溶解性有機質對菲在沉積物上吸附與解吸性能的影響

王志霞,葛小鵬,晏曉敏,林 進,周巖梅,王東升 (.中國科學院生態環境研究中心, 環境水質學國家重點實驗室,北京 00085；.河北師范大學化學與材料科學學院,河北 石家莊 05006；.北京交通大學土建學院,市政與環境工程系,北京 00044)

溶解性有機質對菲在沉積物上吸附與解吸性能的影響

王志霞1,2,葛小鵬1*,晏曉敏1,林 進2,周巖梅3,王東升1(1.中國科學院生態環境研究中心, 環境水質學國家重點實驗室,北京 100085；2.河北師范大學化學與材料科學學院,河北 石家莊 050016；3.北京交通大學土建學院,市政與環境工程系,北京 100044)

采集了北京通州涼水河(標記為L)以及廣東東江流域(標記為D)的沉積物,并進行菲(Phe)的連續吸附-解吸實驗,研究了不同含量及組成的溶解性有機質(DOMs)對其吸附與解吸性能的影響.結果表明,DOMs能明顯抑制菲在沉積物上的吸附,在實驗濃度范圍內(0～110mg/L),菲在沉積物上的吸附量與DOC濃度呈顯著的負線性相關,并且DOC濃度越高,對吸附作用的抑制越顯著.在溶解性有機質存在條件下,菲在2種沉積物上的吸附均呈線性吸附特征,kd值隨加入沉積物浸出液DOC濃度的減小呈增大的趨勢.菲在2種沉積物上的解吸過程均呈現一定的遲滯性,其解吸遲滯性可用熱力學指數TII來描述.隨著菲初始濃度的增加,TII值先減小后增加,其變化可以用吸附在高低位點上的菲分子比例以及菲分子是否能夠被禁錮在吸附劑微孔內部來加以解釋;溶解性有機質的存在,能促進菲從沉積物上的解吸,從而使菲的解吸滯后性減弱, 增強其在水環境介質中的遷移與傳輸能力.

菲；沉積物；吸附；解吸滯后；溶解性有機質

疏水性有機污染物(HOCs)在沉積物上的吸附-解吸作用是控制其在環境中的遷移、降解、生物有效性、生態毒理學和最終歸宿的主要物理化學過程之一[1-4].近年來,有機物吸附反應的非線性特征和吸附-解吸產生的滯后現象受到廣泛關注.當前國際上對有機污染物吸附、解吸行為的研究主要存在著 3種理論假設,玻璃-橡膠態有機質模型(線性分配和非線性表面吸附)[5-6];雙模式吸附模型(分配過程和孔隙填充過程)[7-8];線性分配模式及其發展,并認為非線性效應和吸附/解吸滯后現象源于沉積物等天然吸附劑中存在的少量高比表面積碳黑類物質(HSACM)[9-10].

溶解性有機質(DOM)是沉積物中生物活性和物理化學性質都非?；钴S的一類有機組份.作為由許多有機化合物組成的復雜混合物,DOM的化學組成與含量對有機污染物的環境行為將產生重要影響.大量研究表明,DOM對吸附劑中有機污染物有明顯的增溶作用[11-13],可以降低吸附劑中有機污染物的濃度,并對有機污染物的吸附解吸行為產生明顯的影響[14-16].Mccarthy等[17]研究表明,多環芳烴等疏水性有機污染物容易與DOM的疏水基團結合,導致其在環境中的遷移和擴散.

多環芳烴(PAHs)在自然界中分布廣泛,大部分具有較強的“三致”效應,并被證實具有環境激素的作用[18].因此,許多國家已將其列入優先控制污染物的黑名單行列中[19].本課題組[20]對萘在天然沉積物上的吸附-解吸行為進行了研究,并考察了沉積物提取液以及吸附-解吸水化學條件一致性對萘的解吸滯后性的影響.本文在此基礎上,以菲作為多環芳烴的代表,選用北京通州涼水河及東江流域廣州境內河網密集區等 2種不同地域來源的底泥沉積物,通過室內靜態吸附-解吸實驗,進一步比較研究了 DOM對菲在沉積物上吸附-解吸性能的影響.

1 材料和方法

1.1 實驗材料

1.1.1 實驗試劑與儀器 主要試劑:菲(分析純,北京市雙華精細化工廠);甲醇,乙腈(色譜純,J & K Chemical Ltd.);疊氮化鈉(化學純,New Jersey, USA).

