随着工业的迅速发展,重金属污染形势越来越严峻。重金属危害大,难以降解,对水体及土壤可造成严重的伤害,因此发展行之有效的重金属污染治理技术迫在眉睫。近年来,水基泡沫在治理工业废水和污染土壤中的重金属污染方面的前景引起人们的普遍关注,研究水基泡沫去除重金属污染过程中的微观机制,并发展采用绿色表面活性剂水基泡沫治理重金属污染的技术有着非常重要的意义。本论文通过量子化学量化研究重金属离子与表面活性剂之间的相互作用指导绿色起泡剂的确定,并探究了烷基乙氧基羧酸盐水基泡沫的性能及在含重金属的情况下泡沫性能增强的机制,利用该绿色表面活性剂形成水基泡沫高效去除水溶液及电池厂废水中的铅锌离子。此外,本文采用二氧化硅颗粒构建孔隙介质,探究了水基泡沫去除孔隙介质中重金属离子的性能,所获得的认识为采用水基泡沫治理重金属污染土壤提供了理论支持,揭示了水基泡沫治理土壤污染的优势与应用前景。本论文主要分为三个部分:第一部分为水基泡沫体系的设计及其泡沫性质的研究。通过量子化学计算表面活性剂与铅锌离子之间的相互作用,确定采用新型绿色表面活性剂烷基乙氧基羧酸盐(C13EC)作为泡沫分离法的发泡主剂,测定了该表面活性剂的表面活性,对该体系在有无重金属离子存在下的泡沫性质进行了表征,包括静态稳定性,动态稳定性,泡沫液膜的粘弹性及微硬度等。研究结果表明,在有重金属离子存在的情况下,C13EC泡沫的稳定性不仅没有降低,反而进一步增强,主要是由于表面活性剂分子与重金属离子之间的静电相互作用使得表面活性剂在气液界面的吸附更加紧密,进而增强了泡沫液膜的强度,使得泡沫稳定性增强。第二部分研究了 C13EC水基泡沫去除水溶液中铅锌离子的性能,并探究了在治理含铅锌离子废水的应用效果,分别对模拟废水,稀释电池厂废水及真实电池厂废水开展了研究工作。在此过程中,我们探究了表面活性剂的浓度,重金属离子的类型,溶液的pH,废水的稀释比率等因素对水基泡沫去除重金属污染效率的影响。结果表明,在模拟废水及稀释废水中,水基泡沫可实现对铅锌离子的高效去除,去除率达到99%以上。此外,通过采用表面活性剂复配协同的方法,拓宽了原体系的酸碱适用范围,利用沉淀法-水基泡沫联用的方式对电池厂工业废水中铅锌离子去除效率可达99%以上。我们还探索了通过泡沫模板合成金属纳米颗粒,实现了泡沫分离后铅离子的回收,为重金属离子的循环利用提供了可行性方案。第三部分内容主要是探索了水基泡沫去除固体孔隙介质中的重金属离子的性能,采用二氧化硅固体颗粒组建孔隙介质,探究泡沫在气液固三相共存下的性质,探究了 C13EC水基泡沫在治理固体孔隙介质中重金属污染的效率及影响因素,包括固体颗粒的粒径,气流速度,填料高度等。结果表明,在适宜的条件下,水基泡沫对固体孔隙介质中重金属污染的去除效果显著。这一方法为研究成分复杂、变量居多的土壤提供了全新的思路,为采用水基泡沫治理土壤中的重金属污染提供了一定的理论支持,同时揭示了水基泡沫在治理土壤污染过程中的优势和良好的应用前景。