厌氧环境中DOM对汞络合与还原/氧化的耦联作用机制

Mercury is affected by Dissolved Oganic Matter(DOM) in speciation transformations, global transportation and bioavailability, and yet mechanics of transformations of Hg is knowledge gap in the anoxic environments, specially the couples of redox and complexation between DOM and Hg.Preliminary investigation, We found the dual role played by DOM in the reduction and complexation of mercury is likely widespread in anoxic sediments and water, and the reaction between reduced DOM and Hg(0) need to improve these mechanisms. This proposal intends to study the mechanism of Hg(II) reduction and complexation by reduced DOM in anoxic environments, and interactions between reduced DOM and Hg(0) under anoxic dark conditions. The reduced DOM will be prepared by microbiological and chemical methods, respectively. In order to elucidate the role of functional groups in interactions between mercury and reduced DOM, organic compounds containing groups (such as low-molecular-weight thiols) with different redox and complexing activities will be used as dissolved organic substances. Additionally, Infrared spectra and extended X-ray fine-structure absorption spectroscopy (EXAFS and XANES) will be used to elucidate the chemical bonding and mechanisms of the reactions. Reveal the dual character of the DOM in the redox reaction and complexation under anoxic dark conditions. The goal of the study is to provide improved fundamental understanding of geochemical controls on the rates and mechanisms of Hg speciation, transformation, and complexation reactions in the environment.

可溶性有机质（DOM）影响汞的形态分布、迁移转化及生物可利用性。以往研究主要在有氧条件下进行，而厌氧条件下DOM与汞的氧化还原和络合反应之间的耦联机制仍不清楚，需要进一步研究。前期初步研究发现还原态DOM不仅对Hg(Ⅱ)有还原与络合双重作用，而且当还原态DOM与Hg(0)共存时，DOM与元素汞也能迅速发生反应，然而其作用机制还不清楚。本项目分别用微生物法和化学法制备还原态DOM，在厌氧条件下进一步研究DOM与Hg(Ⅱ)的还原和络合的耦合关系及DOM与Hg(0)可能存在配位诱导性氧化络合机制。以含有不同氧化还原活性和络合能力的功能团的有机物质作为模型化合物，利用红外光谱和EXAFS/XANES等技术表征手段，研究汞与DOM的相互作用，阐明DOM与Hg(II)/Hg(0)的络合、氧化和还原耦联作用机制。该研究可为认识汞的形态分布和转换、生物地球化学循环提供科学依据。

可溶性有机质影响汞的形态、转移和生物可利用性,是最重要影响因子之一。本研究通过修饰离子交换树脂技术测定汞与DOM的络合,而且可以区别配位数。结果显示随着DOM浓度的增加平衡液中汞的浓度也增加，即汞在修饰离子交换树脂上的分配系数减小。在胡敏酸的浓度加到125 mg/L时大约90%的汞留在溶液中，而相对富里酸留溶液中汞10%，也说明它们对汞的络合能力和容量不一样。在厌氧环境下，汞与有机质相互作用在有机质浓度较低时主要表现为还原作用，随着有机质浓度增加络合作用增强，还原态DOM在汞的氧化还原转换扮演双重角色，还原性DOM不仅仅能把二价汞转变成元素汞，而且和元素汞反应形成诱导性络合物。溶液pH 7，还原性DOM元素汞作用容量成线性增加最大约～3.5 µmol/g，而且几乎完全回收，在pH 3.5时也显示容量降低到～1.6 µmol/g，说明低pH抑制元素汞与腐植酸的相互作用。.生物质炭对Cu2+的吸附主要为络合配位作用下的专性吸附，其次为静电作用下的非专性吸附，而Cd2+的吸附则以非专性吸附为主。二元复合体系中，Cu2+对Cd2+在生物质炭上的吸附存在竞争作用，Cu2+的存在抑制了生物质炭对Cd2+的吸附；而Cd2+存在下，Cu2+的吸附量无显著变化。Cu2+和OTC在生物质炭上的吸附存在一定的协同促进作用，而Cd2+和OTC之间并无协同促进作用。生物质炭可有效阻控复合污染土壤中重金属和抗生素的迁移。添加生物质炭红壤中Cu2+、Zn2+、Pb2+的沥出量降低，Cd2+的沥出量虽然没有显著变化，但其迁移速率下降。添加生物质炭降低了红壤中四环素(TC)、金霉素(CTC)和磺胺二甲嘧啶(SM2)的淋溶。在SM2淋溶量显著降低的同时，其降解量也显著增加，可能是pH的升高，养分和有机碳的增加，提高了土壤微生物活性从而加速了抗生素的降解。