表面活性剂(SDS、CTAB)对苯达松在土壤中吸附的影响

发布时间: 周五, 07/21/2017 - 17:44
来源: 
1. 安徽农业大学理学院; 2. 安徽农业大学资源与环境学院
论文作者: 
艾琼,史陶中,马鑫,吴祥为,唐俊,曹春斌,李学德,花日茂
简介: 
采用批量平衡法研究了苯达松在 2 种土壤中的吸附行为,探讨了阴离子表面活性剂SDS 和阳离子表面活性剂 CTAB 对苯达松在土壤中吸附的影响。结果表明,苯达松在 2 种土壤(宣城红壤土和亳州潮土)中的吸附均可用线性方程和 Frenundlich 方程进行描述,苯达松在土壤中吸附常数 Kf 在 1.23-1.73 之间,说明苯达松在土壤中吸附较弱。通过比较 Kf值,发现苯达松在土壤中的吸附量很小,其中宣城红壤土中的吸附量大于亳州潮土中的吸附量。阳离子表面活性剂 CTAB 能够明显提高苯达松在土壤中的吸附量,且随着 CTAB 浓度的增大而增大;阴离子表面活性剂 SDS 随着浓度的增加,苯达松的吸附量出现呈先下降后增高的规律。
论文作者: 
艾琼,史陶中,马鑫,吴祥为,唐俊,曹春斌,李学德,花日茂
分类: 
发布者: 每日科学
正文: 

Effects of surfactant (SDS、CTAB) on the adsorption of Bendazone in different soils

Ai Qiong1, Shi Taozhong2, Ma Xin2, Wu Xiangwei2, Tang Jun2, Cao Chunbin1, Li Xuede2, Hua Rimao2

(1. School of Science, Anhui Agricultural University; 2. School of Resources and Environment,
Anhui Agricultural University, Key Lab of Agro-Food Safety of Anhui Province
)

Abstract: Batch equilibrium adsprption was used to research the adsorotion behavior of bentazone in two kinds of soils. The effect of anionic sufactant of SDS and the cationic sufactant of CTAB  on the adsorption of bendazone in different soils was studied. The results showed that the adsorption equilibrium of bentazone in two soils(red soil from Xuancheng and moisture soil  from Bozhou) could be verified by linear equation and Frenundlich equation, the adsorption constant of Kf ranged from1.23 to 1.73, which indicated that bentazone was lack of adsorption in solis. Comparing with the adsorption constant of Kf, the absorption rate of bentazone in the red soil was greater than that in the moisture soil. The cationic surfactant of CTAB could improve the absorption  capacity  of  bentazone  in  two  soils  and  the  absorption  increased  with  the  CTAB concentration. And with the increase of the anionic surfactans SDS concentration, the adsorption   of    bentazone    declined first and then increased.

Key words: Bentazone; surfactant; adsorption; soil
 

         0 引言

农药的广泛使用保证了农业生产的稳产高产,但同时也带来诸多生态和环境污染等问题。农药使用后其在土壤中的残留、吸附、淋溶及其对土壤及地下水环境安全性风险研究已经受到环境科学工作者的重视[1]。表面活性剂在人们的日常生活以及工业生产中扮演着极其重要的角色[2],由于其广泛应用,目前表面活性剂在土壤、水体和沉积物中均被检出[3]。除此以外,表面活性剂目前还被应用于去除地下含水层中的非水相液体以及土壤颗粒物上的污染物。近年来针对表面 活性剂的研究已成为环境和土壤化学领域中研究的重点和热点问题[4]。刘婕丝[5]等采用批量平衡法和薄层层析法,研究了几种土壤中十二烷基苯磺酸钠(SDBS)、Tween-80  和十六烷基三甲基溴化胺(CTAB)等 5  种表面活性剂对二嗪磷农药的吸附和迁移性能的影响,得出在SDBS  作用下,各种土壤对二嗪磷的吸附作用明显降低,促进了二嗪磷在土壤中的迁移作用,而加入CTAB  和Tween-80  后,二嗪磷在土壤中吸附能力变强且迁移能力变弱。由此可见,表面活性剂对农药在土壤中的吸附等环境行为有一定的影响。

苯达松(Bentazone)又名灭草松、排草丹,为选择性触杀型苗后土壤处理除草剂,在我国被广泛施用。苯达松在土壤中的吸附较少,移动性较强,随着苯达松应用范围的扩大,使用频率、用量逐年增加,对环境造成的影响也增大[6]。基于此,本文研究苯达松在两种土壤中的吸附行为,并探讨十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)和十二烷基硫酸钠(SDS)两种表面活性剂对苯达松在土壤中吸附的影响,为评价表面活性剂对苯达松在土壤中吸附行为的影响提供理论依据。

 

1 材料和方法

 