主要儀器:高效液相色譜(Waters 1525 Binary HPLC Pump,Waters 2475 Multi λ Fluorescence Detector,Waters Sunfire C18 (4.6mm×250mm)反相色譜柱,Shodex KW-802.5凝膠色譜柱);Zeta電位分析儀(Zetasizer 2000, Malvern Co.,UK),總有機碳(TOC)分析儀(日本島津),UV-Vis 8500分光光度計(上海天美儀器有限公司),HZQ-X100振蕩培養搖床(江蘇太倉實驗設備廠),Sigma 3-15高速離心機,pH計(瑞士Mettler Toledo).

1.1.2 藥劑的配制 菲的甲醇儲備液的配制:稱取約0.2g菲,溶于100mL甲醇中,配成2g/L的菲儲備液.

背景電解質溶液:含 0.01mol/L CaCl2及200mg/L NaN3的水溶液.CaCl2用于調節介質的離子強度,而 NaN3用作抑菌劑,以防止微生物對有機物的降解作用對其吸附解吸過程產生影響.

不同 DOC濃度浸出液的制備:將東江和涼水河2種河流沉積物樣品按1:10的固液比(泥樣干重:背景電解質溶液體積,g/mL)分別在水平恒溫振蕩機上25℃,200r/min振蕩72h,然后離心.取上清液過0.45μm濾膜,測定濾液中的TOC,再將濾液用背景電解質溶液稀釋2,5,10倍,分別測定稀釋液中的TOC.

采用高效液相色譜分析水溶液中菲的濃度,以外標法定量.流動相為 20/80的超純水/乙腈(V/V)混合液,進樣量為 20μL,流速為1.0mL/min,柱溫 30℃.熒光檢測器激發波長為 250nm,發射波長為 364nm,檢出限為0.5μg/L.

1.1.3 沉積物預處理及其理化性能表征 2種沉積物分別采自北京通州涼水河(標記為L)和東江流域廣州境內河網密集區河段(標記為 D).沉積物樣品在陰涼通風處自然風干,剔除各種雜物后過220目篩,備用.按照《土壤農化分析》[21]測定其基本理化性質,結果見表1.

對2種沉積物DOM的三維熒光光譜進行了測定和分析,結果見表2.

表1 東江(D)與涼水河(L)2種沉積物樣品的理化性質Table 1 Physico-chemical characteristics of the two sediments collected from Dongjiang (D) and Liangshuihe (L)

表2 兩種沉積物DOM熒光峰位置、熒光強度Table 2 The peak positions and intensities of both λex and λem wavelengths for DOMs from the two sediments of Dongjiang (D) and Liangshuihe (L) river sediments

1.2 實驗方法

1.2.1 DOM 對菲在沉積物上吸附量的影響 用背景電解質溶液對沉積物浸出液稀釋 0, 2, 5, 10倍,并配成含0.8mg/L菲(甲醇質量濃度小于0.5%)的不同DOC濃度溶液.取一系列相同質量的2種沉積物(0.1g)于10mL玻璃離心管中,各分別加入上述菲的溶液,置于搖床上 25℃, 200r/min下振蕩 72h,取出離心(3500g,20min),測上清液中菲的濃度.

1.2.2 DOM 對菲吸附等溫線的影響 用不同DOC濃度的浸出液及背景電解質溶液分別配制濃度為0.1, 0.2, 0.4, 0.6, 0.8mg/L的菲溶液(甲醇質量濃度小于0.5%).稱取一系列相同質量的2種沉積物(0.1g),分別加入上述已配制好的系列濃度菲溶液10mL,置于搖床上25℃,200r/min振蕩72h,離心(3500g,20min)測其上清液中菲的濃度,繪制其吸附等溫線.每個點測3個平行樣,并帶2份空白.

1.2.3 DOM 對菲解吸性能的影響 靜態吸附實驗完畢后,采用一次性取出-重注技術[22],將加入背景電解質配制的系列濃度菲的溶液離心,棄去上清液.用吸管盡量將離心管中的液體吸凈,然后分為2組,一組加入背景電解質溶液,另一組加入相對應的未經稀釋的浸出液.置于搖床中 25℃, 200r/min振蕩72h,達到吸附穩態后離心(3500g,20min),取上清液測定其中菲的濃度.更換上清液,解吸實驗連續進行幾次.每個點測3個平行樣,并帶2份空白.

