黄壤和紫色土对优先控制邻苯二甲酸酯吸附特性的研究

【摘要】环境激素是一类化学物质存在于环境中,它会改变动物以及人类的内分泌系统,引发生殖、发育和行为的异常。邻苯二甲酸酯(PAEs)是一类重要的环境激素,是增塑剂的重要组成部分,随着塑料产品的大量使用,邻苯二甲酸酯类物质不断进入环境,现已成为全球最普遍的有机污染物之一。本文以重庆市典型土壤黄壤和紫色土对三种邻苯二甲酸酯类物质邻苯二甲酸二甲酯(DMP)、邻苯二甲酸二乙酯(DEP)和邻苯二甲酸二丁酯(DBP)的吸附解吸特征、动力学特征、热力学特征及其影响因素为主要研究内容。研究结果如下：(1)黄壤、紫色土对DMP、DEP和DBP的吸附动力学过程可以分为初始阶段的快吸附过程和随后的慢吸附过程,当反应时间在4h以内,PAEs分子很快吸附到土壤颗粒表面；随着吸附反应的继续进行,吸附速度开始减缓,吸附反应在24h左右渐趋平衡。整个吸附过程可分为最初的表面快速吸附与有机污染物PAEs分子向土壤颗粒内部慢速扩散(受土壤有机质控制)的两个阶段。假二级动力学方程可以很好地描述黄壤、紫色土对DMP、DEP和DBP三种PAEs的吸附动力学特征,表明黄壤和紫色土与PAEs之间的吸附存在化学机制。颗粒内扩散模型表明黄壤和紫色土对DMP、DEP和DBP三种PAEs的吸附过程符合内扩散模型,但土壤对PAEs的吸附内扩散并不是唯一的速率控制步骤。黄壤与紫色土对3种PAEs的颗粒内扩散速率常数kp和截距C大小顺序为DBP>DEP>DMP;而黄壤对3种PAEs的吸附速率高于紫色土。两种不同土壤对不同PAEs吸附速率是土壤结构(比表面积)、土壤有机质含量、有机污染物PAEs的分子极性及其空间位阻等因素的综合效应。(2)黄壤、紫色土对DMP、DEP和DBP的等温吸附量随着平衡浓度的增加而增加,在土壤中的平衡吸附量大小顺序为：DBP>DEP>DMP,Langmuir方程最符合其吸附行为,黄壤对DMP、DEP和DBP的最大吸附量分别为0.2034、0.3590、0.5282mg/g；紫色土对DMP、DEP和DBP的最大吸附量分别为0.1930、0.2258和0.3813mg/g。DMP、DEP和DBP在黄壤和紫色土中的解吸量随着吸附量的增加而增大,黄壤和紫色土对三种PAEs存在一定的不可逆吸附量,其中黄壤对DBP、DEP和DMP的最大保有量分别为0.177mg/g、0.115mg/g和0.051mg/g,分别占最大吸附量比例为25.1%、32.0%和33.5%；紫色土对DBP、DEP和DMP的最大保有量分别为0.157mg/g、0.053mg/g和0.045mg/g,占最大吸附量分别为23.32%、23.48%和46.42%。(3)竞争吸附试验表明,无论是黄壤还是紫色土对多种PAEs的吸附量都明显小于单一PAES吸附量,三种PAEs的吸附量大小：DBP>DEP>DMP;在三种PAEs竞争吸附时,竞争力大小顺序为：DBP>DEP>DMP。(4)通过热力学试验可以看出温度对土壤对三种PAEs的吸附有明显影响,随着温度的升高,无论是黄壤还是紫色土,对PAEs的吸附量逐渐减少。然而三种PAEs受温度影响并不完全相同,其中受影响比较大的是DBP,其次是DEP,受温度影响最小的是DMP。吸附过程的热力学参数△G、AH和△S表明黄壤、紫色土对三种邻苯二甲酸酯的吸附反应是自发、放热的过程,由表面物理吸附和化学吸附共同控制。(5)反应体系pH对黄壤、紫色土吸附DBP、DEP和DMP的影响较大,其中黄壤吸附DEP和DMP,紫色土吸附DBP、DEP和DMP均随着pH值的增加吸附量减少。然而黄壤对DBP的吸附量在pH为7.0时最低,在弱酸性范围内,随着pH增大吸附量降低,在弱碱性范围内,吸附量则随着pH增大而增大。(6)黄壤、紫色土对DMP、DEP和DBP的吸附量随离子强度的增大而增大。紫色土对邻苯二甲酸酯的吸附量受离子强度影响更大。
【作者】张楚；
【导师】王强；
【作者基本信息】西南大学，环境工程，2014，硕士
【关键词】黄壤；紫色土；邻苯二甲酸酯；吸附-解吸；固相萃取-高效液相色谱法；动力学；热力学；竞争吸附；

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