          1.1 供试药剂

苯达松(Bentazone,纯度>99%),乙腈为色谱纯,十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、十二 烷基硫酸钠(SDS)等均为分析纯。苯达松用色谱乙腈配制成一定浓度的母液,避光、低温(低于4℃)保存。CTAB 和SDS 分别用去离子水(含0.01 mol•L-1 CaCl2)配制。

             1.2供试土壤

实验所用红壤采自安徽宣城市,潮土采自安徽亳州市。土样经自然风干,研磨后过 1 mm筛,存于密封袋中,避光低温(低于 4℃)保存。其理化性质见表1。

 表 1  供试土壤理化性质
Table 1 Physical and chemical properties soils
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            1.3苯达松在土壤中的吸附实验

采用美国环保署(US EPA)推荐的平衡振荡法。称取 5.0 g 供试土样于 50mL 离心管中,加入含不同浓度的苯达松溶液 25 mL(以 0.01 mol•L-1 的 CaCl2 为 介质),使水土比为 5:1。苯达松在土壤溶液中的浓度分别为 0.5 mg• L-1、1 mg• L-1、5 mg• L-1、7 mg• L-1、10 mg• L-1。在 20±1 ℃、180 r/min  条件下振荡 24 h  (预实验表明,苯达松在两种土壤中16h 即达到吸附平衡),将样品离心 5 min(4000 r/min),上清液过 0.45 um   的微孔滤膜后检测其中苯达松的浓度(Cemg• L-1),计算土壤吸附量(Csmg•Kg-1)。试验设置重复三次。

            1.4表面活性剂对苯达松在土壤中吸附的影响

            称取 5.0 g  供试土样于 50ml  离心管中,加入含不同浓度的苯达松和表面活性 剂溶液25 ml(以 0.01 mol•L-1  的 CaCl2  为介质),    使水土比为 5:1。文献[?]表明,在 20 ℃时,SDS  和 CTAB  的临界胶束浓度(CMC)分别为 2300  mg•L-1  和 330   mg•L-1,因此设置CTAB 在土壤溶液中的浓度分别为 0mg•L-1、100 mg•L-1、200 mg•L-1、330 mg•L-1、400 mg•L-1、500 mg•L-1;SDBS 在土壤溶液中的浓度分别为 0mg•L-1、400 mg•L-1、800 mg•L-1、 1200 mg•L-1、1500 mg•L-1、2300 mg•L-1、 3500 mg•L-1、4600 mg•L-1。其余步骤同 1.3。

1.5苯达松的 HPLC 检测条件

色谱柱 Agilent eclipse XDB-C18 柱 (4.6×250 mm,5 μm),VWD 检测器,检测波长为 218 nm,柱温 30 ℃;流动相为乙腈:0.1%磷酸=45:55(V:V),流速为 1.0 mL/min ,进样体积 20 μL。该色谱条件下苯达松的保留时间约为8.41 min。

 

2.结果与分析

 

2.1苯达松在土壤中的等温吸附模型

描述有机物在土壤中等温吸附的模型有 Freundlich  方程、Langmuir  方程 和线性方程等,线性等温吸附模型主要是用于描述非离子型有机物在土壤中的分配,而非线性等温吸附可以用 Freundlich 方程(CS=Kd×Ce1/n)和 Langmuir  方程(Ceq/ CS=1/(K×B)+ Ceq/B)来描述[7]。方程中的参数 Kf、1/n  和 K  可以作为被吸附物质 吸附作用力强度的指标[8-10]。分别用线性方程、Freundlich 方程和 Langmuir 方程对苯达松在两种土壤中吸附的数据进行回归分析(表 2),结果表明,苯达松在两种土壤中的吸附特性均可用线性方程和 Freundlich方程描述,而且 Langmuir  吸附等温式中的常数 B  出现负值,这与其表达的最大吸附量的物理意义不符合。

 表 2  苯达松在两种土壤中的吸附参数
Table 2 Adsorption parameters of bentazone in two test soils
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2.2表面活性剂 SDS 对苯达松在土壤中的吸附影响

 

       表面活性剂 SDS 存在时,用 Frenundlich 方程也可以很好拟合苯达松在两种土壤中的吸附行为(表 3)。比较 Kf 值可以发现,红壤对苯达松的吸附量要大于潮土,但 SDS 对苯达松在土壤中的吸附量的影响趋势基本一致,浓度较低时随着 SDS 浓度的增高苯达松吸附量会降低,高于 SDS 的临界胶束浓度(CMC)后吸附量反而增大,潮土尤其明显(图 1)。当低于临界胶束浓度时,SDS 以单体形式存在于溶液中,但是作为一种有机物也会被土壤中的颗粒所吸附,占据了土壤上一定的吸附位点,同时,在浓度较低时,未形成胶束的表面活性剂 SDS  因为助溶作用而增加苯达松的溶解度,进而降低其在土壤中的吸附率,这些因素都会使苯达松在土壤的吸附量减少。当表面活性剂浓度高于 2300 mg•L-1  100%CEC 左右时,表面活性剂会在土壤表面形成胶束,吸附在土壤中的 SDS 会为苯达松提供更多的吸附位点,进而提高苯达松在土壤中的吸附能力。

