态时的值接近,即电化学氧化还原反应可以使Fc12溶液发生电化学可逆转化。使用循环伏安法研究了Fc12的电化学行为,峰值电位差为260 m V,峰值电流比为1.2,表明该表面活性剂具有良好的电化学可逆特性。(2)当表面活性剂浓度在CMC值以上时,Fc12对三种PAHs的增溶顺序为芘>菲>苊,其分配作用与PAHs在辛醇/水中的分配系数(Kow)具有良好的线性关系。经过电化学氧化后,表面活性剂溶液对芘、菲、苊的解吸率分别为78%、81%和62%,整体呈现较好的解吸效果。比较还原态和氧化态Fc12表面活性剂溶液的起泡性和泡沫稳定性,还原态Fc12的起泡性和泡沫稳定性显著强于氧化态的,表明将Fc12溶液氧化,可以有效降低泡沫性能。(3)Fc12-CTAB、Fc12-皂素混合体系的CMC值均低于Fc12的,且电化学氧化/还原处理仍可以对混合溶液的表面活性产生影响。综合比较不同比例Fc12混合体系在电化学调控下对PAHs的增溶效果和解吸效果以及溶液泡沫性能变化,得到最佳混合体系为Fc12-CTAB(4:6)、Fc12-皂素(3:7)。(4)使用0.015 mol/L Fc12及Fc12-CTAB(4:6)、Fc12-皂素(3:7)溶液分别作为起泡剂,淋洗PAHs污染土柱。随着淋洗时间的增加,对芘、菲淋洗率也逐渐增大,淋洗率顺序为Fc12-CTAB(4:6)>Fc12-皂素(3:7)>Fc12,Fc12及其混合体系对PAHs污染土壤体现出良好的修复效果。对淋洗后的混合溶液进行电化学处理后,其对芘、菲的淋洗率相比于一次淋洗率有所下降,但依然表现出具有增溶修复作用,表明通过电化学调控可以实现淋洗后表面活性剂与污染物的分离回收及循环使用。
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