BS+DAS复配修饰膨润土吸附Cr(Ⅵ)和Cd2+的研究

为了研究两性-阴离子复配修饰膨润土对Cr(VI)和Cd2+的吸附性能差异及其机理,并为两性复配修饰黏土矿物治理重金属污染水体提供依据,采用阴离子型有机修饰剂1-癸烷磺酸钠(DAS)复配修饰两性修饰剂十二烷基二甲基甜菜碱(BS-12或BS)修饰膨润土,研究各供试土样对Cr(VI)和Cd2+的等温吸附曲线及不同温度、pH值和离子强度条件对吸附的影响.结果表明,Langmuir模型能较好地拟合各修饰土样对不同类型重金属离子(Cr(VI)和Cd2+)的吸附曲线,其对Cr(VI)和Cd2+的平衡吸附量均呈现BS+150DAS(150%CEC DAS复配修饰膨润土)BS+100DASBS+50DASBS+25DASBSCK(膨润土)的趋势,且对Cr(VI)、Cd2+的最大吸附量(qm)分别为85.92 mmol·kg-1(100BS+150DAS)和321.89 mmol·kg-1(100BS+150DAS).各供试土样对Cr(VI)和Cd2+的吸附均表现为自发、焓增和熵增的特征,升温可增加其对Cr(VI)和Cd2+的最大吸附量.酸性环境有利于各修饰土样对Cr(VI)的吸附,而不利于对Cd2+的吸附.离子强度增加均降低了各修饰土样对Cr(VI)和Cd2+的吸附.     

两性膨润土增强不同层次紫色土吸附Cu2+的研究

为了证实两性粘土对不同层次紫色土吸附Cu~(2+)的促进作用,以不同比例(25%、50%和100%)十四烷基二甲基甜菜碱(BS-14)修饰膨润土作为两性基质,将其分别以5%的比例(质量比)添加至表层和粘化层紫色土中,采用批处理法研究不同两性基质添加比例对表层紫色土(ZS)和粘化层紫色土(ZA)吸附Cu~(2+)的等温吸附特征,并对比温度、p H值和离子强度对Cu~(2+)吸附效果的影响。结果表明:(1)表层紫色土添加BS膨润土(ZS-BS)和粘化层紫色土添加BS膨润土(ZA-BS)对Cu~(2+)的吸附量均随着BS膨润土中BS-14修饰比例的增大而增加,且相同BS-14修饰比例下ZA-BS对Cu~(2+)的吸附量高于ZS-BS。(2)p H值在3~5范围内,表层和粘化层紫色土对Cu~(2+)的吸附量均随p H值的升高而增大。温度从20℃增加到40℃时,两层次土样对Cu~(2+)的吸附量均随温度的升高而增加。土样对Cu~(2+)的吸附量在离子强度I=0.1 mol/L时最大,在I=0.01 mol/L时最小。(3)热力学参数结果表明添加BS膨润土后,不同层次紫色土吸附Cu~(2+)是一个自发、吸热和熵增的过程。     

BS+CTMAB复配修饰在黄棕壤吸附苯酚上的应用

本文基于两性修饰剂十二烷基二甲基甜菜碱(BS-12)和阳离子型表面修饰剂十六烷基三甲基溴化铵(CTMAB)复配修饰蒙脱石吸附苯酚的最佳修饰比例基础上,分别以蒙脱石含量为43%和6%的2种黄棕壤制备了2个系列的BS-12+CTMAB复配修饰土样.以两性复配修饰蒙脱石作对比,研究了2种两性复配修饰黄棕壤对苯酚的吸附特征,分析了温度、pH值和离子强度对两性复配修饰黄棕壤吸附苯酚的影响,并探讨了两性复配修饰蒙脱石与两性复配修饰黄棕壤以及两性复配修饰黄棕壤之间吸附苯酚的差异性.结果表明,和两性复配修饰蒙脱石相同,复配修饰增强了两性修饰黄棕壤对苯酚的吸附能力,30℃时吸附量呈215BS+215CT(215%BS-12+215%CTMAB)215CT(215%CTMAB)215BS(215%BS-12)CK1(蒙脱石含量为43%未修饰黄棕壤)和33BS+33CT(33%BS-12+33%CTMAB)33CT(33%CTMAB)33BS(33%BS-12)CK2(蒙脱石含量为6%未修饰黄棕壤)顺序.Henry模型适用于描述苯酚在黄棕壤各供试土样中的吸附;2种修饰黄棕壤对苯酚吸附量均随温度、pH值的升高而降低,在低浓度范围内,随离子强度的增大而升高,和修饰蒙脱石吸附苯酚的规律相同;土样阳离子交换量(CEC)是决定两性复配修饰蒙脱石与黄棕壤以及2种两性复配修饰黄棕壤之间吸附苯酚存在差异的根本原因.     

