《Environmental Research》：Preparation and performance evaluation of a novel Tween 80-based microemulsion system for the remediation of petroleum hydrocarbon-contaminated soil using soil washing test
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彭晔|刘志斌|何晨飞|于海涛|张长松|臧学科|崔航|李正兵|卢亮亮|程世菊中国江苏省南京市东南大学低碳与可持续岩土工程重点实验室，邮编211189摘要石油烃类对土壤的污染对环境和生态安全构成了严重威胁。由于微乳液系统具有优异的溶解和乳化能力，因此成为修复石油烃污染土壤的一种非常有
彭晔|刘志斌|何晨飞|于海涛|张长松|臧学科|崔航|李正兵|卢亮亮|程世菊
中国江苏省南京市东南大学低碳与可持续岩土工程重点实验室，邮编211189
摘要
石油烃类对土壤的污染对环境和生态安全构成了严重威胁。由于微乳液系统具有优异的溶解和乳化能力，因此成为修复石油烃污染土壤的一种非常有前景的剂型。在本研究中，使用吐温80（表面活性剂）、正丁醇（辅助表面活性剂）和橄榄油（油相）配制了一种微乳液体系，并系统地研究了该体系的相行为、关键物理化学性质及土壤修复效果。通过Shah滴定法和酒精扫描测试确定了最佳组分比例，同时表征了其关键物理化学性质（如表面张力、粘度、电导率、HLB值、粒径和稳定性）。通过土壤柱冲洗实验比较了含吐温80的微乳液溶液与蒸馏水对总石油烃（TPH）的去除效率。结果表明，当吐温80与正丁醇的质量比为1:2时，微乳液具有最佳的稳定性和最大的相区。随着正丁醇含量的增加，体系经历了从Winsor I（油包水）到Winsor III（双连续相）再到Winsor II（水包油）的相变。研究发现，5%–10%的油含量最适合微乳液的形成和土壤冲洗。土壤柱实验表明，微乳液的TPH去除效率超过96%，显著优于吐温80溶液和蒸馏水。本研究提供了一种可行且高效的微乳液技术，为石油烃污染土壤的修复提供了参考。
引言
石油烃是全球能源供应和工业生产的主要原料，其需求随着经济的发展而持续增长。然而，在石油开采、运输和储存过程中，由于设备泄漏和不当处理，导致了严重的土壤污染（Li等人，2025b；Zhang等人，2025a）。石油烃成分非常复杂，包含多种有机污染物，如烷烃、环烷烃和芳香烃。其中，多环芳烃（PAHs）具有强烈的致癌、致畸和致突变性。它们不仅会破坏土壤结构，抑制微生物活动，阻碍植物生长，导致土壤生态功能退化，还会渗入地下水或被作物吸收积累，进入食物链，对人类健康造成长期潜在威胁（Ashkanani等人，2024；Cao等人，2024；Saunders等人，2022）。因此，高效、绿色的石油烃污染土壤修复技术已成为亟待解决的问题。低成本、高效且环保的修复技术的发展受到了广泛关注。
目前用于修复污染土壤的技术可分为物理方法、生物方法、化学方法和联合修复技术（Wei等人，2022）。物理修复方法操作简单但成本较高，且容易引起二次污染（Balázs等人，2020）。虽然热脱附技术可以快速去除高浓度石油烃，但能耗极高，同时可能破坏土壤有机质和微生物群落（Song等人，2019）。生物修复方法环保，但处理时间较长，且对环境条件（如温度和pH值）敏感（Abou-Khalil等人，2022；Davoodi等人，2020）。化学氧化技术修复效率高，但氧化剂容易与土壤成分发生副反应，可能损害土壤微生物并产生有毒中间产物（Bolourani等人，2023；García-Cervillla等人，2025）。
