铁-多羧基有机酸光化学体系研究进展

铁-多羧基有机酸光化学体系在自然界中广泛存在,该体系可以由内源生成过氧化氢和羟基自由基,对研究有机污染物的归趋和治理具有重要意义。通过梳理近30年来有关该体系研究的代表性文献,从机理概述、均相体系研究进展、异相体系研究进展以及研究展望4个方面,系统总结了一些重要研究成果。从反应机理来看,吸附反应、光诱导反应、光链反应和有机物降解是该体系的重要反应过程,主要涉及配体和自由基的生成反应,以及铁的氧化还原循环反应。体系活性高低主要取决于多羧基有机酸铁配体的光化学活性大小。异相体系中,吸附态铁配体与溶解态铁配体共同参与光催化过程,对污染物的降解均有贡献。影响体系降解目标物的重要因素包括铁氧化物的种类和剂量、多羧基有机酸的种类和浓度、pH、光源波长和强度、氧气、金属离子、目标物的中间产物以及体系内活性物种的竞争反应等。其中,有机酸存在最佳浓度,铁氧化物存在最佳剂量,而有机酸最佳浓度与其在铁氧化物表面上的饱和吸附浓度密切相关。今后,基础研究方面需联合应用同位素示踪技术、穆斯堡尔谱、薄膜扩散梯度-荧光分析等先进实验技术,结合表面络合模型等才能取得重要突破;应用研究方面,构建适于实际工程运用的高效光化学反应器和废水处理集成工艺、重金属脱毒技术,扩展铁氧化物在土壤有机物降解及微生物燃料电池中的应用范围,是重要的扩展研究方向。     

异相草酸铁光降解五氯酚过程中的铁物种分配

草酸铁光化学体系在自然界中广泛存在,此体系可以内源生成过氧化氢,构成Fenton体系,产生羟基自由基(·OH),用于降解有机污染物.通过测定赤铁矿(α-Fe_2O_3)和针铁矿(α-Fe OOH)两种铁氧化物-草酸体系在光降解五氯酚(PCP)过程中草酸和pH的变化,计算反应过程中各种Fe(Ⅲ)和Fe(Ⅱ)物种的分配情况,分析影响体系活性的关键因素.研究表明,体系中的铁物种分配和pH通过影响体系的铁循环直接影响体系的反应活性.相同初始pH,不同草酸初始浓度下,高活性的Fe(Ⅱ)物种分配具有较大差异从而影响体系的铁循环速率和反应活性.不同初始pH,达到饱和吸附的相同草酸初始浓度下,高活性的Fe(Ⅱ)和Fe(Ⅲ)物种均为体系控制物种,而pH通过影响Fe(Ⅲ)的还原速率从而影响体系的铁循环速率和反应活性.     

共价三嗪有机框架材料对水中氯酚类污染物的光催化脱氯降解

利用共价三嗪有机框架材料(CTF-1)对4-氯酚(4-CP)、2,4-二氯酚(2,4-DCP)、2,4,6-三氯酚(2,4,6-TCP)和五氯酚(PCP)等4种不同氯原子取代数目的氯酚类污染物进行光催化降解研究,探讨了底物结构对氯酚脱氯降解效率的影响及机制.结果表明,氯酚脱氯降解过程明显受苯环氯原子取代数目的影响,氯原子数目越多,脱氯降解效率越高,氯原子数目与表观速率常数呈显著正相关,氯酚降解及脱氯速率均为：PCP>2,4,6-TCP>2,4-DCP>4-CP.对CTF-1光催化降解氯酚机制研究表明,活性物种在反应中不起作用,体系反应机制为针对氯酚上取代氯位点进行水解脱氯过程.本研究结果为深入揭示氯酚脱氯降解机制提供了理论依据,也为光催化技术处理卤代酚类废水提供了技术参考.     

