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              南京土壤所在基于納米零價鐵-生物炭活化過硫酸鈉降解氯苯汙染地下水方面取得進展

              2020-07-03 分享到:

              我國曆史遺留汙染場地量大面廣,跨介質複合汙染嚴重,異位修複二次汙染風險高,缺乏具有科學依據的安全開發利用模式已成爲制約土壤可持續修複的重大瓶頸問題。隨著國家土壤汙染防治行動計劃及土壤汙染防治法的有效實施,土壤汙染防治攻堅戰的全面展開,土壤汙染風險管控與治理已成爲土壤汙染防治工作的重點,土壤汙染治理也進入了一個以低成本、綠色高效和可持續原位修複爲主導的新時代。

              氯苯類化合物是化工行業常用的溶劑和中間體,是汙染場地土壤和地下水中常見的關注汙染物。一氯苯(mono-chlorobenzene,MCB)占全球所有氯苯類化合物産量的70%左右,其毒性較高,嚴重危及人體健康和生態環境安全。常規熱處理技術經濟成本高,吸附技術只能實現汙染物MCB相轉移,完全降解難度大,而高級氧化技術可徹底礦化MCB爲CO2和H2O,次生环境安全风险可控,如何遴选经济有效的绿色高效复合功能材料活化过硫酸盐成为当前化学高级氧化修复技术研究的热点。近日,中國科學院南京土壤研究所研究员陈梦舫团队在基于纳米零价铁/生物炭(nZVI/biochar)活化过硫酸钠(PS)降解地下水中MCB方面又取得新进展。

              首先该团队研究揭示了nZVI/biochar对MCB吸附作用及其活化PS氧化降解MCB的作用机制。低温生物炭制备的nZVI/biochar对MCB的吸附作用加速其活化PS氧化降解MCB的反应速率,而高温生物炭制备的nZVI/biochar吸附过程抑制了MCB的氧化降解速率。随着生物炭裂解温度从300℃升至700℃,MCB在nZVI/biochar上的吸附由物理-化学吸附转向化学吸附。低温生物炭(< 500℃)所制备的nZVI/biochar通过吸附作用增加MCB与活性位点的接触概率,而高温生物炭(>500℃)所制备的nZVI/biochar石墨碳结构塌陷导致纳米零价铁颗粒被包埋在生物炭孔隙内,并且纳米零价铁颗粒在生物炭表面的非均质分布和MCB的化学吸附作用减少了nZVI/biochar表面的活性位点,从而抑制nZVI/biochar活化PS对MCB的氧化降解。同时研究阐明了nZVI/biochar活化PS去除MCB的自由基和非自由基机理。采用醇、苯醌和L-组氨酸为活性氧物质淬灭剂的淬灭实验和电子顺磁共振技术(EPR),发现nZVI/biochar活化PS体系中自由基(SO4·-和·OH)和非自由基(單線態氧,1O2)共同參與降解MCB;結合XRD、XPS、拉曼等表征結果,複合材料nZVI/biochar中納米零價鐵顆粒、生物炭表面含氧官能團及生物炭sp2雜化碳原子共同參與PS活化反應。nZVI/biochar活化PS體系對實際汙染地下水中的氯苯和總有機碳的去除率分別達到67.4%和55.9%,表明該體系能高效修複氯苯汙染地下水。

              该研究成果为批量制备吸附和活化性能强的多功能铁炭复合材料及绿色高效修复有机污染地下水提供了科学依据。相关研究成果已发表在Chemical Engineering Journal上(IF: 10.65; DOI:10.1016/j.cej.2020.125811)。論文第一作者为杨磊博士,通讯作者为晏井春副研究员。该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金中德国际合作、污染场地安全修复技术国家工程实验室开放基金和江苏省自然科学基金等项目资助。

              文章鏈接

              nZVI/biochar活化PS降解MCB機理圖

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