应用同步辐射技术研究城市土壤中核素种态及其非生物转化机制

Typical radionuclide 36Cl was shown to have the same behaviour as stable nuclide Chlorine in soils. Therefore, the environmental behavior of stable chlorine species has become a hot issue with the increasing focus on the risk assessment of 36Cl radionuclide formed with the process of nuclear industry in recent years. There is still a lack of in-situ study on the typical chlorine species and their abiotic transformation mechanism in metropolis urban soils. In this study, the behavior of chlorine species in urban soils in Beijing will be charactered by in situ synchrotron radiation-based techniques. Toghter with other anlalytial chemistry methods, the factors effecting chlorine species in those two different typies of soil will be intensive studied. The mechanism will be revealed on molecular scale as well. This project will provide scientific evidences for the better risk assessment of 36Cl radionuclide and attribute to the more accurate prediction model for pollutants migration in typcial city soils in China. This project will broaden the application of synchrotron radiation analytical techniques in the interdisciplinary of environmental science and lay a foundation for the control of composite pollution in urban soil with important academic and social significance.

由于放射性核素36Cl与稳定核素氯在土壤中的迁移行为几乎一致，因此随着对核工业等过程产生的36Cl危险评估的关注，稳定核素氯的环境行为成为了近年的研究热点。目前尚缺乏城市土壤中氯素赋存种态特征及其非生物转化机制的研究。本项目拟发挥同步辐射分析技术的独特优越性，选择北京城区不同季节不同功能区的浅表层土壤为研究对象，对稳定氯素的赋存种态进行原位解析；同时，结合其他表征技术研究土壤中不同氯种态的吸附行为。本项目将从分子水平上阐明典型大城市土壤中氯种态特征及其非生物转化响应机制，有助于建立更准确的污染物迁移预测模型，并更加合理的评估36Cl和其他污染物的环境风险。本项目将为我国城市土壤中典型核素的污染防治提供科学依据，同时拓宽同步辐射分析技术在交叉学科中的应用，具有重要的学术价值和社会意义。

本项目发挥同步辐射分析技术的独特优越性，选择北京城区浅表层土壤为研究对象，对稳定氯素的赋存种态进行原位解析；同时，结合其他表征技术考察土壤中不同氯种态的吸附运转行为。在研究氯离子等水溶性离子的分布时，干筛法制备团聚体能更好地反映土壤团聚体中污染物的实际含量。北京市道路绿地各采样点中氯离子的含量分布在15.57-500.85 mgkg-1之间。氯离子的高值区分布比较零散，其在中部高值区相较于外环偏多。同步辐射分析发现，各采样点全土中氯素的主要种态为有机氯，其浓度为无机氯的1-2倍，平均相对含量高达61.5%，其中脂肪氯为有机氯的主要存在形态。各粒径土壤团聚体中无机氯浓度无较大差异，有机氯含量基本都呈现上升趋势，即含量随着粒径的减小而增大，更易于富集在微团聚体中。不同功能区春季土壤总氯含量的大小为：交通区>公园区>居住区。冬季不同功能区中土壤总氯的含量公园区>交通区>居民区。随土壤中有机物浓度的增加，土壤中氯素的转化率有所提高。2 h时转化率随着有机物浓度的升高变化最为明显。Fe3+对氯素种态转化有显著的促进作用，但过量的Fe3+会降低氯素转化率。添加H2O2的对照组中转化率明显增加，OH自由基参与发生芬顿反应以促进土壤中氯种态转化。本项目从分子水平上阐明典型大城市土壤中氯种态特征及其非生物转化响应机制，有助于建立更准确的污染物迁移预测模型，将为我国城市土壤中典型核素的污染防治提供科学依据，同时拓宽先进核分析技术在交叉学科中的应用，具有重要的学术价值和社会意义。