黑碳对沉积物中疏水性有机污染物的锁定作用与微生物降解的影响研究进展

黑碳是含碳物质不充分燃烧而产生的一种高度芳香化结构无定型碳质,是沉积物有机质中重要的组成部分.黑碳通过表面吸附或微孔束缚作用将疏水性有机污染物(HOCs)锁定在沉积物中,其超强的吸附性能导致对HOCs的解吸量减少、解吸速率减慢,进而在短期内降低其生物有效性和短期生物毒性,大量学者开展了较低HOCs浓度下短期降解实验,得出了黑碳抑制HOCs降解的结论.但长期来看,黑碳一方面会通过抑制生物有效性削弱微生物降解等HOCs的自然衰减速率,另一方面也会通过促进微生物生长提高降解率.因此推测,黑碳对HOCs微生物降解的影响可能与HOCs的类型与浓度相关,在较高HOCs浓度下,黑碳可能会通过降低急性毒性,促进微生物生长和生物膜形成来加速HOCs的降解.本文综述了黑碳对HOCs吸附/解吸和微生物降解的研究进展,从黑碳对HOCs的吸附机理和吸附模型,对解吸动力学、微生物生长以及生物有效性影响等方面进行讨论,指出了黑碳对环境中HOCs迁移转化与归趋的影响,并对黑碳的应用前景及研究趋势进行了展望.     

黑碳对污染物环境地球化学过程的影响

黑碳是生物体和化石燃料不完全燃烧形成的一种富含芳香族基团的产物,普遍存在环境中.由于其具有超强的吸附能力,影响污染物在环境中的存在形态,进而影响其生物有效性,并最终改变污染物的归宿.因此,有必要考察黑碳对环境中的污染物的环境行为的影响进行研究,才能更加准确地预测污染物在环境中的归趋.文章在黑碳对污染物的吸附及其影响因素、黑碳对污染物的生物毒性和污染物的生物降解影响方而进行了综述,并提出黑碳对污染物环境地球化学过程影响的末来研究方向.     

渭河水中有机物在几种土壤中的吸附特性

通过批量实验研究了渭河水中有机物在几种土壤中的吸附行为，测得吸附常数，给出吸附等温线。对吸附等温线进行分析，发现已经吸附的有机物分子会影响土壤的吸附性质。同时数据的拟合表明，有机物在不同土样中的吸附行为均可用Freundlich方程描述。吸附常数和固相一水分配系数表明4种土样中河沙的吸附能力最强，进一步的实验发现这是由于河沙中已经吸附的有机物最少，吸附位相对多，造成吸附能力强。     

两种不同抗生素在沉积物中吸附的影响因素与模拟研究

抗生素是环境中广泛存在的药物,其在水环境的迁移和分布主要受到沉积物吸附行为的影响.本文首先考察了高岭土、黑碳、腐殖酸、pH、Ca~(2+)等5种影响因素对两种不同抗生素在沉积物上吸附强度的单因素影响,然后应用中心复合实验设计考察了其复合影响,并利用实验所得数据,分别拟合和验证了基于线性方程和BP神经网络的两种抗生素吸附模型,通过对比拟合和验证结果分别得到适用于两种抗生素的吸附模型.实验结果表明,pH和Ca~(2+)对两种抗生素在沉积物上的吸附容量影响显著,而高岭土、黑碳和腐殖酸则影响较小.模型模拟结果表明,神经网络模型拟合程度和精度均优于线性方程模型;且交叉验证结果表明,利用不同组数据进行训练,神经网络模型拟合均取得了优于线性方程的拟合结果.因此,在所考察的因素和浓度范围内,神经网络模型较好地预测了沉积物中抗生素的吸附行为.     

