简介:关于本文可作为表面活性剂表面张力方面的大学硕士与本科毕业论文表面活性剂表面张力论文开题报告范文和职称论文论文写作参考文献下载。
龙绛雪,傅海燕,高攀峰,李岱霖,陈振兴
（厦门理工学院环境科学与工程学院,厦门 ３６１０２４）
摘 要：为了研究鼠李糖脂与化学型表面活性剂复配体系清除土壤石油污染的效果,以吐温和司盘系列非离子型表面活性剂为研究对象,通过动态接触角测量仪测定各单组分的胶束浓度,进而考察鼠李糖脂浸膏与４种非离子型表面活性剂的最佳复配比例,并对其模拟石油污染土壤的清除石油效果及影响因素进行评价.结果表明,二元复配的非离子型表面活性剂体系比单一组分的清除石油效果好,添加少量的鼠李糖脂可大幅度降低复配体系的表面张力,清除石油效果明显提高.当０．３ ｇ／Ｌ鼠李糖脂与４．０ ｇ／Ｌ司盘６０复配、固液比为１∶２０（ｍ／Ｖ,ｇ∶ｍＬ）,水浴为７０ ℃时,复配体系对石油的去除率达到７９．６４％,２次清洗对石油的去除率可提高到８２．９１％.
关键词：鼠李糖脂；发酵浸膏；非离子型表面活性剂；复配体系；去油效率
中图分类号：ＴＥ３５７．４６ 文献标识码：Ａ 文章编号：0439－８114（２０14）06－1277-04
Ｒｅｍｏｖing Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ Ｐｏｌｌｕｔｅｄ Ｓｏｉｌ ｗｉｔｈ Ｂｉｏlogical Ｎｏｎｉｏｎｉｃ Ｓｕｒｆａｃｔａｎｔ
ＬＯＮＧ Ｊｉａｎｇ－ｘｕｅ,ＦＵ Ｈａｉ－ｙａｎ,ＧＡＯ Ｐａｎ－ｆｅｎｇ,ＬＩ Ｄａｉ－ｌｉｎ,ＣＨＥＮ Ｚｈｅｎ－ｘｉｎｇ
（Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏｌｌｅｇｅ , Ｘｉａｍｅｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ, Ｘｉａｍｅｎ ３６１０２４,Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅ ｔｈｅ ｏｉｌ ｒｅｍｏｖing ｒａｔｉｏ ｉｎ ｐｏｌｌｕｔｅｄ ｓｏｉｌ, ｍｉｃｅｌｌｅ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ ４ ｋｉｎｄs ｏｆ ｎｏｎ－ｉｏｎｉｃ ｓｕｒｆａｃｔａｎｔｓ ｓｕｃｈ ａｓ Ｔｗｅｅｎ６０／８０ ａｎｄ Ｓｐａｎ６０／８０ ｗｅｒｅ studied ｂｙ ａ ｄｙｎａｍｉｃ ｃｏｎｔａｃｔ ａｎｇｌｅ ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ． The optimal ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｒａｔｉｏ ｏｆ ｒｈａｍｎｏｌｉｐｉｄ ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｅｘｔｒａｃｔ ｃｏｍｐｏｕｎｄ ｗｉｔｈ ｆｏｕｒ ｋｉｎｄｓ ｏｆ ｎｏｎ－ｉｏｎｉｃ ｓｕｒｆａｃｔａｎｔｓ ｗｅｒｅ determined. Tｈｅ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｏｆ ｏｉｌ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ａｎｄ ｔｈｅ ｉｍｐａｃｔ ｆａｃｔｏｒｓ ｗｅｒｅ evaluated． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｃｏｍｐｏｕｎｄ ｓｕｒｆａｃｔａｎｔ ｓｙｓｔｅｍ ｗａｓ better than ｓｉｎｇｌｅｎｅｓｓ． Ｔｈｅ efficiency of oil ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｉｎｃｒｅａｓｅd signifficantly ｗｈｅｎ ｌｏｗｅｒ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｒｈａｍｎｏｌｉｐｉｄ ｗａｓ ａｄｄｅｄ． Ｔｈｅ ｏｐｔｉｍａｌ ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｗａｓ ０．