雨水中铁/溶解性有机质参与的三氯乙酸光致生成与转化机制研究

Trichloroacetic acid (TCAA) is a kind of widely distributed, stable and carcinogenic pollutant, however, its natural formation mechanism in rainwater was still unclear. Iron, dissolved organic matter (RDOM), H2O2 and Cl- are common naturally occurring species in atmospheric liquid and potential prerequisites for abiotic formation of TCAA in rainwater, as well as components that trigger a series of photochemical reactions of iron. To couple iron cycling and TCAA formation/transformation together, this project tries to center on photochemistry of iron and RDOM by field and lab study with 13C labeling method, characterize the structural and optical properties of RDOM, analyze the formation/transformation kinetics and their involved mechanisms in irradiated rainwater containing FeIII/FeII, RDOM, Cl- and O2/H2O2. Therefore, this project is expected to give important information for exploring new source and sink of TCAA in atmospheric liquid and evaluating the global chlorine budget.

三氯乙酸(TCAA)是一种分布广、稳定性高、致癌性强的环境污染物，但其在环境中尤其在雨水中的自然生成机制至今尚不明确。铁、溶解性有机质(RDOM)、H2O2和Cl-是大气水相中常见物种，也是雨水中三氯乙酸非生物合成与转化潜在的关键要素，又是引发一系列铁环境光化学反应的重要组分。本项目拟将雨水中铁光化学循环和TCAA污染物的生成/转化的耦合效应作为主要研究目标，通过实地采样，结合实验室模拟研究和13C标记方法，以雨水中铁、RDOM的环境光化学为切入点，研究国内典型地区RDOM结构、光学特征、光化学活性和Fe/RDOM/Cl-参与下的TCAA的光生与转化动力学，试图揭示大气中雨水受太阳光照后FeIII/FeII、RDOM、Cl-和O2/H2O2等的相互作用原理及其引发的以TCAA为代表的氯代有机物的生成/转化机制，为探知TCAA在大气水相中新的"源"和"汇"和评估全球氯收支提供有价值的参考。

模拟研究了雨水中铁离子与典型溶解性有机物、亚硫酸盐等的络合形态，及其紫外光照下Fe(III)/二元羧酸(例如草酸和丙二酸)光化学反应特性和酸性环境下Fe(II)光氧化机制，揭示了该光化学体系中碳、氧中心自由基和硫酸根自由基的生成与衰减规律和氧化还原性质活泼的(类)金属离子的光化学循环特征，阐述了有机/无机铁配体对于调控Fe(III)/Fe(II)反应活性的作用。研究了外源性氯离子与内源性有机氯在氧化体系中对溶解性有机物降解的动力学影响，以及二者相互转化的内在规律，证明了溶解性有机物生成三氯乙酸的可行路径。本项目共在 <Environ. Sci. Technol.>, <Chem. Eng. J.>和<Chemosphere>等国际环境化学权期刊发表28篇期刊论文, 参加国内外学术交流9次，协助培养博士研究生3名，培养硕士研究生4名。