水环境中的界面过程分配

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1、上次课主要内容1.水环境中胶体颗粒的吸附作用类型（表面吸附、离子交换吸附、专属吸附）2.吸附等温线类型（H型、F型、L型）3.吸附作用的影响因素（金属离子的形态、pH值、盐浓度、Eh、配合剂、吸附温度）5.3水-固体系中的分配作用（有机化合物）I.分配理论分配理论的提出分配作用与吸附作用的比较沉积物（土壤）有机质对吸附的影响II.分配系数沉积物（土壤）/水分配系数Kp沉积物（土壤）/水标化分配系数Koc生物浓缩系数（因子）BCF或KBI.分配理论①分配理论的提出实验现象一、二几种疏水性有机化合物在土壤-水体系中的吸附——线性等

2、温线几种疏水有机物在活性炭-水体系中的吸附——非线性等温线理论提出有机化合物在土壤中的吸着作用（sorption）主要是两种机制：一是分配作用（paritition），即在水溶液中，沉积物（土壤）有机质对有机化合物的溶解作用。二是吸附作用（adsoption），即在疏水性有机溶剂中，土壤矿物质对有机化合物的表面吸附作用。疏水性有机化合物从水到土壤的吸着作用主要是溶质的分配（溶解）过程，即溶解到土壤有机质中。②“分配作用”与“吸附作用”的比较分配作用是有机物通过分子间作用力将溶质分配到沉积物（土壤）的有机质中。这种作用主要靠范德

3、华力。吸附作用包括通常物理吸附和化学吸附，作用力有氢键、分子间力、配位键等分配作用吸附作用吸附热反应热小反应热大吸附等温线线性等温线非线性等温线竞争吸附无竞争吸附存在竞争吸附②“分配作用”与“吸附作用”的比较颗粒（沉积物、土壤）有机质对吸附的影响根据分配理论，在沉积物（土壤）-水体系中，吸附疏水性有机化合物的主要是沉积物（土壤）有机质，即这种过程主要与其中有机质含量有关，而与其中的矿物质多少无关。解释：极性水分子占据了表面大量的吸附位，使得疏水性有机化合物分子很难再吸附在矿物表面疏水性有机化合物在水中的溶解度一般较小，却很容易

4、溶解（或称分配）到有机质中沉积物（土壤）-水体系中，这种吸着作用的特征是高分配（有机质），弱吸附（矿物表面）II.分配系数分配系数在分配达到平衡的条件下，有机化合物在沉积物（土壤）/水中的浓度比值称为分配系数Cs:有机毒物在沉积物上的平衡浓度;Cw:有机毒物在水中的平衡浓度.标化分配系数Koc=Kp/XocKoc：标化的分配系数，即以有机碳为基础表示的分配系数；Xoc：沉积物中有机碳的质量分数。用沉积物有机质含量对分配系数Kp进行归一化处理得到Koc颗粒物大小对分配系数的影响f：细颗粒的质量分数（d＜50μm)；：粗沉积物组分

5、的有机碳含量；：细沉积物组分的有机碳含量。考虑颗粒物大小对分配系数Kp影响：粗颗粒对有机污染物的分配能力只有细颗粒的20%。Koc=0.63KowKarichoff等（1979）描述了Koc与有机物的正辛醇-水分配系数Kow的关系Kow：表示有机物的正辛醇-水分配系数，即分配达到平衡时有机物在正辛醇和水中浓度的比例脂肪烃、芳烃、芳香酸、有机氯和有机林农药、多氯联苯等辛醇-水分配系数和水中溶解度之间的关系Sw为有机物在水中的溶解度，mg/L;M为有机物的分子量Chiou等（1977）曾广泛研究了有机化合物的Kow值和水溶解度Sw

6、的关系，发现二者之间存在着很好的相关性，结果可表示为：式中：一些重要有机物的正辛醇-水分配系数Kow范围Rangesinoctanol-waterpartitionconstants(Kow)forsomeimportantclassesoforganiccompoundsKow：辛醇-水分配系数定义：平衡状态下化合物在正辛醇和水相中浓度的比值注意：Kow值不同于某化合物在正辛醇中的溶解度与其在水中的溶解度之比。因为在平衡条件下，正辛醇相含有2.3mol/L的水，而水相则含有4.5×10-3mol/L的正辛醇Kow参数始于对化

7、合物定量结构—活性相关关系（QSAR，P245）的研究，最初是药物学的研究。许多研究表明，Kow与药物分子结构的变化以及观察到的某些生物学、生物化学或毒性效果的变化有关。有机污染物在环境中的行为，诸如水溶性、毒性、土壤沉积物吸附系数和生物富集因子均与Kow有相关性，这可用图1表示。LD50毒性Kow正辛醇-水分配系数BCF生物富集因子Koc土壤、沉积物吸附系数Sw水中溶解度图1分配系数与有机污染物在环境中行为的相关性Kow值表示了化合物分配在有机相（如鱼类、土壤）和水相之间的倾向。具有较低Kow值的化合物(如小于10)，可认为

8、是比较亲水的，因此它们具有较高的水溶性，因而在土壤或沉积物中的吸附系数Koc值以及在水生生物中的富集因子BCF相应就小。如果化合物具有较大的Kow值(如大于104)，那么，它就是非常憎水或疏水的，它在土壤或沉积物中的吸附系数以及在水生生物中的富集因子相应就大。最利于植物根部吸