表层海水中溶解性有机质敏化卤素自由基生成及影响咔唑光解机理研究

来源 :东北师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:ponny2006
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
表层海水中存在的溶解性有机物(Dissolved organic matter,DOM)在吸收光子后能产生激发三线态DOM(~3DOM*),~3DOM*进而敏化多种光活性中间体(PPRIs),如单线态氧(~1O2)、羟基自由基(·OH)和卤素自由基(X·、X2·-或XY·-,X和Y代表Cl或Br)等的生成。卤素自由基与有机污染物反应会生成卤代污染物,且卤代产物往往有着更强的环境持久性和更大的生态毒理效应。但是目前对于卤素自由基生成的机理众说纷纭。咔唑的多卤代物已经在多种环境中检出,由于其结构与2,3,7,8-四氯二苯并对二噁英(TCDD)相似,可表现出一定的类似二噁英毒性。然而,其在海水中的生成途径和机理仍不清楚。本文围绕表层海水中DOM敏化生成卤素自由基的途径及影响咔唑类污染物光降解机理开展研究,主要内容和结论如下:(1)以Suwanee River富里酸(SRFA)作为代表性DOM,乙酰甲硫氨酸(N-Acetyl-L-methionine,NAc)作为卤素自由基的探针研究了卤素自由基的生成途径。结果显示,在SRFA溶液中,加入Br-明显抑制NAc的降解,说明~3SRFA*能够氧化Br-生成Br·和Br2·-,且无氧条件下Br·(或Br2·-)生成更少。与离子强度对照相比,无氧条件下加入Cl-后NAc的降解速率增加了47.8%,这表明~3SRFA*能够激发生成Cl2·-。有氧条件下NAc的降解速率更快达到了离子强度对照组的1.83倍,因此有氧条件下可能存在着卤素自由基新的生成路径。在Cl-和Br-混合溶液中,~3SRFA*除了能够敏化生成Br·(或Br2·-)和Cl·(或Cl2·-),还能敏化生成Br Cl·-。基于卤素离子浓度梯度实验发现随着Cl-浓度提高NAc的降解速率加快,Cl-浓度提高促进Cl·(或Cl2·-)的生成。而Br-浓度增加NAc的降解速率减慢,Br-浓度提高促进Br·(或Br2·-)的生成。(2)以蒽醌-2-磺酸钠(AQ2S)作为激发三线态敏化剂,光照实验结合量子化学计算进一步探究了卤素自由基的微观生成途径。结果显示,AQ2S激发三线态能(~3AQ2S*)与NAc发生反应加快NAc的降解。有氧和无氧条件下加入Br-能够明显抑制NAc和AQ2S的降解,并且反应前后溶液的吸光度没有明显的变化。这表明Br-会淬灭~3AQ2S*或~3AQ2S*与水的复合物并生成Br·,Br·能与Br-结合生成Br2·-。无氧条件下,加入Cl-之后AQ2S的降解速率没有明显提升,相对于离子强度对照组,NAc的降解提升了2.22倍,并且反应前后溶液中吸光度没有太大变化。说明在无氧条件下Cl-可和~3AQ2S*反应生成少量的Cl2·-。在有氧条件下加入Cl-之后,相对于离子强度对照组AQ2S降解速率提高了1.60倍,而NAc的降解速率提高了18.6倍。对比反应前后溶液的吸光度,发现并没有羟基化AQ2S生成。说明~3AQ2S*与水的复合物和基态AQ2S反应生成的AQ2S·+能和Cl-发生电子转移反应生成Cl·。结合DFT和TDDFT计算发现~3AQ2S*与水的复合物与AQ2S·+反应的ΔG1=-34.50 kcal/mol且AQ2S·+与Cl-反应的ΔG2=-15.15 kcal/mol都小于0也表明AQ2S·+和Cl-发生电子转移反应生成Cl·是可以发生的。在Cl-和Br-的混合溶液中,AQ2S的降解速率有明显的降低且溶液吸光度没有明显变化,因此在这个过程中主要是Br-淬灭~3AQ2S*生成Br·。而在无氧条件下,NAc的降解速度比离子强度对照稍快。因此Br·与Cl-结合生成Br Cl·-小幅促进了NAc的降解。有氧条件下,Cl-和Br-混合溶液中NAc的降解速率明显更快,其中除了生成Br Cl·-还可能通过电子转移生成Cl·。(3)研究了DOM对新型污染物咔唑光化学降解的影响,并考察了卤素离子的作用。结果显示SRFA主要通过光屏蔽作用抑制咔唑的降解。AQ2S作为敏化剂能够促进咔唑降解,这是因为AQ2S激发生成的~3AQ2S*具有更强的氧化性能够敏化生成更多的卤素自由基。相对于离子强度对照组,加入卤素离子能够促进咔唑的光降解。卤素离子对咔唑降解速率提升幅度顺序为Cl->Cl-+Br->Br-,出现这种现象的原因是卤素自由基的氧化性有明显的区别,总体氧化性呈现Cl·(Cl2·-)>Br Cl·->Br·(Br2·-)。通过自由基淬灭实验证明在咔唑的降解中卤素自由基的贡献大于50.4%。
