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邻苯二甲酸酯(Phthalicacidesters,PAEs)俗称钛酸酯,是一种内分泌干扰物,作为塑化剂被广泛使用在工业生产之中。2009年全球的PAEs产量为620万t,我国生产的量将近其中的两成。邻苯二甲酸酯种类多达14种,使用广泛的为邻苯二酸二甲酯(DMP)、邻苯二甲酸二乙酯(DEP)、邻苯二甲酸二丁酯(DBP)、邻苯二甲酸丁基节基酯(BBP)、邻苯二甲酸二乙基己基酯(DEHP)、邻苯二甲酸二辛酯(DOP)、邻苯二甲酸二庚酯(DHpP)。PAEs作为环境中最常被检测出的内分泌干扰物之一,对人和动物的威胁被广泛报道。美国学者报道了PAEs诱发糖尿病的现象,Yuan等最新在中国的研究显示了同样的结果,糖尿病患者尿液PAEs含量显著高于正常人。Shi等在为期三年的研究中表明,农作物种植中塑料薄膜的使用,增加了土地和小麦的PAEs的检出量,增加了食用人群的患癌风险。Deng等将实验白鼠暴露于PAEs,实验6周之后,白鼠的血压显著升高,引发了心脏和肾脏的病变。Zhao等对雌性鹤鹑口服1000mg/kgPAEs45d之后,观察到肝脏表现出肝细胞的结构改变,包括线粒体肿胀,肝板紊乱,炎性细胞浸润和脂肪变性。Nugegpda等研究表明,PAEs暴露直接导致澳大利亚地区鱼类甲状腺肥大、增生,并间接引起内分泌系统病变。
目前学者报道的PAEs污染物的去除方法主要有高级氧化法、吸附法、生物降解法和超声法等。本文总结了目前各方法的最新研究进展,介绍了各方法的原理,比对各方法的效率,并对未来的研究提出了展望。
1吸附法
常用的吸附剂主要有:活性炭、壳聚糖、生物吸附剂、黏土矿物材料、改性玉米芯、高分子树脂和膜吸附法,利用这些吸附剂丰富的孔隙结构和表面基团可以实现对PAEs的吸附金。pH值与温度是影响吸附剂对PAEs吸附的主要原因。Wang等利用梧桐制备的活性炭,经磷酸改性后,活性炭孔隙率增加,孔径变小,比表面积增加,较改性前,获得了更好的吸附效果。在pH值为13时,获得了最佳的吸附效果,改性后的活性炭表面呈正电荷,增加了与PAEs的静电吸附效果。饶潇潇等采用限氧升温炭化法利用花生壳制备了生物活性炭,在三个制备温度条件下,生物炭出现了不同的元素含量,随着温度的升高芳香程度增加,对两种PAEs的吸附符合Freundlich方程。Abdul等成功制备了片状生物炭-纳米石墨烯复合物,该复合物对3种PAEs均表现出良好的吸附效果,对3种PAEs的吸附的主要机制不同,分子质量相对较小的DMP,直接通过孔隙扩散作用被复合物吸附,DEP吸附的主要机制为tt-tt相互作用,DBP则是分子间的疏水作用被吸附。Moazzen等首次采用磁性铁和纳米银合成了一种新型吸附剂(MWCNT-Fe3O4/Ag),对PAEs具有良好的吸附效果,并且可以通过磁选全部回收。张进等"句采用表面分子印迹技术,以邻苯二甲酸二甲酯(DMP)为模板分子制备了DMP表面分子印迹聚合物微球(MIPMs)。用平衡吸附实验方法研究MIPMs对DMP的结合性能。
实验表明:MIPMs对DMP的吸附在1.5h左右达到平衡,最大吸附容量为78.6mg/go同时,MIPMs对DMP的吸附量明显高于其结构类似物邻苯二甲酸二丁酯(DBP)和邻苯二甲酸二甲氧乙酯(DMOP),表现出较高的选择性识别能力。用微波法制备了天然环保的香草精改性的壳聚糖(CTSV),用以吸附水中PAEs,改性后较改性前最大吸附容量增大,在1h的吸附时间内符合Freundlich模型,为环保材料吸附PAEs污染物提供了新思路。Shaida等将一种低碳含量高硅酸盐含量的廉价煤,通过壳聚糖的径基与煤的硅酸盐基团之间的静电相互作用和氢键,制备了煤和壳聚糖的复合物。复合材料在pH值为5.8时对DEP的吸附率达到了91.1%,低浓度DEP(5-100mg/L)符合Freundlich吸附等温线,高浓度的DEP(100-400mg/L)符合Langmuir吸附等温线,最大吸附容量为42.67mg/g。
2生物降解法
邻苯二甲酸酯的生物降解起于上世纪60年代,目前PAEs降解菌已被成功从各环境中分离。骆祝华等已报道的从环境介质中分离出的PAEs降解菌主要为AcinetobacterBacillusBurkholderia、Corynebacterium^Enterococcus、MycobacteriumArthrobacter^Gordonia^PseudomonasDelftiaRhodococcusSphigomonas等约36个属,其中以Rhodococcus属报道数量最多,它们分属6个门类80多种,又可分为好氧细菌和厌氧细菌。2009年从染色工厂底泥中分离出的红球菌(Rhodococcusruber),对3种PAEs(DMP、DEP、DBP)进行生物降解,在最佳温度30~37咒和最佳pH值7~8条件下,处理300mg/L的PAEs混合液的半衰期为1.3d。Wang等创从中国南海中分离出BurkholderiacepaciaDA2,利用DMP作为碳源,先后产生邻苯二甲酸单甲酯(MMP)和邻苯二甲酸(PA),初始DMP浓度显著影响降解速率,降解动力学符合Gompertz模型。Fang等皿从温室种植的土壤中提取出Acinetobacter属菌株LMB-5,该菌株可以在4种PAEs环境下良好生长,当DBP的浓度从100mg/L上升至400mg/L时,半衰期从9.5h增加到15.5h,降解符合一级动力学。众多学者对微生物降解PAEs的影响因素进行了广泛的报道,Gao等M总结了PAEs的生物降解因素主要有:PAEs的种类及浓度、pH值、环境温度、氧浓度。
国内外学者对污水厂实际去除效果进行了广泛的研究。Damjan等冋在传统活性污泥法中A2/O和A/O对PAEs的降解对比中,得出PAEs在污水厂中的生物降解主要集中在好氧和厌氧阶段,厌氧处理后PAEs的去除效率为64%-69%,好氧处理步骤后高达75%~80%。与传统活性污泥法不同的是,MBR的主要机制并非为生物降解,吸附效果是MBR法去除PAE的主要途径,Boonyaroj等创研究表明MBR对DEHP的降解中,吸附效果贡献85%而生物降解仅贡献2%。采用厌氧废水处理后再进入膜生物反应器,厌氧处理的PAEs去除率为65%~71%,MBR处理后增加至95%-97%,在A0废水处理,进入反渗透(R0)和超滤(UF)后,邻苯二甲酸酯的去除效率从A0处理的75%-80%增加到UF处理的93%~97%.
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