溶解性有机质对生物质黑碳吸附/解吸五氯苯酚的影响

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黑碳(Black carbon,BC)是土壤、沉积物(s)等环境中广泛存在的有机质,对疏水性有机污染物(HOCs)具有很强的吸附能力,在某种程度上决定了HOCs在环境中的迁移转化。然而,当其进入环境以后,会与环境中的溶解性有机质(DOMs).矿物质等发生相互作用,从而影响其表面性质及吸附性能。生物质材料的燃烧是环境黑碳的主要来源之一,本文以水稻秸杆生物质黑碳(RBC)为研究对象,以五氯苯酚(PCP)为目标污染物,对比研究了S+RBC,S+RBC+DOMs(混合型),S+DOMs/RBC(负载型)等体系经过不同时间的老化后,对PCP吸附、解吸性能的变化,探讨DOMs在秸杆碳老化过程的作用及其对吸附、解吸性能的影响与机理,为秸杆碳在HOCs污染控制中的实际应用提供理论依据。主要的研究结论如下:(1)水稻秸秆碳具有发达的孔隙结构、较大的比表面积以及羧基、内酯基等表面官能团;DOMs(腐植酸及丙氨酸)的负载降低了秸秆碳的比表面积,增大了平均孔径,增加了表面酸性官能团的数量,大分子的腐植酸在此过程中较丙氨酸表现出更显著的影响。(2)秸秆碳对PCP表现出非线性吸附,Freundlich和Dual-mode模型对吸附结果拟合较好;腐植酸较丙氨酸对秸秆碳吸附PCP的抑制能力更强;当秸秆碳负载DOMs时,吸附拟合参数Kf、Qmax.L/(KD K.D)值减小,,n、KD值增大,且随着pH的升高,预负载DOMs秸秆碳的吸附能力下降更快。这些现象表明秸杆碳对PCP的吸附主要是通过表面吸附、孔隙填充及表面官能团间的相互作用。(3)腐植酸、丙氨酸、秸秆碳单独添加至沉积物时,都可促进沉积物对PCP的吸附,但同时添加使体系的吸附能力低于单独添加秸秆碳的沉积物体系。随着老化时间的延长,各个体系对PCP的吸附性能均出现下降。对比S+RBC、S+RBC+DOMs及S+DOMs/RBC处理组发现,S+RBC+DOMs处理组的吸附性能下降较快,而预负载DOMs的S+DOMs/RBC处理组吸附性能下降最慢;随着老化时问的延长,S+RBC及S+RBC+DOMs处理组的吸附等温线越来越接近S+DOMs/RBC处理组,说明DOMs对秸杆碳在沉积物中吸附性能的下降起重要作用;经过60天的老化,秸秆碳对吸附的贡献率高于70%,对PCP在沉积物中迁移转化依然起主导作用。(4)沉积物中PCP的Tenax解吸动力学可以分为快速、慢速、极慢速三部分,秸杆碳的存在可以显著降低PCP的可解吸量及平均解吸速率,增加极慢速解吸比例。随着老化时间的延长,沉积物中PCP的快速、慢速解吸比例增加而极慢速解吸比例降低,平均解吸速率增加;比较S+RBC、S+RBC+HA及S+HA/RBC处理组发现,S+HA/RBC处理组的解吸参数变化最不显著,而S+RBC+HA处理组的解吸参数变化最为显著;对于S+RBC+HA处理组,HA的存在使秸杆碳的吸附能力下降更快,从而使体系极慢速解吸比例逐渐减少,相应的解吸速率加快,PCP的可解吸量逐渐增多。(5)添加秸秆碳的沉积物样品中,吸附模型参数与Tenax解吸中的PCP可解吸量及极慢速解吸比例具有较好的线性相关性,可以用吸附数据来估算受污染沉积物中PCP的释放量以及各部分释放比例;12小时Tenax解吸量用来代替快速解吸量最为合适。
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