多環(huán)芳烴（PAHs）是土壤和地下水中的環(huán)境污染物，由于其具有致癌遺傳毒性、突變型和致癌性，對(duì)人類呼吸系統(tǒng)、循環(huán)系統(tǒng)以及生態(tài)安全構(gòu)成威脅。長(zhǎng)期以往，PAHs在環(huán)境中不斷積累嚴(yán)重影響土壤質(zhì)量。國(guó)內(nèi)外嘗試開發(fā)生物修復(fù)方法來降解工業(yè)和農(nóng)業(yè)土壤中的PAHs，但生物修復(fù)技術(shù)對(duì)高濃度PAHs的工業(yè)污染土壤修復(fù)效果不佳。近幾年來，微乳液（MEs）由于具有低界面張力和良好的增溶能力被廣泛應(yīng)用于納米顆粒合成，液-液萃取和其他化學(xué)工程等諸多領(lǐng)域。然而，用于修復(fù)PAHs污染土壤的MEs的研究較少。鑒于此，中國(guó)科學(xué)院沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所的科研人員以石家莊焦化廠及首都鋼廠產(chǎn)生的高濃度PAHs污染土壤為研究對(duì)象，制備出可以有效降低土壤中PAHs的微乳液并對(duì)其進(jìn)行表征，以期闡述PAHs的去除機(jī)理及微乳液在淋洗過程中的表面活性劑-水-醇-油體系相行為。
通過測(cè)定微乳液的粒徑、表面張力、含水率，紅外光譜、拉曼光譜對(duì)MEs進(jìn)行全方位表征。結(jié)果表明，獲得的ME是具有透明特征的穩(wěn)定系統(tǒng)。粒度隨著水含量的增加而減小。ME的末端羥基與氧乙烯單元的氧原子或ME的末端羥基氫鍵合，導(dǎo)致在紅外光譜的高頻區(qū)域出現(xiàn)峰。在修復(fù)PAHs土壤的過程中，-OH，-C-H，R-COO-，-C-O官能團(tuán)被激活（圖1）。當(dāng)表面活性劑：助表面活性劑= 1：1，（表面活性劑：助表面活性劑）：脂肪酸甲酯（FAME ）= 8：2且土壤：MEs（w：v）= 1：4時(shí)，對(duì)石家莊焦化廠及首都鋼廠中的16種PAHs去除效果可達(dá)90.1%和89.7%。與吐溫 80（Tween 80）或曲拉通 100（TX-100）相比，ME產(chǎn)生的油水界面更大（圖2）。助表面活性劑作為表面活性劑、FAME和水之間的偶聯(lián)劑，可通過增加總界面面積來穩(wěn)定ME。疏水核心有利于多環(huán)芳烴膠束中多環(huán)芳烴的積累。在這種條件下，隨著表觀水溶性的增加，更多的PAHs被溶解。此外，該研究回收了廢ME中的85.6％的FAME和41.9％的TX-100。最后，該研究對(duì)ME處理后的土壤及廢液中的產(chǎn)物進(jìn)行分析。結(jié)果表明，微生物降解和芬頓氧化均可有效降低處理后土壤及廢液中硬脂酸甲酯等產(chǎn)物。
該成果以“Formation of fatty acid methyl ester based microemulsion and removal mechanism of PAHs from contaminated soils”為題發(fā)表于Journal of Hazardous Materials（IF=9.038）。土壤污染生態(tài)組張曉蓉博士為該論文第一作者，鞏宗強(qiáng)研究員為通訊作者，該研究得到了中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)（A類）[XDA23010401]及中國(guó)國(guó)家重點(diǎn)研究發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目[2018YFC1801902]的支持。
圖1. MEs及其各組分的FT-IR光譜：（a）MEs各組分的FT-IR； （b）不同組分配比下MEs的FT-IR。
圖2. 使用MEs優(yōu)化多環(huán)芳烴去除效果：（a）不同組分的MEs處理焦化廠土壤后PAHs在土壤中的殘留；（b）焦化廠PAHs土壤去除率； （c）不同組分的MEs處理鋼廠土壤后PAHs在土壤中的殘留；（d）鋼廠PAHs土壤去除率
