CN106018185B - 一种重非水相液体与水相界面面积影响因素分析方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种重非水相液体与水相界面面积影响因素分析方法包括：建立二维砂箱；使用拉环张力计测定不含Br‑的十二烷基苯磺酸钠和含有Br‑的十二烷基苯磺酸钠在不同浓度下非水相三氯乙烯与十二烷基苯磺酸钠溶液的界面张力，并计算对应的界面分配系数值；向二维砂箱中注入溴化钙和十二烷基苯磺酸钠溶液，进行示踪实验，测定砂对十二烷基苯磺酸钠的吸附背景值；向沙箱内注入非水相三氯乙烯，利用界面分配示踪法测定非水相三氯乙烯与水相的界面面积。通过建立二维砂箱，计算对应的界面分配系数值、测定砂对十二烷基苯磺酸钠的吸附背景值和界面面积，能够准确分析离子强度对重非水相液体与水相界面面积造成的影响，为重非水相液体迁移分布和原位氧化修复的研究提供参考。

Description

一种重非水相液体与水相界面面积影响因素分析方法
技术领域
本发明涉及地下水有机污染技术领域，特别是指一种重非水相液体与水相界面面积影响因素分析方法。
背景技术
近年来，非水相液体(Non-Aqueous Phase Liquid，NAPL)与水相的界面面积，是影响NAPL溶解速率的重要参数，对于地下水有机污染物的迁移分布及修复治理具有重要意义。重非水相液体与水相界面面积在地下水有机污染修复中具有重要意义，但现有技术无法定量分析离子强度对重非水相液体与水相界面面积的影响。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种重非水相液体与水相界面面积影响因素分析方法，能够准确分析离子强度对重非水相液体与水相界面面积造成的影响。
为解决上述技术问题，本发明的实施例提供一种重非水相液体与水相界面面积影响因素分析方法,所述重非水相液体与水相界面面积影响因素分析方法，包括：
建立二维砂箱；
使用拉环张力计测定不含Br-的十二烷基苯磺酸钠和含有Br-的十二烷基苯磺酸钠在不同浓度下非水相三氯乙烯与十二烷基苯磺酸钠溶液的界面张力，并计算对应的界面分配系数值；
向二维砂箱中注入溴化钙和十二烷基苯磺酸钠溶液，进行示踪实验，测定砂对十二烷基苯磺酸钠的吸附背景值；
向沙箱内注入非水相三氯乙烯，利用界面分配示踪法测定非水相三氯乙烯与水相的界面面积。
优选的，所述建立二维砂箱，包括：
建立前面为钢护玻璃，其他面为不锈钢板的二维砂箱，在所述二维砂箱内均匀填充天然石英砂；
在二维砂箱左侧壁设置溶液主入口，在二维砂箱顶壁设置污染物注入口，在二维砂箱右侧壁设置溶液流出口；
使用高效液相色谱泵将示踪剂溶液由溶液主入口注入到二维砂箱中。
优选的，所述在所述二维砂箱内均匀填充天然石英砂，包括：
使用漏斗将洗净烘干后的砂和脱气处理后的超纯水交替缓慢加入，分次填充，每次填砂前均扰动压实；
用超纯水对装置进行淋洗，去除填充过程中引入的杂质。
优选的，所述使用拉环张力计测定不含Br-的十二烷基苯磺酸钠和含有Br-的十二烷基苯磺酸钠在不同浓度下非水相三氯乙烯与十二烷基苯磺酸钠溶液的界面张力，并计算对应的界面分配系数值，包括：
设置至少两组不含Br-的十二烷基苯磺酸钠溶液，针对每组不含Br-的十二烷基苯磺酸钠溶液测定至少两次界面张力，取至少两次界面张力的平均值作为该组不含Br-的十二烷基苯磺酸钠溶液的界面张力，并计算界面张力对应的界面分配系数值；
设置至少两组含有Br-的十二烷基苯磺酸钠溶液，针对每组含有Br-的十二烷基苯磺酸钠溶液测定至少两次界面张力，取至少两次界面张力的平均值作为该组含有Br-的十二烷基苯磺酸钠溶液的界面张力，并计算界面张力对应的界面分配系数值。
优选的，所述含有Br-的十二烷基苯磺酸钠溶液为在三氯乙烯饱和溶液中添加溴化钙，用加入溴化钙的三氯乙烯饱和溶液配制十二烷基苯磺酸钠溶液。
优选的，所述计算对应的界面分配系数值，包括：
利用下式计算对应的界面分配系数值：
其中，Ki为界面分配系数值，β为界面张力与示踪剂浓度关系的斜率,R指普适气体常数，T指绝对温度，C0指注入的示踪剂浓度。
