本文關(guān)鍵詞：蒙脫石搭載納米雙金屬降解十溴二苯醚及其產(chǎn)物組成與毒性研究

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【摘要】：多溴二苯醚(polybrominated diphenyl ethers,PBDEs)是被廣泛使用的添加型溴代阻燃劑,同時也是一類持久性有機(jī)污染物(persistent organic pollutants,POPs)。其中,十溴二苯醚(decabromodiphenyl ether,BDE-209)是我國環(huán)境中主要的PBDEs同系物,其無害降解研究廣受關(guān)注。零價鐵(zero valent iron,ZVI)因其優(yōu)良的還原性能,逐漸應(yīng)用于PBDEs等POPs的還原脫鹵降解,但ZVI因比表面積小、易團(tuán)聚、易氧化等缺點其降解性能受到抑制,需要通過改性來改善其降解效果。為解決傳統(tǒng)ZVI在降解污染物過程中存在的問題,本研究從減小顆粒粒徑、添加搭載系統(tǒng)和添加活性金屬三個方面改性ZVI,利用液相還原法制備并表征蒙脫石-納米Fe/Ni等復(fù)合材料,通過測定降解率和反應(yīng)動力學(xué)常數(shù)考察溶液初始pH、溫度、納米材料投加量、BDE-209初始濃度、超聲等對BDE-209降解的影響,比較ZVI改性前后對BDE-209的降解效果,分析BDE-209的零價鐵降解產(chǎn)物的組成并探討其降解機(jī)理。同時,為研究BDE-209及其零價鐵降解產(chǎn)物的毒性對水體生態(tài)系統(tǒng)的影響,選用大型蚤(初級消費者)和微藻(初級生產(chǎn)者)為實驗對象,評價BDE-209及其零價鐵降解產(chǎn)物的毒性對大型蚤和微藻生長的影響。結(jié)果表明:(1)制備的蒙脫石-納米Fe/Ni具有較大的比表面積(107.7 m2/g),金屬顆粒均勻的分散在蒙脫石表面,有效抑制了顆粒的團(tuán)聚,且負(fù)載在蒙脫石表面上的金屬顆粒細(xì)小,粒徑可達(dá)40 nm左右。(2)在pH=3、溫度35℃時最有利于納米零價鐵(nanoscale zero valent iron,nZVI)降解BDE-209反應(yīng)的進(jìn)行,nZVI投加量2.0 g/kg、污染物濃度5.0 mg/kg時材料得到最充分利用。超聲在蒙脫石-納米Fe/Ni降解BDE-209的過程中起到了重要作用,超聲組在10 min時已基本降解完,反應(yīng)速率常數(shù)為0.519 min-1,是震蕩組(0.013 min-1)的40倍、靜置組(0.004 min-1)的130倍。幾種材料在10 min時對BDE-209的降解率為蒙脫石-納米Fe/Ag(100%)蒙脫石-納米Fe/Ni(99.5%)蒙脫石-nZVI(85.1%)納米Fe/Ni(64.8%)nZVI(48.1%)蒙脫石(4.1%)納米Ni(1.1%);反應(yīng)120 min后計算反應(yīng)速率常數(shù)為蒙脫石-納米Fe/Ag(1.103 min-1)蒙脫石-納米Fe/Ni(0.519 min-1)蒙脫石-nZVI(0.209 min-1)納米Fe/Ni(0.050 min-1)nZVI(0.024 min-1)。(3)BDE-209及其零價鐵降解中間產(chǎn)物和終產(chǎn)物對大型蚤的毒性實驗結(jié)果表明,大型蚤的繁殖指標(biāo)要敏感于其生長指標(biāo),污染物質(zhì)的毒性(48hLC50)大小排序為:BDE-209降解中間產(chǎn)物(0.81 mg/L,高毒)BDE-209(20.9 mg/L,低毒)BDE-209降解終產(chǎn)物(62.5 mg/L,低毒)。(4)BDE-209及其零價鐵降解中間產(chǎn)物和終產(chǎn)物對蛋白核小球藻和水華微囊藻毒性實驗結(jié)果表明,污染物質(zhì)的毒性大小排序為:BDE-209降解中間產(chǎn)物BDE-209BDE-209降解終產(chǎn)物,1 mg/L的BDE-209、中間產(chǎn)物和終產(chǎn)物對蛋白核小球藻的抑制率為19.1%、28.1%和7.2%,對水華微囊藻的抑制率為15.7%,93.7%和6.6%。不同的藻類對污染物質(zhì)的敏感性不同,BDE-209和終產(chǎn)物的毒性試驗中,蛋白核小球藻要比水華微囊藻敏感;中間產(chǎn)物試驗中,水華微囊藻要比蛋白核小球藻敏感,可能系毒物性質(zhì)和致毒機(jī)制不一致所致。在較大毒性環(huán)境下(1 mg/L的中間產(chǎn)物),蛋白核小球藻的耐受性要比水華微囊藻大,蛋白核小球藻的生長抑制率在第6 d達(dá)到了71.2%,最后在第16 d降回28.1%,而水華微囊藻在第6 d后一直維持在90%以上。
