烷基酚類污染物在海洋沉積物上的吸附行為研究.pdf

1、烷基酚類有機污染物是一類典型難降解的環(huán)境激素。雖然在許多西方國家已經(jīng)被禁用或限用,但是在過去幾十年的廣泛應用使其在環(huán)境中的積累量已經(jīng)很高。目前已經(jīng)在飲用水、河流、土壤,海洋甚至大氣等中檢測到它們的存在。含有烷基酚類污染物的廢水被排入海洋后,不僅會對海洋環(huán)境產(chǎn)生極大影響,而且會通過生物富集和食物鏈等對人類健康產(chǎn)生極大危害。因此近年來烷基酚也成了諸學者們研究的熱點。研究烷基酚類有機污染物在海洋沉積物物中的吸附行為過程有助于掌握它們的遷移轉(zhuǎn)化

2、和分布動向,估測它們可能引起的破壞作用,進而有效地控制它們可能對環(huán)境造成的危害。
　　 本文主要通過實驗室模擬,系統(tǒng)地研究了壬基酚和辛基酚兩種最常用的烷基酚類化合物在海洋沉積物上的吸附動力學和熱力學行為。分別討論了沉積物性質(zhì)組成、溫度、鹽度等環(huán)境因素對其吸附行為的影響,以及表面活性劑、腐殖酸和藻類共存對其吸附行為的影響。對比分析了在相同吸附條件下壬基酚和辛基酚的不同吸附行為。同時研究了壬基酚對藻類的毒性效應。主要結論如下:

3、>　　 (1)不同站位沉積物的陽離子交換容量(CEC)與沉積物的有機碳含量呈相關性較高的正相關。NP和OP在沉積物上的吸附能力與沉積物的有機碳含量和沉積物的陽離子交換容量有很好的正相關性,而與粘土礦物含量、表面位密度幾乎沒有相關性。Linear模型、Freundlich模型和Langmuir模型擬合NP和OP在水處理和酸處理沉積物上的吸附行為的相關性系數(shù)都較高,R2＞0.92。雙氧處理后的沉積物的吸附行為不再符合Linear模型,用F

4、reundlich模型擬合適用性最好。當NP和OP的吸附濃度范圍相近,在相同沉積物上,NP的吸附能力比OP的強。
　　 (2)在震蕩速度為50～120 r·min-1時,Ho-McKay偽二級動力學模型的線性模式更適合用來描述NP在沉積物上的吸附動力學行為;當震蕩速度為150～200r·min-1時,NP在S3水處理沉積物上的吸附動力學行為的Ho-McKay偽二級動力學模型的線性和非線性兩種模式的適用性都很好。在震蕩速度為150

5、 r·min-1時,NP和OP在沉積物上吸附反應動力學都能夠很好地符合Ho-McKay偽二級動力學模型的非線性模型,其相關系數(shù)R2＞0.99。實驗采用的沉積物質(zhì)量、組成以及烷基酚的初始濃度對反應達到平衡的時間影響很小。
　　 (3)在實驗研究的表面活性劑的濃度范圍內(nèi)(0～120 mg·L-1),十六烷基三甲基溴化銨(CTAB,陽離子表面活性劑)和十二烷基苯磺酸鈉(SDBS,陰離子表面活性劑)對NP和OP在沉積物上的吸附都有促進作

6、用。溶液中腐殖酸(0～100mg·L-1)的存在,具有類似的效應,也促進了NP在海洋沉積物上的吸附。非離子表面活性劑吐溫20(Tween20)和吐溫80(Tween80)在濃度從0增加到120 mg·L-1的過程中,先促進NP和OP在沉積物上的吸附,使NP和OP的吸附量達到最大值,然后隨著表面活性劑濃度的增加開始抑制吸附。NP和OP吸附能力達到最大時,對應的Tween20濃度大于Tween80,這與它們的CMC大小順序相一致。同濃度(4

7、mg·L-1)的四種類型表面活性劑對NP和OP在沉積物上的吸附的促進作用由強到弱依次為:CTAB＞Tween80＞Tween20＞SDBS。這一促進作用的大小與它們在沉積物上的吸附能力有很大關系。
　　 (4)在不同鹽度的介質(zhì)中,沉積物吸附NP的能力與鹽度成正相關,而介質(zhì)中溶解的沉積物的有機碳含量(DOC)與鹽度成負相關。隨著實驗溫度的增加,NP在三種處理方式沉積物上的吸附量都減小。NP在沉積物上吸附反應的熱力學函數(shù)分別為AG在

8、-20～0 kJ·mol-1內(nèi)、ΔH在-16.33～-10.28 kJΛmol-1內(nèi)、AS＜0,說明其吸附反應是放熱的、熵減小的、自發(fā)的物理過程。
　　 (5)藻類培養(yǎng)液的NP濃度范圍在0.02～0.1 mg·L-1時,NP對小新月菱形藻(NF)和旋鏈角毛藻(CC)的生長狀況影響不大,其環(huán)境容納量分別降低了約3.2％和4.6％。當NP濃度達到0.2 mg-L-1時,NP對NF和CC的毒性效應明顯變大,其環(huán)境容納量分別降了17.0

9、％和16.5％;而且CC生長的穩(wěn)定期被破壞,直接從指數(shù)期末到達最大生物量,沒有經(jīng)過穩(wěn)定增長期,直接進入衰老期。當NP濃度為0.5 mg·L-1時,NP對兩種藻表現(xiàn)出急性致死效應,24小時內(nèi)死亡。
　　 (6)藻類培養(yǎng)實驗中,接種后24小時內(nèi)NP濃度減少的主要原因是活體藻類對NP的生物吸附。活性藻體吸附NP的能力比其對應的等量死亡的藻體遺骸大很多。隨著藻的密度的增加,平均每個藻細胞對NP的吸附量增加。當兩種藻的密度接近時,NF對N