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《中国科学院研究生院(广州地球化学研究所)》 2003年
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不同级分腐殖酸的分子结构特征及其对菲的吸附行为的影响

李丽  
【摘要】: 腐殖物质是自然环境中广泛存在的一类天然有机大分子物质,对全球碳循环,饮用水处理过程中消毒副产物的形成,有机、无机化合物在自然界的迁移、转化和归宿,土壤的肥力等有非常重要的影响。显然腐殖物质的以上行为都与其结构有密切关系,因而充分了解这些物质的组成特征具有非常重要的意义。然而腐殖酸是一种结构组成复杂的非均一性大分子有机质,将其分为相对均一的腐殖酸分子将有利于更好的了解这类有机大分子物质。 本工作以Pahokee泥炭中提取出的腐殖酸为对象,利用超滤技术将腐殖酸大分子分为其分为分子量不同的八个级分(UF1:<1K;UF2:1-3K;UF3:3-5K;UF4:5-10K;UF5:10-30K;UF6:30-50K;UF7:50-100K:UF8:>300K),并对每一级分进行了高效排阻色谱(HPSEC)、元素分析、傅立叶变换红外光谱(FTIR)、紫外-可见光光谱(UV-Vis)、固体~(13)C核磁共振(~(13)C NMR)、在线裂解(Py-GC-MS)等一系列定性、定量研究。结果表明所分离出的八个腐殖酸级分存在明显的结构性质差异。 超滤后各腐殖酸级分的HPSEC流出曲线变窄,表明腐殖酸分子的相对均一性提高,随分子量的增加,级分中的C、H的含量以及H/C原子比不断增加,而O含量和O/C原子比不断减少:FTIR、~(13)C-NMR、Py-GC-MS分析说明低分子量级分中有较多的含氧官能团和芳香结构,较少的脂肪结构,而高分子量级分的情况则相反;而且裂解分析进一步表明,腐殖酸及其各级分中的芳香结构主要来源于高等陆生植物的木质素结构,脂肪结构主要来源于微生物和植物的聚脂肪烃结构。 此外,对该泥炭连续碱抽提时,分离出八个不同提取程度的腐殖酸级分的研究结果表明:随提取程度的增加,级分中的C、H含量和H/C原子比不断增加,O和O/C原子比不断减少;表观分子量呈增加趋势;含氧官能团和芳香结构不断减少,而脂肪结构增加,并且脂肪碳链的结构趋向有序;裂解分析除表明腐殖酸的芳香结构主要来源于陆生高等植物的木质素,脂肪结构主要来源于生物的聚脂肪烃结构外,并进一步表明先提取的腐殖酸中含较多的裸子植物来源木质素以及后提取的腐殖酸中草本植物木质素的含量增加。 腐殖酸及其不同方式分离出的各类腐殖酸级分对疏水性有机物--菲的等温吸附在低浓度范围表现为线性;在高浓度时,为非线性。并且腐殖酸的结构组成性质在腐殖酸对菲的吸附行为有重要影响:随腐殖酸分子中碳含量和表观分子量的增加,腐殖酸分子对菲的吸附能力增加,非线性增强:相反,随腐殖酸分子中氧含量和极性的增加,腐殖酸分子对菲的吸附能力减弱,吸附的线性越来越强;而且,腐殖酸结构中的脂肪链状结构对腐殖酸的吸附性能有更重要的影响,随腐殖酸分子中脂肪链状结构的增 摘 要 加,芳香结构的减少,腐殖酸对疏水性物质的吸附能力增强。 本论文研究结果表明:环境中的腐殖酸大分于是由许多分于量大小不同、组成来 源各异的各类腐殖酸小分于组成,而且这些结构组成各异的腐殖酸小分子在环境中的 作用也各不相同。较小的腐殖酸分于,分于量低,含较多的氧和木质素来源的芳香结 构,极性强,相对容易提取,对疏水性有机物的吸附作用比较弱;较大的腐殖酸分于 中的碳含量和来源于生物聚脂肪结构的脂肪碳比较多,分于量高,疏水性比较强,相 对难提取,而对低极性和非极性化合物的吸附作用却比较强。这些具有不同性质的腐 殖酸小分子可能与腐殖酸形成过程中不同母质来源物质在不同阶段的腐殖化产物有 关,并且不同环境中的腐殖酸分子由于其地质条件的差异,所含腐殖酸小分子的组成 和数量都不会完全相同,表明腐殖酸类地质大分于物质结构组成的复杂性和在环境中 影响的多样性。因此充分了解环境中有机质的结构特征,及其对环境中的疏水有机物 的吸附影响,不仅有利于我们更好的了解此类疏水性有机污染物在环境中的迁移、转 化和归宿,同时在环境质量标准的制定、有机污染物的生态风险性评价和有效控制与 修复等方面提供了重要的科学依据和参考价值。
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