过硫酸盐体系还原性自由基对氯代污染物的降解机制研究

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基于过硫酸盐(PS)的高级氧化技术是近些年来发展起来的一种土壤和地下水修复的新技术。活化PS可以产生高活性的氧化性自由基(SO4·-),降解环境中大多数有机污染物,但是环境中还存在一些高卤代的有机污染物,难以被氧化性自由基降解而容易被还原性自由基降解。基于此,本文研究了PS体系还原性自由基对污染物的还原降解,并将PS体系还原性自由基用于实际污染土壤中的滴滴涕(双对氯苯基三氯乙烷,DDT)的降解,拓展了利用过硫酸盐修复有机污染土壤的理论基础。主要研究结果如下:  (1)研究了醇对纳米铁活化PS降解DDT的影响,EPR结果表明,相对于单独PS体系,纳米铁可以高效活化PS产生SO4·-和·OH,进而促进DDT的降解。通过选用乙醇(EtOH)和叔丁醇(TBA)为淬灭剂进一步研究SO4·-和·OH对DDT降解的贡献,结果表明,加入EtOH反而促进了DDT的降解,利用透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)等表征手段和DDD累积分析,证明了EtOH自由基在纳米铁形态转化和DDT降解中的重要作用。  (2)研究了淬灭反应中醇自由基的产生及对污染物的降解作用机制,结果表明,热活化PS体系加入醇可以产生醇自由基,在无氧条件下,醇自由基可以高效还原降解三氯乙酸(TCA)和四氯化碳(CCl4),而有氧条件下氧气会淬灭醇自由基。醇自由基可以促进PS的分解和H+的产生。此外,在限氧条件下,醇自由基可以消耗水溶液中的溶解氧,当溶解氧消耗完后,醇自由基可以进一步降解CCl4。  (3)发现在厌氧条件下,单独PS体系可以快速降解六氯乙烷(HCA),而在有氧条件下HCA没有明显降解。利用顺磁共振波谱仪(EPR)和自由基淬灭反应证明了S2O8·-的产生及对HCA的降解作用。升高温度和增加PS浓度均能显著加快HCA的降解,溶液pH对HCA的降解影响较小,阴离子中Cl-、NO3-对热活化PS降解水溶液中HCA的影响较小,而HCO3-和CO32-会显著抑制HCA的降解。  (4)厌氧条件下,热活化PS体系中产生的S2O8·-可以快速降解土壤中的DDT,但对DDE降解的促进作用较弱。向体系加入EtOH能促进醇自由基的产生,进而促进DDT的还原脱氯降解,但加入醇后,SO4·-被完全淬灭,所以累积了大量的DDT脱氯产物DDD,但是单独的PS体系,PS并不能完全淬灭SO4·-,体系同时存在氧化性自由基和还原性自由基,DDT被S2O8·-还原脱氯后的降解产物DDD还可以被SO4·-进一步氧化降解。所以,热活化PS体系适合实际污染土壤中DDTs的修复降解。
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