张婧懿,付玉丰,姚 禹,袁 芳,秦传玉*

Brij35构筑原位微乳液对四氯乙烯的增溶及脱附效果

张婧懿1,2,3,付玉丰1,2,3,姚 禹1,2,3,袁 芳1,2,3,秦传玉1,2,3*

(1.吉林大学,地下水资源与环境教育部重点实验室,吉林 长春 130021；2.吉林大学新能源与环境学院,吉林 长春 130021；3.吉林大学石油化工污染场地控制与修复技术国家地方联合工程实验室,吉林 长春 130021)

利用非离子表面活性剂Brij35与助溶剂正丁醇的二元溶液,与四氯乙烯(PCE)在含水层原位构筑微乳液.重点考察对PCE增溶性能和脱附能力以及在模拟含水层中的形成过程和对模拟含水层的修复效果.结果表明,微乳液对PCE的最大溶解度达到61.1g/L,增溶能力是单一Brij35溶液和其常规复配组合的9.7和2.3倍,并且PCE的溶解度与正丁醇体积分数呈线性正相关;脱附实验的结果表明:原位微乳液对不同类型介质中的污染物都能起到良好的脱附作用,脱附率是单一表面活性剂脱附率的3倍.同时发现正丁醇体积分数越高、介质粒径越大、微乳液黏度越低,污染脱附效率相对越高,其中250g/L Brij35-30%正丁醇的药剂组合对介质污染有着最佳的脱附效果.冲洗模拟含水层的实验结果证明,在冲洗过程中有原位微乳液的形成,前期以微乳液增溶为主,后期以表面活性剂增溶为主.冲洗结束后,共有94%的PCE被去除,并且还有效减轻了冲洗后期的拖尾现象.

原位微乳液；表面活性剂；增溶；脱附；四氯乙烯

微乳液是一种由表面活性剂、助溶剂、水和油自发形成的透明、各向同性的热力学稳定体系,由于具有超低的界面张力和超强的增溶能力,被广泛用于驱油领域[1-4],近年来也有学者开始将微乳液应用于土壤和地下水修复领域,Javanbakht等[5]使用非离子表面活性剂曲拉通(TritonX-100)构筑的微乳液驱替多孔介质中的非水相液体(NAPLs),与使用普通的表面活性剂驱替相比,效果更好.赵保卫等[6]研究了蓖麻油硫酸盐(SCOS)微乳液对1,4-二氯苯(DCB)、1,2,3,-三氯苯(TCB)、联苯(BP)和芘(Py)等难溶有机物的增溶作用,发现SCOS微乳液较阴离子或非离子胶束溶液具有更强的增溶能力.Lowry等[7]发现,含非离子表面活性剂的微乳液能够有效修复被石油烃污染的含水层.但是已有研究都采用的是在地面将表面活性剂、助溶剂、低毒或者无毒的植物油配制成微乳液,再将其注入地下环境利用其对NAPLs的增溶增流能力来去除污物的方式,即异位微乳液修复.原位微乳液修复则是直接将表面活性剂与助溶剂的混合液注入含水层,使其与污染物在含水层原位接触形成的微乳液.与异位微乳液相比,原位微乳液具有二次污染风险低,在地下环境中适应性强、操作简单等优点.而原位微乳液的形成条件和在冲洗过程中的相态变化研究较少.

为考察原位微乳液应用于含水层中修复的可行性,本研究设计了一系列静态实验来探究原位微乳液对NAPL的增溶能力以及对不同污染介质中污染物的脱附能力,确定原位构筑微乳液的表面活性剂与正丁醇的最佳配比.同时通过模拟含水层的冲洗实验,证实冲洗过程中微乳液的产生,考察原位微乳液的修复手段对污染含水层的增溶增流修复效果.以期为原位微乳液应用于地下水修复方面提供技术参数和理论依据.