【關(guān)鍵詞】：多溴二苯醚 納米雙金屬 蒙脫石 降解 毒性
【學(xué)位授予單位】：華僑大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：X592;X171.5
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-29
• 1.1 PBDEs簡介9
• 1.2 PBDEs的來源、分布及其危害9-15
• 1.2.1 PBDEs的來源和分布11-14
• 1.2.2 PBDEs的危害14-15
• 1.3 PBDEs的降解研究進(jìn)展15-18
• 1.3.1 生物降解法15-16
• 1.3.2 光降解法16
• 1.3.3 電解降解法16-17
• 1.3.4 Fenton試劑降解法17
• 1.3.5 零價鐵還原降解法17-18
• 1.4 改性ZVI降解PBDEs研究進(jìn)展18-24
• 1.4.1 減小顆粒粒徑增大比表面積18-19
• 1.4.2 應(yīng)用搭載系統(tǒng)增強(qiáng)材料空間穩(wěn)定性19-20
• 1.4.3 應(yīng)用納米雙金屬加快氫的取代反應(yīng)20-23
• 1.4.4 添加輔助手段加快材料表面鈍化層脫落23-24
• 1.5 課題的研究目的與意義和研究內(nèi)容24-27
• 1.5.1 研究目的與意義24-25
• 1.5.2 研究內(nèi)容25-26
• 1.5.3 研究路線26-27
• 1.6 本課題特色與創(chuàng)新點27-29
• 第2章 蒙脫石搭載納米雙金屬復(fù)合材料的制備和表征29-37
• 2.1 引言29
• 2.2 試劑和儀器29-30
• 2.3 實驗方法30-32
• 2.3.1 nZVI及其改性材料的制備30-31
• 2.3.2 nZVI及其改性材料的表征31-32
• 2.4 結(jié)果與討論32-36
• 2.4.1 nZVI及其改性材料比表面特征32
• 2.4.2 nZVI及其改性材料的XRD分析32-33
• 2.4.3 nZVI及其改性材料的掃描電鏡和能譜分析33-36
• 2.5 小結(jié)36-37
• 第3章 蒙脫石-納米雙金屬降解BDE-209及其產(chǎn)物組成分析37-55
• 3.1 引言37
• 3.2 材料和儀器37-38
• 3.3 實驗方法38-40
• 3.3.1 BDE-209溶液的配制38
• 3.3.2 BDE-209的降解實驗方法38-39
• 3.3.3 分析方法39-40
• 3.4 BDE-209的降解影響因素分析40-46
• 3.4.1 初始pH的影響40
• 3.4.2 溫度的影響40-41
• 3.4.3 納米材料濃度的影響41-42
• 3.4.4 初始污染物濃度的影響42
• 3.4.5 超聲對BDE-209降解效果的增強(qiáng)42-44
• 3.4.6 幾種材料降解BDE-209效果的對比44-46
• 3.5 BDE-209的降解產(chǎn)物和脫溴機(jī)理分析46-53
• 3.6 小結(jié)53-55
• 第4章 BDE-209及其降解產(chǎn)物對大型蚤和微藻的毒性研究55-77
• 4.1 引言55
• 4.2 材料與方法55-60
• 4.2.1 試劑和儀器55-56
• 4.2.2 大型蚤和微藻的培養(yǎng)56-58
• 4.2.3 實驗方法58-60
• 4.3 結(jié)果和分析60-72
• 4.3.1 溶劑及其濃度對微藻和大型蚤的影響60-64
• 4.3.2 大型蚤毒性實驗結(jié)果分析64-67
• 4.3.3 微藻毒性實驗結(jié)果分析67-72
• 4.4 討論72-75
• 4.4.1 大型蚤毒性實驗結(jié)果討論72-73
• 4.4.2 微藻毒性實驗結(jié)果討論73-75
• 4.5 小結(jié)75-77
• 第5章 結(jié)論與展望77-79
• 5.1 結(jié)論77-78
• 5.2 展望78-79
• 參考文獻(xiàn)79-93
• 致謝93-95
• 個人簡歷、讀研期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與研究成果95

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本文編號：785444