有机质胶体对卡马西平在多孔介质中迁移影响模拟实验

有机质胶体与有机污染物的相互作用会影响污染物在多孔介质中迁移转化等环境行为.为研究有机质胶体对药物和个人护理品(PPCPs)在土壤环境中迁移的影响,本实验以卡马西平(CBZ)为目标污染物,用商用腐殖酸制备有机质胶体,分别选择石英砂、标准土和野外所取土样为研究介质,通过室内土柱模拟实验探究有机质胶体存在时污染物在多孔介质中的迁移行为.结果表明,描述一维溶质运移的两点化学非平衡模型能够较好模拟CBZ在各介质土中的运移过程,说明污染物运移过程中与介质间发生了化学非平衡吸附作用;石英砂柱中加入胶体后,对CBZ的吸附过程无明显影响,但在解吸时阻滞因子及滞留量变小,可见胶体与石英砂间作用微弱,解吸过程中胶体与污染物结合形成复合体后对污染物有增溶作用;胶体存在时,标准土和自然土对CBZ的吸附量和迁移阻滞强度均明显大于石英砂,其中有机质及黏土矿物的作用最为明显,有机质中的低能/高能吸附位点以及黏土矿物极性表面均能够固定污染物;由于有机质含量较高,自然土对CBZ在吸附-解吸过程中的阻滞截留强度大于标准土.针对本实验中CBZ的迁移情况,提出了疏水性有机污染物在含有机质胶体土壤中的迁移过程中各种作用的概念模型.     

毒死蜱农药在中性紫色土腐殖酸上的吸附

通过平衡振荡法研究毒死蜱在中性紫色土腐殖酸(HA)上的吸附.结果表明,毒死蜱在腐殖酸上的吸附行为均可用Linear方程和Freundlich方程来描述,拟合效果均达到极显著水平.毒死蜱在腐殖酸上的吸附量随着环境温度的升高而降低,随着腐殖酸含量的增加而增大,溶液pH值对毒死蜱吸附的影响主要与氢键吸附有关;离子强度对毒死蜱的吸附影响很小.通过计算毒死蜱在HA上的吸附自由能变化量(△G的绝对值均<40kJ/mol),可以推测毒死蜱在HA上的吸附属于物理吸附,其吸附机理可能有氢键、疏水分配、偶极作用力和范德华力等作用,而不存在化学键作用.     

滇池泥炭土对两种抗生素和双酚A的吸附

用不同浓度NaOH溶液处理采集自云南滇池的泥炭土,研究处理前后的泥炭土对两种抗生素磺胺甲恶唑（SMX）、卡马西平（CBZ）及双酚A（BPA）的吸附机理,并深入探讨3种污染物及泥炭土性质对吸附特性的影响.吸附等温线拟合结果表明,Freundlich模型对3种物质在泥炭土上的吸附等温线有较好的拟合优度.3种物质中,BPA的非线性指数n值最低,这可能是由于其不对称的结构特征导致.随着处理泥炭土的NaOH浓度增加,3种吸附质在泥炭土上的吸附顺序为BPA > CBZ > SMX,BPA的吸附最高可能是由于其含有两个酚羟基,与泥炭土有较强的极性作用导致,而CBZ的吸附比SMX的吸附高是由憎水性作用引起.NaOH处理后并没有增加泥炭土对这3种吸附质的吸附,说明对于离子型化合物,吸附过程和机理复杂,BPA蝴蝶状结构及苯环上含有两个羟基可能导致其在泥炭土上出现特异性吸附,这导致其吸附系数最高;NaOH处理后泥炭土的有机碳含量增加但比表面积可能降低,从而使3种污染物的吸附降低.因此,本研究3种离子型化合物在泥炭土上的吸附受到吸附质的官能团及溶解度、泥炭土的有机碳含量及官能团等多种因素的影响.     