五氯酚生物降解机理与外生菌根真菌对五氯酚可降解性

五氯酚是氯酚族中最具毒性和最难降解的有机污染物。不同种类的微生物由于其降解污染物的生化机制不同,使得五氯酚的降解途径多样化。文章通过综述好氧与厌氧微生物降解五氯酚的降解菌和降解途径,认为五氯酚首先通过脱氯转化为低氯代化合物后再开环,因此脱氯就成为五氯酚降解的关键步骤。参与脱氯的关键酶系主要包括过氧化物酶和酚氧化酶。外生菌根真菌可降解多种难降解有机污染物,并具有生成过氧化物酶和酚氧化酶的机制,因此外生菌根真菌具有降解五氯酚的潜力与优势。这些信息将为进一步开展五氯酚生物降解机理研究,应用微生物—植物复合系统修复污染土壤提供基础。     

白腐真菌降解五氯酚的初步研究

研究了白腐真菌黄孢原毛平革菌在不同营养条件下对五氯酚的降解.采用土豆葡萄糖液体培养基,接种后第2天投加PCP,在胞外木质素降解酶活性极低的真菌反应体系中,五氯酚能够有效降解,4d内10mg·1-1五氯酚降解率达到98%;采用高氮培养基,接种后第6天投加五氯酚,在胞外木质素酶含量极低的真菌反应体系和不含胞外酶的菌丝体反应体系中,五氯酚均能有效降解,1d内降解率分别达到56%和22%;采用低氮培养基,接种后第6天投加五氯酚,在胞外木质素酶含量较高的真菌反应体系、胞外酶液反应体系和不含胞外酶的菌丝体反应体系中,五氯酚均能有效降解,1d内降解率分别达到86%,17%和46%.结果表明,黄孢原毛平革菌在非木质素降解条件下,依赖胞内酶能有效地降解PCP;在木质素降解条件下依赖胞外木质素降解酶和胞内酶降解五氯酚,降解效率高于非木质素降解条件.     

2种水稻土胶体界面五氯酚的还原脱氯转化

研究了紫泥田和浅脚紫泥田2种水稻土胶体界面五氯酚(PCP)的还原转化效果,以及添加Fe2+或草酸对五氯酚还原转化效果的影响.采用表观一级反应动力学描述土壤胶体界面五氯酚的转化过程.结果表明,紫泥田和浅脚紫泥田土壤胶体界面五氯酚的还原转化动力学常数分别为0.0375d-1和0.0430d-1,半衰期分别为18.5d和16.1d;厌氧条件下水稻土胶体中铁氧化物还原溶解产生的吸附态Fe2+对五氯酚具有一定的还原转化能力.添加1.0mmol·L-1Fe2+或1.0mmol·L-1草酸均能显著促进土壤胶体界面五氯酚的还原转化和氯离子的产生,紫泥田土壤胶体界面五氯酚的还原转化半衰期分别减少到9.6d和6.0d,浅脚紫泥田土壤胶体界面五氯酚的转化半衰期分别减少到7.9d和3.0d.草酸促进作用更加显著的原因是铁-草酸配合物的生成.土壤胶体界面五氯酚的还原转化、脱氯效率与土壤胶体的比表面积、吸附态亚铁离子浓度有一定的正相关关系.促进土壤中吸附态亚铁离子和草酸等低分子量有机酸的产生能显著促进有机氯的还原转化.     

铁锰矿类Fenton异相光催化降解有毒有机染料

选取6种天然铁锰矿石为光催化剂,以可见光(λ420nm)照射下活化H2O2降解有机染料罗丹明B(RhodamineB,RhB)为探针反应,筛选出活性较高的天然矿石(磁赤铁矿)催化降解RhB及2,4-二氯苯酚(2,4-Dichlorophenol,DCP).实验表明,可见光下磁赤铁矿在pH=7.0的介质体系,H2O2浓度为3×10-3mol·l-1条件下可有效降解RhB.通过反射紫外光谱、原子吸收分光光度法、XRD初步表征了磁赤铁矿组成结构;采用紫外-可见吸收光谱(UV-vis)、红外光谱(IR)、总有机碳(TOC)测定等方法,研究了其可见光照射下对RhB光催化降解特性.结果表明,在实验条件下RhB矿化率达60%,DCP矿化率达到63.93%.利用电子自旋捕捉技术(ESR)跟踪测定RhB降解过程中氧化物种,表明催化降解过程涉及羟基自由基(·OH)氧化过程.拟定异相矿石类Fenton体系与传统均相Fenton体系相比,具有反应介质pH范围宽(3.0—7.0)、可见光激发及催化剂易得廉价等优势。     

