蒙脱石搭载纳米双金属降解十溴二苯醚及其产物组成与毒性研究

发布时间：2017-09-03 14:10

  本文关键词：蒙脱石搭载纳米双金属降解十溴二苯醚及其产物组成与毒性研究

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【摘要】：多溴二苯醚(polybrominated diphenyl ethers,PBDEs)是被广泛使用的添加型溴代阻燃剂,同时也是一类持久性有机污染物(persistent organic pollutants,POPs)。其中,十溴二苯醚(decabromodiphenyl ether,BDE-209)是我国环境中主要的PBDEs同系物,其无害降解研究广受关注。零价铁(zero valent iron,ZVI)因其优良的还原性能,逐渐应用于PBDEs等POPs的还原脱卤降解,但ZVI因比表面积小、易团聚、易氧化等缺点其降解性能受到抑制,需要通过改性来改善其降解效果。为解决传统ZVI在降解污染物过程中存在的问题,本研究从减小颗粒粒径、添加搭载系统和添加活性金属三个方面改性ZVI,利用液相还原法制备并表征蒙脱石-纳米Fe/Ni等复合材料,通过测定降解率和反应动力学常数考察溶液初始pH、温度、纳米材料投加量、BDE-209初始浓度、超声等对BDE-209降解的影响,比较ZVI改性前后对BDE-209的降解效果,分析BDE-209的零价铁降解产物的组成并探讨其降解机理。同时,为研究BDE-209及其零价铁降解产物的毒性对水体生态系统的影响,选用大型蚤(初级消费者)和微藻(初级生产者)为实验对象,评价BDE-209及其零价铁降解产物的毒性对大型蚤和微藻生长的影响。结果表明:(1)制备的蒙脱石-纳米Fe/Ni具有较大的比表面积(107.7 m2/g),金属颗粒均匀的分散在蒙脱石表面,有效抑制了颗粒的团聚,且负载在蒙脱石表面上的金属颗粒细小,粒径可达40 nm左右。(2)在pH=3、温度35℃时最有利于纳米零价铁(nanoscale zero valent iron,nZVI)降解BDE-209反应的进行,nZVI投加量2.0 g/kg、污染物浓度5.0 mg/kg时材料得到最充分利用。超声在蒙脱石-纳米Fe/Ni降解BDE-209的过程中起到了重要作用,超声组在10 min时已基本降解完,反应速率常数为0.519 min-1,是震荡组(0.013 min-1)的40倍、静置组(0.004 min-1)的130倍。几种材料在10 min时对BDE-209的降解率为蒙脱石-纳米Fe/Ag(100%)蒙脱石-纳米Fe/Ni(99.5%)蒙脱石-nZVI(85.1%)纳米Fe/Ni(64.8%)nZVI(48.1%)蒙脱石(4.1%)纳米Ni(1.1%);反应120 min后计算反应速率常数为蒙脱石-纳米Fe/Ag(1.103 min-1)蒙脱石-纳米Fe/Ni(0.519 min-1)蒙脱石-nZVI(0.209 min-1)纳米Fe/Ni(0.050 min-1)nZVI(0.024 min-1)。(3)BDE-209及其零价铁降解中间产物和终产物对大型蚤的毒性实验结果表明,大型蚤的繁殖指标要敏感于其生长指标,污染物质的毒性(48hLC50)大小排序为:BDE-209降解中间产物(0.81 mg/L,高毒)BDE-209(20.9 mg/L,低毒)BDE-209降解终产物(62.5 mg/L,低毒)。(4)BDE-209及其零价铁降解中间产物和终产物对蛋白核小球藻和水华微囊藻毒性实验结果表明,污染物质的毒性大小排序为:BDE-209降解中间产物BDE-209BDE-209降解终产物,1 mg/L的BDE-209、中间产物和终产物对蛋白核小球藻的抑制率为19.1%、28.1%和7.2%,对水华微囊藻的抑制率为15.7%,93.7%和6.6%。不同的藻类对污染物质的敏感性不同,BDE-209和终产物的毒性试验中,蛋白核小球藻要比水华微囊藻敏感;中间产物试验中,水华微囊藻要比蛋白核小球藻敏感,可能系毒物性质和致毒机制不一致所致。在较大毒性环境下(1 mg/L的中间产物),蛋白核小球藻的耐受性要比水华微囊藻大,蛋白核小球藻的生长抑制率在第6 d达到了71.2%,最后在第16 d降回28.1%,而水华微囊藻在第6 d后一直维持在90%以上。