2 結果與討論

2.1 DOM對菲在2種沉積物上吸附量的影響

從圖1可以看出,浸出液中DOM對菲在2種沉積物上的吸附產生了明顯的抑制作用,且隨其 DOC濃度的增加這種抑制作用也增大.沉積物L對菲的吸附能力明顯高于沉積物D,此結果與 2種沉積物所含的有機質含量及其種類組成有關.由表1可以看出,沉積物L所含的有機質質量分數比沉積物D高,其對有機污染物的分配吸附作用也較強,而且,沉積物L的3維熒光光譜有3組峰,而沉積物D則僅有2組峰,并且相對于沉積物D來說,沉積物L的峰形輪廓線較密.由表2可見,L比D的熒光強度值也高出很多,根據文獻[23],DOM按照其EEMs譜峰位置可劃分為酪氨酸及BOD5等芳香類蛋白物質(區域Ⅰ、Ⅱ:λex＜250nm,λem＜ 350nm及380nm),富里酸類物質(區域Ⅲ: λex＜ 250nm,λem＞ 350nm)色氨酸等微生物代謝產物(區域Ⅳ:λex=250～280nm,λem＜ 380nm)以及腐殖酸類物質(區域Ⅴ:λex＞280nm,λem＞380nm)等5大區域.表2中A組譜峰對應為微生物代謝產物,B組峰則為腐殖酸類物質.另外,沉積物L還存在C組峰,對應為富里酸或腐殖酸類物質.而且,沉積物L中各譜峰熒光強度明顯比沉積物D高,說明沉積物L中有機質的含量及種類明顯要比沉積物D多,因此,沉積物L對菲具有更強的吸附性.

圖1 不同濃度DOC對菲在東江(D)及涼水河(L)2種沉積物上吸附量的影響Fig.1 The effect of different DOC concentrations on the adsorption capacity of phenanthrene onto the two sediments from Dongjiang (D) and Liangshuihe (L) rivers

由圖 1知,菲在 2種沉積物上的吸附量與DOM 濃度之間呈負相關關系,其線性擬合方程分別為:QD = -0.2484CD + 44.971;QL = -0.1465CL + 50.247,相關系數分別為:R2D = 0.9974,R2L= 0.9975.這可能是由于DOM的引入降低了沉積物中菲的吸附位點,也有可能是由于菲在溶液中的溶解度增加所致.因為水溶性有機質可與菲通過NH-π、π- π、分配和疏水作用形成配合物,這種配合物對菲在溶液中的溶解起到了促進作用[24].

2.2 DOM對菲在 2種沉積物上吸附等溫線的影響

天然吸附劑對于疏水性有機污染物并不總是完全符合線性吸附,尤其是在較低的濃度范圍內,往往呈現非線性吸附特征,此時主要發生多分子層吸附[25].由圖2可見,菲在沉積物上的吸附總體上呈線性吸附,且隨著平衡溶液中菲的濃度增加,其在沉積物上的吸附量也增加.這主要是由于在不同濃度的 DOM存在條件下,菲在沉積物有機質上的分配吸附過程占主導地位的緣故.因此表現為在實驗濃度范圍內菲的表觀吸附等溫線呈線性[26].

圖2 DOM對菲在東江(D)及涼水河(L)2種沉積物上吸附等溫線的影響.Fig.2 The effect of DOMs on the adsorption isotherms of phenanthrene onto the two sediments from Dongjiang (D) and Liangshuihe (L) rivers

將圖2中各吸附等溫線數據分別經線性(Cs = KdCe)和Freundlich (lgCs = lgKF+ 1/n lgCe)方程擬合.其中,Cs為單位質量沉積物吸附的菲的量(mg/kg),Ce為平衡時溶液中菲的濃度,KF和1/n都是常數.KF是與最大吸附量有關的常數,代表吸附容量,即吸附能力的大小(但不代表最大吸附量的真值);n則反映了吸附的線性程度.其擬合結果列于表3.

