一种测定水环境中颗粒态黑碳含量的方法技术

本公开涉及环境分析化学领域，尤其是一种测定水环境中颗粒态黑碳含量的方法，该方法包括：对环境水样进行过滤，截留富集环境水样中的颗粒态黑碳和微塑料；采用磺化后芬顿氧化消解的方式去除截留富集的微塑料；测定去除了微塑料的颗粒态黑碳的含量。利用本公开，通过采用磺化后芬顿氧化消解的方式去除截留富集的微塑料，能够选择性消解去除微塑料的干扰，实现了环境水体中颗粒态黑碳含量的精准测定，并且灵敏度较高，操作简便，运行成本低。运行成本低。运行成本低。

【技术实现步骤摘要】
一种测定水环境中颗粒态黑碳含量的方法


[0001]本公开涉及环境分析化学领域，尤其是一种测定水环境中颗粒态黑碳含量的方法。

技术介绍

[0002]黑碳是一种由化石燃料、生物质等不完全燃烧形成的复杂的碳质连续统一体，主要包括焦炭、木炭、烟炱和石墨碳，粒径分布涵盖毫米至纳米。通过大气沉降和地表雨水冲刷作用，大气和土壤中黑碳可进入水生态系统。毒理学研究表明，颗粒态黑碳可诱导生殖毒性和遗传毒性，给人体健康造成潜在的威胁。另外，黑碳颗粒与有毒有机污染物和重金属离子结合，产生复合毒性效应。精准定量水环境中黑碳浓度是研究其迁移、转化及毒性效应的重要前提。
[0003]塑料制品具有重量轻、坚固耐用、耐腐蚀以及价格低廉等优势，被广泛应用于工农业生产及日常生活中。研究表明，进入环境中的塑料会在太阳辐射、机械性磨损及生物降解等天然环境作用下逐步风化形成微米级塑料碎片，称为微塑料。目前，微塑料的分布呈全球化趋势，已陆续在世界各地的水、土壤、大气、沉积物以及生物体等介质中被检出。
[0004]由于水环境中微塑料的性质及浓度水平与颗粒态黑碳相近，基于总有机碳(TOC)为定量指标的传统黑碳定量方法如化学热氧化法、热光法等均难以将两者区分，微塑料的存在严重干扰环境水体中颗粒态黑碳的定量。