【关键词】：多溴二苯醚 纳米双金属 蒙脱石 降解 毒性
【学位授予单位】：华侨大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X592;X171.5
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-29
• 1.1 PBDEs简介9
• 1.2 PBDEs的来源、分布及其危害9-15
• 1.2.1 PBDEs的来源和分布11-14
• 1.2.2 PBDEs的危害14-15
• 1.3 PBDEs的降解研究进展15-18
• 1.3.1 生物降解法15-16
• 1.3.2 光降解法16
• 1.3.3 电解降解法16-17
• 1.3.4 Fenton试剂降解法17
• 1.3.5 零价铁还原降解法17-18
• 1.4 改性ZVI降解PBDEs研究进展18-24
• 1.4.1 减小颗粒粒径增大比表面积18-19
• 1.4.2 应用搭载系统增强材料空间稳定性19-20
• 1.4.3 应用纳米双金属加快氢的取代反应20-23
• 1.4.4 添加辅助手段加快材料表面钝化层脱落23-24
• 1.5 课题的研究目的与意义和研究内容24-27
• 1.5.1 研究目的与意义24-25
• 1.5.2 研究内容25-26
• 1.5.3 研究路线26-27
• 1.6 本课题特色与创新点27-29
• 第2章 蒙脱石搭载纳米双金属复合材料的制备和表征29-37
• 2.1 引言29
• 2.2 试剂和仪器29-30
• 2.3 实验方法30-32
• 2.3.1 nZVI及其改性材料的制备30-31
• 2.3.2 nZVI及其改性材料的表征31-32
• 2.4 结果与讨论32-36
• 2.4.1 nZVI及其改性材料比表面特征32
• 2.4.2 nZVI及其改性材料的XRD分析32-33
• 2.4.3 nZVI及其改性材料的扫描电镜和能谱分析33-36
• 2.5 小结36-37
• 第3章 蒙脱石-纳米双金属降解BDE-209及其产物组成分析37-55
• 3.1 引言37
• 3.2 材料和仪器37-38
• 3.3 实验方法38-40
• 3.3.1 BDE-209溶液的配制38
• 3.3.2 BDE-209的降解实验方法38-39
• 3.3.3 分析方法39-40
• 3.4 BDE-209的降解影响因素分析40-46
• 3.4.1 初始pH的影响40
• 3.4.2 温度的影响40-41
• 3.4.3 纳米材料浓度的影响41-42
• 3.4.4 初始污染物浓度的影响42
• 3.4.5 超声对BDE-209降解效果的增强42-44
• 3.4.6 几种材料降解BDE-209效果的对比44-46
• 3.5 BDE-209的降解产物和脱溴机理分析46-53
• 3.6 小结53-55
• 第4章 BDE-209及其降解产物对大型蚤和微藻的毒性研究55-77
• 4.1 引言55
• 4.2 材料与方法55-60
• 4.2.1 试剂和仪器55-56
• 4.2.2 大型蚤和微藻的培养56-58
• 4.2.3 实验方法58-60
• 4.3 结果和分析60-72
• 4.3.1 溶剂及其浓度对微藻和大型蚤的影响60-64
• 4.3.2 大型蚤毒性实验结果分析64-67
• 4.3.3 微藻毒性实验结果分析67-72
• 4.4 讨论72-75
• 4.4.1 大型蚤毒性实验结果讨论72-73
• 4.4.2 微藻毒性实验结果讨论73-75
• 4.5 小结75-77
• 第5章 结论与展望77-79
• 5.1 结论77-78
• 5.2 展望78-79
• 参考文献79-93
• 致谢93-95
• 个人简历、读研期间发表的学术论文与研究成果95

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本文编号：785444