土壤-零价铁体系中典型氯代有机物传质过程及表面活性剂的影响机制

The mass transfer process of chlorinated organic contaminants (COCs) is one of the most concerned issues in the field of zerovalent iron (ZVI) dechlorination in soil. It is probably the breakthrough to improve the surfactant-assisted ZVI technique. However, the correlation between mass transfer and dechlorination is still to be clarified, as well as the influential mechanisms of surfactants and soil organic matter (SOM) on mass transfer. Thus, in the present study, a typical COCs–2,2’,5,5’-polychlorinated biphenyls (PCB-52) is selected as the target COCs. By establishing the model of PCBs transfer in ZVI-soil system, the mass transfer of PCBs and its relation with dechlorination efficiency will be illustrated. With advanced analyzing methods such as SEM/TEM and XRD, the effects of surfactants and the associated mechanisms will also be illustrated. This research is expected to provide a convincing theoretical and practical support for the management and remediation of soils contaminated by COCs.

污染物传质过程是零价铁（ZVI）还原降解土壤氯代有机污染物（COCs）研究的热点和难点，也是表面活性剂强化ZVI修复技术发展的可能突破点。但关于COCs在土壤-ZVI体系的传质过程仍缺乏研究，表面活性剂对传质过程的影响机理尚未明晰。本项目拟以典型COCs—2,2’,5,5’-四氯联苯（PCB-52）为研究对象，通过建立土壤-ZVI体系中PCB-52的传质过程数学模型，定量说明传质过程与降解间的关系；以不同有机质含量土壤为介质，通过不同种类和浓度的表面活性剂调控体系传质过程，利用传质过程数学模型阐明表面活性剂通过调控SOM界面分配行为对PCB-52的传质过程及还原降解的影响，并通过电镜、X射线衍射等表面分析手段揭示影响过程的机理。本研究有助于揭示ZVI降解土壤COCs的反应机制，并为COCs污染土壤风险管控和治理修复提供科学依据及理论支持。

污染物传质过程是ZVI还原降解氯代有机污染物（chlorinated organic contaminants，COCs）研究的热点和难点，但相关研究仍比较缺乏。本项目以多氯联苯（polychlorinated biphenyls，PCBs）和短链氯化石蜡（short-chain chlorinated paraffins，SCCPs）为研究对象，揭示COCs传质过程与还原降解行为之间的关系。具体研究内容与成果如下：.一、首次对SCCPs在土壤和地下水中的环境行为进行了系统表征，揭示其垂向热点分布、同系物分馏及随土壤颗粒在地下水介质中迁移的特点，表明其环境行为与氯取代数显著相关。.二、以腐殖酸和表面活性剂Tween-80为调控因子，揭示传质过程与降解效率之间存在显著线性关系。PCBs的降解过程符合准二级动力学模型，腐殖酸和Tween-80均通过阻碍传质过程影响降解，但两者的影响机制存在差异。腐殖酸主要通过在材料表面覆盖反应位点，阻碍接触；Tween-80则通过增流和增溶作用，提高PCBs的流动性和表观溶解度，导致传质效率下降。.三、利用DFT计算PCBs分子上各点位C-Cl键的键能、键长，及同系物分子的最低未占分子轨道（LUMO）。GC-MS实测验证结果表明，PCBs降解路径基本符合LUMO的预测结果，深化对电子选择性的认识。.四、基于ZVI的多相催化反应特性，以温度作为调控手段，探究电子传递过程的影响。通过在不同温度下进行降解反应，表征PCBs的降解率变化，以及Fe/Ni材料反应前后的性质变化情况，发现PCBs的效率并非随温度的增加而提高，而是与材料表面Fe(II)含量和氧缺陷的丰度有关；间接说明电子传递过程的重要性。.本研究结果进一步加深了ZVI介导的反应机理的认识。