优选的，所述向二维砂箱中注入溴化钙和十二烷基苯磺酸钠溶液，进行示踪实验，测定砂对十二烷基苯磺酸钠的吸附背景值，包括：
向二维砂箱中先注入溴化钙，再注入十二烷基苯磺酸钠溶液，进行示踪实验，测定砂对十二烷基苯磺酸钠的吸附背景值；
向二维砂箱中注入溴化钙和十二烷基苯磺酸钠共同配制的超纯水，进行示踪实验，测定砂对十二烷基苯磺酸钠的吸附背景值。
优选的，所述测定砂对十二烷基苯磺酸钠的吸附背景值，包括：
利用下式计算十二烷基苯磺酸钠的吸附背景值：
其中，Kd为十二烷基苯磺酸钠的吸附背景值，R为延迟系数，ρb指基质容重θw指体积含水率。
优选的，所述向沙箱内注入非水相三氯乙烯，包括：
注射器针头插入深度为距离砂箱顶部9cm，形成点注入源，注入速率为0.2mL/min；
注入结束后，将装置静置48小时使三氯乙烯在重力的作用下自然迁移。
优选的，所述利用界面分配示踪法测定非水相三氯乙烯与水相的界面面积，包括：
先注入溴化钙，再注入十二烷基苯磺酸钠溶液，利用界面分配示踪法测定界面面积；
注入溴化钙和十二烷基苯磺酸钠共同配制的超纯水，利用界面分配示踪法测定界面面积。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
上述方案中，通过建立二维砂箱，计算对应的界面分配系数值、测定砂对十二烷基苯磺酸钠的吸附背景值和界面面积，能够准确分析离子强度对重非水相液体与水相界面面积造成的影响，为重非水相液体迁移分布和原位氧化修复的研究提供参考。
附图说明
图1为本发明的重非水相液体与水相界面面积影响因素分析方法流程图。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
如图1所示，本发明实施例的一种重非水相液体与水相界面面积影响因素分析方法,所述重非水相液体与水相界面面积影响因素分析方法，包括：
步骤101：建立二维砂箱。
步骤102：使用拉环张力计测定不含Br-的十二烷基苯磺酸钠和含有Br-的十二烷基苯磺酸钠在不同浓度下非水相三氯乙烯与十二烷基苯磺酸钠溶液的界面张力，并计算对应的界面分配系数值。
步骤103：向二维砂箱中注入溴化钙和十二烷基苯磺酸钠溶液，进行示踪实验，测定砂对十二烷基苯磺酸钠的吸附背景值。
步骤104：向沙箱内注入非水相三氯乙烯，利用界面分配示踪法测定非水相三氯乙烯与水相的界面面积。
本发明实施例的重非水相液体与水相界面面积影响因素分析方法,通过建立二维砂箱，计算对应的界面分配系数值、测定砂对十二烷基苯磺酸钠的吸附背景值和界面面积，能够准确分析离子强度对重非水相液体与水相界面面积造成的影响，为重非水相液体迁移分布和原位氧化修复的研究提供参考。
优选的，所述建立二维砂箱，包括：
建立前面为钢护玻璃，其他面为不锈钢板的二维砂箱，在所述二维砂箱内均匀填充天然石英砂；
在二维砂箱左侧壁设置溶液主入口，在二维砂箱顶壁设置污染物注入口，在二维砂箱右侧壁设置溶液流出口；
使用高效液相色谱泵将示踪剂溶液由溶液主入口注入到二维砂箱中。
优选的，所述在所述二维砂箱内均匀填充天然石英砂，包括：
使用漏斗将洗净烘干后的砂和脱气处理后的超纯水交替缓慢加入，分次填充，每次填砂前均扰动压实；
用超纯水对装置进行淋洗，去除填充过程中引入的杂质。
优选的，所述使用拉环张力计测定不含Br-的十二烷基苯磺酸钠和含有Br-的十二烷基苯磺酸钠在不同浓度下非水相三氯乙烯与十二烷基苯磺酸钠溶液的界面张力，并计算对应的界面分配系数值，包括：
设置至少两组不含Br-的十二烷基苯磺酸钠溶液，针对每组不含Br-的十二烷基苯磺酸钠溶液测定至少两次界面张力，取至少两次界面张力的平均值作为该组不含Br-的十二烷基苯磺酸钠溶液的界面张力，并计算界面张力对应的界面分配系数值；
设置至少两组含有Br-的十二烷基苯磺酸钠溶液，针对每组含有Br-的十二烷基苯磺酸钠溶液测定至少两次界面张力，取至少两次界面张力的平均值作为该组含有Br-的十二烷基苯磺酸钠溶液的界面张力，并计算界面张力对应的界面分配系数值。
