基于功能单元识别的有机柱撑粘土吸附微区构筑调控及对持久性有机污染物吸附去除效能研究

尽管有机柱撑粘土吸附去除持久性有机污染物是目前最为有效的途径，但吸附去除率有限，低浓度条件下吸附效能过低等问题仍然是该研究领域面临的挑战。主要原因在于柱撑粘土吸附持久性有机污染物的作用机制尚未完全明确，柱撑试剂产生吸附作用的功能位点难于确定，使得依据功能结构设计开发新型柱撑试剂的研究难以获得突破。本课题以Na-蒙脱土为前驱体，利用结构单元多样化的Gemini型和枝型表面活性剂作为柱撑试剂，通过调节柱撑试剂分子结构，构建粘土层间吸附微区的目标构型，研究柱撑试剂中阳离子极性头基、疏水碳链、苯环等结构单元的数量及排布方式对层间域有机相精细结构及吸附效能的影响，进而明确柱撑粘土吸附持久性有机污染物的有效功能位点及其相对贡献，阐明有机柱撑粘土对持久性有机污染物吸附作用机制的关键问题。课题研究将为通过分子设计，开发多功能位点的新型柱撑试剂，大幅提升柱撑粘土对持久性有机污染物吸附效能提供可靠的理论依据。

在微生物降解、吸附去除、光催化或电化学降解等治理环境污染的主要方法中，有机柱撑粘土矿物因其吸附容量高、阻隔性能优异，热力学稳定性高、价廉易得且可再生利用、对原地质环境、生物群落无不良影响等显著的优异性能，目前已成为环境修复中最有应用价值的方法之一。但目前有机粘土柱撑试剂对有机污染物吸附的主要作用机制尚未完全明确，使得有效改善有机粘土吸附效能的研究受到限制。.本项目合成了阳离子Gemini表面活性剂1,2-亚乙基-双(十六烷基三甲基溴化铵) (16-2-16)，用其对膨胀型粘土蒙脱土进行改性，实现有机柱撑粘土层间微环境的调控和模型构建，并与传统表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）柱撑蒙脱土进行比较，研究各构型吸附持久有机污染物的效能，明确季铵氮和有机碳链对有机柱撑粘土吸附持久性有机污染物的主要作用机制及相对贡献。研究结果表明： Gemini表面活性剂比传统长链烷基表面活性剂吸附效率高约50倍，而饱和摩尔吸附量与单体表面活性剂相当；传统长链烷基表面活性剂在粘土层间以烷基链双层结构排列，Gemini表面活性剂在柱撑粘土层间则主要以假三层结构排列；蒙脱土经Gemini表面活性剂改性后分散性明显增强；Gemini表面活性剂柱撑蒙脱土对有机污染物苯酚的吸附量显著高于传统长链烷基表面活性剂。