烷基酚類(lèi)污染物在海洋沉積物上的吸附行為研究.pdf

1、烷基酚類(lèi)有機(jī)污染物是一類(lèi)典型難降解的環(huán)境激素。雖然在許多西方國(guó)家已經(jīng)被禁用或限用,但是在過(guò)去幾十年的廣泛應(yīng)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(cè)到它們的存在。含有烷基酚類(lèi)污染物的廢水被排入海洋后,不僅會(huì)對(duì)海洋環(huán)境產(chǎn)生極大影響,而且會(huì)通過(guò)生物富集和食物鏈等對(duì)人類(lèi)健康產(chǎn)生極大危害。因此近年來(lái)烷基酚也成了諸學(xué)者們研究的熱點(diǎn)。研究烷基酚類(lèi)有機(jī)污染物在海洋沉積物物中的吸附行為過(guò)程有助于掌握它們的遷移轉(zhuǎn)化

2、和分布動(dòng)向,估測(cè)它們可能引起的破壞作用,進(jìn)而有效地控制它們可能對(duì)環(huán)境造成的危害。
　　 本文主要通過(guò)實(shí)驗(yàn)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(lèi)化合物在海洋沉積物上的吸附動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)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(duì)其吸附行為的影響,以及表面活性劑、腐殖酸和藻類(lèi)共存對(duì)其吸附行為的影響。對(duì)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(shí)研究了壬基酚對(duì)藻類(lèi)的毒性效應(yīng)。主要結(jié)論如下:

3、>　　 (1)不同站位沉積物的陽(yáng)離子交換容量(CEC)與沉積物的有機(jī)碳含量呈相關(guān)性較高的正相關(guān)。NP和OP在沉積物上的吸附能力與沉積物的有機(jī)碳含量和沉積物的陽(yáng)離子交換容量有很好的正相關(guān)性,而與粘土礦物含量、表面位密度幾乎沒(méi)有相關(guān)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(guān)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(dāng)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(qiáng)。
　　 (2)在震蕩速度為50～120 r·min-1時(shí),Ho-McKay偽二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型的線性模式更適合用來(lái)描述NP在沉積物上的吸附動(dòng)力學(xué)行為;當(dāng)震蕩速度為150～200r·min-1時(shí),NP在S3水處理沉積物上的吸附動(dòng)力學(xué)行為的Ho-McKay偽二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型的線性和非線性?xún)煞N模式的適用性都很好。在震蕩速度為150

5、 r·min-1時(shí),NP和OP在沉積物上吸附反應(yīng)動(dòng)力學(xué)都能夠很好地符合Ho-McKay偽二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型的非線性模型,其相關(guān)系數(shù)R2＞0.99。實(shí)驗(yàn)采用的沉積物質(zhì)量、組成以及烷基酚的初始濃度對(duì)反應(yīng)達(dá)到平衡的時(shí)間影響很小。
　　 (3)在實(shí)驗(yàn)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(yáng)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(duì)NP和OP在沉積物上的吸附都有促進(jìn)作

6、用。溶液中腐殖酸(0～100mg·L-1)的存在,具有類(lèi)似的效應(yīng),也促進(jìn)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(guò)程中,先促進(jìn)NP和OP在沉積物上的吸附,使NP和OP的吸附量達(dá)到最大值,然后隨著表面活性劑濃度的增加開(kāi)始抑制吸附。NP和OP吸附能力達(dá)到最大時(shí),對(duì)應(yīng)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(lèi)型表面活性劑對(duì)NP和OP在沉積物上的吸附的促進(jìn)作用由強(qiáng)到弱依次為:CTAB＞Tween80＞Tween20＞SDBS。這一促進(jìn)作用的大小與它們?cè)诔练e物上的吸附能力有很大關(guān)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(guān),而介質(zhì)中溶解的沉積物的有機(jī)碳含量(DOC)與鹽度成負(fù)相關(guān)。隨著實(shí)驗(yàn)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(yīng)的熱力學(xué)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(shuō)明其吸附反應(yīng)是放熱的、熵減小的、自發(fā)的物理過(guò)程。
　　 (5)藻類(lèi)培養(yǎng)液的NP濃度范圍在0.02～0.1 mg·L-1時(shí),NP對(duì)小新月菱形藻(NF)和旋鏈角毛藻(CC)的生長(zhǎng)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(dāng)NP濃度達(dá)到0.2 mg-L-1時(shí),NP對(duì)NF和CC的毒性效應(yīng)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(zhǎng)的穩(wěn)定期被破壞,直接從指數(shù)期末到達(dá)最大生物量,沒(méi)有經(jīng)過(guò)穩(wěn)定增長(zhǎng)期,直接進(jìn)入衰老期。當(dāng)NP濃度為0.5 mg·L-1時(shí),NP對(duì)兩種藻表現(xiàn)出急性致死效應(yīng),24小時(shí)內(nèi)死亡。
　　 (6)藻類(lèi)培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)中,接種后24小時(shí)內(nèi)NP濃度減少的主要原因是活體藻類(lèi)對(duì)NP的生物吸附。活性藻體吸附NP的能力比其對(duì)應(yīng)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(gè)藻細(xì)胞對(duì)NP的吸附量增加。當(dāng)兩種藻的密度接近時(shí),NF對(duì)N