其中，十二烷基苯磺酸钠溶液中不含Br-。共配制8组，十二烷基苯磺酸钠浓度分别为：0(空白组)、5、10、20、50、100、400、600mg/L。对应每一种十二烷基苯磺酸钠浓度，共测定6次界面张力并取平均值，作为该浓度下的界面张力，通过计算得到界面张力对应的界面分配系数值。
在三氯乙烯饱和溶液中添加250mg/L的溴化钙，使Br-浓度为200mg/L。之后用加入Br-的三氯乙烯饱和溶液配制不同浓度的界面张力对应的界面分配系数值溶液。共配制7组，界面张力对应的界面分配系数值浓度分别为：0(空白组)、5、10、20、50、100、200mg/L。当界面张力对应的界面分配系数值浓度大于200mg/L时，由于界面张力值过低，实验误差较大，因此浓度最高值设置为200mg/L。
优选的，所述含有Br-的十二烷基苯磺酸钠溶液为在三氯乙烯饱和溶液中添加溴化钙，用加入溴化钙的三氯乙烯饱和溶液配制十二烷基苯磺酸钠溶液。
优选的，所述计算对应的界面分配系数值，包括：
利用下式计算对应的界面分配系数值：
其中，Ki为界面分配系数值，β为界面张力与示踪剂浓度关系的斜率,R指普适气体常数，T指绝对温度，C0指注入的示踪剂浓度。
优选的，所述向二维砂箱中注入溴化钙和十二烷基苯磺酸钠溶液，进行示踪实验，测定砂对十二烷基苯磺酸钠的吸附背景值，包括：
向二维砂箱中先注入溴化钙，再注入十二烷基苯磺酸钠溶液，进行示踪实验，测定砂对十二烷基苯磺酸钠的吸附背景值；
向二维砂箱中注入溴化钙和十二烷基苯磺酸钠共同配制的超纯水，进行示踪实验，测定砂对十二烷基苯磺酸钠的吸附背景值。
其中Br-与十二烷基苯磺酸钠依次注入，即先注入Br-，再注入十二烷基苯磺酸钠。进行4个PV后，注入液由示踪剂溶液切换为超纯水溶液进行淋洗，直至流出液中示踪剂相对浓度(C/C0)降为零。
第二组：将Br-和十二烷基苯磺酸钠配制在同一超纯水中并注入。为了观察可能发生的现象，将淋洗时刻由第4个PV延长为第6个PV。
优选的，所述测定砂对十二烷基苯磺酸钠的吸附背景值，包括：
利用下式计算十二烷基苯磺酸钠的吸附背景值：
其中，Kd为十二烷基苯磺酸钠的吸附背景值，R为延迟系数，ρb指基质容重θw指体积含水率。
优选的，所述向沙箱内注入非水相三氯乙烯，包括：
注射器针头插入深度为距离砂箱顶部9cm，形成点注入源，注入速率为0.2mL/min；
注入结束后，将装置静置48小时使三氯乙烯在重力的作用下自然迁移。
其中，使用玻璃注射器(量程为10mL，针头长15.5cm)将总量为8mL的非水相液体相三氯乙烯由砂箱顶部中间的三个注入口注入。针头插入深度为距离砂箱顶部9cm，形成点注入源，注入速率为0.2mL/min。三氯乙烯注入体积和注入高度的确定，是为了确保三氯乙烯分布在砂槽中部并且不会在底部累积形成非水相液体池。注入结束后，将装置静置48小时使三氯乙烯在重力的作用下自然迁移，最终形成重非水相液体的残余饱和态。
优选的，所述利用界面分配示踪法测定非水相三氯乙烯与水相的界面面积，包括：
先注入溴化钙，再注入十二烷基苯磺酸钠溶液，利用界面分配示踪法测定界面面积；
注入溴化钙和十二烷基苯磺酸钠共同配制的超纯水，利用界面分配示踪法测定界面面积。
本实施例子中，十二烷基苯磺酸钠浓度由紫外分光光度计进行测试(Shimadzu,model 5150)，波长223nm。使用离子色谱仪(Ion Chromatograph)对Br-浓度进行测定。在测试之前，为消除三氯乙烯对测定结果的影响，首先将样品放在通风厨，使样品溶液中的三氯乙烯完全挥发，并记录挥发前后溶液的质量。
为了避免在同时注入的情况下Br-对测定结果的影响，可以在停止注入Br-进行淋洗时，使用溴化钙溶液(摩尔浓度等于溴化钙)淋洗，以平衡离子强度，避免产生峰值。如果采用PFBA作为保守示踪剂，也可以避免出现峰值现象。但由于PFBA和十二烷基苯磺酸钠的吸光度相互影响，因此在同时注入的情况下，不能采用紫外分光光度计进行测样。