以月桂醇聚氧乙烯醚(Brij35)为表面活性剂,以正丁醇为助表面活性剂,选择在地下环境最常被检出的卤代溶剂类污染物之一[8-10]——四氯乙烯(PCE)为目标污染物展开实验.和已有的研究相比,本研究构筑的原位微乳液不包含无机盐,体系组成更为简单.Brij35在地层环境中适应性强,不易析出和乳化.并且高浓度的Brij35和正丁醇的混合溶液是剪切稀化流体.

1 材料与方法

1.1 实验试剂与仪器

Brij35购于上海麦克林生化科技有限公司,生物技术级;吐温80(Tween-80)、正丁醇(CH3(CH2)3OH)、无水乙醇(CH3CH2OH)、氯化钠(NaCl)、氯化钙(CaCl2)均购于北京化学试剂厂,为分析纯;十二烷基硫酸钠(SDS)购于国药集团化学试剂有限公司,为化学纯,四氯乙烯(PCE)购于上海麦克林生化科技有限公司,为分析纯.实验中使用河砂和黏土两种介质.河砂中有机物含量为0.485mg/g.黏土的组成为46.66%黏粒,13.76%粉粒, 39.58%细砂粒,其主要矿物成分有石英、高岭石和钠长石.

实验中用到的主要实验仪器包括分析天平(PL203、梅特勒-托利多仪器公司),表面张力仪(QBZY-1、上海方瑞仪器有限公司),恒温水浴摇床(ZHWY-1102C、上海智城分析仪器制造公司),高速离心机(3K15、德国西格玛公司),高效液相色谱仪(Agilent1100、美国安捷伦科技公司),黏度计(CL-1、日本阿斯旺株式会社).纳米粒度测试仪(Nano ZS90new、英国马尔文仪器公司).SDT型旋转滴界面张力仪(德国 Kruss公司).

月桂醇聚氧乙烯醚(Brij35)、十二烷基硫酸钠(SDS)、吐温80(Tween-80)3种表面活性剂的基本性质见表1[11].

表1 选择使用的表面活性剂性质

注: S6是一个山梨醇酐环(C6H9O5)[12];E是一个乙氧基(OCH2CH2).

1.2 实验方法

1.2.1 Brij35增溶实验 在100mL的顶空瓶中分别加入浓度为0, 0.05, 0.5, 1, 5, 10, 20, 30, 40g/L的Brij35溶液50mL,再加入稍过量的PCE,在室温下于摇床中以150r/min的转速振荡48h后,取一定量的上层溶液离心后用高效液相色谱仪测定其中PCE的浓度.

1.2.2 Brij35-正丁醇-PCE微乳液表征 配置250, 300和400g/L的Brij35溶液,分别向其中加入体积分数分别为5%、10%、15%、20%、30%的正丁醇,混合均匀后加入5%体积的PCE,静置10h.用纳米粒度测试仪进行粒度测试.

1.2.3 Brij35的复配体系增溶实验 按照表2中的比例配制各复配体系,保持Brij35的浓度和溶液总体积与1.2.1中相同.在和Brij35增溶实验相同的实验条件下振荡48h后,取一定量的上层溶液,在8000r/min离心力下,离心20min后,用高效液相色谱仪测定其中的PCE浓度.

1.2.4 原位微乳液增溶实验 在Brij35溶液中按设定好的比例加入助表面活性剂正丁醇,摇晃使其混合均匀,然后加入稍过量的PCE,在摇床上振荡48h后测定溶解的PCE浓度.

表2 常规复配体系参数设置

1.2.5 原位微乳液对介质中PCE的脱附实验 选取河砂和黏土作为介质.根据介质粒径,将河砂分为中砂(0.25～0.5mm)和细砂(0.1～0.25mm).准确称取25g介质加入到100mL顶空瓶中,加入2.5mL的PCE,搅拌均匀后密封静置10h.然后加入50mL不同浓度的微乳液,密封后在摇床中振荡48h后取上清液,在8000r/min的离心力下,离心20min后测定其中PCE的浓度.

