沉积物中黑碳作用下有机氯农药的非生物降解行为

本课题以厌氧沉积物环境中黑碳微界面有机氯农药非生物转化行为的仿真模拟为基础，开展了不同环境因素条件下厌氧环境中黑碳对有机氯农药非生物降解反应的影响研究；辨识了厌氧沉积物体系中有机氯农药非生物降解反应黑碳效应的关键控制因子；阐明了厌氧沉积物体系中有机氯农药黑碳作用下的非生物降解反应的动力学过程；揭示了厌氧沉积体系中黑碳微界面有机氯农药非生物转化行为的作用机理；形成了厌氧沉积物体系中黑碳微界面有机氯农药非生物降解行为的系统研究方法。本课题将有助于阐释厌氧沉积体系中有机氯农药的转化规律，有助于准确评估厌氧沉积物体系中有机氯农药的潜在环境风险，有助于开发有机氯农药污染的厌氧沉积体系原位非生物修复技术。

本项目从2010年开始到2012年这三年的时间里，项目组按计划有条不紊的推进本项目实施，并结合研究过程发现的问题对研究内容进行了调整、扩展和深化。在研究过程中，项目组主要以厌氧体系中黑炭作用下有机氯农药降解反应关键控制因子的优化作为研究主线，根据科学论证的方案和技术路线展开大量而深入的研究工作。同时，根据国外研究发展状况增加了厌氧体系下不同源木炭及秸秆炭对硝基芳香类污染物的催化转化效应的实验室模拟研究及机制探讨。本研究取得了以下主要进展：（1）在实验室模拟的天然厌氧条件（常温常压）下，以沉积物体系中典型的秸秆不完全燃烧生成黑碳为基础，在硫化物、Fe（II）、FeS等还原物质存在条件下，多种氯代有机物的黑炭催化还原反应非常缓慢，观测不到明显的催化还原脱氯反应，也未能检测到相应的脱氯还原产物。（2）常温常压的厌氧条件下，木炭可以催化取代硝基苯类污染物与硫化物快速的发生还原反应，反应产物为苯胺类。木炭作用下取代硝基苯类污染物发生的还原降解反应符合准一级反应动力学。厌氧条件下木炭对硝基苯的催化还原机制研究结果表明，当硝基苯、硫化物和木炭共存时，木炭的吸附特性能使其本身富集到大量的硫化物和硝基苯，而木炭的表面的醌类官能团（酚羟基和羰基）和硝基苯中的硝基结合形成电子转移型的络合物，从而将硫化物中的还原电子迅速的转移给硝基苯，从而使其快速的还原降解反应。（3）常温常压的厌氧条件下，庄稼秸秆炭可以催化取代硝基苯类污染物与硫化物快速的发生还原反应，反应产物为苯胺类。当硫化物浓度为3 mM、水稻秸秆炭浓度为0.5 g/L时，硝基苯的准一级反应速率常数为0.0126 h-1。该准一级反应速率常数随着硫化物浓度的增加而增大，并且与反应液pH值密切相关。另外，用氧化石墨和鳞状石墨作为催化剂，进一步研究了控制加速硝基苯还原降解的关键反应活性位点。结果表明氧化石墨作为催化剂时，比表面积归一化的降解速率(0.34 E-4 h-1)比石墨(1.76 E-4 h-1)小，证明微观石墨区域也是主要反应位点，对硝基苯的催化还原起到了关键作用。