低浓度的全氟化合物在天然矿物上的吸附-解吸机理研究

The adsorption and desorption processes of trace contaminants on minerals have a significant impact on the environment geochemical cycle and effectively control the composition of groundwater and surface water. As perfluorinated compounds (PFCs) are a new group of trace organic contaminants, their interaction with minerals will inevitably affect the migration and distribution of PFCs in the environment. This research project firstly investigated the adsorption and desorption behavior of PFCs on different kinds of minerals, which can determine the effects of mineral compositions and crystal structures for PFC’s fate in environment. Second, this project will study the influences of PFC physical structure, natural organic matter and solution chemistry on PFC adsorption - desorption, and the results are proposed to predict the distribution of PFCs in environmental media. Finally, a model consisted of electrostatic and hydrophobic interactions will illustrate the adsorption mechanism of the PFCs on minerals.

矿物对痕量污染物的吸附及解吸过程对地球化学环境循环过程具有重大的影响并且有效的控制着地下水，地表水的组成成分。全氟化合物作为一种新型的痕量有机污染物，它们与矿物之间的相互作用，必然影响到其在环境中的迁移和分布。本项目通过研究全氟化合物在不同种类的矿物上的吸附-解吸，来确定不同矿物组成和结构对于全氟化合物环境宿命的影响。其次，通过研究全氟化合物的物理结构、自然有机质以及溶液的化学组成对于全氟化合物吸附-解吸的影响，来预测全氟化合物在环境介质之间分布特征。最后，以综合了静电作用和疏水作用的吸附模型来说明全氟化合物在矿物上的吸附机理。

矿物对痕量污染物的吸附及解吸过程对地球化学环境循环过程具有重大的影响并且有效的控制着地下水，地表水的组成成分。全氟化合物作为一种新型的痕量有机污染物，它们与矿物之间的相互作用，必然影响到其在环境中的迁移和分布。在该项目中我们一共选取两种常见的全氟化合物（PFOS和F-53B）和四种常见的纳米矿物（氧化铝纳米颗粒、氧化铝纳米线、改性纳米粘土和亲水性纳米膨润土）作为研究对象。通过典型的吸附动力学、吸附热力学实验以及典型的溶液性质（pH、离子强度和腐殖酸浓度）影响实验的设置，来研究典型全氟化合物在纳米矿物上的吸附行为和机理。研究结果表明不同种类的矿物对全氟化合物的吸附容量存在很大的差异，改性粘土因为表面进行过有机物的处理，所以通过疏水作用可以吸附更多的全氟化合物，而氧化铝主要靠静电作用来吸附全氟化合物。研究结果同时表明纳米矿物的形状也是影响其对全氟化合物吸附的重要因素。因为纳米颗粒可以通过聚集效应来将全氟化合物吸附，而纳米线因为比较疏松的结构，所以纳米聚集效应不明显。pH是影响矿物吸附全氟化合物的重要因素，因为全氟化合物分子一般在水溶液中带负电荷，所以低pH条件下，可以增加静电吸附量。离子强度主要是通过压缩双电层结构来影响全氟化合物在矿物上的吸附容量。腐殖酸分子因为可以与全氟化合物竞争吸附在矿物表面，所以会减少全氟化合物在矿物上的吸附，另外腐殖酸会改变纳米矿物的表面特征，从而影响其聚集效应，而影响全氟化合物的吸附量。