溶解性有机质对生物质黑碳吸附/解吸五氯苯酚的影响

摘要

黑碳(Black carbon，BC)是土壤、沉积物(S)等环境中广泛存在的有机质，对疏水性有机污染物(HOCs)具有很强的吸附能力，在某种程度上决定了HOCs在环境中的迁移转化。然而，当其进入环境以后，会与环境中的溶解性有机质(DOMs)、矿物质等发生相互作用，从而影响其表面性质及吸附性能。生物质材料的燃烧是环境黑碳的主要来源之一，本文以水稻秸杆生物质黑碳(RBC)为研究对象，以五氯苯酚(PCP)为目标污染物，对比研究了S+RBC，S+RBC+DOMs（混合型），S+DOMs/RBC（负载型）等体系经过不同时间的老化后，对PCP吸附、解吸性能的变化，探讨DOMs在秸杆碳老化过程的作用及其对吸附、解吸性能的影响与机理，为秸杆碳在HOCs污染控制中的实际应用提供理论依据。主要的研究结论如下:
　　 (1)水稻秸秆碳具有发达的孔隙结构、较大的比表面积以及羧基、内酯基等表面官能团;DOMs（腐植酸及丙氨酸）的负载降低了秸秆碳的比表面积，增大了平均孔径，增加了表面酸性官能团的数量，大分子的腐植酸在此过程中较丙氨酸表现出更显著的影响。
　　 (2)秸秆碳对PCP表现出非线性吸附，Freundlich和Dual-mode模型对吸附结果拟合较好;腐植酸较丙氨酸对秸秆碳吸附PCP的抑制能力更强;当秸秆碳负载DOMs时，吸附拟合参数Kf、Qmax，L/(KD KL,D)值减小，n、KD值增大，且随着pH的升高，预负载DOMs秸秆碳的吸附能力下降更快。这些现象表明秸杆碳对PCP的吸附主要是通过表面吸附、孔隙填充及表面官能团间的相互作用。
　　 (3)腐植酸、丙氨酸、秸秆碳单独添加至沉积物时，都可促进沉积物对PCP的吸附，但同时添加使体系的吸附能力低于单独添加秸秆碳的沉积物体系。随着老化时间的延长，各个体系对PCP的吸附性能均出现下降。对比S+RBC、S+RBC+DOMs及S+DOMs/RBC处理组发现，S+RBC+DOMs处理组的吸附性能下降较快，而预负载DOMs的S+DOMs/RBC处理组吸附性能下降最慢;随着老化时间的延长，S+RBC及S+RBC+DOMs处理组的吸附等温线越来越接近S+DOMs/RBC处理组，说明DOMs对秸杆碳在沉积物中吸附性能的下降起重要作用;经过60天的老化，秸秆碳对吸附的贡献率高于70％，对PCP在沉积物中迁移转化依然起主导作用。
　　 (4)沉积物中PCP的Tenax解吸动力学可以分为快速、慢速、极慢速三部分，秸杆碳的存在可以显著降低PCP的可解吸量及平均解吸速率，增加极慢速解吸比例。随着老化时间的延长，沉积物中PCP的快速、慢速解吸比例增加而极慢速解吸比例降低，平均解吸速率增加;比较S+RBC、S+RBC+HA及S+HA/RBC处理组发现，S+HA/RBC处理组的解吸参数变化最不显著，而S+RBC+HA处理组的解吸参数变化最为显著;对于S+RBC+HA处理组，HA的存在使秸杆碳的吸附能力下降更快，从而使体系极慢速解吸比例逐渐减少，相应的解吸速率加快，PCP的可解吸量逐渐增多。
　　 (5)添加秸秆碳的沉积物样品中，吸附模型参数与Tenax解吸中的PCP可解吸量及极慢速解吸比例具有较好的线性相关性，可以用吸附数据来估算受污染沉积物中PCP的释放量以及各部分释放比例;12小时Tenax解吸量用来代替快速解吸量最为合适。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 黑碳研究概况

1．2．1 黑碳的来源与特征

1．2．2 沉积物中黑碳的含量

1．2．3 黑碳对HOCs吸附的研究

1．2．4 黑碳对HOCs解吸的研究

1．3 溶解性有机质

1．3．1 溶解性有机质的概念与组成

1．3．2 溶解性有机质与有机污染物的作用

1．4 黑碳与溶解性有机质的作用

1．4．1 老化过程中黑碳吸附能力的变化

1．4．2 黑碳与溶解性有机质的作用机理

1．5 论文的研究目标和技术路线

1．5．1 研究目标

1．5．2 技术路线

第二章 DOMs对秸秆碳表面性质及吸附性能的影响

2．1 引言

2．2 材料与方法

2．2．1 秸秆碳的制备

2．2．2 负载DOMs前后秸秆碳的理化性质

2．2．3 DOMs对秸秆碳吸附PCP的影响

2．2．4 PCP测定方法

2．2．5 数据处理

2．3 结果与讨论

2．3．1 秸秆碳的扫描电镜

2．3．2 秸秆碳的元素组成与比表面积

2．3．3 秸杆碳的FTIR图谱

2．3．4 秸杆碳的表面官能团

2．3．5 DOMs对秸杆碳吸附PCP的影响

2．4 本章小结

第三章 沉积物中DOMs对秸秆碳吸附PCP的影响

3．1 引言

3．2 材料与方法

3．2．1 沉积物的采集与理化性质

3．2．2 新鲜态沉积物-秸秆碳-DOMs体系对PCP的吸附

3．2．3 老化态沉积物-秸秆碳-DOMs体系对PCP的吸附

3．2．4 PCP测定方法

3．2．5 数据处理

3．3 结果与讨论

3．3．1 沉积物-DOMs体系对PCP的吸附

3．3．2 沉积物-秸杆碳体系对PCP的吸附

3．3．3 新鲜态沉积物-秸秆碳-DOMs体系对PCP的吸附

3．3．4 老化态沉积物-秸秆碳-DOMs体系对PCP的吸附

3．3．5 秸秆碳吸附贡献率随老化时间的变化

3．3．6 各吸附参数随老化时间的变化

3．4 本章小结

第四章 沉积物中腐植酸对秸秆碳Tenax解吸动力学的影响

4．1 引言

4．2 材料与方法

4．2．1 老化样品的制备

4．2．2 Tenax辅助解吸实验

4．2．3 沉积物中自由态PCP的提取

4．2．4 数据处理

4．3 结果与讨论

4．3．1 新鲜态沉积物-秸秆碳-腐植酸体系中PCP的解吸动力学

4．3．2 老化态沉积物-秸秆碳-腐植酸体系中PCP的解吸动力学

4．3．3 解吸动力学参数与吸附参数相关性分析

4．3．4 沉积物-秸秆碳-腐植酸体系中PCP生物有效性的估算

4．4 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 研究结论

5．2 展望

参考文献

硕士期间发表的文章

文中缩略