BS-18两性修饰膨润土对四环素和诺氟沙星复合污染的吸附

环境中抗生素污染已经成为当前研究的热点问题.为了探讨长碳链两性修饰膨润土对不同类型抗生素复合吸附的效应及机制,采用两性表面活性剂十八烷基二甲基甜菜碱（BS-18）修饰膨润土,研究了不同修饰比例、温度、pH值及离子强度条件下,BS-18两性修饰膨润土对四环素和诺氟沙星在单一及复合条件下的吸附,并结合两性修饰膨润土的表面特征来探讨其吸附机制.结果表明,与CK相比,经BS-18修饰后的土样CEC和比表面积下降,总碳和总氮含量上升.BS-18两性修饰膨润土对四环素的吸附量顺序为CK > 100BS > 25BS > 50BS,吸附符合Langmuir模型;而对诺氟沙星的吸附量顺序为25BS > 50BS > CK > 100BS,吸附符合Henry模型.四环素和诺氟沙星复合体系中,供试土样对四环素和诺氟沙星的吸附量均高于单一体系.随着温度的升高,两性修饰膨润土对四环素的吸附呈增温正效应,而对诺氟沙星随温度的升高吸附量总体上呈现下降的规律;当离子强度由0.001 mol·L^-1增加到0.5 mol·L^-1时,会抑制各供试土样对四环素和诺氟沙星的吸附;溶液pH会影响抗生素的存在形态,进而影响供试土样对其的吸附.BS-18修饰膨润土吸附四环素主要以电荷引力为主,而对诺氟沙星吸附则以电荷引力和疏水结合共同作用为主,两者辛醇/水分配系数对数值（lgKow）的不同以及结构的差异造成了吸附模式的不同;四环素+诺氟沙星复合体系中,形成了TC+NOR混合物促进了土样的吸附.     

两性-阳离子复配修饰塿土对苯酚的吸附

研究了采用两性表面修饰剂十二烷基二甲基甜菜碱(BS-12)和阳离子表面修饰剂十六烷基三甲基溴化铵(CTMAB)复配修饰塿土后对苯酚的吸附反应和热力学特征,并探讨其吸附机理.结果表明,复配修饰后的土样对苯酚的吸附能力明显增强.20℃时表现为CK(原土)<50BS(50%BS-12)<100BS(100%BS-12)<50BS+25CT(50%BS-12+ 25%CTMAB)<100BS+25CT (100%BS-12+25%CTMAB)<50BS+ 50CT(50%BS-12+50% CTMAB)<100BS+50CT(100%BS-12+50%CTMAB), 40℃时表现为CK(原土)<50BS(50%BS-12)<100BS (100%BS- 12)<50BS+25CT(50%BS-12+25%CTMAB)<50BS+50CT(50%BS-12+50%CTMAB)<100BS+25CT(100%BS-12+25%CTMAB)<100BS+50CT (100%BS-12+50%CTMAB).其吸附等温线可用Henry模型描述.供试土样对苯酚的吸附呈现放热焓减反应特征,属于焓减控制的自发性过程.     

