天然有机质对炭质吸咐剂吸附多氯联苯的影响研究

发布时间：2018-05-03 08:15

本文选题：多氯联苯 + 炭质吸附剂　；参考：《北京交通大学》2017年硕士论文

【摘要】：多氯联苯(PCBs)作为一类重要的持久性有机污染物(POPs),由于其在环境中长期残留、不易挥发、毒性较高和在生物体中蓄积等特点,对人体的健康和生态环境都有极大危害。天然有机质(NOM)广泛存在于水体和土壤中,它可以和环境污染物形成络合物,从而影响炭质吸附剂对环境污染物的吸附效果。本论文应用LDPE膜被动采样技术,研究天然有机质对炭质吸附剂吸附多氯联苯的影响及影响机制。主要研究结论如下:(1)3种炭质吸附剂(草木灰、果壳活性炭和煤基活性炭)理化性质分析结果显示,草木灰为蜂窝状结构,BET比表面积最小,为13.53m2/g,主要以中孔和大孔为为主,其对表面积的贡献率为96.6%;果壳活性炭为肠管状结构,管壁上有小孔,BET比表面积为204.16m2/g,微孔和中孔的贡献率达90.5%;煤基活性炭为絮状结构,比表面积最大,为388.71m2/g,微孔和中孔的贡献率为91.7%;3种炭质吸附剂表面官能团相差不大,共有的官能团-CH3、-OH、-N02、=C-O-C和C-X,其中草木灰含有苯环类物质;果壳活性炭还有-C-O;煤基活性炭含有-N-H。(2)本研究所用的NOM主要成分为富里酸,NOM的平均分子量为4760Da左右;3种炭质吸附剂对NOM均有一定的吸附能力,吸附量大小顺序为:煤基活性炭果壳活性炭草木灰;吸附动力学曲线显示,炭质吸附剂对NOM的吸附不是简单过程,而是一个慢速-快速-慢速的复杂过程。(3)被动采样LDPE膜的膜-水分配系数lgKpe与PCBs分子的辛醇水分配系数lgKow呈现负相关;当水环境中存在NOM时,Kpe略微降低,但此变化不显著。Freundlich吸附等温方程能够较好的拟合3种炭质吸附剂对PCBs的吸附等温线;吸附时间为12个月,体系不存在NOM时,3种炭质吸附剂的吸附量均较1个月的大1～3个数量级,且煤基活性炭和果壳活性炭的吸附量均较草木灰大1～2个数量级,说明吸附1个月时,反应未达到平衡,且吸附剂表面积是影响吸附量的主要因素;吸附时间为1个月时,少量的NOM能略微促进3种炭质吸附剂对PCBs的吸附,随着NOM浓度的增大,NOM对草木灰和果壳活性炭的抑制作用增大,NOM对煤基活性炭吸附小分子PCBs具有促进作用,但对大分子PCBs的吸附具有抑制作用;吸附时间延长至12个月,NOM对3种炭质吸附剂吸附PCBs的抑制作用均降低,果壳活性炭和煤基活性炭的抑制作用几乎消失;说明当炭质吸附剂的孔结构与吸附质PCBs的分子大小相匹配时(即以微孔为主),吸附时间足够长时,PCBs分子能够穿越NOM而进入到微孔中。(4)二级动力学方程对3种炭质吸附剂吸附PCBs的动力学曲线拟合最好,说明吸附过程是包含多种吸附反应的复杂过程;当体系中不存在NOM时,二级动力学方程的平衡吸附量qe值的排序为煤基活性炭果壳活性炭草木灰;草木灰的表观扩散速率略大于果壳活性炭和煤基活性炭,草木灰的平均6值略小于果壳活性炭和煤基活性炭,说明炭质吸附剂理化性质不同,吸附过程也不尽相同;NOM对3种炭质吸附剂吸附PCBs的动力学曲线的影响类似,均表现为随着NOM浓度的增大,扩散速率均略有增加,快速反应向慢速反应的转变越不显著,到达吸附拐点所用的时间越长;究其原因,附着在炭质吸附剂表面的NOM增大了 PCBs分子向吸附剂扩散的驱动力,同时其堵塞了 PCBs分子扩散进入吸附剂内部的通道,说明炭质吸附剂的表面积及孔径分布,吸附时间,天然有机质的浓度和性质,均能够影响吸附过程。
[Abstract]:The effect of natural organic matter ( NOM ) on the adsorption of PCBs by carbonaceous adsorbents was studied by using passive sampling technique of LDPE film . ( 2 ) The NOM has an average molecular weight of 4760Da for NOM , and the adsorption capacity of three carbonaceous adsorbents is 1 - 3 orders of magnitude less than 1 month . The adsorption time is 12 months . ( 4 ) The kinetic curve fitting of the two - order kinetic equation to the adsorption of PCBs by three carbonaceous adsorbents is the best , indicating that the adsorption process is a complex process involving multiple adsorption reactions . The apparent diffusion rate of the secondary kinetic equation is slightly larger than that of the shell activated carbon and the coal - based activated carbon when NOM is not present in the system ; the longer the adsorption process is , the longer the NOM increases the diffusion rate of the PCBs to the adsorbent , and meanwhile , it blocks the diffusion of the PCBs into the interior of the adsorbent , and indicates that the surface area and pore size distribution , the adsorption time , the concentration and the nature of the natural organic matter can influence the adsorption process .

【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：X592;O647.3

【参考文献】