由表3可見, Freundlich和線性方程均能較好地描述圖2中菲的吸附等溫線.KF值和n值也較好地反映出不同濃度的DOC對沉積物吸附菲的影響.加入未稀釋的浸出液時菲在沉積物D和L上吸附的Kd值分別達到了28.79,30.10L/kg,比未加浸出液時的 103.53,106.02L/kg,分別減小了72.2%和71.6%,說明沉積物浸出液中DOM對有機污染物在沉積物上的吸附具有較強的抑制和解吸增強作用.

2.3 DOM對菲從沉積物上解吸性能的影響

選擇背景電解質溶液(CaCl2和 NaN3水溶液)和未稀釋沉積物浸出液(沉積物平衡溶出物)2種條件,作為菲從 2種沉積物上解吸的DOM影響的對照實驗,其吸附解吸等溫線如圖3所示.

從圖3可以看出,在不同濃度DOM環境介質條件下,菲在2種沉積物上的解吸存在明顯差異.在未加浸出液時,菲在沉積物上的解吸曲線明顯偏離吸附曲線,說明吸附的可逆程度比較低;而在加入未稀釋浸出液的環境介質下,解吸曲線比較接近吸附曲線,其可逆程度較高.

表3 菲在2種沉積物上吸附等溫線的Freundlich和線性方程擬合結果Table 3 The fitted results for isotherms of phenanthrene onto the two sediments from Dongjiang (D) and Liangshuihe (L) rivers by both the linear and Freundlich models

圖3 不同濃度DOM環境介質條件下,菲在東江和涼水河2種沉積物上的吸附與解吸等溫線Fig.3 The sorption and desorption behaviors of phenanthrene on Dongjiang (D) and Liangshuihe (L) rivers sediments in the presence of different contents of DOMs

近年來,關于疏水性有機污染物的不可逆吸附即解吸遲滯性問題已經做了大量的研究[27-30],但對于其產生機制仍沒有統一的研究結論.目前,主要有2種觀點:一種觀點認為,吸附劑的微孔結構及其在環境變化時結構形態的改變是造成解吸滯后的主要因素[31];另一種觀點則認為,吸附劑有機質的含量和組成影響其對有機污染物的鎖定能力,進而也影響其解吸程度[22].Sander等[32]在熱力學的基礎上推導出不可逆吸附指數(TII)來表征吸附質在天然沉積物上的解吸遲滯性.由于這一參數是基于熱力學理論推導而來,它可以有效地區分實驗誤差與真實解吸遲滯性間的差異,因而能夠對解吸遲滯性做出定量描述.其解吸遲滯性指數 TII的數學表達式為:TII= (lncr-lncD)/(lncS-lncD),式中,cS、cD分別為吸附和解吸平衡時吸附質的水相濃度, cr為假設解吸可逆條件下解吸平衡時吸附質的水相濃度,即解吸后的固相濃度在吸附等溫線上對應的水相平衡濃度.當吸附/解吸等溫線都符合Freundlich模型擬合時,TII可以簡化為TII = 1 - ns/nd,式中ns和nd分別為吸附、解吸等溫線用Freundlich模型的擬合參數n的值[32]. TII值范圍在0～1之間,其值越接近0,表明解吸可逆性越強,遲滯性越弱;反之, TII值越接近于1,其解吸遲滯性則越強.

圖3表明,菲在2種吸附劑上的解吸都具有一定的遲滯性.由各個濃度解吸等溫線的n值和吸附等溫線的n值,可以計算出解吸遲滯性指數TII,將其值列于表4～表7)中.

表4 未加浸出液時菲在沉積物D上的解吸參數及TII值Table 4 The desorption parameters and its hysteresis indices (TII) of phenanthrene onto the Dongjiang river (D) sediment without the addition of sediment extracts

由圖3及表4～表7中給出的TII值可以看出,隨著菲濃度的增加,解吸的遲滯性呈先減小后增加的變化趨勢.以未加浸出液時菲在沉積物 D上的解吸為例,隨著菲初始濃度由 0.1mg/L增加到0.8mg/L,TII值先由0.915降到0.755,然后又逐漸增加到 0.924;加入未稀釋浸出液時菲在沉積物D上的解吸,以及未加浸出液和加入未稀釋浸出液介質條件下菲在沉積物 L上的解吸其 TII值也得到了同樣的變化規律(表 4～表 7).Oren等[33]認為,由于吸附在高能點位與吸附在低能點位上菲的分子比例減小,容易解吸下來的比例增加,因而造成遲滯性減弱.而當菲的濃度達到一定值后,濃度梯度力足夠大,使得菲分子可以進入到沉積物顆粒的微孔中.這些進入到微孔中的菲分子吸附在微孔內部的高能點位或者使得微孔結構發生變形,從而導致菲分子被禁錮在孔內不能解吸下來.因此,當菲的濃度達到一定程度后,解吸的遲滯性有所增加.

