地带性土壤中菲的土-水界面吸附-解吸行为及其受黑炭影响的机理研究

摘要

多环芳烃是环境中广泛存在的一类持久性疏水有机污染物,主要来源于人为的化石燃料和生物燃料等的不完全燃烧。多环芳烃自身具有致癌、致畸、致突变的“三致”特性,被人们广泛关注。许多国家已将多环芳烃作为空气和土壤污染检测的对象,并制定、采取了相应措施来控制和减少其环境排放。土壤作为一种重要的环境介质,承担着90％以上的多环芳烃环境负荷。
　　 黑炭是自然界的一种天然吸附剂,由于具有较大比表面积,对多环芳烃等持久性环境污染物质在自然界中的吸附、解吸、迁移、转化、降解、残留等环境行为有着重大影响。为了探讨黑炭对污染物质环境行为的影响及其本身的环境效应,本试验选取多环芳烃中的三环类污染物菲为对象。通过添加外源黑炭的方式,研究了我国境内从南到北海南(土壤1,土壤2)、福建(土壤3)、湖南(土壤4)、浙江(土壤5)、安徽(土壤6)、江苏(土壤7)、辽宁(土壤8)、吉林(土壤9)八个省份的9种典型地带性土壤中菲的吸附/解吸行为以及添加黑炭的土壤样品中菲的吸附/解吸行为。得到了下述结果:
　　 研究发现,9种地带性土壤对菲的吸附能力依次为:土壤9＞土壤1＞土壤2＞土壤8＞土壤7＞土壤6＞土壤5＞土壤4＞土壤3。统计分析表明,菲的吸附行为与土壤中有机质含量呈显著正相关,与游离态氧化铁的含量呈显著负相关。可能原因是土壤中大量存在的游离态氧化铁会包裹土壤中的有机质,减少有机质对菲的吸附位点,从而降低土壤对菲的吸附。通径分析结果表明游离态氧化铁和有机质对菲的吸附是一种交互效应。
　　 添加黑炭后,地带性土壤对菲的吸附能力随黑炭添加量的升高而升高。添加黑炭后,黑炭和土壤自身有机质共同调控了土壤样品对菲的吸附行为。随着黑炭添加量的增加,菲的吸附等温线的非线性程度逐渐增强。黑炭是造成土壤非线性吸附和吸附能力增加的主要原因,在低平衡浓度水平时(Ce=0.005Sw,Ce为液相平衡浓度,Sw为菲在水相中的溶解度),菲的有机碳标准化分配系数(koc)值受到外源黑炭、土壤富里酸和游离态氧化铁这三者的共同影响,在较高的平衡浓度水平时(Ce=0.05Sw,Ce=0.5Sw),外源黑炭则是影响菲的Koc值的主要因素。同时黑炭对菲吸附的贡献率也受到土壤理化性质和外源黑炭添加量的共同影响,当黑炭添加量大于0.5％时,黑炭基本上主导了菲在土壤中的吸附过程。
　　 另外,7种地带性土壤中菲的吸附/解吸行为研究还发现,各样品具有不同的吸附/解吸迟滞系数(HI值),表明菲在各土壤中都存在不同程度的解吸迟滞现象。添加黑炭后,土壤对菲吸附的HI值随着黑炭添加量的增加呈明显上扬的趋势,且HI值与外源黑炭的添加量和土壤比表面积存在显著相关性,表明外源黑炭增强了土壤中菲的吸附/解吸迟滞行为。

目录

文摘

英文文摘

第1章 文献综述

1.1 土壤有机物污染现状

1.1.1 持久性有机污染物

1.1.2 多环芳烃

1.1.3 菲

1.1.4 土壤中多环芳烃的吸附行为

1.1.5 吸附等温线

1.1.6 平衡吸附模型

1.2 黑炭的研究进展

1.2.1 黑炭对疏水性有机污染物的吸附

1.2.2 环境黑炭的分离和测定方法

1.2.3 黑炭制备

1.3 研究内容和技术路线

第2章 地带性土壤中菲的土.水界面吸附行为

2.1 材料和方法

2.1.1 化学药品

2.1.2 供试土样的基本理化性质

2.1.3 吸附试验

2.1.4 高效液相色谱(HPLC)测定条件

2.1.5 数据分析

2.2 结果与讨论

2.2.1 供试土壤的性质

2.2.2 吸附等温线

2.2.3 地带性土壤的理化性质对菲吸附行为的影响

2.3 结论

第3章 外源黑炭对地带性土壤中菲的土水界面吸附行为的影响

3.1 材料和方法

3.1.1 供试黑炭的基本性质

3.1.2 吸附试验

3.1.3 数据分析

3.2 结果与讨论

3.2.1 黑炭对菲等温吸附的影响

3.2.2 外源黑炭对地带性土壤吸附菲的贡献

3.3 结论

第4章 地带性土壤中黑炭对菲的土.水界面解吸行为的影响

4.1 材料和方法

4.1.1 供试土壤样品和添加黑炭的土壤

4.1.2 吸附-解吸迟滞行为

4.1.3 高效液相色谱(HPLC)条件

4.1.4 数据分析

4.2 结果与讨论

4.2.1 土-水界面菲的解吸迟滞现象

4.2.2 黑炭添加后地带性土壤中菲的解吸迟滞现象

4.3 结论

第5章 结论和展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

致谢