人工納米無機氧化物對多環(huán)芳烴菲的吸附行為研究.pdf

1、隨著納米材料的廣泛生產(chǎn)和使用，人工納米材料(Engineered nanoparticles，NPs)將會不可避免地通過各種途徑進入到環(huán)境中，因其獨特的物理化學性質(zhì)，納米材料將影響其它污染物的遷移轉(zhuǎn)化過程。納米氧化鋁和納米氧化硅是目前應用較為廣泛的人工納米材料；菲是典型的多環(huán)芳烴。本文系統(tǒng)研究了Al2O3NPs(α-Al2O3NPs和γ-Al2O3NPs)和SiO2NPs(S-SiO2NPs和P-SiO2NPs)對菲的吸附行為，并討論了

2、pH、鹽度、重金屬離子、溶解性有機質(zhì)(DOM)和表面活性劑對吸附的影響，為全面評價納米材料對有機污染物的環(huán)境行為影響提供科學依據(jù)。
　　 ⑴納米氧化物對菲的吸附取決于納米顆粒的比表面積、孔結(jié)構(gòu)及表面電荷情況，F(xiàn)reundlich系數(shù)logKF值為0.94～2.43，吸附分配系數(shù)Kd值為10.1～201L/kg。α-Al2O3NPs對菲的吸附是線性吸附，主要機理是菲在其臨近水層的分配。γ-Al2O3NPs對菲的吸附由毛細管凝聚和孔

3、填充機制共同控制，其中介孔對吸附起主要作用。高溫灼燒P-SiO2NPs(即P-SiO2600NPs)的吸附能力比P-SiO2NPs增加，歸因于內(nèi)部孔可及性的增加。
　　 ⑵α-Al2O3NPs和γ-Al2O3NPs在酸性和堿性條件下對菲的吸附大于中性條件。在低pH條件下，α-Al2O3NPs和γ-Al2O3NPs與菲之間的靜電吸引起主要作用；而在高pH條件下，α-Al2O3NPs和γ-Al2O3NPs與菲之間主要是與微層水的分配

4、作用。P-SiO2600NPs對菲的吸附是隨著pH的增加而降低，表面疏水性和孔的可及性共同控制吸附。鹽度促進了菲在Al2O3NPs上的吸附，抑制了在S-SiO2NPs上的吸附，對P-SiO2NPs和P-SiO2600NPs幾乎影響不大。鹽度不僅影響菲的溶解度也影響納米顆粒的團聚性能，鹽度對吸附的影響是鹽析作用與緊實作用的共同控制。
　　 ⑶重金屬離子Ni2+增加了α-Al2O3NPs和γ-Al2O3NPs對菲的吸附，主要是通過陽

5、離子-π鍵作用及“架橋”作用。Ni2+對P-SiO2600NPs吸附菲的影響機制復雜，可通過增加納米顆粒的團聚性和表面水合分子數(shù)，降低內(nèi)部孔的可及性，抑制菲的吸附；也可通過陽離子-π鍵作用及“架橋”作用，增加對菲的吸附。在Ni2+濃度較低時(<5mmol/L)，前者起主要作用，隨著Ni2+濃度的增加，其對吸附的促進作用逐漸表現(xiàn)出來，對于低濃度菲，促進作用占據(jù)主導。
　　 ⑷DOM與菲不同加入順序?qū)Ζ?Al2O3NPs、γ-Al2

6、O3NPs、S-SiO2NPs和P-SiO2600NPs吸附菲的影響不同。5mgC/LDOM促進了α-Al2O3NPs和S-SiO2NPs對菲的吸附，吸附態(tài)DOM利于菲的分配。與菲一起加入的DOM促進γ-Al2O3NPs對低濃度菲(20～100μg/L)的吸附，而抑制高濃度菲(500～1000μg/L)的吸附；先加入的DOM抑制γ-Al2O3NPs對菲的吸附。這與DOM不同加入順序造成DOM、γ-Al2O3NPs及菲三者結(jié)合方式不同有關

7、。不同加入順序的DOM都抑制了P-SiO2600NPs對菲的吸附，DOM堵塞了P-SiO2600NPs的微孔和介孔。
　　 ⑸三種不同類型的表面活性劑十二烷基三甲基氯化銨(DTAC)、十二烷基苯磺酸鈉(SDBS)和TritonX-100(TX-100)對納米氧化物吸附菲的影響不同主要取決于納米顆粒表面的帶點情況及表面孔結(jié)構(gòu)特征。三種表面活性劑存在下，γ-Al2O3NPs對菲的吸附能力都是隨著表面活性劑濃度的增加先增加，直至到達最

8、大值后，吸附能力逐漸降低。主要原因是γ-Al2O3NPs對表面活性劑的吸附使得表面活性劑在納米顆粒表面依次形成單體、半膠束和膠束。三種表面活性劑對P-SiO2600NPs吸附的影響各不相同：三種表面活性劑在低濃度下都抑制菲的吸附，歸因于對納米顆粒微孔的阻塞作用和競爭機制。但隨著濃度的增加，TX-100促進菲的吸附；SDBS抑制菲的吸附；DTAC先促進菲的吸附，促進程度隨之增加，達到最大值后而降低，直至抑制菲的吸附。造成這種差異的主要原因