原水中有机物特性对纳滤膜污染的影响

通过XDLVO理论分析了赣江原水中亲疏水性有机污染物对纳滤(NF)膜的污染状况,对选取的不同分子量区间(<100 kDa、<50 kDa、<3 kDa)的6种亲、疏水性有机物及NF膜的界面自由能进行定量分析,分析了膜污染性能,并通过纳滤试验验证通量衰减与界面自由能的对应关系。结果表明：6种不同分子量的亲/疏水性有机污染物对膜造成污染严重程度与XDLVO理论分析结果相符。不同分子量的有机污染物对NF膜污染程度由大到小顺序为小于100 kDa(疏水性)>小于50 kDa(疏水性)>小于3 kDa(疏水性)>小于3 kDa(亲水性)>小于50 kDa(亲水性)>小于100 kDa(亲水性)。分子量<100 kDa的疏水性有机物与膜之间排斥作用最小,污染最为严重。膜表面的污染物主要是多糖、蛋白质和苯环烯烃类,且在过滤初期有机物堵塞膜孔,膜比通量下降速度较快,而在过滤后期滤饼层形成,膜比通量下降速度减缓。     

芳香烃菲与基因碱基的非共价结合及驱动机制

疏水芳香烃类化合物能够导致基因遗传性的变化,理解这些化合物对基因污染的前提是必须首先阐明污染物-基因碱基间相互作用及驱动机制.使用等温吸附-光纤固相萃取和定量-构效关系的方法,研究了模型化合物菲与4种基因碱基间的弱相互作用,并揭示了分子驱动机制.结果表明,p H=7.0条件下,腺嘌呤与菲间引力较弱;而鸟嘌呤、胞嘧啶和胸腺嘧啶对菲为分配吸附,引力较强.红外光谱和弱力等值面的分析表明,鸟嘌呤与腺嘌呤分子能够通过2组CN环(CN6环和5环)与菲的2个相互毗邻的苯核同时发生π-π引力作用;而胞嘧啶和胸腺嘧啶仅与菲弧角位置的碳原子通过电子"赠体-受体"发生静电引力作用.当环境体系变成酸性时,腺嘌呤对菲的吸附增强(分配,1/n=1),但胸腺嘧啶对菲的吸附变弱;碱性条件下,由于胞嘧啶和胸腺嘧啶存在羰基取代基,作为电子赠体的含氧嘧啶脱质子化,表面负电性增强,分子平面极化减弱,π电子更易于与菲弧角位的碳原子发生电子"赠体-受体"作用.能量计算的结果表明,对基因碱基作用位点的预测结果可信,属于自发的非共价成因的物理结合.该研究将为深入揭示芳香烃的基因污染提供理论基础,对于防治芳香烃污染、保障生态安全有重要意义.     

粉末活性炭预处理对超滤膜通量的影响

研究了粉末活性炭预处理对改善超滤膜过滤通量的效果.试验采用了4种具有不同亲疏水性的水样,着重探讨粉末活性炭对有机物的疏水性和亲水性组分的去除效果以及所带来的通量改善.试验结果表明,对于4种水样,超滤膜直接过滤原水时,通量下降严重.虽然粉末活性炭预处理能在一定程度上提高通量,但通量下降的趋势仍未改善.对有机物各组分的分析表明,直接过滤原水时,膜主要截留疏水性有机物;粉末炭吸附主要去除亲水性有机物,而超滤膜过滤粉末炭处理水时,主要截留疏水性有机物.由此,超滤膜的通量下降主要是由疏水性有机物引起的,亲水性组分对通量的影响较小.     

硅烷偶联剂对石英砂滤料的表面改性

采用硅烷偶联剂KH-550对石英砂滤料进行表面改性,以提高滤料表面的亲油疏水性.通过正交―单因素实验,考察KH-550浓度、改性温度以及搅拌时间对石英砂滤料表面改性效果的影响.结果表明,KH-550浓度为15%、改性温度为110℃、搅拌时间为15min时改性效果最好,水的润湿重量由改性前的1.5589g减小到0.0607g,而油的润湿重量改性前后基本不变.改性后石英砂对油的吸附容量增大到0.1843,与未改性石英砂相比提高了27.72%.扫描电镜与电子能谱研究表明,KH-550以化学键的方式结合在石英砂滤料表面,形成了牢固的有机包覆层,使得石英砂滤料的亲油疏水性大大提高.     