土壤冲洗技术因其处理周期短和适用范围广而受到重视。表面活性剂常被用作冲洗剂。通过降低界面张力和提高污染物的溶解度，它们有助于污染物的脱附和迁移。Yu等人（2025）评估了五种表面活性剂（SDS、SDBS、吐温80、鼠李糖脂和皂苷）对垃圾填埋场渗滤液污染土壤的冲洗效果。受污染的土壤中含有高浓度的铬、总氮和氨氮。结果表明，皂苷表现出优异的冲洗效果，同时保证了渗滤液的高生物降解性。Priyadarshini等人（2023）研究了吐温80对柴油污染粘土的去除效果。结果显示，12mg/L的吐温80溶液的去除效率约为40-50%，在低剂量柴油污染下去除率更高（49%）。传统的表面活性剂冲洗方法存在若干关键缺陷，限制了其实际应用。例如，许多表面活性剂对重质和难降解的石油烃的溶解能力有限，且会被吸附在土壤颗粒上，从而降低有效浓度并增加成本（Liu等人，2022；Shaban等人，2020）。此外，残留的表面活性剂可能具有生态毒性，扰乱土壤微生物群落，带来二次环境风险（Kleinen，2023；Zhang等人，2025b）。这些局限性凸显了开发具有高溶解性能和良好环境相容性的先进修复剂的紧迫性。
微乳液是由表面活性剂、辅助表面活性剂、油相和水相组成的稳定胶体分散体系，广泛应用于化学提取与分离、石油提取和药物输送等领域（Guo等人，2021；Li等人，2025a；Scomoroscenco等人，2021）。微乳液降低了油水之间的界面张力，使岩石中的残余油积聚并流向生产井，从而提高石油回收率。这一特性也为污染修复提供了巨大潜力（Feng等人，2025；Mo等人，2024）。Bernardez和de Andrade Lima（2021）研究了用于LNAPLs污染物的微乳液配方。实验结果表明，增加辅助表面活性剂的浓度可显著提高污染物去除率。与传统表面活性剂相比，微乳液具有极低的界面张力、高的溶解能力和在多孔介质中的优异流动性。然而，微乳液技术的应用仍面临若干挑战。传统微乳液通常使用矿物油或工业合成油作为油相，这些油难以生物降解，容易残留在土壤中，造成二次污染。此外，关于微乳液组分比例优化的系统研究不足。大多数研究仅关注微乳液在批次测试中的溶解性能，其结果往往与实际土壤中的修复效果存在差异。因此，需要进行模拟实际条件的土壤柱实验，以更准确地评估微乳液的修复效果。
为了解决上述问题，本研究开发了一种新型的吐温80/正丁醇/橄榄油微乳液体系。选择吐温80作为表面活性剂，因为它具有优异的相容性、低毒性和良好的生物降解性；正丁醇和橄榄油分别作为辅助表面活性剂和油相。采用Shah滴定法和酒精扫描测试研究了不同组分的微乳液相行为，系统地表征了微乳液的物理化学性质（如表面张力、粘度、电导率、亲水-疏水平衡值、粒径分布和稳定性），并揭示了相变过程对物理化学性质的影响。选取代表性微乳液进行土壤柱冲洗实验，比较了微乳液、吐温80溶液和蒸馏水的修复效果，阐明了微乳液修复过程中的置换和溶解协同机制，为微乳液的应用提供了参考。
章节摘录
材料
本研究中使用的表面活性剂为吐温80，由上海Titan Scientific有限公司提供。作为一种非离子表面活性剂，吐温80与其他辅助表面活性剂和多种添加剂具有良好的相容性，适用于各种环境条件。其亲水-疏水平衡（HLB）值为14.9，密度为1.05 g/cm3，表面张力为38.43 mN/m，界面张力为16.22 mN/m。
微乳液的伪三元相图
相图可以展示不同组分组成对吐温80/正丁醇/橄榄油体系相行为变化的影响（Assawadithalerd等人，2016）。伪三元相图的三个轴分别代表吐温80、正丁醇和油的混合物。
图2展示了在不同Km值下吐温80/正丁醇/橄榄油体系中微乳液的形成过程。
结论
本研究建立了一种由吐温80、正丁醇和橄榄油组成的微乳液体系，并系统研究了其相行为和物理化学性质。该微乳液体系也被用于修复石油烃污染土壤。通过土壤柱冲洗实验比较了不同冲洗剂的修复效果，主要结论如下：
(1)微乳液的形成和稳定性高度依赖于组分的质量
CRediT作者贡献声明
彭晔：撰写——初稿、方法学设计、实验实施、资金获取、数据管理、概念构思。何晨飞：撰写——初稿、方法学设计、实验实施、数据管理、概念构思。刘志斌：撰写——审稿与编辑、监督、方法学设计、资金获取、数据管理、概念构思。张长松：撰写——审稿与编辑、方法学设计、实验实施、概念构思。于海涛：方法学设计、实验实施、概念构思。崔航：
利益冲突声明
? 作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
本研究得到了国家自然科学基金（编号42477176、42507278）、国家重点研发计划（编号2022YFC3702500）；安徽省重点研发计划（编号2023t07020018）以及江苏省研究生研究与实践创新计划（编号SJCX25_0123）的财政支持。