DOM纳滤膜污染及对膜截留卡马西平性能的影响

研究了天然原水中溶解性有机物(DOM)对HL和ESNA1-K两种纳滤膜造成的膜污染及其对膜截留卡马西平(CBZ)性能的影响.结果表明,DOM的存在造成了严重的膜污染和通量衰减.膜污染对CBZ截留率的影响与膜本身的特性和污染物特性有关,DOM通过在膜表面形成污染滤饼层和进入膜孔内部造成的膜孔堵塞,影响弱疏水性的CBZ从水中的分离,青草沙水库原水中的DOM引起的膜污染提高了两种纳滤膜对CBZ的截留效果,而太湖DOM造成的膜污染会降低CBZ的截留效果.研究还发现,中等相对分子质量(1 500~10 000)有机物会紧密地黏附在膜表面形成滤饼层,从而改变膜表面的疏水性能,小分子主要通过进入膜孔导致膜孔径堵塞.滤饼层的疏水性和浓差极化作用以及膜孔径的堵塞造成膜通量衰减并影响CBZ去除率.应用XDLVO理论对DOM造成的膜污染的分析结果表明,太湖DOM的疏水性明显强于青草沙DOM,其分子间的聚合自由能更负,与膜的黏附自由能更负,因而造成的膜污染和通量衰减更严重.     

腐殖酸在水合二氧化锰表面的吸附行为

研究了腐殖酸在水合MnO2 (S) (δMnO2 )表面的吸附行为 .考察了不同分子量分布范围腐殖酸的吸附性能 ,探讨了阳离子对吸附行为的影响及其可能作用机理 ,并利用FTIR光谱对吸附行为进行了光谱学研究 .结果发现 ,具有较高分子量的腐殖酸HAa 的吸附去除率比具有较低分子量的腐殖酸HAb 高 3 0 % ,表明腐殖酸分子量越大越倾向于吸附在δMnO2 表面 .Ca2 + 较Mg2 + 更能促进腐殖酸在δMnO2 表面的吸附 ;紫外 -可见吸收光谱分析表明Ca2 + 较Mg2 + 具有更强的与腐殖酸络合的能力 ;此外 ,ζ电位测定发现 ,1 0mmol·L- 1 Mg2 + 使δMnO2 的 ζ电位由 -3 7mV(pH =7 9)升高至 -9mV(pH =6 5 ) ,而 1 0mmol·L- 1 Ca2 + 则使ζ电位升高至 + 7mV(pH =7 2 ) .FTIR光谱的结果证实了腐殖酸在δMnO2 表面的吸附 ,并表明腐殖酸的羧基及δMnO2 的表面羟基 (Mn OH)在吸附过程中起着重要作用 .上述结果表明 ,腐殖酸性质、背景阳离子等因素对腐殖酸的吸附行为有重要影响     

城市地表径流胶体与溶解性有机物结合特性

为探究城市地表径流胶体与溶解性有机物（DOM）结合特性,考察了不同pH值条件下径流胶体与DOM的吸附行为,并揭示其主要作用机制.结果表明,Langmuir模型可以较好地描述不同pH值时径流胶体对DOM的等温吸附过程,且随pH值增加其最大吸附量逐渐减小,pH值为3.0的最大平衡吸附量是pH值为6.0时的4.0倍;与DOM结合后,径流胶体Zeta电位绝对值升高,胶体更稳定且更易迁移;径流DOM中大分子组分更易与径流胶体结合;径流DOM中疏水酸性组分（HoA）和疏水中性组分（HoN）含量较高,分别占总DOC浓度的35.0%和24.3%,且这两种组分最易与胶体结合;径流胶体和DOM的结合作用主要通过羟基取代、表面络合和静电吸引实现.     

