脂肪酸甲酯基微乳液修復多環芳烴污染土壤的作用機理

　　多環芳烴（PAHs）是土壤和地下水中的環境污染物，由于其具有致癌遺傳毒性、突變型和致癌性，對人類呼吸系統、循環系統以及生態安全構成威脅。PAHs在環境中的長期積累嚴重影響土壤質量。國內外嘗試開發生物修復方法來降解工業和農業土壤中的PAHs，但生物修復技術對高濃度PAHs的工業污染土壤修復效果不佳。近年來，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用于納米顆粒合成、液-液萃取和其他化學工程等諸多領域。然而，用于修復PAHs污染土壤的MEs的研究較少。鑒于此，中國科學院沈陽應用生態研究所科研人員以石家莊焦化廠及首都鋼廠產生的高濃度PAHs污染土壤為研究對象，制備出可以有效降低土壤中PAHs的微乳液并對其進行表征，以期闡述PAHs的去除機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。

　　科研人員通過測定微乳液的粒徑、表面張力、含水率，紅外光譜、拉曼光譜，對MEs進行全方位表征。結果表明，研究獲得的ME是具有透明特征的穩定系統，粒度隨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，導致在紅外光譜的高頻區域出現峰。在修復PAHs土壤的過程中，-OH，-C-H，R-COO-，-C-O官能團被激活（圖1）。當表面活性劑：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，對石家莊焦化廠及首都鋼廠中的16種PAHs去除效果可達90.1%和89.7%。與吐溫 80（Tween 80）或曲拉通 100（TX-100）相比，ME產生的油水界面更大（圖2）。助表面活性劑作為表面活性劑、FAME和水之間的偶聯劑，可通過增加總界面面積來穩定ME。疏水核心有利于多環芳烴膠束中多環芳烴的積累。在此條件下，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85.6％的FAME和41.9％的TX-100。該研究對ME處理后的土壤及廢液中的產物分析表明，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物。

　　相關研究成果以Formation of fatty acid methyl ester based microemulsion and removal mechanism of PAHs from contaminated soils為題，發表在Journal of Hazardous Materials上。沈陽生態所土壤污染生態組博士張曉蓉為論文第一作者，研究員鞏宗強為論文通訊作者。研究工作得到中科院戰略性先導科技專項（A類）及國家重點研究發展計劃項目的支持。

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優化多環芳烴去除效果：（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。