技术实现思路

[0005](一)要解决的技术问题
[0006]有鉴于此，本公开的主要目的在于提供一种测定水环境中颗粒态黑碳含量的方法，以准确测定水环境中颗粒态黑碳的含量。
[0007](二)技术方案
[0008]本公开提供了一种测定水环境中颗粒态黑碳含量的方法，该方法包括：对环境水样进行过滤，截留富集环境水样中的颗粒态黑碳和微塑料；采用磺化后芬顿氧化消解的方式去除截留富集的微塑料；以及测定去除了微塑料的颗粒态黑碳的含量。
[0009]根据本公开的实施例，所述对环境水样进行过滤，截留富集环境水样中的颗粒态黑碳和微塑料的步骤，包括：选用纳米孔径的玻璃纤维膜对环境水样进行过滤，在玻璃纤维膜上截留富集环境水样中的颗粒态黑碳和微塑料。
[0010]根据本公开的实施例，所述采用磺化后芬顿氧化消解的方式去除截留富集的微塑料的步骤，包括：将截留富集有颗粒态黑碳和微塑料的玻璃纤维膜置于玻璃瓶中，在60℃
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150℃烘干0.5
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8小时，然后依次加入0.5
‑
10mL二氯甲烷和0.02
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7mmol氯磺酸，进行磺化反应；向玻璃瓶中依次滴加0.5
‑
8mL水，1
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50μmol氯化铁和0.2
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5mL双氧水，进行芬顿氧化反应，去除微塑料而保留颗粒态黑碳。
[0011]根据本公开的实施例，在所述的磺化反应步骤中，所述二氯甲烷作为溶剂，所述氯
磺酸作为磺化试剂，反应温度为20℃
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90℃，反应时间为0.5
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6小时。
[0012]根据本公开的实施例，在所述的磺化反应步骤中，所述玻璃瓶始终处于开口状态，使二氯甲烷最终挥发，以避免对后续步骤造成干扰。
[0013]根据本公开的实施例，在所述的芬顿氧化反应步骤中，所述滴加的水是用于与磺化反应后残留的少量氯磺酸进行反应，使氯磺酸完全分解。
[0014]根据本公开的实施例，在所述的芬顿氧化反应步骤中，所述1
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50μmol氯化铁和0.2
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5mL双氧水作为芬顿试剂，反应时间为2
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18小时；所述的芬顿氧化反应，在消解去除微塑料和天然有机质的同时，亦去除无机碳。
[0015]根据本公开的实施例，所述测定去除了微塑料的颗粒态黑碳的含量，包括：选用第二张纳米孔径的玻璃纤维膜，对进行了芬顿氧化反应后的消解液进行抽滤富集；采用配有固体附件的总有机碳TOC分析仪，测定进行了抽滤富集的第二张纳米孔径的玻璃纤维膜的TOC值，所述TOC值即表示颗粒态黑碳的含量。
[0016]根据本公开的实施例，所述选用第二张纳米孔径的玻璃纤维膜，对进行了芬顿氧化反应后的消解液进行抽滤富集的步骤中，采用超纯水对玻璃瓶的瓶壁进行充分润洗，并将得到的第二张纳米孔径的玻璃纤维膜在60℃
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150℃条件下烘干0.5
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8小时。
[0017]根据本公开的实施例，所述采用配有固体附件的总有机碳TOC分析仪，测定进行了抽滤富集的第二张纳米孔径的玻璃纤维膜的TOC值的步骤中，采用的检测器为非色散红外检测器NDIR，所述固体附件为陶瓷样品舟，所述第二张纳米孔径的玻璃纤维膜置于陶瓷样品舟，载气为高纯氧，流速为500mL/min，气压为200kPa，TC反应炉温为900℃。
[0018](三)有益效果
[0019]基于上述技术方案，本公开提供的测定水环境中颗粒态黑碳含量的方法具有以下优点：
[0020]1、本公开提供的测定水环境中颗粒态黑碳含量的方法，通过采用磺化后芬顿氧化消解的方式去除截留富集的微塑料，能够选择性消解去除微塑料的干扰，实现了环境水体中颗粒态黑碳含量的精准测定。
[0021]2、本公开提供的测定水环境中颗粒态黑碳含量的方法，通过对微塑料表面进行磺化，可增加磺酸基团的密度，使大量Fe
3+
与表面磺酸基团络合，从而促进芬顿消解效果。由于黑碳的化学稳定性高于微塑料，黑碳颗粒可在磺化处理和芬顿氧化消解中维持不变。因此，能够通过采用磺化后芬顿氧化消解的方式去除微塑料及其他非塑料有机质，实现了环境水体中颗粒态黑碳含量的精准测定。
[0022]3、本公开提供的测定水环境中颗粒态黑碳含量的方法，首次提出了基于芬顿消解共存微塑料的思路，实现了实际水样μg C/L水平的颗粒态黑碳的测定，并且灵敏度较高，操作简便，运行成本低。
附图说明
[0023]通过以下参照附图对本公开实施例的描述，本公开的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：
[0024]图1示出了依照本公开实施例的选择性去除微塑料而保留黑碳的技术路线示意图。
[0025]图2示出了依照本公开实施例的测定水环境中颗粒态黑碳含量的方法流程图。
[0026]图3为依照本公开实施例的截留富集有磺化后的颗粒态黑碳(PBC)和PVC与PS微塑料颗粒的纳米孔径(300nm)玻璃纤维膜的扫描电镜SEM照片，由图3可以看出，PVC和PS颗粒转化成无定型状态物质，而颗粒态黑碳这保持原始形貌，具有明显的尖锐的棱角。
[0027]图4为依照本公开实施例的对不同种类、粒径颗粒态黑碳和微塑料的消解效果，由图4可以看出，所有塑料的回收率均在10％以下，颗粒态黑碳则均高于90％，表明依照本公开实施例可以选择性地消除微塑料而保留黑碳。
[0028]图5为依照本公开实施例的测定水环境中颗粒态黑碳含量的方法性能曲线；通过向纯水中分别加入相同浓度的PS微塑料和黑碳颗粒，通过本公开进行测定TOC值，得到回收率；同时，对溶液本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种测定水环境中颗粒态黑碳含量的方法，其特征在于，该方法包括：对环境水样进行过滤，截留富集环境水样中的颗粒态黑碳和微塑料；采用磺化后芬顿氧化消解的方式去除截留富集的微塑料；以及测定去除了微塑料的颗粒态黑碳的含量。2.根据权利要求1所述的测定水环境中颗粒态黑碳含量的方法，其特征在于，所述对环境水样进行过滤，截留富集环境水样中的颗粒态黑碳和微塑料的步骤，包括：选用纳米孔径的玻璃纤维膜对环境水样进行过滤，在玻璃纤维膜上截留富集环境水样中的颗粒态黑碳和微塑料。3.根据权利要求2所述的测定水环境中颗粒态黑碳含量的方法，其特征在于，所述采用磺化后芬顿氧化消解的方式去除截留富集的微塑料的步骤，包括：将截留富集有颗粒态黑碳和微塑料的玻璃纤维膜置于玻璃瓶中，在60℃
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150℃烘干0.5
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8小时，然后依次加入0.5
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10mL二氯甲烷和0.02
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7mmol氯磺酸，进行磺化反应；向玻璃瓶中依次滴加0.5
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8mL水，1
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50μmol氯化铁和0.2
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5mL双氧水，进行芬顿氧化反应，去除微塑料而保留颗粒态黑碳。4.根据权利要求3所述的测定水环境中颗粒态黑碳含量的方法，其特征在于，在所述的磺化反应步骤中，所述二氯甲烷作为溶剂，所述氯磺酸作为磺化试剂，反应温度为20℃
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90℃，反应时间为0.5
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6小时。5.根据权利要求4所述的测定水环境中颗粒态黑碳含量的方法，其特征在于，在所述的磺化反应步骤中，所述玻璃瓶始终处于开口状态，使二氯甲烷最终挥发，以避免对后续步骤造成干扰。6.根据权利要求3所述的测定水环...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘景富，赖余建，董丽洁，盛雪莹，
申请(专利权)人：国科大杭州高等研究院，
类型：发明
国别省市：