几种材料对二氯喹啉酸的吸附及缓解烟草药害的研究

发布时间：2017-10-18 18:23

  本文关键词：几种材料对二氯喹啉酸的吸附及缓解烟草药害的研究

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【摘要】：为了减少二氯喹啉酸对环境的污染,缓解其对烟草产生的药害,本研究通过批量平衡法、恒温培养实验和盆栽试验,较系统地研究了改性蒙脱石和生物炭对二氯喹啉酸的吸附、迁移及缓解烟草药害的影响。首先,用十六烷基三甲基溴化铵和壳聚糖分别对蒙脱石进行改性,制备出了两种性质不同的改性蒙脱石吸附材料(分别简称为HDT-M和CTS-M),并借助BET、FT-IR、XRD和SEM等技术手段对其微观结构进行了表征。在此基础上,研究了这两种改性蒙脱石材料和两种性质不同的生物炭(简称为BCl和BC2)对水中二氯喹啉酸的吸附-解吸过程及其机理；最后,研究了这4种吸附材料对土壤中二氯喹啉酸的吸附-解吸、消解及其对烟草药害缓解的影响。研究得出如下结论：1.优化了改性蒙脱石材料的制备条件通过单因素实验研究了改性剂的用量、反应温度、反应时间及pH值等因素对改性蒙脱石制备的影响,筛选出了对二氯喹啉酸具有良好吸附性能的改性蒙脱石的制备条件。HDT-M制备条件为：天然蒙脱石预先用4 M的H2SO4进行酸化处理,改性剂用量为蒙脱石阳离子交换量(CEC)的2倍,反应温度为60℃,反应时间为4 h；CTS-M制备条件为：天然蒙脱石预先用1.0M NaCl钠化处理,壳聚糖与钠蒙脱石质量之比为1.2：1,壳聚糖溶液的pH值为5.0左右,反应时间为5 h,反应温度为50℃。2.探明了改性蒙脱石和生物炭对水中二氯喹啉酸吸附-解吸规律及作用机理(1) HDT-M对二氯喹啉酸的吸附等温线符合Freundlich和Linear等温吸附模型,而CTS-M和生物炭对二氯喹啉酸的吸附等温线则只符合Freundlich}线性吸附模型。(2)二氯喹啉酸在两种改性蒙脱石中的吸附动力学过程符合准二级动力学模型,而其在两种生物炭中的吸附动力学过程则符合准一级动力学模型,微孔扩散为其速率控制步骤。(3) HDT-M和生物炭对二氯喹啉酸的吸附量随着溶液的pH值增大而减小,CTS-M对二氯喹啉酸的吸附量则随着pH值的增大呈现先增大后减小的趋势；离子强度增大均不利于CTS-M和HDT-M对二氯喹啉酸的吸附,而对生物炭吸附二氯喹啉酸则有促进作用；在25℃-45℃范围内,降低温度有利于HDT-M对二氯喹啉酸的吸附,但不利于CTS-M和生物炭对二氯喹啉酸的吸附。(4)不同溶剂对二氯喹啉酸的解吸影响有较大差异,与蒸馏水、0.1 M盐酸及0.1 M氯化钠相比较,0.1 M氢氧化钠较容易将改性蒙脱石中的二氯喹啉酸解吸下来,但是这4种溶剂均不能有效地将生物炭中的二氯喹啉酸洗脱下来。(5)改性蒙脱石和二氯喹啉酸间的相互作用力可能有：疏水作用、静电吸引作用、阳离子-偶极作用、氢键及范德华力等；生物炭与二氯喹啉酸间的相互作用力可能有孔隙填充作用、氢键和范德华力等。3.明确了改性蒙脱石和生物炭对土壤中二氯喹啉酸的吸附、消解及缓解烟草药害的影响及机理(1)添加改性蒙脱石和生物炭增大了土壤对二氯喹啉酸的吸附量,增强了二氯喹啉酸在土壤中解吸的迟滞性,减少了二氯喹啉酸在土壤中因流失而造成对水体的污染。(2)改性蒙脱石和生物炭对土壤中二氯喹啉酸的消解影响有明显差异,生物炭使土壤中的二氯喹啉酸的消解速率变慢,而改性蒙脱石则加快了土壤中二氯喹啉酸的消解。经过90天的恒温培养,初始浓度为10.0 mg/kg的二氯喹啉酸在添加了BC1、BC2、CTS-M、HDT-M及空白土壤中的消解率分别为48.2%、54.9%、78.5%、90.0%及78.0%,相应的消解半衰期分别为138.63天、99.02天、46.21天、30.14天及49.51天。同时在添加了 CTS-M的土壤中检测到了二氯喹啉酸的一种消解产物,经UHPLC-QTOF/MS分析并推断为3,7-二氯喹啉-8-醛。(3)通过盆栽试验发现,在水培条件下,二氯喹啉酸对烟草幼苗药害浓度为0.005 mg/L,在土培条件下,其对烟苗幼苗药害浓度为0.01 mg/kg o在此基础上,比较了不同添加量的4种吸附剂对烟草药害的缓解效果,结果发现,除HDT-M外,其它3种材料BC1、BC2和CTS-M对烟草药害都具有明显的缓解作用,且增加其用量对烟草生长无不利影响。研究表明,尽管HDT-M对二氯喹啉酸具有较好的吸附性能,但它却对烟草有毒害作用,不适合用于缓解烟草药害的影响；而两种生物炭和CTS-M则是环境友好型吸附剂,不但对二氯喹啉酸具有良好的吸附性能,还可缓解二氯喹啉酸对烟草的药害。