SDS对两性修饰膨润土吸附Cd2+的影响

采用十二烷基磺酸钠(SDS)复配修饰十二烷基二甲基甜菜碱(BS-12)修饰的两性修饰膨润土,以批处理法研究了不同修饰比例、温度、pH和离子强度下,SDS对两性修饰膨润土吸附Cd2+的影响,并从吸附等温线、温度效应和热力学角度探讨了吸附机制.结果表明,SDS复配修饰显著增强了两性修饰膨润土对Cd2+的吸附能力,修饰土对Cd2+的吸附量呈现BS+150SDS(BS-12+150%SDS)>BS+100SDS(BS-12+100%SDS)>BS+50SDS(BS-12+50%SDS)>BS+25SDS(BS-12+25%SDS)>BS(BS-12)>CK(原土)的顺序.修饰土对Cd2+的吸附等温线符合Langmuir模型.SDS复配修饰后,温度效应由CK和BS两性修饰土的增温正效应逐渐向BS+150SDS两性复配修饰土的增温负效应转变.pH对修饰土吸附Cd2+影响不大.离子强度增加,修饰土对Cd2+的吸附能力下降,但SDS修饰比例增加可以减弱离子强度对修饰土吸附Cd2+的影响.热力学参数结果表明,修饰土对Cd2+吸附是熵增控制的自发性过程,当SDS复配修饰比例<100%CEC时,修饰土对Cd2+吸附为焓增、熵增过程;当SDS复配修饰比例≥100%CEC时,修饰土对Cd2+吸附为焓减、熵增过程.     

两性修饰膨润土对苯酚的吸附及热力学特征

采用两性修饰剂十八烷基二甲基甜菜碱(BS-18)制备两性修饰膨润土,通过X射线衍射和有机碳质量分数分析表征了修饰土的结构;以批处理法研究了两性修饰膨润土对苯酚的吸附规律,考察了修饰比例、温度、pH和离子强度这4个因素对吸附的影响,并从吸附等温线和吸附热力学角度分析探讨了其吸附机制.结果表明,两性修饰土的底面层间距与修饰比例呈正相关;两性修饰后的土样对苯酚的吸附能力显著增强,20℃和40℃时均表现为150BS(150%BS-18)>100BS(100%BS-18)>50BS(50%BS-18)>25BS(25%BS-18)>CK;吸附量随温度、pH的增加而减小,随离子强度的增大而增大;Henry模型适用于描述苯酚的吸附;苯酚在供试土样上的吸附以分配作用为主,分配系数与有机碳质量分数呈正相关;BS-18修饰土样吸附苯酚是一个自发的物理吸附过程,在0～100%CEC比例时,随修饰比例的增大,吸附呈现焓减、熵增特征,而100%～150%CEC阶段,吸附则表现出相反的特征.     

不同炭基两性黏土对紫色土吸附Cu2+的影响

为了探究不同炭基两性黏土材料对紫色土吸附Cu²⁺的影响,将0%、50%和100% CEC十二烷基二甲基甜菜碱（两性）修饰膨润土分别负载于旱生和水生空心莲子草生物炭上制得炭基两性黏土,然后将其以1%和2%（质量比）添加到紫色土中形成供试研究土样。批量处理法研究pH、离子强度和温度处理对各供试土样吸附Cu²⁺的影响,并分析最适环境条件下土样对Cu²⁺的等温吸附和热力学特征。结果表明：（1）pH在2~5范围内,各供试土样对Cu²⁺的吸附量均与pH呈正相关关系。随着离子强度的增大,供试土样对Cu²⁺的吸附量均先增加后减少,以0.1 mg/L最高。10℃~40℃范围内,土样对Cu²⁺的吸附均表现为增温正效应。（2）在pH=5,离子强度0.1 mg/L和40℃条件下,土样对Cu²⁺的吸附等温线符合Langmuir模型,最大吸附量（q_m）保持在160.79~247.12 mmol/kg之间。添加1%和2%炭基两性黏土后土样q_m分别为紫色土的1.35~1.74倍和1.57~2.02倍。选择旱生炭基两性黏土和2%材料添加比例下土样对Cu²⁺的吸附量较大。（3）热力学参数结果显示各供试土样对Cu²⁺的吸附是自发、吸热和熵增的反应过程。     