1.2.6 表面张力 在室温下,配置250, 300, 400g/L的Brij35溶液,分别按照一定比例加入正丁醇,混合均匀后用表面张力仪测定空气-水相表面张力.

1.2.7 界面张力 配置250, 300, 400g/L Brij35溶液,分别加入5%、10%、15%、20%、30%体积的正丁醇,每个样品中加入稍过量的PCE,反应平衡后,以8000r/min的转速离心20min,从而分离上下两相,用旋转滴界面张力仪测定两相之间的界面张力.

1.2.8 黏度 按照1.2.5中的方法配置一系列浓度梯度的Brij35与正丁醇的混合液,用旋转黏度计测定溶液黏度.

1.2.9 冲洗实验 实验中使用的模拟柱长20cm,内径5.5cm,填充介质为河砂,粒径为0.1～0.25mm.实验开始前,将模拟柱垂直放置,从下至上通入去离子水,使介质均匀充满水,待出流端出水流量均匀后,将模拟柱水平放置,从注入口注入25mL PCE,静置12h.实验中使用的冲洗液为250g/L Brij35-30%正丁醇混合液,通过蠕动泵将混合液从进水端以不同的流速泵入模拟柱.在出口端定时收集出流液,测定出流液的平均粒径.

1.3 分析方法

AgilentGC(1100)色谱柱型号SB-C18 (4.6mm× 250mm,5μm),流动相比例为乙腈:水=90:10,流量1mL/min,柱温40℃,紫外检测器波长为214nm,出峰时间在3.0min左右.

2 结果与讨论

2.1 Brij35增溶PCE的效果

从图1中可知在实验浓度范围内,随着溶液中Brij35的浓度增加,PCE的溶液浓度增大,且二者呈线性正相关.当Brij35浓度为40g/L时,PCE的溶解度达到了6.3g/L,约为清水中PCE溶解度的42倍.可用摩尔增溶比(MSR)来表示Brij35的增溶效率,MSR可按下式计算:

(1)

式中:mic为当表面活性剂浓度在CMC以上时,污染物在胶束中的表观溶解度,mol/L;cmc为当表面活性剂浓度为CMC时,污染物在胶束中的表观溶解度,mol/L;surf为当污染物的溶解度为mic时表面活性剂的浓度,mol/L.

图1 Brij35增溶PCE曲线

由式(1)计算得到Brij35的MSR值为1.21.根据前人的研究,阴离子型表面活性剂SDS增溶PCE的MSR为0.64,非离子型表面活性剂Tween80增溶PCE的MSR为3.55[13].

此外,还可用胶束相/水相分配系数m来表示,m反映了有机物在表面活性剂胶束浓度和水相中的分配情况[14],m可由式(2)进行计算,得到PCE在Brij35中的lnm为10.2.

可用标准自由能变化Δs(kJ/mol)来描述PCE从水相溶解到胶束中的自由能变化,计算公式如下所示:

式中:为气体常数, 8.314×10-3kJ/(mol×K);为绝对温度, K.经计算可得,Brij35在室温下增溶PCE的Δs为-25.3kJ/mol,说明增溶过程是自发的,温度升高有利于增溶过程.

在实验中注意到,Brij35溶液的黏度会随着浓度的提高而变大,当黏度过大时,溶液流动性会变差,进而导致与其他相难以充分接触,不利于高效增溶.所以当单独使用Brij35溶液增溶PCE时,只能在较低的浓度范围内使用.

2.2 微乳液的构筑及表征

通过对增溶体系的性质进行多种形式的测试与表征,以评价其是否为微乳液.由于微乳液是自发形成的热力学稳定的体系,即使经高速离心分离也不会分层,并且通常粒子在10～100nm之间[15].所以测试体系的稳定性与测定体系的粒径是表征微乳液的常用方法.

