基于水生植物分区的湖泊DOM与重金属离子的结合特性研究

摘要

重金属在水体环境中的迁移、转化、固定、积累、化学和生物化学活性、生物可利用性以及毒性等影响着水质及水生生物行为，给人类健康及食品安全带来威胁。其中，溶解性有机质(Dissolved organic matter, DOM)含有较多活性点位，可结合部分重金属，从而影响重金属在水相和沉积物相间的分配，对控制重金属的环境地球化学行为和过程起重要作用。然而DOM是多组分不均一的混合体系，不同来源的DOM在含量、组成及结构上存在较大差异，进而影响其对重金属的结合特性。
　　本文以不同植物类型区上覆水及沉积物中的DOM为研究对象，以不同植物类型区上覆水及沉积物中DOM在组成结构及对重金属结合性能的差异性研究为主线，开展了DOM对重金属迁移转化影响研究，主要结论有以下几点:
　　1.不同植物类型区上覆水及沉积物中DOM在宏观结构上均有所差异，芦苇区上覆水及沉积物中DOM均具有较高的芳香性构化程度.;穗花狐尾藻区上覆水DOM中芳香环上取代基最多，分子量较大。龙须眼子菜区沉积物中大分子量溶解性有机质较少，芳环取代程度较低;3种植物类型区沉积物中DOM以类胡敏酸物质和类富里酸物质为主，其中芦苇区沉积物中DOM各类荧光基团含量较高;3种植物类型区上覆水和沉积物DOM均有脂肪烃和芳香烃，官能团包括羧基、羟基及酰胺等;芦苇区沉积物中的DOM酚羟基含量多于羧基，其总酸度基浓度也高于其他两种类型区，体现出较多的活性点位。
　　2.不同植物类型区上覆水DOM对重金属离子的结合能力存在明显差别。与穗花狐尾藻区相比，芦苇区和龙须眼子菜区上覆水中DOM的芳香度高分子量低，对重金属的结合率较高，且以Cu2+为最;芦苇区上覆水中DOM与重金属离子的饱和结合量、羟基与羧基峰面积特征揭示，该区上覆水中DOM含有更多可与重金属发生结合反应的活性基团，且羟基与重金属离子的结合反应是DOM与重金属离子结合的主要机制;穗花狐尾藻区上覆水中DOM的多脂肪族化合物与分子量较高的特征，影响了与重金属离子的结合特性。
　　3.DOM浓度是影响DOM对重金属结合率的重要因素，结果表明，DOM浓度越大，DOM对重金属离子的结合率越高，结合常数较高，对重金属的迁移性有更大的影响。然而随着浓度的增加DOM会发生分子间相互作用，对重金属的饱和结合量有所降低。3种重金属元素相比，Cu2+与DOM的结合常数较高，反应产物相对稳定，在水环境中更易形成DOM-Cu复合物。
　　4.不同植物类型区沉积物中DOM的官能团活性有所不同，龙须眼子菜区及穗花狐尾藻区DOM中羧基活性较强，而在芦苇区，羟基对重金属更具反应活性，同时，在一定浓度范围内，芦苇区沉积物中的DOM对重金属离子有更强的结合特性。来源于不同植物类型区的DOM在分子量、脂肪性及官能团等结构特征等方面的差异是其与重金属离子结合特性的影响因素。

目录

声明

摘要

注解说明

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 研究现状

1．2．1 DOM组成结构表征

1．2．2 DOM与重金属离子的相互作用

1．3 选题依据及意义

第二章 研究区概况与研究方法

2．1 研究区概况

2．2 样品采集与DOM提取

2．2．1 样品采集与保存

2．2．2 DOM提取

2．3 研究方法

2．3．1 仪器和试剂

2．3．2 分析测试方法

2．3．3 数据处理与模型拟合

第三章 不同植物类型区DOM的结构特征

3．1 上覆水中DOM的结构特征

3．1．1 紫外-可见光光谱

3．1．2 红外光谱

3．2 沉积物中DOM的结构表征

3．2．1 紫外-可见光光谱

3．2．2 三维荧光光谱

3．2．3 红外光谱

3．2．4 酸性官能团含量

3．3 上覆水与沉积物中DOM的区别与联系

3．4 小结

第四章 乌梁素海不同植物类型区上覆水中DOM对重金属离子的结合特性

4．1 DOM对重金属离子的结合动力学特征

4．2 DOM对重金属离子的结合实验

4．2．1 DOM对重金属离子的结合率

4．2．2 DOM对重金属离子的饱和结合量及结合常数

4．3 小结

第五章 乌梁素海不同植物类型区沉积物中DOM对重金属离子的结合特性

5．1 DOM对重金属离子的结合动力学特征

5．2 DOM对重金属离子的结合特征

5．2．1 DOM对Cu2+的饱和结合量及结合常数

5．2．2 DOM对Pb2+的饱和结合量及结合常数

5．2．3 DOM对Cd2+的饱和结合量及结合常数

5．2．4 DOM对重金属离子的结合特性对比

5．3 反应前后DOM结构变化特征

5．3．1 三维荧光光谱变化特征

5．3．2 红外光谱变化特征

5．4 上覆水与沉积物中DOM对重金属离子的结合特征对比

5．5 小结

第六章 主要结论

参考文献

致谢