BSDTAB复配修饰红壤对苯酚的吸附

摘要：为了探究复配修饰后，可变电荷类型的红壤与恒电荷土壤对苯酚的吸附差异，以红壤作为供试土样，在两性表面活性剂BS-12（十二烷基二甲基甜菜碱）修饰的基础上，以阳离子型表面活性剂DTAB（十二烷基三甲基溴化铵）复配修饰制备两性-阳离子复配修饰红壤，采用批处理法研究在单一苯酚及Cd2+复合条件下供试土样对苯酚的吸附效果，并分析不同修饰比例、温度、离子强度和pH的影响。结果表明，DTAB复配修饰增强了BS-12两性修饰红壤对苯酚的吸附能力，单一苯酚表现出在总修饰比例小于150%CEC时吸附量随着修饰比例的增加而递增；各修饰土对苯酚的吸附具有增温负效应；苯酚吸附量随着pH的升高而降低；随着离子强度的增大，苯酚单一处理时供试土样对苯酚吸附量减少，但苯酚和Cd2+复合处理时，则呈现先降低后升高的趋势。Henry模型能较好地拟合各修饰红壤对苯酚吸附的等温吸附数据，吸附以分配机制为主；供试土样对苯酚的吸附属于自发的物理吸附过程。复配修饰红壤的苯酚吸附量低于恒电荷土壤，其黏土矿物成分决定的低CEC是主要影响因素。关键词：复配修饰；红壤；苯酚；吸附中图分类号：X53文献标志码：A文章编号：1672-2043（2019）01-0132-08doi:10.11654/jaes.2018-0293AdsorptionofphenolontoredsoilmodifiedwithaBS-DTABcomplexZHANGYang1,MENGZhao-fu1,2*,LIWen-bin3,RENShuang1,WANGTeng1,LIUWei1,TIANKai1（1.CollegeofNaturalResourcesandEnvironment,NorthwestA&FUniversity,Yangling712100,China;2.KeyLabofNutritionandAgro-environmentinNorthwestChina,MinistryofAgriculture,Yangling712100,China;3.CollegeofEnvironmentalScienceandEngineering,ChinaWestNormalUniversity,Nanchong637009,China）Abstract：Toinvestigatethedifferencesinadsorptionofphenolbetweenvariable-chargeredsoilandconstant-chargesoilafterorganiccomplexmodification,phenoladsorptionviaeitherphenolonlyorphenol+Cd2+treatmentontovariable-chargeredsoilmodifiedbyamixtureofamphotericmodifier,dodecyldimethylbetaine（BS-12）andthecationicmodifierdodecyltrimethylammoniumbromide（DTAB）wastestedinabatchexperiment.Theinfluenceoftotalmodifierratio（TMR）,temperature,ionicstrength,andpHonthediscrepanciesinadsorptionwerestudied.Theresultsshowedthatphenoladsorptionontoamphoteric-modifiedredsoilwasenhancedbyDTABandincreasedwithanin⁃creaseinmodifierratioforphenolonlytreatmentwhentheTMRwaswithin150%oftheCEC.TheHenryequationwasthebestmodelforde⁃scribingthephenoladsorptionisotherm,demonstratingthatthemechanismofphenoladsorptionontotheredsoilmodifiedwiththeBS-DTABcomplexwascontrolledbythepartitioneffect.Thephenoladsorptiondecreasedwithincreasesintemperature,pH,andionicstrength,whileanincreasewasappearedinphenol+Cd2+mixturetreatmentwithanincreaseinionicstrength.TheadsorptionofphenolontoBS-DTAB-modifiedredsoilwasaspontaneousphysicaladsorptionprocessandwaslowerthanthatontoconstant-chargesoil.ThelowCECduetotheclaymineralcompositionwasthedeterminingfactorincontrollingphenoladsorptionontotheamphoteric-complex-modifiedredsoil.Keywords：complexmodification;redsoil;phenol;adsorption收稿日期：2018-03-05录用日期：2018-04-27作者简介：张洋（1993—），男，河南焦作人，硕士研究生，主要从事环境污染修复研究。