脉冲放电等离子体/催化协同修复土壤持久性有机污染物研究

持久性有机污染物易通过土壤在全球范围内循环，对环境造成严重污染。有效降解土壤中有机污染物是治理土壤污染的重要途径之一。低温等离子体富含强氧化性自由基，在产生过程中伴随紫外光辐射等物理效应，这些不同氧化技术相互交替作用对有机污染物去除十分有利。在该反应体系中引入纳米金属氧化物催化剂，是提高等离子体能量利用效率的一个有效途径。本项目拟采用低温等离子体诱导催化反应协同降解土壤中持久性有机污染物，为治理污染土壤提供一个新的修复方法。具体为：采用脉冲放电的方法获得低温等离子体，研究不同放电条件与活性物种种类及量之间的相关性，探索等离子体诱导催化反应条件；在此基础上，进行土壤中持久性有机污染物降解实验，深入探讨该反应体系对污染物降解过程的作用和影响规律，揭示不同活性氧化组分的作用途径和机理。本项研究为正确认识放电等离子体/催化修复污染土壤具有重要意义和参考价值。

持久性有机污染物（POPs）易通过土壤在全球范围内循环，使环境造成严重污染。在城市化快速发展过程中，污染企业搬迁引发的场地土壤环境污染事故已经危害到人居环境安全健康。针对工矿企业废弃的重污染场地土壤，传统物理化学和生物技术无法满足修复要求，迫切需要发展高效的场地污染土壤快速修复技术。本项目针对这一问题，提出了一种新的污染土壤修复氧化技术-低温等离子体氧化技术，围绕放电特性和POPs快速降解开展系统性研究，获得如下创新成果：① 率先提出了放电低温等离子体修复POPs污染土壤方法。发现，应用放电产生氧化性活性物质及其产生过程中伴随紫外光辐射等物理效应，可高效、快速、无选择降解土中POPs。放电60 min，土壤五氯酚（PCP）降解率高达90%以上，并发现含氧活性基团的亲电攻击特性是引发脉冲电晕放电等离子体降解土壤PCP过程。② 提出了低温等离子体/TiO2催化联合修复POPs污染土壤方法，发现放电等离子体可激活土壤中纳米TiO2催化活性，TiO2催化在等离子体分解土中POPs发挥了十分重要协同作用。对PCP矿化率提高了29%，能量利用效率提高10%左右，活性物质O3和H2O2生成量分别提高了36%和63%。③采用介质阻挡放电（DBD）实现了染料和内分泌干扰物污染土壤的快速修复。放电处理25 min，土壤中酸性大红GR降解率达93%。发现土壤中添加Fe0能够促进氯霉素降解，Fe0剂量为2%，处理20 min，土壤中氯霉素降解率达81%。④ 发现脉冲放电等离子体能够高效修复复合污染土壤，在能量密度为484.7 J/gsoil条件下，土壤中PCP和PNP降解率分别为94%和86%。提高脉冲峰值电压和土壤pH可以显著提高复合污染土壤修复效果。本成果形成了通过放电等离子体氧化过程来实现高效、快速、无选择氧化土中有机污染物的理论和方法，发展了半导体催化在污染土壤修复中应用，有助于推动场地污染土壤修复技术向实用化发展。本项目结果发表论文14篇，SCI期刊收录11篇（IF2011>3.0的5篇），有1篇论文SCI待收录（IF2011=5.378）。其中2篇论文发表在环境领域顶级期刊Environmental Science & Technology。发表的论文被1篇综述文章引用介绍，部分论文被国内外学者引用。