不同碳链长度全氟化合物在水—土壤—植物间的迁移

摘要

全氟化合物(Perfluorinated compounds，PFCs)，是一类新型持久性有机污染物，因其具有良好的热、化学稳定性，以及特殊的疏水、疏油性能，而被广泛应用到生产和生活中。近年来，短链全氟化合物被用作长链化合物的替代品而被广泛应用，C4和C6等短链化合物在环境水体、沉积物、大气、生物体的检出率和浓度呈现逐年增高的趋势。短链全氟化合物的环境行为以及对生物体的潜在毒性越来越受到关注。
　　 本文研究了8种不同碳链长度的PFCs在潮土和黑土中的吸附解吸行为，应用土柱实验研究了PFCs在两种土壤中的淋溶行为以及溶解性有机质(Dissolvedorganic matter，DOM)对淋溶行为的影响，最后利用盆栽实验研究了PFCs在土壤-植物系统中的迁移和分布情况，期望为评价PFCs对地下水和植物的潜在风险提供理论依据。利用批量平衡法研究了全氟化合物在两种土壤的吸附解吸动力学和等温线，结果表明PFCs在土壤中的吸附和解吸在24h内均能达到平衡，解吸存在迟滞性。PFCs在土壤中的吸附和解吸行为符合Freundilch吸附等温线。初始浓度为0.5μg/mL，C4～C8全氟羧酸(Perfluorocarboxylic acids，PFCAs)和C4～C8全氟磺酸(Perfluoroalkyl sulfonates，PFSAs)在潮土的吸附Kd值分别为2.79～10.5 L/kg和3.21～32.3 L/kg; C4～C8 PFCAs和C4～C8 PFSAs在黑土的吸附Kd值分别为1.59～6.91 L/kg和2.05～27.6 L/kg，潮土对PFCs的吸附能力强于黑土。土壤对磺酸系列PFCs的吸附能力优于羧酸系列，长链全氟化合物更容易吸附到土壤上。土壤有机质含量和粒径分布共同影响土壤对PFCs吸附能力。淋溶实验表明PFCs在潮土和黑土土柱中的淋溶行为具有明显的差异，黑土土柱淋出液中PFCs浓度变化小于潮土土柱。短链PFCs不容易被土柱吸附，穿透淋出较短，实验结束时，PFBA、PFPeA、PFHxA、PFHpA、PFBS在水相分配率均为大于97％;随着碳链延长，土壤对PFCs吸附量增加，淋出时间延长，累积淋出率降低。DOM能够改变PFCs的相对穿透曲线的形状，对短链(C≤8)PFCs随径流的迁移具有促进作用;增加了对地下水的潜在威胁，同时抑制了PFOA、PFHxS在土层中的向下迁移。实验条件下，99％以上的PFOS被土柱吸附，不能够发生淋溶。盆栽实验的研究结果表明:低浓度(≤200μg/kg)处理不会对小麦幼苗生长产生明显的毒害作用，高浓度(≥2000μg/kg)的PFCs会显著抑制植株生长，造成株高和生物量的降低，2000-4A/S、2000-6A-6S、2000-8A-8Sμg/kg染毒处理的植株地上部分生物量较对照处理分别降低了22.5％、35.4％、45.8％。小麦对短链全氟化合物(C≤6)的富集能力非常强，染毒浓度为2000μg/kg处理，小麦茎叶中PFBA和PFBS的含量为406，075μg/kg和15，083μg/kg，富集系数463和10.5。研究表明PFCAs比PFSAs更容易被植株吸收，PFBA、PFBS、PFHxA、PFHxS的转移系数TF＞1，表明这些物质在植株体内容易发生迁移，最终转移到地上部分。PFOA和PFOS的转移系数TF＜1，表明这两种物质容易在植株根部累积。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

第一节 环境中的全氟化合物

1．1．1 全氟化合物定义、性质及来源

1．1．2 典型环境介质中全氟化合物分布

1．1．3 全氟化合物的毒理效应

第二节 国内外全氟化合物环境行为研究现状

1．2．1 固相环境基质中全氟化合物的吸附解吸

1．2．2 全氟化合物及其前体物在环境中的迁移和转化

1．2．3 水溶性有机物对全氟化合物环境行为的影响

第三节 本论文选题依据、研究目的及意义

1．3．1 选题依据

1．3．2 研究内容

1．3．3 研究意义

第二章 不同链长全氟化合物在不同类型土壤中的吸附解吸

引言

第一节 实验材料

2．1．1 土壤样品采集

2．1．2 主要试剂和仪器

第二节 样品前处理与分析方法

2．2．1 土壤理化性质测定

2．2．2 吸附、解吸实验方法

2．2．3 液相色谱和质谱条件

2．2．4 数据分析和质量控制

第三节 实验结果与讨论

2．3．1 分析方法的检出限、定量限

2．3．2 实验用土壤的基本理化性质

2．3．3 全氟化合物在两种土壤的吸附动力学曲线

2．3．4 全氟化合物在两种土壤的吸附等温线

2．3．5 全氟化合物在两种土壤的解吸动力学曲线

2．3．6 全氟化合物在两种土壤的解吸等温线和解吸滞后现象

本章小结

第三章 不同全氟化合物在不同类型土壤中的淋溶行为研究

引言

第一节 实验材料

3．1．1 主要试剂和仪器

3．1．2 实验装置

第二节 样品前处理与分析方法

3．2．1 土壤装柱

3．2．2 淋溶DOM溶液配制

3．2．3 土柱染毒和样品前处理

3．2．4 液相色谱和质谱条件

3．2．5 数据分析和质量控制

第三节 实验结果与讨论

3．3．1 全氟化合物在土壤中的加标回收率

3．3．2 模拟降雨条件下两种土壤中全氟化合物的淋溶行为研究

3．3．3 不同浓度溶解性有机质对全氟化合物在潮土中淋溶行为的影响

3．3．4 不同浓度溶解性有机质对全氟化合物在黑土中淋溶行为的影响

本章小结

第四章 小麦对土壤中不同链长全氟化合物富集规律研究

引言

第一节 实验材料与方法

4．1．1 实验材料

4．1．2 实验方法

第二节 实验前处理及分析方法

4．2．1 样品前处理方法

4．2．2 液相色谱和质谱条件

4．2．3 数据分析和质量控制

第三节 实验结果与讨论

4．3．1 全氟化合物在土壤和植物样品中的加标回收率

4．3．2 全氟化合物对小麦生理指标的影响

4．3．3 盆栽土壤中全氟化合物的浓度

4．3．4 小麦植株中全氟化合物的浓度

4．3．5 不同全氟化合物的生物富集和转运能力

本章小结

第五章 结论与展望

5．1．1 结论

5．1．2 创新点

5．1．3 研究不足与展望

参考文献

致谢

个人简历

在学期间发表的学术论文与研究成果