沿溶氧梯度和光照梯度研究有机污染物在水体Fe(II)/有机酸/铁氧化物界面的降解规律

Fe(Ⅱ), iron oxides, organic acids and organic pollutants coexist in the natural environment aqueous solution, the oxidation-reduction reaction of Fe(Ⅱ)/ iron oxide interface is an important way of organic pollutant degradation in the natural environment. The dissolved oxygen concentration and the visible light intensity decrease with increasing water depth in natural condition. But, the degradation rule and quantitative analysis of organic pollutants in the interface of Fe(II)/ iron oxide aquatic system along the dissolved oxygen concentration and the visible light intensity gradient, has not been reported. In this study, we studied the degradation rule of organic pollutants in the interface of Fe(II)/ organic acid/ iron oxide aqueous solution along the dissolved oxygen concentration and the visible light intensity gradient in a simulated natural environment. We simulated the dissolved oxygen concentration by controlling O2/N2 partial pressure, and observed the oxidation-reduction reaction in aqueous solution and iron oxide surface under different visible light intensity. We analysed traceability on the system composition and the surface change of iron oxide by spectroscopy and surface analysis techniques, and studied on influencing factors of iron oxides activity, and investigated the relationship among surface activity, adsorption and degradation of organic pollutants on the iron oxide surface. The possible mechanism was suggested for degradation mechanism of organic pollutants in the interface of Fe(II)/ organic acid/ iron oxide aqueous solution along the dissolved oxygen concentration and the visible light intensity gradient. This studying will provide a new thought for the further understanding of the role of iron oxides in natural environment.

有机污染物和溶解的Fe(Ⅱ)/有机酸/铁氧化物共存于自然界水体中，Fe(Ⅱ)/ 铁氧化物耦合的系列氧化还原反应是自然环境降解有机污染物的重要途径，但在自然条件下随水深递减的溶氧梯度、光照射梯度分布上，缺乏对应的Fe(Ⅱ) /铁氧化物氧化还原偶联的有机物降解模型。本项目模拟自然水环境下溶氧和太阳光随水深的梯度分布，沿双参数梯度分布上研究有机污染物在水体Fe(II)/有机酸/铁氧化物表面的降解规律。通过控制通入O2/N2分压模拟溶氧梯度，考察不同光强下体相及表面的氧化还原反应，用光谱及表面分析技术，跟踪分析体系的成分及铁氧化物的表面变化，探讨影响铁氧化物表面活性的因素；研究铁氧化物对污染物吸附、还原及氧化降解间的关系；确立Fe(II)/有机酸/铁氧化物水体系在溶氧、光照梯度分布上对有机污染物的降解机理。该研究可为深入认识铁氧化物在自然环境中的作用提供新思路。

Fe(Ⅱ)、有机酸、铁氧化物和有机污染物共存于自然界水体中，Fe(Ⅱ)/FexOy耦合的系列氧化还原反应是自然降解有机污染物的重要途径之一。本项目模拟自然水环境，研究可见光光照，Fe(Ⅱ)及有机酸作用下有机污染物在不同铁氧化物表面上的降解规律。结果表明:在铁氧化物中，随Fe3O4，γ-FeOOH，α-Fe2O3的顺序，铁氧化物对有机污染物的物理吸附逐渐减弱，化学吸附增强，低晶铁氧化物对污染物的吸附性强；在厌氧环境下，有机酸络合剂（草酸，柠檬酸，氨基乙酸，EDTA）的加入，使铁氧化物表面Fe(II)含量增加，对污染物的还原转化得到提高，其中，α-Fe2O3表面产生的Fe(II)量最多，对污染物具有最好的还原效果； 在光照有氧环境下，对铁氧化物还原污染物的产物进行氧化降解，发现污染物的降解性随铁氧化物晶化性的降低而提高；不同铁氧化物对污染物还原转化及氧化降解由强到弱的顺序为：α-Fe2O3 > γ-FeOOH > Fe3O4。分析认为铁氧化物的表面活性与晶化性及表面结构有关，低晶铁氧化物表面活性高，α-Fe2O3对污染物具有强的化学吸附，使其表面的污染物更易于发生还原转化；有机酸络合剂的加入，有助于铁氧化物表面Fe(II)的产生，可提高体系对污染物的还原转化及氧化降解性；随溶氧和光强度的增强体系对污染物的氧化降解性得到提高。铁氧化物对污染物的吸附、还原转化及氧化降解存在协同作用。该研究可为建立自然环境效应的评价方法和体系提供理论依据。