植物多酚-Fe(III)多过程活化过硫酸盐降解PBDEs的机理研究

Soil pollutions of Polybrominated diphenyl ethers (PBDEs) from E-waste recycling have attracted intensive attention of researchers worldwide. Based on previous studies, Fe(II)-activated persulfate process where sulfate radicles are generated has a promising prospect of application in the remediation of PBDEs-contaminated soil. Nevertheless, this technology has the disadvantages of low production of reactive oxygen species (ROS) and incomplete degradation of pollutants. To enhance the oxidative activity, a multi-stage persulfate activation system will be applied by introducing the plant polyphenols-Fe(III) process. The redox reaction between plant polyphenols and Fe(III) can improve the cycling of Fe(II) and promote the activation of persulfate through additional routes, e.g. quinones/phenolics, leading to the highly effective degradation of PBDEs. In our future research, the ROS generation, the influencing parameters and the mechanisms will be studied. Furthermore, the kinetics, pathways and mechanisms of PBDEs degradation will be investigated in depth, thus revealing the principles of the improvement in persulfate activation and PBDEs degradation. Our research is expected to enrich the theories on persulfate-based advanced oxidation process and to provide scientific bases and technological references for soil remediation polluted by PBDEs as well as other similar halogenated organic compounds.

电子垃圾拆解造成的多溴联苯醚（PBDEs）土壤污染已引起国内外学者的高度关注。利用Fe(II)活化过硫酸盐产生硫酸根自由基在PBDEs污染土壤修复中具有很好的应用前景，但是该技术存在活性氧物种（ROS）生成水平较低、污染物降解不彻底的问题。为了强化该体系的氧化活性，本研究拟构建植物多酚-Fe(III)多过程活化过硫酸盐体系，通过植物多酚与Fe(III)的氧化还原反应促进Fe(II)循环，并增加醌/酚等多途径促进过硫酸盐的活化，从而实现PBDEs的高效降解。项目将研究这一新型体系中ROS的生成水平、影响因素及作用机制，探究该体系对PBDEs的降解动力学、降解路径和机理，揭示该体系提高过硫酸盐活化效率和促进PBDEs降解的原理。项目研究成果将丰富和发展过硫酸盐高级氧化体系的相关科学理论，为PBDEs污染土壤修复提供科学依据和技术参考，也为其它类别卤代有机物污染土壤修复拓宽思路。

电子垃圾拆解造成的溴代阻燃剂污染已引起国内外学者的高度关注。利用Fe(II)活化过硫酸盐产生硫酸根自由基在溴代阻燃剂污染土壤修复中具有很好的应用前景，但是该技术存在活性氧物种（ROS）生成水平较低、污染物降解不彻底的问题。为了强化该体系的氧化活性，本研究构建了植物多酚-Fe(III)活化过一硫酸盐（PMS）氧化体系，研究该体系对BDE-47的降解性能及作用机理；此外，研究中还发现PMS能直接氧化降解TBBPA，并阐明其反应机制。主要研究结果如下：（1）没食子酸（GA，模型植物多酚）可高效降解BDE-47, 其降解过程分为快反应阶段（0-2 h）和慢反应阶段（2-72 h）。该体系生成的活性物种为SO4•-和HO•。其反应机理为GA及其氧化产物通过促进Fe(II)/Fe(III)循环，进而促进PMS活化和BDE-47降解。反应后BDE-47降解成小分子有机物，不生成毒性更高的低溴产物。（2）以邻苯二酚（CAT）为模型植物多酚，研究其苯环对位上不同取代基团对Fe(III)/PMS体系降解BDE-47的影响，发现对于含有给电子基团（EDG）的CAT，其苯环上的-OH对Fe(III)还原能力较强，使体系中产生更多的Fe(II)，但过量Fe(II)容易猝灭SO4•-和HO•，进而影响BDE-47降解。对于含有抽电子基团（EWG）的CAT，其苯环上的-OH给电子能力较弱，产生的Fe(II)大大降低，进而影响PMS活化和BDE-47降解。（3）过一硫酸盐（PMS）可以通过非自由基的方式直接降解四溴双酚A。四溴双酚A的降解效率与体系的pH值有显著的相关性，在pH值为8.0 - 9.0之间达到最快的降解效率。四溴双酚A的降解主要通过PMS直接降解和氧化生成的HOBr得以降解。在产物分析的基础上，提出了TBBPA主要通过氧化脱溴、β-裂解的反应降解途径。以上研究结果丰富和发展过硫酸盐高级氧化体系的相关科学理论，为溴代阻燃剂污染场地修复提供科学依据和技术参考。