3 g/L ｒｈａｍｎｏｌｉｐｉｄ ａｎｄ 4.0 g/L Ｓｐａｎ ６０． Ｔｈｅ ｒａｔｉｏ ｏｆ ｍａｔｅｒｉａｌ ｔｏ ｌｉｑｕｉｄ ｗａｓ １∶２０（ｍ／Ｖ,ｇ∶ｍＬ）. Tｈｅ ｏｉｌ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｒａｔｅ ｒｅａｃｈｅｄ ａ ｍａｘｉｍｕｍ ｒａｔｉｏ ｏｆ ７９．６４％（ｗａｓｈｉｎｇ １ ｔｉｍｅｓ）ａｔ ７０ ℃ ａｎｄ ｒｅａｃｈｅｄ ｔｏ ８２．９１％ ｗｈｅｎ it was ｗａｓｈed ２ ｔｉｍｅｓ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｒｈａｍｎｏｌｉｐｉｄ； ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｅｘｔｒａｃｔ； ｎｏｎ－ｉｏｎｉｃ sｕｒｆａｃｔａｎｔ； ｃｏｍｐｏｕｎｄ ｓｙｓｔｅｍｓ； ｏｉｌ ｒｅｍｏｖａｌ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ
随着经济的发展,中国对石油产品的需求骤增,由此带来的石油污染问题尤其是土壤污染问题日益严重.石油污染会严重影响土地的使用功能,导致植被破坏和生态变异、农作物代谢过程紊乱、水体严重污染等环境问题,进而影响人体健康［１,２］.石油污染场地的土壤修复已成为中国当前环境领域研究的热点和亟待解决的重大环境问题之一［３］.鼠李糖脂是由铜绿假单胞菌代谢产生的生物表面活性剂［４］,具有更强的表面润湿性和增溶效果,能形成较低的油水界面张力体系［５］,提高原油采收率［６］,有效地促进烷烃的生物降解且环境友好［７］,从而修复石油污染土壤.鼠李糖脂与其他表面活性剂复配得到的混合溶液通常能获得比单一表面活性剂溶液更加良好的清除石油的效应［８－１０］.本研究通过鼠李糖脂浸膏与非离子型表面活性剂吐温６０、吐温８０、司盘６０、司盘８０的复配,利用表面张力仪测定其混合胶束浓度,从而得到最佳复配比,并将其对模拟石油污染土壤的清除效果及影响因素进行了考察,以期为鼠李糖脂复配试剂在石油污染土壤中的修复应用提供依据和参考.
１ 材料与方法
１．１ 仪器与试剂
仪器：动态接触角测量仪（ＤＣＡＴ２１型）、恒温水浴锅（ＨＨ－１型）、台式离心机（ＴＤＬ－６０Ｃ型）、超声波清洗器（ＹＳ－１型）、恒温干燥箱（ＤＹＧ－９０７０Ｂ型）等.
试剂：鼠李糖脂发酵浸膏（以下简称鼠李糖脂）含量约５０％,购于湖州紫金生物科技有限公司；司盘６０、司盘８０、吐温６０、吐温８０、三氯甲烷、碳酸钠等均为分析纯；柴油购于中国石化公司厦门集美加油站.
１．２ 试验方法
１．２．１ 鼠李糖脂与非离子型表面活性剂复配试验
１）单组分非离子型表面活性的测定.室温下,分别配制单组分非离子型表面活性剂浓度为1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0、4.5、5.0 g/L 9个梯度,同时配制鼠李糖脂浓度为0.50、0.55、0.60、0.65、0.70、0.75、0.80 g/L 7个系列.分别测其表面张力,作表面张力随浓度的变化曲线,得出各表面活性剂的最佳浓度.
２）非离子型表面活性剂二元配比的测定.室温下,固定司盘和吐温表面活性剂的总浓度为5.0 g/L,通过改变其质量比为１∶９、２∶８、３∶７、４∶６、５∶５、６∶４、７∶３、８∶２、９∶１,测定其表面张力,作表面张力随不同质量比的变化曲线,得到非离子型表面活性剂二元复配的最佳质量比.
３）鼠李糖脂与单一及二元非离子型表面活性剂复配的测定.室温下,按“１．２．１”中“１）”、“２）”所测得的非离子型表面活性剂及其最佳配比的浓度加入各物质,再分别加入不同质量的鼠李糖脂,使其终浓度分别为0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7 g/L,测其表面张力,作表面张力随鼠李糖脂浓度的变化曲线,分别得其最佳配比.
１．２．２ 复配试剂清除土壤中石油的效果试验及影响因素
１）复配试剂清除土壤中石油效果的试验.模拟石油污染土壤配制：室温下,称取５００ ｇ土壤于烧杯中,加入１００ ｇ柴油,充分搅拌后用保鲜膜密封,随后将其置于阴凉处１个月,待用.复配溶液对含油土壤清洗方法参考文献［１１］,其中固液比１∶１５,水浴７０ ℃,加入5 g/L Ｎａ２ＣＯ３助剂.比较测定各配比复配试剂清除土壤中石油的效果,去除效果最佳的配比作为“1.2.2”中“２）”中土壤中石油清除效果研究的复配溶液.