用SOS/umu测试评价光电催化降解五氯酚过程的遗传毒性特征

采用SOS/umu测试研究了五氯酚水溶液在光电催化反应过程中的遗传毒性变化及降解产物对鼠伤寒沙门氏菌TA1535/pSK1002的细胞毒性,并与五氯酚在直接光解、光催化反应过程中的降解产物进行了比较.五氯酚光电催化降解过程中降解产物对测试菌种的细胞毒性逐渐降低,产物经代谢活化的细胞毒性低于直接光解、光催化降解五氯酚的产物.五氯酚经光电催化降解15￣45分钟的产物经代谢活化测试结果呈阳性,在60￣120分钟的降解产物呈阴性,说明五氯酚的光电催化降解过程中生成了间接遗传毒性物质,但该类物质能够在光电催化过程中被去除.而五氯酚经直接光解、光催化处理120分钟的产物均具有遗传毒性风险.本研究结果表明光电催化技术的环境安全性优于直接光解、光催化技术.此外,SOS/umu测试作为一种简单、灵敏的遗传毒性物质检测方法,适合于评价光电催化技术的遗传毒性特征,可以作为评价该技术环境安全性的生态毒理学方法之一.     

Fe0体系降解2,4-二氯酚的影响因素及其反应机理

采用铁屑、炉渣及河砂混合介质降解2,4-二氯酚(2,4 - DCP)模拟废水,研究铁屑粒径、铁屑投加量、铁屑与炉渣配比、pH值等因素对2,4- DCP脱氯效果的影响,探讨Feo体系降解2,4- DCP的反应机理.结果表明,铁屑粒径、铁屑投加量、铁屑与炉渣配比、pH对2,4- DCP脱氯效果均有显著影响,在铁屑粒径为2～5mm、不改变废水pH、铁屑与炉渣质量比为31:9条件下,Feo体系对2,4- DCP去除率高达97％.2,4- DCP经脱氯后主要产物为2-氯酚、4-氯酚和苯酚,反应后废水的可生化性明显提高,利于后续的生物处理.     

常温常压纳米零价铁活化分子氧矿化三嗪类除草剂新策略

三嗪环的开环及矿化是三嗪类除草剂农药在环境中彻底消除的必要步骤.温和条件下高级氧化技术氧化三嗪类除草剂的最终产物是三聚氰酸,无法实现其开环矿化.本课题组拟通过在纳米零价铁活化分子氧氧化体系引入镍离子,促进氢自由基产生,调控体系中活性物种种类,诱导三嗪类除草剂加氢脱氯,避免羟基自由基加羟基脱氯生成极其稳定的三聚氰酸中间产物,优化三嗪类除草剂的降解途径,实现常温常压下纳米零价铁活化分子氧矿化三嗪类除草剂.本文计划系统考察体系中界面电子转移途径、分子氧活化机理、溶剂水的作用、活性物种的种类,深入分析活性物种生成和消亡途径;研究除草剂污染物的降解特性以及各种活性物种在三嗪类除草剂C—Cl和C—N键断裂过程中的作用,揭示不同活性物种与典型三嗪类除草剂的相互作用规律,阐明三嗪类除草剂降解和三嗪环开环等机理,为发展绿色高效农药污染控制技术提供理论支持.     

