PBTC在炭质吸附剂上的吸附特征及其生物可利用性变化机制

在微观分子原子级别上，探索持久性生物累积性有毒化学品（PBTCs）在天然颗粒物（主要是土壤和沉积物）上的吸附/解吸机理，建立实用可靠的计算模型，并在此基础上研究被颗粒物滞留污染物的生物利用率变化机制，是目前国际研究的热点和需要重点解决的课题。本项目以目前得到重点关注的炭质吸附剂（CG）为主要研究对象，应用现代结构性质表征、显微分析测试技术和毒性分析方法，深入研究CG对PBTC的强化吸附、解吸迟滞作用及其对生物可利用性的影响。着重剖析吸附剂表面性质、结构特征与吸附/解吸作用的内在关系，考察多介质、多物质复杂体系的竞争效应和协同效应，研究CG的吸附/解吸作用对污染物生物可利用性的影响机制，建立迁移通量量化计算模型。以此为天然颗粒物环境质量标准的修订，PBTCs生态风险评估，以及污染土壤和沉积物治理与修复技术提供科学的理论基础。

炭质吸附剂（CG）对持久性生物累积性有毒化学品（PBTCs）的强化吸附、解吸迟滞、生物有效性降低等作用，不仅是污染颗粒物（沉积物和土壤等）原位稳定化治理技术的理论基础，而且还是其环境质量标准和PBTCs风险评估的重要影响因素。本项目选择分子大小、空间构型不同的PBTCs作为吸附质，以不同材质活性炭、草木灰，以及生物质电厂废灰等为吸附剂，研究不同条件（腐殖酸、表面活性剂等）下的吸附特性；应用仿生被动采样技术，对比研究不同CG作为修复剂，原位稳定化治理污染土壤和沉积物的可行性和治理效果。实验得到以下重要结论：.1. CG对PBTCs的强化吸附作用主要由于分子间的色散力。除辛醇-水分配系数（Kow）外，分子大小和空间立体构形也是影响吸附的重要因素。 Kow值相近的吸附质，体积小的平面型分子吸附速度快，吸附量大，但解吸量与吸附量相当，吸附以简单的分配方式为主；体积大的非平面型分子吸附容量小，但解吸迟滞显著，以复杂的多过程反应为主，说明吸附质分子的空间位阻效应是影响吸附与解吸的重要因素。.2．除比表面积和TOC含量外，CG的化学构成和孔隙结构也是影响吸附性能的重要因素。生物质电厂灰的比表面积小于市售草木灰，但中、小孔隙发达，饱和烷烃和芳香烃含量较高，表现出更为显著的解吸迟滞，暗示着生物质电厂灰在污染颗粒物原位治理方面有更大的应用潜力。.3. 污染沉积物原位治理静态模拟试验结果显示，活性炭与沉积物完全混合5个月后，XAD-4树脂中PCB含量减少30%以上，SPMDs对PCBs的富集减少47%以上；平铺活性炭于潜水层，5个月后SPMDs对PCBs的富集减少75%以上，LDPEs的富集量减少83%以上，表明活性炭的加入能够有效降低PCBs水相迁移、生物利用率及暴露风险。.以上研究成果为沉积物和土壤原位治理技术的应用， PBTCs环境行为研究及风险评估方法的建立提供理论基础。