表面活性剂协同矿物结合Fe（II）还原硝基苯类化合物的作用机制

In the anaerobic environment like groundwater, surfactants often co-exist with hydrophobic organic components such as nitroaromatics (NACs), and influence the reduction of NACs by natural Fe(II)-bearing minerals, an finally influence the tranformation and fate of NACs. For this reason and based on our preliminary research work, in this project we will choose some common surfactants in environment, including two anionic surfactants (SDBS and SDS) and one nonionic surfactant (Teween-80) as well as their mixtures, and investigate their synergetic mechanisms and effect on the reductions of NACs by Fe(II) associated on some typical minerals, such as magnetite and bentonite. The influence of surfactants with various compositions and concentrations on the reaction kinetics of NACS with Fe(II)-bearing minerals will be studied. The changes in the reaction system such as Fe(II) amount adsorbed on the minerals, redox potential, structure and composition of secondary minerals, and reactive components will be analyzed. The micro-structure change of Fe species on mineral surface during the reaction will be tested by in-situ XAFS technique. Through these investigations, we will discover the mechanisms about the synergetic effect of surfactants on reduction of NACs by Fe(II)-bearing minerals. The results will provide theoretical guidance for understanding the tranformation of NACs in groundwater, and for developing new technologies for in-situ remediation of organic pollutants using natural Fe(II)-bearing minerals.

地下水等厌氧环境中，表面活性剂往往与硝基苯类化合物（NACs）等疏水性有机污染物共存，并影响天然矿物结合Fe(II)对NACs的还原，从而影响其迁移转化及归趋。为此，本课题拟在初步研究工作的基础上，选择环境中常见的阴离子表面活性剂（SDBS、SDS）和非离子表面活性剂（Teween-80）及其混合物，重点研究其对磁铁矿和膨润土等典型矿物结合Fe(II)还原NACs的影响及协同机制；考察不同组成与浓度表面活性剂对矿物结合Fe(Ⅱ)还原NACs反应动力学的影响，分析反应体系中矿物吸附Fe(II)量、氧化还原电位、次生矿物结构与组成、反应组分的变化，结合原位XAFS技术考察反应过程中矿物表面Fe微观结构的变化，探明表面活性剂协同矿物结合Fe(II)还原NACs的作用机制，试图为深刻认识地下水中NACs等的迁移转化行为、发展天然矿物结合Fe(Ⅱ)原位修复有机污染水体新技术提供理论指导。

地下水等厌氧环境中，表面活性剂常与一些疏水性有机污染物共存，影响天然矿物结合Fe(Ⅱ)对有机污染物的还原行为。因此，研究厌氧环境中常见表面活性剂对典型矿物结合Fe(Ⅱ)还原有机污染物影响及机理，能更好地认识实际环境中有机污染物迁移转化及归趋。.主要研究常见表面活性剂对铁氧化物（针铁矿，goethite）、粘土（高含铁蒙脱土（ FM）结合Fe(Ⅱ)还原硝基苯类化合物（NACs）的影响及作用机理。（1）选择三类（四种）表面活性剂：阳离子型（CTAB）、非离子型（TX-100）和（Tween-80）、阴离子型（SDBS），考察这些表面活性剂存在下FM键合Fe(Ⅱ)（FM/Fe(Ⅱ)）还原三种疏水性、氧化性不同NACs的反应动力学。（2）考察四类表面活性剂：CTAB、TX-100、SDBS和生物表面活性剂皂素（saponin）对goethite结合Fe(Ⅱ)(goethite/Fe(Ⅱ))去除硝基苯的影响。（3）分析各反应体系中反应组分、矿物结合Fe(Ⅱ)量、氧化还原电位（ORP）等变化，结合Mössbauer Spectrum、XPS、XRD分别考察反应前后矿物结合Fe(Ⅱ)类型、矿物表面Fe微观结构与组成变化，研究表面活性剂协同矿物结合Fe(Ⅱ)还原NACs作用机制。.主要研究结果表明：（1）不同表面活性剂对FM/Fe(Ⅱ)和goethite /Fe(Ⅱ)还原NACs的影响明显不同。在FM/Fe(Ⅱ)与NACs反应中，反应速率为CTAB> Tween-80 > TX-100 > WS （无表面活性剂体系）> SDBS；而对goethite/Fe(II)与NB反应为 CTAB >TX-100 > WS > SDBS> Saponin。（2）表面活性剂对两类矿物结合Fe(Ⅱ)去除NACs的作用机制不同。在FM/Fe(Ⅱ)与NACs反应中，表面活性剂的作用主要是改变FM中高还原活性端OH结合Fe(Ⅱ)量、FM表面次生矿物的组成以及FM/Fe(Ⅱ)的ORP。而在goethite/Fe(Ⅱ)与NB反应中，表面活性剂则会改变goethite吸附Fe(Ⅱ)量、体系ORP、矿物表面zeta电势、以及goethite对NB富集性能。已发表论文9篇，其中SCI论文8篇。