碳纳米管对残留有滴滴涕(DDT)和六六六(HCH)的洞庭湖底泥的原位修复效果的研究

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退耕还林工程之前,有机氯农药在中国被大面积使用,DDTs和HCHs在农业生产领域被广泛应用于防治病虫灾害,由于DDTs和HCHs具有很强的生物富集性和难降解性,即使在大规模禁止使用的几十年后,洞庭湖底泥中仍然存在残余的DDTs和HCHs,这些残留的农药对人体和其余生物以及整个生态系统造成了很大的危害[1]。碳纳米管(CNTs)因其对疏水性有机污染物的吸附能力强而被认为是一种很有前景的材料。碳纳米管具有很大的比表面积,这使得它在很多领域尤其是吸附领域被广泛应用。本研究提出了一种原位修复技术,即用多壁和单壁碳纳米管去处理洞庭湖底泥中残余DDT和HCH,抑制DDT和HCH从底泥中释放出来。实验测得干泥的背景值中的DDTs为4.99 ng/g,然而,总的HCHs未检测到,低于最小的检测线。为了更清晰地对比碳纳米管的修复效果,本研究中,一定量的DDT和HCH的标准品被人工加入洞庭湖底泥样品中。本论文中,不同浓度(0.058,0.145 and 0.29wt%)的单壁和多壁碳纳米管被用于处理洞庭湖底泥中残留的DDT和HCH。处理的效果用水溶液平衡实验和半透膜实验来评价。此外,本论文还研究了脱附动力学实验和静置通量实验。结果表明:DDTs和HCHs均会从洞庭湖底泥中释放,p,p’-DDT相对于其余DDT来说较难脱附,α-HCH相对于其余HCH来说更不容易从底泥中释放出来。碳纳米管对洞庭湖底泥中DDT和HCH有较好的处理效果并且单壁碳纳米管由于其更大的比表面积比多壁碳纳米管修复效果更好,修复效果效果主要取决于碳纳米管的种类,剂量和作用时间,并且随着剂量的增大和作用时间的增长修复效果也越来越好。在较好的条件下,比如用0.29 wt%的单壁碳纳米管来修复时,碳纳米管对DDT和HCH都有着非常好的抑制效果。此外,用0.29 wt%的碳纳米管来修复底泥时,即使在相对较短的时间(1个月)里也能起到很好的效果,并且相对低剂量(0.058 wt%)的碳纳米管只要有足够的作用时间(4个月)也能达到同样好的修复效果,这或许对碳纳米管用于底泥原位修复时综合考量成本时间和效果有一定的借鉴意义。此外,碳纳米管与底泥混合或者碳纳米管覆盖在底泥的表面均被证明对洞庭湖底泥的修复具有很好的效果。碳纳米管修复底泥是一种具有前景的原位修复技术。
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