六溴环十二烷在活性矿物表面的非生物转化过程及腐殖质的影响研究

Hexabromocyclododecane (HBCD) is the most used cycloaliphatic additive brominated flame retardant. As a newly identified persistent organic pollutant, HBCD is easily accumulated in soils and sediments, and can pose a serious health risk to human beings via food chain. However, little is known about the abiotic transformation of HBCD in soils and sediments. Considering that soils and sediments are generally rich in naturally occurring reactive minerals and humic substances, the current proposal aims to investigate the effects of reactive minerals [including iron sulfides (FeS2,Fe3S4,amorphous FeS formed by microorganism), iron oxides, iron-containing clays (montmorillonite, kaolinite and illite)] and humic substances (i.e. fulvic acid, humic acid and humin) on the abiotic transformation of HBCD (α-、β-、γ-HBCD). On this basis, we will further explore the impacts of humic substances on the transformation of HBCD in the presence of reactive minerals (with FeS and Fe2+-containing clay as representative). The results from this project will be very helpful in improving our understanding of the abiotic transformation of HBCD in soils and sediments and the major factors governing this process, thereby providing the scientific basis for risk assessment, control and remediation of HBCD contamination in the environment.

六溴环十二烷（hexabromocyclododecane,HBCD）是目前使用最广泛的脂环族添加型溴代阻燃剂。作为一类新型的持久性有机污染物，HBCD容易蓄积在土壤和水体沉积物中，并通过食物链的传递对人体健康造成严重危害。然而，目前对HBCD在土壤和沉积物中的非生物转化了解得非常有限。鉴于土壤和沉积物中含有大量的活性矿物和腐殖质，本项目拟研究活性矿物如硫铁矿物（黄铁矿、硫复铁矿、生物合成的无定形FeS）、铁氧化物、含铁粘土矿物（蒙脱石、高岭石、伊利石）以及从不同土壤和沉积物中分离出的腐殖质（富里酸、胡敏酸、胡敏素）对HBCD非生物转化过程的影响，在此基础上，进一步探究腐殖质如何影响HBCD在活性矿物（以FeS和Fe2+处理的粘土矿物为代表）表面的转化过程。本项目将有助于阐明HBCD在土壤和沉积物中的非生物转化过程及其主要影响因素，为HBCD的风险评估、污染控制和治理提供理论参考。

本项目以六溴环十二烷（HBCD）为目标化合物，开展了HBCD在含铁氧化物、硫铁矿物、纳米硫化零价铁表面的非生物转化过程和机制，取得的主要结果包括： 1）无定形FeS可以快速还原转化HBCD，转化动力学符合假一级动力学模型，FeS固体表面上的Fe(II)和S(-II)均参与HBCD的非生物转化，HBCD发生双溴消除反应，最终生成无毒害的环十二烷碳三烯（CDT）；2）利用嗜酸性和嗜中性硫酸盐还原菌合成了两种不同FeS矿物，阐明了铁源、pH、温度、老化作用等是影响生物合成FeS转化HBCD的关键因素；3）无机离子和腐殖质会降低FeS非生物转化的速率，而表面活性剂会促进FeS对HBCD的非生物转化；4）硫化零价铁比传统的纳米零价铁具有更大的比表面积、更强的电子传递能力，从而具有更强的转化HBCD的能力，为HBCD污染环境修复提供了重要思路和技术材料。另外，我们还拓展研究了在水体沉积物中广泛存在的氯呼吸菌Dehalococcoides mccartyi 195厌氧转化HBCD的动力学过程、对映异构体和手性异构体的转化选择性及其中间产物的生成。已在Water Research、Frontiers in Microbiology、地球化学等国内外重要学术刊物上发表论文6篇。