腐植酸臭氧氧化和过氧化氢催化氧化处理特性比较

以TOC和UV254为指标,比较了不同条件下腐植酸的臭氧氧化和过氧化氢催化氧化效果,运用HPLC和热裂解-GC-MS分析考察了氧化前后有机物分子量分布和官能团构造的变化情况．研究结果表明：过氧化氢和臭氧单独作为氧化剂对水中TOC基本上没有去除作用,但均能导致水中UV254浓度的降低;在几种催化剂的作用下,过氧化氢对TOC和UV254的去除效果明显提高,其中以O3作为催化剂的效果最好,Fe^2＋次之,而Mn^2＋和Cu^2＋的催化效果较差;过氧化氢催化氧化和臭氧化均导致有机物分子量分布向小分子的方向转移,氧化后水中以羧酸、醇、胺、酯、醚、烷烃为代表的含氧基团和饱和构造基团明显增多;过氧化氢催化氧化和臭氧氧化均有助于改善混凝处理和活性炭吸附处理的效果．关键词腐植酸,臭氧,过氧化氢,催化氧化．     

冰晶中双氧水的UV光解

本文采用253.7 nm的紫外灯光解冰晶中的双氧水,研究其光解率随光照时间和温度的变化.以及Cl~-,SO_4~(2-)和CO_3~(2-)对其降解的影响,结果表明,相同条件下三种离子对其影响大小依次为:Cl~->SO_4~(2-)>CO_3~(2-).对比冰晶和水溶液中双氧水的光解,冰晶中双氧水的光解速率低于水溶液中双氧水的光解速率.紫外-可见光谱(UV-vis)分析其光解产物,没有发现新的物质生成.由此可以认为,冰晶中双氧水主要在冰晶笼子中进行反应,少部分在类似液体层(QLL)中降解.     

无机离子对左旋葡聚糖光降解的影响

左旋葡聚糖(LG)被广泛作为生物质燃烧的示踪剂.然而,近年来研究表明左旋葡聚糖在大气中不稳定而会发生光降解.此外,对于大气中含量较高的SO₄^2-、NO₃-、NO₂-无机离子对LG光解的影响罕有报到.为此,本文模拟了液相中SO₄^2-、NO₃-、NO₂-对LG光氧化行为的影响.结果表明,Na2SO₄、NaNO₃、NaNO₂条件下LG光解速率常数分别为0.208、0.182、0.165 min^-1,均低于对照组(0.266 min-1),这表明无机离子的存在会减缓LG光降解速率.此外,这3种无机离子对LG光解产物中的低分子脂肪酸分布,甲酸/乙酸(C1/C2)比率均有重要的影响.其中,SO₄^2-存在下产物中戊二酸较多、NO₃-存在下产物中甲酸较多、NO₂-存在下产物中乙酸较多;NO₂-存在下产物中的C1/C2比率小于1与一般二次源中的C1/C2比率不一致,这表明由单一反应引起的C1/C2并不总是大于1.这些结果对于我们深刻理解大气液相中的有机物转化具有重要的参考价值.     

城市污泥中铜锌的化学形态及其去除

利用连续提取法研究了城市污泥中铜和锌的化学形态,结果表明:污泥中铜和锌都以稳定性较好的硫化物及有机结合物、残渣态形式存在,生物毒性较小,通过适当处理后可以安全加以利用;在此基础上,研究了利用乙酸和双氧水去除污泥中铜和锌的适宜工艺条件,结果表明:在室温条件下,在pH值为4的环境中,利用添加H_2O_2的浓度为2mol/L的乙酸溶液,反应时间为4h,就可以将污泥中超过95%以上的铜和锌淋滤去除。     

黄河三角洲地区湿地土壤对多环芳烃的吸附特征

以黄河三角洲湿地土壤为对象,研究菲和苯并[a]芘(BaP)在土壤中的吸附特性.结果表明:菲和BaP在黄河三角洲地区湿地土壤的吸附速率都较快,均能在48h内达到平衡;土壤对菲和BaP的吸附等温线均呈线形,能较好地符合线性和Freundlich方程,样品经H2O2处理后对PAHs的吸附量明显降低,表明土壤中有机与无机矿物组分在吸附过程的作用不同;湿地土壤对多环芳烃的吸附明显存在固体效应,随着土壤颗粒物粒径和体系离子强度的增大,土壤的吸附容量都在降低.     