有机物在沉积物上吸附与解吸动力学常数的计算与测定

本文以二室模型为基础,研究了一种简便快速地测定有机物在自然沉积物上吸附与解吸速率常数的方法,并预测了有机物在沉积物上的浓度随时间的变化规律,得到了较好的结果。     

土壤与沉积物对多环芳烃类有机物的吸附作用

吸附作用是疏水性有机物在土壤和沉积物环境中的重要迁移转化行为之一。多环芳烃是环境中一种重要的疏水性有机污染物。文章着重阐述了多环芳烃类有机物在土壤和沉积物中有机质和粘土矿物吸附机理，指出土壤、沉积物有机质的结构异质性是导致非线形吸附的重要原因；分析了影响多环芳烃吸附过程的诸多因素，并提出该研究领域存在的问题以及今后发展的方向。     

有机化合物在自然沉积物上吸附与解吸动力学常数快速测定方法

本文以二室模型为基础，研究了一种简便，快速测定有机物在自然沉积物上吸附与解吸速率常数的方法。     

分子结构对天然有机质模型化合物在碳纳米管上吸附的影响

天然有机物(NOM)是一类广泛分布的具有不同分子量和结构的物质,能够分散和稳定碳纳米管(CNTs).然而,NOM结构对CNTs吸附机理的影响尚不清楚.了解碳纳米管(CNTs)对有机化合物吸附的机理,对于CNTs及其对其他污染物的环境行为和风险的预测和评估至关重要.本文研究了3种天然有机物(Natural organic matter,NOM)替代物没食子酸(Gallic Acid,GA)、丹宁酸(Tannic Acid,TA)和十二烷基苯磺酸钠(SDBS)在CNTs上的吸附性能.TA分子在CNTs上的摩尔质量浓度吸附较低,与它较大的三维立体分子结构形成的空间位阻有关.具有平面结构的GA和柔性脂肪链结构的SDBS分子容易与CNT结合,表现出在CNTs有更高的吸附.研究结果表明,模型化合物的分子结构对其在CNTs上的吸附有很大的影响.本研究通过研究分子结构对天然有机质模型化合物在碳纳米管上吸附的影响,指出NOM的分子结构是影响其环境吸附行为重要的因素.     

黑碳对土壤和沉积物中菲的吸附解吸行为及生物可利用性的影响

利用淡水单孔蚓Monopylephorus limosus的生物富集实验,研究了黑碳对土壤和沉积物中多环芳烃类有机化合物菲生物可利用性的影响,同时研究了黑碳对菲吸附和解吸行为的影响,并用"双元平衡解吸(DED)模型"对解吸行为进行了预测.结果表明,土壤和沉积物中黑碳的存在直接导致了菲在颤蚓体内的生物累积因子(BSAF)的降低,其原因在于菲在黑碳沉积物样品中的不可逆吸附程度的显著增强.研究发现,土壤和沉积物中菲的生物可利用性与土壤和沉积物中菲的吸附相浓度无关而与孔隙水浓度密切相关.     

CTMAB—膨润土吸附水中有机物的性能及应用

本文用溴化十六烷基三甲铵（ＣＴＭＡＢ）－改性膨润土，研究了ＣＴＭＡＢ－膨润土吸附水中α－萘胺、β－萘胺、α－萘酚、硝基苯和苯胺和性能和适宜条件。结果表明，ＣＴＭＡＢ－膨润土水中有机物的吸附能力与ＣＴＭＡＢ在膨润土上的实际交换量有关，也与作用方式和有机物辛醇－不分配系数有关，ＣＴＭＡＢ－膨润土对五种有机物的去除率顺序为：α－萘胺、β－萘胺、α－萘酚＞硝基苯＞苯胺。     

厌氧污泥对萘和联苯吸附性能实验

以联苯和萘为研究目标,分别进行了厌氧污泥对这两种有机物单独及混合存在条件下的吸附试验,并考察了双模式模型(分配作用加表面吸附)对厌氧污泥吸附有机物的适用性.研究发现,联苯或萘单独存在时,厌氧污泥对其吸附的实验结果与双模式模型基本吻合;当两种物质同时存在时,实验结果表明在竞争溶质浓度较低的情况下,较低浓度联苯和萘没有表现出明显的竞争作用.此外,还考察了高含盐量对厌氧污泥吸附萘及联苯性能的影响,发现含盐量对其影响不显著,双模式模型在高含盐量的情况下仍然适用.     

