土壤中疏水性有机污染物低温热脱附过程的气相色谱法研究

论文摘要

近年来,低温热脱附（150-315℃）技术已广泛用于挥发性有机污染物（VOCs）和半挥发性有机污染物（SVOCs）污染土壤的修复。尽管在热脱附机理研究方面已经取得了一定的进展,但仍然存在一些需解决的问题,如（1）不同的土壤/污染物系统热处理的实验信息,（2）热脱附过程中溶质传递的过程及热力学属性,以及（3）操作条件对热脱附速率和效率的影响等。污染物在土壤中热脱附过程实际上是在加热和有载气流条件下溶质（污染物）在土壤颗粒内部和颗粒间的扩散和迁移过程,其溶质在土壤颗粒的传递过程与气-固色谱的分离过程是相似的。基于此,我们发展了一种模拟疏水性有机污染物在土壤颗粒间热脱附迁移的新方法——土壤柱气相色谱法,并将此方法用于土壤中疏水性有机污染物的热脱附动力学、热力学和分子作用机制的研究,以及疏水性有机污染物的土壤有机碳分配系数（Koc）值的预测。首先,以16种芳香烃类化合物为供试溶质,将容量因子（k’）和拖尾因子（Tf）分别作为热脱附速率和热脱附效率的量度,研究了它们在土壤上的热脱附特征,结果表明,有机污染物在土壤上的慢脱附动力学过程符合双常数方程;并且随温度的升高k’和Tf均呈直线降低。其次,运用线性溶剂化能（LSER）方法,从分子作用力水平上对土壤-有机物间的分子间作用力进行了定量表征。结果发现,范德华力和氢键受体碱性是控制有机污染物在土壤上吸着的主要作用力。同时采用LSER评价了有机物-土壤吸附介质间的分子作用力特征。最后,采用不同土壤气相色谱柱上的保留参数作为分子描述符预测了Koc值,并将结果与对单柱色谱法获得的结果进行比较。结果表明,传统的单柱气相色谱保留参数一般适用于结构类型相似的化合物的理化参数预测,而多柱多参数的气相色谱法包含了可以描述不同分子间作用力的不同色谱保留参数,比单柱方法具有更高的预测精度。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 污染物与土壤的作用模式
• 1.2.1 离子键
• 1.2.2 共价键
• 1.2.3 氢键
• 1.2.4 电荷转移
• 1.2.5 范德华力
• 1.2.6 电荷-偶极和偶极-偶极作用
• 1.3 有机污染物在土壤上吸附/脱附的影响因素
• 1.3.1 土壤特性
• 1.3.2 环境温度
• 1.3.3 有机污染物性质
• 1.4 吸附/脱附动力学模型
• 1.5 吸附/脱附机理
• 1.5.1 土壤吸附污染物的过程
• 1.5.2 有机质扩散机理
• 1.5.3 微孔吸附延迟机理
• 1.5.4 不可逆吸附
• 1.6 吸附/脱附研究方法
• 1.6.1 测定方法
• 1.6.2 定量结构-活性相关关系法（QSARs）
• 1.7 本论文的选题思路
• 参考文献
• 第2章 土壤中疏水性有机污染物热脱附的动力学和热力学特征
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 仪器与试剂
• 2.2.2 实验方法与条件
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 土壤有机污染物的热脱附曲线
• 2.3.2 有机污染物慢脱附的动力学方程
• 2.3.3 温度对热脱附速率和效率的影响
• 结论
• 参考文献
• 第3章 低温热脱附过程中土壤-有机化合物相互作用力表征
• 3.1 引言
• 3.2 方法
• 3.3 实验部分
• 3.3.1 仪器与试剂
• 3.3.2 碳黑-黏土矿物复合体（M-BCC）的制备
• 3.3.3 土壤柱气相色谱实验
• 3.4 结果与讨论
• 3.4.1 有机污染物在土壤柱上的保留因子与LSER参数间的关联
• 3.4.2 保留因子与logKow间的关联关系
• 3.4.3 保留因子与logKoa间的关联关系
• 3.4.4 土壤-有机化合物间的分子间作用力
• 3.4.5 有机污染物在土壤上吸附所涉及到的分子间作用力
• 结论
• 参考文献
• 第4章 土壤柱气相色谱法预测疏水性有机污染物的Koc值
• 4.1 引言
• 4.2 理论与方法
• 4.3 土壤柱气相色谱法预测Koc
• 4.3.1 实验部分
• 4.3.2 结果与讨论
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间公开发表论文
• 致谢
• 研究生履历