上述方案中，通过建立二维砂箱，计算对应的界面分配系数值、测定砂对十二烷基苯磺酸钠的吸附背景值和界面面积，能够准确分析离子强度对重非水相液体与水相界面面积造成的影响，为重非水相液体迁移分布和原位氧化修复的研究提供参考。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种重非水相液体与水相界面面积影响因素分析方法，其特征在于，所述重非水相液体与水相界面面积影响因素分析方法，包括：
建立二维砂箱；
使用拉环张力计测定不含Br-的十二烷基苯磺酸钠和含有Br-的十二烷基苯磺酸钠在不同浓度下非水相三氯乙烯与十二烷基苯磺酸钠溶液的界面张力，并计算对应的界面分配系数值；
向二维砂箱中注入溴化钙和十二烷基苯磺酸钠溶液，进行示踪实验，测定砂对十二烷基苯磺酸钠的吸附背景值；
向沙箱内注入非水相三氯乙烯，利用界面分配示踪法测定非水相三氯乙烯与水相的界面面积；
其中，所述使用拉环张力计测定不含Br-的十二烷基苯磺酸钠和含有Br-的十二烷基苯磺酸钠在不同浓度下非水相三氯乙烯与十二烷基苯磺酸钠溶液的界面张力，并计算对应的界面分配系数值，包括：
设置至少两组不含Br-的十二烷基苯磺酸钠溶液，针对每组不含Br-的十二烷基苯磺酸钠溶液测定至少两次界面张力，取至少两次界面张力的平均值作为该组不含Br-的十二烷基苯磺酸钠溶液的界面张力，并计算界面张力对应的界面分配系数值；
设置至少两组含有Br-的十二烷基苯磺酸钠溶液，针对每组含有Br-的十二烷基苯磺酸钠溶液测定至少两次界面张力，取至少两次界面张力的平均值作为该组含有Br-的十二烷基苯磺酸钠溶液的界面张力，并计算界面张力对应的界面分配系数值；
其中，所述含有Br-的十二烷基苯磺酸钠溶液为在三氯乙烯饱和溶液中添加溴化钙，用加入溴化钙的三氯乙烯饱和溶液配制十二烷基苯磺酸钠溶液；
其中，所述向二维砂箱中注入溴化钙和十二烷基苯磺酸钠溶液，进行示踪实验，测定砂对十二烷基苯磺酸钠的吸附背景值，包括：
向二维砂箱中先注入溴化钙，再注入十二烷基苯磺酸钠溶液，进行示踪实验，测定砂对十二烷基苯磺酸钠的吸附背景值；
向二维砂箱中注入溴化钙和十二烷基苯磺酸钠共同配制的超纯水，进行示踪实验，测定砂对十二烷基苯磺酸钠的吸附背景值；
其中，所述向沙箱内注入非水相三氯乙烯，包括：
注射器针头插入深度为距离砂箱顶部9cm，形成点注入源，注入速率为0.2mL/min；
注入结束后，将装置静置48小时使三氯乙烯在重力的作用下自然迁移；
其中，所述利用界面分配示踪法测定非水相三氯乙烯与水相的界面面积，包括：
先注入溴化钙，再注入十二烷基苯磺酸钠溶液，利用界面分配示踪法测定界面面积；
注入溴化钙和十二烷基苯磺酸钠共同配制的超纯水，利用界面分配示踪法测定界面面积。
2.根据权利要求1所述的重非水相液体与水相界面面积影响因素分析方法，其特征在于，所述建立二维砂箱，包括：
建立前面为钢护玻璃，其他面为不锈钢板的二维砂箱，在所述二维砂箱内均匀填充天然石英砂；
在二维砂箱左侧壁设置溶液主入口，在二维砂箱顶壁设置污染物注入口，在二维砂箱右侧壁设置溶液流出口；
使用高效液相色谱泵将示踪剂溶液由溶液主入口注入到二维砂箱中。
3.根据权利要求2所述的重非水相液体与水相界面面积影响因素分析方法，其特征在于，所述在所述二维砂箱内均匀填充天然石英砂，包括：
使用漏斗将洗净烘干后的砂和脱气处理后的超纯水交替缓慢加入，分次填充，每次填砂前均扰动压实；
用超纯水对装置进行淋洗，去除填充过程中引入的杂质。
4.根据权利要求1所述的重非水相液体与水相界面面积影响因素分析方法，其特征在于，所述计算对应的界面分配系数值，包括：
利用下式计算对应的界面分配系数值：
其中，Ki为界面分配系数值，β为界面张力与示踪剂浓度关系的斜率，R指普适气体常数，T指绝对温度，C0指注入的示踪剂浓度。
5.根据权利要求1所述的重非水相液体与水相界面面积影响因素分析方法，其特征在于，所述测定砂对十二烷基苯磺酸钠的吸附背景值，包括：
利用下式计算十二烷基苯磺酸钠的吸附背景值：
其中，Kd为十二烷基苯磺酸钠的吸附背景值，R为延迟系数，ρb指基质容重，θw指体积含水率。
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