三氯乙烯在模型吸附剂上的吸附特性

为了分别揭示矿物质、有机质在疏水性有机物吸附中的作用,文章研究了蒙脱石、高岭土、硅胶以及用腐殖酸修饰后的这3种模型吸附剂对三氯乙烯的吸附行为。采用批量吸附实验方法分别研究了三氯乙烯在不同吸附剂上的吸附。结果表明,硅胶、高岭土、蒙脱石对三氯乙烯均具有一定的吸附能力,吸附系数Kd值分别为10.3、3.13、1.15L·kg-1,硅胶的吸附能力明显高于高岭土和蒙脱石。3种无机模型吸附剂对腐殖酸表现出不同的吸附能力,蒙脱石最强,高岭土次之,硅胶最差,与对三氯乙烯的吸附能力正好相反。被腐殖酸修饰后3种模型吸附剂对三氯乙烯的吸附都明显增强,但增强程度不一样,当用8%腐殖酸(腐殖酸与模型吸附剂的质量比)修饰后,3种吸附剂对三氯乙烯的吸附Kd值均在23L·kg-1左右。虽然Kd随有机质的质量分数增高而上升,但是Kd值与有机质的质量分数不存在线性相关关系,特别是对于具有较高吸附能力的无机吸附剂,说明无机矿物本身结构对于吸附起到同等重要的作用。     

腐殖酸负载对萘和1-萘酚在生物炭上吸附动力学的影响

进入环境的生物炭对有机污染物的吸附过程受到普遍共存的溶解性有机质的影响.本研究将两种腐殖酸组分负载在以玉米秸秆为原料、不同炭化温度下(200、400、600℃)制得的生物炭上,考察极性和非极性有机污染物萘和1-萘酚在原始和腐殖酸负载生物炭上的吸附动力学,分别应用拟一级、拟二级和双室一级3种动力学模型对实验数据进行拟合.结果表明,拟二级和双室一级动力学模型均能较好地描述动力学吸附过程.腐殖酸负载对生物炭上萘和1-萘酚的吸附动力学有显著影响,使得平衡吸附量(Q_e)下降,而表观吸附速率提高.致密的芳香碳组分和纳米级孔隙主要对萘和1-萘酚在生物炭上的慢吸附单元起作用,腐殖酸负载降低了生物炭的芳香化程度和孔隙度,慢吸附对总吸附的贡献(f_(slow))降低.生物炭内部有机碳的致密性降低,使得萘和1-萘酚分子容易扩散进入生物炭颗粒内部,加之表面积和孔隙度减少,缩短吸附平衡时间,两种化合物的慢吸附速率常数(k_(slow))均提高.负载腐殖酸后,两种化合物的快吸附速率常数(k_(fast))的变化却不同.腐殖酸负载向生物炭表面引入含氧极性官能团,阻碍萘分子向表面疏水吸附位点扩散,使得萘的k_(fast)下降;而由于1-萘酚是极性有机物,除了疏水作用,其结构中的—OH能通过氢键与生物炭表面相互作用,其k_(fast)反而升高.     

CTMAB-膨润土吸附水中有机物的性能及应用

本文用溴化十六烷基三甲铵(CTMAB)-改性膨润土,研究了CTMAB-膨润土吸附水中α-萘胺、β-萘胺、α-萘酚、硝基苯和苯胺的性能和适宜条件.结果表明,CTMAB-膨润土对水中有机物的吸附能力与CTMAB在膨润土上的实际交换量有关,也与作用方式和有机物辛醇-水分配系数有关.CTMAB-膨润土对五种有机物的去除率顺序为:α-萘胺、β-萘胺、α-萘酚>硝基苯>苯胺.     

硝酸改性活性炭对渗滤液中小分子有机物的吸附性能

以硝酸为改性剂,分别采用浸渍和浸渍-高温热处理方法对活性炭进行了改性.低温氮吸附结果表明,活性炭表面积和微孔体积在浸渍后都变小,再经过高温热处理后则都变大.酸碱滴定显示,改性后活性炭表面酸性都增大,其中浸渍的酸性最大.对填埋场渗滤液中小分子有机物进行了等温线和动力学吸附实验,结果发现改性后活性炭对有机物的吸附量增加;硝酸浸渍活性炭吸附速率降低,而浸渍-高温热处理则使吸附速率明显加快.针对渗滤液中小分子有机物,硝酸浸渍-高温热处理的活性炭吸附效果最好,吸附量最大,吸附速率最快.     

