改性膨润土内嵌超细零价铁去除非水相液体中PCBs的行为与机理研究

Removal of dense non-aqueous phase liquid (DNAPL) contamination is one of the research focuses and challenges in groundwater pollution remediation study field. Using organic ammonia cation modified smectite-templated nanoscale zero-valent iron, this proposal aims to find a method for rapid degradation of chlorinated organic compounds within nonaqueous phase liquid. The particle environmental forms/behavior in different organic liquids and their influential factors will be characterized and discussed. Polychlorinated biphenyls (PCBs) are set as the target contaminants and through analyzing their degradation kinetic processes the correlation between the iron particle environmental forms and activity is expected to be revealed. In addition, the target dechlorinated intermediates in the presence of as-synthesized particles will be monitored for the purpose of understanding the PCBs degradation mechanism. Particularly, the PCBs molecule transport and decomposition pathway in organic phase will be detailedly investigated with respect to the modified nature of clay surfaces and gallery regions. This proposal addresses to provide a theoretical basis and scientific guidance for effective remediation of DNAPL source using zero-valent iron.

去除重质非水相液体污染(DNAPL)是地下水污染修复研究的难点与热点之一。本项目以建立一种降解地下水非水相环境中氯代有机物的高效化学方法为目标，制备有机铵盐改性的膨润土内嵌超细零价铁功能材料，阐明其在不同有机溶液中的环境行为，甄别其环境赋存形态的调控因子，并以多氯联苯（PCBs）为模拟DNAPL源污染物，探讨其在改性零价铁作用下的降解动力学过程，明确零价铁的反应活性与其赋存形态的响应关系,同时跟踪PCBs降解产物，阐释有机铵盐-膨润土-超细零价铁表面/层间微环境对PCBs分子在非水相中降解迁移转变的影响机制，为零价铁降解地下水DNAPL污染物提供理论依据和科学方法。

我们按照研究计划，开展了本基金的各项研究内容，目前已按计划全部完成了本青年基金的预期目标。在本基金的资助下，我们共发表科研论文6篇，其中SCI论文4篇，其中3篇影响因子大于4.0，1篇收入于环境领域顶级期刊Environmental Science and Technology，申请专利5项，获得授权3项，超额完成了本青年基金预期的成果产出。. 取得的主要成果如下：. 1. 成功制备了三甲基季铵盐（TMA）、三甲基苯基季铵盐（TMPA）与十六烷基季铵盐（HDTMA）改性的以粘土为模板内嵌纳米零价铁（OCZVI）。TMA改性蒙脱土会增加粘土材料的BET比表面积与孔容量，HDTMA改性会使粘土模板的比表面积与孔容量下降。在纳米尺度上，OCZVI在四氢呋喃-水溶液中呈现三种层间距。TMPA改性能促进层间距为1.56nm的粘土颗粒形成，该颗粒层间溶液环境中四氢呋喃比例很高。在微米尺度上，TMA和TMPA改性都会促进OCZVI的团聚行为，而HDTMA改性会产生相反的现象。. 2. OCZVI在不同有机相-水相环境中对十溴联苯醚（DBDE）都有不同程度的反应活性。反应效果的提升主要是源自于DBDE分子从液相扩散进入OCZVI团聚体的速率得到提升，和/或从OCZVI团聚体中扩散进入OCZVI层间的速率得到提升，上述两个步骤的速率改变都显著受到溶液化学组成与改性分子的类型与改性量决定。. 3. 研究了CZVI在土壤-有机溶液悬浮体系中对多氯联苯（PCBs）的降解活性。在土壤-水悬浊液中PCB209大部分吸附于土壤颗粒上，在体系中添加乙醇作为共溶剂提升了PCB209的脱附效率，从而提高了其降解效率。PCB209分子在该体系中降解机理为分步脱氯过程。当乙醇比例提升时，由于PCB脱附得到加强，其降解效率也得到相应提升。进一步提高有机相比例对反应速率影响较小，这主要是因为PCB分子在CZVI上的吸附受到抑制，且反应环境中水含量降低。