孔石莼和角叉菜对海水中苯酚光降解的影响

王雨欣

摘要 在可控试验条件下研究了孔石莼和角叉菜对海水中苯酚光降解的影响。结果表明，海水中苯酚光降解过程符合准一级反应动力学方程。在有孔石莼和角叉菜存在的海水中，苯酚的光降解速率常数增大，表明孔石莼和角叉菜能够促进海水中苯酚的光降解过程，且孔石莼对海水中苯酚的光降解促进作用大于角叉菜。

关键词 孔石莼；角叉菜；苯酚；光降解

中图分类号 X173 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2016）22-0158-01

Abstract The effects of Chondrus ocellatus and Ulva pertusa on photodegradation of phenol were investigated in seawater under control experimental conditions. The results showed that the photodegradation of phenol was accorded with the pseudo-first order kinetics equation. Compared with the control，the constants of phenol photogradation rate increased because Ulva pertusa and Chondrus ocellatus existed in seawater. This indicated that both Ulva pertusa and Chondrus ocellatus could promote the photogradation process of phenol. Meanwhile，the phenol photodegradation effect of Ulva pertusa was greater than that of Chondrus ocellatus.

Key words Ulva pertusa；Chondrus ocellatus；phenol；photodegradation

孔石莼（Ulva pertusa）和角叉菜（Chondrus ocellatus）是大连近岸2种常见的海藻[1]，其对海水中的环境污染物具有一定净化作用[2]。例如，孙琼花等[3]研究发现孔石莼对海水中富营养化的氮和磷的去除率可达到98%；魏海峰等[4]认为孔石莼可以有效去除海水中的铅、铜和镉等重金属；Pavoni等[5]发现孔石莼可以净化受多环芳烃污染的海水；秦传新等[6]研究发现角叉菜对海水中硝酸盐和磷酸盐有很好的去除作用，且角叉菜对于高浓度硝酸盐的去除效果要优于孔石莼。

苯酚是水环境中一种常见的有毒有机污染物[7]，水中的苯酚会威胁水域生态环境和水产品食用安全[8-9]。光降解作用是水环境中苯酚非生物转化的重要途径之一[10]，研究发现藻类在光照条件下产生的过氧化氢可能会影响水中有机污染物的光降解过程[11]。本文选择苯酚为目标物，考察孔石莼和角叉菜对海水中苯酚光降解过程的影响，研究结果可为有机污染物的水环境光化学行为及环境影响评价提供科学参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

分析纯苯酚为天津市致远化学试剂有限公司产品，色谱纯乙腈和甲醇为美国Tedia公司产品。试验用海水取自辽宁大连黑石礁近岸，海水盐度为29‰，经0.45 μm滤膜过滤后，加热煮沸，冷却待用。孔石莼和角叉菜采自大连黑石礁近岸，挑选枝叶健全、无病害的植株，用海水清洗干净后待用。

1.2 试验方法

孔石莼和角叉菜用滤纸吸干表面水分，用打孔器打孔后备用。光降解试验在250 mL烧杯中进行，试验海水体积为200 mL，放入孔石莼或角叉菜的质量为0.05 g，每种海藻的试验组和空白对照组均设置3个平行。苯酚储备液（1 g/L）用乙腈配制，海水中苯酚的初始浓度设定为5.00 mg/L。使用40 W低压汞灯作为光源，光源距烧杯顶部距离为40 cm，光暗周期为12 h∶12 h。控制室内温度（20±1）℃，试验时间为8 d。同时，空白对照组设置全试验周期的黑暗处理。每天定时取水样，样品经0.22 μm针孔滤膜过滤后，使用高效液相色谱仪（Waters，美国）测定海水中苯酚的浓度，检测波长为280 nm，选择甲醇和高纯水（v∶v=55∶45）作为色谱流动相，流动相流速为1.0 mL/min。最后一次取样时，使用MPI-E型电致化学发光分析系统（西安瑞迈，中国）中检测海中过氧化氢的含量。