其他文献
大气氮沉降是全球变化的重要问题之一,引起了一系列的生态环境问题:如土壤酸化、土壤微生物群落结构与功能改变、土壤温室气体的释放增加等。对于普遍存在于氮限制条件下的湿地生态系统,大气氮沉降的生态效应更加不容忽视。以往模拟研究多数是通过土壤施氮来模拟氮沉降过程,忽视了通过沉降到植物叶片表面再进入到湿地生态系统的氮输入过程,导致了大气氮沉降生态效应评估的不准确。此外,大气氮沉降在一般情况下会带来植物生物量
学位
本文首先对虚拟现实技术及其特点进行了概述,对虚拟现实技术中的人机交互方式进行了介绍,然后重点对虚拟现实的教育应用情境进行了探讨,并对目前虚拟现实的教育应用面临的挑战进行了分析,以期对虚拟现实教育应用的后续研究奠定基础。
期刊
随着社会经济的发展和自然环境的变化,流域资源供求矛盾、环境污染和生态退化等各种问题逐渐加剧,世界上各国不断加强流域资源与环境管理研究。受到流域内各个系统和多种要素的影响,资源、环境和生态问题表现错综复杂、时空分布差异很大,给资源与环境管理带来很多难题。本研究选取吉林省东辽河流域为研究对象,基于“3S”技术,以综合加权评价、地统计学分析、相关分析、冗余分析、多元线性回归等方法,基于遥感数据、地形地貌
学位
湿地植物是湿地生态系统结构和功能中不可或缺的一部分,其有性繁殖是维系种群更新与扩散的关键,对维持湿地内的生物多样性起着重要作用。有性繁殖作为植物生活史中的重要阶段之一,决定着植物种群的更新以及遗传物质的延续。因此对湿地植物开花、传粉与有性繁殖过程的研究,能够为保护湿地植物多样性提供理论基础。植物的花期物候与花部综合特征均体现了其对生存环境的适应,是与周围生物及非生物环境长时间适应进化产生的结果。植
学位
世界人口的快速增长及人类活动的影响给水环境造成了很大负担,水体富营养化仍待继续解决。人工湿地(Constructed Wetlands,CWs)对于减轻水体富营养化具有很重要的意义。其中,湿地基质凭借易控性得到了广泛关注,但是在人工湿地脱氮除磷的过程中,电子供体的缺乏是个难题。黄铁矿与碱改稻壳分别为无机电子供体基质与有机电子供体基质,其对人工湿地脱氮具有重要作用。在缓解水体富营养化上,基质的脱氮除
学位
水污染已经成为全世界普遍关注的环境问题,其中污染物成分复杂的染料废水是水环境污染的重要污染源。亚甲基蓝(MB)是使用频率很高的染色材料之一,在印染、生化和医药等行业都具有广泛应用。另一方面,镀件漂洗产生的铬(Cr(VI))会从铬浴和废铬酸盐钝化溶液中带出,通常还会与印染、纺织皮革和造纸废水中的MB共存,这对人类的生存环境和经济发展造成了严重威胁。在各种处理水体污染物的方法中,采用一种技术往往难以达
学位
干旱灾害、雨涝灾害以及旱涝急转灾害是陕北地区历史上发生最频繁、影响范围最广、影响程度最大的自然灾害,是制约陕北地区经济发展、农业发展和生态环境建设的最重要的因素。因此,对于陕北地区旱涝灾害时空组合风险评价的研究十分必要,能够帮助陕北地区科学制定防灾减灾策略,做好防洪抗旱工作,减少当地旱涝灾害造成的经济损失、人员伤亡以及生态环境破坏,对旱涝灾害防治具有重要的意义。由于全球气候的不断变暖,陕北地区旱、
学位
猕猴桃(Actinidia chinensis)在中国已有近百年的栽培史,因其酸甜美味的口感和丰富的营养受大众的喜爱与认可。陕西省是我国猕猴桃主产区,无论是种植面积或是果实产量都居于全国榜首。但近年,全球变暖引发的极端高温问题,给猕猴桃种植业带来极大威胁。因此,积极开展猕猴桃高温热害风险评价研究显得尤为重要。对于农业气象灾害的减灾工作,应从减小致灾因子的危险性和降低灾害脆弱性两方面入手。因此,对猕
学位
近年来,由于对抗生素的认知不足和疏于管理,长期超剂量、超范围、超适应症使用,导致全球范围内(尤其是我国)的抗生素滥用及污染等问题日趋严重。抗生素具有“假持久性”的特性,难以从环境介质中去除,进而可对生态环境造成潜在风险。针对水中抗生素污染以及环境风险问题,本论文通过制备磷酸银(Silver phosphate,Ag3PO4)/碳纳米管(Carbon nanotubes,CNTs)复合材料,构建了光
学位
地质灾害作为一类破坏性地质事件,对人们的生产和生活造成了极大的危害,是影响人类社会可持续发展的重要因素。特别是地震及其诱发的一系列次生灾害等一系列灾害链对生态系统和环境的影响越来越严重,已经成为目前地质灾害研究的热点和难点问题。本研究以四川省茂县为例,对该地区的地震-地质灾害链进行研究,构建了适用于地震-地质灾害链的深度学习模型,并将其引入到危险性预测研究中,综合分析了地震-地质灾害链危险性,并对
学位