基于级分差异的胡敏酸对Hg2+的还原机理

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天然湖泊根据其自然演变过程大致分为硅酸盐-碳酸盐、氯化物-硫酸盐以及硫酸盐-氯化物水阶段,而在不同类型水体中不同级分胡敏酸(Humic acid,HA)对Hg2+的非生物还原过程机制还未全完探明。本文以连续碱提取法获得的乌梁素海不同级分HA为基础,以不同级分HA在不同环境条件(不同pH、不同离子类型与强度)下对Hg2+的还原过程研究为主线,结合元素分析、傅里叶红外光谱以及三维荧光等表征手段分析还原过程,以期为湖泊生态系统中Hg污染的防控提供理论依据。主要结论如下:(1)不同级分HA对Hg2+还原率随着水体离子环境的自然演变过程(1型向2型和3型转变)逐渐降低。在湖泊水体自然演变过程中,逐渐增大的阳离子浓度会屏蔽HA的负电荷,从而阻碍Hg2+与HA中还原位点结合;而阴离子浓度的增加和类型的改变会增强其与Hg2+的络合程度,导致其与HA中还原位点竞争水体中的Hg2+。结果表明,随着天然湖泊水体自然演变过程的加快,由水相进入气相的Hg元素越来越少,其Hg污染风险逐渐加大。(2)对反应前后傅里叶红外光谱分析表明,不同级分HA中酚羟基和羧基的红外特征峰面积变化量与Hg2+的还原率具有良好的相关性;对反应前后的三维荧光光谱分析得出,酚羟基很可能是荧光峰A的发色团,羧基是荧光峰B的发色团,且两个荧光峰均在反应后发生了荧光猝灭。两种表征手段均显示出酚羟基和羧基在HA对Hg2+的还原过程中起到了重要作用。(3)相关性分析得出,HA中的巯基会抑制HA对Hg2+的还原,Hg2+除可直接与巯基形成强络合化合物,Hg2+被HA还原成Hg0后,部分Hg0会被吸附在巯基上,进而通过电子传导作用被再次氧化成Hg2+,进而与巯基形成强络合物。强络合物会阻碍HA中其它还原位点与Hg2+的结合,降低HA对Hg2+的还原率;相关性分析同时表明酚羟基和羧基均在HA对Hg2+的还原过程中起正向促进作用。(4)随着体系pH上升,不同级分HA对Hg2+的还原率增大,体系pH上升会使HA分子逐渐舒展打开并增大还原点位与Hg2+的接触机会。本研究成果为进一步深化理解天然湖泊自然演变过程中水环境内HA对Hg2+的非生物还原过程机制积累了基础资料,对湖泊水体Hg污染的防治具有一定意义。
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