丹江口库区消落带土壤黑碳对菲吸附解吸行为的研究

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黑碳对疏水性有机物有很强的吸附能力,其吸附能力可达到沉积物中其他形式有机质吸附能力的10-1000倍不等。消落带是陆地环境与水域环境的过渡性地带,存在着岸边污染带和水陆交叉污染两方面的问题。因此,开展对消落带地区土壤黑碳对疏水性有机物的吸附研究,对丹江口库区污染控制的重要意义。本研究以丹江口库区消落带为研究对象,采集消落带典型土样,包括周期性淹水土样(高程在149m-157m之间)和未淹水土样(高程在157m以上)。从采集的土壤样品中提取黑碳,探究黑碳对疏水性有机污染物菲的吸附解吸行为。主要结论如下:(1)黑碳的形态表现出一定异质性。在较低放大倍数下呈长条形、柱状集合体,在较高放大倍数下,可进一步看出BC表面质地有光滑的、粗糙的、褶皱的、层状的和凹凸的,且表面有微孔结构。不同土壤BC样品的红外光谱吸收峰有相似之处,表面都含有-OH> C-O、C=C等基团;但样品之间仍有一些不同,一些样品在1700cm-1处出现羧基和羰基的C=O伸缩振动,在1560cm-1出现羧酸酯。BC的芳构碳层间距离d002大于石墨d002而小于现代BC。(2)消落带土壤黑碳对菲的吸附解吸均可分为快速和慢速两个过程,快速吸附过程大致在6h左右趋于平衡,之后为慢速吸附过程;快速解吸过程12h左右趋于平衡,之后为慢速解吸阶段。(3)吸附和解吸过程用拟一阶动力学方程、拟二阶动力学方程、Elovich动力学方程和和颗粒内扩散方程拟合,均呈现一致结果,拟合效果优劣为:拟二阶动力学方程>Elovich动力学方程>拟一阶动力学方程>颗粒内扩散方程。由此推断消落带土壤黑碳对菲的吸附解吸不是简单的一种机制,而是一个复杂的过程。(4) Freundlich模型与Langumuir模型拟合参数显示,两者均能很好的拟合消落带土壤黑碳对菲的吸附解吸过程。Freundlich模型拟合所得吸附解吸n值均小于1,表明黑碳对菲的吸附解吸不是简单的线性分配过程,而是非线性的多层吸附;Langumuir模型拟合所得吸附解吸参数Qmax反映出消落带土壤黑碳对菲有很强的吸附能力,且不同BC样品的吸附能力有所不同。(5)菲在土壤黑碳的吸附均存在解吸滞后现象。随平衡浓度的升高,解吸滞后系数均成增大趋势,当浓度较低时,增大较快,当浓度升高的到一定程度,均呈现增长趋势放缓的现象。(6)分配作用在整个吸附过程中占据主导地位。反映到整个吸附过程中,当浓度较低时主要表现为表面吸附作用,而当浓度较高时,分配作用起到主要作用。(7) Freundlich模型与Langumuir模型均能很好的拟合未淹水土壤黑碳对菲的吸附解吸。
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