Fe/Mg双金属强化去除地下水三氯乙烯机理研究

The trend of trichloroethylene pollution in groundwater of industrially contaminated sites in china is severe, endangering the groundwater ecological environment and human health, and has become a bottleneck problem in restricting the safe redevelopment and utilization of contaminated sites. Light metal of zero valent magnesium exhibits great potential of removing the chlorinated hydrocarbons in groundwater, due to its strong reduction activity, low density and readily storage in atmosphere. However, the enhanced removal and the reduction mechanisms between Fe-doped zero valent magnesium and the chlorinated hydrocarbons are still not well understood warranting further research. The proposed modeling research will utilize micro Fe/Mg bimetals to reduce the trichloroethylene (TCE) in groundwater, with objectives of illuminating the corrosion and passivation process of Fe/Mg and the interaction mechanism, the interface processes and the long-term effects for TCE removal by Fe/Mg; revealing the critical influencing factors of groundwater solution chemistry on the removal of TCE by Fe/Mg and the main control mechanism; briefly studying the transport capability of Fe/Mg particles in groundwater and critical influencing factors. This project examines a new method for the remediation of chlorinated hydrocarbons in groundwater by Fe/Mg, and provides theoretical and scientific basis for exploring the application potential of Fe/Mg in the remediation of contaminated groundwater.

我国工业场地地下水三氯乙烯污染趋势严峻，危及地下水生态环境和人群健康，已成为制约污染场地安全再开发利用的瓶颈问题。轻金属零价镁具有还原性较强、密度较小、在空气中易保存等优势，对高效去除地下水氯代烃污染应用潜力巨大，但掺杂铁的零价镁对氯代烃的强化去除作用及降解机理目前尚不清楚，亟需开展相关研究。本项目拟开展微米级Fe/Mg双金属还原降解地下水中三氯乙烯模拟研究，阐明Fe/Mg腐蚀钝化过程及其强化去除三氯乙烯的作用机理、界面过程及长效机制；揭示地下水溶液化学对Fe/Mg降解三氯乙烯的关键影响因子和主要调控机理，初步探讨Fe/Mg在地下水中的迁移能力和影响因素，以期建立Fe/Mg材料去除地下水氯代烃的新方法，为挖掘Fe/Mg材料在地下水修复中的应用潜力提供理论基础和科学依据。

我国工业场地地下水三氯乙烯（TCE）污染趋势严峻，危及地下水生态环境和人群健康，已成为制约污染场地安全再开发利用的瓶颈问题。轻金属零价镁（ZVMg）具有还原性较强、密度较小，对高效去除地下水氯代烃污染应用潜力巨大。本研究利用简单机械球磨和自然老化方式获得微纳米零价镁材料，并利用多种表征手段（粒径、比表面积分析BET、X射线衍射XRD、电镜分析SEM/TEM、X射线光电子能谱XPS、电化学阻抗等）分析了材料的结构特性，进而揭示了微纳米ZVMg材料对TCE的降解机制，阐明了地下水阴、阳离子对微纳米ZVMg材料降解高浓度TCE降解的影响机制；初步模拟了ZVMg颗粒在地下水中的迁移和滞留行为。.研究结果表明：（1）新鲜制备的微米ZVMg在非控制pH条件下，能够将水溶液中TCE彻底降解为甲烷（62.51%）、正己烷（11.86%）等烃类，一级速率常数（KSA）可达9.31×10-2 L/m2/h，Mg0的利用率约为60%，并且ZVMg对实际污染地下水中多种氯代有机污染物去除效果显著；（2）证实了微米ZVMg在水溶液中自然老化形成了纳米ZVMg，其具有更强的还原活性，抗腐蚀性并且能高效降解高浓度TCE；当TCE初始浓度为100 mg/L时，nZVMg96在240 min内能去除96%的TCE（KSA为3.11×10-2 L/m2/h），比微米ZVMg高出48%，但此时降解产物主要为苯和正己烷；（3）总体上阴离子对TCE降解的影响与其对金属表面腐蚀及竞争电子能力的强弱相关。Cl-对不同剂量的微纳米ZVMg降解TCE均具有显著促进作用，而NO3-则恰好相反，HCO3-和SO42-的影响相对较弱；即便扣除了相应阴离子的影响，以氯酸盐、硫酸盐、硝酸盐形式存在的Fe3+和Cu2+均能显著促进新鲜ZVMg对TCE的降解，这是由于原位形成了Mg的双金属提高其还原性能；而相反的，不同Fe和Cu盐对老化后的ZVMg降解TCE均没有太多助益，甚至在高剂量ZVMg条件下会抑制TCE的降解，可能主要由于零价镁表面的钝化作用；（4）与纳米零价铁相比，新鲜和老化的ZVMg颗粒的迁移能力均更强，且老化后的纳米ZVMg在地下水中的穿透能力显著增强，为其原位应用于地下水修复提供了重要理论基础。