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2.3  表面活性剂 CTAB 对苯达松在土壤中吸附的影响 

在加入表面活性剂 CTAB  后,土壤中苯达松的吸附量明显增大,而且会随着 CTAB  浓度的增大而增大(图 2)。CTAB 存在下,Frenundlich 吸附等温式也可以很好的拟合苯达松在土壤中的吸附行为(R2>0.90)(见表 4)。表面活性剂的功用主要涵盖增溶洗脱作用和增强吸附作用。阳离子表面活性剂 CTAB 存在下,苯达松在土壤中的吸附量明显提高,随着 CTAB  浓度的增大,Kd  呈现逐渐增大趋势。说明 CTAB  的加入可以增大苯达松在土壤中的吸附量。由于土壤表面带 负电荷,因此阳离子表面活性剂在土壤上的吸附量比非离子及阴离子表面活性剂 大。而 CTAB  属于阳离子表面活性剂,它会因为土壤的吸附能力吸附到粘土物质、腐殖质和其他负电荷上,增强了土壤对苯达松的吸附能力。

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3 讨论

  3.1苯达松在土壤中的吸附

苯达松在两种土壤中吸附可以用线性方程和 Frenundlich  方程很好地描述(R2>0.90),苯达松在土壤中的吸附平衡系数较小。单正军等[11]用有机碳标化的 Koc  值对农药的移动分类,Koc=(Kd×100)/C%(Kd   为吸附系数,C%  为固体中有机碳所占百分含量)。他们认为

Koc<50  时,该农药具有高移动性,50<Koc<100  时,农药为移动性较小。通过计算,发现本实验结果中苯达松在宣城红壤和亳州潮土的Koc  均小于 50,表明苯达松在这两种土壤中具有高移动性,对地下水和地表水造成污染的可能性很大。研究表明,虽然亳州潮土的有机质含量较高,但是苯达松的吸附量反而低于宣城红壤,这说明有机质含量高低和苯达松吸附量没有明显的相关性,这和 Amaud  Boivin[12]的研究结果一致。刘维屏[13]等研究农药在土壤上的吸附时指出,pH值降低,农药的吸附量升高,尤其是离子型和有机酸农药,pH 值影响更大。苯达松属于弱酸性离子型农药,其在水中的溶解度会随着 pH  值的升高而增大,红壤土 pH值小于潮土,红壤较潮土质地较为粘重,可见 pH值和土壤质地是造成苯达松在宣城红壤的吸附量比亳州潮土吸附量大的主要原因之一。

  3.2表面活性剂对苯达松在土壤中吸附的影响

由于土壤表面带负电荷,因此阳离子表面活性剂在土壤上的吸附量比非离子及阴离子表面活性剂大。由于土壤的吸附作用,阳离子表面活性剂吸附到粘土物质、腐殖质和其他负电荷上,从而增强了土壤对苯达松的吸附能力。宣城红壤的有机质含量不高,在加入CTAB 后,苯达松的吸附量也升高很多,说明有机质含量低的土壤通过阳离子表面活性剂的改性,可大大提高截留有机物的能力,此与Sheng  等[14]的研究结果一致。而阴离子表面活性剂 SDS 的加入,使苯达松在土壤的吸附量呈先下降再上升的趋势,当低于临界胶束浓度时,SDS  以单体形式存在于溶液中,但是 SDS 作为一种有机物也会被土壤中的颗粒所吸附,且能达到吸附平衡[3],占据了土壤上一定的吸附位点,未形成胶束的表面活性剂 SDS 会增加苯达松的溶解度,进而降低苯达松在土壤中的吸附率,这些因素都会使苯达松在土壤的吸附量减少。当 SDS 质量浓度高于2300 mg•L-1(100%CEC  左右)时,表面活性剂会在土壤表面形成胶束,吸附在土壤中的 SDS 会为苯达松提供更多的吸附位点,进而提高苯达松在土壤中的吸附能力。可见,表面活性剂对农药吸附的影响不是单一作用的结果,而是受多重作用机理综合的影响。

 

参考文献: 
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  3. [3]戴树桂,董亮,王臻.表面活性剂在土壤颗粒物上的吸附行为[J].中国环境科学,1999,19(5):392-396
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    [7]戴树桂.环境化学[M].北京:高等教育出版社,2000
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