将配制好的溶液取出一部分,将其放入离心机中,在10000r/min的转速下离心20min,离心后体系没有分层现象,仍然是均一的透明相,说明体系十分稳定.用纳米粒度仪测定了250g/Lbrij-35%～30%正丁醇-5%PCE溶液的粒径,粒径结果表明,分别在2.889,10.52和341.9nm出现了3个峰值,最大峰在10.52nm处.此处的峰值符合O/W型微乳液的粒径特征[16],341.9nm的峰值表明可能还存在部分纳米乳状液,而2.889nm处的峰值为胶束粒径.在其他配比条件下,得到相同结果.即在所有的配比下,体系中同时存在微乳液和一小部分表面活性剂胶束以及部分纳米乳状液,以微乳液的形式为主.

2.3 Brij35-正丁醇-PCE微乳液的界面活性及增溶能力

2.3.1 降低表面张力的能力 实验中首先测定了微乳液与PCE的界面张力以及Brij35的一些常规复配体系(包括与NaCl和CaCl2的盐复配,与正丁醇和乙醇的醇复配以及与SDS的阴离子-非离子表面活性剂的复配)的表面张力曲线,结果如图2所示.

临界胶束浓度(CMC)是衡量表面活性剂增溶能力的一个重要参数,对比常规复配体系和单独的Brij35体系的表面张力曲线,常规复配体系的表面张力都有所降低,但是CMC基本在0.5mmol/ L.其中,Brij35-SDS复配体系的表面张力最低,并且该体系的m要高于单独的Brij35溶液和SDS溶液的m,说明Brij35和SDS确实存在协同增溶作用.

图2 常规复配体系的表面张力曲线

吸附效能cmc可用来表示表面活性剂降低表面张力的能力[17],cmc可由下式计算

式中:0为水溶液的表面张力mN/m;cmc为表面活性剂溶液形成胶束后的表面张力,mN/m.计算结果如表3所示.由此可知,即使是表面张力最低的Brij35与SDS的复配体系,降低表面张力的能力并没有显著提高.

而微乳液与PCE之间的界面张力为1.00mN/m,要明显低于常规复配体系与单独的Brij35体系.说明与常规复配体系相比,微乳液的界面活性更高,这使得PCE向微乳液传质需要克服的力要远远低于其他复配体系,这为高效增溶提供了可能性.

表3 各增溶体系吸附效能值(mN/m)

2.3.2 微乳液对PCE的增溶能力 如图3所示,微乳液对PCE的增溶符合线性规律.比较几种体系对PCE的增溶能力,大小顺序为:微乳液>常规复配;而常规复配体系的大小顺序为:Brij35-正丁醇> Brij35-SDS>Brij35-乙醇>Brij35-CaCl2>Brij35-N- aCl>Brij-35.并且微乳液的增溶效果要显著好于常规复配体系.PCE在微乳液中的最大溶解度达到了61.1g/L,分别是常规复配体系和单一Brij35体系的最高增溶量为25.8g/L的2.3倍和9.7倍.

根据增溶曲线和表面张力曲线,计算各种复配方式中最佳比例下的MSR值与m值,如表4所示.从增溶效果的角度,微乳液和复配体系的MSR相对单独的Brij35体系都有所提高,而且微乳液体系的MSR提高了2个数量级,具有最高的增溶效率.其中,当Brij35与正丁醇的质量比为1:2时,增溶能力达到上限,不符合线性规律,所以无法计算MSR与m值.

图3 常规复配体系与微乳体系的增溶曲线

表4 复配体系与微乳液增溶参数

注:“-”代表无此项.

根据图1和4(f),Brij35浓度为40, 250, 300和400g/L时,PCE的溶解度分别为6.2, 8.4, 9.5和8.9g/L,即Brij35浓度对PCE的增溶能力有最大值.但是当加入正丁醇构筑微乳液体系后,能够继续提高PCE的溶解度,并且PCE的溶解度随着正丁醇体积的增大而增大,并且呈线性关系.

