铁与腐殖质对土壤和水体颗粒物表面六溴环十二烷的光化学脱溴作用

六溴环十二烷（HBCD）是国际公约新规定的一种持久性有机污染物，主要存在于富含有机质的土壤表面和水体颗粒物表面的多相介质中。由于其稳定的化学性质和环境中存在的持久性，除了生物转化外，HBCD的地球化学行为与环境归宿中的光化学转化等其他非生物过程尚不清楚。本项目拟通过四种无机土壤矿物（高岭土、蒙脱石、针铁矿和无定形氢氧化铁）、两种腐殖质（腐殖酸和富里酸）、铁-腐殖质配合物和铁-低分子羧酸盐配合物为光活性物质，对HBCD在这些光化学物质存在下的光化学反应进行实验，并以实际土壤和水体悬浮颗粒物为样品，研究铁与腐殖质参与的光化学反应对土壤表面和水体悬浮颗粒物表面HBCD转化的贡献，转化过程的影响因素与规律，以及光化学脱溴反应机制，对于补充人们对HBCD环境地球化学行为和环境归宿的认识具有基础数据支撑作用和重要科学意义，同时为HBCD污染控制策略与环境修复方法研究提供理论指导。

本项目从环境光化学行为角度，重点研究了六溴环十二烷（HBCD）在液相均相体系中的直接光解和土壤矿物固相体系中的光降解过程与机制，主要研究内容与结果如下：(1)研究UV-C光照下HBCD光解反应的脱溴过程，考查了pH值、HBCD初始浓度等因素对HBCD光解脱溴的影响，研究了溴离子生成与pH、电导率变化的关系，利用化合物毒性估算软件ECOSAR对HBCD及其可能的降解产物进行毒性估算。研究确证了HBCD直接光解脱溴过程伴随着等化学计量的氢离子产生，UV-C光照能有效降解HBCD并降低其生物毒性。(2)研究了乙腈-水体系中HBCD的UV-C光解过程，采用自由基和单线态氧抑制实验技术，探究了光解反应的机制，利用GC-MS技术鉴定了HBCD光解的产物。研究表明，HBCD的光解主要是直接光解作用，HO•自由基与HBCD反应速率仅为（2.48 ± 0.23）×10^8M-1s-1，而且HBCD与1O2基本不发生反应；HBCD直接光解得到多种低溴代的产物，研究给出了HBCD光解的反应历程。(3)利用恒温恒湿反应器对高岭石、蒙脱石和针铁矿颗粒物薄层表面的HBCD进行了光降解研究。研究发现UV-A光照下HBCD无明显降解，三种土壤矿物中铁形态发生的光化学反应对HBCD没有产生间接光解的作用。因此对流层太阳辐射条件下，HBCD在土壤颗粒表面的光解反应不是其重要的归宿。但是HBCD在UV-C照射下可以在高岭石等矿物颗粒表面发生降解，这种降解主要来自直接光解作用。土壤颗粒物薄层的pH、厚度、相对湿度等因素对光解有一定的影响。(4)本项目还对4种颗粒物（二氧化钛、蒙脱石、高岭石和活性炭）对乙腈-水悬浮液体系中HBCD的吸附行为进行了研究，获得了活性炭对HBCD吸附的动力学和等温方程，解释了吸附过程的机制。另外本研究还探索了HBCD的铁粉还原、电化学还原，以及在亚硫酸盐体系中发生降解的可能性。. 作为一项青年基金项目，本研究初步揭示了HBCD的环境光化学行为的一些规律与特点，对于认识HBCD的环境地球化学行为，尤其是光降解行为、被HO•自由基氧化的能力、与土壤颗粒物相互作用的行为（如吸附）等都具有积极意义；对于利用紫外光解方法进行HBCD去除研究也具有参考价值；同时为进行HBCD相关研究提供了一些检测与分离富集研究方法上的经验和参考。