苯酚、菲在BS-12/DTAB复配修饰膨润土上吸附的差异

为了探究复配修饰膨润土吸附疏水性不同的污染物的差异,采用阳离子型表面修饰剂十二烷基三甲基溴化铵(DTAB)对两性表面修饰剂十二烷基二甲基甜菜碱(BS-12)修饰膨润土进行复配修饰,采用批处理法研究复配修饰膨润土总修饰比例对苯酚和菲的等温吸附影响,并对比不同温度、pH值和离子强度条件下供试土样对苯酚和菲吸附量、热力学参数的差异.结果表明:随着总修饰比例的增大,复配修饰膨润土对苯酚及菲的吸附能力逐渐增强,0~50%CEC修饰比例下,菲的吸附率大于苯酚的吸附率,当修饰比例超出50%CEC后,苯酚的吸附率大于菲的吸附率,总修饰比例超出150%CEC后,膨润土对苯酚的吸附率变化趋于平缓,而对菲的吸附率开始呈下降趋势;随着土样总修饰比例的增大,温度对苯酚及菲吸附量的抑制效果降低;在KNO_3浓度为0.001~0.1 mol·L~(-1)时,苯酚及菲的吸附量均随着KNO_3浓度的增大而增大;随着pH值的升高,苯酚的吸附量逐渐增大,在pH=7处达到最大,而菲的吸附量则始终呈降低趋势.热力学参数显示,随着总修饰比例的增大,复配修饰土样对苯酚和菲的吸附自发性增强,混乱度增大,当总修饰比例超出150%CEC后,自发性减弱,混乱度下降.     

Cd~(2+)在两性-阴离子复配修饰塿土上的吸附-解吸行为

以十二烷基二甲基甜菜碱(BS-12)单一修饰和十二烷基二甲基甜菜碱+十二烷基磺酸钠(SDS)复配修饰塿土黏化层土壤,采用批处理法研究了Cd2+在供试土样上的吸附-解吸行为,并对其吸附-解吸机制进行了探讨.结果表明,在20℃、40℃下起始浓度较小时,复配修饰土样吸附量大于BS-12单一修饰土样,温度对吸附的影响不大.Langmuir模型最适合描述供试土样对Cd2+的吸附等温线.复配修饰土样20℃、40℃解吸量差异不大,原土和BS-12单一修饰土样随温度升高解吸量增加.土样净吸附量20℃时BS-12单一修饰土样最高,而复配修饰土样和原土差异不大,40℃时复配修饰和单一修饰土样差异不大,但均高于原土.复配土样的吸附是静电作用和有机修饰剂有机相的疏水阻力综合作用的结果.     

两性复配修饰黏土对苏丹草修复Cu2+污染紫色土的影响

为了探索添加吸附材料对植物修复Cu²⁺污染土壤的影响,选取不同十二烷基二甲基甜菜碱 （BS-12）和十四烷基磺酸钠 （STS）复配修饰比例（50%BS-12+25%STS、50%BS-12+50%STS和50%BS-12+100%STS）的膨润土作为吸附材料,将其分别以1%的质量比加入到紫色土（PS）中,形成PS（对照）、PBS₂₅（50%BS-12+25%STS修饰膨润土混合紫色土）、PBS₅₀和PBS₁₀₀四种混合土样。采用盆栽实验对比苏丹草在0（CK）、50、100、200和500 mg/L Cu²⁺污染混合土样中的发芽率、株高、地上部和根系生物量,并分析混合土样和苏丹草对Cu²⁺污染的修复效果。结果显示,随着Cu²⁺处理浓度的增加,苏丹草在PS上的种子发芽率逐渐降低,而在各PBS土样上的发芽率基本保持先增加后稳定的趋势;不同Cu²⁺污染混合土样上的苏丹草株高均随生长时间的增加而增加。苏丹草地上部、根系干重和鲜重在PBS₂₅、PBS₅₀土样上均随Cu²⁺处理浓度的增大而降低,而在PS和PBS₁₀₀土样上均随Cu²⁺处理浓度的增加先增加后降低,峰值分别出现在200和100 mg/L的Cu²⁺处理。Cu²⁺污染处理下苏丹草各生理指标之间均保持中度以上正相关关系,且相关系数表现为PBS₁₀₀最高、PBS₂₅和PBS₅₀次之、PS最低的趋势。各混合土样对Cu²⁺的吸附能力表现为PBS₂₅ > PBS₅₀ > PBS₁₀₀ > PS,苏丹草对Cu²⁺的富集含量表现为PS > PBS₁₀₀ > PBS₅₀ > PBS₂₅的趋势,苏丹草联合两性复配黏土修复Cu²⁺污染紫色土的修复率达99%以上。     