【关键词】：烟草 二氯喹啉酸 药害 改性蒙脱石 生物炭
【学位授予单位】：湖南农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X592;S572
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-9
• 缩写表9-15
• 第一章 绪论15-35
• 1 引言15
• 2 除草剂对环境污染及作物药害的研究进展15-20
• 2.1 除草剂对环境污染的研究进展15-17
• 2.2 除草剂对农作物产生药害的原因及修复方法17-18
• 2.3 二氯喹啉酸对水体造成污染及对作物产生药害的研究进展18-20
• 2.3.1 二氯喹啉酸简介18-19
• 2.3.2 二氯喹啉酸对水体造成的污染及修复研究进展19
• 2.3.3 二氯喹啉酸对农作物产生的药害及治理研究进展19-20
• 3 蒙脱石在农药污染环境修复治理方面的应用20-25
• 3.1 蒙脱石简介20-21
• 3.2 改性蒙脱石在农药污染水体修复治理方面的应用21-24
• 3.3 改性蒙脱石在农药污染土壤修复治理方面的应用24-25
• 4 生物炭在污染环境修复治理中的应用25-32
• 4.1 生物炭简介25
• 4.2 生物炭对有机污染物的吸附机理25-27
• 4.3 生物炭在农药污染水体修复治理方面的应用27-29
• 4.4 生物炭在农药污染土壤修复治理方面的应用29-32
• 5 本研究目的和意义32-33
• 6 研究内容和技术路线33-35
• 6.1 研究内容33-34
• 6.2 技术路线34-35
• 第二章 HDT-M的制备及其对水体中二氯喹啉酸的吸附-解吸研究35-60
• 1 材料与方法35-41
• 1.1 材料与仪器35-37
• 1.2 实验方法37-41
• 1.2.1 二氯喹啉酸的分析检测方法37
• 1.2.2 HDT-M的制备37-38
• 1.2.3 HDT-M的微观结构表征38-39
• 1.2.4 HDT-M对二氯喹啉酸的吸附研究39-40
• 1.2.5 HDT-M中二氯喹啉酸的解吸研究40-41
• 2 结果与分析41-57
• 2.1 HDT-M制备的主要影响因素41-46
• 2.1.1 天然蒙脱石酸化前处理41-44
• 2.1.2 HDTMAB用量对HDT-M制备的影响44
• 2.1.3 温度对HDT-M制备的影响44-45
• 2.1.4 反应时间对HDT-M制备的影响45-46
• 2.2 HDT-M的微观结构表征46-47
• 2.2.1 傅里叶红外光谱(FTIR)分析46-47
• 2.2.2 扫描电镜(SEM)分析47
• 2.3 HDT-M和天然蒙脱石对二氯喹啉酸的吸附性能比较47-48
• 2.4 HDT-M对水体中二氯喹啉酸的吸附研究48-55
• 2.4.1 HDT-M的用量对二氯喹啉酸吸附的影响48-49
• 2.4.2 pH值对HDT-M吸附二氯喹啉酸的影响49-50
• 2.4.3 离子强度对HDT-M吸附二氯喹啉酸的影响50-51
• 2.4.4 HDT-M对二氯喹啉酸的吸附动力学51-53
• 2.4.5 HDT-M对二氯喹啉酸的吸附等温线53-54
• 2.4.6 HDT-M对二氯喹啉酸的吸附热力学54-55
• 2.5 HDT-M中二氯喹啉酸的解吸研究55-56
• 2.6 HDT-M对二氯喹啉酸的吸附机理56-57
• 3 讨论与小结57-60
• 第三章 CTS-M的制备及其对水体中二氯喹啉酸的吸附-解吸研究60-80
• 1 材料与方法61-63
• 1.1 材料与仪器61
• 1.2 实验方法61-63
• 1.2.1 CTS-M的制备61-62
• 1.2.2 CTS-M的微观结构表征62
• 1.2.3 CTS-M对二氯喹啉酸吸附研究62
• 1.2.4 CTS-M中二氯喹啉酸的解吸研究62-63
• 2 结果与分析63-77
• 2.1 CTS-M的制备63-66
• 2.1.1 壳聚糖溶液的pH值对CTS-M制备的影响63-64
