腐殖质分子量和结构特征对其氧化还原活性的影响研究

Humic substances are redox-active and can potentially affect the fate of contaminants. Reducing capacities and HS-mediate role relate to molecular structure of HS and HS transportation in soil environment. The effect of molecular structure of HS on reducing capacity and transformation of contaminants in soil environment (pore size, Eh, pH) will be investigated. It is significant contribution to in-site soil remediation in biogeochemical cycle. This study main focuses on develop a relationship between the molecular structure of HS and reducing capacities, and further investigate mechanize of microbial reduction of HS corresponding to HS transportation in soil environment. Spectroscopic and ESR techniques will be used to analysis characterization of redox active functional groups and change of redox states during reduction. Finally arsenic microbial/chemical reduction with different soil environment factors such as pH, Eh will be conducted to apply to build a HS molecules structure – redox contaminant degradation-model. This project can be used to offer a potentially method to stimulate transformation and degradation of contaminants in soil micropores (< 2nm) and to better predict the fate of redox contaminants in soil environments.

土壤腐殖质具有氧化还原活性，能够影响污染物在土壤环境中的迁移转化。其氧化还原能力和电子载体能力与分子结构相关，目前关于腐殖质氧化还原官能团的研究尚未全面展开。耦合土壤环境(土壤孔隙、Eh、pH值)研究腐殖质分子结构对其氧化还原活性的影响，在生物地球化学循环, 污染物控制及原位污染治理等方面具有广泛的科学意义。本研究着重探究腐殖酸分子结构与氧化还原能力的关系，进而建立不同分子量腐殖酸组分在土壤环境中的氧化还原模型。利用光谱学和电子自旋共振等方法，探究腐殖酸还原前后氧化还原官能团数量和种类变化，结合腐殖酸粒径分布情况，完善土壤环境中腐殖酸与污染物迁移转化模型；并利用腐殖酸与重金属砷的反应实验结果对模型进行修正。本项目研究为土壤微孔中潜在污染物的迁移与转化提供有效的治理策略，为利用腐殖质氧化还原活性预测土壤环境中污染物的归宿提供理论依据。

土壤腐殖质具有氧化还原活性，能够影响污染物在土壤环境中的迁移转化。其氧化还原能力和电子载体能力与分子结构相关，目前关于腐殖质氧化还原官能团的研究尚未全面展开。耦合土壤环境(土壤孔隙、Eh、pH值)研究腐殖质分子结构对其氧化还原活性的影响，在生物地球化学循环, 污染物控制及原位污染治理等方面具有广泛的科学意义。本研究着重探究腐殖酸分子结构与氧化还原能力的关系，进而建立不同分子量腐殖酸组分在土壤环境中的氧化还原模型。利用光谱学方法，探究腐殖酸还原前后氧化还原官能团数量和种类变化。我们发现Leonardite腐殖酸（LHA）3500-LMWF仅占原液HA样品总有机碳的0.40％至1.53％，然而，LMWF LHA每克碳的还原能力比原液LHA高206倍。在所有原态LMWF HA样品中醌类荧光团的激发/发射（Ex/Em）位置位于260-270/455-495nm，而原态LMWF HA中的醌类荧光团可以是还原为荧光团A和荧光团B（Ex/Em在300-305/420-430nm和415-425/415-430nm），分别与苯π-π*跃迁和醌π-π*跃迁有关。两种荧光团（A和B）的荧光强度与LMWF HA的还原能力具有很强的相关性，这证实了醌类荧光团在HA的氧化还原性质中的关键作用。由于LMWF HA可以通过改变其价态和溶解度进入微孔与污染物反应，因此生物质的应用将对污染土壤场地的长期修复发挥巨大作用。腐殖酸、富里酸有机碳浓度的增加（TOC=0，2，5，10 mg C/L）可以弥补低温（10℃）和高温（35℃）之间还原速率的差异。在常见的地下水温度（10-25°C）下，相较于相同浓度的PPFA加速微生物铁还原过程，PPHA试验结果显示出更强的效果。pH对于腐殖酸加速微生物铁还原过程有较大的影响。在pH＞5的酸性条件下促进，在pH＞8的碱性条件下抑制。本项目研究为土壤微孔中潜在污染物的迁移与转化提供有效的治理策略，为利用腐殖质氧化还原活性预测土壤环境中污染物的归宿提供理论依据。