挥发性氯代烃在我国典型土壤中的吸附—解吸特性研究

论文摘要

近年来,中国土壤污染事故频发,引起了社会和政府部门的广泛关注。吸附是挥发性氯代烃（Volatile chlorinated hydrocarbons,VCHs）污染土壤的主要机制之一。土壤对VCHs的吸附行为不仅直接影响土壤中VCHs的浓度及其分布,而且影响VCHs在土壤中的迁移转化,并对污染现场的修复能力产生重大影响。因此,了解VCHs在土壤中的吸附特性对于污染场地调查与修复有着重要的实际意义。在对VCHs在土壤中的吸附-解吸行为进行调研的基础上,本研究定量解析了我国典型土壤与常见VCHs气体的吸附平衡关系,建立了根据土壤气体浓度预测土壤中污染物含有量的方法,同时用连续通气实验研究了四氯乙烯（tetrachloroethylene, PCE）从长期污染土壤中的解吸特性,为推进我国调查和控制城市地区的土壤污染提供理论基础。主要包括以下3部分内容:（1）采用静态吸附平衡实验测试3类干燥水稻土对6种VCHs气体的吸附平衡。结果显示干燥土壤的平衡吸附等温线用Dubinin-Astakhov方程拟合良好（R2>0.95）,且方程参数与土壤和VCHs特性的有关。Dubinin-Astakhov等式各参数不受土壤有机碳含量的影响;β与VCHs化合物的分子体积之间没有发现相关性,但随VCHs分子极性的增大有变大的趋势;E0与土壤的V<平均孔径呈线性相关;W0与V<10nm相关良好,但与土壤比表面积关系不大。用Dubinin-Astakhov方程进行干燥土壤的平衡吸附量预测,预测值与实测值拟合良好（R2=0.98）。（2）用动态吸附平衡实验测试8类湿润土壤对4种VCHs气体的吸附平衡。发现湿润土壤对三氯乙烯、四氯乙烯、1,1,1-三氯乙烷的吸附等温线符合Henry型吸附等温式,而1,1,2-三氯乙烷则呈非线性吸附。不同土壤的固-液吸附平衡系数（KSW）与土壤有机碳含量（α）呈良好的线性关系。对湿润土壤的平衡吸附量进行预测,预测值与实测值相关良好（R2=0.98）。对于含水率介于干燥与湿润之间的半湿润土壤的吸附不能忽略直接暴露于气相中的水合土壤表面的吸附,这部分与干燥土壤有类似的吸附机制,可以通过压汞法和BET N2吸附法得到暴露于气相中的土壤表面比例γ和土壤的相对饱和度RS。这样,半湿润土壤的吸附量可以用干燥和湿润土壤的预测式进行估算。（3）用连续通气实验解析PCE从长期污染土壤中的解吸特性。脱离气体中PCE浓度随通气时间而降低,特别是在通气初期一段时间里浓度急剧下降。通气过程中的PCE去除率与污染土壤的粒径分布和有机碳含量有关。通气结束后,有一部分PCE难以通气脱离,这是因为吸附于土壤有机碳、矿物晶体内及粒子层间的PCE扩散缓慢的缘故。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 挥发性氯代烃的土壤污染概况
• 1.2 挥发性氯代烃的生产消费状况
• 1.3 挥发性氯代烃的物理性质及毒性
• 1.4 污染土壤的防治
• 1.4.1 土壤保护法律法规
• 1.4.2 污染土壤的修复技术
• 1.4.3 土壤真空抽提净化技术
• 1.5 挥发性氯代烃在土壤中的吸附行为研究进展
• 1.5.1 挥发性氯代烃在非饱和带的相间分配特征
• 1.5.2 挥发性氯代烃在土壤中的吸附机制
• 1.5.3 影响挥发性氯代烃在土壤中吸附的因素
• 1.6 研究意义、目的及技术路线
• 1.6.1 研究的现实意义
• 1.6.2 研究目的及技术路线
• 第2章 挥发性氯代烃在干燥土壤中的吸附平衡研究
• 2.1 实验材料
• 2.1.1 主要仪器
• 2.1.2 实验试剂
• 2.1.3 土壤样品
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 土壤样品理化性质的测定
• 2.2.2 挥发性氯代烃气体浓度检测方法的建立
• 2.2.3 土壤样品目标化合物的本底溶出实验
• 2.2.4 干燥土壤的静态吸附平衡实验方法
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 长三角地区的典型土壤性质
• 2.3.2 实验控制样测试结果
• 2.3.3 干燥土壤的吸附等温线
• 2.3.4 β与挥发性氯代烃特性之间的关系
• 0、W₀ 与土壤特性间的关系'>2.3.5 E₀、W₀与土壤特性间的关系
• 2.4 干燥土壤平衡吸附量的预测
• 2.5 小结
• 第3章 挥发性氯代烃在湿润土壤中的吸附平衡研究
• 3.1 材料与方法
• 3.1.1 主要仪器
• 3.1.2 实验试剂
• 3.1.3 土壤样品
• 3.1.4 VCHs 甲醇溶液标准曲线的建立
• 3.1.5 热甲醇提取法
• 3.1.6 湿润土壤的动态吸附平衡实验方法
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 连续通气对土壤含水量的影响
• 3.2.2 土壤含水率变化对吸附量的影响
• 3.2.3 湿润土壤的吸附平衡等温式的确认
• 3.2.4 固-液吸附平衡系数与土壤特性间的关系分析
• 3.2.5 湿润土壤平衡吸附量的预测
• 3.3 任意含水率土壤的平衡吸附量的预测
• 3.3.1 任意含水率土壤中的平衡吸附模型
• 3.3.2 暴露于气相中的土壤表面比例γ与土壤相对饱和度RS的推算
• 3.3.3 任意含水率土壤的平衡吸附模型的确认
• 3.4 土壤污染分布的估算
• 3.5 小结
• 第4章 挥发性氯代烃从污染土壤中的解吸特性研究
• 4.1 实验部分
• 4.1.1 实验对象
• 4.1.2 连续通气实验装置
• 4.2 结果与讨论
• 4.2.1 通气时间对脱离气体浓度及土壤中PCE 含有量的影响
• 4.2.2 土壤特性对PCE 去除率的影响
• 4.2.3 长期解吸机制的探讨
• 4.3 小结
• 第5章 结论与建议
• 5.1 结论
• 5.2 建议
• 致谢
• 参考文献
• 附录Ⅰ
• 附录Ⅱ
• 个人简历和研究成果