以等温吸脱附动力曲线探讨土壤对有机污染物吸附.PDF

以等溫吸/脫附動力曲線 探討土壤對有機污染物吸附特性之研究 1 2 1 3 1 黃富昌 、李俊福 、陳慶和 、李中光 、邱英嘉 、 4 4 4 4 4 4 陳淳圓 、賴允偉 、吳承恩 、林諒昭 、蕭博瑞 、劉彥君 1 南亞技術學院土木系環境工程組副教授 2國立中央大學環境工程研究所 教授 3萬能科技大學環境工程 系 教授 4 南亞技術學院土木系環境工程組 學生 摘要 本研究使用乾燥土壤為吸附劑，屏除水分的干擾 ，探討土壤無機相結構與有機相組成對 氣態有機污染物吸脫附行為之影響/ 。透過 BET 比表面積、孔洞體積 、孔洞大小 、晶格間距 之量測及孔洞連結方式之推測 ，配合電子顯微鏡所觀察之土樣表面影像獲得土壤之基本結構 參數。再使用 Cahn D-200微量天平系統 ，並佐以恆溫槽設備控制溫度恆定，直接測量與記錄 氣態有機物在土樣上之吸脫附曲線及吸/ 脫附速率曲線/ ，有系統地探討有機化合物的吸脫附/ 影響因子及其作用機制 ，以瞭解土壤吸脫附特性與結構及物化特性的關係/ ，俾利掌握有機污 染物在土壤環境中的傳輸與宿命 。土壤無機相吸附有機化合物均呈現典型的BET Type II吸附 曲線 ；土壤有機相之等溫吸附曲線在中低相對壓力時呈線性，亦即吸附作用 (adsorption)之吸 附等溫線呈曲線 ，分配作用(partitioning)之吸附等溫線呈線性 。土壤無機相每一相對壓力之吸 附平衡時間約 8~10 小時，脫附平衡時間約 10~12 小時；土壤有機相每一相對壓力之吸附平衡 時間約 40~60 小時以上，脫附平衡時間約 60~80 小時以上。由動力吸 脫附曲線來看/ ，似乎已 達平衡 ，但吸脫附曲線又出現很明顯的遲滯現象/ ，是未達平衡或發生化學吸附作用 ，值得進 一步深入探討。 關鍵詞 ：吸附 、分配作用 、動力曲線 一、前言 近年來 由於有機污染物對土壤之污染日益嚴重， 因此有關有機污染物在土壤中之吸附， 、 傳輸及分佈等特性之研究亦日益增加 。這些研究成果 ，大部份均集中於土壤吸附特性之描述 及吸附模式之建立 ，較少觸及吸 脫附機制與影響因子之探討/ 。環境中導入污染物質 ，最後自 吸附劑中逸散 或稀釋( ) 出來的快慢與多寡，直接影響到污染物對人類或生物( 衝擊的大小) ，因 此污染物吸脫附機制與影響因子的研究之重要性不言而喻/ 。然而，目前關於土壤吸附之研究 文獻大都是針對在水溶液系統中的行為進行研究，但是液相中溶劑的存在常會對系統造成干 擾 ，使得土壤原本的物化特性和污染物的吸附特性 ，兩者之間的關聯性變得不明顯，無法真 正瞭解有機污染物在土壤無機質與有機質的吸附行為 。因此僅由吸附實驗上所得之巨觀結 果 ，我們無法將其推演至脫附成果的預估 ，甚至用以詳細描述微觀之吸附圖像。此種現象對 於未來在實際面對土壤復育問題或學術理論建立時可能無法提供有效之助益。為了使有機污 染物在土壤上之作用機制能明顯呈現 ，實在有必要屏除水分子的影響 ，針對乾燥土壤進行氣 相吸脫附作用與行為之研究/ 。因此本研究由氣態吸附出發 ，以不同有機質含量之乾燥土壤為 吸附劑 ，屏除水分的干擾 ，選擇不同分子結構的有機污染物做為吸附質 ，詳細研究土壤結構 及土壤有機質與無機質物化特性對有機污染物之吸脫附影/ 響 ，以動力學觀點進一步描述土壤 無機質/有機質對有機污染物吸脫附機制/ 配合， BET的吸 脫附曲線/ 、吸 脫附速率曲線/ ，有系 統地探討有機污染物的吸脫附影響因子