Humic acids decrease the photodegradation of the sunscreen UV filter 2-phenylbenzimidazole-5-sulfonic acid in natural waters

The sunscreen UV filter 2-phenylbenzimidazole-5-sulfonic acid (PBSA) is an emerging pollutant recently detected in surface waters. PBSA is photolabile in pure water and sunscreen cream. PBSA photoinduces DNA damages. However, the photochemical behavior and environmental persistence of PBSA are not well known. Here, we studied the photochemical transformation of PBSA in sea and continental waters. Results show that photodegradation is dependent on water constituents. Whereas low concentrations of humic acids accelerate PBSA photodegradation slightly, high concentrations of humic acids inhibit the photodegradation. Colloidal organic matters of high molecular weights are the main water constituents inhibiting photodegradation. The estimated solar photolytic half-life of PBSA at environmental concentration levels ranged from 3?days from June to August to 35?days in December. Findings show that PBSA is not persistent in waters that are low in colloidal organic matters.     

微塑料与有机污染物的相互作用研究进展

微塑料(粒径小于5 mm的塑料)作为海洋中一种新型的污染物正受到越来越多的关注。微塑料在全球多个海域均有检出,根据其来源分为原生微塑料和次生微塑料。原生微塑料由人工直接制造所得,常见于日常生活用品中;次生微塑料由大块塑料制品长期风化、磨损和光解形成。塑料自身含有多种有机添加剂,不断向环境中释放,污染海洋环境;微塑料表面还可吸附有机污染物,此吸附作用受两者的物理化学性质和环境条件影响,吸附污染物后的微塑料生物毒性增强。另外,聚合物复合光催化材料可加快有机污染物如染料的光降解反应速率,因而微塑料可能会促进有机污染物的光解。针对目前微塑料对有机物光降解的贡献、机理鲜见研究的问题,未来应加强以下3方面的研究:(1)微塑料对不同有机污染物光降解是否存在影响?(2)微塑料类型、尺寸以及反应条件对有机污染物光降解如何影响?(3)微塑料对有机污染物光降解影响的内在机制是什么?     

不同形态磷对黑藻生长和生理特性的影响

研究了Hoagkand培养液中分别以磷酸二氢钾、焦磷酸钠、六偏磷酸钠、甘油磷酸钠、ATP-Na为磷源时黑藻的生长及生理活性变化.获得了不同形态磷培养黑藻的干重、根系生长以及叶绿素含量、光合、呼吸、磷含量等指标.研究结果表明,磷酸二氢钾对黑藻的生长及生理活性影响最显著,是黑藻吸收的最佳磷形态;有机磷不利于根系生长,叶绿素a/b较高;六偏磷酸钠和焦磷酸钠促进根系早发,光合生产力低于磷酸二氢钾,叶绿素a/b高于磷酸二氢钾试验组.ATP-Na试验组黑藻呼吸率最高,甘油磷酸钠试验组黑藻光合生产力最高.各实验组黑藻磷含量均增加,黑藻对各形态磷均能吸收利用.图5表4参24     

TiO2/活性炭催化剂对4-CP的吸附和光催化活性

采用常压金属有机物化学气相沉积技术在活性炭表面沉积构成纳米TiO2催化剂,XRD分析表明,沉积在活性炭表面的TiO2为锐钛矿晶型.TEM分析表明负载量为8%(wt)时,TiO2颗粒的粒径为10-20nm;载体负载前后BET面积仅改变了6%,表明负载TiO2后对活性炭的结构影响不大.利用Langmuir-Hinshelwood动力学模型探讨了TiO2/活性炭催化剂对4-CP的吸附行为和光催化活性之间的关系,求出4-CP降解反应速率常数Kr,在紫外光照条件下催化剂对4-CP的吸附明显增强.     

UV-B增强对番茄的伤害及H2O2的防护作用

UV-B辐射使番茄叶片的叶绿素a,叶绿素b及总叶绿素含量先升高后降低,同样使叶片的抗氧化酶过氧化氢酶(CAT)和过氧化物酶(POD)活性先升高随后降低,而使超氧化物歧化酶(SOD)活性升高,膜脂过氧化产物MDA的含量增加;中等剂量(5mmol*l-1)的H2O2预处理能提高叶绿素b的含量,明显提高抗氧化酶的活性,并延缓CAT活性的降低,抑制膜质过氧化产物MDA的产生.中等浓度H2O2预处理能提高番茄对UV-B增强的抗性.