水稻秸秆生物碳的结构特征及其对有机污染物的吸附性能

以水稻秸秆为原料,采用限氧裂解法制备了不同温度(100 ～ 700℃)的秸秆生物碳,用TG-DTG热重分析、CHNO元素分析、FTIR、BET-N2比表面及孔径分布等手段表征生物碳的组成与结构,研究生物碳吸附水中硝基苯、对硝基甲苯、萘、菲等有机污染物的性能及影响因素,探讨其作用机制及构-效关系,试图为高效利用废弃农业秸秆资源、制备廉价的有机物吸附材料提供理论依据.结果表明,水稻秸秆生物碳含有丰富的有机碳组分和无机矿物组分,随着裂解温度升高,生物碳中有机组分的含碳量逐渐升高、极性减弱、芳香性增强,而无机矿物组分的相对含量则不断增加;当裂解温度从300℃升至400℃时,比表面积突然增大(0.16→110 m2·g-1)、微孔结构被打开,主要由于水稻秸秆中纤维素组分大量分解所致.水稻秸秆生物碳吸附有机污染物的主要介质为有机组分,等温吸附曲线符合Freundlich方程,回归参数N、logKf与生物碳的芳香性指数(H/C原子比)呈良好的线性关系;定量描述了分配作用和表面吸附作用的相对贡献.随碳化温度升高,等温吸附曲线由线性变为非线性,吸附机制从分配作用→分配作用+表面吸附作用→表面吸附作用;分配作用部分与有机污染物的logKow呈正相关,而表面吸附则与污染物的疏水性、分子尺寸及其与生物碳的极性匹配性有关.     

臭氧预氧化对芘在天然有机物中分配行为的影响

以疏水性有机物——芘为代表,考察了臭氧预氧化处理对高稳定性有机污染物在天然有机物(NOM)中分配行为的影响.结果表明,芘在不同性质NOM中分配系数(K_oc)的大小与NOM中芳香结构和疏水基团含量有关,芘在液相、吸附相NOM中的分配行为受NOM自身特性、吸附性能及吸附剂表面有机碳覆盖率(f_oc)大小的影响.臭氧预氧化能够破坏NOM中的芳香结构和疏水结构,削弱NOM与芘之间的相互作用,降低芘的Koc,臭氧预氧化对吸附相NOM疏水结构的破坏是造成芘在吸附相NOM中分配能力降低的主要原因.     

有机物对UF膜过滤通量的影响

采用截留分子量为30000的聚醚砜超滤膜进行膜过滤试验,研究有机物的特性,如亲疏水性以及相对分子质量对超滤膜通量的影响.试验结果表明,过滤亲水性组分时膜通量明显高于过滤疏水性组分.对2种不同水源的试验表明,尽管有机物含量相同,但由于亲疏水性的比例不同,造成的膜通量下降不同.疏水性越大的原水,其膜通量下降也越大.因此,疏水性组分是造成通量下降的主要因素.试验还表明,相对分子质量较大的有机物并非通量下降的主要因素,有机物的分散性可能是影响通量的主要因素.     

氯对饮用水中可同化有机碳的影响

通过分析太湖水的分子量分布变化以及亲疏组分,考察氯反应生成AOC的效果和机理.结果表明,弱疏组分的AOC生成量最大,其次为强疏,中亲和带负电亲水的生成量最少.氯主要与小分子的疏水性有机物反应,AOC的生成量最多.通过考察深度处理工艺的有机物分子量以及组分的变化,发现疏水性有机物呈逐渐下降而亲水性组分呈上升的趋势,表明氯化产生的AOC呈减少趋势.小分子的疏水性有机物是主要的氯化AOC的前体物.     

