腐殖酸大小分子氧化还原能力及其氧化还原官能团的分布研究

发布时间：2017-09-13 04:06

  本文关键词：腐殖酸大小分子氧化还原能力及其氧化还原官能团的分布研究

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【摘要】：腐殖质是具有氧化还原活性的有机化合物广泛存在于土壤,水体等自然环境中在生物地球化学循环中扮演重要的角色。腐殖质能够被化学(H2)或微生物还原,还原过程中腐殖酸氧化还原官能团氧化电位的改变使得还原态腐殖酸具有更强的氧化还原能力。腐殖质的氧化还原能力取决于氧化还原电位分布范围和氧化还原官能团。全面了解腐殖质分子结构与氧化还原活性及其氧化还原官能团,加深对腐殖质氧化还原能力的研究有助于启动和预测污染物在土壤环境及污水处理系统中的电子转移机制,以此为污染物在环境中的低毒性转化或去除提供理论基础和实践指导。考虑环境条件(土壤孔隙、Eh、pH值),选取标准腐殖酸(humic acids, HA),土壤腐殖酸,合成腐殖酸及活性污泥提纯腐殖酸为研究对象,采用透析方法对腐殖酸进行分子量分级,结合浓度分级。进一步量化腐殖质不同分子量及浓度氧化还原能力及对不同铁矿物及铁溶液的迁移转化的影响,再结合光谱法检测腐殖酸氧化官能团特性及腐殖酸分子结构变化。建立腐殖酸分子结构与氧化还原能力及电子载体能力之间的关系。主要研究结果如下：小分子量腐殖酸具有高的氧化还原能力,三维荧光光谱分析发现小分子量腐殖酸中主要的氧化还原荧光团为醌类荧光团,还原过程主要发生醌π-π*到苯π-π*的跃迁。HA低浓度范围内随浓度增加,HA芳香族化合物含量逐渐增加,粒径逐渐减小不同土壤腐殖酸氧化还原官能团原态和还原态时的氧化还原电位值分布在245--620 mV之间。标准腐殖酸PPHA的氧化还原电位原态下分布比较均匀,还原态PPHA易于被还原的官能团分布在其氧化还原电位大于0范围。国内合成腐殖酸(TJHA)相较于国际合成腐殖酸Aldrich humic acid, AHA具有更高氧化还原能力。E465与HA浓度增长呈明显正线性关系,E465/E665与HA浓度增长,E465/E665值与浓度呈对数增加趋势。TJHA在特征荧光峰位处的荧光强度均高于AHA,表明TJHA中含有更多的氧化还原官能团。污泥HA还原后氧化还原电位升高。氧化还原官能团电位分布并不均匀,在-314mV-0 mV范围内,污泥HA存在电子流动方向上得/失电子转折点。污泥HA还原过程中有半醌自由基的生成。
【关键词】：腐殖酸 氧化还原能力 氧化还原官能团 氧化还原电位 光谱学方法
【学位授予单位】：北京林业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X703;X53
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 1. 绪论9-19
• 1.1 研究背景及意义9-10
• 1.2. 腐殖质概念10-11
• 1.3 腐殖质电子载体性质和氧化还原能力11-12
• 1.4. 腐殖质氧化还原电位范围分布12-13
• 1.5. 腐殖质氧化还原官能团分布和分子结构13-16
• 1.5.1. 腐殖质光学性质14
• 1.5.2. 紫外-可见光谱特性14-15
• 1.5.3. 三维荧光光谱15
• 1.5.4. 红外光谱15-16
• 1.6. 研究目标与内容16-18
• 1.6.1. 研究目标16-17
• 1.6.2. 研究内容17-18
• 1.7. 技术路线18-19
• 2. 实验材料与方法19-24
• 2.1. 实验材料19-20
• 2.1.1. 铁矿物制备19
• 2.1.2. 铁溶液制备19-20
• 2.1.3. 磷酸盐缓冲液制备20
• 2.2 实验设备20
• 2.3. 实验方法20-24
• 2.3.1. HA溶液制备20-21
• 2.3.2. HA透析实验21
• 2.3.3. HA溶解性测定21
• 2.3.4. 实验室HA氧化还原电位范围测定21
• 2.3.5. HA化学还原21-22
• 2.3.6. HA微生物还原22
• 2.3.7. HA还原Fe(Ⅱ)测定22
• 2.3.8. 光谱分析法22-24
• 3. 不同分子量HA氧化还原能力及氧化还原官能团分布研究24-40
• 3.1. 透析过程小分子量组分(LMWF)TOC变化研究24-40
• 3.2. 原液,剩余液及LMWF氧化还原能力研究26-29
• 3.3 小分子量腐殖酸还原前后氧化还原官能团特征分析29-33
• 3.4. 原液HA及剩余大分子氧化还原官能团特征研究33-37
• 3.5. 原液及LMWF还原前后基团的变化研究37-38
• 3.6. 本章小结38-40
• 4. 标准HA分子结构与氧化还原能力关系研究40-46
• 4.1. HA浓度对其还原前后分子结构变化影响研究40-41
• 4.2. HA浓度对其氧化还原能力的影响研究41-43
• 4.3. HA分子结构与其氧化还原能力的关系研究43-45
• 4.3.1. HA芳香碳聚合度与单位体积电子接受能力之间的关系43-44
• 4.3.2. HA粒径变化与单位克碳电子接受能力之间的关系44-45
• 4.4. 本章小结45-46
• 5. 土壤HA氧化还原能力及其对应的氧化还原电位分布研究46-52
• 5.1. 土壤HA与磁铁矿反应氧化还原能力研究46-47
• 5.2. 标准HA与不同铁矿物反应的氧化还原能力研究47-48
• 5.3. 不同HA与溶解性铁反应的氧化还原能力研究48-49
• 5.4. 土壤HA及标准HA氧化还原电位分布研究49-50
• 5.5. 本章小结50-52
• 6. 合成HA氧化还原能力与氧化还原官能团的分布研究52-59
• 6.1. 合成HA浓度对其氧化还原能力影响研究52-53
• 6.2. HA浓度对还原前后分子结构变化影响研究53-54
• 6.3. HA浓度对其氧化还原官能团特性影响研究54-57
• 6.4. 本章小结57-59
• 7. 污泥HA氧化还原能力和氧化还原电位分布范围研究59-67
• 7.1. 污泥HA与不同铁化合物反应氧化还原能力研究59-61
• 7.2. 污泥HA氧化还原电位范围研究61-62
• 7.3. 污泥HA和AHA氧化还原官能团特征研究62-65
• 7.4. 污泥HA和AHA还原前后分子结构变化研究65-66
• 7.5. 本章小结66-67
• 8. 结论与展望67-68
• 参考文献68-74
• 个人简介74-75
• 第一导师简介75-76
• 第二导师简介76-77
• 获得成果目录77-78
• 致谢78

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本文编号：841407