活化过硫酸盐去除我国典型地区水体中阿特拉津的研究

Atrazine is still widely used in our country, which may migrate into surface or underground water and pose threat to human and ecosystem. The advanced oxidation process based on sulfate radical is a novel technology for environmental remediation with great potential. . Although the activation of persulfate by Fe2+ is an effective method for producing sulfate radical, the Fe2+/persulfate system has some intrinsic drawbacks, such as strict pH limits, the formation of ferric oxide sludge and the slow transformation from Fe3+ to Fe2+. In this study, water treatment residuals (WTRs), with the assistance of reductants, will be tested to activate persulfate for the removal of atrazine from water environment of typical areas in our country, by emphasizing the feasibility and mechanism.. A series of characterization methods will be adopted to describe the property of the WTRs. The reductants are required to react with the WTRs with high rate constants to release Fe2+, have low rate constants with sulfate radical and hydroxyl radical, and possess little harm to the environment. The effects of various factors, especially those reflecting the features of water environment of different areas, on the degradation of atrazine in the solution will be systematically investigated. Combining the degradation kinetics, the identification of the intermediates of atrazine and reductant, the confirmation of dominating reactive radicals and toxicity assessment, the mechanism of WTRs activation of persulfate assisted by reductant for the removal of atrazine from water environment will be clearly elaborated.

阿特拉津在我国仍有大量应用，其迁移进入水体会对人和生态系统产生严重威胁。基于硫酸根自由基的高级氧化技术是一种极具发展潜力的新型环境修复技术。. 针对Fe2+活化过硫酸盐产生硫酸根自由基的方法存在对pH 要求严格、产生的含铁污泥多及Fe3+/Fe2+转化困难等问题，本研究提出利用给水厂废弃的副产物铁铝泥，在还原剂辅助条件下活化过硫酸盐，探讨该体系对我国东北、华北和江淮等典型地区水体中阿特拉津的去除。. 采用系列表征方法对铁铝泥的特性进行准确解析，依据与铁铝泥反应释放Fe2+速率快、与体系中可能存在的硫酸根自由基和羟基自由基反应速率低且环境友好等要求选择还原剂。考察各种关键因素尤其是反映不同地区水环境特性差异的指标对反应进程的影响，结合降解动力学、降解中间产物的识别、占主导自由基的鉴定和毒性评价等研究，深入分析还原剂辅助铁铝泥活化过硫酸盐去除水环境中阿特拉津的作用机理。

阿特拉津作为经济高效的除草剂，由于其使用范围广、残留时间长，在水环境中被频繁检出。本项目以我国东北、华北和江淮等典型地区水体中的阿特拉津作为研究对象，通过还原剂辅助铁铝泥或利用铁铝泥制备磁性催化材料构建活化过硫酸盐反应体系高效降解水环境中的阿特拉津，系统地研究影响阿特拉津降解的关键因素和活化及降解机理，并评估各反应体系对实际水样中阿特拉津的去除作用，取得如下创新性研究结果：.1）Fe0腐蚀释放出的Fe(II)既能活化PMS产生SO4•−和•OH，又可与PMS反应生成Fe(IV)，这三种活性物质共存于Fe0/PMS体系中，通过自由基和非自由基途径共同降解阿特拉津。.2）采用HA对WTRs/PMS体系进行强化，结果表明，HA的添加可以加快体系中ATZ的降解，HA能够加快体系中的铁循环和PMS的分解，同时HA还可以直接活化PMS产生自由基；EDTA/WTRs/PMS体系对ATZ的去除取得比较好的效果，对反应前后WTRs的XPS谱图进行分析确认了EDTA的螯合作用，此外EDTA的加入还能促进体系中的铁释放以及氧化还原电位的降低，利于体系中ATZ的降解反应；对两种强化体系的实际应用进行了探索，由于TOC以及溶液pH等因素的影响，强化体系对于实际水样中ATZ的降解效率不如超纯水中ATZ的降解效率高，可以通过调节pH来增加ATZ的去除，两种强化体系处理来自我国不同地区的实际水体样品中ATZ的过程都显示出了毒性降低的过程，EDTA/WTRs/PMS体系表现出更为环境友好的特性。.3）以铁铝泥为基质，在不同热解温度下制备了磁性催化剂，探究了其活化PMS降解阿特拉津的效能，阐明了活化机理和降解路径，发现•OH和SO4•−分别是MC-600/PMS和MC-1000/PMS体系的主导自由基；以铁铝泥和粉末活性炭为原料，采用高温煅烧法制备了铁碳复合材料，并将其用于活化PMS降解阿特拉津，确认Fe-15%C/PMS体系既能降解阿特拉津，还能去除天然水体中的蛋白质和腐殖质，具有一定的实际应用性；以铁铝泥和六水合硝酸钴为原料，合成了CoFe2O4@WTRs复合磁性材料，发现合成的钴铁尖晶石较为均匀地分布在铁铝泥载体上，能够高效活化PMS降解阿特拉津，反应体系由均相和非均相PMS活化反应控制。. 上述研究结果为我国不同地区水体中阿特拉津等残留农药和其他有机污染物的去除提供了有力的技术支撑。