表5 加入未稀釋浸出液介質條件下,菲在沉積物D上的解吸參數及TII值Table 5 The desorption parameters and its hysteresis indices (TII) of phenanthrene onto the Dongjiang river (D) sediment with the addition of sediment extracts

表6 未加浸出液時菲在沉積物L上的解吸參數及TII值Table 6 The desorption parameters and its hysteresis indices (TII) of phenanthrene onto the Liangshuihe river (L) sediment without the addition of sediment extracts

由圖3可見,未稀釋浸出液中的解吸遲滯性比未加浸出液時弱,說明溶解性有機質的引入減弱了菲的解吸遲滯性.未加浸出液時菲在沉積物D和L上解吸的TII的平均值分別為0.853和0.745;而未稀釋浸出液中菲在D和L上解吸的 TII值的平均值分別為 0.744和0.600.可見,在未稀釋浸出液中菲解吸的TII值小,解吸遲滯性弱,表明在未稀釋浸出液,即DOC濃度高的環境介質中,菲解吸可逆性更強,更容易解吸下來(表4～表7).而且,從未加浸出液和加入未稀釋浸出液對菲在D和L上解吸TII值的影響程度來看,TII值在沉積物D上平均降低0.109,而在L上則為 0.145,其降低幅度更大,因此解吸遲滯性減弱的程度也更大.這也反映出DOM含量及組成對菲在沉積物上吸附、解吸行為的影響.從表1和表2可以看出,沉積物L中有機質含量比沉積物D要高,其浸取液中DOM含量也較高.而且,三維分子熒光光譜分析結果表明,沉積物 L中DOM種類要比沉積物D多.因此,浸取液中大量DOM的存在極大地降低了菲在沉積物 L的解吸遲滯性.

表7 加入未稀釋浸出液介質條件下,菲在沉積物L上的解吸參數及TII值Table 7 The desorption parameters and its hysteresis indices (TII) of phenanthrene onto the Liangshuihe river (L) sediment with the addition of sediment extracts

綜上所述,溶解性有機質的引入使得背景介質中的有機物含量增加,一方面使背景介質中的吸附質分子處于高能量的吸附位點;另一方面降低了沉積物中污染物分子的吸附位點.從而使得水環境與污染物分子的作用力增強,污染物分子變得不穩定,更容易從沉積物上解吸下來,因而促進了疏水性有機污染物在水體環境中的遷移和傳輸.

3 結論

3.1 DOM能夠抑制菲在2種沉積物上的吸附,吸附量與 DOC濃度呈顯著負線性相關關系.其線性擬合方程為:QD= -0.2484CD+ 44.971;QL= -0.1465CL+ 50.247,相關系數R2值分別為0.9974和0.9975.

3.2 DOM存在條件下,菲在2種沉積物上的吸附均呈線性吸附特征.Kd值的大小隨加入沉積物浸出液DOC濃度的減小,而呈增大的趨勢.

3.3 菲在2種沉積物上的解吸過程都呈現一定的遲滯性.隨著菲的濃度增加,其解吸的遲滯性先減小后增加;DOM的存在,能促進菲從沉積物上的解吸,從而使菲的解吸滯后性減弱.

[1] Pusino A, Fiori M G, Braschi I, et al. Adsorption and desorption of triasulfuron by soil [J]. J. Agr. Food Chem., 2003,51(18): 5350-5354.

[2] Abu A, Smith S. Assessing sequestration of selected polycyclic aromatic hydrocarbon by use of adsorption modeling and temperature-programmed desorption [J]. Environ. Sci. Technol., 2005,39(19):7585-7591.

[3] Nam K, Chung N, Alexander M. Relationship betweenorganic matter content of soil and the sequestration of phenanthrene [J]. Environ. Sci. Technol., 1998,32(23):3785-3788.

[4] 楊 琛,Huang Weilin, 傅家謨,等.煤中干酪根的成熟度與菲的吸附行為間的關系 [J]. 地球化學, 2004,33(5):528-534.

