土壤典型黑炭物质对共存典型有机污染物转化降解行为的影响研究

Black carbon (BC) are not only the important pool for pollutants in soil, but also have the potential mediation ability for these adsorbed pollutants. However, to date, little information is available regarding the possible mediated role of BC on the transformation and degradation of pollutants in the environment. In this proposal, we choose BC with different properties, and examine their different effects on the transformation and degradation of several organic pollutants. The roles of environmental factors (such as solution pH, dissolved oxygen, variable valency metal ions, and dissolved organic matter etc.) on the degradation reaction of organic pollutants are discussed. In addition, the species change of organic pollutants and reductant-oxidants in the reaction process will be investigated using mass spectrometry, Fourier transform infrared spectroscopy, and electron spin resonance etc. The aim of this study is to reveal the possible mediation mechanisms of BC on the transformation and degradation of organic pollutants. Relevant knowledge will help to improve the risk assessment of organic pollutants in the environment.

土壤中的黑炭物质不但是污染物重要的汇，而且它们还对被吸附的污染物具有潜在的催化活性。但是迄今为止，人们关于自然环境条件下黑炭物质促进污染物转化与降解的研究还很少。本项目拟选择具有不同结构和性质的典型黑炭物质作为研究对象，研究它们对几种有机污染物降解行为的影响。考察不同环境因素（pH、溶解氧、变价金属离子、可溶性有机质、铁锰氧化物和光照等）在促进污染物转化反应中的作用。并利用多种谱学手段如质谱、红外和电子自旋共振光谱等，检测反应过程中有机污染物和共存氧化还原物质形态的变化。通过本项目的研究希望能够揭示黑炭物质影响有机污染物转化与降解的微观机理，希望能够为污染物的环境风险评价提供新的依据。

黑炭是污染物在土壤中重要的“汇”。但很少有人意识到自然环境条件下黑炭也可以促使污染物氧化降解，进而对生态环境产生不可预料的影响。在本项目中，我们考察了环境典型黑炭（石墨、烟灰、生物炭和活性炭等）催化氧化多种酚类和芳香胺类污染物的行为，揭示出黑炭促进共存污染物的氧化转化是自然界普遍存在的一种现象。探明了溶解氧是反应发生的氧化剂，而黑炭中富含电子的酚羟基和结构缺陷是导致污染物转化的主要活性位点。这些位点具有较高的电子密度，可促使被吸附的溶解氧产生活性氧，进而导致了共存污染物的氧化转化。另外建立了酚类污染物性质与其氧化行为之间的相关关系，提出酚羟基的解离能可作为指示黑炭中酚类污染物氧化难易的指示因子。最后把所获得的机理知识在探寻污染物自然生成新途径、黑炭对健康的影响和高级氧化等方面成功进行了实际运用。揭示出羟基多溴联苯醚和羟基多溴联苯可以通过黑炭介导溴酚氧化偶联自然产生。阐明了不同来源黑炭介导谷胱甘肽氧化失活的不同能力及微观机制。并首次把纳米石墨用于活化过硫酸盐，实现了双酚S的快速去除。我们的研究结果不仅对于正确评价黑炭和共存污染物的环境风险具有重要的指导意义，而且也为碳材料的进一步设计和应用提供了新思路。