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生物质碳是生物质在缺氧条件下热解产生的含碳物质,其作为环境友好的潜在工程吸附剂成为当前环境科学的研究热点之一。但是由于生物质碳通常由碳化和未碳化有机质组分构成,目前生物质碳对有机污染物的吸附机制还不十分清楚。因此,研究生物质碳的物理和化学结构特征与其吸附有机污染物特性和机制之间的关系,有助于准确预测和客观评价生物质碳对有机污染物迁移、转化和生物有效性的影响,同时比较分析生物质碳、土壤和沉积物吸附有机污染物的特性可以为应用生物质碳为工程吸附剂来控制和修复有机污染物提供科学依据。 本研究采用批平衡实验方法,研究了两种除草剂西玛津(内分泌干扰物)和甲磺隆(具有神经毒性)以及一种抗生素四环素在玉米秸秆来源生物质碳(热解温度为100~600℃,相应地记作CS100~CS600)、土壤和沉积物(京津地区)上的吸附特性,同时还研究了除草剂与抗生素共存情况下在生物质碳上的吸附行为和相互作用规律。主要结论如下: 随着热解温度升高,生物质碳的脂肪C减少,芳香C增多;碳化程度增强(H/C原子比减小),比表面积增大;极性官能团减少,疏水性增强。生物质碳吸附西玛津和甲磺隆的机制随着生物质碳热解温度的升高从分配作用为主逐渐过渡到以表面吸附作用为主,而CS100~CS600对四环素的吸附均为非线性的表面吸附机制。西玛津的logKoc与H/C原子比呈显著的负相关,而甲磺隆和四环素的log Koc与H/C原子比之间没有显著的相关性。在300℃以上热解温度下产生的生物质碳吸附这三种污染物能力大小为西玛津>四环素>甲磺隆,这归因于三种化合物理化性质的差别,因为较高温度下产生的生物质碳疏水性较强,所以对疏水性强的有机物具有更强的吸附能力。 土壤和沉积物吸附这三种污染物的能力大小为四环素>西玛津>甲磺隆。可见,四环素比这两种除草剂更容易被土壤和沉积物吸附。甲磺隆在这些土壤和沉积物中具有高的迁移性(Koc<50 L/kg),容易污染地表水和地下水。 较高温度下(500℃以上)产生的玉米秸秆来源生物质碳吸附西玛津和甲磺隆的能力比土壤和沉积物大1个数量级以上,所以这些生物质碳施加到土壤和沉积物中可能会很好的保留西玛津和甲磺隆,降低它们向地表水和地下水中迁移的可能性。但是土壤和沉积物吸附四环素能力比生物质碳吸附四环素的能力高1个数量级以上,这可能是因为四环素更容易与粘土矿物结合的原因,所以生物质碳可能不能够较好地修复这一地区的四环素类抗生素污染。 当除草剂与抗生素共存情况下,生物质碳,特别是较高温度下产生的生物质碳,对四环素和两种除草剂的吸附能力都显著降低,并且四环素与西玛津之间的竞争吸附强于四环素与甲磺隆之间的竞争吸附。由此可见,当有共存污染物四环素存在情况下,生物质碳作为工程吸附剂来修复除草剂污染土壤和沉积物的可行性大大降低。