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亚甲基蓝染料在海水中的光化学降解研究

孙璐霓  
【摘要】: 海洋有机光化学是海洋化学的重要分支,与其他海洋学科如海洋环境、海洋地质、海洋生物等密切相关,在整个海洋学研究领域内具有重要的地位。对海洋有机光化学进行系统深入的研究有助于进一步了解海洋中有机物的迁移变化规律。 随着染料与印染工业的发展,染料生产废水已成为当前最主要的水体污染源之一。光化学降解是染料在环境中分解、转化的重要途径之一。人们对光化学降解的机理,影响因素等作了大量研究。但是,染料在天然水体中的光降解情况还研究较少。因此,研究染料在海水中的光化学降解及其环境效应具有非常重要的意义。 本论文在已有科学研究的基础上,采用实验室模拟的方法,以一种代表性染料亚甲基蓝为研究对象,探讨了其在水环境中的光化学降解行为及对藻类的毒性作用,具体结果如下: 1.动力学研究 大部分光降解反应符合一级动力学行为。根据一级反应原理,可以计算出反应速率常数(k)。实验中,k值在不同的体系中变化范围为0.0053~0.0452 min-1。 2.反应影响因素 实验中的许多因素都能够影响亚甲基蓝在水体中的光降解反应,具体作用如下: a.照射光源:亚甲基蓝水溶液在黑暗条件下不发生光降解反应,天然日光下光降解反应不明显。而高压汞灯光源能够有效地激发光反应的发生,使反应速率大为提高。 b.光照强度:亚甲基蓝在500 W高压汞灯照射下的光解速率明显快于其在300 W高压汞灯照射下的光解速率,即光照强度越大,亚甲基蓝降解得越快。 c.氧气:亚甲基蓝在无氧条件下几乎不降解,在有氧条件下能够发生降解。实验有力地印证了“氧气是光降解反应必不可少的条件”的结论。 d.盐度:1 mg/L亚甲基蓝在三种不同介质中降解速率依次为为去离子水人工海水天然海水,盐度对光降解起抑制作用;5 mg/L亚甲基蓝降解速率依次为人工海水去离子水天然海水,盐度对光降解起促进作用。 e.重金属离子:四种重金属离子Cu2+、Zn2+、Cd2+、Hg2+[0]对亚甲基蓝降解速率影响不尽相同。Cu2+、Zn2+的浓度越小,影响越明显;而Cd2+、Hg2+[0]对光降解的影响与其浓度无关。人工海水中金属离子的影响更为明显。 f.腐殖酸:腐殖酸对光降解反应起抑制作用,它可能是造成亚甲基蓝在天然海水中降解较慢的重要原因。 g.丙酮:丙酮对光降解反应起促进作用,反应符合零级动力学。丙酮浓度越大,影响越明显。 h.藻类:三种藻类对亚甲基蓝的光降解有促进作用。其中,亚心型扁藻的影响最为明显,以亚甲基蓝在无藻条件下的降解速率为1.00,该藻使反应最大相对速率达到2.42。 3.毒性实验 (1)急性毒性:实验用中肋骨条藻、赤潮异湾藻、亚心型扁藻、三角褐指藻做了亚甲基蓝降解前后的急性毒性实验,证实了光降解能直接导致亚甲基蓝毒性的降低。 (2)慢性毒性:对四种藻类做生长曲线发现,经过光降解,亚甲基蓝的慢性毒性降低,以低密度藻种中肋骨条藻最为明显。 总之,本论文以亚甲基蓝作为研究对象,较系统地研究了光反应动力学和海水中的诸多影响因素,同时,将光降解实验与生物毒性实验结合起来,证实了光降解后,亚甲基蓝对藻类的毒性降低。根据实验模拟结果,我们可以更好地了解天然海洋环境中该类染料的降解情况,为有机污染物的治理提供重要的理论依据。


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