溶解性有机质对铁铝土吸附2,4-D的影响

以动力学吸附和等温吸附实验研究了2,4-D在铁铝土中的吸附特征,并比较了不同亲/疏水性溶解性有机质（DOM）对此的影响.结果表明：2,4-D在铁铝土中的动力学吸附符合伪一级动力学方程,等温吸附符合Henry,Freundlich方程,是一个物理作用主导的,自发的,放热的非均质吸附过程.吸附系数K_d为0.61~2.02L/kg,是一种难吸附有机污染物,对地下水存在环境风险.吸附量受土壤pH值影响显著,与土壤中矿物含量,粘粒组成等也密切相关.DOM共存条件下,高疏水性DOM,中疏水性DOM抑制了2,4-D在铁铝土的吸附,使K_d值下降10.7%~58.8%.低疏水性DOM对铁铝土吸附2,4-D作用不明显.DOM对铁铝土吸附2,4-D的作用效应与土壤理化性质和DOM性质密切相关.土壤矿物组分越多,粘粒含量越高,堵孔效应越大.DOM疏水性越大,对2,4-D吸附作用的增溶作用,堵孔作用也越大,其中HOA,HON是关键组分.     

典型可溶有机质与磺胺二甲嘧啶的络合作用研究

以藻源有机质(AOM)和腐殖酸(HA)作为典型生物大分子可溶有机质(DOM)和腐殖化DOM,采用荧光猝灭滴定和光谱分析考察磺胺二甲嘧啶(SMZ)与DOM的络合作用.三维荧光光谱结合平行因子分析显示AOM荧光组分主要由类酪氨酸和类色氨酸物质组成,而类富里酸和类腐殖酸物质是HA荧光组分的主要构成.4种荧光组分可与SMZ发生不同程度的静态猝灭,且猝灭过程中DOM分子构象改变.同步荧光光谱结合二维相关图谱进一步发现类酪氨酸优先于类色氨酸组分与SMZ发生络合作用.Ryan-Weber非线性模拟拟合表明AOM中各荧光组分与SMZ的络合稳定常数(logK)大小为:类富里酸(3.33)类酪氨酸(3.12)类色氨酸(2.15)类腐殖酸(1.57);而HA中大小为:类富里酸(3.06)类腐殖酸(2.02).总体上生物大分子DOM对SMZ的亲和力高于腐殖化DOM.DOM与SMZ的相互作用可改变水环境中抗生素的形态和归趋,影响其生物有效性和生态毒性.     

土壤腐殖酸对毒死蜱的吸附

采用平衡振荡法进行农药毒死蜱在5种土壤腐殖酸上的吸附试验.结果表明,毒死蜱在不同土壤腐殖酸上的吸附行为表现出一定的差异,并均可Linear方程和Freundlich方程来描述;5种土壤腐殖酸对毒死蜱吸附能力都很强,吸附率均较高(平均值在72.57%～88.21%之间),大小顺序为:紫色潮土HA＞黄壤HA＞中性紫色土HA＞酸性紫色土HA＞腐殖土HA,此顺序与腐殖酸腐殖化程度一致;pH=2时,腐殖酸对毒死蜱的吸附能力显著增大;离子强度对毒死蜱的吸附影响不明显;腐殖酸添加量越大,单位质量的腐殖酸吸附量越小.     

源自腐殖土的溶解性有机质组分对棕壤和黑土吸附苯并三唑的影响

溶解性有机质(DOM)影响着有机污染物在土壤中的吸附行为.将从腐殖土中提取的DOM(DOMbulk)用XAD-8树脂和阴/阳离子交换树脂进行分级,用红外光谱、元素分析、紫外分光光度计和电位滴定的方法对DOM不同组分特征进行分析.用吸附批次实验方法研究了DOM不同组分对棕壤和黑土吸附苯并三唑(BTA)的影响.结果表明,DOMbulk中疏水酸性(HOA)、疏水中性(HON)、亲水酸性(HIA)、亲水碱性(HIB)和亲水中性(HIN)组分比例分别为61%、17%、6%、2%和14%.由于黑土有机碳(OC)含量高于棕壤,黑土对BTA和DOM组分的吸附能力均大于棕壤.相对于黑土,棕壤吸附DOM的标化分配系数Koc较高,其原因是棕壤中含有较多的对吸附DOM起重要作用的黏粒和粉砂.由于水分子占据DOM结合点位,DOM组分与BTA在溶液中结合较弱.DOMbulk中HIN在土壤上吸附最强.HIN的吸附增加了土壤吸附BTA的点位,增加点位的促进吸附作用大于HIN与BTA的竞争吸附作用,最终表现为促进吸附.疏水组分在土壤上的吸附较弱,产生的新吸附点位较少,主要通过竞争吸附作用抑制土壤对BTA的吸附.DOMbulk由78%的疏水组分构成,对土壤吸附BTA的影响与疏水组分相似.     

