基本信息
- 项目名称：
- 天然水体中腐殖酸对阿特拉津光解行为的影响研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 腐殖酸能够吸收太阳光跃迁到激发态，引发一系列的自由基反应，从而产生活性物种•OH、1O2、e–(aq)等，这些活性物种对污染物在天然水体中的迁移转化规律和归宿有重要影响。 本文从活性自由基的产生和铁循环的发生两个层面共同揭示了阿特拉津在腐殖酸、铁共存光照体系中的降解机理，为丰富和发展环境化学中光解过程理论做出了一定贡献，对正确认识持久性有毒污染物的生态风险性具有指导意义。
- 详细介绍：
- 腐殖类物质是一类分布很广的的有机物质，它大量存在于土壤、底泥、湖泊、河流以及海洋中，分子量从几千到几十万不等。由于腐殖酸在腐殖物质中的比例较大，所以关于其在环境中迁移转化行为的研究较多，尤其是腐殖酸的光化学行为。作为自然水体系统中最主要的吸光物质，腐殖酸的光化学行为一直是国内外学者的研究热点。对腐殖酸光化学性质的探索，一方面认为它本身可以光解，另一方面认为它是一种光敏剂。腐殖酸含有多种官能团，如羧基、酚羟基、羰基等，这使得腐殖酸对许多金属离子都具有非常强的络合能力。而天然水体中的铁元素又非常丰富，所以当腐殖酸和铁离子络合在一起后，必然会潜在的影响共存系统中环境污染物的迁移转化行为 光解是有机污染物在天然水体中非生物转化的重要过程之一。辐射到地球表面的太阳光是一个连续光谱，其中对天然水体中有机污染物降解起决定作用的是波长在290–400 nm的紫外光 [1]，仅占太阳光谱5%的紫外光才有可能引起污染物的直接光解。在天然水体中，光依赖直接光解是不现实的，最普遍存在的其实是间接光解过程，因为这一过程可以使原来不能发生光解的化合物发生化学变化。因此间接光解是那些不易生物降解的有机污染物在自然环境中消失的一个主要途径。 除草剂阿特拉津是世界范围内应用最为广泛的除草剂之一，由于阿特拉津在环境中相对稳定且具有较高的渗透性，在地表水和饮用水中经常被检测到，是一种内分泌干扰剂。鉴于它的毒性，同时考虑到阿特拉津应用多年后对地下水的污染，及阿特拉津和它的代谢物对人体健康和生态环境的影响，非常有必要加强对此化合物及其降解产物在自然环境条件下迁移转化行为的研究。本实验研究了天然水体中普遍存在的腐殖酸和铁对阿特拉津光降解的影响，从活性自由基的产生和铁循环的发生两个层面共同揭示阿特拉津在光照体系中的降解机理。
作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 复制酸和铁元素是天然水体中的重要成分，对环境中难降解有机污染物的迁移转化具有重要影响。光解是污染物在环境水体中经历的重要过程之一。因此，为了了解腐殖酸的环境行为及对地表水中典型有机污染物光解的影响规律，以水体中典型有毒污染物阿特拉津为目标污染物，开展了腐殖酸与铁的络合物对阿特拉津的光降解作用研究。
科学性、先进性及独特之处
- 关于持久性有毒物质光解行为的研究已有许多报道。但迄今的研究忽略了地表水中的腐殖酸及其与铁络合物对污染物光解的作用，或者虽然部分研究涉及腐殖酸的影响，但忽略了从机理上的有利解释。针对这一问题，本论文首先进行了腐殖酸与铁的络合物对阿特拉津光降解的影响作用研究，然后从活性自由基的产生和铁循环的发生两个层面共同揭示了阿特拉津在腐殖酸、铁共存光照体系中的降解机理。
应用价值和现实意义
- 自20世纪七八十年代，就有报道指出天然水体中的吸光物质和太阳光的相互作用能产生活性物种。这些活性物种对天然水体系统中的光化学反应、氧化还原反应有重要作用，是影响着水体中有机污染物的迁移、转化、环境归宿及生态效应的重要因素。本项研究为从本质上掌握天然地表水中难降解有机污染物的光解行为具有指导作用，尤其是对深入了解和认识腐殖酸这样一种重要的天然水组分和铁的络合物对光解行为的作用具有重要的意义
学术论文摘要
- 采用氙灯进行太阳光的模拟，在Fe(III)和腐殖酸与Fe(III)络合物的溶液（pH 6.1）中，阿特拉津的光解速率常数（k）分别为0.0307 h–1、0.0784 h–1，二者共存体系达到了Fe(III)单独存在时的2.6倍。分别测定了这两个过程中生成的Fe(II)和H2O2的浓度，结果发现HA–Fe(III)络合物的存在明显提高了反应体系中H2O2和Fe(II)的浓度，从而生成更多的羟基自由基(•OH)，加大了阿特拉津的光解速率。氙灯照射下，腐殖酸和铁的络合物引发•OH生成是阿特拉津光降解的主要原因。
获奖情况
- 1.阙丽华，马丽娟，丁蕾，陈琳. 天然水体中阿特拉津的光解行为初探. 大连民族学院学报，2012年第3期.(文章已有接收函) 2.欧晓霞，何小慧，杨名，刘靖，李聪. 腐殖酸的光化学行为研究进展. 安徽农业科学. 2010, 38(20): 10809-10810. (中文核心期刊)
鉴定结果
- 论文发表属实
参考文献
- [1]太阳光对湖泊中有机污染物降解的研究进展[J]. 环境污染治理技术与设备, 2003, 4(8): 13.[2]Decomposition of water and aqueous solutions under mixed fast neutron and gamma radiation [J]. J. Chem. Phys, 1952, 56:575.
同类课题研究水平概述
- 腐殖酸作为天然水体中重要的吸光物质，其研究内容涉及水体中典型有机污染物的降解机理以及活性物种的反应历程。腐殖酸能够吸收太阳光跃迁到激发态，引发一系列的自由基反应，从而产生活性物种•OH、1O2、e–(aq)等，这些活性物种对污染物在天然水体中的迁移转化规律和归宿有重要影响。 Vialaton[1]等研究了腐殖质对4–氯–2–甲基酚光分解的影响，发现腐殖质对污染物的光分解明显起到敏化作用，光激发腐殖质产生的活性物种（•OH）攻击苯环上的酚基，目标物质发生开环反应。腐殖酸对胺菊酯敏化作用显著，随着腐殖酸浓度的增加，敏化作用迅速增强[2]。 自然水体中广泛存在的腐殖类物质对有机污染物的光解有明显的促进作用，主要原因是腐殖酸的光敏化作用，吸光后可以引发一系列的自由基反应，从而降解目标污染物。然而，也有一些报道认为腐殖酸的存在对有机污染物的光降解起到抑制作用。 利用253.7 nm的紫外光在pH 7.0的溶液中进行异丙甲草胺的光解实验，结果表明异丙甲草胺的光解速度被富里酸延缓1倍[3]。Villaverde等人[4]考察了腐殖酸对norflurazon光降解的影响，光源为氙灯，实验发现腐殖酸加入后哒草伏的半衰期由10.6 h增加到29.2 h。 腐殖酸的光化学行为很复杂，本身可以发生光降解，而且还可以发生光敏化反应，生成一系列自由基。很多研究学者都在探索腐殖酸对有机污染物光解的促进作用或抑制作用由什么决定。可是腐殖酸是一类性质和结构非常复杂的物质，其组成和结构随着来源和产地不同而发生变化，所以腐殖酸的结构与其光化学活性之间的关系是未来重要的研究方向之一。