环境化学

X131200503160土壤/沉积物中天然有机质对疏水性有机污染物的吸附作用/罗雪梅…(北京师范大学环境学院)∥土壤/中科院南京土壤研究所.-2005,37(1).-25~31环图S-38通过对土壤/沉积物中天然有机质的组成分析,阐述了天然有机物在吸附疏水性有机污染物过程中所起的重要作用,其中包括可溶性有机质的增溶作用和不溶性有机质的吸附作用。本文着重探讨了天然有机质结构的异质性对吸附作用的影响,导致吸附等温线的非线性,从而从土壤/沉积物有机质的微观结构上进一步解释了非线性吸附机理。图1参30X131200503161敌敌畏在颗粒物上吸附的支配因素/哈斯…     

硅胶表面TEOS疏水化改性及吸附VOCs特性

以正硅酸乙酯（TEOS）为疏水改性剂,通过硅胶表面的羟基接枝反应,得到具备一定疏水性的改性硅胶;利用BET、FT-IR、XRD和TG-DTG等手段对改性硅胶的结构及稳定性进行了表征;在此基础上考察了改性硅胶对各类有机废气的吸附性能.结果表明,TEOS成功接枝在了硅胶表面,改性硅胶不仅具备一定的疏水性,而且机械强度增加到原来的66.85%,稳定性也都得到了提高; 550℃空气下焙烧后的改性硅胶仍具有疏水性且吸附容量是焙烧之前的2倍;在高湿度高浓度的废气治理中,TEOS改性硅胶表现出更高的吸附能力和优良的热再生性能.高浓度下改性硅胶的吸附容量是低浓度下的10倍且不受水汽的影响;改性硅胶循环10次的吸附/脱附几乎不变,且在一定条件下,15~30min就达到90%的脱附率.     

Sorption of chlorophenols onto fruit cuticles and potato periderm

To better understand the interaction mechanisms of plant surfaces with polar organic compounds, sorption of 4-chlorophenol, 2,4- dichlorophenol, and 2,4,6-trichlorophenol by fruit cuticles (i.e., tomato, apple, and pepper), and potato tuber periderm were investigated. The roles of cuticular components (waxes, cutin, cutan and sugar) on sorption of chlorophenols are quantitatively compared. Cutin and waxes govern the sorption capacity of bulk apple cuticle by hydrophobic interactions. Potato periderm with highest sugar content exhibits the lowest sorption capability for the chlorophenols. With the increase of hydrophobicity (i.e., K_ow ) of sorbate, the relative contribution of lipophilic components (wax, cutin and cutan) on total sorption increases, however, the ratios of K_oc to K_ow decreases due to increasing ionization degree of sorbates.     

表面活性剂改性沸石对水中酚类化合物吸附性能研究

使用表面活性剂对2种粉煤灰合成沸石进行改性处理,研究改性沸石对酚类化合物（苯酚、对氯酚和双酚A）的吸附特性.吸附试验结果表明,合成沸石经过阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵改性后,对酚类化合物的吸附性能均有大幅提升,吸附等温线模型均较符合Langmuir模型.2种改性沸石对酚类化合物（苯酚、对氯酚和双酚A）的Langmuir理论最大吸附量分别可达37.7、52.36、90.9 mg.g-1和10.71、22.83、56.8 mg.g-1.当溶液pH值高于酚类化合物的解离系数pKa时,吸附效果随pH升高而增加.结果还表明,酚类化合物的疏水性（辛醇/水分配系数Kow）越强,改性沸石的吸附能力也越高.     

珠江三角洲表层水中多环芳烃的季节分布、来源和原位分配

分别于2011年4月(春季)和2011年9月(夏季)采集珠江广州河段及东江东莞河段表层水体样品,对该区域表层水体中优控多环芳烃(PAHs)的时空分布、固液分配及其来源进行了分析和讨论.结果表明,珠江广州河段及东江东莞河段表层水体中多环芳烃浓度春季高于夏季.藻类有机碳是该水环境有机碳的主要成分.溶解有机碳(DOC)、颗粒态有机碳(POC)以及叶绿素a(Chl a)含量是控制水体PAHs浓度的主要因素,说明水环境的富营养化程度可以通过增长的浮游生物量来影响多环芳烃的生物地球化学过程,继而影响其环境行为和归宿.多环芳烃在水/颗粒物间的有机碳归一化分配系数(log Koc)与辛醇/水分配系数(log Kow)间存在明显的线性关系,其斜率是夏季大于春季,可能与多环芳烃的非平衡吸附有关.多环芳烃同系物比值法和主成分分析(PCA)的结果表明,研究区域水体中PAHs主要来源于石化燃料、煤和生物质的混合燃烧,并且PAHs的来源未体现出明显的季节变化.通过本研究我们能够比较全面的了解该流域多环芳烃的时空分布状况,固液分配及其可能的来源,并且为珠江广州河段及东江东莞河段多环芳烃污染的控制和生态风险评价提供科学依据.     

