三种土壤矿物对酰胺类除草剂及其乙基磺酸降解产物的吸附特性

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目前人们对于农药的研究大多仍聚焦在母体化合物上,较少涉及降解产物。随着环境中降解产物被广泛检出,人们发现其中部分降解产物对生物的毒性甚至超过母体。酰胺类除草剂是目前国内外使用量最多的出芽前除草剂。在其施用过程中,除草剂母体通过各种途径进入到大气,水体和土壤中,且能被转化生成持久性更强的乙基磺酸(ESA)类降解产物。本实验以甲草胺、乙草胺和它们的ESA作为研究对象,选用蒙脱石、高岭土、氧化铝作为吸附剂,对以上四种吸附质的吸附特性进行研究,进而揭示母体和降解产物在土壤中的迁移、转化的异同。实验结果表明,在吸附初始阶段,四种吸附质对母体及其降解产物的吸附率均较小但吸附率增幅大,随着时间的增长,吸附率增幅快速减小,并在一定时间后趋于饱和,平衡时间为200min。平衡时,甲草胺在各种吸附剂上的吸附率高于乙草胺,且甲草胺ESA吸附率也表现出了都大于乙草胺ESA的趋势,ESA相对其各自的母体,在土壤矿物上的吸附性能都较低。四种吸附质在矿物上的吸附动力学符合准二级动力学模型。准二级动力学常数K2值大小顺序总体表现为氧化铝>高岭土>蒙脱石,乙草胺>甲草胺,乙草胺ESA>甲草胺ESA,K2值越大表示达到吸附平衡的时间越短。四种吸附质在矿物上的吸附等温线符合Freundlich吸附等温线模型。Freundlich吸附常数Kf值大小顺序总体表现为蒙脱石>高岭土≥氧化铝,甲草胺>乙草胺>甲草胺ESA>乙草胺ESA。四种吸附质在三种吸附剂上的Freundlich吸附指数n值都显示为小于1,表明三种吸附剂对除草剂及其ESA在低浓度时有较高的亲和性。研究发现,溶液pH值对酰胺类除草剂母体和ESA在矿物表面的吸附产生相同影响,表现为随着pH值减小,吸附性能提高。然而,离子强度对母体和ESA的影响则有明显区别。母体化合物在矿物表面的吸附与离子强度呈负相关。但对ESA而言,离子强度可以在一定范围内加强其在矿物表面的吸附,且存在着最佳离子强度。腐植酸对酰胺类除草剂母体和ESA在矿物表面的吸附影响不明显,需进一步研究。重金属离子会削弱土壤矿物对甲草胺母体和ESA在矿物表面的吸附。比表面积(BET)测定显示:蒙脱石(325.11m2/g)>>高岭土(25.22m2/g)>氧化铝(17.29m2/g)。在相同条件下,甲草胺、乙草胺及两者ESA在三种矿物上的吸附率表现为蒙脱石>>高岭土和氧化铝,高岭土上的吸附率略大于氧化铝。三种土壤矿物的平均孔径为中孔,其中蒙脱石的平均孔道偏向于微孔。上述研究揭示了蒙脱石、高岭土、氧化铝对酰胺类除草剂及其乙基磺酸降解产物的吸附效率、影响因素和吸附机理,为研究酰胺类除草剂及其降解产物在土壤、水环境中的迁移、转化提供了研究依据,揭示了它们的部分环境行为,有助于更好的了解酰胺类除草剂使用所带来的生态环境污染。
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