氧化还原波动条件下改性生物炭修复汞污染底泥的效能及机理研究

Redox oscillation widely happens in the environment, which is a primary location for the conversion of inorganic mercury to a more harmful form as methylmercury. However, limited studies focus on the stabilization mechanisms of mercury in contaminated sediment under redox oscillation conditions. Synchrotron-related X-ray fluorescence (SRXRF) techniques can be used to characterize the speciation, valence, and distribution in micro scale of element of interest. Therefore, this application aims at exploring modified biochars that is effective in mercury stabilization for contaminated sediment under redox oscillation conditions. The modified biochar will be evaluated for mercury stabilization by mixing with sediment and the factors that affect mercury stabilization will be evaluated. Then, SRXRF techniques will be used to study mercury transformation mechanisms during stabilization using modified biochar. Meanwhile, geochemical modeling will be applied to simulate and evaluate the long-term remediation performance in combination with geochemical, microbial, and synchrotron results. The study will provide new types of reactive material, theoretical foundation and technical methods for mercury-contaminated site remediation using modified biochar.

自然界中广泛存在的氧化还原波动环境，利于底泥中的汞转化为毒性更大的甲基汞。而目前氧化还原波动条件下汞污染底泥修复机理研究尚不深入。同步辐射X射线荧光分析(SRXRF)可以用于元素的形态、价态及微空间分布研究。因此，本项目拟制备固化效果优异的改性生物炭；在深入研究其修复效果、影响因素的基础上，利用同步辐射技术解析汞固定化的过程及机理。同时结合环境地球化学、微生物等指标，应用地球化学模型对长期修复效果进行预测和评估。该研究为揭示改性生物炭用于底泥汞污染修复、氧化还原波动条件对污染底泥修复的影响、汞污染底泥的修复及长期预测提供新型材料、理论依据和技术方法。

自然界中广泛存在的氧化还原波动环境，这一过程大幅增加了重金属污染底泥向湖水释放的风险。而目前氧化还原波动条件下重金属底泥修复机理研究尚不深入。同步辐射X射线荧光分析(SRXRF)可以用于元素的形态、价态及微空间分布研究。本项目基于多种SRXRF技术围绕铁改性生物炭在底泥重金属的固定化过程开展研究。首先，本项目制备了表面特性优异的改性生物炭，运用传统及SRXRF技术对生物炭全面表征并反演铁改性生物炭热解过程中的元素迁移转化。其次，在综合理解生物炭性质的基础上，全面筛选不同生物炭对多种重金属（包括汞、砷）的修复效果，结合SRXRF技术及水文地球化学模拟解析了重金属固定化的过程及机理，并深入探究了生物炭固化汞的稳定性及氧气对砷去除的影响。最后，综合氧气影响的重金属迁移转化及铁改性生物炭固化重金属的认识，进一步对氧化还原波动条件下的生物炭在湖水底泥体系中的作用进行长期监测。结合SRXRF技术，应用地球化学模型对长期修复效果进行预测和评估。通过本项目研究，揭示了铁改性生物炭用于底泥-湖水体系中重金属污染修复、氧化还原波动条件对污染底泥修复的影响、污染底泥的修复及长期预测提供了新型材料、理论依据和技术方法。基于本项目发表学术论文16篇，申请4项专利，培养硕士研究生3名，博士研究生1名。