卤代苯化合物水溶解度及正辛醇/水分配系数的三维构效关系研究

对卤代苯化合物的水溶解度(-lg Sw)和正辛醇/水分配系数(lg Kow)分别进行了基于三维结构的比较分子场(Co MFA)和比较分子相似性指数(Co MSIA)分析,建立了三维定量结构-性质相关(3D-QSPR)模型,并将所获结果与密度泛函理论(DFT)方法得到的2D-QSPR模型进行了比较.结果表明:-lg Sw的Co MFA和Co MSIA模型交叉验证相关系数Q2分别为0.902和0.940,决定系数R2分别为0.982和0.986,模型稳定性和估算能力较好;lg Kow的Co MFA和Co MSIA模型Q2分别为0.926和0.988,R2分别为0.983和0.997;本研究所建的3D-QSPR模型的估算能力优于2D-QSPR模型;Co MFA和Co MSIA模型三维等势图表明,取代基的疏水效应对该类化合物的水溶解性能及正辛醇/水分配系数的影响更为显著,立体效应次之,静电场效应影响较小.     

多环芳烃在长江口滨岸颗粒物-水相间的分配

利用长江口滨岸水环境中颗粒相与溶解相多环芳烃的实测浓度,获取了多环芳烃化合物在颗粒物-水相间的分配系数K_p.结果表明,分配系数K_p值在507～10 179 L/kg之间,枯季高于洪季,随多环芳烃环数的增加而增大;K_oc值与辛醇-水分配系数K_ow之间存在较好的线性自由能关系（枯季R²＝0.82,洪季R²＝0.68）,推断出长江口滨岸颗粒物亲脂性较差,对多环芳烃的吸收能力相对较弱.长江口滨岸各采样点多环芳烃化合物的lgK_oc值均超过了经典平衡分配模型的预测值上限,多环芳烃两相分配行为不受颗粒物浓度、粒径及上覆水盐度、溶解态有机碳的控制（R²<0.1）,表现出主要受POC及非均一性混合物PSC共同影响的特点;扩展后的含PSC相的颗粒物-水相分配模型较为准确地模拟了lgK_ow<6的多环芳烃化合物野外原位分配过程.     

芳香族化合物在XAD-4上吸附机理的研究

通过批量吸附实验考查了7种芳香族化合物在XAD-4上的吸附热力学行为.结果表明,在实验条件下,Freundlich方程能很好地拟合这7种化合物在XAD-4上的等温吸附数据,且都为优惠吸附,吸附能力均随着温度的升高而降低.结合7种化合物的分子结构描述符和Freundlich方程的吸附平衡常数,建立了QSPR模型,较高的可决系数R2(0.991)、去一法交互检验可决系数R2CV(0.985)和外部预测集交互检验系数Q2ext(0.994)表明,该模型具有较高的稳定性能和预测能力.模型结果表明,水杨酸等7种芳香族化合物在XAD-4上的Freundlich吸附平衡常数与溶质疏水性能呈正比关系,与温度、溶质分子极性和溶质分子的氢键酸度常数呈反比关系.     

多环芳烃在岩溶地下河表层沉积物-水相的分配

利用实测老龙洞地下河水中和沉积物中多环芳烃(polycyclic aromatic hydrocarbons,PAHs)的实际浓度,获取了溶解相-沉积物中PAHs的分配系数Kp值.研究了老龙洞地下河PAHs在水相和沉积物中的质量浓度变化及其在水相和沉积物间的分配.研究结果表明水相和沉积物中PAHs质量浓度分别为81.5~8 089 ng·L-1,平均值(1 439±2 248)ng·L-1和58.2~1 051 ng·g-1,平均值(367.9±342.6)ng·g-1;PAHs组成均以2~3环为主,但沉积物中明显富集高环PAHs.沉积物-水相Kp值分布在55.74~46 067 L·kg-1范围内,随PAHs环数的增加而增大.沉积物-水相中实测的有机碳分配系数(lg Koc)大部分高于预测值上限,PAHs强烈吸附在沉积物上.lg Koc与正辛醇-水分配系数(lg Kow)呈较好的线性自由能关系(R2=0.75),但其斜率小于1,推测地下河沉积物对PAHs化合物的吸收能力较差.     

