复合环境因素对富勒烯纳米颗粒(nC60)理化特性与吸附性能影响的研究

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随着C60的深入研究和广泛使用,使其不可避免的进入到环境中,尤其是C60进入水体环境中后可以通过各种作用形成稳定的nC60胶体。nC60胶体的环境行为受到了广泛的关注,学者在其理化特性、生物毒性、迁移转化等多方面的研究取得了很多有价值的成果。遗憾的是,目前的研究多集中在在单一环境因素对nC60胶体特性影响的研究,很少有研究涉及复合环境因素的影响。基于此,本文重点研究了pH值和腐植酸的共同作用对nC60胶体理化特性和吸附性能的影响,以求揭示复杂环境条件下nC60胶体的环境行为。  本文通过四氢呋喃的溶剂交换法制备了研究中涉及的nC60胶体,作为对比,首先进行了pH值对胶体理化特性及吸附性能影响的研究,之后重点研究了pH值和腐植酸共同作用对胶体理化特性与吸附性能的影响。通过相对疏水指数、粒径分布、光谱扫描及透射电镜扫描等手段研究了胶体的理化特性,以1,2,4,5-四氯苯为目标污染物研究了胶体的吸附性能,并对不同nC60胶体理化特性和吸附性能差异产生的原因进行了分析。  本研究的结果表明,随着pH值的增加,胶体溶液中C60的浓度增加,胶体的疏水性减弱,胶体颗粒的粒径减小,胶体表面的负电荷增加,胶体的结构变得更为紧密。pH值和腐植酸的共同作用与pH值单独作用的不同表现为:利于低pH值nC60胶体的形成;使胶体的疏水性增加,但胶体总体上仍然具有很强的亲水性。研究通过计算证实,nC60胶体溶液在可见光处肩峰的出现源于C60晶体结构的形成。本研究首次发现在腐植酸存在的体系中,胶体的粒径与其特征吸收波长依然具有很好的线性关系,可以通过胶体的特征吸收波长来预测胶体的粒径。  Freundlich吸附模型都能很好地拟合污染物在nC60胶体上的吸附,且吸附是非线性的。随着pH值的增加,胶体对污染物的吸附能力减弱,造成吸附减弱的原因主要是胶体表面疏水性的减弱以及胶体结构紧密性的增强。pH值和腐植酸共同作用对nC60胶体吸附污染物的影响主要源于pH值会影响腐植酸的结构,结构差异的腐植酸会诱导结构具有差异的nC60胶体的形成。具体表现为:小分子量的腐植酸会堵塞nC60的孔结构,抑制污染物的吸附;大分子量、芳环结构压缩的腐植酸可以作为模板,利于胶体孔结构的形成,从而促进污染物的吸附。腐植酸结构的这种效应与其浓度有关,浓度越高污染物吸附的抑制或促进效应越明显。  本研究采用微耗损固相微萃取技术测定了nC60胶体溶液中污染物的自由溶解态浓度,克服了nC60胶体溶液中污染物液相浓度测定的难题。
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