富里酸和胡敏酸在蒙脱石上的吸附特性

为进一步揭示有机污染物在黏土矿物上的迁移转化规律,运用1H核磁共振光谱、高效体积排阻色谱、扫描电镜、比表面分析以及傅里叶变换红外光谱等多种分析技术综合分析了富里酸和胡敏酸在蒙脱石上的吸附行为. 结果表明,由于不同官能团与蒙脱石的亲和性不同,富里酸和胡敏酸在吸附过程中均产生组分分级,大分子被优先吸附在蒙脱石表面. 由于疏水性作用,蒙脱石对疏水性更强的胡敏酸的吸附量更大. 蒙脱石吸附富里酸后比表面积和孔容分别下降3.67m2/g和0.005cm3/g,而吸附胡敏酸后则均略微增大,说明具有较大颗粒尺寸的胡敏酸更多地堆积在蒙脱石外表面,而富里酸则更易进入蒙脱石孔隙. 蒙脱石吸附富里酸和胡敏酸后溶液pH分别升高了0.44和0.41,说明发生了配体交换反应. 蒙脱石对富里酸和胡敏酸的吸附量随pH增大和离子强度的降低而减少,表明羟基能够抑制富里酸/胡敏酸负电基团与蒙脱石表面羟基的配体交换反应,而盐离子则能降低蒙脱石和腐殖质间的静电斥力.      

堆肥过程水溶性有机物组成和结构演化研究

基于Leenheer的分组方法,用XAD-8树脂将鸡粪不同堆肥阶段样品提取出的水溶性有机物(DOM)按极性和电荷特性分为疏水酸性组分(HOA)、疏水碱性组分(HOB)、疏水中性组分(HON)、酸不溶组分(AIM)及亲水性组分(HIM),采用元素分析、核磁共振(~1H-NMR)及红外光谱(FTIR),对各组分的组成和结构特征进行了研究.结果表明,堆肥DOM中HIM和HOA组分的含量分别为32%~44%和35%~47%,而HOB、AIM及HON组分之和不到25%,经堆肥后HIM组分含量下降,而疏水性组分含量增加.元素分析显示,堆肥过程N、C、S含量呈增加趋势,经堆肥后有机质H/C比降低,腐殖化率提高;~1H-NMR分析表明:HIM组分中烷基链烃的含量最少,支链最短,分支较多,碳水化合物含量高,而HON组分的组成恰好与之相反,AIM组分结构类似胡敏酸,HOB富含含氮化合物.FTIR分析表明,HOA和HOB组分富含羧基、酯基和醇羟基官能团,而AIM和HIM除上述官能团外,还含有大量苯环官能团,HON组分富含脂肪族官能团,该组分官能团种类最多,经堆肥后,脂族官能团含量降低,苯环官能团增加.     

天然有机物在氧化铝表面的吸附机理研究

考察了天然有机物(NOM)的2种分离组份(憎水部分HyO,亲水部分HyI)和一种商用腐殖酸(CHA)在氧化铝表面的吸附-解吸行为规律,从芳香性、分子量、极性的角度探讨了NOM自身特性对吸附性能的影响,并通过改变溶液性质(pH值、离子强度、二价阳离子Ca2 ),进一步论证了NOM在金属氧化物表面的吸附机理.结果表明,芳香性高、弱极性的有机物吸附性能较强;降低溶液的pH值,有助于增加吸附剂的吸附容量;离子强度和Ca2 对吸附行为的影响,与NOM自身和内部组分的性质有关.NOM吸附于金属氧化物表面的机理,可以归结为配位体交换、静电作用、憎水作用、阳离子架桥等多个因素共同作用的结果.采用原子力显微成像技术,进一步从微观角度证实了憎水作用和阳离子架桥作用的存在.     