[5] Huang W L, Young T M, Schlautman M A, et al. A distributed reactivity model for sorption by soils and sediments. 9. General isotherm nonlinearity and applicability of the dual reactive domain model [J]. Environ. Sci. Technol., 1997,31(6):1703-1710.

[6] Weber Jr W J, Huang W L. A distributed reactivity model for sorption by soils and sediments. 4. Itraparticle heterogeneity and phase-distribution relationships under nonequilibrium condition [J]. Environ. Sci. Technol., 1996,30(3):881-888.

[7] Pignatello J J, Xing B S. Mechanisms of slow sorption of organic chemical to natural particles [J]. Environ. Sci. Technol., 1996, 30(1):1-11.

[8] Xing B S, Pignatello J J. Dual-mode sorption of low-polarity compounds in glassy poly(vinyl chloride) and soil organic matter [J]. Environ. Sci. Technol., 1997,31(3):792-799.

[9] Chiou C T, Kile D E, Rutherford D W, et al. Sorption of selected organic compounds from water to a peat soil and its humic-acid and humin fraction: Potential sources of the sorption nonlinearity [J]. Environ. Sci. Technol., 2000,34(7):1254-1258.

[10] Chiou C T, Kile D E. Deviations from sorption linearity on soils of polar and nonpolar organic compounds at low relative concentrations [J]. Environ. Sci. Technol., 1998,32(3):338-343.

[11] Raber B, Knaber I, Stein C, et al. Partitioning of polycyclic aromatic hydrocarbons to dissolved organic matter from different soils [J]. Chemosphere, 1998,36(1):79-97.

[12] Maxin C R, Kogel-Knaber I. Partitioning of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH) to water soluble soil organic matter [J]. Eur. J. Soil. Sci., 1995,46(2):193-204.

[13] Chiou C T, Malcolm R L, Brinton T I, et al. Water solubility enhancement of some organic pollutants and pesticides by dissolved humic and fulvic acids [J]. Environ. Sci. Technol., 1986,20(5):502-508.

[14] Barriuso E, Baer U, Calvet R. Dissolved organic matters and adsorption-desorption of dimefuron, atrazine and carbetamide by soil [J]. J. Environ. Qual., 1992,21(3):359-367.

[15] K?gel-Knabner I, Totache K U, Raber B. Desorption of polycyclic aromatic hydrocarbons from soil in the presence of dissolved organic matter: Effect of solution composition and aging [J]. J. Environ. Qual., 2000,29(3):906-916.

[16] Doring U M. Water solubility enhancement of Benzo(a) pyrene and 2, 2’, 5, 5’-terachlorobiphenyl by dissolved organic matters [J]. Phys. Chem. Earth., 1998,23(2):193-197.

[17] Mccarthy J F, Williams T M, Ling L, et al. Mobility of natural organic matter in a sandy aquifer [J]. Environ. Sci. Technol., 1993, 27(4):667-676.

[18] 羅雪梅,劉昌明,何孟常.土壤與沉積物對多環芳烴類有機物的吸附作用 [J]. 生態環境, 2004,13(3):394-398.

[19] Roper J C, Pfaender F K. Pyrene and chrysene fate in surface soil and sand microcosms. Environmental Toxicology and Chemistry, 2001, 20(2):223-230.

[20] 帥 偉,王志霞,葛小鵬,等.沉積物提取液對萘在河流沉積物中吸附-解吸行為的影響 [J]. 環境科學學報, 2010,30(12):2471-2476.

[21] 鮑士旦.土壤農化分析 [M]. 3版.北京:中國農業出版社, 2000.

[22] Huang W, Weber Jr W J. A distributed reactivity model for sorption by soils and sediments. 10: Relationships between sorption, hysteresis, and the chemical characteristics of organic domains [J]. Environ. Sci. Technol. 1997,31(9):2562-2569.

[23] Chen W, Westerhoff P, Leenheer J A, et al. Fluorescence excitation-emission matrix regional integration to quantify spectra for dissolved organic matter [J]. Environ. Sci. Technol., 2003, 37(24):5701-5710.

[24] 占新華.農業土壤中水溶性有機物對多環芳烴(菲)環境行為影響及其機制研究 [D]. 南京:南京農業大學, 2005.