图4 250g/L、300g/L、400g/L微乳体系的黏度曲线

导致这种结果的原因,除了微乳液体系具有更低的界面张力以外,主要是微乳液与常规复配的增溶方式不同,相比胶束结构,微乳液可以提供更大的增溶空间[18],可以容纳更多的PCE,从而有更好的增溶效果.

值得注意的是,比较3种微乳体系,发现微乳液的增溶效果并不是随Brij35浓度增大而提高.实验中观察到,300和400g/L的微乳液要比250g/L的微乳液黏度更大,所以测定了3种微乳液的黏度曲线,如图4所示.

根据黏度曲线,Brij35浓度为250g/L的溶液的黏度要远低于300和400g/L的体系.溶液黏度大会导致在振荡过程中不能与PCE充分接触,不利于形成微乳.所以正丁醇体积分数小于5%时,250g/L的微乳液体系增溶效果更好.这是由于正丁醇可以进入胶束结构,胶束内部的疏水内核,使胶束结构变为球状胶束,分子间作用力减弱,从而体积黏度降低[19-20]随着正丁醇体积分数增大,3种微乳液体系黏度接近,影响微乳液增溶效果的主要因素变成Brij35的浓度,所以300和400g/L的微乳液体系增溶效果更好.并且黏度更低的300g/L的微乳液的增溶效果要略高于400g/L的微乳液.

综合上述结果,相比常规复配体系,微乳液具有更低的油水界面张力和更好的增溶效果.微乳液的增溶能力主要受其黏度的影响,其次是正丁醇体积分数和表面活性剂浓度.

2.4 Brij35-正丁醇-PCE微乳体系对介质中PCE的脱附效果

采用原位形成微乳液的方式,探究微乳液对介质中PCE的脱附效果,结果图5所示.

实验中发现清水的脱附效果极差,在3种介质中,清水溶解的PCE含量都在20mg/L.而微乳体系对3种粒径介质中PCE的脱附效果都有大幅提高,总体上,Brij35浓度为250g/L形成的原位微乳液的脱附效果最好.并且每一组微乳液的脱附效果都随正丁醇体积分数变大而提高,当正丁醇体积分数为30%时,各组微乳液有最好的脱附效果.此时250g/L的微乳体系最高脱附率为89.4%,300g/L的微乳体系最高脱附率为52%,400g/L的微乳体系最高脱附率为58.1%.是同浓度的Brij35体系脱附率的3.66、8.67、9.08倍.

图5 250g/L、300g/L、400g/L原位微乳液对中砂(a)、细砂(b)、黏土(c)的脱附效果

黏度对脱附效果也有重要影响.在实验过程中, Brij35浓度为250g/L的溶液黏度低,没有出现与介质粘连现象.而300和400g/L的体系黏度大,在正丁醇体积比为5%时,会与介质粘连在一起,阻碍形成原位微乳液,不利于增溶PCE.随着正丁醇体积分数的增加,黏度下降,不会与介质粘连,这也导致随着正丁醇体积分数的增加,增溶效果变好.说明相对Brij35浓度,微乳液的黏度对脱附效果的影响更为重要.

比较不同介质中PCE的脱附效果,发现微乳液相同时,脱附率大小顺序为:中砂>细砂>黏土.250g/L的微乳液对3种介质中PCE的最大脱附率分别为89.4%、67.4%、28.5%,是同浓度的Brij35溶液脱附率的3.66、9.87、4.25倍,300g/L的微乳液对3种介质中PCE的最大脱附率分别为52%、25%、18.2%,是同浓度的Brij35溶液脱附率的8.67、4.17、3.03倍,400g/L的微乳液对3种介质中PCE的最大脱附率分别为58.1%、52.3%、13.9%,是同浓度的Brij35溶液脱附率的9.08、11.88、3.71倍.由此可知,微乳液的脱附效果受介质种类影响较大.250g/L的微乳液和400g/L的微乳液对中砂和细砂中PCE的脱附率较高,对黏土中PCE的脱附效果不佳,而300g/L的微乳液只对中砂中的PCE脱附效果较好,对细砂和黏土中PCE的脱附效果都较差.