• 2.1.2 壳聚糖用量对CTS-M制备的影响64
• 2.1.3 反应时间对CTS-M制备的影响64-65
• 2.1.4 反应温度对CTS-M制备的影响65-66
• 2.2 CTS-M的微观结构表征66-68
• 2.2.1 CTS-M的X-射线衍射分析66
• 2.2.2 CTS-M的比表面积和孔径分析66-67
• 2.2.3 CTS-M的傅里叶红外光谱分析67-68
• 2.2.4 CTS-M的扫描电镜分析68
• 2.3 CTS-M对二氯喹啉酸的吸附研究68-74
• 2.3.1 pH值对CTS-M吸附二氯喹啉酸的影响68-69
• 2.3.2 CTS-M用量对二氯喹啉酸吸附的影响69-70
• 2.3.3 离子强度对CTS-M吸附二氯喹啉酸的影响70-71
• 2.3.4 CTS-M对二氯喹啉酸的吸附动力学71-73
• 2.3.5 CTS-M对二氯喹啉酸的吸附等温线73-74
• 2.3.6 CTS-M对二氯喹啉酸的吸附热力学74
• 2.4 CTS-M中的二氯喹啉酸的解吸研究74-75
• 2.5 CTS-M对二氯喹啉酸的吸附机理75-77
• 3 讨论与小结77-80
• 第四章 生物炭对水体中二氯喹啉酸的吸附-解吸研究80-95
• 1 材料与方法80-82
• 1.1 材料和仪器80
• 1.2 实验方法80-82
• 1.2.1 生物炭材料的表征80-81
• 1.2.2 生物炭对二氯喹啉酸的吸附研究81
• 1.2.3 生物炭中二氯喹啉酸的解吸研究81-82
• 2 结果与分析82-92
• 2.1 生物炭材料的表征及理化性质82-83
• 2.1.1 生物炭的x-射线衍射分析82
• 2.1.2 生物炭的比表面积和孔径分析82-83
• 2.2 生物炭对二氯喹啉酸的吸附研究83-91
• 2.2.1 生物炭用量对二氯喹啉酸吸附的影响83-84
• 2.2.2 pH值对生物炭吸附二氯喹啉酸的影响84-85
• 2.2.3 离子强度对生物炭吸附二氯喹啉酸的影响85-86
• 2.2.4 二氯喹啉酸初始浓度和平衡时间对其在生物炭中吸附的影响86-87
• 2.2.5 生物炭对二氯喹啉酸的吸附动力学87-88
• 2.2.6 生物炭对二氯喹啉酸的吸附等温线88-90
• 2.2.7 生物炭对二氯喹啉酸的吸附热力学90-91
• 2.3 生物炭中二氯喹啉酸的解吸研究91-92
• 2.4 生物炭对二氯喹啉酸的吸附机理92
• 3 讨论与小结92-95
• 第五章 改性蒙脱石和生物炭对土壤中二氯喹啉酸的吸附、消解及缓解烟草药害的影响95-121
• 1 材料与方法95-100
• 1.1 材料和仪器95-96
• 1.2 实验方法96-100
• 1.2.1 改性蒙脱石和生物炭对土壤中二氯喹啉酸吸附平衡时间的影响96
• 1.2.2 改性蒙脱石和生物炭对土壤中二氯喹啉酸吸附-解吸的影响96-97
• 1.2.3 改性蒙脱石和生物炭对土壤中二氯喹啉酸消解的影响97-98
• 1.2.4 二氯喹啉酸消解产物的UHPLC-QTOF/MS分析98
• 1.2.5 改性蒙脱石和生物炭缓解水培烟草药害的效果98-99
• 1.2.6 改性蒙脱石和生物炭缓解土培烟草药害的效果99-100
• 1.2.7 调查与测定100
• 1.2.8 统计分析100
• 2 结果与分析100-118
• 2.1 改性蒙脱石和生物炭对土壤中二氯喹啉酸吸附平衡时间的影响100-101
• 2.2 改性蒙脱石和生物炭对土壤中二氯喹啉酸的吸附-解吸影响101-104
• 2.3 土壤中二氯喹啉酸的提取和检测104-105
• 2.4 改性蒙脱石和生物炭对土壤中二氯喹啉酸的消解影响105-107
• 2.5 二氯喹啉酸消解产物的UHPLC-QTOF/MS分析107-109
• 2.6 二氯喹啉酸对水培烟草幼苗生长的影响109-111
• 2.7 改性蒙脱石和生物炭对水培盆栽烟草幼苗药害的缓解效果111-113
• 2.8 二氯喹啉酸对土培盆栽烟草幼苗生长的影响113-115
• 2.9 改性蒙脱石和生物炭对土培盆栽烟草幼苗药害缓解效果115-118
• 3 讨论与小结118-121
• 第六章 主要创新点与展望121-122
• 参考文献122-151
• 致谢151-152
• 作者简介152-153

，

本文编号：1056439