土壤不同有机质组分对菲的吸附特征研究

采用批次实验,研究了三种不同类型土壤黄红壤、水稻土和草甸土的全土、重组、去松结态和紧结态4个组分对菲的吸附,结果表明,菲在不同土壤及其组分上的吸附等温线都能用Freundlich方程进行拟合,所有等温线都具有一定程度的非线性,指数N值的大小顺序基本都为全土>重组>去松结态>紧结态.除了黄红壤的紧结态比去松结态对菲的吸附容量KF值略小外,不同土壤及其组分对菲吸附的KF值以及有机碳归一化的KFoc值大小顺序都为紧结态>去松结态>重组>全土.不同类型土壤之间的KF值大小顺序为草甸土>水稻土>黄红壤,而KFoc值大小顺为水稻土>草甸土>黄红壤.KF值与有机碳含量之间呈显著性正相关(P<0.05),KFoc与N之间呈极显著负相关(P<0.001).土壤及其组分对菲的吸附强度与有机质的结构特征和聚合程度有关.     

生物炭墙对紫色土坡耕地中氟苯尼考迁移影响

采用实验室批量平衡实验,研究紫色土坡耕地土壤中氟苯尼考吸附-解吸特征及生物炭施用的影响,此外,开展野外坡底生物炭（重量占比5%）可渗透反应墙的构建试验,观测自然降雨条件下该反应墙对坡耕地小区中氟苯尼考随地表径流与下渗水迁移的影响.结果表明,氟苯尼考在紫色土中的等温吸附行为符合Freundlich方程,在低浓度范围内（<2mg/L）,生物炭的施用一方面提高了其在紫色土中的吸附量,吸附过程可能以内扩散为主,另一方面,显著降低其解吸量;紫色土坡耕地中的淋溶作用是氟苯尼考的主要迁移方式;坡底生物炭（5%）渗透墙的构建有效地减控了其在紫色土中的淋溶迁移以及深层侧向迁移.     

生物质炭施用对土壤中氯虫苯甲酰胺吸附及消解行为的影响

分别在黑土、黄壤、红壤、紫色土和潮土中添加0.5%(质量分数)生物质炭,采用批处理等温吸附实验及室内消解实验测定了CAP的吸附等温线及消解动态,目的是揭示不同类型土壤中施用生物质炭对残留CAP的环境行为影响规律,为评估生物质炭田间施用综合生态效应,评价土壤残留CAP的环境污染风险提供理论依据.结果表明,生物质炭施用可提高土壤对CAP的吸附活性,但提高程度因土壤性质不同而异.有机质含量较高的黑土中添加生物质炭,吸附农药Kd值提高了2.17%,而有机质含量较低的潮土添加等量生物质炭后则提高了139.13%.生物质炭施入土壤后其对农药吸附活性受到不同程度抑制.与施入土壤前比较,生物质炭施入黑土、黄壤、红壤、紫色土和潮土中后吸附常数KF,biochar分别降低了96.94%、90.6%、91.31%、68.26%和34.59%.CAP在黑土、黄壤、红壤、紫色土和潮土中的消解半衰期为115.52、133.30、154.03、144.41和169.06 d,而在添加生物质炭的土壤中消解半衰期分别延长了20.39、35.76、38.51、79.19和119.75 d.与吸附实验结果一致,生物质炭施入黑土对延缓农药土壤消解作用最小,而潮土中施入生物质炭效果最明显.本研究表明生物质炭施入土壤后可增强对农药的吸附作用,延缓农药的土壤消解,但影响程度与土壤性质有关.     

