苯胺和五氯酚在水环境中残留分析及生物修复的研究

来源 :华中师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhiqi_xu
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苯胺是印染工业中广泛使用的染料,不仅是致癌物,而且对人体血液和神经的毒性也非常强烈,被列于我国水中优先控制污染物黑名单中。藻类被视为最简单的光合作用有机体,它不仅可以吸收无机营养盐类通过光合作用合成细胞物质,而且能够通过降解有机物获取碳源。然而,有关藻类对苯胺的富集和降解研究国内外鲜见报道。因此本论文选择了有代表性的两种淡水藻:莱因衣藻(Chamydomonas reinhardtii)和纤细裸藻(Euglena gracilis)作为受试藻类,对苯胺在这两种藻中的降解和代谢进行了研究,为全面评价苯胺的环境安全性提供了一定的科学依据。五氯酚(PCP)作为农药和木材防腐剂曾在世界范围内广泛大量的使用,因其对生物体的广谱毒性和诱突变性,被认为是环境的主要持久性有机污染物之一。对PCP在土壤、沉积物和微生物生长介质中生态毒性和生物降解的研究一直是国际关注的热点。因此本论文拟对我国常见的水生植物芦苇(Phragmites communis (L.) Trin)、香蒲(Typha orientalis Presl)和水葱(Scirpus tabernaemontani Gruel)对持久性污染物的抗性和富集能力进行研究,为利用我国本土水生植物进行水体持久性有机污染修复提供基础。本论文分别在国家自然科学基金(基金号30370273)、教育部科学技术研究重点项目(教技司[2005]41号)和留学回国基金(教外司留[2004]527号)资助下进行,其研究主要内容如下:(1)本文研究并建立了苯胺在培养基和藻中的残留检测方法。实验结果表明:各种试样的添加回收率均在79.0~95.1%之间,相对标准偏差0.1~0.9%,该方法的准确度、精密度和灵敏度等指标均符合农药残留分析的基本要求,同以往所报道的方法相比具有样品处理过程相对简单,回收率高、重复性好,且费用较低等特点,适合于作为该品种的一种常规残留检测方法。(2)本文研究了苯胺在莱因衣藻和纤细裸藻两种不同藻中的降解动力学和生物降解产物。通过实验,我们得知莱因衣藻、纤细裸藻自养和异养降解苯胺分别为24%、6%和52%;其它原因降解苯胺(主要是光解、水解和蒸发)分别为32%、17%和5%;吸附富集苯胺分别为1.2%、0.6%和3%;ABT分别抑制了21%、4%和23%。因此对苯胺的降解能力按照从大到小的顺序依次为纤细裸藻异养、莱因衣藻和纤细裸藻自养;对苯胺的吸附富集能力按照从大到小的顺序分别为纤细裸藻异养、莱因衣藻和纤细裸藻自养;由此我们可以看出纤细裸藻异养除去苯胺的效果最好,莱因衣藻次之,纤细裸藻自养最弱。通过实验数据的模拟,莱因衣藻、纤细裸藻自养和异养对苯胺的降解均符合一级反应动力学,其降解动力学方程分别为lnCt/C0=-0.1007t-0.0095、lnCt/C0=-0.01937t+0.8999和lnCt╱C0=-0.7533t+10.45;相关系数(r)分别为0.9955、0.9988和0.9749;通过LC-MS和GC-MS的定性分析,其降解产物均为乙酰苯胺。(3)采用GC-μECD建立了一种持久性有机污染物五氯酚在土壤、水及植株中的残留检测方法并对残留分析的各种条件进行了优化。实验结果表明以石油醚和稀硫酸振荡提取90min,碳酸钠反萃取后,在pH为9的条件下采用衍生萃取同步处理样品20min,以GC-μECD分离测定。该方法的加标回收率为81.7%~99.4%,相对标准偏差1.05%~4.53%,方法简便、快速、灵敏、准确。(4)研究了不同植株芦苇、香蒲和水葱对五氯酚的生物富集能力。通过30天的模拟野外生态试验,发现不同植物对五氯酚富集能力由大到小的顺序依次为水葱、香蒲、芦苇,研究显示了植物修复对于土壤中持久性有机污染物五氯酚是一项切实可行的技术,不仅具有美学价值,而且仅需太阳能驱动,价格低廉。(5)采用水池栽培水葱,研究了该植物对土壤中五氯酚的生物富集能力。供试污染土壤中五氯酚的起始浓度为2000.00μg/kg,30天、60天、90天、120天后种植水葱培养池土壤中五氯酚的含量仅为起始浓度的28.34%、1.03%、0.86%和0.088%;而对照未种植水葱的培养池土壤中五氯酚的含量分别为起始浓度的95.09%、81.17%、71.32%和63.75%;水葱根部五氯酚的含量由起始的579.55μg/kg,30天后达到最高富集量即2090.00μg/kg,由此证实水葱对五氯酚具有一定的富集能力。研究了五氯酚在该实验土壤中的降解动力学。其降解动力学方程为:Ct=2055.1×e-0.004t、相关系数(r)为0.9912、反应速率常数(K)为0.004和半衰期(T1/2)为173.29d,由相关系数说明土壤中五氯酚降解符合一级降解动力学,半衰期很长,说明它在自然环境中的降解非常缓慢,是一种持久性的有机污染物,其在环境中的长期存在,对环境的生态安全及人体的健康构成危害。因此利用水葱修复土壤中难降解有机污染物五氯酚是一项切实可行的技术。
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