单一和复合体系中天然胶体和碳纳米管吸附雌二醇的研究

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由于内分泌干扰物在天然水体中检出率高、对人和动物内分泌系统的干扰较大而受到越来越多的关注,其中雌二醇是雌激素活性最强的天然内分泌干扰物。天然胶体普遍存在于地表水环境中,是有机污染物和微量金属的重要载体。碳纳米管由于其独特的物理化学性能应用广泛,在大规模的生产和使用过程中会不可避免地释放到环境中。释放到水体的碳纳米管必然会与水体中的天然胶体和有机污染物发生相互作用,从而影响碳纳米管的性质、污染物迁移转化规律及最终归宿。目前国内外对天然环境中碳纳米管吸附有机污染物的研究很多,但大多采用市售或实验室自制有机质配水来模拟天然水体中的有机胶体,很少有直接采用天然水样进行研究。  本研究采集了六种水样的水样,通过错流过滤的方法分离水样中的天然胶体(C)和水溶液(D)。本研究以天然胶体和碳纳米管为吸附剂,以雌二醇为目标污染物,分别探讨了在胶体单一吸附剂体系、碳纳米管单一吸附剂体系和胶体-碳纳米管复合吸附剂体系中胶体或/和碳纳米管对雌二醇的吸附,分析了胶体-碳纳米管复合吸附剂体系中胶体对碳纳米管吸附雌二醇的影响。主要研究结论如下:  (1)在胶体单一吸附剂体系中,雌二醇在胶体上的吸附曲线符合线性和Freundlich等温吸附曲线(R2>0.80)。线性等温吸附曲线的分配系数(Kd)与胶体有机碳含量无关,表明胶体物理化学性质在雌二醇的吸附中起了重要的作用。雌二醇在胶体上吸附的标化分配系数(Koc)与C溶液的疏水性明显正相关(p=0.038),表明天然胶体对雌二醇吸附的主要吸附机理是疏水作用。  (2)在碳纳米管单一吸附剂体系中,雌二醇在碳纳米管上的吸附曲线符合线性和Freundlich等温吸附曲线(R2>0.90)。Kd值与D溶液三维荧光光谱两个特征峰F1(Ex/Em=235-250 nm/400-450 nm)和F2(Ex/Em=300-330 nm/390-420 nm)的荧光强度明显负相关(p<0.02),与碳纳米管zeta电位明显正相关性(p<0.02),表明D溶液中可溶性有机物(DOM)的含量和性质、碳纳米管表面电荷对碳纳米管吸附雌二醇有重要影响。  (3)在胶体-碳纳米管复合吸附剂体系中,雌二醇在碳纳米管上的吸附符合线性和Freundlich等温吸附曲线(R2>0.80)。Kd值与胶体含量、F1、F2、TOC、电导率和碳纳米管的zeta电位等多种因素有关。不同水样中胶体对碳纳米管吸附雌二醇的影响不同:促进、抑制或没有影响,这主要取决于水样中胶体与碳纳米管的相互作用。当碳纳米管与胶体聚集程度较强时,胶体与雌二醇竞争了碳纳米管的吸附位点,从而抑制了碳纳米管对雌二醇的吸附;当碳纳米管与胶体聚集程度较弱时,胶体也可以提供吸附雌二醇的位点,从而促进了碳纳米管对雌二醇的吸附。  本研究对了解碳纳米管在天然水体中的环境行为具有重要意义,有助于对碳纳米管进入天然水体后的复杂体系进行风险评估,进而制定相应的治理措施和政策标准。
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