多环芳烃（菲）在次生矿物上的光化学行为研究

摘要

具有“三致”效应的多环芳烃是持久性有机污染物的一种，大多是由化石燃料和生物质的不完全燃烧产生。近代工业和农业迅速发展的同时也带来很多环境问题，导致大量多环芳烃排放进入水体、土壤和大气，由于环境的大循环作用，土壤成为多环芳烃污染最严重的部分，威胁农产品安全、人体健康和整个生态结构。如何控制和修复多环芳烃污染的问题已经受到越来越多的关注。菲作为多环芳烃典型代表，常被用来研究环境中多环芳烃迁移和转化行为。　　土壤作为一个多相体的结合，复杂程度之高也给实现多环芳烃的控制和修复工作带来诸多困难，更深入的了解土壤和菲界面的关系对促进土壤中菲的降解具有重大作用。光降解是自然环境中有机污染物降解转化的重要途径，多环芳烃因为具有离域大不饱和键，可以吸收太阳光中的紫外光(290-400 nm)部分和可见光(400-700 nm)部分，这也是多环芳烃能够进行光化学降解的基础。土壤体系中存在的有机质、矿物等因素决定了多环芳烃的命运，本文以菲为对象，建立高岭石-菲、蒙脱石-菲、针铁矿-菲和水钠锰矿-菲界面，探讨菲在次生矿物中的吸附行为和光化学行为，并研究不同波长和低分子有机酸对矿物中菲的光降解速率变化影响。主要研究结果如下:　　(1)通过XRD图谱和SEM电镜照片分析高岭石、蒙脱石、针铁矿、水钠锰矿外观和结构特征，结果表明蒙脱石和高岭石都为块状和片状结构，针铁矿和水钠锰矿为针状和颗粒状结构，蒙脱石和水钠锰矿的内部孔隙较大。吸附能力呈现出水钠锰矿＞蒙脱石＞针铁矿＞高岭石的趋势。　　(2)运用254 nm波长紫外光为光源对甲醇-菲和矿物-菲混合物进行光辐射，通过UPLC分析菲在液相和固相中的光去除率变化，光照和避光对照组表明光辐射可以显著去除无论液相或是固相中菲，菲的光降解同样都满足一级动力学反应，4种矿物对菲的光去除作用大小为蒙脱石＜高岭石＜针铁矿＜水钠锰矿。通过GC-MS检测到菲光降解的主要产物为邻苯二甲酸二（2-乙基己基）酯，烷烃，苯酚等，表明菲吸收紫外光后生成激发态的菲，促进活性氧化物种的生成，使菲逐渐降解成低毒或无毒物质，最后都被矿化成H2O和CO2。　　(3)分别使用254nm、300nm、365nm波长紫外灯模拟光辐射，研究不同波长对矿物中菲光降解行为影响。结果显示三种波长对菲的光去除能力为:254 nm＞300nm＞365 nm。分别添加5 mmol、10 mmol、20 mmol柠檬酸和香草酸到高岭石-菲中，比较在254 nm和365 nm波长下菲的光去除率变化。香草酸在两种波长下都抑制菲的光降解，柠檬酸在365 nm波长条件下抑制了菲的光降解，但在254 nm波长条件下促进了菲的光去除率。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 多环芳烃的分类、性质和危害

1．3 多环芳烃的来源

1．4 多环芳烃的迁移转化

1．4．1 吸附与解吸

1．4．2 挥发作用

1．4．3 生物降解

1．4．4 非生物降解

1．4．5 多环芳烃光降解影晌因素

1．5 研究目的、内容及技术路线

1．5．1 研究目的及意义

1．5．2 研究内容

1．5．3 技术路线

第二章 菲在次生矿物上的吸附行为

2．1 试验材料和方法

2．1．1 试验材料

2．1．2 吸附试验方法

2．1．3 矿物结构与形貌分析

2．2 结果与讨论

2．2．1 矿物XRD和扫描电镜分析

2．2．2 菲在硅酸盐矿物上的吸附

2．2．3 菲在铁锰氧化物上的吸附

2．3 本章小结

第三章 菲在次生矿物上的光化学行为

3．1 试验材料和方法

3．1．1 试验材料

3．1．2 矿物预处理

3．1．3 光解实验

3．1．4 测定方法

3．2 结果与讨论

3．2．1 菲的光化学降解行为

3．2．2 菲的光化学转化途径

3．3 本章小结

第四章 影响次生矿物表面菲光降解的因素

4．1 试验材料和方法

4．1．1 试验材料

4．1．2 矿物预处理

4．1．3 光解实验

4．1．4 菲、低分子有机酸的紫外分析法

4．1．5 测定方法

4．2 结果与讨论

4．2．1 不同低分子有机酸和菲的紫外光谱分析

4．2．2 254nm波长下不同有机酸对菲光降解行为影响

4．2．3 365nm波长下不同有机酸对菲光降解影响

4．2．4 不同波长下添加和未添加有机酸对菲光降解行为影响

4．3 本章小结

第五章 全文结论与研究展望

5．1 全文结论

5．2 创新点

5．3 研究展望

参考文献

致谢