Removal of polycyclic aromatic hydrocarbons from aqueous solution by raw and modified plant residue materials as biosorbents

Removal of polycyclic aromatic hydrocarbons （PAHs）, e.g., naphthalene, acenaphthene, phenanthrene and pyrene, from aqueous solution by raw and modified plant residues was investigated to develop low cost biosorbents for organic pollutant abatement. Bamboo wood, pine wood, pine needles and pine bark were selected as plant residues, and acid hydrolysis was used as an easily modification method. The raw and modified biosorbents were characterized by elemental analysis, Fourier transform infrared spectroscopy and scanning electron microscopy. The sorption isotherms of PAHs to raw biosorbents were apparently linear, and were dominated by a partitioning process. In comparison, the isotherms of the hydrolyzed biosorbents displayed nonlinearity, which was controlled by partitioning and the specific interaction mechanism. The sorpfion kinetic curves of PAHs to the raw and modified plant residues fit well with the pseudo second-order kinetics model. The sorption rates were faster for the raw biosorbents than the corresponding hydrolyzed biosorbents, which was attributed to the latter having more condensed domains （i.e., exposed aromatic core）. By the consumption of the amorphous cellulose component under acid hydrolysis, the sorption capability of the hydrolyzed biosorbents was notably enhanced, i.e., 6-18 fold for phenanthrene, 6-8 fold for naphthalene and pyrene and 5-8 fold for acenaphthene. The sorpfion coefficients （Kd） were negatively correlated with the polarity index [（O＋N）/C], and positively correlated with the aromaticity of the biosorbents. For a given biosorbent, a positive linear correlation between logKoc and logKow for different PAHs was observed. Interestingly, the linear plots of logKoc-logKow were parallel for different biosorbents. These observations suggest that the raw and modified plant residues have great potential as biosorbents to remove PAHs from wastewater.     

Removal of polycyclic aromatic hydrocarbons and phenols from coking wastewater by simultaneously synthesized organobentonite in a one-step process

The optimal condition for a one-step process removing organic compounds from coking wastewater by simultaneously synthesized organobentonite as a pretreatment was investigated. Results showed that sorption of organic compounds by organobentonite was positively correlated to the cation surfactant exchange on the bentonite and the octanol-water partition coefficient (K_ow) of the solutes. With 0.75 g/L bentonite and 180 mg/L (60% of bentonite cation exchange capacity) cetyltrimethylammonium bromide, the removal efficiencies of the 16 polycyclic aromatic hydrocarbon (PAHs) specified by the US Environmental Protection Agency in coking wastewater except naphthalene were more than 90%, and that of benzo(a)pyrene was 99.5%. At the same time, the removal efficiencies of COD_Cr, NH₃-N, volatile phenols, colour and turbidity were 28.6%, 13.2%, 8.9%, 55% and 84.3%, respectively, and the ratio of BOD₅/COD_Cr increased from 0.31 to 0.41. These results indicated that the one-step process had high removal efficiency for toxic and refractory hydrophobic organic compounds, and could improve the biodegradability of the coking wastewater. Therefore it could be a promising technology for the pretreatment of toxic and refractory organic wastewater.     

醋酸纤维素吸附剂的制备及其性能表征

研究开发了1种球形醋酸纤维素吸附剂,对其制备方法、形态结构及其对水中4种有机氯农药的吸附性能进行了研究.扫描电镜结果表明,所制备醋酸纤维素吸附剂的外表面是一层致密的醋酸纤维素膜,内部为网状结构;对水中狄氏剂、艾氏剂、异狄氏剂、七氯4种有机氯农药有较强的吸附能力,12h后去除率均达到85%以上;并且对正辛醇-水分配系数(lgK_ow)较大的有机物具有更快的吸附速度,对七氯、艾氏剂的去除率在0·5h后可达99%.说明该吸附剂对水中亲脂性的有机物具有较高的吸附效能.