2 结果與分析

2.1 孔石莼和角叉菜对海水中苯酚去除的影响

在本试验条件下，无光照时，全试验周期内海水中苯酚的浓度未见明显变化。当有光照时，海水中苯酚浓度的变化，以及孔石莼和角叉菜的影响作用如图1所示。可以看出，随着试验时间的延长，各试验组海水中苯酚浓度均呈下降趋势，表明海水中的苯酚可以发生光降解反应。试验进行8 d后，空白对照组海水中苯酚的浓度由初始5.00 mg/L降低至3.31 mg/L；角叉菜组中苯酚浓度由5.00 mg/L降低至1.98 mg/L，而孔石莼组苯酚浓度低至0.86 mg/L。由此可以看出，孔石莼和角叉菜可以加速海水中苯酚的光降解。

2.2 孔石莼和角叉菜对海水中苯酚光降解速率常数的影响

苯酚在海水中的光降解过程可用准一级反应动力学方程ln（C/C0）=-k·t描述，式中C为t时海水中苯酚的浓度，C0为海水中苯酚的初始浓度，k为海水中苯酚的光降解速率常数。图2为孔石莼和角叉菜对海水中苯酚光降解速率常数的影响。可以看出，在本试验条件下，海水中苯酚的光降解速率常数为0.052 d-1。当海水中有孔石莼或角叉菜存在时，海水中苯酚的光降解速率常数增加。有角叉菜存在的海水中，苯酚的光降解速率常数为0.12 d-1，比空白对照组海水中苯酚的光降解速率常数提高了1.31倍。有孔石莼存在的海水中，苯酚的光降解速率常数达到0.22 d-1，比空白对照组海水中苯酚的光降解速率常数提高了3.23倍。由图2可知，孔石莼和角叉菜均可以提高海水中苯酚的光降解速率常数，且孔石莼对海水中苯酚光降解速率常数的影响大于角叉菜的影响。

2.3 孔石莼和角叉菜对海水中苯酚光降解的影响机理

本研究采用电致化学发光分析系统，检测了本试验条件下，光照时各试验组海水中过氧化氢的含量。检测结果发现，空白对照组海水中过氧化氢的含量低于检测下限，未检出空白海水中存在过氧化氢。角叉菜组海水中检测出的过氧化氢含量为0.008 8 mg/L，孔石莼组海水中检测出的过氧化氢含量为0.019 2 mg/L。试验结果表明，在光照条件下，海水中的孔石莼和角叉菜可以产生过氧化氢，且孔石莼产生过氧化氢的量比角叉菜高出1.18倍。

过氧化氢是一种氧化性较强的化合物，可以去除水中部分有机污染物[12]。张永金[13]发现过氧化氢可以加快水中苯酚的降解速率。同时，在光照条件下，过氧化氢可以产生氧化性极强的羟基自由基，羟基自由基会进攻苯酚分子中电荷密度大的碳正离子，导致碳碳键发生断裂和重排，促进苯酚发生光降解[14]。苯酚作为一种广泛存在于水环境中的有机污染物，环境因子会影响苯酚的光降解历程。从本试验结果可知，孔石莼和角叉菜在光照条件下均能够产生过氧化氢，且2种海藻都能够提高海水中苯酚的光降解速率。试验结果说明，孔石莼和角叉菜在光照条件下产生的过氧化氢是促进海水中苯酚光降解的主导因素。此外，相同试验条件下，孔石莼产生过氧化氢的量高于角叉菜，导致孔石莼对苯酚光降解的促进作用强于角叉菜，说明不同种类海藻对苯酚的光降解过程的影响会不同。本研究进一步明晰了海藻在海洋环境生态修复中的作用，可为海水中有机污染物的转化研究及环境影响评价提供参考资料。

3 结论与讨论

试验结果表明，无光照时，海水中苯酚的浓度无明显变化；有光照时，孔石莼和角叉菜可以加速海水中苯酚的光降解。孔石莼和角叉菜均可以提高海水中苯酚的光降解速率常数，且孔石莼的影响大于角叉菜。通过对孔石莼和角叉菜降解苯酚机理的研究，表明在光照条件下，海水中的孔石莼和角叉菜可以产生过氧化氢，是促进海水中苯酚光降解的主导因素，且孔石莼产生的过氧化氢多于角叉菜，因此对苯酚降解的促进作用强于角叉菜。

4 参考文献

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