综合上述实验结果可以得出,微乳液对介质中的PCE有更好的脱附效果,适宜在中砂和细砂介质中使用.Brij35浓度为250g/L,正丁醇体积分数为30%构筑的体系最适宜在地下环境中用来形成微乳液对被PCE污染的含水层进行修复.影响微乳液脱附被PCE污染的介质的效果主要因素是体系的黏度和介质粒径,其次是正丁醇的体积分数.

2.5 一维模拟柱冲洗

2.5.1 Brij35-正丁醇-PCE原位微乳液的形成 图6为使用原位微乳液冲洗方式时,注入0PV、1PV、1.5PV、2PV、3PV、4PV、8PV、11PV冲洗液时出流液的形态以及丁达尔效果图.由表5可知,当冲洗体积大于1.2PV时,出流液中开始出现PCE. 在冲洗2PV时出现了PCE浓度的最高点.原位微乳液出现在冲洗1.5PV～3PV阶段,并且这也是PCE出流浓度较大的阶段,在此期间冲洗液与大量的PCE原位接触形成微乳液,增大了PCE的溶解度与迁移能力,随着冲洗液被去除.并且在这个阶段形成的原位微乳液均为水包油(O/W)型微乳液.

图6 不同冲洗阶段的出流液的丁达尔效应图

当冲洗体积大于3PV,由于大部分的PCE已经被去除,介质中PCE含量降低,不再与冲洗液形成原位微乳液.增溶过程以胶束增溶为主,出流液为溶液.

综合以上实验结论,在冲洗过程中,在注入冲洗液体积为1.5PV～3PV阶段为原位微乳液增溶,在冲洗体积大于3PV时,PCE以胶束增溶的形式被去除.

表5 微乳液冲洗中不同冲洗阶段出流液相关参数

2.5.2 Brij35-正丁醇-PCE原位微乳液对含水层的修复效果 由图7可知,2种冲洗方式的出流液中PCE的浓度都呈现先升高后降低的趋势.但是在去除效果上,原位微乳液的冲洗方式相比表面活性剂冲洗有显著的优势.原位微乳液冲洗的出流液中PCE最大浓度为44.2g/L,冲洗11个PV后,出流液中已经检测不出PCE.冲洗结束时介质中94%的PCE被去除.采用表面活性剂冲洗时,出流液中PCE最大浓度为24.4g/L,注入相同体积的冲洗液后,出流液中PCE浓度维持在2g/L左右,冲洗结束时介质中只有38%的PCE被去除,仍有大量PCE残留在介质中.并且使用原位微乳冲洗方式时,注入1.2PV冲洗液,出流液便可检测到PCE,采用表面活性剂冲洗时,需要注入2PV冲洗液才能检测到PCE.由此可知,相比传统的表面活性剂冲洗,原位微乳液冲洗具修复效果更好,修复效率更高,并且没有拖尾效应.

图7 两种冲洗方式下出流液中PCE浓度随冲洗体积变化

3 结论

3.1 Brij35对PCE的增溶曲线为线性,但是Brij35溶液的黏度随浓度变大而变大.

3.2 相对常规复配体系,Brij35与正丁醇构筑的微乳液对PCE有更好的增溶效果,Brij35浓度越大,正丁醇体积分数越高,对PCE的增溶效果越好.正丁醇有降低微乳体系黏度的作用.

3.3 原位微乳液对中砂和细砂中的PCE有较好的脱附效果,脱附率主要受黏度和介质性质的影响,微乳液在3种粒径的介质中对PCE的脱附效果为中砂>细砂>黏土;Brij35浓度为250g/L,正丁醇体积比为30%的溶液脱附效果最好.