２）温度、固液比、清洗次数对清除土壤中石油效果的影响.取５ ｇ含模拟石油污染土壤于烧杯中, 加入“1.2.2”中“１）”中得到的最佳清除石油效果的复配溶液１００ ｍＬ,分别于４０～９０ ℃水浴加热３０ ｍｉｎ,间歇搅拌,测定温度对清除石油效果的影响；在此基础上改变固液比（１∶１０～１∶３０）及清洗次数（１～４次）,分别测定固液比、清洗次数对石油清除效果的影响.
２ 结果与分析
２．１ 鼠李糖脂与非离子型表面活性剂复配试验
２．１．１ 单组分非离子型表面活性剂溶液表面张力的测定结果 室温下,分别改变吐温６０、吐温８０、司盘６０、司盘８０的浓度 ,测其表面张力,结果见图１.从图１可以看出,随着非离子型表面活性剂浓度的增加,溶液表面张力逐渐减小,当减小到一定程度后出现拐点,继而表现出逐渐上升的趋势.原因是当溶液达到临界胶束浓度时,溶液的表面张力降至最低值,此时再提高表面活性剂浓度,溶液表面张力不再降低而是大量形成胶团,表面张力开始呈现上升趋势.拐点即此表面活性剂的临界胶束浓度,此时表面活性剂对石油烃的吸附能力最强,能很好地去除土壤中的石油污染物［１２］.吐温６０、吐温８０、司盘６０、司盘８０的临界胶束浓度分别为２．０、３．０、４．０、３．５ ｇ／Ｌ.在同等条件下,司盘系列溶液的表面张力比吐温系列低,其中4.0 g/L司盘60表面张力最低；鼠李糖脂达到临界胶束的浓度远低于非离子型表面活性剂.说明只要在溶液中加入极少量的鼠李糖脂就可提高其清除石油的效果,从而大大降低其他表面活性剂的用量,后续污水处理负荷也相对较小.
２．１．２ 非离子型活性剂二元配比溶液表面张力的测定结果 非离子型表面活性剂二元配比溶液的表面张力的最佳质量比见图２.由图２可知,在相同浓度下,非离子型表面活性剂的二元配比溶液表面张力比单一配方低.整体趋势是随着司盘系列质量的增加,其表面张力逐渐下降,达到最低点后又逐渐上升.其中吐温与司盘６０组合的表面张力比司盘８０下降更明显.当司盘６０与吐温８０的质量比为８∶２时,表面张力达到最低,为２８ ｍＮ／ｍ,此时司盘６０与吐温６０组合的表面张力也达到最低,两者差异不大.表明司盘６０与吐温系列复配具有良好的兼容性和主导作用.同时通过试验可知,４组二元配比试剂的最低表面活性组合分别为司盘６０∶吐温６０为８∶２,即4.0 g/L司盘６０＋1.0 g/L吐温６０；司盘６０∶吐温８０为８∶２,即4.0 g/L司盘６０＋1.0 g/L吐温８０；司盘８０∶吐温６０为６∶４,即3.0 g/L司盘８０＋2.0 g/L吐温６０；司盘８０∶吐温８０为５∶５,即2.5 g/L司盘８０＋2.5 g/L吐温８０.
２．１．３ 鼠李糖脂与最佳浓度的单组分非离子型表面活性剂复配的表面张力的测定结果 向最佳浓度的单一非离子型表面活性溶液中加入浓度为0.1~0.7 g/L鼠李糖脂,其复配溶液表面张力结果见图３.由图３可知,在一定浓度范围内,加入鼠李糖脂均能使最佳浓度的单组分表面活性剂的表面张力下降,其中与吐温系列复配的下降幅度较司盘系列的大.如与单组分离子型表面活性剂相比,2.0 g/L吐温60+0.5 g/L鼠李糖脂与3.0 g/L吐温80+0.6 g/L鼠李糖脂溶液表面张力的下降幅度分别达２０．７％和１８．９％；而鼠李糖脂与最佳浓度的司盘６０复配后下降幅度不大,与最佳浓度的司盘８０复配后最大下降幅度为１０．３％.表明在一定浓度范围内,鼠李糖脂与吐温二者分子的空间结构十分匹配,能很快融合平衡达到临界胶束状态,其清除石油方面可能比一般表面活性剂具有更好的效果.
