環(huán)境中有機(jī)污染物的有機(jī)地球化學(xué)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(jī)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(guò)食物鏈或呼吸空氣進(jìn)入人體，并在人體內(nèi)蓄積，從而對(duì)人體產(chǎn)生危害。煤炭作為主要戰(zhàn)略能源在開(kāi)采和利用的過(guò)程中向環(huán)境中釋放了大量PAHs。本文應(yīng)用地球化學(xué)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(duì)PAHs較為系統(tǒng)的有機(jī)地球化學(xué)研究。通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析找到PAHs在來(lái)自中國(guó)和美國(guó)的不同煤中的賦存機(jī)制，對(duì)煤中PAHs的地球化學(xué)理論進(jìn)行了拓展和補(bǔ)充；揭示了從原煤到底灰、飛灰和燃煤過(guò)程中，PAHs的遷移變化規(guī)律和化學(xué)過(guò)程，探索了PAHs在不同粒度灰中的賦存機(jī)制；進(jìn)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(guān)的活動(dòng)影響下，PAHs在表層土壤環(huán)境中的遷移、富集等地球化學(xué)特征。
　　 持久性有機(jī)污染物的去除在當(dāng)前是一個(gè)全球性

3、的難題，半導(dǎo)體光催化劑有望能夠利用太陽(yáng)能進(jìn)行光催化降解，為了更好的利用陽(yáng)光和室內(nèi)燈光，合成出可以被可見(jiàn)光激發(fā)的光催化劑成為眾多研究者的研究目標(biāo)，基于這一目標(biāo)，我們首次合成了經(jīng)摻雜改性后在可見(jiàn)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(duì)有機(jī)染料（如橙黃G，甲基藍(lán)，羅丹明B等）和有機(jī)污染物（如雙酚A，五氯聯(lián)苯等）在可見(jiàn)光下（λ＞420nm）具有很高的光催化降解活性，從而為有機(jī)污染物的去除提供了一個(gè)新途

4、徑。
　　 通過(guò)研究主要得出：(1)針對(duì)中國(guó)和美國(guó)具有代表性的4個(gè)煤種14個(gè)煤樣為研究對(duì)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(shì)，在6個(gè)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(shì)：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(biāo)準(zhǔn)，因此對(duì)電廠底灰的環(huán)境影響更應(yīng)該引起重視。電廠煤灰的粒徑和總有機(jī)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(shì)，而總有機(jī)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(guān)活動(dòng)影響下受到較強(qiáng)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(diǎn)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(shuō)明PAHs縱向遷移能力不強(qiáng)。通過(guò)毒性評(píng)價(jià)可知，礦區(qū)土壤污染貢獻(xiàn)最大的是苯并[a]芘，其TEQ達(dá)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(jī)物質(zhì)的降解，結(jié)果表明，N-KNbO3在可見(jiàn)光下對(duì)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(guò)

8、摻氮改性后KNbO3納米方塊的能隙變窄，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)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(jiàn)光下對(duì)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(guān)鍵因素。鉭酸銀納米片經(jīng)過(guò)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(dǎo)致大量納米線的生成，因而更進(jìn)一步的促進(jìn)了光生載流子