EGCG-Fe(II)配合物还原去除地下水源中Se(IV)和三氯乙烯的作用机制研究

Addressed the issue that groundwater is polluted by Se(IV) and TCE in many areas in our country, EGCG, a kind of polyphenols extracted from tea, is introduced into the conventional Fe(II)-based reduction system to enhance reduction of Se(IV) and TCE. An environmentally friendly complex (EGCG-Fe(II)) with high reductive ability is resulted from the complex of EGCG and Fe(II). The performances as well as influence factors on reduction of Se(IV) and TCE by EGCG-Fe(II) will be investigated. Also, the kinetics and mechanisms of the reaction system will be evaluated. The formation of EGCG-Fe(II) changes the redox potential of Fe(III)/Fe(II) couple, which increases the reductive ability of Fe(II) species. Besides, the reductive ability of EGCG itself can accelerate the cycle of Fe(III)/Fe(II), maintaining a relatively high concentration of Fe(II) species in the solution. Theoretically, the proposed method is highly efficient and environmentally friendly potential compared to common chemical reduction technologies. The results of this study could lay the foundation for the development and application of other green reductive reagents. Meanwhile, the study is important from both social and economic aspects for ensuring quality of eco-environment and safety of drinking water.

针对目前我国多地区地下水受Se(IV)和三氯乙烯污染的问题，本项目拟在常规的亚铁还原体系中引入茶多酚EGCG，通过EGCG与亚铁的配位获得还原性能极强的环境友好的EGCG-Fe(II)配合物，从而实现对Se(IV)和三氯乙烯的还原去除。研究该配合物对水中Se(IV)、三氯乙烯的还原去除效能和影响因素，探讨其相应的动力学原理和反应机理。EGCG-Fe(II)配合物的形成改变了Fe(III)/Fe(II)电对的氧化还原电势，使Fe(II)得还原能力增强；另外，EGCG本身的还原性可以加速Fe(III)/Fe(II)的循环，使溶液中能始终保持较高浓度的还原剂，即Fe(II)配合物。从理论上分析，该方法相对于现有的化学还原技术，具有高效且无二次污染的特点。本项目研究成果为具有高还原性、环境友好型还原剂的研发与实际应用奠定理论基础，同时对于保障生态环境质量和饮用水安全具有重要的社会经济效益。

茶多酚具有无毒无副作用无异味的特点，因其具有优越的抗氧化性（即还原性）而广泛的应用于食品、医药等领域，但目前尚无利用其还原性应用于环境领域的报道。相较抗坏血酸等其他具有较强还原性的天然有机物，茶多酚具有更易获取、在自然界分布更广泛的优势。每年有大量的茶树落叶等凋零物归还到土壤，因此在茶园-土壤生态系统中会有大量多酚类物质积累，并随着植茶年限的增长而增加，这使得利用茶多酚修复环境Se(IV)和三氯乙烯（TCE）污染具有一定可行性与潜在价值。除还原性外，多酚类物质的邻二苯酚结构还对过渡金属离子具有较强的配位性能，其与Fe(II)形成的配合物对Se(IV)和TCE具有极强的反应活性，这使得茶多酚应用到实际环境时拥有更大的潜力。本项目以EGCG协同过渡金属处理原水中高价态污染物和有机污染物过程中的去除规律为基础，对EGCG协同过渡金属对原水中高价态重金属和有机污染物的反应特点进行了分析评价，系统甄别了去除重金属与有机污染物过程中的关键因素；阐明了EGCG-Fe(II)配合物、TCE及Se(IV)在反应过程中的结构及价态变化，揭示了EGCG-Fe(II)配合物去除Se(IV)、TCE的还原机制；推测了可能的反应路径与中间产物；在完成项目考核目标的基础上，在下述两方面适当进行了拓展：a. EGCG-Cu(II)配合物去除污染物的机理； b. EGCG协同高锰酸钾去除污染物的机理；遴选了去除不同污染物适用的EGCG协同过渡金属体系；为高价态元素的还原以及有机卤代物的脱卤提供一种简单、安全、绿色的新思路。