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南京土壤所在高鐵酸鹽氧化降解礦物界面多環芳烴研究方面取得進展

2022-03-31 分享到:

化學氧化是降解有機污染物的快速有效手段。高鐵酸鹽是一種多功能氧化劑,在氧化、吸附、沉淀、混凝、消毒殺菌等過程中具有十分高效的作用,且其本身還原產物不產生二次污染。因此,高鐵酸鹽作為綠色高效的化學氧化劑在水處理中備受關注。然而,在土壤及底泥等環境,高鐵酸鹽對有機污染物是否具有高效氧化降解能力還不清楚。礦物是土壤和底泥等的主要成分,影響土壤和底泥的理化性質,是有機污染物的吸附固定界面。了解礦物界面高鐵酸降解有機污染物的過程和機制,對開發綠色高效土壤和地下水有機污染修復技術具有重要指導意義。

中國科學院南京土壤研究所研究員王芳課題組以芘為多環芳烴模式污染物,針對蒙脫石、高嶺石、針鐵礦等典型礦物,研究了高鐵酸鹽氧化降解礦物界面多環芳烴的過程和機制。研究發現在pH7~9范圍內,高鐵酸鹽對礦物界面的芘具有高效降解作用,但降解效率與礦物類型以及高鐵酸鹽自分解有關。蒙脫石界面芘的降解在中性條件下具有最高的降解效率,其路易斯酸性位點有利于高鐵酸鹽氧化降解芘;而高嶺石和針鐵礦界面芘降解效率分別在pH 8和pH 9條件下最高。針鐵礦存在下,芘降解速率最快,但同時高鐵酸鹽自分解也最快,導致的氧化劑無效損失也最大,因此,pH增大抑制高鐵酸鹽自分解,有利于針鐵礦界面芘的降解。通過自由基和中間價態鐵的淬滅實驗,發現Fe(V)/Fe(IV)是主要的活性物質,對芘降解具有決定性作用。羥基自由基(?OH)在高鐵酸鹽降解芘過程中的貢獻(5.1%~27.4%)與礦物種類有關,蒙脫石的處理中最高。適量的過氧化氫和Fe3+有利于中間價態Fe(V)/Fe(IV)的生成,提高蒙脫石和高嶺石界面芘的降解。通過LC-MS分析了高鐵酸鹽氧化降解芘的路徑,發現可能存在兩條不同的鄰苯二甲酸產物路徑。研究結果揭示了典型礦物界面高鐵酸鹽高效降解多環芳烴(芘)的過程和機制,為開發鐵基綠色高效土壤和地下水有機污染氧化修復技術提供了思路。

以上研究結果發表在Water Research期刊上,博士后王紫泉為論文第一作者,王芳研究員為論文通訊作者。研究工作得到國家重點研發計劃專項等項目資助。

論文鏈接

 

礦物界面高鐵酸鹽降解多環芳烴(芘)的過程和機制

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