菲和壬基酚类物质在黄河兰州段水体颗粒物上的吸附行为研究

摘要

有机污染物在自然水体中的颗粒物(悬浮颗粒物和沉积物)上的吸附行为对污染物的迁移、转化、归趋及生态风险等都具有重要的影响。黄河是我国北方的大河，也是世界上输沙量最大的河流，黄河兰州段位于黄河中上游，是黄河的重点排污河段。兰州段水体颗粒物的有机质含量较低，目前对于这类低有机质含量的水体颗粒物对有机污染物吸附行为的研究并不多见。研究黄河兰州段天然水体颗粒物对典型有机污染物的吸附行为，具有较高的学术价值和重要的现实意义。 本研究对黄河兰州段水体各相中多环芳烃(PAHs)和壬基酚(NP)及壬基酚聚氧乙烯醚(NPnE0)的现场污染水平进行了调查研究，并采用黄河兰州段天然水体颗粒物、粘土矿物(伊利石、高岭土)、金属氧化物(自制针铁矿)等不同性质的模拟颗粒物作为吸附剂，以菲和NP及NPnE0作为目标物，研究了典型有机污染物在水体颗粒物及颗粒物不同成分上的吸附能力与行为，并对吸附机理进行了分析；同时，对pH值改变，芘的存在水平，溶解态及吸附态NP和腐殖酸的水平等因素对菲的吸附行为的影响也进行了研究；最后，还对菲从天然水体颗粒物相到水相的解吸行为及影响因素进行了研究。研究发现： PAHs和NPnEO两类污染物在黄河兰州段水体各相中普遍存在。天然颗粒物对PAHs和NPnEO有一定的富集能力，PAHs在颗粒物相和水相间的浓度相差2～4个数量级，小分子NPnEO降解产物(NP，NP1～3EO)在两相间的浓度水平相差2～3个数量级；黄河兰州段水体对有机污染物有一定的自净能力。 黄河兰州段水体天然颗粒物对壬基酚(NP)和壬基酚聚氧乙烯醚(NPnEO)的吸附行为发生迅速。NP在4小时内达到吸附平衡。NPnEO在8小时达到最大吸附，此后由于胶束破裂而经历一个“解吸阶段”后达到平衡；不同位置采集的天然颗粒物对NP的吸附能力存在差别但与颗粒物的NOM含量差异并不一致，粘土矿物等其它颗粒物成分可能对吸附过程起到重要作用。 在黄河兰州段天然水体颗粒物上，菲的吸附发生较为迅速；天然颗粒物对菲的吸附等温线都呈“S”形，双/多分子层吸附可能是菲吸附的主要形式；尽管不同天然颗粒物的NOM含量存在一定差异，但它们对菲的吸附能力并无显著区别，这说明对于黄河兰州段水体颗粒物这类有机质含量很低的颗粒物，颗粒物相有机质主导的分配作用对吸附的贡献受到限制，而疏水作用、色散力作用可能对菲的吸附行为更为重要。贫有机质颗粒物、粘土矿物以及针铁矿颗粒物对菲都有一定的吸附能力，各种颗粒物对菲的吸附等温线大多能较好地采用Freundlich方程进行描述，不同类型颗粒物对菲的吸附能力排序为，粘土矿物＞贫有机质颗粒物＞制备针铁矿＞黄河兰州段天然颗粒物；当高固液比的粘土矿物/贫有机质颗粒物存在于较高浓度的菲溶液时，菲浓度的增加对自身向颗粒物相的吸附存在促进作用，这可以解释为菲向颗粒物相的不断迁移增大了颗粒物的有机化程度，从而进一步促进疏水性有机物的吸附行为。 在自然水体pH范围内，pH改变对菲在黄河兰州段天然颗粒物上的吸附行为不存在显著影响；低浓度的芘会通过竞争作用抑制菲的吸附，而在较高浓度的芘存在时，菲的吸附反而得到促进；溶解态壬基酚或腐殖酸的存在对溶液中的菲有明显的增溶作用，从而抑制了菲向颗粒物相的迁移，吸附态的壬基酚或腐殖酸对菲的吸附表现出促进作用，这可能是由于颗粒物的有机化程度的提高所致。 Tenax辅助快解吸实验发现，吸附态的菲分子能以较高的解吸率解吸到洁净的水相中；水体中共存污染物芘和壬基酚的存在均能对吸附态菲向水相的释放形成抑制；腐殖酸对菲的解吸影响较小，这可能是因为实验采用的腐殖酸在颗粒物上的吸附比较微弱。

