浑河-大辽河水系水体和沉积物中典型全氟化合物的污染现状及吸附特性研究

摘要

全氟化合物（PFCs）是一种新型的持久性有机污染物（POPs）。由于具有显著的疏油和疏水性，它们作为表面活性剂和保护剂被广泛应用在工业和民用领域，如纺织、造纸、包装、农药、地毯、皮革、地板打磨、洗发水和灭火泡沫等领域。全氟羧酸类（PFCAs）和全氟磺酸类（PFSAs）化合物因其持久性、生物蓄积性和强烈的毒性吸引了科学家和管理者的兴趣。在2009年5月日内瓦召开的公约缔约方第四届大会上，PFOS以及其盐类和全氟辛基磺酰胺已被正式列入新增持久性有机污染物优先控制的名单。因此，建立一种高效、快速的分析方法测定自然环境中的PFCs十分重要，PFCs在自然环境中的迁移、转化对整个生态系统的影响不可忽视，所以，对其在沉积物中的吸附行为进行系统的研究也将有非常重要的意义。
　　本研究采用超高效液相色谱串联质谱（UPLC-ESI-MS/MS）分析了水体和沉积物中全氟化合物（PFCs）浓度水平，结果表明，浑河-大辽河的干流水中，PFCs总浓度范围为1.9~13.2 ng·L-1，其中，全氟己酸（PFHxA）、全氟庚酸（PFHpA）、全氟辛酸（PFOA）、全氟辛烷磺酸（PFOS）和全氟癸酸（PFDA）是主要污染物；沈阳细河中PFCs的总浓度为27~50 ng·L-1，其主要污染物为全氟戊酸（PFPA）、PFOA、PFOS和PFDA。在浑河-大辽河沉积物中，PFHxA是唯一的检出物，其含量为0.13~0.49ng·g-1干重；除了PFHxA，PFOS也是细河中的主要污染物，其浓度水平分别为0.07~0.22ng·g-1和0.18~0.83ng·g-1干重。采用实测的水和沉积物中PFOA和PFOS的暴露浓度以及预测的无效应浓度（PNEC），运用商值法对浑河-大辽河干流及沈阳细河水体和沉积物中PFOA和PFOS的生态风险进行评价。结果表明水体和沉积物中PFOA和PFOS的浓度均未达到对生态环境具有风险的水平。
　　本研究还选择以PFOA和PFOS为吸附质，采集的沉积物样品为吸附剂，研究了PFOA和PFOS在沉积物上的吸附动力学和吸附热力学，讨论了背景溶液的pH、Ca2+浓度、沉积物粒径和有机质含量对其吸附率的影响，结论如下：
　　（1）吸附动力学实验结果说明：沉积物样品吸附PFOA和PFOS的动力学过程可以划分为快速吸附阶段、缓慢吸附阶段和吸附平衡阶段。吸附达到平衡的时间是10-24 h。
　　（2）吸附热力学实验结果说明：在本实验的浓度范围内，Henry吸附模型、Langmuir吸附模型、Freundlich吸附模型均可以拟合沉积物对PFOA和PFOS的吸附行为。对于 PFOA，用 Freundlich吸附模型进行拟合要优于其他两种模型；对于PFOS，用Henry吸附模型的相关性要优于其他两种模型。
　　（3）结果表明背景溶液的pH、离子强度，沉积物粒径和有机质含量对PFOA和PFOS的吸附有一定的影响：酸性或碱性溶液均能使吸附率变大；吸附率随着Ca2+浓度的增大而增大；沉积物粒径越小，吸附率越大；沉积物中有机质的含量越多，吸附率越大。

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第一章 绪论

1全氟化合物（PFCs）的概述

2 PFCs的分析检测方法

3 生态风险评价

4 PFOA和PFOS在沉积物上的吸附

5 研究意义和内容

第二章 全氟化合物分析方法的建立

1 引言

2 水体中全氟化合物的分析方法

3 沉积物中全氟化合物的分析方法

4 本章小结

第三章 浑河-大辽河水系水体和沉积物中典型全氟化合物的污染现状和生态风险评价

1 引言

2 实验方法

3 结果与讨论

4 本章小结

第四章 PFOA、PFOS在浑河和大辽河水系沉积物中的吸附特性研究

1 实验路线

2 实验材料

3 实验方法

4 本章小结

第五章 研究结论

参考文献

附录Ⅰ：研究生期间发表的论文：

致谢