丹江口库区消落带土壤黑碳对菲吸附解吸行为的研究

摘要

黑碳对疏水性有机物有很强的吸附能力，其吸附能力可达到沉积物中其他形式有机质吸附能力的10-1000倍不等。消落带是陆地环境与水域环境的过渡性地带，存在着岸边污染带和水陆交叉污染两方面的问题。因此，开展对消落带地区土壤黑碳对疏水性有机物的吸附研究，对丹江口库区污染控制的重要意义。
　　 本研究以丹江口库区消落带为研究对象，采集消落带典型土样，包括周期性淹水土样（高程在149m-157m之间）和未淹水土样（高程在157m以上）。从采集的土壤样品中提取黑碳，探究黑碳对疏水性有机污染物菲的吸附解吸行为。主要结论如下:
　　 (1)黑碳的形态表现出一定异质性。在较低放大倍数下呈长条形、柱状集合体，在较高放大倍数下，可进一步看出BC表面质地有光滑的、粗糙的、褶皱的、层状的和凹凸的，且表面有微孔结构。不同土壤BC样品的红外光谱吸收峰有相似之处，表面都含有-OH、C-O、C=C等基团;但样品之间仍有一些不同，一些样品在1700cm-1处出现羧基和羰基的C=O伸缩振动，在1560cm-1出现羧酸酯。BC的芳构碳层间距离d002大于石墨d002而小于现代BC。
　　 (2)消落带土壤黑碳对菲的吸附解吸均可分为快速和慢速两个过程，快速吸附过程大致在6h左右趋于平衡，之后为慢速吸附过程;快速解吸过程12h左右趋于平衡，之后为慢速解吸阶段。
　　 (3)吸附和解吸过程用拟一阶动力学方程、拟二阶动力学方程、Elovich动力学方程和和颗粒内扩散方程拟合，均呈现一致结果，拟合效果优劣为:拟二阶动力学方程＞ Elovich动力学方程＞拟一阶动力学方程＞颗粒内扩散方程。由此推断消落带土壤黑碳对菲的吸附解吸不是简单的一种机制，而是一个复杂的过程。
　　 (4) Freundlich模型与Langumuir模型拟合参数显示，两者均能很好的拟合消落带土壤黑碳对菲的吸附解吸过程。Freundlich模型拟合所得吸附解吸n值均小于1，表明黑碳对菲的吸附解吸不是简单的线性分配过程，而是非线性的多层吸附;Langumuir模型拟合所得吸附解吸参数Qmax反映出消落带土壤黑碳对菲有很强的吸附能力，且不同BC样品的吸附能力有所不同。
　　 (5)菲在土壤黑碳的吸附均存在解吸滞后现象。随平衡浓度的升高，解吸滞后系数均成增大趋势，当浓度较低时，增大较快，当浓度升高的到一定程度，均呈现增长趋势放缓的现象。
　　 (6)分配作用在整个吸附过程中占据主导地位。反映到整个吸附过程中，当浓度较低时主要表现为表面吸附作用，而当浓度较高时，分配作用起到主要作用。
　　 (7) Freundlich模型与Langumuir模型均能很好的拟合未淹水土壤黑碳对菲的吸附解吸。

目录

声明

摘要

缩略语表(Abbreviation)

1 前言

1．1 引言

1．2 黑碳的研究进展

1．2．1 黑碳的概念

1．2．2 黑碳的形成

1．2．3 黑碳的分类及理化性质

1．2．4 土壤黑碳的提取方法

1．3 消落带的疏水性有机物污染现状

1．3．1 消落带的概念

1．3．2 疏水性有机物污染现状

1．4 黑碳对疏水性有机物的吸附作用

1．4．1 土壤黑碳的吸附作用机理

1．4．2 吸附动力学

1．4．3 吸附等温线和吸附模型

1．4．4 解吸滞后现象

1．5 研究目的与意义

1．6 研究内容

1．7 技术路线

2 材料与方法

2．1 丹江口库区消落带基本特征

2．2 土壤样品采集

2．3 所用试剂及仪器

2．3．1 实验试剂与去离子水

2．3．2 实验仪器

2．4 土壤黑碳的提取

2．5 土壤黑碳表面性质的初步表征

2．5．1 扫描电子显微镜(SEM)

2．5．2 红外测定(FTIR)

2．5．3 X射线衍射(XRD)

2．6 黑碳对菲的吸附解吸动力学实验

2．6．1 目标污染物的选择

2．6．2 菲溶液的配制

2．6．3 吸附解吸动力学实验

2．7 黑碳对菲的吸附解吸等温线

2．8 菲的测定方法

2．9 数据处理与分析

2．9．1 数据处理方法

2．9．2 数据计算

3 结果与讨论

3．1 消落带土壤黑碳表面性质的初步分析

3．1．1 土壤黑碳表面形貌分析

3．1．2 FTIR红外光谱分析

3．1．3 XRD分析

3．1．4 小结

3．2 消落带土壤黑碳吸附解吸动力学分析

3．2．1 吸附动力学曲线

3．2．2 吸附动力学特性分析

3．2．3 解吸动力学曲线

3．2．4 解吸动力学特性分析

3．2．5 小结

3．3 消落带土壤黑碳吸附解吸等温线

3．3．1 Freundlich模型拟合吸附解吸等温线

3．3．2 解吸滞后指数及分析

3．3．3 Langumuir模型拟合吸附解吸等温线

3．3．4 小结

3．4 表面吸附和分配作用对消落带土壤黑碳吸附菲的贡献

3．5 消落带地区未淹水土壤黑碳对菲吸附解吸等温线

3．5．1 Freundlich模型拟合吸附解吸等温线

3．5．2 Langumuir模型拟合吸附解吸等温线

3．5．3 小结

3．6 土壤黑碳对消落带库区的环境影响分析

4 结论与展望

4．1 结论

4．2 研究不足与展望

参考文献

附录

硕士阶段发表论文

致谢