Two-dimensional correlation spectroscopic analysis on the interaction between humic acids and aluminum coagulant

In this study, two-dimensional correlation spectroscopy integrated with synchronous fluorescence and infrared absorption spectroscopy was employed to investigate the interaction between humic acids and aluminum coagulant at slightly acidic and neutral p H. Higher fluorescence quenching was produced for fulvic-like and humic-like fractions at p H 5. At p H 5, the humic-like fractions originating from the carboxylic acid, carboxyl and polysaccharide compounds were bound to aluminum first, followed by the fulvic-like fractions originating from the carboxyl and polysaccharide compounds. This finding also demonstrated that the activated functional groups of HA were involved in forming the Al-HA complex, which was accompanied by the removal of other groups by co-precipitation.Meanwhile, at p H 7, almost no fluorescence quenching occurred, and surface complexation was observed to occur, in which the activated functional groups were absorbed on the amorphous Al(OH)3. Two-dimensional FT-IR correlation spectroscopy indicated the sequence of HA structural change during coagulation with aluminum, with IR bands affected in the order of COOH COO-NH deformation of amide Ⅱ aliphatic hydroxyl C\OH at p H 5, and COO-aliphatic hydroxyl C\OH at p H 7. This study provides a promising pathway for analysis and insight into the priority of functional groups in the interaction between organic matters and metal coagulants.     

垃圾填埋水溶性有机物组成、演化及络合重金属特征

采集不同填埋年限垃圾和渗滤液,提取制备水溶性有机物(DOM),采用紫外光谱、荧光光谱及1H-核磁共振,研究垃圾填埋DOM组成、演化及络合重金属特征.结果表明,填埋初期(5 a)DOM以脂肪族类物质为主,DOM中芳香族物质随填埋进行含量降低,苯环结构上的羰基、羧基和羟基等随填埋进行不断减少;填埋中后期(5 a)DOM以碳水化合物、有机胺等为主,随着填埋年限的延伸DOM中芳香性物质含量上升,苯环上羰基、羧基和羟基等官能团不断增加.填埋产生的渗滤液原液DOM中同时含有脂族类物质、碳水化合物、有机胺等,渗滤液经过厌氧-好氧和MBR处理后,碳水化合物和芳香族化合物含量相对增加,但小分子有机物和烷基链烃物质含量减少,脂肪链支链变短,分支增加.垃圾填埋DOM通过含氮和含氧官能团络合金属Zn从而影响其分布,而对其他金属的分布影响较小.     

径流溶解性有机物对生物滞留介质去除Cu2+和Pb2+的影响

分别以惰性介质（土、砂）和强化介质（给水厂污泥、铁锰复合氧化物）为研究对象,考察道路径流溶解性有机物（DOM）存在对生物滞留介质吸附去除Cu²⁺和Pb²⁺过程的影响,并揭示其主要响应组分及作用机制.结果表明,径流DOM、DOM各分子量组分和各化学组分均可抑制惰性生物滞留介质对Cu²⁺和Pb²⁺的吸附去除,促进强化生物滞留介质对两者的吸附去除;其中,径流DOM中<1kDa分子量组分和亲水性组分对惰性介质吸附去除Cu²⁺和Pb²⁺的抑制作用最明显、对强化介质吸附去除Cu²⁺和Pb²⁺的促进作用也最明显,是影响生物滞留介质对Cu²⁺和Pb²⁺吸附过程的关键DOM组分.<1kDa分子量组分存在使砂介质对Cu²⁺和Pb²⁺的吸附量减少了62.96%和83.70%,使铁锰复合氧化物介质对Cu²⁺和Pb²⁺吸附量增加了81.16%和4.67%;亲水性组分存在使土介质对Cu²⁺和Pb²⁺的吸附量最高减少了41.43%和69.12%,使给水厂污泥介质对Cu²⁺和Pb²⁺的吸附量最高增加了32.35%和39.06%.