目录

文摘

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第一章前言

1.1 多环芳烃和壬基酚类物质的毒性及在环境中的分布

1.1.1多环芳烃

1.1.2壬基酚聚氧乙烯醚和壬基酚

1.2 天然水体颗粒物的构成及对有机污染物的吸附研究进展

1.2.1天然水体颗粒物的构成

1.2.2有机污染物在水体颗粒物上的吸附作用及机理研究进展

1.3课题的引入和研究内容

1.3.1研究背景和研究意义

1.3.2研究目的和内容

第二章多环芳烃和壬基酚类物质在黄河兰州段水沙各相的分布

2.1所研究区域及布点介绍

2.2试剂和仪器

2.2.1试剂与药品

2.2.2仪器设备和分析方法

2.3水样及颗粒物样品的采集、预处理

2.3.1样品的采集与保存

2.3.2样品的前处理方法

2.4结果和讨论

2.4.1 PAHs的水沙分布情况

2.4.2 NPEOs的水沙分布情况

2.5小结

第三章壬基酚及壬基酚聚氧乙烯醚混合物—NP4EO在黄河天然颗粒物上的吸附行为研究

3.1材料与方法

3.1.1实验材料和仪器

3.1.2实验方法

3.2结果与分析

3.2.1 NP和NPnEO的吸附动力学

3.2.2不同天然颗粒物对NP的吸附能力比较

3.3小结

第四章多环芳烃—菲在黄河天然颗粒物上的吸附行为研究

4.1材料与方法

4.1.1实验材料和仪器

4.1.2实验方法

4.2结果与分析

4.2.1菲的吸附动力学

4.2.2黄河颗粒物对菲的吸附等温线

4.3小结

第五章水体颗粒物的不同成分对菲的吸附行为研究

5.1材料与方法

5.1.1实验材料和仪器

5.1.2实验方法

5.2结果与分析

5.2.1贫有机质颗粒物对菲的吸附等温线

5.2.2粘土颗粒物对菲的吸附等温线

5.2.3针铁矿颗粒物对菲的吸附等温线

5.2.4等温线的Freundlich拟合以及不同成分颗粒物吸附能力评价

5.3小结

第六章颗粒物吸附菲的影响因素研究

6.1材料与方法

6.1.1实验材料和仪器

6.1.2实验方法

6.2结果与分析

6.2.1 pH对菲在黄河兰州段天然颗粒物上吸附的影响

6.2.2芘的存在对颗粒物吸附菲行为的影响

6.2.3壬基酚的存在对颗粒物吸附菲行为的影响

6.2.4腐殖质的存在对颗粒物吸附菲行为的影响

6.3小结

第七章菲在天然水体颗粒物上的解吸行为研究

7.1材料与方法

7.1.1实验材料及仪器

7.1.2实验方法

7.2结果与分析

7.2.1 Tenax解吸实验的条件优化及回收率

7.2.2黄河兰州段天然水体颗粒物上菲的解吸动力学

7.2.3芘的存在对菲解吸行为的影响

7.2.4壬基酚的存在对菲解吸行为的影响

7.2.5腐殖酸的存在对菲解吸行为的影响

7.3小结

第八章结论

参考文献

附录Ⅰ.NP,NPnEO和菲的高效液相分析方法

附录Ⅱ.NP4EO的液液萃取回收率

致谢