E-mail：[e-mail]*通信作者：孟昭福E-mail：[e-mail]基金项目：国家自然科学基金项目（41271244）；陕西省重点研发计划项目（2017SF-385）Projectsupported：TheNationalNaturalScienceFoundationofChina（41271244）；SocialKeyResearch-developmentDevelopmentProjectinShaanxiProvince（2017SF-385）2019，38（1）:132-1392019年1月农业环境科学学报JournalofAgro⁃EnvironmentScience张洋，孟昭福，李文斌，等.BS-DTAB复配修饰红壤对苯酚的吸附[J].农业环境科学学报,2019,38（1）：132-139.ZHANGYang,MENGZhao-fu,LIWen-bin,etal.AdsorptionofphenolontoredsoilmodifiedwithaBS-DTABcomplex[J].JournalofAgro-EnvironmentScience,2019,38（1）：132-139.BS-DTAB复配修饰红壤对苯酚的吸附张洋1，孟昭福1，2*，李文斌3，任爽1，王腾1，刘伟1，田凯1（1.西北农林科技大学资源环境学院，陕西杨凌712100；2.农业部西北植物营养与农业环境重点实验室，陕西杨凌712100；3.西华师范大学环境科学与工程学院，四川南充637009）张洋，等：BS-DTAB复配修饰红壤对苯酚的吸附2019年1月由于天然土壤其本身的亲水性特征，土壤中的有机污染物具有较大的活动性和生物有效性，可能进入食物链或向下迁移进入地下水而造成环境污染。因此，提高天然土壤对有机污染物的吸附固定能力对于保护生态环境和人体健康具有重要意义[1-3]。国内外研究者通过化学修饰增大土壤吸附有机污染物能力的研究开展较多，采用阳离子[4-8]、双阳离子[9-11]、阳-非离子[12]和阴-阳离子[13-15]表面活性剂复合修饰及其他复合修饰[16-17]黏土矿物或土壤，可以提高有机污染物在土壤中的吸附。两性表面活性剂同时具有疏水碳链结构和两个分别带正、负电荷亲水基团，对恒电荷性质的膨润土[18]、塿土[19]进行修饰后，苯酚吸附量为未修饰原土的1.25~4.35倍，Cd2+吸附量为未修饰原土的0.92~1.70倍，即对有机、重金属的复合污染物具有良好的共吸附能力。为进一步提高对有机污染物的吸附能力，有研究采用两性-阳离子复配修饰陕西关中地区恒电荷土壤——塿土[20]、陕西南部地区恒电荷土壤——黄棕壤[21]对苯酚进行吸附，结果表明复配修饰增强了两性修饰恒电荷土壤对苯酚的吸附能力。对于可变电荷土壤，有研究发现，SDS、CTAB等表面活性剂的加入可明显地改变红壤对噻吩磺隆的吸附能力，但不同类型表面活性剂对红壤吸附噻吩磺隆的影响情况不尽相同[32]。本课题组前期研究发现，可变电荷性质的红壤性水稻土经两性修饰后可具有增强持留重金属Cd2+的能力和吸持的稳定性[22]，而低碳链长度的八烷基氨基酸[23]未能较好地提高红壤对重金属Cd2+的吸附能力，两性修饰剂羧基上的负电荷点位和土壤表面上的正电荷点位的结合可能是主要的修饰机理。可见，由于可变电荷土壤的组成及电荷性质同恒电荷土壤差异较大[33]，两性及其复配表面活性剂对可变电荷土壤进行复配修饰机制必然与恒电荷土壤有所不同，进而也就影响其对有机、重金属吸附的能力。但可变电荷土壤两性复配修饰的相关研究迄今尚未见报道。可变电荷土壤分布较为广泛，研究可变电荷土壤的两性及其复配修饰，对于探明可变电荷土壤修饰后对污染物的吸附效应及其与恒电荷土壤的差异，拓展两性复配修饰的实际应用，建立两性有机修饰的构效机制具有实际意义。本文选取典型的可变电荷土壤——红壤，以两性修饰剂BS-12及阳离子表面活性剂DTAB对其进行复配修饰，研究复配修饰后红壤在不同温度、pH、离子强度以及Cd2+存在下对苯酚吸附的影响，旨在为可变电荷类型土壤的两性复配修饰的研究和应用提供理论依据。1材料与方法1.1实验材料土样为红壤，采自云南省昆明市北郊黑龙潭，海拔1983m。采样深度为10~30cm，经风干、去除动植物残体，研磨过60目尼龙筛，备用，基本理化性质见表1。采用BS-12（十二烷基二甲基甜菜碱，以BS表示，购自天津兴光助剂厂）作两性修饰剂；采用DTAB（十二烷基三甲基溴化铵，以DT表示，购自天津市致远化学试剂有限公司）作阳离子型修饰剂。有机污染物采用苯酚（购自西陇化工股份有限公司）配制；重金属污染物采用Cd2+溶液，以3CdSO4·8H2O（购自天津市福晨化学试剂厂）配制。上述试剂均为分析纯。BS修饰红壤和BS-DT复配修饰红壤均采用湿法制备[18]。BS、DT修饰计算公式如下：W=m×CEC×M×10-6×R×b-1（1）式中：W为修饰剂质量，g；m为土样质量，g；CEC为红壤的阳离子交换量，mmol·kg-1；M为修饰剂的摩尔质量，g·mol-1；R为修饰比例；b为修饰剂的含量（BS取30%，DT取100%）。1.2实验设计按修饰比例+修饰剂的方式表示以下修饰土样，如50BS是指BS-12按红壤CEC以50%比例进行修饰，100BS+100DT是指BS-12与DTAB均按红壤CEC以100%比例进行复配修饰。BS+DT复配比例设置分别为50BS+25DT、50BS+50DT、50BS+100DT、50BS+150DT、100BS+25DT、100BS+50DT、100BS+100DT、100BS+150DT，以未修饰红壤（CK）和50%CEC（50BS）、100%CEC（100BS）单土样红壤有机质/g·kg-116.41pH值5.05CEC/mmol·kg-1103.34主要黏土矿物质量分数/%高岭石38三水铝矿20石英15赤铁矿13表1红壤理化性质Table1Basicphysicalandchemicalpropertiesofredsoil133农业环境科学学报第38卷第1期6050403020100平衡浓度Equilibriumconcentration/mmol·kg-1吸附量Adsorptionamou