水体铊的DGT被动采样技术的建立及应用研究

发布时间：2020-04-16 21:50

【摘要】：铊(Tl)是一种毒性很强的痕量金属,因其对生物严重的毒性作用而被确定为优先污染物。由于在采样、运输和储存过程中,元素的化学形态可能发生变化,因此通过主动采样方法准确测量元素的浓度具有一定挑战。梯度扩散薄膜技术(Diffusive gradients in thin-films technique,DGT)是一种原位被动采样方法,可监测溶液中目标元素在一段时间内的平均浓度。本研究基于DGT技术,开发了一种新型的以实验室合成的二氧化锰(δ-MnO_2)为吸附胶的DGT装置,并结合已开发出的Chelex-DGT装置,系统的对水环境中的Tl(Ⅰ)和Tl(Ⅲ)进行表征。本研究首次测量了Tl在聚丙烯酰胺扩散胶中的扩散系数,在25℃温度下,Tl(Ⅰ)和Tl(Ⅲ)的扩散系数分别为14.74×10~(-6)cm~2s~(-1)和9.02×10~(-6)cm~2s~(-1)。Chelex和δ-MnO_2吸附胶对Tl的吸附动力学表明,δ-MnO_2吸附胶能快速有效地吸附溶液中的Tl,而Chelex吸附胶对Tl的吸附效果不佳(仅23%~25%)。1 mol L~(-1)草酸(H_2C_2O_4)可以快速稳定的洗脱δ-MnO_2吸附胶,其对δ-MnO_2吸附胶上Tl(Ⅰ)和Tl(Ⅲ)离子的洗脱效率分别为1.04±0.06和0.86±0.06。用1 mol L~(-1)HNO_3洗脱Chelex吸附胶,得出其对Chelex吸附胶上Tl(Ⅰ)和Tl(Ⅲ)离子的洗脱效率分别为0.85±0.09和0.76±0.05。实验室表征显示,δ-MnO_2-DGT在一定pH(4~9)、离子强度(0.1~200 mmol L~(-1) NaNO_3)和有机质(0~30mg L~(-1))的溶液中均能有效监测Tl离子浓度。而Chelex-DGT受环境条件影响较大,不能有效监测环境中的Tl。两种DGT对溶液中Tl(Ⅰ)和Tl(Ⅲ)的检出限均2.0 ng L~(-1),可监测痕量及超痕量的Tl浓度。此外,δ-MnO_2-DGT对Tl(Ⅰ)的吸附容量达27.1μg cm~(-2),且在10 mmol L~(-1)NaNO_3中储存117 d后仍可有效使用,其性能稳定,能长期监测水体中的Tl。将δ-MnO_2-DGT装置投放到广东省云浮市的自然水体中,监测结果表明,野外采样试验受动态系统的影响,抓取式采样的Tl浓度相差较大,δ-MnO_2-DGT装置能准确地测量Tl的时间加权平均浓度,原位测定避免了目标元素化学形态变化。DGT可监测目标物质有效态,其被认为更能有效地代表潜在的生物有效态。将δ-MnO_2-DGT和Chelex-Metsorb-DGT装置投入北江韶关段的自然水体中,通过主动采样和被动采样方法对比,并结合相关性分析,评价水体重金属对人体的健康风险。结果表明,北江韶关段水体中,大多数元素的浓度均低于我国饮用水质标准,主动采样监测的浓度大都高于DGT采样浓度。相关性分析表明,水体中Tl和其它金属主要来源于矿区和工业活动排放的废水,而非生活污水和农业污染。此外,研究区域金属平均浓度的危害系数(HQs)均1,表明北江韶关段水体中的重金属不存在非致癌风险,这些微量金属的污染状况总体处于可接受水平。δ-MnO_2-DGT装置能原位监测水体中的Tl浓度,避免了在采样和运输过程中,Tl形态的变化。δ-MnO_2-DGT还能有效监测一定时间范围内的平均Tl浓度,能有效监测动力系统中Tl浓度变化。在未来,还可以将δ-MnO_2-DGT装置投入更广泛的应用中,对水体中Tl的环境监测和生物地球化学研究具有一定的价值。
【图文】：

机理,浓度,滤膜,溶液

溶液中目标元素在一段时间内的平均浓度[43的滤膜，0.80 mm 的扩散胶和 0.40 mm 厚度和盖子）构成。其中，滤膜是用于防止扩散离子的扩散通量，是 DGT 技术定量检测的元素[44]，DGT 塑料盖子上有面积 3.14 cm2的第一扩散定律为基础，是一种动力学方法，的累积过程测定目标物浓度[43]。DGT 装置中1 所示。溶液中的目标物质以一定的扩散速率滤膜），，并迅速与吸附胶结合，使吸附胶部溶液间形成一个稳定的浓度梯度。DGT 扩的可溶态，如自由离子和弱离解配合物(称之

技术路线图,技术路线,原位监测

6图 1- 2 技术路线Figure 1- 2 Technology roadmap1.2.4 预期结果1.制备δ-MnO2吸附胶，开发出可用于 Tl 原位监测的 DGT 装置；2.结合 Chelex-Metsorb-DGT 装置，评价北江韶关段自然水体中多种重金属的健康风险。创新点：本研究基于 DGT 技术的原理，创新性地建立以δ-MnO2为吸附胶的 DGT技术，原位监测水体中的 Tl。并将其应用在自然环境中，可用于水体原位 Tl 监测、预警和生态风险评价，对 Tl 环境污染控制有很重要的意义。
【学位授予单位】：广州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X832

【参考文献】