水溶性有机质对苯并三唑在地下水-孔隙介质界面作用的影响机理

结题报告

项目介绍

AI项目解读

基本信息

批准号：
41172223
项目类别：
面上项目
资助金额：
74.0万
负责人：
毕二平
依托单位：
中国地质大学（北京）
学科分类：
D0702.环境水科学
结题年份：
2015
批准年份：
2011
项目状态：
已结题
起止时间：
2012-01-01 至2015-12-31

项目参与者：
刘若鹏；刘博；张雅萍；肖丽微；赵一；马剑飞； StefanHaderlein；
关键词：
地下水-孔隙介质界面苯并三唑水溶性有机质

项目摘要

苯并三唑（BTA）用途广泛，在一些傍河和受污染场地的地下水中已有BTA检出。BTA自身难以被微生物降解而且会影响地下水中其它有机污染物的降解。研究BTA在地下水-孔隙介质界面的作用机理将有助于理解其在地下水中的环境行为。由于苯并三唑分子结构的特殊性，水中的化学组分，特别是具有反应活性的水溶性有机质（DOM）会使BTA在孔隙介质-地下水界面的作用更为复杂。本项研究基于色谱理论拟采用柱实验来研究DOM对BTA在地下水-孔隙介质界面作用的影响。综合分析流动相的化学组成(特别是其中的DOM种类和浓度)、不同类型的固相孔隙介质表面特征，同时应用环境有机化学的理论来揭示各种因素（如DOM的分子大小和极性）对BTA在固-液界面作用的影响，最终提出一个模式来描述DOM对BTA在地下水-孔隙介质界面作用的影响机理，为BTA在傍河地带或污染场地地下水中的运移预测和修复控制提供理论上的依据。

结项摘要

苯并三唑(BTA)在环境介质上的吸附是控制其环境归宿的重要因素。本研究采用室内实验的方法，选用多种孔隙介质（标准土壤、生物碳质、黑炭、负载铁氧化物等）作为吸附剂，研究了苯并三唑在固-液界面的作用机制，特别是水中溶解性有机质(DOM)对其吸附的影响。. (1) 不同碳化温度下制备的生物碳质对苯并三唑（BTA）的吸附特性不同。碳化温度从300 ℃升高到800 ℃时，生物碳质成分逐渐从“软碳”向“硬碳”转变，其对BTA的吸附机理亦由分配向表面吸附和孔隙填充转变。分子态的BTA可通过分配作用和孔隙填充作用等发生吸附。阴离子态的BTA与带负电表面的生物碳质之间存在的静电斥力会使吸附减弱。. (2)黑炭吸附DOM的主要机理是氢键和π-π作用。当BTA与DOM共存时，溶液中的钙离子通过络合方式促进DOM在黑炭上的吸附，其对黑炭孔道的堵塞会抑制BTA的吸附。负载铁氧化物吸附DOM的主要机理是静电引力和配位作用。溶液中钙离子会促进DOM在负载铁氧化物的表面吸附，这种累积吸附提供了更多的吸附位点，会促进对BTA的吸附。. (3)标准土壤（GSS13和GSS16）吸附DOM的主要机理有静电作用、配位作用和疏水作用。单宁酸所含羧基和羟基官能团数量多于腐殖酸，故单宁酸在土壤上的吸附性强于腐殖酸的吸附。土壤主要通过表面络合和阳离子架桥作用吸附BTA。相对于分子量小的DOM，大分子量的DOM通过疏水作用优先吸附到土壤表面，其对土壤吸附BTA的促进作用更明显。吸附在土壤表面的DOM可为BTA的吸附增加极性吸附点位，促进BTA的吸附。. (4)利用多参数线性自由能关系模型预测吸附分配系数是一种高效经济的估算方法。本研究建立了估算吸附分配系数的EV模型和V模型，所建模型具有较好拟合能力和稳健性。从分子作用力的角度来看，空穴作用和色散作用是疏水性化合物被吸附的主要驱动力，空穴作用和氢键作用在极性化合物分配中起主要作用。. (5)极性有机污染物萘普生在高岭土上的吸附受其分子形态影响，分子态的萘普生可通过氢键和n-π电子供受体作用发生吸附，阴离子态的萘普生只能通过n-π电子供受体作用发生吸附。其中，萘普生的芳香环结构可作为电子受体，而高岭土矿物表面羟基中的氧可作为电子供体。