溶解有机物光降解过程中数均分子量及其相关参数的变化

论文摘要

海洋中的溶解有机物(Dissolved Organic Matter,DOM)不仅能够结合粘土颗粒,而且也能结合对环境和生态有重要影响的重金属离子和有机污染物,从而改变它们的迁移、生物可利用性和毒性。DOM具有显著的光化学活性,其光降解不仅可产生具有环境和生物学意义的降解产物(如CO、CO2、NH3、CH4、甲醛、乙醛等),而且可以改变DOM本身的化学组成和结构,从而引起DOM与污染物之间结合能力的改变。因此,DOM的光化学降解一方面在碳、氮等生源要素的生物地球化学循环中扮演着非常重要的角色,另一方面也是影响其本身和其它污染物的环境生态效应的重要过程。本论文以美国Suwannee河NOM为研究对象,通过实验室模拟太阳光照射条件,研究了DOM在光降解过程中相关参数(介质pH、A320、DOC浓度)及DOM数均分子量的变化,考察了环境参数(光照强度、溶液介质、温度、溶解氧和铜离子浓度)的影响。主要结论和认识如下:1、光照强度提高导致DOM光解加速,结果是介质pH、A320、DOC浓度和数均分子量下降更快;部分难降解DOM只有在光强较高时才能被降解,其存在导致光降解后期数均分子量的下降趋势变缓。2、DOM光降解过程中酸性中间产物的生成总体上导致体系pH降低,但由于海水是天然缓冲体系,其pH影响不大;天然海水本身所含物质(特别是光活性物质)和溶液介质效应共同作用的结果,导致天然海水体系DOM光降解过程中DOC浓度和数均分子量下降最快最显著,而A320下降较慢。3、在所考察范围内,温度对DOM降解速率影响不大,对DOC浓度和DOM数均分子量的下降影响很小;但有可能改变反应途径,导致低温下酸性中间产物难于进一步降解,从而使介质pH和A320下降幅度反而更大。4、溶解氧浓度越高,介质pH、A320、DOC浓度和DOM数均分子量的下降越快,降解后期影响尤其更大,表明光氧化是DOM降解的重要途径,其速率要高于直接光解的。5、由于与铜离子一同加入的硝酸根离子对DOM光解具有促进作用,且铜离子不仅与DOM而且与降解过程中生成的小分子有机酸发生络合(或螯合)作用,因此虽然pH、A320和DOC下降更显著,但DOM数均分子量的下降趋势却变缓。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 0 前言
• 1 文献综述
• 1.1 溶解有机物概述
• 1.1.1 溶解有机物的定义及分类
• 1.1.2 溶解有机物的来源及组成
• 1.2 溶解有机物的结构与性质
• 1.2.1 DOM 的结构
• 1.2.2 DOM 的性质
• 1.3 溶解有机物的光化学
• 1.3.1 溶解有机物的光化学反应概述
• 1.3.2 溶解有机物的光化学反应机理
• 1.3.3 溶解有机物的光化学反应产物
• 1.3.4 水体中溶解有机物光降解的影响因素
• 1.3.5 溶解有机物光化学反应的研究现状
• 1.4 水体中溶解有机物的数均分子量及分子量分布
• 1.4.1 尺寸排阻色谱概述
• 1.4.2 尺寸排阻色谱测定溶解有机物的数均分子量及分子量分布
• 1.5 溶解有机物光降解与重金属的相互作用
• 1.5.1 溶解有机物与重金属的相互作用
• 1.5.2 溶解有机物光降解与金属-DOM 相互作用
• 1.6 论文的研究目标
• 2 实验部分
• 2.1 实验材料及方法
• 2.1.1 Suwannee 河NOM 及海水样品
• 2.1.2 光照实验
• 2.1.3 实验仪器
• 2.1.4 实验试剂
• 2.2 DOM 及标准溶液配制
• 2.2.1 邻苯二甲酸氢钾标准溶液
• 2.2.2 DOM 储备液
• 2.2.3 铜标准储备溶液
• 2.3 样品分析
• 2.3.1 溶液pH 的测定
• 2.3.2 紫外可见吸收光谱的测定
• 2.3.3 有机碳含量的测定
• 2.3.4 溶解有机物数均分子量的测定
• 3 溶解有机物光降解过程中介质参数的变化
• 3.1 光降解过程中PH 的变化
• 3.1.1 光照强度对光降解过程中pH 变化的影响
• 3.1.2 溶液介质对光降解过程中pH 变化的影响
• 3.1.3 反应温度对光降解过程中pH 变化的影响
• 3.1.4 溶解氧条件对光降解过程中pH 变化的影响
• 3.1.5 铜离子浓度对光降解过程中pH 变化的影响
• 3.2 光降解过程中介质吸光度的变化
• 3.2.1 光照强度对吸光度的影响
• 3.2.2 溶液介质对吸光度的影响
• 3.2.3 反应温度对吸光度的影响
• 3.2.4 溶解氧条件对吸光度的影响
• 3.2.5 铜离子浓度对吸光度的影响
• 3.3 本章小结
• 4 溶解有机物光降解过程中 DOC 浓度及数均分子量的变化
• 4.1 光降解过程中DOC 浓度的变化
• 4.1.1 光照强度对降解过程中DOC 浓度的影响
• 4.1.2 溶液介质对降解过程中DOC 浓度的影响
• 4.1.3 反应温度对降解过程中DOC 浓度的影响
• 4.1.4 溶解氧条件对降解过程中DOC 浓度的影响
• 4.1.5 铜离子对降解过程中DOC 浓度的影响
• 4.2 光降解过程中DOM 分子量的变化
• 4.2.1 光照强度对降解过程中DOM 数均分子量的影响
• 4.2.2 溶液介质对降解过程中DOM 数均分子量的影响
• 4.2.3 反应温度对降解过程中DOM 数均分子量的影响
• 4.2.4 溶解氧条件对降解过程中DOM 数均分子量的影响
• 4.2.5 铜离子对降解过程中DOM 数均分子量的影响
• 4.3 本章小结
• 5 结论
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历
• 学期间发表的学术论文