胶体TiO2颗粒对不同来源溶解性有机质光降解的影响:基于分子量差异分析*
2021-07-07李芳芳徐华成江和龙
李芳芳,徐华成,江和龙
(1:中国科学院南京地理与湖泊研究所,湖泊与环境国家重点实验室,南京 210008)(2:中国科学院大学,北京 100049)
溶解性有机质(DOM)是指能通过某一特定孔径滤膜(0.10 ~0.45 μm)的有机物质,其来源主要有藻源(浮游植物的生长代谢)和陆源(陆地和大气输入)两种[1-2].DOM在自然水体中广泛存在,其在海水中浓度约为0.2~3.6 mg/L,而在河流和湖泊等表层水体中可高达2~42 mg/L[3-5].近年来,由于人类活动以及水体点源/非点源污染负荷增加,环境水体中DOM浓度有逐渐升高趋势,严重影响水体水质生态健康[6-7].此外,在饮用水处理过程中,DOM与氯消毒剂反应生成的三氯甲烷、卤代乙腈等消毒副产物危害居民饮水健康[8].由于DOM的高活性和多基团特征,其在水体中具有吸附/解吸、分散/团聚、稳定/降解等环境行为,其中光降解是其转化过程中的重要途径[9-11].DOM在光照条件下产生活性氧自由基,可显著影响污染物的化学形态和生物可利用性[12].因此,环境水体DOM的光降解特性研究是水环境领域的热点问题.
DOM可吸收光子直接光解,也可与由其他光活性物质吸光后产生的光活性中间产物发生间接光解.环境水体中DOM以胶体或纳米颗粒为介导的光解是典型的间接光解.近年来,人工纳米胶体颗粒(如TiO2、ZnO)的广泛使用及沉积物再悬浮等过程使水体中含有大量的胶体/纳米颗粒(< 100 nm)[13-14],从而影响DOM的光降解行为及效率.一方面胶体颗粒粒径小、比表面积大,可通过表面吸附位点和基团吸附作用抑制DOM降解[15];另一方面,光照条件下胶体颗粒界面自身会产生大量的活性氧物质,从而提高DOM的光降解效率[16].上述研究均是将DOM样品作为“整体”来考虑,没有考虑DOM分子量不同而引起的环境效应差异.虽然已有关于分子量的光降解研究,但是由于缺乏系统的分级分离方法,并未区分DOM样品的胶体态(0.45 μm~1 kDa)和真溶态(<1 kDa),故无法解释DOM样品中胶体态和真溶态组分显著不同的环境行为和效益[17].所以,开展基于分子量差异的环境水体DOM光降解特性研究,可加深理解环境水体DOM的归趋效应及行为过程,也可为污染水体高效修复和净化技术研发提供理论指导.
本文选取湖泊蓝藻新陈代谢过程中释放的藻源有机质(algal-derived organic matter,AlgOM)和国际腐殖质协会提供的Suwannee河天然有机质(natural organic matter,NOM)为典型藻源和陆源有机质样……
