有机污染物在沉积物上的竞争吸附效应及影响因素

摘要

有机污染物在土壤/沉积物上的吸附和脱附行为会影响它们在自然环境中的迁移、转化、归宿和生物生态效应.而且这种行为也会受到有机污染物本身的物理化学性质、吸附剂的组成和结构、环境条件及共存有机污染物等多种因素的影响.目前,对吸附机理及影响因素认识的局限性,使得有机污染物的迁移转化和归宿模型在实际水环境中的预测存在较大的误差.在用水质模型进行水质预测时,对有机污染物在悬浮颗粒物/沉积物上的吸附作用考虑不够,使预测结果常与实际值有较大的偏差,不利于水污染控制和水环境管理.所以,有必要更加深入地研究有机污染物的吸附/脱附作用,及其对水质预测的影响.该文评述了有机污染物在土壤/沉积物上吸附作用的研究进展,在此基础上研究了有机污染物在沉积物上的吸附机理及影响因素,并对河流水质模型进行了改进.论文主要取得了以下研究成果.(1)有机化合物的吸附竞争能力与其物化性质具有相关性,易与沉积物有机质形成氢键的化合物其竞争能力也比较强;(2)可离子化有机化合物的吸附竞争能力与其存在形态有关.酚类、含苯环的羧酸类化合物(有机酸),其离子态的吸附竞争能力远小于分子态,其机理为有机酸阴离子所带的负电荷抑制了表面吸附能力,主要发生分配作用;而苯胺类化合物(有机碱),其离子态和分子态都表现出显著的竞争能力,而且离子态的竞争能力略强于分子态,原因在于有机碱阳离子所带的正电荷促进了其表面吸附能力;有机化合物竞争能力的强弱与其单组分吸附等温线的非线性程度具有一定的相关性,吸附等温线近似为线性的化合物没有或只具有微弱的竞争能力;(3)对目标有机化合物的吸附具有竞争效应的有机化合物(作为共溶质)混合后,将对目标有机化合物的吸附产生协同竞争效应;(4)以京杭运河为例,率先提出了将有机污染物的吸附/脱附作用及水文水力参数耦合到水质模型中的方法,并讨论了吸附/脱附作用对不同有机污染物预测模型的影响,为建立更准确的水质模型及进行更客观的风险和生态评估提供了参考依据.

目录

第一章有机污染物在土壤/沉积物上的吸附作用研究进展

一、吸附理论和模型

1.分配理论

2.分布活性模型

3.双模式模型

4.专属作用模型

5.HSACM模型

二、影响吸附的因素

1.土壤/沉积物的理化性质

2.有机化合物的性质

3.环境因素的影响

三、吸附机理

1.表面吸附

2.分配作用

四、可离子化有机化合物的吸附行为

五、吸附动力学模型

六、有机化合物吸附--脱附的滞后性

七、问题的提出及论文的研究内容

第二章有机污染物在沉积物上的吸附/脱附作用及影响因素

一、实验部分

1.实验材料和仪器

2.实验方法

二、结果与讨论

1.吸附/脱附等温线

2.脱附滞后性与沉积物有机碳含量之间的关系

3.温度对吸附的影响

4.PH对吸附的影响

三、小结

第三章有机污染物的吸附竞争能力与其物化性质之间的关系

一、实验部分

1.实验材料与仪器

2.实验方法

二、结果与讨论

1.对硝基苯胺的吸附

2.共溶质对对硝基苯胺(固定初始浓度)吸附系数的影响

3.共溶质对对硝基苯胺吸附等温线的影响

三、小结

第四章可离子化有机化合物在不同形态下的吸附竞争能力

一、实验部分

1.实验材料与仪器

2.实验方法

二、结果与讨论

1.竞争效应

2.单溶质体系中有机化合物的吸附等温线

三、小结

第五章多溶质体系中的竞争吸附效应

一、实验部分

1.实验材料与仪器

2.实验方法

二、结果与讨论

三、小结

第六章吸附/脱附作用对河流水质模型预测功能的影响

一、水质模型简介

1.水质模型的分类

2.水质模型建立的一般步骤

3.河流水质模型的形式

4.河流水质模型所存在的问题

二、京杭运河水质模型的建立

1.模型的选择

2.模型参数的确定

3.模型的建立及吸附-脱附作用对其预测功能的影响

三、小结

结论、创新点及展望

参考文献

博士阶段完成论文情况

致谢