環(huán)境中有機污染物的有機地球化學及其光催化降解研究.pdf

1、多環(huán)芳烴(Polycyclicaromatichydrocarbons，PAHs)類物質(zhì)具有“三致”作用，是環(huán)境中普遍存在的有機污染物之一，因而被列為環(huán)境中的優(yōu)先控制污染物。PAHs可以通過食物鏈或呼吸空氣進入人體，并在人體內(nèi)蓄積，從而對人體產(chǎn)生危害。煤炭作為主要戰(zhàn)略能源在開采和利用的過程中向環(huán)境中釋放了大量PAHs。本文應用地球化學基本原理，從煤炭能源入手，以PAHs在原煤、燃煤電廠飛灰和底灰以及礦區(qū)土壤中的賦存規(guī)律、遷移富集為主線，

2、形成了對PAHs較為系統(tǒng)的有機地球化學研究。通過實驗分析找到PAHs在來自中國和美國的不同煤中的賦存機制，對煤中PAHs的地球化學理論進行了拓展和補充；揭示了從原煤到底灰、飛灰和燃煤過程中，PAHs的遷移變化規(guī)律和化學過程，探索了PAHs在不同粒度灰中的賦存機制；進而以礦區(qū)不同環(huán)境介質(zhì)為研究載體，探討了在礦區(qū)礦業(yè)相關的活動影響下，PAHs在表層土壤環(huán)境中的遷移、富集等地球化學特征。
　　 持久性有機污染物的去除在當前是一個全球性

3、的難題，半導體光催化劑有望能夠利用太陽能進行光催化降解，為了更好的利用陽光和室內(nèi)燈光，合成出可以被可見光激發(fā)的光催化劑成為眾多研究者的研究目標，基于這一目標，我們首次合成了經(jīng)摻雜改性后在可見光下（λ＞420nm）具有較高活性的摻氮鈮酸鉀納米方塊和摻鑭鉭酸銀納米片光催化劑，對有機染料（如橙黃G，甲基藍，羅丹明B等）和有機污染物（如雙酚A，五氯聯(lián)苯等）在可見光下（λ＞420nm）具有很高的光催化降解活性，從而為有機污染物的去除提供了一個新途

4、徑。
　　 通過研究主要得出：(1)針對中國和美國具有代表性的4個煤種14個煤樣為研究對象，定量的揭示了隨著煤化程度的提高，煤中PAHs與致癌性PAHs含量呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，在6個煙煤樣品中最高(12.11～55.63μg/g)，而在天然焦中最低(0.31～0.38μg/g)。煤中優(yōu)控PAHs的分布隨著煤化程度的提高也呈現(xiàn)規(guī)律性的變化趨勢：低環(huán)PAHs與PAHs總量的比值隨著變質(zhì)程度的升高而降低，高環(huán)PAHs與PAHs總量

5、的比值隨著變質(zhì)程度的升高而降低。煤中硫含量也是影響煤中PAHs賦存的重要因素，本研究中高硫煤樣品主要受海相沉積環(huán)境的影響，低硫煤樣品受陸相淡水沉積環(huán)境的影響，因此我們推斷煤的沉積環(huán)境是影響PAHs在煤中賦存的重要因素。(2)電廠底灰中PAHs和致癌性PAHs含量高于飛灰和土地使用的PAHs限制標準，因此對電廠底灰的環(huán)境影響更應該引起重視。電廠煤灰的粒徑和總有機碳含量等特征是影響PAHs含量和分布的重要因素：PAHs在飛灰中的分布隨著粒徑

6、的變小呈現(xiàn)增加的趨勢，而總有機碳含量較高則是造成底灰中PAHs含量，尤其是致癌性PAHs含量較高的重要因素。(3)兩淮煤礦區(qū)在礦業(yè)相關活動影響下受到較強的PAHs污染，表層土壤中優(yōu)控PAHs的濃度為0.13μg/g～3.54μg/g，平均值為0.84μg/g;致癌性PAHs濃度為0.05μg/g～1.33μg/g，平均值為0.36μg/g。煤矸石的堆放和煤的洗選是礦區(qū)土壤中PAHs的主要點源，PAHs在表生土壤環(huán)境中的水平遷移范圍大于3

7、50m，在土壤坡面中隨深度增加未形成明顯的積累，說明PAHs縱向遷移能力不強。通過毒性評價可知，礦區(qū)土壤污染貢獻最大的是苯并[a]芘，其TEQ達25％～53.5%。(4)首次成功制備出可將光（λ8＞420nm）下有較高活性的摻氮鈮酸鉀納米方塊，并將其用于水中染料和有害有機物質(zhì)的降解，結(jié)果表明，N-KNbO3在可見光下對橙黃G、五氯聯(lián)苯和雙酚A的降解速率為TiO2的1.38～2.09倍，主要是由于N2p軌道比O2p軌道的能帶位置更高，經(jīng)過

8、摻氮改性后KNbO3納米方塊的能隙變窄，從而實現(xiàn)對光譜吸收的紅移。此外，比表面積的增大也是造成其光催化活性增大的重要原因。(5)首次成功制備出可將光（λ＞420nm）下有較高活性的鉭酸銀納米片，并發(fā)現(xiàn)鑭的摻雜可以提高其催化活性。在可見光下對羅丹明B和五氯聯(lián)苯的降解結(jié)果發(fā)現(xiàn)，鑭離子的摻雜量是影響其光催化活性的關鍵因素。鉭酸銀納米片經(jīng)過鑭摻雜改性后光催化性能提高的原因主要是由于鑭離子的摻雜導致大量納米線的生成，因而更進一步的促進了光生載流子