２．１．４ 鼠李糖脂与非离子型表面活性剂最佳二元配比复配的表面张力的测定结果 室温下,配制“２．１．２”中所得的非离子型表面活性剂最佳二元组合复配溶液,改变加入的鼠李糖脂浓度,测其表面张力,结果见图４.由图４可知,不同浓度的鼠李糖脂与非离子型表面活性剂最佳二元组合复配后,形成的三元表面活性剂的表面张力变化趋势较二元复配的平缓.与最佳二元组合复配溶液的表面张力相比,三元组合中下降最大的是0.5 g/L鼠李糖脂+3.0 g/L司盘80+2.0 g/L吐温60复配,其次为0.5 g/L鼠李糖脂+2.5 g/L司盘80+2.5 g/L吐温80复配,表面张力降幅分别为7.62%和7.25%；下降最小的组合为0.3 g/L鼠李糖脂+4.0 g/L司盘60+1.0 g/L吐温60,降幅为2.44%.由此可知,在最佳二元复配溶液中加入一定量的鼠李糖脂可以降低其表面张力,但其效果明显小于与单一表面活性剂溶液的复配.加入一定量的鼠李糖脂,在一定程度上打破了原先非离子型表面活性剂溶液的两相平衡,分离了非离子型表面活性剂分子自组装而成的胶束形成新的胶束,反而使其胶束的形成量比单一时来的较少些,因此表面张力的下降程度小于单一配方［１３］.建议实际应用时采用鼠李糖脂与单一非离子型活性剂复配更经济有效.
２．２ 复配体系清除石油效果及影响因素的测定结果
２．２．１ 复配溶液清除石油效果的测定结果 用上述得到的所有最佳配比的复配溶液清洗含石油的土壤,其清除石油的效果见表１.由表１可以看出,单一非离子型表面活性剂去除石油的效率即去油率较低,鼠李糖脂去油率也仅为３５.08％；两种非离子型表面活性剂复配去油率比单一非离子型表面活性剂的要高,但最高也只达到５１．２３％.当加入一定量的鼠李糖脂后,混合溶液清除石油的效果明显增强,去油率最高达７５．６３％,为单一配比的２．２３倍.同样,鼠李糖脂的加入对二元最佳组合配比活性剂清除石油的效果也大有改善,但总体效果略低于与单一非离子型表面活性剂的复配.这和以上“２．１．３”,“２．１．４”中表面张力测定结果有对应关系.由此可见,鼠李糖脂在提高复配体系清除石油的效果中具有主导作用.出于清除石油成本及后续污水处理负荷考虑,在清除石油的效果相差不大的情况下,选择鼠李糖脂与单一最佳浓度的非离子型表面活性剂复配要比与最佳二元配比相对合理.
表面张力:表面张力演示实验：漂浮的针和硬币
２．２．２ 温度、固液比、清洗次数对石油去除效果的影响 选取去除石油效果最好的复配组合,即0.3 g/L鼠李糖脂+4.0 g/L司盘60,考察温度、固液比及清洗 次数对石油去除效果的影响.结果表明,随着处理温度的升高,复配溶液去油率也随之提高,但温度达到７０ ℃后,去油率增加不明显,因此选择７０ ℃为最佳洗涤温度（图５）,此时去油率达到７７．３０％.与此同时,去油率随固液比的增加而逐渐增大,当固液比达到1∶20（m/V,g∶mL）以后,去油率基本保持稳定,此时去油率为７９．６４％（图６）；２次清洗石油去除率提高至８２．９１％,此后提高清洗次数,去除的石油量很少（图７）,这是因为石油中的一些组分与土壤结合紧密,用表面活性剂难以清除.因此建议清洗２次为宜,且第二次清洗后的溶液可以回收作为下次清洗之用,以节约溶剂用量,同时减轻后续污水处理的负荷.
３ 结论
１）单组分非离子型表面活性剂对土壤中石油污染物的去除效果较低,去油率为３０．２８％～３２．５３％,４种非离子型表面活性剂复配去除石油效果优于单组分非离子型表面活性剂,去油率为４３．１５％～５１．２３％.
２）鼠李糖脂与最佳浓度的单组分非离子型表面活性剂复配后去油率明显提高,其最佳配比为0.3 g/L鼠李糖脂+4.0 g/L司盘60,去油率为75.63%；鼠李糖脂与非离子型表面活性剂最佳二元配比复配后最高去油率为73.92%,其配比为0.3 g/L鼠李糖脂+4.0 g/L司盘60+1.0 g/L吐温60.相对而言,鼠李糖脂与司盘60复配更经济和高效.
３）0.3 g/L鼠李糖脂与4.0 g/L司盘６０复配溶液的最适去油条件为清洗温度７０ ℃,固液比１∶２０,清洗２次,石油去除率达到８２．９１％.
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总结：该文是关于表面活性剂表面张力论文范文，为你的论文写作提供相关论文资料参考。
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