3.4 原位微乳液修复污染含水层时,原位微乳液出现在冲洗初期阶段,后期以普通增溶为主.原位微乳液对含水层有较好的修复效果,并且没有拖尾效应.

[1] Jawitz J W, Annable M D, Rao P S C,et al. Field implementation of a Winsor Type I surfactant/alcohol mixture for in situ solubilization of a complex LNAPL as a single-phase microemulsion [J]. Environmental Science & Technology 1998,32(4):523-530.

[2] Dantas T N C, Soares A P J, Neto A O W, et al. Implementing new microemulsion systems in wettability inversion and oil recovery from carbonate reservoirs [J]. Energy & Fuels, 2014,28(11):6749-6759.

[3] Bera A, Mandal A. Microemulsions: a novel approach to enhanced oil recovery: a review [J]. Journal of Petroleum Exploration & Production Technology, 2015,5(3):255-268.

[4] 李闪星,袁兴中,冷立健,等.柴油微乳体系对生物油增溶性能研究 [J]. 中国环境科学, 2015,35(3):783-791. Li S X, Yuan X Z, Leng L J, et al. Study on the solubilization capacity of bio-oil in diesel by microemulsion technologys [J]. China Environmental Science, 2015,35(3):783-791.

[5] Javanbakht G, Arshadi M, Qin T, et al. Micro-scale displacement of NAPL by surfactant and microemulsion in heterogeneous porous media [J]. Advances in Water Resources, 2017,105:173-187.

[6] 赵保卫,朱利中.微乳液对难溶有机物的增溶作用及影响因素 [J]. 中国环境科学, 2003,23(5):46-50. Zhao B, Zhu L. Solubilization action and influence factors of hydrophobic organic compounds by microemulsions [J]. China Environmental Science, 2003,23(5):493-497.

[7] Lowry E, Sedghi M, Goual L. Molecular simulations of NAPL removal from mineral surfaces using microemulsions and surfactants [J]. Colloids & Surfaces A Physicochemical & Engineering Aspects, 2016,506:485-494.

[8] 许增光.地下水有机物和重金属迁移与污染修复的数值模拟研究 [D]. 上海:上海交通大学, 2012. Xu Z. Remediation and transport modeling of organic contamination and heavy metal in grounderwater [D]. Shanghai: Shanghai Jiao Tong University, 2012.

[9] Quyang Y , Cho J S , Mansell R S . Simulated formation and flow of microemulsions during surfactant flushing of contaminated soil [J]. Water Research, 2002,36(1):33-40.

[10] Harendra S, Vipulanandan C. Solubilization and degradation of perchloroethylene (PCE) in cationic and nonionic surfactant solutions [J]. Journal of Environmental Sciences, 2011,23(8):1240-1248.

[11] Zhao B, Zhu L, Li W, et al. Solubilization and biodegradation of phenanthrene in mixed anionic–nonionic surfactant solutions – ScienceDirect [J]. Chemosphere, 2005,58(1):33-40.

[12] Cheng M, Zeng G, Huang D, et al. Advantages and challenges of Tween 80surfactant-enhanced technologies for the remediation of soils contaminated with hydrophobic organic compounds [J]. Chemical Engineering Journal, 2017,314:98-113.

[13] 李 韵,李 薇,王 冰,等.混合表面活性剂修复四氯乙烯土壤污染 [J]. 科技通报, 2016,32(2):218-223.Li Y, Li W, Wang B, et al. Research on remediation mechanism of soil contaminated by perchloroethylene using mixed surfactant [J]. Bulletin of Science and Technology, 2016,32(2):218-223.

[14] Shanti L, Bal Krishna K C, Ranjan S. Surfactant-enhanced remediation of polycyclic aromatic hydrocarbons: A review [J]. Journal of Environmental Management, 2017,199:46-61.