基于三甘醇附着对黑碳气溶胶形态结构变化的模拟

为研究黑碳气溶胶粒子在附着三甘醇后形态结构的变化,本文通过采用甲烷和洁净空气燃烧制取黑碳气溶胶,并运用自主搭建的串联式差分电迁移率分析系统对黑碳气溶胶进行粒径筛选、热消解和三甘醇附着,同时结合扫描电镜仪和气溶胶质量分析仪观察分析黑碳气溶胶附着三甘醇后形态结构和质量的变化.通过筛选得到粒径为100 nm、200 nm和300 nm米的黑碳气溶胶粒子进行三甘醇附着模拟实验.由于黑碳气溶胶颗粒的特殊链状小球结构,使用热溶蚀器去除非元素碳物质后的黑碳气溶胶附着上三甘醇,发现粒径越大的黑碳气溶胶粒子越容易发生形态结构的变化,并且少量的三甘醇附着就能够显著促进这一形变过程的发生.因而,大气中存在的三甘醇能够在一定程度上促进黑碳气溶胶物理特性的改变,进而改变黑碳气溶胶对大气环境的影响.     

改性活性炭对有机物的吸附性能

研究了表面改性对活性炭吸附各种有机物性能的影响，研究发现，硝酸氧化可显著增加活性炭表面酸性基团的含量，提高了活性炭的表面亲水性，降低pHpzc值，并造成活性炭的结构塌陷和比表面积的减少，因而对活性炭吸附水中的苯酚、苯胺、腐殖酸、氯仿、四氯化碳等有机物的性能产生明显影响，以去除水中有机污染物为目的的活性炭表面改性的方向应为：减少表面内酯基及竣基等含氧官能团的含量，增加活性炭表面的疏水性。     

土壤和沉积物的有机质组分对水中非离子有机物吸着的影响

在２５℃下，分别测定来自水各地的四种土壤和八种沉积物吸着水溶液中的１，２－二氯苯和四氯化碳的吸附等温线，所有的等温线呈线性，表明土壤和沉积物吸着水溶液中的非离子有机物的过程是分配机理，土壤或沉物的本身用有机碳标化的吸附系数（Ｋｏｃ）之间差异不大，而土壤的和沉积物之间的Ｋｏｃ则存在显著性差异，这是由于沉积物有机质成分的极性小于土壤有机质成分的极性造成的，沉积物质吸着上述两种有机物的Ｋｏｃ约是土壤的Ｋ     

两种海源可溶性有机物对汞在沉积物中吸附特性的影响

选取两种常见的近海滩涂养殖海产品菲律宾蛤仔和海带,分别制备了两种海源性生物的可溶性有机物(DOMc和DOMk),研究了海源性DOM影响下汞在胶州湾两种沉积物样品中的吸附解吸特征.结果表明,Elovich方程能够很好拟合不同DOM处理下汞在沉积物中的动力学过程,其次为双常数方程.添加两种海源性DOM均显著提高了汞在沉积物样品中的吸附速率,其中DOMc促进作用最为显著.Langmuir和Freundlich方程均能很好描述汞的等温吸附过程;与对照处理相比,DOMc使两个沉积物样品对汞的最大吸附量分别增加了70.1%和80.9%,DOMk则分别提高了12.4%和10.2%;海源性DOM抑制了沉积物中汞的释放,其中DOMc的抑制作用最强.添加DOM没有改变汞的吸附量随p H的变化趋势,但在相同p H条件下,DOM仍然明显促进了汞在沉积物中的吸附.研究结果显示,近海水产养殖产生的DOM可通过增加沉积物对汞的吸附而降低其生物有效性,而这却在一定程度上抑制了海湾水体中汞的对外交换,从而增加水体汞污染的风险.     

溶解性有机物对土壤中重金属环境行为的影响

为揭示在溶解性有机物（DOM）作用下土壤中重金属的吸附和迁移规律并确定迁移数学模型,通过不同条件下的等温吸附实验和土柱淋滤实验,研究了溶解性有机物对重金属Cu,Cd,Pb,Zn在褐土中吸附和迁移行为的影响。结果表明DOM对Cu和Cd在土壤中的吸附促进作用较明显,对Pb有微弱的促进作用,对Zn的吸附影响不明显;随着pH的改变,25℃下Cu在土壤中的吸附高于15℃和35℃条件下。DOM质量浓度越高,Cd、Zn溶出的促进效果越明显,Cu、Pb则恰好相反。DOM对土壤中Cd、Zn的垂直迁移起着促进作用,而对Cu、Pb迁移起着一定的抑制作用;DOM对土壤重金属的平均迁移量随时间的延长而减少。此迁移模型能够定量计算并预测重金属质量浓度的时空分布。