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多氯联苯(PCBs)具有难降解、毒性强及易生物累积等特点,是最受关注的持久性有机污染物之一。实际环境中,由于PCBs的疏水性,土壤和沉积物成为PCBs的主要储存场所。中国部分地区的土壤PCBs浓度高达背景值的几百倍,尤其是电子垃圾集中处理区域的土壤。负载纳米零价铁技术已被证明是治理PCBs污染很好的还原技术之一。目前,负载纳米零价铁技术去除水环境中PCBs的机理及影响因素等研究已有较多报道,但当前针对PCBs污染土壤修复的研究相对较少。故而本课题制备了活性炭载纳米零价铁/钯体系(RAC),有效结合活性炭的吸附性能与纳米零价铁体系的还原脱氯性能,开展了RAC对于土壤中不同分子结构PCBs的去除机理和动力学研究,考察了以腐殖酸为代表的土壤有机质、阴离子等土壤环境因素以及RAC材料老化等方面的影响。 本课题选择了“液相沉淀法”制备RAC,在N2条件下,采用Norit HD3000作为载体炭,以FeSO4·7H2O为原料,聚乙二醇为分散剂,采用硼氢化钠还原后经过700℃热处理后负载Pd,最终制成RAC。RAC的Fe含量为1%左右,Pd含量略大于0.1%,其比表面积为476 m2/g,孔容积为0.446 cm3/g,平均孔径为3.75 nm。 通过系列批式实验研究了RAC去除土壤中十余种不同分子结构PCBs时发现,RAC对于土壤中各类PCBs均具备良好的去除和持续脱氯能力,且贵金属Pd对脱氯过程具有较明显的促进作用。在7天内,PCBs的总体去除率可以达到66.82%-82.11%,其中脱氯作用贡献率达到45.57%-81.52%。PCBs的氯代程度增加会导致其在反应初期不易从土壤有机质上解吸,但随着处理时间的延长,各种土壤PCBs之间总去除率差异逐渐减少。氯代程度高的PCBs在RAC中更容易脱氯降解,而在氯代程度相同的情况下,PCBs上氯原子的脱氯难度符合邻位>间位>对位的规律,且相同取代位的氯原子若处于PCBs不同苯环上将更加容易脱氯。由于RAC的强吸附性能,它可以将土壤PCBs及其副产物牢固吸附于孔隙表面进行脱氯降解。 通过复合材料RAC对2-ClBP去除的批式实验,探讨了土壤腐殖酸、阴离子以及RAC的老化对RAC吸附脱氯性能的影响。溶解性腐殖酸(DHA)、固态腐殖酸(SHA)和无机矿物质土壤颗粒的单独存在均会阻碍RAC对于水相2-ClBP的去除作用。而当考虑了无机矿物质土壤和腐殖酸共同参与反应的情况后发现,除了无土壤颗粒的低浓度(1、2g/L)SHA组之外,有土壤颗粒组比对应的无土壤颗粒组的2-ClBP去除和脱氯效率更高,同时DHA组比对应的SHA组的2-ClBP去除和脱氯效率更高。在无机矿物质土壤存在的情况下,再加入低浓度的SHA和DHA均可能造成水相2-ClBP的去除效率的提高,而且DHA组的提高效果更为明显。这是由于无机矿物质土壤会与DHA将形成有机-无机复合体,对2-ClBP有更高的吸附性能,提高了2-ClBP从水相中分离的速度,并可能有利于加快RAC和2-ClBP之间的电子传递。此外,升高SHA与DHA的浓度,其逐渐减小RAC去除水相2-ClBP的效率,导致该过程kobs逐渐减小。 阴离子存在条件下,会降低RAC对土壤2-ClBP的持续吸附和脱氯能力。第7天,Cl-、NO3-、CO32-及SO32-等土壤阴离子条件下的总体去除率范围是54.60%-61.87%,脱氯率范围是27.56%-38.00%,均小于对照组(75.32%,49.69%)。由于CO32-、SO32-钠盐溶液的pH较高(pH在9-12),有利于2-ClBP脱离土壤进入水相,从而使得该两种离子对2-ClBP去除的总体抑制作用较弱。而SO32-由于可在钯催化剂表面发生化学吸附,降低Pd的反应活性,故而其对RAC脱氯性能的抑制最为明显。另外,RAC在各种环境下的长期老化(200d)使其对于土壤2-ClBP的去除和脱氯性能均逐渐降低。在7d内,老化RAC(200 d)对土壤2-ClBP的总体去除率范围为52.89%-65.53%,脱氯作用贡献率为49.04%-78.87%。其中,总去除率下降最严重的是Soil+Air及H2O+Air条件下的RAC,其7d的总去除率分别下降了15.63%和12.37%。而脱氯率下降最严重的是H2O+Air条件下的RAC对2-ClBP(脱氯率只有27.54%),比新制备RAC下降了26.73%。土壤氮气保护下老化200 d的RAC保持了对土壤2-ClBP良好的去除和脱氯性能,说明RAC材料在土壤修复领域有较大的应用潜力。