[15] Liu H, Zhang X, Ding C, et al. Phase behavior of sodium dodecyl sulfate-n-butanol-kerosene-water microemulsion System [J]. Chinese Journal of Chemical Engineering, 2014,22(6):699-705.

[16] Hernandez H W, Ehlert W, Trabelsi S. Removal of crude oil residue from solid surfaces using microemulsions [J]. Fuel, 2019,237:398-404.

[17] 赵健慧.耐温抗盐表面活性剂的合成、性能评价及驱油体系的构筑 [D]. 青岛:中国石油大学(华东), 2015.Zhao J. Synthesis, performance evaluation of temperature- resistant and salinity-tolerant surfactant and its construction of oil flooding system [D]. Qingdao; China University of Petroleum (East China), 2015.

[18] 付玉丰.表面活性剂及其复配体系对DNAPL污染含水层的增溶增流修复研究 [D]. 长春:吉林大学, 2020. Fu Y. Study on solubilization and mobilization based remediation of DNAPL contaminated aquifer by surfactants and their compounding systems [D]. Changchun: Jilin University, 2020.

[19] Cui W, Yan J, Yang J, et al. Effect of hydrocarbon structure on viscosity reduction of long chain viscoelastic surfactant [J]. Journal of Molecular Liquids, 2020:113197.

[20] Kumar S, Naqvi A Z, Kabir-ud-Din. Micellar morphology in the presence of salts and organic additives [J]. Langmuir, 2000,16(12): 5252-5256.

Solubilization and desorption effect for tetrachloroethylene of in-suit microemulsion containing Brij35.

ZHANG Jing-yi1,2,3, FU Yu-feng1,2,3, YAO YU1,2,3, YUAN Fang1,2,3, QIN Chuan-yu1,2,3*

(1.Key Laboratory of Groundwater Resources and Environment, Ministry of Education, Jilin University, Changchun 130021, China；2.College of New Energy and Environment, Jilin University, Changchun 130021, China；3.National and Local Joint Engineering Laboratory for Petrochemical Contaminated Site Control and Remediation Technology, Changchun 130021, China)., 2021,41(5)：2203～2210

A microemulsion was in-situ formed in the aquifer by using binary solutions of non-ionic surfactant Brij35 and cosolvant butanol, and tetrachloroethylene (PCE). The solubilization and desorption ability of the microemulsion toward PCE as well as the formation process and the PCE repair effect in the simulated aquifer were investigated. The results showed that the maximum solubility of microemulsions for PCE was 61.1g/L, which was 9.7 and 2.3 times higher than that of a single Brij35 solution and its conventional mixture.In addition, the solubility ofPCE was positively correlated with the volume fraction of n-butanol. The results of desorption experiments showed that in-situ formed microemulsion could play a good role in desorption of pollutants in different types of media. The desorption rate was 3 times higher than that of a single surfactant. Meanwhile, the higher the volume fraction of n-butanol, the larger the particle size of the medium and the lower the viscosity of microemulsion, the higher the efficiency of pollutants desorption. And the optimum desorption capacity was achieved with 250g/L Brij and 35%～30% n-butanol. The simulated flushing experimental results confirmed the in-situ formation of microemulsion in the aquifer. During the early stage, the solubilization was mainly caused by the microemulsion, and in later stages, the solubilization was mainly by the surfactant. After flushing, 94% of the PCE was removed, and the tailing phenomenon in the later stage of washing was effectively reduced.

in-situ microemulsion；surfactant；solubilization；desorption；halogenated hydrocarbon

X523

A

1000-6923(2021)05-2203-08

张婧懿(1996-),女,湖北襄阳人,吉林大学硕士研究生,主要从事污染场地控制与修复方面的研究.

2020-09-22

国家重点研发计划(2018YFC1802500)

* 责任作者, 教授, qincyu@jlu.edu.cn