施加生物炭对河流沿岸土吸附铜的影响机制

为探究生物炭施加对河流沿岸土吸附铜的影响机制,采集嘉陵江流域(川渝段)内苍溪(CX)、南部(NB)、嘉陵(JL)和合川(HC)沿岸土表层(S,0～20 cm)、亚表层(D,20～40 cm)共8种土样,分别将1%(质量比)生物炭(B)加入到8种土样中形成混合土样(CX_(SB)、NB_(SB)、JL_(SB)和HC_(SB); CX_(DB)、NB_(DB)、JL_(DB)和HC_(DB))。以原始土样作为对照,批处理法研究各供试土样在不同温度、pH和离子强度下的Cu~(2+)吸附和热力学特征,并分析Cu的吸附形态。结果显示:(1)各供试土样对Cu~(2+)的等温吸附都适用Langmuir模型描述,Cu~(2+)的最大吸附量q_m在62. 20～363. 64 mmol/kg之间,S层土样对Cu~(2+)的吸附量均呈现JL NB CXHC的趋势,而D层土样呈现JL CX NB HC的趋势。施加生物炭有助于增强D层土壤对Cu~(2+)的吸附。(2) 20～40℃范围内,各供试土样对Cu~(2+)的吸附量均随温度的升高而升高,表现为增温正效应。热力学参数结果表明各混合土样对Cu~(2+)的吸附是一个自发、吸热和熵增的过程。(3) pH的升高有利于各供试土样对Cu~(2+)的吸附。随着离子强度的增加,各混合土样(HC_S和HC_D除外)对Cu~(2+)的吸附量均呈现先增后降的趋势,0. 1 mol/L时最大。(4)土样中吸附的铜主要以碳酸盐结合态和铁锰氧化物结合态铜存在,生物炭的施加增加了土样中可交换态(HC除外)和有机结合态铜含量,而对碳酸盐结合态和铁锰氧化物结合态铜影响较小。供试土样对Cu~(2+)的q_m主要是由CEC和比表面积决定的。     

生物炭对紫色土中氟苯尼考吸附与迁移的影响

氟苯尼考作为我国常用的兽用抗生素在土壤中被广泛检出,在有机质含量低(约<2%)、吸附性能差的紫色土中具有高迁移性,而具有多孔结构的生物炭对其具有较强的阻控能力. 本文采用批量平衡吸附试验与填装土柱淋溶试验,探究生物炭对氟苯尼考在紫色土中吸附与迁移的影响. 结果表明:Freundlich等温吸附模型可较好地刻画氟苯尼考在供试土壤上的吸附行为,其中,紫色土对氟苯尼考的吸附过程更接近于线性吸附(1/n=0.99±0.07),而生物炭施用使得紫色土对氟苯尼考的吸附容量常数(K_f)提高了9.69倍,且非线性增强;两点化学非平衡模型可较好地刻画供试土柱中Br?示踪剂与氟苯尼考的穿透曲线(R2≥0.964,RMSE≤0.09),生物炭施用分别提高了水动力弥散系数、瞬时吸附常数、瞬时吸附交换所占分数及一阶动力学速率系数,但因水土接触时间受限,瞬时吸附常数(K_d-c)远小于分配系数(K_d)和吸附容量常数(K_f);生物炭的施用使得紫色土中氟苯尼考的残留率增加了38%. 研究显示,紫色土中施用生物炭虽然促进了水分运动,但仍可通过提高吸附能力阻控氟苯尼考的迁移.      

水溶性有机碳对菲吸附系数测定的影响

以菲为代表性化合物,利用摇瓶吸附实验研究土壤水分配体系中溶解态有机碳(DOC)对有机碳归一化吸附系数测定结果的影响.研究结果表明,在吸附系数测定过程中土壤溶出的DOC会导致水相中菲的浓度显著增加,很大程度上改变了菲在土水两相中的分配平衡,从而导致吸附系数的测定误差.根据文献报道的菲与DOC相互作用常数(K_doc)以及实测体系中DOC浓度可以对实验数据进行校正,以获得更为可靠的结果,本文对线性吸附系数和Freundlich吸附系数分别进行了校正,得到有机碳归一化的吸附系数lgKoc为4.35 ,lgK_Foc为7.01.校正前后的lgK_oc与文献数据的对比从侧面反映出在水土体系的吸附研究中可能普遍包含因不同浓度DOC影响所造成的偏差,考虑这种影响对于准确比较不同研究得到的吸附参数具有重要意义.