[25] 汪 磊,吳穎虹,孫紅文,等.黃河蘭州段懸浮顆粒物對菲的吸附行為研究 [J]. 環境科學與技術, 2006,29(4):1-4.

[26] Chiou C T, Mcgroddy S E, Kile D E. Partition characteristics of polycyclic aromatic hydrocarbons on soils and sediments [J]. Environ. Sci. Technol., 1998,32(2):264-269.

[27] Braida W J, Pignatello J J, Lu Y, et al. Sorption hysteresis of benzene in charcoal particles [J]. Environ. Sci. Technol., 2003, 37(2):409-417.

[28] Hunter M A, Kan A T, Tomson M B. Development of a surrogate sediment to study the mechanisms responsible for adsorption/ desorption hysteresis [J]. Environ. Sci. Technol., 1996,30(7): 2278-2285.

[29] Drori Y, Aizenshtat Z, Chefetz B. Sorption- desorption behavior of atrazine in soils irrigated with reclaimed wastewater [J]. Soil Sci. Soc. Am. J., 2005,69(6):1703-1710.

[30] Altfelder S, Streck T, Richter J. Nonsingular sorption of organic compounds in soil: the role of slow kinetics [J]. J. Environ. Qual., 2000,29(3):917-925.

[31] Lennartz B, Louchart X. Effect of drying on the desorption of diuron and terbuthylazine from natural soils [J]. Environ. Pollut., 2007,146(1):180-187.

[32] Sander M, Lu Y, Pignatello J J. A thermodynamically based method to quantify true sorption hysteresis [J]. J. Environ. Qual., 2005, 34(3):1063-1072.

[33] Oren A, Chefetz B. Sorption/desorption behavior of polycyclic aromatic hydrocarbons in upstream and downstream river sediments [J]. Chemosphere, 2005,61(1):19-29.

Effects of dissolved organic matters (DOMs) on the sorption and desorption behaviors of phenanthrene bysediments.

WANG Zhi-xia1,2, GE Xiao-peng1*, YAN Xiao-min1, LIN Jin2, ZHOU Yan-mei3, WANG Dong-sheng1(1.State Key Laboratory of Environmental Aquatic Chemistry, Research Center for Eco-Environmental Sciences, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100085, China；2.College of Chemistry and Material Science, Hebei Normal University, Shijiazhuang 050016, China；3. Department of Civil and Environmental Engineering, School of Engineering and Architecture, Beijing Jiaotong University, Beijing 100044, China). China Environmental Science, 2012,32(1)：105～112

The sorption and desorption behaviors of phenanthrene were investigated on two representative sediments collected from Dongjiang (D) and Liangshuihe (L) rivers, respectively, using a batch method. The effects of dissolved organic matters (DOMs) in the sediment extracts on the sorption and desorption performance were studied. The inhibitory sorption of phenanthrene was significant when using DOMs as the aqueous medium of batch experiments, in which an inverse linearity between the adsorption capacity and DOMs content was evident in the DOC concentration range used (0～110mg/L). The higher the DOC concentration was used, the stronger the inhibitory sorption of phenanthrene was identified. With the DOMs added as the medium of batch experiments a linear sorption behavior of phenanthrene on the sediments was obvious, the Kdvalues of which increase as the DOC concentration was diminished, while desorption hysteresis of phenanthrene could be characterized by the hysteresis indices (TII). As the initial concentration of phenanthrene increases, the TII index decreased first and then went up, which could be explained with the makeup ratios of phenanthrene molecules on the high and low adsorption sites and the extent to which they were confined inside the micropores of adsorbent. The occurrence of DOMs in the adsorption system could facilitate desorption of phenanthrene from the sediments and thus attenuate their desorption hysteresis, promoting the transport and migration ability of contaminants in the aquatic environment medium.

phenanthrene；sediment；adsorption；desorption hysteresis；dissolved organic matters (DOMs)

2011-03-02

國家“973”項目(2007CB407304);國家科技重大專項“水體污染控制與治理”項目(2009ZX07209-004-02)；中國科學院知識創新工程重要方向性項目(KZCX2-YW-Q02-01).

* 責任作者, 副研究員, xpge@rcees.ac.cn

X53

A

1000-6923(2012)01-0105-08

王志霞(1983-),女,中國科學院生態環境研究中心與河北師范大學聯合培養碩士研究生,主要研究方向為有機污染物在沉積物界面上的吸附、解吸行為與機制.